Kvantna dimenzija fotosinteze

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 fotosintetičkog sistema, ona putuje različitim kanalima istovremeno, birajući pri tom najbržu rutu. „Energija apsorbiranog svjetla nalazi više puteva u svojem kretanju u bilo koje vrijeme,“ objašnjava fizički hemičar Greg Scholes sa fakulteta u Torontu, voditelj istraživačkog tima koji je pojasnio ovaj efekat. „Nismo u stanju tačno ukazati na energiju tog svjetla. Ona je podijeljena na jedan jako specifičan način.“

Scholes i njegove kolege su izolirali „antenu“ (proteinski lanac koji propagira nadolazeću energiju) fotosintetičkih 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 svjetla, kao što je to sve prisutan hlorofil 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 hemičarima da pošalju puls kratkim signalom (femtosekunda) laserskog svjetla specifičnim proteinima. Prema mapama na atomskoj skali dobivenih preko prethodno napravljene rendgen kristalografije, istraživači su popratili energiju pri ulasku u fotosintetički sistem i prolaskom kroz sistem 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 svjetlo—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 puteve 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.“

Hemičar Graham Fleming sa Kalifornijskog Univerziteta Berkley, je pokazao da su takvi efekti vidljivi u hlorofilskim sustavima na niskim temperaturama. Biofizičar Gregory Engel sa Univerziteta u Chicagu, koji nije bio upleten u istraživanje, uvjerava kako isti efekti vjerojatno postoje u svim fotosintetičkim sistemima, dozvoljavajući biljkama efikasan prijenos energije.

Ovakva saznanja mogu pomoći u razvijanju sistema prijenosa energije u ljudskom društvu. Može se reći da je većina implikacija ovog otkrića u ljudskom svijetu do danas graničila sa naučnom fantastikom.

IslamBosna.ba/znanost.com/scientificamerican.com