Квантовая биология? Вибрации повышают эффективность фотосинтеза

С помощью фотосинтеза растения и некоторые виды бактерий превращают солнечный свет, воду и углекислый газ в подпитку для своей жизнедеятельности, одновременно насыщая атмосферу кислородом, необходимым другим организмам.

Фотосинтез (ФС) – наиважнейший биохимический процесс на Земле, который ученые, тем не менее, не до конца понимают. Открытия в области квантовой биологии могут позволить инженерам при построении более эффективных солнечных батарей.

Американские биологи в своей новой работе сумели определить молекулярные вибрации, которые облегчают процесс разделения заряда – высвобождение электронов из атомов в первоначальной стадии ФС. 

Как биологические, так и искусственные системы поглощают энергию света и используют ее при разделении заряда. В природном фотосинтезе с помощью такого разделения производится биохимическая энергия. Используя те же методы разделения в искусственных системах, мы хотим использовать процесс разделения заряда для производства электроэнергии или биотоплива.

– Дженнифер Огилви, Мичиганский университет

Огилви и ее группа разработали эксперимент с использованием сверхкоротких лазерных импульсов, которые по скорости могут сравняться с быстротой разделения заряда. С их помощью им удалось проследить, как развивается процесс фотосинтеза в режиме реального времени.

В качестве объекта исследования был выбраны листья шпината. Ученым удалось с помощью лазерных импульсов возбудить фотосистему II, а затем изучить полученные сигналы. В этих сигналах были, в числе прочего, записаны длительные эхо-отзвуки, которые указали ученым на специфические молекулярные колебания. Причиной тому – вибрация в молекуле, происходящая во время разделения заряда.

В частности, ученым удалось определить, что если разрывы в энергетических уровнях близки к частоте молекулярных вибраций, разделение заряда происходит с повышенной интенсивностью.

Это открытие может помочь при разработке новых искусственных материалов, обладающих схожими колебательными и электронными свойствами, что позволит значительно повысить процесс разделения заряда.