Физики раскрыли один из квантовых секретов фотосинтеза
Ученые из Швеции нашли очередное доказательство того, что процесс фотосинтеза в клетках растений и бактерий имеет квантовый характер, и выяснили, как энергия света путешествует по их фотосинтезирующим молекулам, говорится в статье, опубликованной в журнале Science Advances.
Растения и бактерии умеют превращать энергию света в питательные вещества при помощи так называемых фотосистем I и II. Первая система захватывает фотоны света и преобразует их в свободные электроны, а вторая расщепляет молекулы воды на кислород и водород и использует последний для сборки молекул питательных веществ. Работа и структура этих систем хорошо изучена, однако их взаимодействие и расположение внутри клетки оставались загадкой для ученых.
Первые наблюдения за их работой на уровне отдельных молекул и атомов показали, что ее "антенны" они поглощают энергию света и используют ее для производства молекул АТФ, клеточной энерговалюты, и свободных электронов, намного эффективнее, чем предсказывает классическая физика. Это заставило ученых задуматься о том, не используют ли растения и бактерии квантовые эффекты для повышения КПД фотосинтеза.
Дэвид Палечек (David Palecek) из университета Лунда (Швеция) и его коллеги нашли очередное доказательство "квантовости" фотосинтеза, и выяснили, как энергия света передается в центральную часть фотосистемы, где производятся электроны, наблюдая за тем, как хлорофилл бактерий Rhodobacter sphaeroides реагирует на свет.
Как отмечают физики, раньше ученые считали, что энергия света передается вдоль нитей хлорофилла в виде своеобразных волн, чье движение было особым образом синхронизировано. Подобная идея противоречила наблюдениям за работой центральной части фотосистем, где такие волны не могут существовать долго.
Подсвечивая хлорофилл бактерий при помощи лазера, Палечек и его коллеги обнаружили, что на самом деле энергия света передается в центральную часть фотосистемы не в виде единой волны, а очень постепенным образом, двигаясь от одной молекулы к другой через их электроны.
Эти электроны, как показали наблюдения ученых, ведут себя и взаимодействуют между собой необычным образом, находясь в состоянии покоя, о чем раньше ученые не подозревали, считая следы этих взаимодействий признаками того, что энергия света путешествует через фотосистему в виде волны. Благодаря этим взаимодействиям энергия может передаваться между электронами невозможно быстро, и при этом ее потери будут минимальными.
Все это, как считают Палечек и его коллеги, указывает на то, что многие текущие представления о квантовом характере фотосинтеза могут быть в корне неверными, так как они основываются на неправильном представлении о том, как передается энергия внутри фотосистем. В ближайшее время шведские физики планируют проследить за работой и других компонентов фотосинтеза в надежде понять, так ли это или нет.
