緑色植物では、クロロフィルaとクロロフィルbが光捕集タンパク質に結合する主要な色素となります。これらクロロフィル個々の特性についてはよく理解されていますが、それらが共存する利点は依然として明らかではありません。本研究では、量子力学ネットワーク解析により、光化学系II複合体全体における励起エネルギー移動をシミュレーションする手法を確立しました。さまざまなクロロフィル組成を比較することで、クロロフィルaとbの共存がもたらす効果を調査しました。その結果、自然界のクロロフィル組成では、励起エネルギーが特定の領域を優先的に通過することが明らかになりました。これらの領域は「安全弁」として機能し、下流へのエネルギーの過剰流入を防いでいます。我々は、光化学系II複合体の光捕集タンパク質が、自然なクロロフィルa/b比を持つことで、進化的に有利な特性――さまざまな光強度下でも効率的かつ安全に光エネルギーを捕える能力――を獲得していることの示唆を発見しました。なお本研究で構築した解析枠組みは、緑色植物がどのように光エネルギーを収集し、変化する環境条件に適応しているのかを理解する上で有用な手段になると考えます。
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