통상, 식물이나 조류는 태양광에 포함되는 가시광을 이용하여 광합성을 행한다.한편, 남극이라고 하는 매우 가혹한 환경에서 번식하는 난곡카와노리는 가시광보다 장파장의 빛인 적외선의 일부(원적색광)를 가시광만큼 에너지 변환 효율로 광합성에 이용할 수 있다 라고 한다.본 연구에서는, 난쿄카와노리의 적외선 이용형 광합성의 메카니즘을 해명하는 것을 목표로 했다.

　첫째, 난교 가와노리의 세포 중에서 원적색광을 흡수하는 광 포집 안테나 단백질을 동정하고, 이것을 Pc-frLHC(Prasiola crispa far-red light harvesting Chl-binding protein complex)라고 명명하였다. Pc-frLHC의 분자 구조는 크라이오 전자 현미경에 의한 단일 입자 분석에서 11개의 단백질이 링 형태로 결합된 신규 복합체임을 발견하였다.또, 각각의 단백질에는 11개의 클로로필이 결합하고 있어, 이 중 강하게 상호작용하고 있는 5개의 클로로필이, 원적색광 흡수에 관여한다고 했다.

　Pc-frLHC에 흡수된 원적색광 에너지의 이동 과정을 해석한 결과, 원적색광 흡수에 관여하는 엽록소에서 통상의 엽록소로 「업 힐형 여기 에너지 이동」(통상의 여기 에너지 이동과는 반대로 , 낮은 에너지 레벨의 분자로부터 높은 에너지 레벨의 분자로 여기 에너지가 전달되는 현상)이 일어나고 있는 것이 확인되었다.이 과정에서 원적색광의 에너지가 가시광과 동등한 에너지로 변환되어 광합성 반응이 진행된다고 연구팀은 생각하고 있다.

　태양계외 행성의 대부분은 가시광보다 적외선이 탁월한 환경이기 때문에 적외선을 광합성에 이용할 수 있는 생물의 존재는 아스트로바이올로지(우주 생물학) 분야에서도 주목이다.이번 성과는 계외 행성에서의 생명의 가능성을 찾는 단서가 될지도 모른다고 한다.

논문 정보:【Nature Communications】Uphill energy transfer mechanism for photosynthesis in an Antarctic alga