打破光合作用极限！北极微藻的惊人发现，在近乎黑暗的环境中开展光合作用
光合作用将阳光转化为生物可利用的能量，从而构成地球上所有生命的基础。然而，之前对光合作用所需光量的测量结果始终远高于理论上可能的最低值。
由阿尔弗雷德·韦格纳研究所、亥姆霍兹极地和海洋研究中心 (AWI) 的克拉拉·霍普博士领导的团队调查了北极微藻在极夜结束时的发展情况，结果显示，即使在极低的光照水平下，自然界中也能进行光合作用。
这一结果尤其令人惊讶，因为北冰洋的光合作用是在冰雪覆盖的海冰下进行的，而海冰只允许少量的入射阳光穿过：微藻生长所需的光照量仅为地球表面阳光量的十万分之一。藻类能够如此高效地利用如此少量的光照，这非常令人印象深刻。这再次表明生物体对环境的适应能力很强。
这项现已发表的研究结果对整个地球都很重要。尽管这项研究结果只针对北冰洋，但它们展示了光合作用的能力。如果在北极的恶劣条件下，光合作用如此高效，我们可以假设其他海洋区域的生物也适应得很好。这意味着，在海洋深处，也有足够的光通过光合作用产生可用的能量和氧气，然后这些能量和氧气将可供鱼类等使用。因此，全球海洋中相应的光合作用栖息地可能比之前假设的要大得多。
参考文献：Clara J. M. Hoppe, Niels Fuchs, Dirk Notz, Philip Anderson, Philipp Assmy, Jørgen Berge, Gunnar Bratbak, Gaël Guillou, Alexandra Kraberg, Aud Larsen, Benoit Lebreton, Eva Leu, Magnus Lucassen, Oliver Müller, Laurent Oziel, Björn Rost, Bernhard Schartmüller, Anders Torstensson, Jonas Wloka. Photosynthetic light requirement near the theoretical minimum detected in Arctic microalgae. Nature Communications, 2024; 15 (1) DOI: 10.1038/s41467-024-51636-8
一、为什么微藻可以在近乎黑暗中开展光合作用？
根据研究成果，北极微藻为了适应极低光照环境，其捕光色素系统高度优化。他们可能通过增加叶绿素a和辅助色素的含量，扩大捕光面积，提高对弱光的捕获能力。调整不同类型捕光色素的比例，以适应不同波长的光。例如，增加对蓝光和绿光敏感的捕光色素的比例，以充分利用冰层透射的蓝绿光。微藻的天线复合物可能具有更高的能量传递效率，将捕获的光能快速传递到反应中心，减少能量的损失。微藻可能通过调节捕光色素的构象，改变其吸收光谱，以更好地适应环境光。
但并非所有的微藻都具备在极低光照条件下进行光合作用的能力。 不同种类的微藻对光照的适应能力存在差异。以北极微藻这个研究发现来看，可能深海或极地等低光照环境中的微藻，其光合作用系统往往具有更强的适应性，能够在极低光照条件下生存。
一般来说，生活在深海或极地等低光照环境中的微藻，其光合作用系统往往具有更强的适应性，能够在极低光照条件下生存。
二、这项研究发现的意义
北极微藻在近乎黑暗环境中进行光合作用的发现，具有深远的科学意义和潜在的应用价值。这项研究发现，意味着在海洋深处，也有足够的光通过光合作用产生可用的能量和氧气，然后这些能量和氧气将可供鱼类等使用。全球海洋中相应的光合作用栖息地可能比之前假设的要大得多。
这一发现挑战了我们对光合作用的传统认知，即光合生物必须依赖充足的光照才能生存。它表明，生命在极端环境下的适应能力超出了我们的想象。对研究极端环境下微生物的生存机制，有助于我们更深入地了解地球早期生命起源和演化。这一发现为光合作用理论提供了新的证据和视角，促使科学家们重新审视光合作用的机制和限制。
利用这些微藻具有在极端条件下高效利用光能的潜力，为开发新型生物能源提供了新的思路。了解极地微藻的生存机制，有助于我们更好地理解极地生态系统的能量流动和物质循环。这些微藻的特性可能为太空农业提供新的解决方案，为人类在太空长期生存提供食物和氧气。这些微藻的特殊基因和蛋白质可能被用于开发新的生物技术，例如生产药物、生物燃料等。
这一研究不仅拓展了我们对生命现象的认识，而且为解决能源危机、环境保护等全球性问题提供了新的思路。
三、思考
北极微藻在极低光照条件下进行光合作用的研究，为我们打开了探索生命极限的一扇新大门，也有许多值得思考的问题。
不同种类的极地微藻是否具有相似的基因组特征？是否存在与低光适应相关的特异基因？ 微藻光合系统中的关键蛋白（如捕光蛋白、反应中心蛋白）的结构和功能是否发生了特殊的适应性进化？环境因素（如光照、温度）是否可以通过表观遗传机制调控微藻的光合作用？如何利用这些微藻的特性开发新型的生物技术，例如生产生物燃料、生物肥料等？
这些有意思的问题，只能留给你们来解答了~~~
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