最近瑞士、英國和日本的大學在共同研究海洋硅藻時發現，它們會利用獨特的固碳機制，將二氧化碳濃縮儲存於身體特殊部位，以便用於光合作用上面。研究人員表示，這項發現有利於改善現有的生物碳捕獲技術。
硅藻是海洋中最主要的浮游植物群之一，能透過葉綠體的光合作用，將空氣中的二氧化碳轉換成營養物質和氧氣，且全球大約有近20%的二氧化碳是透過這些生物進行消耗，它們還為廣闊的海洋生物網提供能量。
過去，人們只知道這些藻類透過類囊體膜內的葉綠素收集來自陽光的能量，然後用於幫助加氧酶（RuBisCO）基質固定二氧化碳，但人們對於硅藻如何有效地吸收和儲存二氧化碳的機制卻知之甚少。
這次，擁有560多年歷史的瑞士巴塞爾大學（University of Basel）、英國約克大學（University of York）和日本關西學院大學（Kwansei-Gakuin University）的研究人員在合作研究中發現，硅藻體內的獨特蛋白質和酵素（酶）能夠把二氧化碳牢固控制和吸收，以此幫助它進行生長和光合作用。該研究結果於今年10月發表在《細胞》雜誌上。
研究人員透過冷凍電子斷層掃描（cryo-ET）等尖端成像技術，觀察兩種常見的藻類——羽狀矽藻（P. tricornutum）和中心矽藻（Thalassiosira fakenana），發現這些硅藻體內狹長的皮殼蛋白類囊體（PyShell，矽藻蛋白質殼）可以將加氧酶基質緊緊包裹在小隔間中，使基質可以更有效地捕捉和濃縮二氧化碳。這些硅藻再利用它們捕獲到的濃縮二氧化碳進行光合作用，最終產生所需的營養物質（以醣類為主）和氧氣。
研究人員還發現，羽狀硅藻的皮殼蛋白類囊體形狀筆直，中心硅藻的皮殼蛋白類囊體略為彎曲且分成前後二段。它們的皮殼蛋白類囊體是蛋白質亞基的重複晶格形成，且這些類囊體內管腔中常含有緻密的顆粒可以移動，可以像錢包或密封袋的拉鍊一樣隨時密封加氧酶基質，使其更好地作用於二氧化碳。
為了進一步了解皮殼蛋白類囊體在硅藻體內的作用，研究人員把藻類中與皮殼蛋白類囊體的相關基因移除。結果顯示，加氧酶基質出現破碎現象，使原本強而有力的固定二氧化碳能力嚴重受損，並嚴重抑制硅藻的生長能力，而硅藻本體的葉綠體含量也出現驟降。另外，他們在查詢藻類的海洋基因圖譜時發現，多數的海洋藻類都存在皮殼蛋白類囊體基因，且與二氧化碳的濃縮機制（CCM）相關，而這些藻類約佔海洋固碳量的一半數量，對於全球固碳和碳循環有著巨大的影響力。
主要研究作者、巴塞爾大學生物研究中心研究結構生物學與冷凍電子斷層研究員—曼農德穆爾德（Manon Demulder）對巴塞爾大學的新聞室表示：「我們現在發現硅藻蛋白核被包裹在晶格狀的蛋白質殼中，有助於它身體的隔間產生高濃度的二氧化碳，並讓體內的加氧酶能夠有效地將二氧化碳轉化為營養物質。」
她還表示：「我們希望皮殼蛋白類囊體等發現，能夠幫助激發新的生物技術應用，改善光合作用，並從大氣中捕獲更多二氧化碳。這是一項長期的目標，因此我們現在進行基礎研究非常重要。」◇
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