火山藻類的生存奇蹟：科學家揭開極端環境下的光合作用之謎

在義大利的弗萊格瑞火山區，這片充滿酸性溫泉且地質活動頻繁的區域，科學家們發現了一種名為C. merolae的藻類，它不僅在極端環境中存活，還展現出獨特的光合作用能力。這項研究由密西根州立大學的科學家主導，並發表於《植物生理學》期刊，旨在揭開這種藻類如何在如此惡劣的條件下生存與繁衍。

弗萊格瑞火山區是坎帕尼亞火山弧的一部分，與著名的維蘇威火山同屬一個地質系統。這裡的環境極其嚴酷，高溫與酸性條件使得大多數生物難以生存。然而，C. merolae卻在這裡茁壯成長，成為科學家研究極端環境下生命適應性的理想物件。

研究團隊特別關注C. merolae的碳濃縮機制（CCM），這是一種許多光合作用生物用來提高光合效率的機制。CCM就像一個高效的物流系統，將二氧化碳運送到最適合利用的位置。目前，科學家對植物中的CCM已有較深的理解，但對藻類中的CCM卻知之甚少。

「C. merolae是一種非常簡單的生物，它缺乏我們通常認為CCM所需的複雜結構與功能，」該研究的共同第一作者、密西根州立大學植物生物學系研究生Anne Steensma表示。「我們的研究揭示了構建CCM所需的基本要素。」

為了深入研究C. merolae的CCM，研究團隊與統計與機率學系的專家合作，開發了數學模型來模擬這種藻類的行為。這些模型不僅幫助科學家理解CCM的運作機制，還為未來的研究提供了強大的工具。

「這項研究的一大挑戰在於如何理解我們輸入模型中的眾多引數之間的相互作用，」另一位共同第一作者Joshua Kaste解釋道。「這使得我們與統計學系Dr. Chih-Li Sung和Junoh Heo的合作變得至關重要。」

透過這些模型，研究人員可以模擬不同的環境條件，觀察C. merolae的反應。例如，他們可以移除模型中的某些部分，看看是否會影響CCM的功能，從而確定哪些部分是維持CCM運作的關鍵。

「這項研究為我們提供了工程化CCM的『最小路徑』，」該研究的首席研究員Berkley Walker表示。「我們或許可以進一步改進C. merolae中的CCM，使其在極端環境下實現更高的生長效率。」

這項研究不僅揭示了C. merolae在極端環境中的生存策略，還為科學家提供了新的思路，或許能幫助我們改進光合作用，這對地球上的所有生命都至關重要。

參考文獻：Steensma, A. K., Kaste, J. A. M., Heo, J., Orr, D. J., Sung, C.-L., Shachar-Hill, Y., & Walker, B. J. (2024). Modeling with uncertainty quantification reveals the essentials of a non-canonical algal carbon-concentrating mechanism. Plant Physiology. DOI: 10.1093/plphys/kiae629

這項研究由美國能源部、國家衛生研究院、國家科學基金會等多個機構資助。