- 科技報導
文章專區
2019-08-16光合作用演化史恐被改寫
452 期
Author 作者
編輯部
【本刊訊】陽光的能量能讓植物行使光合作用（photosynthesis），透過化學反應進而製造出糖類。許多植物、藻類及部分細菌在這個過程中會將水分解以產生能量，並釋放氧氣作為廢料，其稱為「產氧光合作用（oxygenic photosynthesis）」，而有些細菌則會利用水以外的分子來行使無氧光合作用（anoxygenic photosynthesis）。
無氧光合作用屬於一種初級（primitive）過程，科學家普遍認為，產氧光合作用便是從這邊演化過來的:無氧光合作用出現約35億年，產氧光合作用則為10億年。然而英國倫敦帝國學院（Imperial College London）研究團隊日前分析某種古老菌種的結構，推測其產氧光合作用裡的某個關鍵步驟，可能比人們所知道的要更久！
根據ScienceDaily報導，來自倫敦帝國學院生命科學系，此篇研究第一作者卡多納（Tanai Cardona）指出，團隊在研究中獲取早期細菌光合作用系統的結構與功能數據，發現其與現存光合作用的演化歷程有所出入。團隊所研究的嗜中溫日光桿菌（Heliobacterium modesticaldum）主要行無氧光合作用，可在溫泉、土壤或浸水的田野間被發現，其與行產氧光合作用的主要細菌──藍菌門（Cyanobacteria）關係較遠。即便如此，兩者在數十億年前仍有共同祖先，因此它們也有許多傳承自祖先的相同特性。
研究團隊針對嗜中溫日光桿菌與現代藍菌的結構進行分析，在不同型態的光合作用下，卡多納發現兩者有著驚人的相似點:它們都含有執行產氧光合作用中關鍵步驟──分解水──的位點（site）結構。
一般認為，產氧光合作用首次出現在藍菌的進化史中，然而嗜中溫日光桿菌也同樣有這個位點，這意味著產氧光合作用的建構組元（buildingblocks）比想像中要古老的多。卡多納指出，產氧光合作用或許並非無氧光合作用的產物，且該結果有助於解釋成就光合作用與氧氣生成系統的背後原因，只不過，要有這樣的理解，就必須翻轉人們對光合作用演化的既定觀念。
傳統認為，無氧光合作用早在產氧光合作用前，就已運行約10億年或更久，也是這期間唯一的一種光合作用型態。照理來說，這些位點結構不應存在於無氧光合作用菌種中，或許該研究可望改寫光合作用的演化史。
新聞來源
Tanai Cardona and A. William Rutherford, Evolution of Photochemical Reaction Centres: More Twists ?, Trends in Plant Science, 2019.