Вчені під керівництвом Грема Флемінга, Куанвей Лі та Біргітти Уейлі досягли великого прориву у вивченні фотосинтезу з точки зору фізики та хімії.
Вони експериментально довели, що процес фотосинтезу може бути запущений лише одним фотоном, який викликає складну взаємодію між світлом і хімією у процесі виробництва енергії рослинами.
Хоча загальний процес фотосинтезу був добре вивчений, перший крок, який ініціює реакцію, залишався невідомим. Багато вчених припускали, що достатньо одного фотону, але жодна гіпотеза не була підтверджена експериментально.
Команда вирішила заповнити цю прогалину в знаннях і провела серію експериментів. Науковці сподівались забезпечити наявність одного фотона і простежити за його рухом у обмеженому середовищі. Було дуже складно, оскільки фотони рухаються зі швидкістю світла, а наші інструменти, м'яко кажучи, потребують технологічного прогресу.
Разом із тим для подолання цього виклику фахівці скористалися методом парних фотонів. Вони створили джерело фотонів, яке генерувало пари фотонів: один фотон-"вісник", який сигналізував про утворення пари, і другий фотон, який направлявся до цільового об'єкта.
Спостерігаючи за фотоном-"вісником", команда шукала новий фотон з трохи іншою довжиною хвилі - ознаку того, що фотосинтетична реакція сталася.
"Основна складність цього експерименту полягала в тому, щоб мати лише один фотон. Тому ми використали фотон-"вісник", щоб не пропустити його", - пояснив Грем Флемінг.
Прийшов момент, коли дослідники успішно зареєстрували фотон нової довжини хвилі, а отже гіпотеза стала теорією. Революційний експеримент остаточно довів: одного фотона достатньо для початку складного ланцюга подій у фотосинтезі. Для переконливості своїх результатів біологи повторили експеримент кілька разів.
Тепер очевидно, що фотосинтез - це унікальне поєднання біології та квантової механіки, навіть квантової оптики. Здається дивним, оскільки це різні системи з нібито різними природними законами.
Команда планує продовжити дослідження і відкрити нові можливості.
"Що ще ми можемо зробити?" - задається питанням Біргітта Вейлі, інтригуючи на потенціалі подальших відкриттів на межі фотосинтезу і квантової механіки.
Наслідки дослідження можуть бути дуже важливими. Глибше розуміння механізмів фотосинтезу відкриває шлях до розвитку відновлюваної енергетики, продуктивності сільськогосподарських культур та екологічної стабільності.
Використовуючи секрети природного генератора енергії, вчені можуть знайти інноваційні підходи до вирішення невідкладних глобальних проблем.
