Quantum Fotosintesis

bismillahiRR: Berbagai kelompok penelitian di seluruh dunia telah menunjukkan bahwa transportasi ini energi yang sangat efisien terhubung ke sebuah fenomena kuantum mekanik. Namun, sampai sekarang, tidak ada yang langsung mengamati kemungkinan dampak dari mekanisme transportasi kuantum seperti di tempat kerja pada suhu kamar.

Dalam sebuah artikel yang diterbitkan dalam jurnal Science, peneliti dari ICFO-Lembaga Ilmu Pengetahuan Foton, bekerja sama dengan ahli biokimia dari University of Glasgow, telah mampu menunjukkan untuk pertama kalinya pada kondisi kamar bahwa mekanisme kuantum transfer energi membuat lebih phyotosynthesis kuat dalam menghadapi pengaruh lingkungan. Fenomena kuantum yang bertanggung jawab, yang dikenal sebagai koherensi, diwujudkan dalam apa yang disebut protein antena fotosintesis yang bertanggung jawab untuk penyerapan sinar matahari dan transportasi energi ke pusat reaksi fotokimia fotosintesis.

Dalam rangka untuk mengamati efek kuantum dalam fotosintesis, kelompok penelitian yang dipimpin oleh Niek van Hulst mengembangkan teknik percobaan perintis. Transportasi energi selama fotosintesis sangat cepat dan berlangsung pada skala molekul. Untuk mengamati proses ini mereka mendorong teknik spektroskopi ultrafast untuk batas-molekul tunggal. Hal ini melibatkan pengiriman ultrafast femtosecond berkedip untuk menangkap serangkaian kecepatan tinggi 'gambar' dari negara protein antena individu setelah penyerapan cahaya (selama satu lampu femtosecond perjalanan hanya seperseratus dari diameter rambut manusia, sedangkan dalam satu detik itu perjalanan dari bumi ke bulan). Dengan "snapshot" para peneliti mampu memahami bagaimana energi surya diangkut melalui protein tunggal. "Kami telah mampu mengamati bagaimana energi mengalir melalui sinar matahari menyerap sistem fotosintesis dengan resolusi spasial dan temporal belum pernah terjadi sebelumnya. Hal ini memungkinkan kita untuk mengamati peran fundamental efek kuantum dalam fotosintesis pada kondisi kamar" jelas Richard Hildner, penulis pertama publikasi.

Van Hulst dan kelompoknya telah dievaluasi jalur transportasi energi dari individu yang terpisah tetapi kimiawi identik, protein antena, dan telah menunjukkan bahwa setiap protein menggunakan jalur yang berbeda. Penemuan yang paling mengejutkan adalah bahwa jalur transportasi dalam protein tunggal dapat bervariasi dari waktu ke waktu akibat perubahan kondisi lingkungan, tampaknya beradaptasi untuk efisiensi optimal. "Hasil ini menunjukkan bahwa koherensi, efek kuantum asli superposisi negara, bertanggung jawab untuk menjaga tingkat efisiensi transportasi dalam sistem biologis, bahkan ketika mereka beradaptasi transportasi energi mereka jalur karena pengaruh lingkungan" kata van Hulst.

Hasil yang disajikan menimbulkan pertanyaan menarik. Adalah eksploitasi efek kuantum dalam fotosintesis didorong oleh evolusi untuk mencapai efisiensi yang luar biasa, atau dengan kata lain melakukan kuantum transportasi outcompete mekanisme lain selama evolusi? Apakah ada proses biologis lain di mana efek kuantum memainkan peran penting? Dalam kasus protein cahaya-panen transportasi kuantum memungkinkan efisiensi energi transportasi ekstrim dan ketahanan. Penemuan ini bisa mengarah ke jalur penelitian baru mengarah pada perkembangan generasi baru sel surya yang meniru ini coherences kuantum untuk transfer energi yang efisien.