تطورت الطحالب الخضراء البحرية لتكوين صبغة تُدعى سيفونين تحمي آلياتها الضوئية من أشعة الشمس الشديدة. اكتشف باحثون من جامعة أوساكا الميتropolitية كيف يقوم هذا الكاروتينويد بإخماد حالات الطاقة الضارة بكفاءة. قد يلهم هذا الاكتشاف تقنيات شمسية أكثر متانة.
تحت أشعة الشمس الشديدة، يتعرض الكائنات الفوتوسيثية لخطر الضرر من الطاقة الضوئية الزائدة التي يمكن أن تنتج جزيئات أكسجين تفاعلية تضر الخلايا. ومع ذلك، تكيفت بعض الطحالب الخضراء البحرية مع حمايات فريدة. كشف دراسة أجراها باحثون من جامعة أوساكا الميتropolitية وشركاؤهم أن الصبغة سيفونين تمكن من الفتوحماية الفعالة في هذه الطحالب.
ركز الفريق على كوديوم فراجيل، وهي طحلب أخضر بحري يحتوي على مجمع حصاد الضوء يُدعى LHCII، مشابه للنباتات البرية، لكنه غني بالكاروتينويدات النادرة مثل سيفونين وسيفونوكسانثين. تسمح هذه الصبغات للطحالب باستخدام الضوء الأخضر السائد تحت الماء للفوتوسيث.
"تستخدم الكائنات الكاروتينويدات لتبديد الطاقة الزائدة بسرعة، أو إخماد هذه الحالات الثلاثية، من خلال عملية تُدعى نقل الطاقة الثلاثي-الثلاثي (TTET)", شرحت ريتسوكو فوجي، المؤلفة الرئيسية وأستاذة مشاركة في كلية العلوم المتخرجة ومركز البحث في الفوتوسيث الاصطناعية بجامعة أوساكا الميتropolitية.
باستخدام مطيافية الرنين المغناطيسي الإلكتروني (EPR)، قارن الباحثون كوديوم فراجيل بالسبانخ. في السبانخ، استمرت آثار الحالات الثلاثية الضارة للكلوروفيل، لكن في الطحلب، اختفت هذه الإشارات تمامًا، مما يشير إلى تحييد ناجح من قبل كاروتينويداته.
"المفتاح في آلية الإخماد يكمن في مدى السرعة والكفاءة في إلغاء نشاط الحالات الثلاثية", قال أليساندرو أغوستيني، المؤلف المشارك الرئيسي وباحث في جامعة بادوفا، إيطاليا.
من خلال دمج بيانات EPR مع محاكيات كيميائية كمومية، حددت الدراسة سيفونين في موقع ربط حاسم في LHCII كالمدافع الرئيسي، بفضل هيكله الجزيئي وموضعه الذي يبدد الطاقة الزائدة بفعالية.
"كشفت أبحاثنا أن هيكل الهوائي في الطحالب الخضراء الفوتوسيثية له وظيفة فتوحماية ممتازة", أضاف أغوستيني.
نُشرت في مجلة Cell Reports Physical Science في 22 أكتوبر 2025، تبرز الدراسة كيف تطورت الطحالب البحرية لصبغات تمتص الضوء تحت الماء مع تحمل شدة الشمس. لاحظت فوجي: "نأمل في توضيح المزيد من الخصائص الهيكلية للكاروتينويدات التي تزيد من كفاءة الإخماد، مما يمكن في النهاية من تصميم جزيئي لصبغات تحسن هوائيات الفوتوسيث." قد يتقدم هذا الأمر أنظمة شمسية مستوحاة من الأحياء مقاومة لأضرار الضوء.