Морские водоросли, возможно, справились с наукой о физике элементарных частиц миллиарды лет назад. Исследователи нашли, что микроскопические организмы развили молекулярное строение, повышающее эффективность фотосинтеза путем использования в своих интересах важной собственности квантовой механики. Эксперты говорят, что открытие откроет новую область исследования, и это могло привести к новому поколению суперэффективных светочувствительных устройств.Растения и морские водоросли используют солнечный свет, чтобы разорвать химические связи водной и двуокиси углерода и сделать кислород и сахар.
Несмотря на то, что ученые долго подозревали, что эффективность этого процесса зависит от квантовой механики – странное поведение частиц на субатомном уровне – они были неспособны выяснить как. Одна тайна касается функции определенных протеинов, известных как усики, перехватывающие фотоны и направляющие их энергию в центры реакции, где клетка преобразовывает водную и двуокись углерода в кислород и сахар. Но центры реакции могут сделать работу сами, итак, почему дополнительные аппаратные средства?Чтобы попытаться решить тайну, исследователи выполнили ряд экспериментов на cryptophytes, повсеместные морские водоросли, населяющие морские и пресноводные среды.
Бригада уволена ультрабыстро, пульс лазера низкой энергии в молекулярных усиках в водорослевых клетках и затем измеренных изменениях в световой энергии.Результаты изумили бригаду.
Путем усики реагировали с показанными безошибочными признаками фотонов квантовой механики. Когда фотоны ударяют молекулу, они передают энергию путем вибрирования электроны молекулы.
Но та вибрация замедляется быстро, если электрон передан другой молекуле. По этой причине исследователи ожидали, что энергия от лазера не могла легко быть передана от молекул усика до молекул центра реакции.
Все же эксперименты показали, что электронные колебания, следующие из фотонов, ударяющих усики, упорствовали в полной силе в четыре раза дольше, чем ожидаемый. Причина, исследователи сообщают на этой неделе по своей природе, состоит в том, что квантовая механика управляет энергией.«Это было чрезвычайное удивление», говорят физический химик и соавтор Грегори Скоулз из университета Торонто в Канаде. Для результатов произойти, он объясняет, собственность, названная квантовой последовательностью, должно быть, работала.
Другими словами, молекулярное строение усиков по существу преобразовывает приточный свет в волну, путешествующую от усика до центра реакции, не теряя энергию.«Это показывает, что квантовые результаты могут влиять на биологическую функцию», говорит Скоулз.
Затем, он говорит, что исследователи должны задать более глубокие вопросы, такой как, активен ли квант механические результаты в других биологических процессах.Биофизик Грегори Энгель из Чикагского университета в Иллинойсе называет бумагу «фантастической обрабатываемой деталью». Энгель, также изучивший роль квантовой механики в фотосинтезе, соглашается, что исследование «откроет совершенно новую область биофизики».
И то усилие должно иметь «огромные последствия», он говорит, «не только для того, как мы думаем о биофизике, но также и сборе урожая света и светочувствительных устройствах».