能利用远红外进行光合作用的藻类

微小粗盘藻叶绿素结构

这种单细胞藻类通过将叶绿素分子在光合天线内组装成大型协作基团，从而捕获远红光。

普通叶绿素的一种隐秘重组方式，让部分藻类能够利用其他生物无法吸收的光源。

昏暗环境下的生存压力，不断考验光合生物的生存极限。在光照稀缺、光线被过滤的区域，一些物种演化出特殊能力，可利用绝大多数生物无法企及的光谱波段。大阪公立大学的一项新研究揭示：一种淡水藻类，仅通过重构生物界最常见的分子之一，就能实现对远红光的吸收利用。

远红光的能量，低于光合作用常规利用的光波，这也是多数植物与藻类依赖可见光红光、蓝光进行光合的原因。但在密林深处、沉积物丰富的水体中，这些高能光波往往还未穿透深层，就已被吸收殆尽。最终留存下来的只剩远红光，而对绝大多数生物来说，这份光能根本不足以支撑生命活动。

本研究第一作者、大阪公立大学理学研究生院暨人工光合作用研究中心副教授藤井律子表示：“部分蓝细菌依靠特殊叶绿素吸收远红光；而许多植物与藻类，只需将普通叶绿素a在光合天线内重组为协作聚合体，就能达到同等效果。”

叶绿素a本身无法自主吸收远红光，那这类生物究竟如何完成光合作用？

独特藻类带来研究线索

为解开谜题，科研团队选取淡水黄绿藻——**微小粗盘藻（Trachydiscus minutus）** 开展研究。该藻类可大量合成捕光蛋白，进而实现对远红光的利用。

该藻类在常规光照下可正常光合；而在弱光环境中，这类高表达的捕光蛋白，就成了生存关键。

藤井律子解释：“这种藻类能合成一种特殊光合天线——红移紫黄质-叶绿素蛋白（rVCP）。该蛋白仅含叶绿素a，却依旧能吸收远红光。”

研究人员借助冷冻电镜，以2.4埃的超高分辨率解析了rVCP的精细结构。结果发现，该蛋白拥有全新的构型：由两种不同异二聚体组成的四聚体。这种独特组装方式，让叶绿素a分子紧密聚集，形成罕见的超大色素基团。

为探明该结构对吸光能力的影响，团队结合结构数据与多尺度量子化学计算开展分析。

能量共享，解锁远红光利用能力

藤井律子指出：“分析显示，每个异二聚体内的三组叶绿素基团，是吸收远红光的核心关键。尤为重要的是：这份吸光能力，完全源于多个叶绿素分子间的能量离域效应，与其他红移光合体系依赖的电荷转移效应毫无关联。”

该研究揭示了一种全新的吸光调控机制：无需改造色素分子本身，仅依靠蛋白骨架调控相同叶绿素分子间的相互作用，就能让生物捕获更长波段的光线。

这一机理，也解释了为何部分生物能在弱光环境中持续存活、正常代谢。

 能源研发与仿生设计的应用价值

该成果还具备重要实用意义：部分黄绿藻可储存大量油脂，是可持续生物能源的优质原料；而能高效利用远红光的藻类，有望在现有不适宜养殖的环境中，实现油脂量产。

rVCP特殊的四聚体结构，也可作为新型蛋白设计的参照模型。由于色素排布由蛋白序列决定，该体系能为人工光合技术研发、光合效率优化提供精准指导。

藤井律子补充：“如今学界愈发关注拓展光合作用的远红光利用范围，以此提升全球整体光合产能。我们下一步，将探明该复合结构如何把捕获的光能传递至光合系统，并进一步优化这套作用机理。”