Havets gröna alger har utvecklat ett pigment kallat siphonein som skyddar deras fotosyntesmaskineri från intensivt solljus. Forskare vid Osaka Metropolitan University upptäckte hur denna karotenoid effektivt släcker skadliga energitillstånd. Upptäckten kan inspirera mer hållbara solteknologier.
Under intensivt solljus riskerar fotosyntetiska organismer skador från överskottsljusenergi som kan producera reaktiva syremolekyler som skadar celler. Vissa marina gröna alger har dock anpassat sig med unika skydd. En studie av forskare vid Osaka Metropolitan University och samarbetspartners visade att pigmentet siphonein möjliggör effektiv fotoprotektion i dessa alger.
Teamet fokuserade på Codium fragile, en marin grön alga som har ett ljusupptagande komplex kallat LHCII, liknande landväxter, men berikat med sällsynta karotenoider som siphonein och siphonaxantin. Dessa pigment låter algerna utnyttja det gröna ljuset som dominerar under vatten för fotosyntes.
"Organismer använder karotenoider för att snabbt avleda överskottsenergi, eller släcka dessa triplet-tillstånd, genom en process kallad triplet-triplet energitransfer (TTET)", förklarade Ritsuko Fujii, huvudförfattare och associerad professor vid Osaka Metropolitan Universitys Graduate School of Science och Research Center for Artificial Photosynthesis.
Med elektronparamagnetresonansspektroskopi (EPR) jämförde forskarna Codium fragile med spenat. I spenat kvarstod spår av skadliga klorofylltriplet-tillstånd, men i algen försvann dessa signaler helt, vilket indikerar framgångsrik neutralisering av dess karotenoider.
"Nyckeln till släckningsmekanismen ligger i hur snabbt och effektivt triplet-tillstånden kan deaktiveras", sade Alessandro Agostini, medhuvudförfattare och forskare vid University of Padua, Italien.
Genom att kombinera EPR-data med kvantkemiska simuleringar identifierade studien siphonein vid en kritisk bindningsplats i LHCII som den primära försvararen, tack vare dess molekylstruktur och placering som effektivt sprider överskottsenergi.
"Vår forskning har visat att antennstrukturen hos fotosyntetiska gröna alger har en utmärkt fotoprotektiv funktion", tillade Agostini.
Publicerad i Cell Reports Physical Science den 22 oktober 2025, belyser arbetet hur marina alger utvecklat pigment för att absorbera undervattensljus samtidigt som de tål solens intensitet. Fujii noterade: "Vi hoppas kunna klargöra strukturella egenskaper hos karotenoider som ökar släckningseffektiviteten, och i slutändan möjliggöra molekylär design av pigment som optimerar fotosyntesantenner." Detta kan främja bioinspirerade solsystem som är motståndskraftiga mot ljusskador.