A pigmentek rezgése irányítja a fotoszintézist

Egy új kutatás fényt derített rá, hogy a növények vibráló fehérjéi szabályozzák a napfény hasznos energiává történő alakítását – ezzel lehetőséget adhat a biológiai folyamat napelemeken való bevetésére is.

A Kanadai Technológiai Fejlesztés Intézet rangidős kutatói a Harvard és a Princeton Egyetemekkel működtek közre a kutatáshoz.

A növények és az algák a napfényt energiává alakítják a fehérjéik pigmentjein keresztül. Ezek a pigmentek a fény fotonok által bennük kiváltott izgatottsági állapotot képesek átadni a körülöttük lévő pigmenteknek, ennek a folyamatnak a többszöri ismétlődése után a fotonok energiája reakciós központokba jut, ahol egy reakció keretében oxigént termel és energiával látja el a növényt.

A kutatók már hosszú ideje igyekeznek kideríteni, hogy a növények, hogyan képesek az energiát ennyire gyorsan és nagy hatásfokkal mozgatni a rengeteg pigment és a reakciós központok között.

A mostani tanulmány a PC645 nevű fehérjére fókuszált és számítógépes szimulációkat és kísérleteket követve arra jutottak, hogy a fehérje irányítja, hogy az energia hová menjen, azzal hogy a pigmentek rezgése elősegíti az energia haladását bizonyos útvonalakon.

“A fehérjék által keltett pigmentek rezgését úgy képzelhetjük el mint közlekedési jeleket, melyek irányítják, hogy melyik irányban küldik az ingert, magyarázta Doran Bennett, az egyik kutató.

Például, amikor egy ‘kék’ pigment izgatottá válik, a többletenergiát több környező, hasonló energiájú pigmentnek képes átadni. A vibráció irányításával a fehérjék képesek meghatározni, hogy a ‘kék’ pigmentek megadott ‘vörös’ pigmenteknek adják az energiájukat, ezzel több közbeeső pigmentet kihagyva.

“A furcsaság az, hogy a kísérletek alatt az ingerültség nem egy energia létrán lépkedett, hanem a legfelső fokról egyenesen a legalsóra ugrott, anélkül, hogy bármelyik közbeesőt érinteni,” mondta Bennett.

A korábbi kutatások szerint ez csak valamilyen összefonódáshoz hasonló kvantum hatással magyarázható. Az elképzelések szerint a vibronikus koherencia – a vibrációs (rezgő) mozgás és az elektronok közötti összefonódás – szükséges ezekhez a különböző energiaszintek közötti ugrásokhoz. Azonban az új kutatás szerint nem a vibronikus koherenciára van szükség hanem csak a vibrációra, ahhoz hogy áthidalódjon a pigmentek közötti energiakülönbség.

A kutatók több különböző irányba folytatják a kutatást – köztük azzal, hogy pontosan hogyan teszik jobb hatásfokúvá a fotoszintézist az energiaátadás irányításával és feljavításával, ezen felül pedig, hogy ezeket a természetes mechanizmusokat képesek e a szintetikus napelemeknél is alkalmazni – melyekhez a kutatók a gépi tanulást is hadrendbe állítanák.

Forrás: pnas.org

Szerkesztő: arsratio

Oszd meg

Hozzászólás küldése

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.

Ez a weboldal az Akismet szolgáltatását használja a spam kiszűrésére. Tudjunk meg többet arról, hogyan dolgozzák fel a hozzászólásunk adatait..