阿姆斯特丹大学 不同光合色素的海洋蓝藻
信用:劳伦斯·加尔沙克 为什么蓝藻和藻类进化出种类繁多的光合色素，这些色素在地理上是如何分布的？阿姆斯特丹大学和罗斯科夫(法国)的科学家在《自然生态与进化》杂志上对这些问题给出了有趣的答案
借助光学模型、卫星遥感和海洋巡航，科学家们表明，水分子的微小振动解释了地球湖泊和海洋中主要光合色素的大规模地理分布
光合作用是维持地球上几乎所有生命的关键过程，它通过向大气中释放氧气并为所有食物生产提供基础
与地球上的绿叶相比，淡水和海洋生态系统中的光合生物的颜色范围要广得多
我们星球上的湖泊和海洋充满了丰富的绿色、红色、棕色和黄色蓝细菌和藻类
它们加在一起占全球氧气产量的近50%
这些物种的颜色归功于各种不同的光合色素
“例如，绿藻和陆生植物的叶绿素色素吸收蓝光和红光，但不吸收绿光
这就是为什么它们看起来是绿色的，”阿姆斯特丹大学生物多样性和生态系统动力学研究所的杰夫·豪斯曼教授说
“许多红藻和蓝细菌含有能强烈吸收绿光的额外色素，使这些生物呈现红色，有时甚至是粉红色
" 水分子中氢键的拉伸和弯曲振动
学分:阿姆斯特丹自由大学阿奇奥·霍尔特罗普 水分子的振动 这种光合色素的多样性是如何进化的，是什么决定了它们在全球的大规模分布？大约15年前，阿姆斯特丹大学的马伊克·斯图普和杰夫·豪斯曼提出，答案隐藏在水分子的微小振动中
H2O分子中氧原子和氢原子之间的连接通过吸收特定波长的光能来显示拉伸和弯曲振动
Stomp和他的同事的模型计算揭示了水分子在这些特定波长下的光吸收在水下光谱中产生了很大的间隙
他们认为这些间隙之间的波段定义了一系列不同的水下颜色，他们称之为光谱壁龛
这些不同的颜色被光合生物的不同色素所利用
然而，他们的理论仍然过于简化，没有实际意义，例如，无法预测真实水生生态系统的光谱生态位
由阿姆斯特丹大学和阿姆斯特丹自由大学(VU阿姆斯特丹)的科学家领导的新研究证实并扩展了他们的假设
利用水下世界的最新光模型，他们表明水分子的振动模式导致五种颜色保留下来，在可见光谱的紫色、蓝色、绿色、橙色和红色部分
8种蓝藻对光的吸收
图:承蒙阿姆斯特丹大学的介绍，不同的峰代表不同的光合色素
垂直虚线显示水分子显示分子振动的波长
这些波长使五种颜色(紫色、蓝色、绿色、橙色和红色)留在水下
蓝细菌已经将它们的色素调整到这五个光谱壁龛
一些物种吸收更多的蓝光，另一些吸收更多的绿光，还有一些吸收更多的橙光或红光
学分:阿姆斯特丹大学 卫星图像给出了整个画面 该模型与欧洲航天局(欧空局)对水颜色的卫星遥感相结合，以预测光谱生态位的地理分布
公共卫生
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候选人塔齐奥·霍尔特罗普总结了研究结果:“我们发现紫色和蓝色的生态位在亚热带海洋的清澈水域中占主导地位
绿色，有时是橙色在沿海水域很流行
而橙色和红色在有机物浓度高的泥炭湖中占主导地位
" 由卫星图像估计的紫色生态位的全球分布
荣誉:霍尔特罗普等
自然生态与进化(2020) 在罗斯科夫生物站(CNRS大学和索邦大学)同事的帮助下，在海洋考察和湖泊采集的样本中对不同光合色素的存在进行了量化
杰夫·惠斯曼:“这表明我们的预测与观察到的光合色素的生物地理分布非常吻合
例如，前氯球菌是地球上最丰富的光合生物
它的色素吸收紫色和蓝色的壁龛，因此它在亚热带海洋的紫蓝色水域中占主导地位
带有捕捉绿色生态位的色素的物种在沿海水域占优势
此外，吸收橙色和红色的蓝细菌在营养丰富的湖泊水域形成大规模的、有时有毒的水华
" 水分子的细微振动优雅地解释了我们星球上进化出的光合色素的多样性，以及它们在湖泊和海洋中的广泛分布
这些知识可以用来预测水生生态系统的生产力和物种组成
此外，我们更好地了解了污染和气候变化对这些水下生态系统的影响
也许我们甚至可以在我们的星球之外应用同样的原理，来预测其他星球上可能的光合生物的可用颜色
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