Light-to-electricity nanodevice reveals how Earth's oldest surviving cyanobacteria worked

该团队包括来自伦敦玛丽女王大学的塔奈·卡多纳博士，聚焦于光系统I（PSI）。这个分子复合体能够将光能转化为电能，从巴拿马角苔杆菌（Anthocerotibacter panamensis）中提纯而来——这个新近发现的物种代表了一个约30亿年前从所有其他蓝细菌分化出来的谱系。值得注意的是，这个活化石几乎没有近亲，其已知最近的进化"姐妹"物种约在14亿年前分道扬镳。

"我们无法穿越回30亿年前观察地球上的蓝细菌，"该研究第一作者、台湾大学的何明阳博士表示，"这就是为什么早期分化的巴拿马角苔杆菌如此关键；它让我们得以窥见过去发生的事件。"

大多数蓝细菌以及所有藻类和植物，都将它们的光合作用机制封装在称为类囊体的堆叠膜层中：想象成多层太阳能板。而巴拿马角苔杆菌缺乏类囊体，其整个光合作用工具包仅限于单层膜结构。这种限制制约了光合作用效率，因此这些无类囊体的蓝细菌生长缓慢，在实验室中仅能耐受弱光环境。

"掌握了这个光系统I的结构，"威斯康星大学麦迪逊分校的合著者克里斯托弗·吉斯里尔博士补充道，"我们可以将其与其他结构进行比较，从而辨别哪些特征是古老的，哪些是近期的进化创新。"

研究团队发现，尽管蛋白质序列像任何细菌一样发生了漂变，但光系统I的架构几乎未改变：三个PSI单元以三叶草构型结合，共同承载着超过300种吸光色素，包括叶绿素和类胡萝卜素。

塔奈·卡多纳博士总结道："即使在三十亿年前，光合作用似乎已经达到了惊人的复杂程度。要寻找产氧光合作用的真正起源，我们必须追溯更久远的时期——在蓝细菌自身进化之前。"

本研究由国家科学及技术委员会（台湾）、美国国立卫生研究院（NIH）、美国能源部及英国研究与创新署（UKRI）资助。