近日，山东大学微生物改造技术全国重点实验室教授张玉忠、赵龙生与国内外团队合作，解析了颗石藻巨型光能转化机器光系统I-捕光天线复合体的原子分辨率结构，揭开了其庞大光合天线系统的组装、能量传递和进化奥秘。相关成果发表于国际杂志《科学前沿》。

颗石藻光系统I-捕光天线复合体示意图  山东大学供图

在浩瀚海洋中，颗石藻不仅通过光合作用影响全球碳循环，其细胞表面的碳酸钙外壳更是构成了壮观的海洋“白色浮游带”。单细胞的颗石藻虽不起眼，却是地球生态的关键角色。它们在距今1亿年左右的白垩纪时期达到了演化史上的鼎盛阶段，其种类和数量都极为丰富，支撑了白垩纪海洋中从浮游动物到大型海洋生物的复杂食物链。颗石藻用碳酸钙外壳堆积出白垩沉积地层，白垩纪的名称就来源于欧洲广泛分布的白垩沉积。

颗石藻的光系统I-捕光天线复合体堪称“光合神器”，研究人员发现其是一台规模惊人的分子机器：分子量高达1.54兆道尔顿，由近50个蛋白亚基和700多个色素分子构成，捕光截面是陆地植物豌豆的4至5倍，如同把“小太阳能板”升级成了“巨型集光阵列”。

独特的结构设计是其高效捕光的核心。35个捕光天线以模块化方式有序排列，形成围绕核心的放射状结构，最大化扩展了捕光面积。更精妙的是其“定制化色素套餐”——富含叶绿素c和岩藻黄素，这两种色素擅长捕捉深海中穿透力最强的450至550纳米蓝绿光，完美适配阳光难以抵达的海洋真光层下部弱光环境。

庞大的体型并未牺牲效率，反而实现了“捕得多、转得快”。研究通过飞秒超快光谱检测发现，光能从最外围天线传递到反应核心仅需约62皮秒。秘密在于色素分子紧密耦联形成的畅通能量网络，让每一缕捕获的弱光都能高效转化为生物能。

进化层面的发现更令人惊叹。这台“光合机器”竟是“嵌合进化”的产物：其核心继承自隐藻，捕光天线却源自不等鞭藻，两种不同进化路线的组件完美融合，展现了生物适应环境的智慧。

这些研究成果不仅填补了颗石藻光合机制研究的空白，更具重要应用价值。未来，科学家可借鉴其结构原理，设计新型人工光合系统，或培育高效固碳生物品种，为合成生物学发展和应对气候变化提供新路径。这颗深海微藻的能量密码，正为人类打开绿色科技的新大门。

该研究得到了国家自然科学基金项目、科技部重点研发计划等项目的资助。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1126/sciadv.aea4965