由日本自然科学研究机构阿斯特罗生物学中心等组成的研究团队发现，南极的藻类能够利用太阳光中的红外线进行光合作用。研究团队还明确了作为吸收红外线的天线工作的蛋白质及其构造和功能。如果能够人工培育出产生此类蛋白质的植物，则有可能在可见光之外，利用更广泛的光来有效进行光合作用，也可用于探索红外线照射下的太阳系外行星上的生命。
南极水芹耐干燥和冻结（供图：阿斯特罗生物学中心）
研究团队重点关注了在南极陆地上长得像苔藓一样的、名为南极水芹的藻类。南极水芹的细胞层层重叠，形成聚落（集合体），保护自身不被强烈的太阳紫外线损伤。但这样一来，光合作用所需的可见光会被聚落表层的细胞吸收，几乎无法抵达下层。研究小组在以往的研究中曾发现，南极水芹可以利用表层细胞无法吸收的红外线进行与可见光同样效率的光合作用，但其详细机制当时尚未明确。
本次研究时，研究团队提取了南极水芹细胞中含有的成分，单独提取出了具有吸收红外线性质的蛋白质。通过分析其氨基酸序列，成功确定了在吸收红外线时起到天线作用的蛋白质。
研究明确的天线蛋白质的立体构造（供图：阿斯特罗生物学中心）
对该蛋白质立体构造进行分析后发现，11个同样的蛋白质呈环状连接，每个蛋白质中分别与11个吸收光的色素（叶绿素）相结合。其中5个负责红外线的吸收，红外线能量的一部分被天线蛋白质转换为与可见光同等的能量，用于光合作用。
被明确的天线蛋白实际上是由聚落下层的细胞大量产生的。研究人员认为，这种藻类在进化过程中，利用红外线的能力进化得更为发达，能够在可见光难以抵达的场所也可以进行光合作用。
阿斯特罗生物学中心的小杉真贵子特任研究员（现为基础生物学研究所特任助教）表示：“这是人类首次明确植物和藻类利用红外线的机理”。如果能通过人工手段使植物和藻类产生特定的天线蛋白质，那么就有望拥有红外线光合作用的能力。若用于光合作用的波长扩大到可见光以外，那么就有可能提高二氧化碳的吸收效率。研究团队还将分析其他藻类，调查是否也具有相似作用的天线蛋白质。
本次研究的成果还有利于探索存在生命的“第二个地球”。太阳系外有很多受到大量红外线照射的行星。若能明确利用红外线的植物的性质，就有可能当太阳系外行星上存在可光合作用得植物时，通过观察来自光合作用产生的氧气来发现生命。
日文：远藤智之、《日经产业新闻》、2023/3/1
中文：JST客观日本编辑部
