在美國黃石公園的細菌墊、以及澳大利亞的海灘巖等陰暗環境中，存在著一種藍藻細菌。最近，來自英國帝國理工生命科學系的研究人員發現，這些細菌的特別之處在於，它們在光合作用過程中可使用“
近紅外光”，而不是我們使用發生在大多數生物中的“可見紅光”。這一發現改變了我們對光合作用的基本機制的理解，這不僅為農作物的工程改造提供了新的思路，也讓我們意識到，或許應該調整尋找外星生命的方向。實驗結果被刊登於6月15日的《科學》雜誌上。
光合系統能將太陽能轉換成為化學能，從而為生命提供動力。在幾乎所有的有氧光合作用中，都需要依賴葉綠素-a來收集可見光、再將可見光轉化為化學物質和氧氣。葉綠素-a可以吸收大部分紅色的光線，同時反射綠色、藍色和紫色的光線。
由於在已知的所有植物、藻類、藍藻細菌中都存在葉綠素-a，因此我們一直認為紅光的能量為光合作用設定了“紅光極限”（~700nm），它代表著光合作用所需的最低能量。在天體生物學中，紅光極限常被用以判斷複雜的生命是否可能在其它行星上演化的參考之一。
然而，當一些藍藻細菌在近紅外光環境下生長時，含有葉綠素-a的標準系統就會失效，而被含另一種葉綠素——葉綠素-f的系統接管。
在新的研究中，科學家發現，葉綠素-f能吸收波長大於760nm的光，是已知能吸收最大波長的光的葉綠素。在此之前，我們一直以為它只具有捕獲光的作用；因此，在含有葉綠素-f的光合系統中，科學家並不認為“紅光極限”得到了延伸。而最新的研究表明，
能吸收更長光波的葉綠素-f在光合系統中也能進行光化學反應。當處於陰暗條件下時，葉綠素-f就會在光合作用過程中起著關鍵性的作用，它能利用能量很低的近紅外光來進行復雜的化學反應——產生超越“紅光極限”的光合作用。
科學家認為，這是一項非常重大的發現，這種新形式的光合作用改變了我們對標準光合作用中的核心事物的理解。
先前，科學家已經知道在一種名為Acaryochloris的藍藻細菌中，會發生超越紅光極限的光合作用。Acaryochloris通過運用葉綠素-d，可以吸收的波長要比葉綠素-a可吸收的高出約40nm。而且對Acaryochloris的光合系統來說，葉綠素-d在光合作用中佔據主導地位（〜97％），遠高於葉綠素-a的作用。
然而，因為這種現象只在這一種物種中出現，並且還需要非常特定的棲息地，因此它一直被視作為一個例外。Acaryochloris生活在一個綠色的海鞘下，海鞘遮蔽了大部分可見光，只剩下近紅外線。
如今，最新報道的這種基於葉綠素-f的光合作用代表了第三種廣泛存在的光合作用類型。但是，它僅適用於陰暗且富含紅外線的特殊環境中；在正常光照條件下，光合系統仍會使用標準的紅光形式進行光合作用。
科學家曾認為，在超越紅光極限的範圍，光損害會更加嚴重。因為任何比紅光更長的光波都需要更敏感的光合系統，而在明亮環境下，來自各種更短波長的高能量的光很有可能對這種敏感的光合系統造成損害。但在穩定、陰暗的環境中這將不會是個問題。
論文的另一位作者Andrea Fantuzz博士說：“尋找一種超越紅光極限的光合作用，會改變我們對光合作用能量需求的理解。這為理解光能的使用、以及保護系統免受光損害的機制提供了新的見解。”
新的見解或許還能幫助科學家通過使用更廣範圍的光，讓農作物能進行更高效的光合作用。通過研究這些藍藻是如何保護自己免受因光亮變化而造成的損害，則有助於發現如何對農作物進行的改造。
在新的系統中，我們可以看到比以往在標準葉綠素-a系統中更多的細節。常被視為“配件”的葉綠素實際上執行著光合作用中的關鍵化學步驟。這表明這種模式也適用於其他類型的光合作用，這將改變長期以來對主要的光合作用形式是如何工作的觀點。
該研究的第一作者和發起人Dennis Nürnberg博士表示，令他感到驚喜的是，由於他對藍藻的興趣而展開的一系列研究，轉化成了對光合作用的理解發生的重大變化。
這次的發現推動了我們對生命理解的邊界，讓我們從不同的角度揭示這樣一個基本過程。而除了學術意義，這一研究或許還具有重大的應用價值，因為光合作用對全球的農作物生物學有著至關重要的作用。
編譯：小綿泡
參考鏈接：
[1] http://science.sciencemag.org/content/360/6394/1210/tab-pdf
[2] https://www.imperial.ac.uk/news/186732/new-type-photosynthesis-discovered/
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