李怡婷編譯
大日本印刷(DNP)公司擁有液晶面板彩色濾光片的深厚基礎，2022年初發表光催化劑戶外實驗，在薄膜面板上加水照射太陽光，用以製備氫氣，這是日本新能源產業技術綜合開發機構NEDO委託東京大學、三井化學、三菱化學、大日本印刷等單位，規劃10年300億日圓預算(約台幣66億元)共同執行的人工光合成技術，預計至2030年將氫氣製備成本降到240日圓(約台幣53元)/kg，2050年目標價格再降至170日圓(約台幣37元)/kg，以達氫能在地生產、在地消耗的國產化目標。
人工光合成是模仿植物的光合作用，利用陽光分解水產生氫氣，再與二氧化碳反應，合成為化工原料，製成燃料或塑膠原料，循環再利用。當前低碳社會議題持續發燒，歐美日各國無不努力尋求提高人工光合成的效率及降低成本的方法，以打造脫碳社會的王牌武器。另外，由一群來自日本各大學教授所組成的團隊，則執行政府法人JST科學技術振興機構(Japan Science and Technology Agency)的科技專案，成功解析出棲息在火山溫泉區海底的藻類如何行高效率光合作用的奧秘，加速人類邁向淨零脫碳的目標。
32億年前存在於地球上的藻類，比2億多年前出現在三疊紀、侏儸紀、白堊紀的恐龍還早，比古生物化石三葉蟲更久遠，因為藻類從冰凍極區到熱帶海洋皆可生存，足跡遍布淡水池塘、溪流、河川、水庫、湖泊，或陸地的土壤，溫泉、沙漠等各種極端環境。全球CO2減量，有一半得靠藻類行光合作用吸收二氧化碳，但人們無從得知藻類是如何進行光合作用，直到有科學家探究其生命奧秘，從減碳高手海底藻類找到高效率光電轉換的機制，這靈光乍現的一小步，可能是地球邁向永續的一大步。
高等植物進行光反應的過程中，天線色素吸收光能之後，會將能量傳遞給光系統(PSI、PSII)的反應中心葉綠素a，葉綠素a分子吸收能量後，再轉變為高能量的物質，使分子上的高能電子被擊發出來，此時，高能電子會被植物囊狀膜的電子傳遞鏈蛋白所接收。光合作用的光反應就是電子與質子的移動，由PSⅡ、細胞色素b6-f複合物、PSⅠ、ATPase等四個蛋白質複合物完成。這些蛋白質都是嵌在類囊膜的上面，水在膜上近類囊體腔 (Lumen) 的PSⅡ反應中心，被氧化成氧氣，NADP+則是在PSⅠ近基質(Stroma)的一邊還原成NADPH，至於ATP則是伴隨著質子進入基質。因為帶有激發態電子的葉綠素分子有很強的還原力，可將第一個電子接受者還原，並使自己被氧化回到基態，在此傳遞過程中，從光而來的能量就被轉換成化學能貯存起來，接著由一連串的氧化還原反應，逐一傳遞下去。
太陽是地球生物的生命之源，而藻類在陰暗海底下，又是如何進行光合作用的呢? 光合作用(Photosynthesis)是植物藻類等生產者與某些細菌，利用光能，把二氧化碳、水或硫化氫變成碳水化合物的過程，分為產氧光合作用和不產氧光合作用，光合作用會因為不同的環境，改變其光反應速度，對於地球多數的生物而言，光合作用就是生存的關鍵，地球上的碳氧循環，光合作用是其中最重要的一環。
藻類的吸碳效率，至少比陸地上綠色植物高出二十倍，是生物界中的「減碳高手」。靠著光合作用才能存活的藻類，一面行光合作用，一面發揮降低二氧化碳的效果。2017年諾貝爾化學獎與世界分享了低溫電子顯微鏡的解析手法，成就本計畫亮點。日本的教授們共同揭開了藻膽體Phycobilisome進行光合作用的奧秘，解開32億年前藻類基因的精巧構造，了解古生物生命永續之謎。
在海底時而遙望朦朧的光，時而優雅緩慢地舞動，若有似無表達著存在感，殊不知藻類生物的關鍵物質藻藍素，正以皮秒(兆分之一秒)超高速度，傳遞能量到另一個藻藍蛋白裡面。海藻的天線色素吸收光能之後，會將能量傳遞給由蛋白質複合物組成的光系統，數十億年如一日，呼吸、吐氣、行光合作用，分工明確路徑單純，勾勒出生命的意義。
研究團隊採用日本電子株式會社的低溫電子顯微鏡CRYO ARM300，在和歌山縣的湯峰溫泉進行採樣，分離出---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖一、藻膽體核心各角度構造圖