原標題：我科學家破解顆石藻高效利用光能的奧秘
顆石藻是海洋中的主要浮游植物之一，其光復合系統(tǒng)能夠高效捕獲和利用光能。中國科學院植物研究所研究員王文達和田利金帶領團隊，首次在原子層面揭示了顆石藻通過擴展和優(yōu)化其光系統(tǒng)結構來適應海洋光環(huán)境的獨特策略，是光合生物適應進化研究中的一個重大發(fā)現(xiàn)。相關研究成果日前以封面論文形式發(fā)表在國際學術期刊《科學》上。
王文達介紹，顆石藻在海洋碳沉積和全球碳循環(huán)中扮演重要角色，其細胞壁是由碳酸鈣晶體組成的顆石片，能夠適應海水不同深度的多變光環(huán)境，以高效的光合自養(yǎng)生長快速繁殖。但顆石藻光系統(tǒng)復合物如何能高效捕獲和利用光能的微觀機理并不清楚，進化機制也未見報道。
王文達說：“研究團隊首次純化并解析了來自赫氏艾米里顆石藻的光系統(tǒng)I-巖藻黃素葉綠素a/c結合蛋白（PSI-FCPI）超級復合物三維結構。”這個超級復合物是一個巨大的光合膜蛋白機器，由51個蛋白亞基和819個色素分子組成，分子量高達1.66兆道爾頓。
那么，究竟是什么讓顆石藻成為利用光能量的佼佼者？據(jù)介紹，顆石藻PSI核心周圍環(huán)繞著38個FCPI捕光天線，并以模塊化的方式排列成8個放射狀排布的捕光天線條帶。這種“旋渦”圍繞PSI核心的巨型捕光天線，依靠大量新型捕光天線的精密裝配，極大地擴展了捕光面積。研究團隊還鑒定到豐富的葉綠素c和巖藻黃素類型的類胡蘿卜素，這些色素在新發(fā)現(xiàn)的捕光天線中含量極高，使其能有效地吸收深水區(qū)波長在460~540納米間的藍綠光和綠光。此外，大量葉綠素c與葉綠素a形成緊密的能量耦聯(lián)并消除能量陷阱，構成平坦暢通的能量傳遞網(wǎng)絡——這可能是其保持超高量子轉(zhuǎn)化效率的關鍵。
這一研究成果為理解光合生物高效的能量轉(zhuǎn)化機制提供了新的結構模型。王文達表示，未來，希望以此為基礎設計新型光合作用蛋白，并進一步指導人工模擬和開發(fā)高碳匯生物資源，“這在合成生物學和氣候變化應對領域都具有巨大潛力”。