در طول فتوسنتز، سنتز مواد شیمیایی نور را به انرژی مورد نیاز برای گیاهان، جلبک ها و برخی از باکتری ها تبدیل می کند. دانشمندان اکنون می دانند که این واکنش قابل توجه برای شروع به کمترین مقدار ممکن نور یعنی فقط یک فوتون نیاز دارد.
به گزارش سیناپرس، تیمی از محققان آمریکایی در رشته های اپتیک کوانتومی و زیست‌شناسی دریافتند: یک فوتون تنها می تواند فتوسنتز را در باکتری ارغوانی Rhodobacter sphaeroides آغاز کند و دانشمندان مطمئن هستند که در همه گیاهان و جلبک‌ها نیز همینگونه عمل می کند زیرا همه موجودات فتوسنتزی دارای یک نیای تکاملی و فرآیندهای مشابه هستند.
این تیم پژوهشی می گوید: یافته‌های آنها دانش ما را در مورد فتوسنتز تقویت کرده و به درک بهتری از تقاطع فیزیک کوانتومی در طیف گسترده‌ای از سیستم‌های پیچیده بیولوژیکی، شیمیایی و فیزیکی، از جمله سوخت‌های تجدیدپذیر منجر می شود.
گراهام فلمینگ (Graham Fleming) بیوشیمی‌دان دانشگاه کالیفرنیا و محقق این مطالعات می گوید: مقدار عظیمی از کار، از نظر تئوری و تجربی، در سراسر جهان انجام شده است تا بفهمیم پس از جذب فوتون چه اتفاقی می افتد. مولکول‌های کلروفیل فوتون‌ها را از خورشید دریافت می کنند، جایی که الکترون کلروفیل برانگیخته شده و به مولکول‌های مختلف می پرد تا بلوک‌های سازنده قند را تشکیل دهد و به گیاهان غذا داده و اکسیژن آزاد می کند.
فلمینگ توضیح می دهد: خورشید در یک روز آفتابی، تنها حدود هزار فوتون در هر ثانیه به یک مولکول کلروفیل می رساند، بنابراین کارایی فتوسنتز در مهار نور خورشید برای تولید مولکول های غنی از انرژی، دانشمندان را به این باور رساند که یک فوتون می تواند این واکنش را شروع کند.
محققان روی ساختار کاملاً مطالعه شده پروتئین ها در باکتری های بنفش، به نام کمپلکس برداشت نور ۲ (LH2) تمرکز کردند که می تواند فوتون ها را در طول موج خاصی جذب کند.به گزارش سیناپرس، پژوهشگران با استفاده از ابزارهای تخصصی، یک منبع فوتون ایجاد کردند که از یک فوتون با انرژی بالاتر با استفاده از تبدیل پارامتری خود به خود به پایین، یک جفت فوتون می ساخت.
در طی یک پالس، اولین فوتون، با یک آشکارساز بسیار حساس مشاهده شد که سیگنال ورود فوتون را نشان می دهد که با مولکول های LH2 در یک نمونه آزمایشگاهی از باکتری ارغوانی برهم کنش داشت. هنگامی که یک فوتون با طول موج ۸۰۰ نانومتر به حلقه ای از مولکول ها در LH2 برخورد کرد، انرژی به حلقه دوم رفت که فوتون های فلورسنت با طول موج ۸۵۰ نانومتر را منتشر کرد.
این تیم تحقیقاتی با استفاده از یک مدل توزیع احتمال و یک الگوریتم کامپیوتری، بیش از ۱۷٫۷ میلیارد رویداد آشکارسازی فوتون و ۱٫۶ میلیون رویداد تشخیص فوتون فلورسنت را تجزیه و تحلیل کردند.
به گفته محققان، این تحقیق با نشان دادن نحوه رفتار تک تک فوتون ها در طول فتوسنتز، اطلاعات مهمی در مورد نحوه عملکرد فرآیند تبدیل انرژی طبیعت به ما می دهد. تکنیک های فتوسنتز مصنوعی ممکن است روزی کلید بقای پایدار و شکوفایی در فضا باشد.
به گزارش سیناپرس، فلمینگ در پایان می افزاید: همانطور که برای ساختن یک کامپیوتر کوانتومی باید تک تک ذرات را درک کنید، ما نیز باید خواص کوانتومی سیستم های زنده را مطالعه کنیم تا آنها را به درستی درک کرده و سیستم های مصنوعی کارآمدی بسازیم که سوخت های تجدیدپذیر تولید می کنند.
شرح کامل این تحقیق در مجله Nature منتشر شده است.
مترجم: نداجوادهراتی
دانشمندان دریافتند:
فتوسنتز چگونه شروع می شود؟ اولین بار در خبرگزاری سیناپرس | اخبار علمی ایران و جهان. پدیدار شد.
دیدگاهتان را بنویسید