http://www.physorg.com/news124463490.html
March 11, 2008
Carnegie Institution 科學家一項令人吃驚的發現，扭轉了我們對於光合作用的概念，那可說是地球上最重要的生物程序。由植物、藻類與某些細菌所進行的光合作用，從日光產生食物，以及在此過程中藉由釋出氧氣、吸收二氧化碳，支持近乎所有生物，
不過由 Arthur Grossman 等人所完成的二項研究，分別發表在 Biochimica et Biophysica Acta 與 Limnology and Oceanography 指出，某些海洋微生物已演化出一種方式，打破了這些法則 -- 它們無須釋出氧氣或攝取二氧化碳，就可以獲得顯著比率的能量。
這項發現不只是影響科學家對於光合作用的基本理解，更重要的是，那也會對海中微生物如何影響上升中的大氣二氧化碳濃度產生衝擊。
Grossman 的團隊研究在一種海洋生物，聚球藻（Synechococcus）當中的光合作用，那是行光合作用的細菌，稱為藍綠藻的一種形態。這些單細胞生物在世上大部分的海洋中主宰浮游植物族群，而且是全球初級生產力（primary productivity，指食物鏈底層）相當重要的貢獻者。Grossman 等人想要了解，聚球藻如何在鐵貧乏的水域中（那包含海洋中大部分的區域）興旺，因為正常光合作用的某些活動需要高濃度的鐵。而其他人已經提出，「氧」的一種潛在角色是接受來自於光合作用體（photosynthetic apparatus）的電子，以替代「二氧化碳」，而 Grossman 的小組證明這種活動在貧養的（oligotrophic，養分不足）海洋相當顯著，那包含了大半海洋區域。
"在貧養海洋中的聚球藻似乎藉由縮短標準光合作用過程的迴路，解決了鐵的問題，至少是某部份，" Grossman 說。"在大部分的時間中，這種生物繞過光合作用中需要最多鐵的階段。而這些也是二氧化碳從大氣中被攝取的階段。"
"我們很快地了解到我們所研究的聚球藻有些不同，" Shaun Bailey，此計畫的領導博士後研究員。"二氧化碳的攝取與光合作用活動並不相配，所以我們知道有某些不是二氧化碳的東西在光合作用中被消耗，結果證明是氧氣。" 研究者已暫時確認涉及此過程中的酵素是 plastoquinol terminal oxidase（質體醌末端氧化酶，PTOX）。他們指出在理解開放海洋生態系的淨初級生產力屬性時必須考慮到這種新程序。
在正常的光合作用中，光能分解水分子。這釋出了氧，所提供的電子接著用來「固定」來自於大氣中的二氧化碳，並製造富含能量的分子，例如糖。在這個新發現的程序中，有一大部份的電子並不是用來固定二氧化碳，而是讓水分子回到原狀，這導致淨氧氣產量減少了許多。
"這有點像細胞在進行無效益的光驅動水變成水的循環，" Bailey 說。"但並非如此，因為這種新奇的循環亦是種利用陽光來產生能量的方法，並同時保護光合作用體免受因吸收光線所引起的損傷。"
透過一種光驅動水變成水的循環來捕捉能量相當關鍵，因為海生藍綠藻不斷利用能量在它們的環境中取得貧乏的營養供給。
最近，這種新發現的現象由畢業生 Kate Mackey 證明發生在自然中，他直接測量來自於大西洋與太平洋田野樣本的光合作用。"低養分、低鐵的環境佔了世上大半的海洋，故它們代表了地球表面可供利用之光合作用的一大部份，" Mackey 說。"我們的發現證明這種新奇的循環發生在二大海洋中，並暗示來自於日光能量的實際數量，在光合作用期間被路由離開了碳固定。" 這也許意味著由開放海洋行光合作用的生物，自大氣中所移除的二氧化碳數量比先前所認為的要少。（後略）
※ 相關報導：
＊ Sciscape 新聞 [Apr 21, 2004]: 鐵 vs. 全球暖化？
http://www.sciscape.org/news_detail.php?news_id=1448
＊ 科學人 -- 把鐵加入海中可以抗暖化？
http://sa.ylib.com/news/newsshow.asp?FDocNo=1114&CL=63
＊ Alternative photosynthetic electron flow to oxygen in marine Synechococcus
http://dx.doi.org/10.1016/j.bbabio.2008.01.002
Shaun Bailey, Anastasios Melis, Katherine R.M. Mackey,＊ A photosynthetic strategy for coping in a high-light, low-nutrient environment
Pierre Cardol, Giovanni Finazzi, Gert van Dijken,
Gry Mine Berg, Kevin Arrigo, Jeff Shrager and
Arthur Grossman
Biochimica et Biophysica Acta (BBA),
Volume 1777, Issue 3, March 2008, Pages 269-276
doi: 10.1016/j.bbabio.2008.01.002
http://www.aslo.org/lo/toc/vol_53/issue_3/index.html
Mackey, Katherine R. M., Adina Paytan, Arthur R. Grossman,＊ 製造罕見葉綠素 d 的細菌被定序
and Shaun Bailey
Limnology and Oceanography, Vol. 53(3), May 2008（付印中）
＊ 可直接將水分解成氫的太陽能電池
＊ 今日的垃圾明日的乙醇：生物燃料的創新製程
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