科學家們也許能夠通過確定海洋微生物是否使用光合作用來確定海洋細菌是否參與了全球碳循環，光合作用是利用陽光將二氧化碳和水轉化為能量的過程。然而，大多數海洋微生物在很大程度上仍未被研究，因為它們不在實驗室環境中生長，這限制了科學界對這些物種是否進行光合作用的了解。

來自中國科學院青島生物能源與過程研究所（QIBEBT）的科學家們利用拉曼光譜技術，從海水中直接確定了固定或吸收二氧化碳的細胞的存在，研究表明這些細菌確實進行了光合作用。他們的發現最近發表在《生物設計研究》雜誌上。

尚未培養的二氧化碳固定細菌被拉曼激活的重力驅動封裝（RAGE）技術根據拉曼位移在單細胞分辨率下進行分類，隨後的單細胞測序在目標細胞中發現了一個基於荷爾蒙的光驅動質子泵

基於葉綠素的光合作用是一個廣為人知的二氧化碳固定的光收集系統。據報導，基於一種被稱為proteorhodopsin（或PR）的蛋白質的光合作用在有光的情況下可以固定二氧化碳。隨後，海洋細菌中某些類型的二氧化碳固定也被報導。

“含PR的細菌可能是最豐富的，而微生物荷爾蒙蛋白，另一種類型的蛋白質，可能在很大程度上有助於海洋中的太陽能採集。然而，自然條件下的含PR細菌是否能夠固定二氧化碳，仍然難以捉摸，”共同第一作者、QIBEBT單細胞中心的高級工程師Jing Xiaoyan說。

研究人員首先從取自中國黃海最上層，暴露在陽光下的海水的細菌中，通過追踪它們對一種化合物C-碳酸氫鹽的攝入量，確定了固定二氧化碳的細胞。研究人員通過使用單細胞拉曼光譜（SCRS）來做到這一點，這是一種用於研究分子的技術。

“然後我們使用一種叫做拉曼激活的重力驅動封裝技術，或RAGE，來分離我們所研究的細菌Pelagibacter的目標細胞，它是細菌組SAR11的成員，”共同第一作者、QIBEBT單細胞中心的博士後Xu Teng說。研究人員擴增了這些分離的Pelagibacter單細胞的基因組並對每個細胞進行了測序。

聯合第一作者、QIBEBT單細胞中心助理研究員Gong Yanhai說：”採用一種改進的拉曼激活的細胞分選技術，以精確的單細胞分辨率對微生物組進行分选和測序，我們揭示了未培養的遍在遠洋桿菌，最豐富的SAR11海洋細菌之一，可以利用光動力代謝在海水中固定二氧化碳，從而對全球碳循環作出貢獻。”

“這項研究表明，RAGE介導的單細胞基因組分析可以在海洋中未培養的細菌的表型和基因型之間建立可靠的聯繫，這解決了一個基本問題，為基於功能剖析環境中的’生物暗物質’鋪平了道路，”共同通訊作者、牛津大學的Huang Wei教授說。

來自QIBEBT單細胞中心的Xu Jian教授說：”進一步的調查可以擴展到不同深度和地區的其他海水樣本。同時，值得將SCRS和單細胞轉錄組技術整合應用於對二氧化碳固著微生物的進一步研究”。