آغاز واکنش فتوسنتز فقط با یک فوتون

به گزارش خبرگزاری صداوسیما، گروهی از محققان در رشته‌های اپتیک کوانتومی و زیست‌شناسی دریافتند: یک فوتون تنها می‌تواند فتوسنتز (کربن گیری: فرایندی زیست‌شیمیایی است که در آن، انرژی نورانی خورشید توسط گیاهان و برخی از باکتری‌ها به انرژی شیمیایی ذخیره شده در مواد غذایی آن‌ها تبدیل می‌شود) را در باکتری ارغوانی Rhodobacter sphaeroides آغاز کند و دانشمندان مطمئن هستند که در همه گیاهان و جلبک‌ها نیز همین‌گونه عمل می‌کند، زیرا همه موجودات فتوسنتزی دارای یک نیای تکاملی و فرایند‌های مشابه هستند.
این گروه پژوهشی می‌گوید: یافته‌های آن‌ها دانش را در مورد فتوسنتز تقویت می‌کند و به درک بهتری از تقاطع فیزیک کوانتومی در طیف گسترده‌ای از سامانه‌های پیچیده زیست‌فناوری، شیمیایی و فیزیکی از جمله سوخت‌های تجدیدپذیر منجر می‌شود.
گراهام فلمینگ (Graham Fleming) بیوشیمی‌دان دانشگاه کالیفرنیا و محقق این مطالعات می‌گوید: مقدار عظیمی از کار، از نظر تئوری و تجربی، در سراسر جهان انجام شده است تا بفهمیم پس از جذب فوتون چه اتفاقی می‌افتد. مولکول‌های سبزینه فوتون‌ها را از خورشید دریافت می‌کنند، جایی که الکترون سبزینه برانگیخته می‌شود و به مولکول‌های مختلف می‌پرد تا بلوک‌های سازنده قند را تشکیل دهد و به گیاهان غذا می‌دهد و اکسیژن آزاد می‌کند.
فلمینگ توضیح می‌دهد: خورشید در یک روز آفتابی، تنها حدود هزار فوتون در هر ثانیه به یک مولکول سبزینه می‌رساند، بنابراین کارایی فتوسنتز در مهار نور خورشید برای تولید مولکول‌های غنی از انرژی، دانشمندان را به این باور رساند که یک فوتون می‌تواند این واکنش را شروع کند.
محققان روی ساختار کاملاً مطالعه شده پروتئین‌ها در باکتری‌های بنفش، به نام کمپلکس برداشت نور ۲ (LH ۲) تمرکز کردند که می‌تواند فوتون‌ها را در طول‌موج خاصی جذب کند. پژوهشگران با استفاده از ابزار‌های تخصصی، یک منبع فوتون ایجاد کردند که از یک فوتون با انرژی بالاتر با استفاده از تبدیل عناصر خودبه‌خود به پایین، یک جفت فوتون می‌ساخت.
این گروه تحقیقاتی با استفاده از یک مدل توزیع احتمال و یک فرایند رایانه‌ای، بیش از ۱۷٫۷ میلیارد رویداد آشکارسازی فوتون و ۱٫۶ میلیون رویداد تشخیص فوتون فلورسنت را تجزیه‌وتحلیل کردند.
به گفته محققان، این تحقیق با نشان‌دادن نحوه رفتار تک‌تک فوتون‌ها در مدت فتوسنتز، اطلاعات مهمی در مورد نحوه عملکرد فرایند تبدیل انرژی طبیعت به ما می‌دهد. روش‌های فتوسنتز مصنوعی ممکن است روزی کلید بقای پایدار و شکوفایی در فضا باشد.
فلمینگ در پایان می‌افزاید: همان‌طور که برای ساختن یک رایانه کوانتومی باید تک‌تک ذرات را درک کنید، ما نیز باید خواص کوانتومی سامانه‌های زنده را مطالعه کنیم تا آن‌ها را به‌درستی درک کنیم و سامانه‌های مصنوعی کارآمدی بسازیم که سوخت‌های تجدیدپذیر تولید کنند.
شرح کامل این تحقیق در مجله Nature منتشر شده است.