M 型矮星周围产氧光合作用的 thermodynamic 极限：广义模型与优化策略

我们探讨了在低质量恒星（$< 1$ M$_{\odot}$）宜居带内运行系外行星上光合捕光的可行性与潜在特征。随着恒星温度 $T_{s}$ 的降低，辐照度峰值红移出地球产氧光合作用可利用的 $400 \textrm{nm} \leq \lambda < 750$ nm 波长范围。然而，该区域有限的辐照度并不排除产氧光合作用，且地球的植物、藻类与蓝细菌均拥有非常高效的捕光天线，可在极弱光下实现光合作用。本文我们构建光合捕光结构的通用模型，以确定产氧光系统在差异辐照光谱通量下的表现。我们阐明，捕光过程——在大天线捕获能量并将其集中于小反应中心——必须克服基本的熵垒。我们表明，类植物天线无法适应 $T_{s}<3400$ K 恒星的光，因为增大天线尺寸在捕光上的收益递减。若对天线引入轻微焓梯度，此问题可克服。有趣的是，该策略似乎已被地球产氧蓝细菌采用，我们得出结论：即使围绕最低质量 M 型矮星，细菌产氧光合作用也是可行的。