研究人員可能發現了一種新的葉綠素形式，葉綠素是植物、藻類和藍藻透過光合作用從光中獲取能量的色素。8月19日發表在《科學》雜誌上的初步研究結果表明，新發現的分子，被稱為葉綠素f，與已知的四種葉綠素形式相比，具有獨特的化學成分，並且可以吸收比光合色素典型的更多的近紅外光。葉綠素f是從藍藻和其他產氧微生物培養物中提取的，它可能使某些光合生物能夠從許多競爭者無法利用的光波長中獲取能量。
“這是我們在自然界中發現的最紅移的葉綠素，”澳大利亞悉尼大學的生物學家，該研究的主要作者陳敏說。“這意味著內部含有這種葉綠素的生物可以擴充套件它們的光合作用範圍，以最大限度地利用太陽能。”
已知一些光合細菌使用紅外光，但與植物和藍藻相反，這些微生物不產生氧氣。相反，它們依賴於非產氧光合作用，這種光合作用可以在紅外光提供的低能量光子下發揮作用。“沒有人認為產氧生物能夠利用紅外光，因為實際上產生氧氣的光合作用被認為需要來自可見光的更大量光子能量，”布朗大學的分子生物學家塞繆爾·比爾說，他的工作部分集中在葉綠素上。“我認為他們在這裡發現的是葉綠素的一種新修飾，它顯示了光合生物利用任何可用光的靈活性。”
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聖路易斯華盛頓大學的光合作用專家羅伯特·布蘭肯希普也認為這項發現意義重大。“我認為這是一個非常重要的新進展，是六十年來在產氧生物中發現的第一種新型葉綠素，”他透過電子郵件寫道。
其他研究人員對這些發現持更加謹慎的態度。約翰·克拉克·拉加里亞斯是加州大學戴維斯分校的分子生物學家，他指出，早期的研究表明，一些產氧藍藻可以使用葉綠素d（四種已知葉綠素變體之一，還包括葉綠素a、b和c）從近紅外光中獲取能量。但這篇新論文仍然引起了拉加里亞斯的興趣：“這是一個令人興奮的潛在發現，如果這是真的，它提供了第二個含有紅移葉綠素的生物的例子，”他說。“我們不確定它是否用於光合作用，但我們知道它正在吸收光，並且可能以某種方式參與光合作用裝置。它可能是一種名副其實的新型葉綠素，存在於生物體內。”
2008年7月，陳的同事收集了來自澳大利亞西部鯊魚灣哈梅林池塘的疊層石（由藍藻、碳酸鈣和沉積物層形成的結構）和微生物墊的樣本，該地已知包含世界上最多樣化和最古老的疊層石。藍藻和其他微生物在淺水中生長時會形成疊層石，逐漸捕獲和結合沉積物，形成小的岩石狀塔和土堆。陳將樣品在研缽和研杵中研磨，並在連續近紅外LED照明下的培養皿中培養微生物。最終，只有像藍藻這樣能夠利用近紅外光進行光合作用的微生物在培養物中存活下來。
然後，陳使用溶劑從培養物中提取活細胞和色素，並使用各種實驗室技術分析它們的性質。集體結果表明，藍藻含有一種新型葉綠素，可以在體外吸收高達706奈米（nm）的近紅外光，熒光為722 nm。陳將提議的變體命名為葉綠素f。一種稱為高效液相色譜法 (HPLC) 的技術，它根據化學性質（如它們是疏水的還是親水的）分離分子，證實葉綠素f與四種已知的葉綠素變體不同。核磁共振波譜法（允許科學家確定分子結構內原子的排列）再次確認了該色素的獨特性。質譜法（確定分子的原子質量）顯示葉綠素f與葉綠素b具有相同的質量，這表明它們可能是彼此的異構體。“你可以想象一種酶進化出來，將葉綠素b的相同前體氧化成這種新形式，”拉加里亞斯說。
儘管陳的結果表明發現了一種與已知葉綠素形式相關但又不同的新型吸光分子，但一些注意事項使對她的結果的精確解釋複雜化。首先，研究人員難以培養單一物種的培養物，因此尚不清楚葉綠素f究竟來自哪種微生物。同樣，研究人員也努力培養產生純葉綠素f且未被其他形式葉綠素汙染的培養物。葉綠素f和光合作用之間的直接聯絡將需要進一步研究，陳說這項研究正在進行中。“他們還沒有證明葉綠素f在反應中心[光合作用的主要場所]，”拉加里亞斯說。“但他們的結果表明該分子相當豐富，因此它可能發揮某種特殊作用。”
如果藍藻確實依賴葉綠素f，那麼它們可能會利用對它們的大多數鄰居無用的光進行光合作用——這是一個顯著的優勢，尤其是在微生物墊和疊層石內生活的密集且多樣化的光合微生物群落中，這些群落競爭來自光的能量。“在微生物墊中，未被墊中其他生物吸收的紅外光可能是你唯一可用的光波長，”拉加里亞斯說。“這意味著這種生物將佔據一個關鍵的生態位並生存下來，即使周圍生長著成千上萬的其他生物。”
布蘭肯希普看到了生物技術的應用。“如果可以將這種葉綠素放入植物中並正常發揮作用，那麼它將能夠利用一些植物現在無法利用的額外光能，”他透過電子郵件寫道。“這有可能提高光合作用的效率，因為在能量儲存發生之前，光必須被吸收。任何未被吸收的光波長都將永遠丟失。典型的植物吸收可見光區域（400-700奈米）中的大部分陽光，但很少吸收超過700奈米的光[這標誌著紅色和紅外光之間的邊界]。可見光區域約佔太陽輸出能量的一半。透過將吸收推向更長的波長，太陽輸出能量的額外約10%是有可能被利用的。”