來源:大紀元
图为脆弱海绵藻，又称刺松藻，生长于潮间带中。日本大阪都市大学（OMU）研究人员及其合作者共同发现脆弱海绵藻内有一种名为“虹彩蛋白”的色素，能够有效消除强光带来的伤害。（公有领域）
【大纪元2025年11月17日讯】（大纪元记者吴瑞昌编译报导）阳光是地球生命重要的能量来源，却也潜藏着伤害，但一些海藻能在太阳下安然无恙进行光合作用，这引起科学家的好奇。近期，日本的科学家揭开藻类身上的一种特殊蛋白色素，能够像防晒罩为藻类提供完美的保护。 这次，日本大阪都市大学（OMU）研究人员及其合作者共同发现，一种生长于潮间带的海藻，体内含有一种名为“虹彩蛋白”的色素，能帮助它在强烈阳光下不被灼伤，并有效率的进行光合作用。 这项发现有望启发人们，开发出模仿自然界内建保护机制的新型太阳能技术。该成果于10月15日发表在着名期刊《细胞》（Cell）。 光合作用并非完美许多动植物会进行光合作用，其中“光捕获复合物”（LHC）在光合作用过程中扮演着收集光能的关键角色，但光照过强的情况下，它就会因能量过载而受损，进而伤害植物和其它生物。 这种危险过载来源于叶绿素进入一种被称为“叶绿素三重态”的高能激发状态。这种不稳定的状态，会将多馀的能量传递给周遭的氧气分子，使它们变成“活性氧物种”（ROS），也是人们常说的“自由基”。过多的自由基会无差别的攻击蛋白质、脂质、DNA，导致光合作用系统瘫痪，甚至细胞死亡。 为了保护植物与藻类的细胞，其内部的类胡萝卜素（Carotenoids）扮演至关重要角色。它们透过“三重态-三重态能量转移”（TTET）过程，迅速将这些有害能量转化为无害的热能进行释放。 不过，这套防御系统存在一些漏洞，例如，菠菜光捕获复合物中的叶黄素（Lutein）是执行此任务的主力，但在低温或极端强光的环境下，就会有部分叶绿素三重态来不及被去除，发生损害植物细胞的情况。 揭开脆弱海绵藻的秘密这次，研究团队选择了海洋的绿藻“脆弱海绵藻”（刺松藻，Codium fragile）作为研究对象。它生长在极端多变的潮间带，这意味着它要想生存下去，就必须拥有一套极为高效可靠的保护机制。 另外，它与陆生植物一样拥有叶绿素（Chl）、光捕获复合体（LHC II），也含稀有的类胡萝卜素（Car）。这些类胡萝卜素能够让藻类在水下环境中，利用蓝绿光进行光合作用，而这些蓝绿光在潮间带水域特别常见。 研究人员利用先进的电子顺磁共振（TR-EPR）技术与直接测量三重态激发态的光谱技术，检查菠菜和脆弱海绵藻的能量转移过程。 结果显示，菠菜中存在叶绿素三重态、类胡萝卜素三重态的残留讯号，证实其能量转移过程中存在“不完整性”。然而，脆弱海绵藻的TTET有害讯号完全消失，显示其类胡萝卜素几乎能完全抵销有害能量。 虹彩蛋白护藻类免受阳光损伤脆弱海绵藻产转移TTET的效率，远超科学家们以往的认知，而所有的线索都指向脆弱海绵藻体内一种特殊的类胡萝卜素。 研究人员使用电子顺磁共振（EPR）数据与量子化学模拟相结合，确定了位于Cf-LHCII复合物中含有一种特殊的酮式类胡萝卜素。它名为“虹彩蛋白”（Siphonein），是负责这种防御机制的关键色素。 为准确找出这个防晒罩，他们使用更为精密的仪器“光学侦测磁共振”（ODMR）进行测定。结果显示，虹彩蛋白与叶绿素之间，存在着一种前所未有的、极其强烈的电子交互作用。这种超强的连结，让危险的三重态能量在形成的瞬间就极快的被安全移除。 研究人员表示，这次研究成果除了增进我们对光合作用的理解，还有助于设计出能自我保护、免受光损伤的仿生太阳能技术。原因是目前许多高效的光敏材料容易在强光下降解，若未来能将此机制应用在其它设备上，将为再生能源带来更持久、更有效率的解决方案。 “生物体利用类胡萝卜素快速耗散多馀的能量，或透过一种称为三重态-三重态能量转移（TTET）的过程来消除（猝灭）这些三重态。”大阪市立大学理学研究生院和人工光合作用研究中心的首席作者兼副教授藤井律子（Ritsuko Fujii）对大阪市立大学新闻室表示。 藤井接着说，“我们希望进一步阐明提高消除效率的类胡萝卜素结构，最终实现优化光合作用天线（接收器）的设计。” 该研究的共同第一作者、意大利帕多瓦大学（University of Padua）研究员亚历山德罗‧阿戈斯蒂尼（Alessandro Agostini）则表示，“消除机制的关键在于三重态失活的速度和效率。我们研究表明，光合绿藻的光捕获复合物结构，具有极佳的光保护功能。”
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