Для фотосинтеза достаточно одного фотона.
Всего одна частица света требуется, чтобы зажечь первые шаги биологического процесса, который преобразует свет в химическую энергию, сообщают ученые в журнале Nature.
Хотя ученые давно предполагали, что реакции фотосинтеза начинаются при поглощении всего одного фотона, это еще не было продемонстрировано, говорит физический химик Грэм Флеминг из Калифорнийского университета в Беркли (UCB).
Он и его коллеги решили: «Мы просто посмотрим, действительно ли одного фотона достаточно, чтобы все началось».
Солнечный свет, падающий на поверхность Земли, кажется человеческому глазу ярким. Но в малых масштабах это превращается в каплю фотонов. Лишь несколько десятков фотонов соответствующих длин волн солнечного света падают на квадратный нанометр в секунду, масштаб крошечных молекул хлорофилла и бактериохлорофилла, которые играют центральную роль в фотосинтезе растений и бактерий.
Во многих лабораторных экспериментах по фотосинтезу для запуска реакций используются лазеры, гораздо более мощные источники света. Вместо этого Грэм и его коллеги использовали источник света, излучающий всего два фотона за раз.
Один фотон служил вестником, отправляясь к детектору, чтобы сообщить исследователям, когда были испущены два фотона. Другой фотон попал в раствор, содержащий поглощающие фотоны структуры фотосинтетической бактерии Rhodobacter sphaeroides . Эти структуры, называемые светособирающими комплексами 2, или LH2, состоят из двух колец бактериохлорофилла и других молекул.
В обычной реакции фотосинтеза LH2 поглощает фотон и передает свою энергию другому комплексу LH2, а затем еще одному, как игра в горячую картошку. В конце концов энергия достигает кольца другого типа, называемого светособирающим комплексом 1, или LH1, которое затем передает ее в реакционный центр, где энергия, наконец, преобразуется в форму, которую бактерия может использовать.
В эксперименте не было LH1, поэтому LH2 вместо этого излучал фотон с другой длиной волны, чем первый, что является признаком того, что энергия была передана от первого кольца LH2 второму, первому этапу фотосинтеза. Исследователи обнаружили этот второй фотон и, сравнив время обнаружения с первыми фотонами-предвестниками, подтвердили, что LH2 необходимо было поглотить только один фотон, чтобы начать работу.
По словам Флеминга, растения и бактерии используют разные процессы для фотосинтеза, но начальные этапы достаточно схожи, так что и у растений один фотон может вызвать начальные этапы. Однако в растениях для завершения реакции необходимо несколько независимо поглощаемых фотонов.
Роль одиночных фотонов неудивительна, говорит биохимик Ричард Когделл из Университета Глазго в Шотландии. По его словам, самое важное, что сделали исследователи, — это продемонстрировали новую технику.
«Сделав это, вы сможете узнать, что будет происходить в природе», — говорит он.
Некоторые ученые подозревают, что фотосинтез основан на квантовой физике. Хотя неясно, сможет ли новая техника решить роль квантовых эффектов, она может помочь ученым отделить естественные эффекты от артефактов использования интенсивных источников света в исследованиях фотосинтеза.
Источник: https://fbm.ru/