藻類如何學會利用太陽而不燃燒
一天強烈的陽光所帶來的破壞不僅僅是海灘郊遊。它還會損害光合作用的過程，即植物和其他生物將陽光轉化為能量的方式。然而，在水下，一些藻類已經形成了一種獨特的保護方式。大阪都立大學的研究人員及其合作者發現，一種稱為虹吸素的色素可以幫助綠色海藻即使在強光下也能繼續有效地進行光合作用。
保護光合作用機制
光合生物利用稱為光捕獲複合物 (LHC) 的複雜分子系統來吸收陽光並將其轉化為可用能量。當葉綠素（光合作用所必需的綠色色素）吸收光時，它會被激發並將這種能量轉移到為化學過程提供燃料的反應中心。然而，如果光線過多，葉綠素可能會進入危險的“三重”狀態，產生可能損害細胞的活性氧分子。
“生物體利用類胡蘿蔔素通過一種稱為三重態-三重態能量轉移（TTET）的過程來快速耗散多餘的能量，或淬滅這些三重態，”大阪首都大學科學研究生院人工光合作用研究中心的主要作者兼副教授藤井律子（Ritsuko Fujii）說。
直到最近，人們還不清楚這種保護過程如何發揮作用的具體細節。
仔細看看 脆性藻類
為了進行調查，研究小組玩了 脆性藻類一種綠色海藻。與陸地植物一樣，它有一個名為 LHCII 的透明觸角複合體，但它也含有稀有的類胡蘿蔔素，如虹吸素和虹吸黃質。由於這些色素，藻類可以利用水下環境中常見的綠光進行光合作用。
該研究的主要作者、意大利帕多瓦大學的研究員亞歷山德羅·阿戈斯蒂尼（Alessandro Agostini）表示：“切換機制的關鍵在於如何快速有效地關閉三重態。”
研究人員使用電子順磁共振（EPR）光譜法（一種直接測量三重激發態的技術）與菠菜進行比較。 脆性藻類。在菠菜中，有害的葉綠素三聯體仍然存在。但 脆性藻類這些跡象完全消失，表明其類胡蘿蔔素有效中和有害能量。
“我們的研究表明，光合綠藻的天線結構具有出色的光保護功能，”阿戈斯蒂尼說。
虹吸素如何保護藻類免受陽光傷害
通過將 EPR 數據與量子化學模擬相結合，研究人員確定了位於 LHCII 複合物中關鍵結合位點的虹吸素是主要負責這種防禦的色素。他們還揭示了它的分子結構和位置如何使其在消散多餘能量方面特別有效。
這些發現表明，海藻已經發育出特殊的色素來吸收水下的藍綠光，並抵禦陽光的有害影響。
從海洋探索到太陽能創新
除了提高我們對光合作用的理解之外，這項研究還可能影響防止光損傷的仿生太陽能技術的設計。這樣的系統可以帶來更可持續和更高效的可再生能源解決方案。
藤井說：“我們希望闡明類胡蘿蔔素的結構特徵，以提高猝滅效率，最終實現優化光合觸角的色素分子設計。”
該研究發表於 細胞報告物理科學。
