植物進行光合作用時，主要使用太陽光中400至700奈米的可見光。這段範圍大致囊括了太陽能量的一半。傳統上，科學家認為超過700奈米的長波光（也就是所謂的「紅外光」）能量太低，無法推動植物光合作用中的關鍵氧化還原反應。因此，「700奈米」被視為光合作用的紅色極限（red limit）。
藍綠菌是怎麼做到的？藍綠菌說：予不得已也。地球早期的藍綠菌（大約在數十億年前）是第一批釋放氧氣的光合生物，當時他們是光合作用的主角。要多少光，有多少光，真的是能有多舒服就有多舒服！
但是，好景不常。後來地球上出現了陸生植物（特別是苔蘚、蕨類、種子植物），這些植物也使用氧合性光合作用，並且它們在可見光波段（400–700奈米）具有超強的光吸收能力。
尤其是在森林或密集植被中，上層陸生植物葉片幾乎完全吸收了大部分的可見光，只留下穿透下來的較弱、波長較長的紅外光。
於是藍綠菌與其他光合微生物就再也吃不到可見光了！為了生存，它們被迫適應低光環境（因為上層植物遮蔽了陽光）以及波長偏紅的環境（因為短波長光已經被上層葉片吸收了）。
因此，藍綠菌演化出可以利用遠紅光（700–800奈米）的新型葉綠素（d型與f型）和特殊的光系統結構，來捕捉本來被植物忽略的太陽能量。
簡單來說就是因為上層植物把好光（400–700 nm）搶光了，所以藍綠菌只好努力發展「吃剩的光」的能力（700–800 nm）。它們合成葉綠素d或葉綠素f，這些葉綠素的結構稍有不同，能吸收比葉綠素a還要更長波長的光。
另外，他們產生了新的小型藻膽蛋白複合體，能夠有效吸收紅外光，並且縮小光天線（捕光複合體）的體積，使光能能夠深入分布到整個菌群體，而不是只集中在表層。
於是，藍綠菌的紅外光光適應（Far-Red Light Photoacclimation）和低光光適應（Low-Light Photoacclimation）的兩大機制形成了。這種「被迫式創新」使得它們演化出能利用700奈米以上光波的全新光合作用系統，成為生命界中極少數能打破紅色極限的生物。
那麼，我們可以從藍綠菌偷什麼師呢？
科學家認為，如果能把它們的光合作用機制，移植或模仿到作物上，是否能提升作物的光能利用率和產量？
想像一下，未來的作物不僅能吸收一般可見光，還能吸收紅外光！這對於增強溫室或城市農業中弱光環境的生產力，都具有巨大的潛力。
然而，想把藍綠菌的光合作用搬到植物上，並不只是「加一個葉綠素d基因」那麼簡單。
可能需要整套改造光系統（PSI、PSII）！畢竟，陸生植物的光系統是為葉綠素a設計的，要讓葉綠素d或f穩定運作，可能得重建結構蛋白、色素結合位點、電子傳遞鏈。
而且，如果只改反應中心，而沒有相應吸收紅外光的天線蛋白，整體效率依然會很差。另外，可能還得調整能量分配與調控機制，並兼顧二氧化碳固定與代謝調控等等。畢竟，光能利用只是作物產量的一部分，還必須同步改善碳固定與養分代謝，才能真正帶來增產。
總而言之，藍綠菌在壓力下演化出紅外光光合作用的本事，不只是生態學上的奇蹟，也為人類農業指引了一條新路。
如果未來能突破技術瓶頸，結合藍綠菌的紅移型色素、專用天線蛋白、最佳化光系統結構與代謝調控， 也許我們能培育出能「吃光吃到最底層」的新世代作物，讓光合作用突破現有的限制。
這場靜悄悄的光合作用革命，可能正從藍綠菌的秘密開始。
參考文獻：
Gisriel, C. J., & Brudvig, G. W. (2025). Investigations into cyanobacterial photoacclimation processes address longstanding proposals for improving crop yields. Nature Communications, 16, 3942. https://doi.org/10.1038/s41467-025-59419-5
