Въпреки че светлината е в основата на почти целия живот на Земята, някои аспекти на тези химични реакции досега оставаха твърде загадъчни. За първи път изследователи наблюдават възникването на фотосинтезата с помощта на само един фотон. Подробностите за изследването са публикувани в списание Nature.
Фотосинтезата
Фотосинтезата е невероятен процес, при който растенията, водораслите и някои бактерии превръщат светлинната енергия на нашата звезда в химическа енергия под формата на глюкоза.
В началото хлорофилните пигменти в хлоропластите на растителните клетки улавят фотони (частици светлина). След това енергията на тези фотони се използва за поредица от химични реакции, които протичат в тилакоидите. Това са мембранни структури, разположени във вътрешността на хлоропластите. След това светлинната енергия се превръща в аденозинтрифосфат АТФ (ATP) – молекула, която съхранява химическата енергия. При фотосинтезата се образува и редуциран никотинамид аденин динуклеотид фосфат (или NADPH) – молекула, която пренася електрони и химическа енергия.
След като произведе ATP и NADPH, фотосинтезата превръща CO2 в глюкоза. След това тази глюкоза се използва като източник на енергия. По време на този процес в атмосферата се отделя кислород, който е необходим за поддържане на живота на Земята.
unit=micron
Учените знаят за този процес поне от края на 1700 г. През следващите два века с напредването на технологиите детайлите на този невероятно сложен процес стават все по-ясни. С течение на времето стана ясно също, че хлоропластите трябва да са много чувствителни към светлината. Знаем, че растенията могат да фотосинтезират в сенчести условия, където фотоните са относително разпръснати. Поради това учените предположиха, че за задействането на процеса са необходими само малък брой такива фотони. Все още обаче никой не е успял да наблюдава тази важна първа стъпка. Сега това е постигнато.
Достатъчен е само един фотон
В тази научна работа екип от Калифорнийския университет в Бъркли изследва фотосинтезиращи лилави бактерии, известни също като несернисти лилави бактерии. За разлика от растенията и цианобактериите те използват различни пигменти, наречени бактериохлорофили, за да улавят светлината и да осъществяват фотосинтеза. Също така знаем, че те имат общ древен предшественик със съвременните растения и водорасли. Ето защо изследователите са ги избрали за обект на своето проучване.
За своя експеримент геохимиците създават източник на фотони, който може да излъчва само два фотона едновременно. По време на всеки тест първият излъчен фотон се поглъща от свръхчувствителен детектор, а вторият попада в еквивалента на бактериален хлоропласт. След това са наблюдавали, че когато вторият фотон е попадал в целта си, се е задействала фотосинтезата. Изследователите провеждат този тест повече от 1,5 милиона пъти, за да се уверят, че химическата реакция действително е предизвикана от този фотон, а не от някаква външна сила.
Въпреки че знаем, че Слънцето излъчва няколко десетки фотона на квадратен нанометър в секунда, това проучване показва, че всъщност е необходим само един фотон, за да се стартира фотосинтезата.
