在最简单的细菌中，探寻光合作用的起源之谜

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（Heliobacterium modesticaldum） ，它是已知的光合细菌里最简单的一类。科学家认为，它们的反应中心是最接近原始生物的。自从《一个对称光合作用的中心光合系统的结构》一文发表在今年7月的《科学》杂志之后，相关的专家学者便开始了对光合作用的演变究竟意味着什么这一课题的深入研究。对生物学家来说，这一研究过去的机会已经让他们等待了很久了。

科学家也将注意力集中到现有的有机体上，如研究绿色植物、藻类以及一些细菌是如何进行光合作用的分子细节，再比如分析它们之间的进化关系，试图为这一反应拼凑出一个令人信服的故事。

寻找共同的祖先

大量研究已经表明，这些 反应中心曾在地球上以单一形式出现， 之后才分化出更多元的样貌以行使不同的化学功能。尽管现在的反应中心多种多样，但它们仍保持了 相同的整体架构 ，这也一定程度印证了它们拥有共同的起源。在过去的30亿年中，这些蛋白质发生各种演化和变迁，想要重现在这漫长时期内究竟发生了什么似乎过于困难。但我们知道的是，它们中的其中一种演化出了 可以氧化水从而释放氧气 的功能，也正是这一功能彻底的改变了世界，让现代生命得以存在。

起初，大多数科学家并不相信现在所有光合生物的反应中心有一个共同祖先。的确，所有的反应中心都能从光中收集能量，并将能量封锁在对细胞有用的化合物中。但在功能和结构方面，光系统反应中心可分为两个几乎不同的类型： 光系统I 主要用于产生能量载体NADPH，而 光系统II 会制造ATP并分解水分子。这两种系统的反应中心使用的吸光色素以及吸收的光谱部分也都不同。电子流经反应中心的方式也不同，从这些反应中心的蛋白质序列之间似乎也看不到任何关联。

这两种类型的光系统在绿色植物、藻类和蓝细菌中都存在，从而能进行一项特别复杂的光合作用—— 产氧光合作用 ——一种在产生能量的同时也释放氧气的形式。剩下的那些光合生物 （都为细菌） 则只使用两种反应中心的其中一种。

这是否意味着光合作用有两个不同的进化路径呢？20世纪90年代初，科学家开始发现这些反应中心的晶体结构，于是找到确凿的证据证明，光系统I和II的反应中心有着 共同的起源 。这些中心的一些具体部件似乎在进化过程中经历了一些替代，但其核心的整体结构基元仍是稳定的。英国帝国理工学院的太阳能生物化学家 Bill Rutherford 说：“事实证明得以保留的是大体的结构特征，而序列中的相似之处却消散在时间迷雾之中了。”

研究人员开始对反应中心进行更详细的比较，以找寻它们之间的关系以及为何分化的线索。 在 日光杆菌 （Heliobacteria，不产氧光合作用菌） 的帮助下，科学家们已经更接近这一目标了。

重返生命之初

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