Fotosyntéza, kľúč k životu na Zemi, začína jediným fotónom
Fotosyntéza je mimoriadne výkonný proces a prebieha spoľahlivo po celej planéte.
Vďaka komplexným procesom zahrňujúcim pigmenty, enzýmy a koenzýmy dokážu fotosyntetické organizmy pretvoriť energiu svetla na chemickú energiu potrebnú pre život. V rámci novej štúdie výskumníci z University of Berkeley dokázali, že táto špeciálna chemická reakcia je citlivá na najmenšiu možnú jednotku svetla, na jediný fotón.
Práca vedcov pomáha utvrdiť, čo vieme o fotosyntéze a pomôže nám lepšie pochopiť, ako život funguje na tých najmenších možných škálach, kde sa zvláštny svet kvantovej fyziky stretáva s biológiou. Pochopenie toho, čo sa deje keď sa fotón absorbuje si vyžiadalo obrovské teoretické a experimentálne základy. Žiadna práca sa však doteraz nezamýšľala nad tým, ako presne vyzerá prvý krok v procese fotosyntézy.
„Príroda vymyslela mimoriadne šikovný trik. V našej práci sme dokázali že jediný fotón dokáže zahájiť proces fotosyntézy v špecifickom druhu baktérii. Čo sa týka samotného procesu, všetky fotosyntetické organizmy zdieľajú evolučného predka, čiže je veľká šanca, že fotosyntéza prebieha rovnako aj pri rastlinách alebo riasach,“ tvrdí jeden z autorov štúdie Graham Fleming.
Úloha jedného fotónu
Fotosyntéza je mimoriadne výkonný proces, čo sa týka pretvárania slnečného svetla na energeticky bohaté molekuly. Už dlhšiu dobu teda vedci predpokladali, že na zahájenie tejto reakcie stačí jediný fotón. Slnko neposkytuje rastlinám až tak veľa fotónov, len tisíc dopadá na jednu molekulu chlorofylu každú sekundu. Fotosyntéza však prebieha spoľahlivo po celej planéte.
„Mali sme teórie, no nikto nikdy nepotvrdil naše podozrenia demonštráciou,“ tvrdí spoluautor štúdie, Quanwei Li.
Téme fotosyntézy sa venovalo obrovské množstvo výskumov, no tie sa zameriavali skôr na neskoršie kroky a spúšťali fotosyntetickú reakciu laserovými pulzami. To považujú autori práce za problém, pretože bežný sústredený laserový lúč je miliónkrát silnejší ako slnečné svetlo. Aj ak by sa vedcom podarilo vytvoriť slabý lúč rovnajúci sa slnečnému svetlu, stále sa bude líšiť kvantovými vlastnosťami. Doteraz nikto nevidel ako sa fotón absorbuje, preto vedci nemajú predstavu či záleží na tom, o aký fotón ide.
Čo sa fotosyntézy týka, najprv sme tomuto procesu rozumeli z širšieho hľadiska. Vedeli sme aké látky do reakcie vstupujú a aké z nej vystupujú. Na základe toho mohli vedci odhadnúť aké reakcie počas nej prebiehajú. Pokroky v technológií umožnili vedcom skúmať jednotlivé chemikálie v reakcií a teraz sa začínajú zameriavať na jednotlivé atómy a subatomárne častice.
Neprehliadnite
V rámci experimentu sa vedcom podarilo sledovať ako fotón preniká do fotosyntetického organizmu. Vytvorili zariadenie, ktoré počas každého pulzu vytvorilo dva fotóny. Jeden fotón zaznamenával citlivý detektor a tento fotón vedci označili ako „posla“. Jeho úlohou bolo potvrdiť, že druhý fotón je na ceste k molekulárnym štruktúram, ktoré reprezentovali fotosyntetickú baktériu. Tento experiment dokázal, že len jediný fotón dokáže odštartovať fotosyntézu.
Ako autori štúdie uzatvárajú, experiment pomohol dokázať, že aj s individuálnymi fotónmi sa dajú robiť rôzne veci. V ďalších krokoch preskúmajú fotosyntetickú reakciu do ešte väčšej hĺbky.
Komentáre