生物はどのようにして食物を得るのですか？

食べ物について考えるとき、あなたは通常、好きな食べ物の画像を思いつきますか？食物はすべての生き物にとって重要なので、これは自然なプロセスです。この基本的なニーズを満たすために、すべての生物は自分で食べ物を作るか、他のソースからそれを入手します。人間は植物と動物の両方を食べることができます。一部の動物は他の動物を消費しますが、一部の動物は植物を食物として食べます。最終的に、この地球上の誰もが食物を植物に依存していることがわかります。しかし、それでは、植物は何を食べますか？実際、植物は太陽光と二酸化炭素と呼ばれるガスを「食べ」ますが、どちらも地球上で簡単に入手できます。陸上植物が太陽光と二酸化炭素を使って独自の食物を生成するプロセスは、光合成として知られています（図1）。二酸化炭素は葉に吸収され、太陽光は植物のクロロフィル（Chl）と呼ばれる化学分子によって捕らえられます。すべての光合成生物にはChlが含まれています。

しかし、陸上植物が光合成を行う方法は、地球の70％近くを占める海洋に生息する生物を助けません。海洋の植物は、問題に直面しています。 h光の可用性。光の青と緑の部分は、光の黄色と赤の部分よりも水に浸透します（図2）。幸いなことに、海洋植物は、シアノバクテリア（藍藻としても知られている）と呼ばれる小さな微細な微生物から、そのような限られた光と二酸化炭素から食物を生産するのに役立ちます。これらの微生物は薄暗い光条件に適応しており、自分自身と他の生物の利益の両方のために光合成を実行します。シアノバクテリアは、何十億年もの間私たちの地球に住んでいる古代の微生物です。シアノバクテリアは、私たちが住んでいる酸素で満たされた雰囲気を作り出す責任があると言われています。暗い場所で光合成を行うために、シアノバクテリアはフィコビリタンパク質と呼ばれるタンパク質の助けを借りています。フィコビリタンパク質は、シアノバクテリアの細胞膜（外側の覆い）に埋め込まれています。

フィコビリタンパク質とは何ですか？

フィコビリタンパク質は、水生（水）環境でChlのアシスタントの役割を果たします。光は海に浸透するのが難しいので、フィコビリタンパク質は利用可能な光を吸収することでこの仕事を容易にします。それらは光の緑色の部分を吸収し、それを赤色の光に変えます。これは、Chlが必要とする光の色です。ただし、光の色を変更するのは思ったほど簡単ではありません。緑色の光は、ある色の光を吸収して別の色の光を発するさまざまなフィコビリタンパク質分子を通過する必要があります。与えられた色は、2番目のフィコビリタンパク質によって吸収され、3番目の色に変わります。このプロセスは、放出された光が赤になるまで続きます。これは、最終的にChlによって吸収されます。このプロセス全体を実行するために、図3に示すように、Chl分子の一種の帽子として配置された3種類のフィコビリタンパク質分子があります。これらの3種類のフィコビリタンパク質は次のとおりです。

• （a）C-フィコエリトリン（CPE）、ピンクがかった赤色で、日光の緑色の部分を吸収します。

• （b）C-フィコシアニン（CPC）、色は濃い青色で、日光のオレンジレッド部分を吸収します。

• （c）アロフィコシアニン（APC） ）、色は水色で、日光の赤い部分を吸収します。

フィコビリタンパク質がさまざまな色の光を吸収する理由は、フィコビリタンパク質の中にビリンと呼ばれる化学分子が含まれているため、明るい色になります。これらのビリンは、ある色の光を吸収し、別の色の光を放出する役割を果たし、光の色を変化させます。高度な機器により、シアノバクテリアにおけるこれらの分子とタンパク質の配置を分析することができます。フィコビリタンパク質は円盤のような形をしており、円盤は互いに積み重ねられて帽子のような構造を形成していることがわかっています。スタックの一方の端はCPEで作られ、もう一方の端はCPCで作られています。このアセンブリは、APCで作られたコアに結合します。この構造全体は、APCによって放出された赤色光を受け入れるChlにリンクされています。帽子のような構造の配置を図3に示します。

フィコビリタンパク質で光エネルギーの移動はどのように行われますか？

緑色から赤色への光の色の変化は蛍光として知られているプロセスを介して配置します。蛍光とは何かを見てみましょう。ピンク色の液体で満たされた透明な容器を想像してみてください。懐中電灯で照らすと、明るいオレンジ色に輝きます。それはまさにCPEが行うことです（図4）。すべてのフィコビリタンパク質は、それらに照らされている光の色とは異なる色の可視光を発するというこの刺激的な特性を持っています。 CPEが緑色のライトを黄橙色に変更した後、CPCは黄橙色のライトを取得して明るい赤に変更します。 APCはこの明るい赤色の光を取り込み、Chlの場合はそれを濃い赤色の光に変更します。これで、緑色の光が赤色に変わりました。これは、自然がChlに吸収させようとした光の色です。プロセス全体は一種のリレーレースであり、各参加者は前の参加者が中断したところから再開します（図5）。これらのフィコビリタンパク質は、シアノバクテリアと呼ばれる小さな微生物の重要な部分であり、陸上植物とほとんど同じ方法で光合成を行います。唯一の違いは、それらが異なる化学分子のセットを使用することです。シアノバクテリアはフィコビリプロテインを使用し、陸上植物はChlを使用します。

私たちは何を学びましたか？

つまり、光合成は、植物がChlを使用して食物を生産するプロセスであることがわかりました。また、海洋で利用できる光の量が減ると、この光合成プロセスが減少することもわかっています。自然は、フィコビリタンパク質として知られるいくつかのヘルパー化学分子を進化させました。フィコビリタンパク質は、海洋で利用可能な光の色を吸収し、この光をChl分子が使用できる色に変えることができます。これらのフィコビリタンパク質は、肉眼では見えない小さなシアノバクテリアに見られます。その光合成は、海洋の生物に食物を提供し、私たちが毎秒呼吸する大気中の酸素を生成する役割を果たします。これらの小さな生物が海洋生物にそのような違いをもたらすことができるのはエキサイティングではありませんか？将来的には、フィコビリプロテインの機能と、それらが人類の利益のために果たす可能性のある役割について、より深く理解することを望んでいます。

用語集

光合成：植物が太陽光と二酸化炭素ガスを使用して、自分自身や他の生物のために食物を生産します。

クロロフィル：光合成のために太陽光を吸収する植物に存在する化学分子。

フィコビリプロテイン：シアノバクテリアに見られる着色色素クロロフィルが吸収できない特定の色の光を吸収することによって光合成を助ける特定の他の生物。

蛍光：ある色の光を吸収し、別の色を発する特定の化合物の特性。フィコビリタンパク質は、この特性を利用して吸収する光の色を変化させ、光を光合成に使用できるようにします。

利益相反に関する声明

著者は、研究が潜在的な利益相反と解釈される可能性のある商業的または金銭的関係がないこと。

謝辞

この原稿には、登録番号CSIR-CSMCRI –114/2016が割り当てられています。 TGは博士号取得のためのAcSIRに感謝の意を表します。経済的支援のための登録とCSIR（CSC 0105）。