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“無光”也能生長 光合作用不止一種

小知識紅外光藍(lán)藻農(nóng)作物細(xì)菌色素葉綠素發(fā)現(xiàn)吸收可見光科普

【“無光”也能生長 光合作用不止一種】

“無光”也能生長 光合作用不止一種



從17世紀(jì)中葉發(fā)現(xiàn)光合作用以來， 有可見光才能轉(zhuǎn)換能量的定式思維已經(jīng)存在數(shù)百年 。 然而， 6月15日《科學(xué)》雜志刊發(fā)的一項研究成果改變了這一傳統(tǒng)經(jīng)典理論， 研究人員發(fā)現(xiàn)， 一種藍(lán)藻細(xì)菌在光合作用過程中可以把“近紅外光”轉(zhuǎn)換成生命體所需要的化學(xué)能， 而不是“可見光” 。
“這個發(fā)現(xiàn)極大地拓展了我們對光合作用的認(rèn)識， 按照這個思路， 人類可在基本沒有可見光的深海海底， 或地外行星上， 尋找新的生命 。 ”南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院副教授許曉明告訴科技日報采訪人員 。
生命與水、光之間的奇妙關(guān)系
綠色植物利用太陽的光能， 同化二氧化碳和水制造有機物質(zhì)并釋放氧氣的過程， 稱為光合作用 。 光合作用是一切生物生存、繁衍和發(fā)展的根本保障 。
早在17世紀(jì)中葉， 歐洲科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)植物、動物與水、光、二氧化碳之間存在著奇妙的關(guān)系， 這是人類對光合作用最早的認(rèn)識 。 后來， 1771年被稱為光合作用發(fā)現(xiàn)年 。
“人類在20世紀(jì)對光合作用有了深入地科學(xué)認(rèn)識， 通過研究發(fā)現(xiàn)光合作用是通過光合色素完成的 。 ”許曉明說， 太陽光有赤橙黃綠青藍(lán)紫， 不是一種色素能夠全部吸收的， 所以廣義的光合色素包括葉綠素和類胡蘿卜素、葉黃素等 。
光合色素主要分為兩大類， 一類是天線色素， 主要是負(fù)責(zé)接收光并傳遞到反應(yīng)中心， 另一類是反應(yīng)中心色素， 它能把光在反應(yīng)中心進(jìn)行電荷分離， 轉(zhuǎn)換成有機物質(zhì) 。 這其中， 葉綠素-a是主角， 其他如葉綠素-b、葉綠素-c、葉綠素-d等都是配角， 只有葉綠素-a才能完成接收傳遞光、并將可見光轉(zhuǎn)化為化學(xué)物質(zhì)和氧氣的過程 。
而人們又發(fā)現(xiàn)， 光合色素只能吸收太陽光中的可見光 。 具體來說， 是吸收可見光中的紅光和藍(lán)光， 反射綠光 。 人們已知所有的植物中都有葉綠素存在， 所以植物也就呈現(xiàn)出綠色 。
不甘當(dāng)配角的葉綠素-f
來自英國帝國理工生命科學(xué)系的研究人員發(fā)現(xiàn)， 在美國黃石公園的細(xì)菌墊、以及澳大利亞的海灘巖等陰暗環(huán)境中， 存在著一種藍(lán)藻細(xì)菌 。 由于它周圍幾乎沒有可見光， 含有葉綠素-a的標(biāo)準(zhǔn)光合作用系統(tǒng)就會失效， 從而被葉綠素-f接管 。
葉綠素-f能吸收波長大于760nm的光， 是已知能吸收最大波長的光的葉綠素 。 在此之前， 人類一直以為它只具有捕獲光的作用 。 而最新的研究表明， 葉綠素-f在光合系統(tǒng)中也能進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng) 。
當(dāng)處于陰暗條件下時， 葉綠素-f就會在光合作用過程中起著關(guān)鍵性作用， 它能利用能量很低的近紅外光來進(jìn)行復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng) 。
“這是一項非常重大的發(fā)現(xiàn)， 這種新形式的光合作用改變了我們對標(biāo)準(zhǔn)光合作用中的核心事物的理解 。 ” 許曉明認(rèn)為， 過去常被視為配角的葉綠素-f， 實際上執(zhí)行著光合作用中的關(guān)鍵化學(xué)步驟 。 這將改變長期以來對主要的光合作用形式是如何工作的觀點， 同時也預(yù)示著將來有可能繼續(xù)發(fā)現(xiàn)其他類型的光合作用 。
科學(xué)家也表示， 最新報道的這種基于葉綠素-f的光合作用代表了第三種廣泛存在的光合作用類型 。 但是， 它僅適用于陰暗且富含紅外線的特殊環(huán)境中；在正常光照條件下， 光合系統(tǒng)仍會使用標(biāo)準(zhǔn)的紅光形式進(jìn)行光合作用 。
或應(yīng)調(diào)整外星生命尋找方向
這一發(fā)現(xiàn)不僅有重要的科學(xué)價值， 也有積極的實際意義 。 例如對農(nóng)作物的改造， 幫助尋找外星生命等 。
“我們可以通過基因改造的方式， 讓農(nóng)作物具備在陰暗環(huán)境下生長的可能， 但是目前來看還沒有這個必要性 。 ”許曉明說， 光照越強轉(zhuǎn)換的能量越多， 現(xiàn)階段在地球上種植的農(nóng)作物為了達(dá)到較高的產(chǎn)量， 需要強光照， 即使人類改造出能在夜里生長的農(nóng)作物， 實際價值并不大 。

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