颗石藻是海洋中的主要浮游植物之一，在白垩纪达到鼎盛，不仅是海洋初级生产力的主要贡献者，还依靠其碳酸钙外壳在地层中留下了显著的“白垩”痕迹，因此在海洋碳沉积和全球碳循环中扮演重要角色。颗石藻能够适应海水不同深度的多变光环境，高效的光合自养生长可助其快速繁殖，但人们对其高效捕获和利用光能的微观机理并不清楚。

9月12日，国际学术期刊《科学》以封面论文形式发表了中国科学家的最新研究成果。中国科学院植物研究所王文达研究员和田利金研究员，带领团队首次纯化并解析了来自赫氏艾米里颗石藻的光系统超级复合物三维结构，首次在原子层面揭示了颗石藻通过扩展和优化其光系统结构来适应海洋光环境的独特策略，是光合生物适应进化研究中的一个重大发现。

颗石藻光系统超级复合物的捕光截面是典型陆地植物豌豆超级复合物的4~5倍。飞秒瞬态吸收光谱结果表明，颗石藻捕获光能的量子转化效率超过95%，与陆地植物超级复合物效率相当，这说明颗石藻具备特殊的蛋白组装和能量传递特征。

研究发现，颗石藻的光系统核心周围环绕着38个“捕光天线”，并以模块化方式排列成8个放射状的捕光天线条带，极大地扩展了捕光面积。

研究团队还鉴定到丰富的叶绿素c和岩藻黄素类型的类胡萝卜素，这些色素在新发现的捕光天线中含量极高，使其能有效地吸收深水区波长在460~540纳米间的蓝绿光和绿光。此外，大量叶绿素c与叶绿素a构成了平坦畅通的能量传递网络，这可能是其保持超高量子转化效率的关键。

这一研究为理解光合生物高效的能量转化机制提供了新的结构模型。王文达表示：“未来，我们希望以此为基础设计新型光合作用蛋白，指导人工模拟和开发高碳汇生物资源。这在合成生物学和气候变化应对领域都具有巨大潜力。”

原标题：《全球碳循环中扮演重要角色，中国科学家破解这一海洋植物高效利用光能机制》

题图上观题图 AI作图

作者：解放日报 黄海华