葉綠素熒光與外星生命探索

M矮星是我們銀河系最常見的恒星，其中40%的M矮星有“超級地球”環繞，成為科學家外星生命探索關注的熱點。這些M矮星系及其超級地球行星是否存在生命？如何存在？是否適合居住？

“萬物生長靠太陽”，M矮星光譜區別于太陽光譜，主要表現為更強的紅外光譜、很低的PAR（光合有效輻射光譜，400-700nm）。意大利天文觀測與生命科學研究人員為此在實驗室設計了如下實驗：利用葉綠素熒光技術，通過模擬太陽光、FR（750nm）、模擬M矮星光譜，檢測藍藻能否在M矮星光照下正常光合作用。實驗采用了一種可合成葉綠素d和f的藍藻，這種藍藻可以利用750nm遠紅光進行放氧光合作用。

實驗結果表明，只有能夠合成葉綠素d和f的藍藻才能夠在遠紅光下生存并進行光合作用；令人吃驚的是，所有實驗藍藻，包括能夠合成葉綠素d和f的藍藻、對照組（不能合成葉綠素d和f）都能夠在M矮星光譜下進行生長和正常的光合作用，表現為類似的Fv/Fm（葉綠素熒光指數，反應光合效率）、隨著培養時間增大而提高的Fo（反映藻類的增長——葉綠素含量的增長）。研究成果發表于《life》（Riccardo Dlaudi, etc. Super-Earths, M Dwarfs, and Photosynthetic Organisms: Habitability in the Lab. Life, 2021）。

葉綠素熒光技術被稱為植物光合作用的靈敏探針，廣泛應用于光合生理研究、遺傳育種與植物表型組學研究、生態毒理學研究乃至太空生物學研究等。下圖為易科泰生態技術公司EcoTech^®實驗室人員與中科院植物所研究人員一起，利用FluorTron^®多功能高光譜成像技術和葉綠素熒光成像技術，對瓊脂培養藍藻和擬南芥進行的成像分析結果：