În stadiile incipiente ale fotosintezei s-a descoperit un efect cuantic

Asocierea puţin probabilă dintre botanică şi fizica cuantică a permis oamenilor de ştiinţă din SUA să înţeleagă mai bine primul pas al conversiei energiei din fotosinteză.

Organismele fotosintetice, cum ar fi plantele şi algele, au un centru de reacţie ce produce energie din lumină sau de fotoni, care le ajută să se susţină şi să crească.

Aici, pigmenţi şi proteine numiţi cromofori execută etapa iniţială a conversiei luminii, absorbind energie de la lumina care intră prin excitaţia electronilor lor.

"Dacă vă imaginaţi fotosinteza ca pe un maraton, veţi avea în minte imaginea unui alergător care pleacă de la linia de start", a declarat David Tiede, biochimist la Departamentul de Energie al Argonne Naţional Laboratory din SUA, într-un comunicat mass-media.

"Am găsit aici potenţial pentru o interacţiune mult mai fundamentală decât au luat în considerare anterior o mulţime de oameni."

Folosind spectroscopia ultrarapidă, cercetătorii au observat interacţiunile subatomice din etapa iniţială a fotosintezei, care poate dura mai puţin de o miime de miliardime de secundă.

Spre surpriza lor, au descoperit un efect cuantic nemaiîntâlnit, prin care un singur foton a provocat simultan diferiţi cromofori.

"Comportamentul pe care l-am putut vedea la aceste scale de timp foarte rapide, presupune un amestec mult mai sofisticat de stări electronice", a declarat Tiede. "Acesta ne arată că sistemele biologice la nivel înalt ar putea fi incluse în fizica fundamentală într-un mod ce nu părea probabil sau posibil chiar."

Această descoperire indică faptul că procesul de absorbţie de lumină poate fi mai eficient decât s-a crezut până acum, potrivit cercetătorului Argonne Naţional Laboratory, Gary Wiederrecht.

Rezultatele ar putea avea un impact semnificativ asupra eforturilor de a crea dispozitive ce imită în mod artificial fotosinteza şi absorb lumina la fel de eficient ca o plantă.

Potrivit lui Tiede, experimentele artificiale de fotosinteză au fost în măsură să reproducă structura moleculară ce conţine cromofori. În prezent, oamenii de ştiinţă pot lipi pigmenţii împreună, dar nu pot reproduce "mediul extern".

"Următorul pas este construirea acestui cadru, şi atunci, aceste tipuri de efecte cuantice pot deveni mai evidente", a spus el.

"Acest lucru ne face să ne întrebăm dacă acestea au loc doar din întâmplare, sau dacă ne spun ceva subtil şi unic despre aceste materiale", a susţinut Tiede. "Oricare ar fi cazul, ne apropiem de fundamentele primului pas al conversiei de energie din fotosinteză."

Dacă oamenii de ştiinţă pot reproduce fotosinteza eficient în mod artificial, aceasta ar putea avea un impact major asupra modului în care lumea este alimentată cu energie în viitor.

Cercetarea a fost publicată în jurnalul Proceedings al Academiei Naţionale de Ştiinţe.