由日本自然科學研究機構阿斯特羅生物學中心等組成的研究團隊發現，南極的藻類能夠利用太陽光中的紅外線進行光合作用。研究團隊還明確了作爲吸收紅外線的天線工作的蛋白質及其構造和功能。如果能夠人工培育出產生此類蛋白質的植物，則有可能在可見光之外，利用更廣泛的光來有效進行光合作用，也可用於探索紅外線照射下的太陽系外行星上的生命。
南極水芹耐乾燥和凍結（供圖：阿斯特羅生物學中心）
研究團隊重點關注了在南極陸地上長得像苔蘚一樣的、名爲南極水芹的藻類。南極水芹的細胞層層重疊，形成聚落（集合體），保存自身不被強烈的太陽紫外線傷害。但這樣一來，光合作用所需的可見光會被聚落表層的細胞吸收，幾乎無法抵達下層。研究小組在以往的研究中曾發現，南極水芹可以利用表層細胞無法吸收的紅外線進行與可見光同樣效率的光合作用，但其詳細機制當時尚未明確。
本次研究時，研究團隊提取了南極水芹細胞中含有的成分，單獨提取出了具有吸收紅外線性質的蛋白質。透過分析其胺基酸序列，成功確定了在吸收紅外線時起到天線作用的蛋白質。
研究明確的天線蛋白質的立體構造（供圖：阿斯特羅生物學中心）
對該蛋白質立體構造進行分析後發現，11個同樣的蛋白質呈環狀連接，每個蛋白質中分別與11個吸收光的色料（葉綠素）相結合。其中5個負責紅外線的吸收，紅外線能量的一部分被天線蛋白質轉換爲與可見光同等的能量，用於光合作用。
被明確的天線蛋白實際上是由聚落下層的細胞大量產生的。研究人員認爲，這種藻類在演化程序中，利用紅外線的能力演化得更爲發達，能夠在可見光難以抵達的場所也可以進行光合作用。
阿斯特羅生物學中心的小杉真貴子特任研究員（現爲基礎生物學研究所特任助教）表示：「這是人類首次明確植物和藻類利用紅外線的機制」。如果能透過人工手段使植物和藻類產生特定的天線蛋白質，那麼就有望擁有紅外線光合作用的能力。若用於光合作用的波長擴大到可見光以外，那麼就有可能提高二氧化碳的吸收效率。研究團隊還將分析其他藻類，調查是否也具有相似作用的天線蛋白質。
本次研究的成果還有利於探索存在生命的「第二個地球」。太陽系外有很多受到大量紅外線照射的行星。若能明確利用紅外線的植物的性質，就有可能當太陽系外行星上存在可光合作用得植物時，透過觀察來自光合作用產生的氧氣來發現生命。
日文：遠藤智之、《日經產業新聞》、2023/3/1
中文：JST客觀日本編輯部
