Biljke, od algi do sekvoja, transformiraju 95 posto sunčevog svijetla koje dopre do njih u manje od milijarditog dijela sekunde—1.000.000.000.000.000.000 joule-a na sekundu okupa cijeli planet u energiju spremljenu u obliku ugljikohidrata. Prema novom istraživanju objavljenom u časopisu Nautre, kvanti ključ takve transformacije se skriva pod fenomenom zvanim kvantna koherencija.
Kvantna koherencija opisuje kakvu interakciju imaju više molekula prema jednakoj energiji od jednog dolazećeg fotona u isto vrijeme. Ukratko, umjesto da energija određenog fotona putuje jednim pravcem fotosintetićkog sustava, ona putuje različitim kanalima istovremeno, birajući pri tom najbržu rutu. „Energija apsorbiranog svijetla nalazi više putova u svojem kretanju u bilo koje vrijeme,“ objašnjava fizički kemičar Greg Scholes sa sveučilišta u Torontu, voditelj istraživačkog tima koji je pojasnio ovaj efekt. „Nismo u stanju točno ukazati na energiju tog svijetla. Ona je podijeljena na jedan jako specifičan način.“
Scholes i njegove kolege su izolirali „antenu“ (proteinski lanac koji propagira nadolazeću energiju) fotosintetićkih organizama poznatih kao kriptofite, konkretno, morske alge Rhodomonas CS24 i Chroomonas CCMP270. Kriptofite su posebne zbog toga što ne koriste isti protein kako bi ubrale energiju sunčevog svijetla, kao što je to sve prisutan klorofil kod zelenih biljaka. „Ova vrsta je posebna zbog toga što prilagođavaju svoje antene i posjeduju bičeve koje koriste za pomicanje,“kaže Scholes.
Različite boje antena ove alge su dopustile kemičarima da pošalju puls kratkim signalom (femtosekunda) laserskog svijetla specifičnim proteinima. Prema mapama na atomskoj ljestvici dobivenih preko prethodno napravljene rendgen kristalografije, istraživači su popratili energiju pri ulasku u fotosintetićki sustav i prolaskom kroz sustav prema reaktivnim centrima, gdje se energija sprema. Pulsovi su pokazali da unutar jedne molekule proteina energija putuje različitim stazama istovremeno. Na taj način efikasnost antene se oslanja na kvantnu koherenciju, tako da molekule u sklopu proteina odvojene velikim udaljenostima (na atomskoj razini) djeluju na sličan način u isto vrijeme u produženom vremenskom razdoblju—više od 400 femtosekunde.
Dok je prijašnje istraživanje pokazalo kako ljubičaste bakterije koriste kvantne metode da bi efikasnije pokupile svijetlo—a prijašnji su eksperimenti pokazali slične kvantne efekte u zelenim sulfurnim bakterijama ohlađenim na minus 196 C—ovaj eksperiment je prvi proveden na sobnoj temperaturi od 294 K, kako bi se replicirali takvi efekti. U osnovi, prema ovom istraživanju, nadolazeći foton je stvorio seriju valova, baš kao kamen bačen u vodu, koji interferiraju međusobno kako bi istražili sve potencijalne putove kojima bi se energija mogla probiti u određenom proteinu u isto vrijeme, ne dopuštajući nikakvo gubljenje energije kroz krive putove. To je kao da se vi vozite na posao po tri različite ceste istovremeno, ne gubeći vrijeme na prometne gužve ili semafore, tvrdi Scholes. To dozvoljava fotonu da dođe skoro instantno do reaktivnog centra.
„U sistemima koje smo mi proučavali, čak i na sobnoj temperaturi, mogu se promatrati ovi kvantni efekti, koji su dosta značajni,“ primjećuje Scholes i dodaje „efekti su biološki značajni.“
Kemičar Graham Fleming sa Kalifornijskog Sveučilišta Berkley, je pokazao da su takvi efekti vidljivi u klorofilskim sustavima na niskim temperaturama. Biofizičar Gregory Engel sa Sveučilišta u Chicagu, koji nije bio upleten u istraživanje, uvjerava kako isti efekti vjerojatno postoje u svim fotosintetićkim sustavima, dozvoljavajući biljkama efikasan prijenos energije.
Ovakva saznanja mogu pomoći u razvijanju sustava prijenosa energije u ljudskom društvu. Može se reći da je većina implikacija ovog otkrića u ljudskom svijetu do danas graničila sa znanstvenom fantastikom.
Izvor: scientificamerican.com
