中國科學院植物研究所研究員王文達和田利金團隊首次純化並解析了來自赫氏艾米裏顆石藻的光系統I-岩藻黃素葉綠素a/c結合蛋白（PSI-FCPI）超級複合物三維結構。該研究首次在原子層面揭示了顆石藻通過擴展和優化光系統結構適應海洋光環境的獨特策略，是光合生物適應進化研究的重要發現。相關研究成果近日以封面文章形式發表於《科學》。
顆石藻是海洋中的主要浮游植物之一，其細胞壁是由碳酸鈣晶體組成的顆石片。顆石藻在白堊紀達到鼎盛，不僅是海洋初級生產力的主要貢獻者，還依靠碳酸鈣外殼在地層中留下了顯著的“白堊”痕迹，囙此在海洋碳沉積和全球碳迴圈中扮演了重要角色。顆石藻能够適應海水不同深度的多變光環境，高效的光合自養生長助其快速繁殖。但顆石藻光系統複合物高效捕獲和利用光能的微觀機理並不清楚，進化機制此前未見報導。
研究團隊分析發現，顆石藻PSI-FCPI超級複合物是一個巨大光合膜蛋白機器，由51個蛋白亞基和819個色素分子組成，分子量高達1.66兆道爾頓，遠超已報導的真核生物PSI捕光天線複合物。它的捕光截面是典型陸地植物（豌豆）PSI超級複合物的4~5倍。飛秒瞬態吸收光譜表明，顆石藻PSI-FCPI捕獲光能的量子轉化效率超過95%，與陸地植物PSI超級複合物效率相當，說明顆石藻PSI-FCPI具備特殊的蛋白組裝和能量傳遞特徵。
顆石藻PSI-FCPI的高效光能捕獲和轉化依賴於顆石藻PSI覈心周圍環繞著的38個FCPI捕光天線，它們以模組化管道排列成8個放射狀排布的捕光天線條帶。這種“旋渦圍繞”PSI覈心的巨型捕光天線依靠大量新型捕光天線的精密裝配，極大擴展了捕光面積。
研究人員還鑒定出豐富的葉綠素c和岩藻黃素類型的類胡蘿蔔素，這些色素在新發現的捕光天線中含量極高，使其能有效吸收深水區波長460~540納米的藍綠光和綠光。此外，大量葉綠素c與葉綠素a形成了緊密的能量耦聯並消除了能量陷阱，構成了暢通的能量傳遞網絡，這可能是其保持超高量子轉化效率的關鍵。