Nature新发现：微生物是如何靠光生存的?

　　植物通过光合作用将光转化为一种它们可以利用的能量——一种叫做三磷酸腺苷(ATP)的分子。这是一个复杂的过程，也会产生糖和氧气，植物以后可以用糖作为能量。一些生活在水源光照层中的细菌也可以将光转化为ATP，但它们使用的过程比光合作用更简单，效率也更低。然而，以色列理工学院的研究人员现在发现，这个过程并不像之前想象的那么简单和有限。

　　

植物通过光合作用将光转化为一种它们可以利用的能量——一种叫做三磷酸腺苷(ATP)的分子。这是一个复杂的过程，也会产生糖和氧气，植物以后可以用糖作为能量。一些生活在水源光照层中的细菌也可以将光转化为ATP，但它们使用的过程比光合作用更简单，效率也更低。然而，以色列理工学院的研究人员现在发现，这个过程并不像之前想象的那么简单和有限。

视紫红质（Rhodopsins）是细菌用来产生ATP的光驱动质子泵。光合作用是一个涉及多个阶段和蛋白质的过程，而视紫红质自己完成一切。它不是更有效率，而是像中世纪作坊和现代工厂之间的区别。视紫红质是由一种叫做“retinal”的分子激活的，这种分子可以吸收光线。具体来说，retinal在这些蛋白质中吸收绿光。另一种分子，类胡萝卜素“antenna”，也能使其吸收蓝光，增加视紫红质产生的能量。

然而，到目前为止，这些分子只在两种罕见的细菌中被发现，而生活在海洋和湖泊表面的一半细菌含有视紫红质基因。

对于在以色列理工学院生物学院Oded教授Béjà指导下工作的研究生Ariel Chazan来说，这似乎很奇怪。能够吸收蓝色范围内的光是有利的，因为蓝光能更深地渗透到水中。类胡萝卜素在自然界中广泛存在。会不会是一个有用的工具就在周围，没有细菌会捡到它?查赞假设，许多细菌使用的触角还没有被发现。于是他出发去找他们。

在不知道具体要找什么的情况下，你怎么找到一个分子呢?Chazan先去钓鱼了。他从Kinneret湖收集水，并分离出已知的视紫红质质子泵。然后他把它们作为诱饵，在同一水域中寻找潜在的天线。附着在视紫红质上并在蓝光下增加能量输出的分子就是他正在寻找的分子。他找到了很多。在视紫红质的背景下，科学家们不熟悉的许多分子变体，微生物显然是利用它们从暴露在光线中产生更多的能量。

在Kinneret湖发生一些事情是一回事。但如果同样的事情发生在世界各地的海洋中，那将是开创性的。因此，Chazan在海水上进行了同样的实验。他还在努力证明其他一些东西:他发现的分子是有效的视紫红质天线，不仅在试管中，而且在活细胞中。所有实验结果都是积极的。

“这是关于地球上主要生产者的新知识——从无机能源中为生物生产可用能量的生物体。其他生物以这些为食，从而利用系统中已经存在的能量。因此，我们发现进入食物链的能量比我们之前知道的要多，”Chazan说。科学界一致认为，这项研究具有深远的影响，它最近发表在《自然》杂志上。

这项工作是由一个国际团队完成的，包括来自日本、西班牙和以色列的团队。Chazan使用的“钓鱼”方法是一种老方法，几乎过时了。“当我提出这个建议时，人们有点怀疑，但我喜欢将现有技术应用于以前没有使用过的方式。我们不应该仅仅因为工具箱里有更新更闪亮的东西就忘记旧的工具。走到野外，看看大自然给了我们什么，比订购干净的工业生产的工具包和在实验室里做所有的事情需要更多的努力。但这些无菌试剂盒离我们希望研究的自然更远，在过渡过程中，一些东西会丢失。”

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Phototrophy by antenna-containing rhodopsin pumps in aquatic environments