叶绿素荧光与外星生命探索

M矮星是我们银河系最常见的恒星，其中40%的M矮星有“超级地球”环绕，成为科学家外星生命探索关注的热点。这些M矮星系及其超级地球行星是否存在生命？如何存在？是否适合居住？ “万物生长靠太阳”，M矮星光谱区别于太阳光谱，主要表现为更强的红外光谱、很低的PAR（光合有效辐射光谱，400-700nm）。意大利天文观测与生命科学研究人员为此在实验室设计了如下实验：利用叶绿素荧光技术，通过模拟太阳光、FR（750nm）、模拟M矮星光谱，检测蓝藻能否在M矮星光照下正常光合作用。实验采用了一种可合成叶绿素d和f的蓝藻，这种蓝藻可以利用750nm远红光进行放氧光合作用。 实验结果表明，只有能够合成叶绿素d和f的蓝藻才能够在远红光下生存并进行光合作用；令人吃惊的是，所有实验蓝藻，包括能够合成叶绿素d和f的蓝藻、对照组（不能合成叶绿素d和f）都能够在M矮星光谱下进行生长和正常的光合作用，表现为类似的Fv/Fm（叶绿素荧光指数，反应光合效率）、随着培养时间增大而提高的Fo（反映藻类的增长——叶绿素含量的增长）。研究成果发表于《life》（Riccardo Dlaudi, etc. Super-Earths, M Dwarfs, and Photosynthetic Organisms: Habitability in the Lab. Life, 2021）。叶绿素荧光技术被称为植物光合作用的灵敏探针，广泛应用于光合生理研究、遗传育种与植物表型组学研究、生态毒理学研究乃至太空生物学研究等。下图为易科泰生态技术公司EcoTech®实验室人员与中科院植物所研究人员一起，利用FluorTron®多功能高光谱成像技术和叶绿素荧光成像技术，对琼脂培养蓝藻和拟南芥进行的成像分析结果：