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“无光”也能生长,光合作用不止一种
2019-02-21 00:02
来源:科技日报
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  第二看台

  从17世纪中叶发现光合作用以来,有可见光才能转换能量的定式思维已经存在数百年。然而,6月15日《科学》杂志刊发的一项研究成果改变了这一传统经典理论,研究人员发现,一种蓝藻细菌在光合作用过程中可以把“近红外光”转换成生命体所需要的化学能,而不是“可见光”。

  “这个发现极大地拓展了我们对光合作用的认识,按照这个思路,人类可在基本没有可见光的深海海底,或地外行星上,寻找新的生命。”南京农业大学生命科学学院副教授许晓明告诉科技日报记者。

  生命与水、光之间的奇妙关系

  绿色植物利用太阳的光能,同化二氧化碳和水制造有机物质并?#22836;?#27687;气的过程,称为光合作用。光合作用是一切生物生存、繁衍和发展的根本保障。

  早在17世纪中叶,欧洲科学家就发?#31181;?#29289;、动物与水、光、二氧化碳之间存在着奇妙的关系,这是人类对光合作用最早的认识。后来,1771年被称为光合作用发现年。

  “人类在20世纪对光合作用有了深入地科学认识,通过研究发现光合作用是通过光合色素完成的。”许晓明说,太阳光有赤?#28982;?#32511;青蓝紫,不是一种色素能够全部吸收的,所以广义的光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素、叶黄素等。

  光合色素主要分为两大类,一类是天线色素,主要是负责接收光并传递到?#20174;?#20013;心,另一类是?#20174;?#20013;心色素,它能把光在?#20174;?#20013;心进行电荷分离,转换成有机物质。这其中,叶绿素-a是主角,其他如叶绿素-b、叶绿素-c、叶绿素-d等都是配角,只有叶绿素-a才能完成接收传递光、并将可见光转化为化学物质和氧气的过程。

  而人们又发现,光合色素只能吸收太阳光中的可见光。具体来说,是吸收可见光中的红光和蓝光,反射绿光。人们已知所有的植物中都有叶绿素存在,所以植物也?#32479;?#29616;出绿色。

   不甘当配角的叶绿素-f

  来?#26434;?#22269;帝国理工生命科学系的研究人员发现,在美国黄石公园的细菌垫、以及澳大利亚的海滩?#19994;?#38452;暗环境中,存在着一种蓝藻细菌。由于它周围?#36127;?#27809;有可见光,含有叶绿素-a的标准光合作用系统就会失效,从而被叶绿素-f接管。

  叶绿素-f能吸收波长大于760nm的光,是已知能吸收最大波长的光的叶绿素。在此之前,人类一直以为它只具有捕获光的作用。而最新的研究表明,叶绿素-f在光合系统中也能进行光化学?#20174;Α?/p>

  当处于阴暗条件下?#20445;?#21494;绿素-f就会在光合作用过程中起着关键性作用,它能利用能量很低的近红外光来进行复杂的化学?#20174;Α?/p>

  “这是一项非常重大的发现,这种新形式的光合作用改变了我们?#21592;?#20934;光合作用中的核心事物的理解。” 许晓明认为,过去常被视为配角的叶绿素-f,实际?#29616;?#34892;着光合作用中的关键化学步骤。这将改变长期以来对主要的光合作用形式是如何工作的观点,同时也预示着将?#20174;?#21487;能继续发现其他类型的光合作用。

  科学家也表示,最新报道的这种基于叶绿素-f的光合作用代表了第三?#27490;?#27867;存在的光合作用类型。但是,它仅适用于阴暗且富含红外线的特殊环境中;在正常光照条件下,光合系统仍会使用标准的红光形式进行光合作用。

  或应调整外星生命寻找方向

  这一发现不仅有重要的科学价值,也有积极的实际意义。例如对农作物的改造,帮助寻找外星生命等。

  “我们可以通过基因改造的方式,让农作物具备在阴暗环境下生长的可能,但是目前来看还没有这个必要性。”许晓明说,光照?#35282;?#36716;换的能量越多,现阶段在地球上种植的农作物为了达到?#32454;?#30340;产量,需要强光照,即使人类改造出能在夜里生长的农作物,实?#22987;?#20540;并不大。

  但是,?#26434;?#23547;找外星生命来说,这个发现可谓意义重大。

  由于在已知的所有植物、藻类、蓝藻细菌中都存在叶绿素-a,因此我们一直认为光合作用有一个“红光极限?#20445;?#27874;长400—700nm),它代表着光合作用所需的最低能量。在天体生物学中,红光极限常被用以判?#32454;?#26434;的生命是否可能在其他行星上演化的参考之一。

  许晓明向记者介绍,通过卫星对地球表面植物进行遥感观测,主要原理就是测定叶绿素-a,而以叶绿素-f为主的新型光合作用将改变传统观测模式。这一发现意味着,或许应该调整寻找外星生命的方向。在一些阴暗的星球上,或许有一些生命体正以我们不知道的光合作用形式顽强地生存着。

 

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