陽光明媚的一天所帶來的傷害不僅僅是去海灘旅行。但它也會損害光合作用的過程。植物和其他生物如何將陽光轉化為能量。然而，一些水下藻類已經發展出一種獨特的保護方法。大阪都立大學的研究人員及其合作者發現，一種名為虹吸鹼的色素有助於海綠藻有效地進行光合作用。即使在強光下
保護光合作用機制
光合生物利用稱為光捕獲複合物 (LHC) 的複雜分子系統來吸收陽光並將其轉化為可用能量。當葉綠素這種位於光合作用中心的綠色色素吸收光時，會被激發並將能量轉移到觸發化學過程的反應中心。即使在太多的光照下，葉綠素也可能進入危險的“三重”狀態。這會產生可損害細胞的活性氧分子。
“生物體利用類胡蘿蔔素來快速耗散多餘的能量。或消除這些孿生態，這是通過一個稱為三重態-三重態能量轉移（TTET）的過程來實現的，”主要作者、人工光合作用科學研究生院副教授 Ritsuko Fujii 說。大阪都立大學表示
直到最近，人們還不太了解這種保護過程如何運作的具體細節。
仔細看看 脆性鈉
為了進行調查，研究小組轉向 脆性鈉一種海綠藻，像陸地植物一樣，它有一個複雜的光捕獲天線，稱為 LHCII，但它也含有稀有的類胡蘿蔔素，如 siphonin 和 siphonaxanthin。這些色素幫助藻類利用水下環境中常見的綠光進行光合作用。
該研究的合著者、意大利帕多瓦大學的研究員亞歷山德羅·阿戈斯蒂尼（Alessandro Agostini）表示：“熄滅機制的關鍵在於如何快速有效地停用孿生態。”
研究人員使用電子順磁共振（EPR）光譜，這是一種直接測量雙胞胎激發態的技術。與菠菜比較 脆性鈉– 菠菜中仍然存在微量有害的葉綠素三聯體，但在 脆性鈉那些信號完全消失了。類胡蘿蔔素已被證明可以成功抵消破壞性能量。
“我們的研究表明，光合綠藻的觸角結構具有出色的光保護功能，”阿戈斯蒂尼說。
Siphonein 如何保護藻類免受陽光照射？
通過將 EPR 數據與量子化學模擬相結合，研究人員確定了在 LHCII 複合物中佔據關鍵結合位置的 siphonein 是負責這種保護的主要色素。他們還揭示了分子結構和位置如何使其更有效地耗散多餘能量。
這一發現表明，海藻進化出了特殊的色素，不僅可以在水下吸收藍綠光。但它也能抵抗強烈陽光的破壞作用。
從海洋發現到太陽能創新
除了提高我們對光合作用的理解之外，這項研究還將影響仿生太陽能技術的設計。它可以保護自身免受光損傷。這樣的系統可以帶來更持久、更高效的可再生能源解決方案。
“我們希望進一步闡明類胡蘿蔔素的結構特徵，以提高其猝滅效率。這最終將使設計優化光合觸角的色素分子成為可能，”藤井說。
該研究發表於 物理科學報告室–
