Фотосинтез подчиняется законам квантовой механики
Исследователи из Торонтского университета (Канада) и Университета Нового Южного Уэльса (Австралия) представили экспериментальные доказательства того, что особенности энергопередачи на протяжении фотосинтеза у криптофитовых водорослей нереально обрисовать в рамках классической физики кроме того при комнатной температуре.
В ходе фотосинтеза участвуют особые белки (светособирающие комплексы, кроме этого довольно часто именуемые антенными), каковые поглощают падающие фотоны и передают энергию реакционным центрам, где проходит ее преобразование. Авторы трудились с антенными комплексами, выделенными у двух видов водорослей: Rhodomonas CS24 и Chroomonas CCMP270. Эти комплексы содержат восемь пигментных молекул, предназначенных для поглощения фотонов в различных областях спектра.
В хорошей теории передача поглощенной энергии от молекулы к молекуле считается случайным процессом, что может проходить со большими утратами в том случае, если маршрут окажется неоптимальным.
Исследователи продемонстрировали, что такое определение процесса неверно. В собственных опытах они влияли на две пигментные молекулы, находящиеся в центре антенного комплекса, фемтосекундным лазерным импульсом, имитируя естественное освещение и переводя электроны молекул в квантовую суперпозицию возбужденных состояний. Ее распад проходит с излучением фотонов с пара отличающимися длинами волн, что разрешает замечать интерференционную картину, при изучении которой возможно взять сведения о суперпозиции.
Результаты опыта поразили ученых; оказалось, что в создании квантово «связанного» состояния участвуют все восемь молекул, причем при температуре в 21 ?C оно сохраняется на целых 400 фс.
Сейчас энергия передается, так сообщить, по нескольким разным направлениям сходу», — поясняет участник изучения Грегори Скоулз (Gregory Scholes).
Антенный комплекс фотосинтезирующих водорослей (иллюстрация Грегори Скоулза)
Стоит подметить, что подобные эффекты были показаны еще в 2007 году группой **Грегори Энгела*** (Gregory Engel) из Университета Чикаго, которая трудилась с пигментно-протеиновым комплексом зеленых серных бактерий. В тех опытах температура, но, фиксировалась на уровне –196 ?C; сравнительно не так давно ученые повторили опыты при температуре 4 ?C, взяв время сохранения квантовой когерентности в 300 фс (см. препринт статьи, в которой обрисованы эти результаты).
Механизм долгого сохранения суперпозиции при большой температуре на тех больших расстояниях, каковые отделяют молекулы друг от друга, остается неясным.