Science：光合作用新见解，类胡萝卜素参与能量转移

　　光合作用是指植物、藻类和某些细菌通过光合色素，利用光能将二氧化碳(或硫化氢)和水转化为有机物，并释放出氧气(或氢气)的生化过程。光合色素包括叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素等。光合作用由一系列复杂的代谢反应组成，是地球生物赖以生存的基础。

　　植物和紫细菌中的类胡萝卜素不仅能辅助光吸收，还能够抵御光破坏。近日，多伦多大学和格拉斯哥大学的研究人员揭示了在光合作用过程中，类胡萝卜素一种不参与光吸收的分子状态却被用于传递光能。相关论文刊登在了近期出版的《科学》(Science)杂志上。

　　研究人员表示，类胡萝卜素的这一作用的确出人意料，自然界有效利用了类胡萝卜素分子的多种量子力学状态，并让它们各司其职。

　　数十年前人们就曾预言，在光合作用中，应该存在一种不参与光吸收的暗态(Dark State)类胡萝卜素。而多伦多大学化学系教授Greg Scholes领导的这项研究，首次证实了这种状态的存在，并指出这种完全不参与光吸收的状态是一个重要媒介，能够将类胡萝卜素所吸收的能量有效传递给叶绿素。

　　近六十年来，自然界光吸收系统的能量转移过程一直是研究的热点。而这项最新研究为人们展示了光吸收和能量转移过程中的细节。这项研究的结果为上述理论提供了有力支持，是迄今为止最明确的证据。

　　在这项最新研究中，研究人员通过一种特殊技术(broadband two-dimensional electronic spectroscopy)分析了紫细菌光吸收蛋白的电子结构及电子动态，并由此解析了类胡萝卜素吸收光，并将能量传递给细菌叶绿素的具体过程。研究显示，人们所预言的暗态类胡萝卜素的确存在，而且这种状态能够介导从类胡萝卜素到细菌叶绿素的能量流。

　　研究人员表示，这项研究使得人们对生命的基础分子有了更深入的认识。类胡萝卜素的功能涉及了光吸收、光保护和能量传递，甚至还被一些紫细菌用来作为热量传感器。一个分子的不同量子力学状态可以执行如此之多的功能，这令人惊叹。