老葉的植物王國

光合作用（photosynthesis）可以說是世界上最偉大的代謝途徑了。如果沒有它，地球上應該是一片沈寂：沒有植物、也沒有動物。 光合作用的核心，是收取光能的葉綠素（chlorophyll）。葉綠素有 a 、 b 、 c1 、 c2 、 d 、 f 六種，除了葉綠素 a 以外，其他五種的分佈都是比較有限制的。由於葉綠素的構造的關係，它吸收紅光、藍光但是不吸收綠光，所以葉綠素是綠色的。 葉綠素 a 。圖片來源： 維基百科 藍綠藻（cyanobacteria）除了有葉綠素 a 、 d 與 f 之外，還有藻藍蛋白（Phycocyanin）與藻紅蛋白（phycoerythrin）等所構成的輔助色素。由於這些色素蛋白吸收的光波主要在橙、黃、綠波長的位置（500nm-620nm左右），使得藍綠藻在顏色上跟高等植物不同。不過，不管是葉綠素、藻紅蛋白還是藻藍蛋白，利用的都是可見光。 最近賓州州立大學（Penn State）的一群科學家，在溫泉裡面找到一屬藍綠藻 Leptolyngbya ，這屬的藍綠藻竟然可以使用遠紅光（大於700nm）來進行光合作用！ 為什麼科學家們會想到要測試這種藍綠藻使用遠紅光進行光合作用的能力呢？原來它生活在黃石公園附近的LaDuke溫泉中（LaDuke hot spring in Montana, near Yellowstone National Park），上面有2釐米厚的一層細菌。這層細菌隔絕了遠紅光以外所有的光，而這種藍綠藻還能夠生活在這裡，代表它在光合作用上應該有與眾不同的能力。 為了找出這個與眾不同的能力，科學家們將這種藍綠藻在六種不同的光（白光、綠光、紅光、645nm的紅光、710nm的遠紅光、以及遠紅光）下培養之後，再分析它的色素種類與含量。結果發現只有在遠紅光的兩組中發現葉綠素 f ，而後續的轉錄分析（transcription profiling）顯示， Leptolyngbya 藍綠藻可能是經由一個由21個基因組成的集團，來調整在不同光下面的基因表現。 當它暴露在只有遠紅光的環境中時，這21個基因的表現量上昇；而這些基因裡面包含了組成光合作用所需的光系統I、II以及藻膽體（phycobilisome）的蛋白質。相對的，原先用來組成這三個複合體（complex）的基因，他們的表現量在遠紅光下則呈現下降...