科技日报记者 陆成宽
海洋里一种不起眼的微小藻类，为何拥有惊人的光合“超能力”？这个谜底被中国科学家揭开了。《科学》杂志12日以封面文章的形式发表了一项关于海洋浮游植物如何高效利用光能的研究成果，来自中国科学院植物研究所的科研人员，首次揭开高碳汇微藻——颗石藻高效捕获光能的奥秘。这是理解生物如何进化以适应环境的一项重大发现。
颗石藻是海洋中广泛存在的一类浮游植物，其碳酸钙外壳在全球碳循环中扮演着重要角色。“这种藻类能适应不同深度的光照环境，通过高效的光合作用快速生长。然而，它们究竟如何捕捉和利用光能，科学界一直没有搞清楚。”论文共同通讯作者、中国科学院植物研究所研究员王文达说。
在这项研究中，科研人员成功从赫氏艾米里颗石藻中纯化并解析出一种名为“光系统I-岩藻黄素叶绿素a/c结合蛋白超级复合物”的三维结构。这是一个分子量高达1.66兆道尔顿的巨型光合膜蛋白机器，其规模远超以往认知，由51个蛋白亚基和819个色素分子组成，结构极为复杂。
研究发现，该复合物周围环绕着38个捕光天线，以模块化形式呈放射状排列，形成巨大的光捕获网络。它的捕光面积是典型陆地植物的4至5倍。更令人惊叹的是，该复合物的光能转化效率超过95%，与高等植物相当，展现出极高效的能量传递能力。
“我们还发现，该复合物中富含叶绿素c和岩藻黄素等色素，特别擅长吸收深海区域中的蓝绿光，从而适应弱光环境。”论文共同通讯作者、中国科学院植物研究所研究员田利金说，“同时，这些色素排列紧密、能量传递路径畅通，避免了能量耗散，从而实现了近乎极限的光能利用效率。”
王文达表示，这项研究揭开颗石藻高效利用光能的秘密，为探索光合作用机理提供了新模型。基于这一发现，我们未来有望设计出新型光合作用蛋白，甚至培育出能吸收更多二氧化碳的生物品种，这对发展合成生物学和应对气候变化都具有重要意义。
（中国科学院植物研究所供图）
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