“无光”也能生长，光合作用不止一种

本报记者张野

自从17世纪中叶发现光合作用以来，可见光可以转换能量的传统思想已经存在了数百年。然而，6月15日发表在《科学》杂志上的一项研究结果改变了这一传统的经典理论。研究人员发现，蓝细菌可以将“近红外光”转化为生物体在光合作用中所需的化学能，而不是“可见光”。

“这一发现大大扩展了我们对光合作用的理解。根据这个想法，人类可以在几乎没有可见光的深海海底或外星星球上寻找新的生命。”南京农业大学生命科学学院副教授徐小明告诉《科学日报》。

生命与水和光的奇妙关系

绿色植物利用太阳能吸收二氧化碳和水，产生有机物质并释放氧气，这被称为光合作用。光合作用是所有生物生存、繁殖和发展的根本保证。

早在17世纪中叶，欧洲科学家就发现植物和动物与水、光和二氧化碳有着奇妙的关系，这是对光合作用的最早理解。后来，1771年被称为光合作用发现年。

“在20世纪，人类对光合作用有着深刻的科学理解。通过研究发现，光合作用是通过光合色素来完成的徐小明说，阳光是红色、橙色、黄色、绿色、蓝色和紫色的，不是一种可以完全吸收的色素，所以广义的光合色素包括叶绿素、类胡萝卜素、叶黄素等。

光合色素主要分为两类，一类是天线色素，主要负责接收光并将其传输到反应中心；另一类是反应中心色素，可以分离反应中心的光电荷并将其转化为有机物质。其中，叶绿素a起主导作用，叶绿素b、叶绿素c和叶绿素d等都起辅助作用。只有叶绿素a能完成光的接收和传输过程，并将可见光转化为化学物质和氧气。

然而，已经发现光合色素只能吸收来自太阳的可见光。具体来说，它吸收可见光中的红光和蓝光，反射绿光。人们知道叶绿素存在于所有的植物中，所以植物也显示绿色。

叶绿素-f，不愿意做配角

英国帝国理工学院生命科学系的研究人员发现，在美国黄石公园的细菌区和澳大利亚海滩岩石的黑暗环境中有一种蓝细菌。由于它周围几乎没有可见光，含有叶绿素a的标准光合作用系统将会失灵，并被叶绿素f所取代。

叶绿素f能吸收波长大于760纳米的光，并且已知能吸收最大波长的光。直到现在，人类认为它只有捕捉光线的功能。最新的研究表明，叶绿素f也可以在光合作用系统中发生光化学反应。

在黑暗条件下，叶绿素f在光合作用中起着关键作用。它可以利用能量非常低的近红外光进行复杂的化学反应。

“这是一个非常重要的发现。这种新形式的光合作用改变了我们对标准光合作用核心的理解。”徐小明认为，过去被认为是辅助作用的叶绿素-f，实际上在光合作用中执行关键的化学步骤。这将改变长期以来对光合作用主要形式如何工作的看法，同时也表明未来可能会继续发现其他类型的光合作用。

科学家还说，新报道的基于叶绿素f的光合作用代表了第三种广泛存在的光合作用。然而，它只适用于黑暗和富含红外线的特殊环境。在正常光照条件下，光合作用系统仍将使用标准红光形式进行光合作用。

或者我们应该调整外星生命的方向

这一发现不仅具有重要的科学价值，而且具有积极的现实意义。例如，改造农作物，帮助寻找外星生命等。

“我们可以通过基因改造使农作物在黑暗环境中生长成为可能，但目前没有这种必要。”徐小明说，光线越强，转换的能量就越多。在这个阶段，为了获得更高的产量，种植在地球上的作物需要强光。即使人类改造了能在夜间生长的农作物，实际价值也不大。

然而，这一发现对寻找外星生命具有重要意义。

叶绿素a存在于所有已知的植物、藻类和蓝细菌中，所以我们一直认为光合作用有一个“红光极限”(波长400-700纳米)，它代表光合作用所需的最小能量。在天体生物学中，红色界限经常被用作判断复杂生命是否会在其他行星上进化的参考之一。

徐小明告诉记者，卫星遥感观测地球表面植物的主要原理是确定叶绿素a，而新的光合作用，主要是叶绿素f，将改变传统的观测模式。这一发现意味着也许对外星生命的探索应该重新定位。在一些黑暗的星球上，也许有一些生物体顽强地以我们不知道的光合作用的形式存活下来。