生活在陆地上的植物例如菠菜通过利用阳光进行光合作用而生长

生活在陆地上的植物，例如菠菜，通过利用阳光进行光合作用而生长。那么，藻类在深海这种只有少量光能到达的环境中如何进行光合作用呢?

陆地植物主要吸收来自太阳的红光和蓝光，并将其用于光合作用。然而，只有微弱的蓝绿色光到达海底。因此，生长在海洋中的大型藻类已经开发出一种蛋白质，即所谓的光合天线，可以有效地利用这种蓝绿光。

海洋大型藻类的光合触角与陆地植物非常相似，但与其结合的色素结构不同。陆地植物有两种类型的色素与其光合触角结合，即类胡萝卜素和叶绿素。

在海洋绿色巨藻Codiumfragile中，主要的类胡萝卜素被siphonaxanthin取代，而一些叶绿素a分子被叶绿素b分子取代。已知Siphonaxanthin和叶绿素b分别有助于增加绿光和蓝绿光的吸收，但其机制尚未完全了解。

针对这一差距，由大阪市立大学人工光合作用研究中心(ReCAP)副教授RitsukoFujii和大阪市立大学科学研究科研究生SoichiroSeki领导的研究小组使用低温电子显微镜研究与C.fragile的光合天线结合的色素的结构和结合环境。

这些结果有助于阐明蓝绿光(深海水中唯一可用的光)被有效用于光合作用的分子机制。他们的发现于2022年11月11日发表在BBAAdvances上。

通过低温电子显微镜进行的高分辨率分析表明，C.fragile中的siphonaxanthin发生了极大的扭曲，并在两个位置与周围的蛋白质形成氢键。这种结构特征被认为是虹吸黄质吸收绿光能力的关键因素。

此外，研究人员成功检测出叶绿素a和叶绿素b之间的差异，并阐明了几个叶绿素分子取代位点。当发生取代时，叶绿素b簇的相邻区域变宽，从而能够更好地吸收蓝绿光。换句话说，该团队能够获得有关色素坐标的信息，有助于更好地了解更有效的光合作用机制。

“我认为仅仅通过改变色素结构来提高光合作用的利用率将是一种具有成本效益的策略，”藤井教授解释说。“学习生物体的这种生存策略将改善对阳光的利用，并为人类开发可再生能源。”