Fotosinteza este un proces fundamental prin care plantele, algele și anumite bacterii transformă energia luminii solare în energie chimică. Acest proces are loc în cloroplaste, organele celulare specializate pentru fotosinteză. Principalul rezultat al fotosintezei este producerea de glucoză (zahăr), care poate fi ulterior utilizată de organisme pentru a obține energie.
Oamenii de știință știu acum că această reacție remarcabilă necesită cea mai mică cantitate posibilă de lumină. E nevoie doar un singur foton pentru a începe, potrivit Science Alert.
O echipă americană de cercetători în optică și biologie cuantică a arătat că un singur foton poate începe fotosinteza în bacteria violetă Rhodobacter sphaeroides. Ei sunt încrezători că funcționează și la alte plante și alge. Toate organismele fotosintetice au un strămoș evolutiv și procese similare.
Cercetătorii spun că descoperirile întăresc cunoștințele despre fotosinteză. Ele vor duce la o mai bună înțelegere a intersecției fizicii cuantice într-o gamă largă de sisteme complexe biologice, chimice și fizice, inclusiv combustibili regenerabili.
„Foarte multă muncă, teorie și experimente au fost realizate în întreaga lume. S-a încercat să se înțeleagă ce se întâmplă după ce un foton este absorbit”, spune Graham Fleming, biochimist la Universitatea din California, Berkeley.
„Dar ne-am dat seama că nimeni nu vorbea despre primul pas. Aceasta era încă o întrebare la care trebuia să se răspundă în detaliu”, a adăugat el.
Cum începe fotosinteza
Moleculele de clorofilă primesc fotoni de la Soare, unde electronul clorofilei devine excitat. El trece la diferite molecule care formează blocurile de construcție ale zahărului, dând plantelor hrană și eliberând oxigen.
Într-o zi însorită, doar aproximativ 1.000 de fotoni ajung la o moleculă de clorofilă în fiecare secundă. Eficiența fotosintezei în valorificarea luminii solare pentru a produce molecule bogate în energie i-a determinat pe oamenii de știință să creadă că un singur foton ar putea declanșa această reacție.
„Natura a inventat un truc foarte inteligent”, spune Fleming.
Cercetătorii s-au concentrat pe o structura a proteinelor din bacteriile violet. Se numește complexul de recoltare a luminii 2 (LH2) și poate absorbi fotoni la o anumită lungime de undă.
În timpul unui puls, primul foton, numit „vestitorul”, a fost observat cu un detector extrem de sensibil. El a semnalat sosirea fotonului partener, care a interacționat cu moleculele LH2 dintr-o probă de laborator a bacteriei violete.
„Cred că primul lucru este că acest experiment a arătat că poți face lucruri cu fotoni individuali”, a spus cercetătorul Birgitta Whaley din Berkeley. „Deci acesta este un punct foarte, foarte important”, a mai zis ea.
Cercetătorii sunt încrezători că rezultatele au fost cauzate doar de absorbția unui singur foton și că niciun alt factor nu ar fi putut avea un efect.
O mare parte din cercetările anterioare efectuate cu privire la etapele ulterioare, post-absorbție a luminii, ale fotosintezei au implicat trimiterea de impulsuri laser puternice și ultrarapide către moleculele fotosintetice.
