2019-02-21 10:10:14
第二看臺
從17世紀中葉發(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》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)，一種藍藻細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)大學生命科學學院副教授許曉明告訴科技日報記者。
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世紀中葉，歐洲科學家就發(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識。后來，1771年被稱為光合作用發(fā)現(xiàn)年。
“人類在20世紀對光合作用有了深入地科學認識，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，主要是負責接收光并傳遞到反應中心，另一類是反應中心色素，它能把光在反應中心進行電荷分離，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。
不甘當配角的葉綠素-f
來自英國帝國理工生命科學系的研究人員發(fā)現(xiàn)，在美國黃石公園的細菌墊、以及澳大利亞的海灘巖等陰暗環(huán)境中，存在著一種藍藻細菌。由于它周圍幾乎沒有可見光，含有葉綠素-a的標準光合作用系統(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)中也能進行光化學反應。
當處于陰暗條件下時，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行復雜的化學反應。
“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準光合作用中的核心事物的理解。” 許曉明認為，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)仍會使用標準的紅光形式進行光合作用。
或應調(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。
但是，對于尋找外星生命來說，這個發(fā)現(xiàn)可謂意義重大。
由于在已知的所有植物、藻類、藍藻細菌中都存在葉綠素-a，因此我們一直認為光合作用有一個“紅光極限”（波長400—700nm），它代表著光合作用所需的最低能量。在天體生物學中，紅光極限常被用以判斷復雜的生命是否可能在其他行星上演化的參考之一。
許曉明向記者介紹，通過衛(wèi)星對地球表面植物進行遙感觀測，主要原理就是測定葉綠素-a，而以葉綠素-f為主的新型光合作用將改變傳統(tǒng)觀測模式。這一發(fā)現(xiàn)意味著，或許應該調(diào)整尋找外星生命的方向。在一些陰暗的星球上，或許有一些生命體正以我們不知道的光合作用形式頑強地生存著。
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