光合作用的重要性无论怎样强调都不为过。光合作用是植物、藻类和某些细菌将太阳能转化为有机物质以滋养整个生物圈的生化途径。但科学家仍在努力了解光合作用功能的一些方面。拓展他们的知识可以帮助改善农业并应对气候变化。

光合作用使大气富含氧气，为地球上的生命提供了基础;它还能隔离人类活动产生的碳污染，并构成食物链的基础。

“从分子水平上看，光合作用有两个组成部分，”卡内基科学藻类专家阿德里安·布拉科特解释道。“首先是利用阳光分裂水分子，产生所有细胞所需的能量分子;其次是将大气中的二氧化碳固定为有机物质或生物质，这需要消耗化学能。”

他补充道：“但存在一个脱节，这引发了数十年的争论。这是因为为这个过程的后半部分(将二氧化碳转化为生物质)提供动力所需的化学能与分解水分子产生的能量货币不同。而将基本能量分子转化为用于合成糖的能量所涉及的过程仍然是个谜。”

就光合作用效率而言，生物体将阳光转化为生物质的能力存在很大差异。树木或草通常能够利用 0.5% 到 1% 的太阳能，而微藻能够利用高达 5% 的太阳能。

“植物的光合作用效率很低，”Burlacot 补充道。“由于藻类的光合作用效率更高，它们对于理解如何改善这一几乎支撑地球上生命各个方面的基本过程具有重要潜力。”

部分秘密在于藻类拥有一种特殊的生化系统，可以在光合器官中浓缩二氧化碳。过去几年，Burlacot 的实验室一直在研究藻类如何通过研究衣藻来发挥这种碳浓缩能力。衣藻是一类光合藻类，遍布全球的淡水和咸水、潮湿的土壤，甚至雪的表面。

最近，他们扩展了这一研究范围，以研究基本能量货币如何转化为藻类中碳固定过程本身所需的化学能。

Burlacot 团队在《植物细胞》杂志上发表的论文中揭示，衣藻中三种生化能量回路为碳固定提供动力。他们的工作表明，这三种途径都能维持高糖生产率。然而，这三种回路的效率并不完全相同。

“三种途径中有两种比最高效的途径浪费的能量多一倍，”Burlacot 说。“而且有趣的是，两种最高效的途径在农作物中并不存在。”

展望未来，该团队希望阐明这三种机制各自的作用，并建立这些机制与其他光合生物中类似途径之间的联系。一个大问题是，物种间光合效率的差异是否与它们所使用的能量回路有关。

“我们正试图了解藻类如何捕获二氧化碳的生化和生物物理步骤，这可以让我们提高重要农作物的效率并增强碳捕获解决方案，”Burlacot 总结道。“还需要做更多的工作，我们正在揭示碳固定是如何进行的完整故事。”

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