Растенията се възползват от квантовата механика

Когато говорим за енергийна ефективност, нищо не може да е по-добро от фотосинтезата!

Благодарение на фотосинтезата растенията усвояват част от 1017-те джаула слънчева енергия, които къпят Земята всяка секунда, като преностът на тази енергия достига до зашеметяващите 95% ефективност. Трансформацията на слънчева светлина и въглероден диоксид във въглехидрати, отнема една квадрилионна част от секундата [0.000 000 000 000 001 s], така усвоената енергия дори не успява да се разсее в топлина. До сега не беше ясно как растенията успяват да достигнат тази ефективност.

Но ето, че група биофизици от University of California, Berkeley, за първи път успяват да покажат, че растенията се възползват от някои от основните принципи на квантовата механика, и по конкретно – изчисляването на множество паралелни възможности едновременно, което им позволява да достигнат почти перфектна ефективност.

Биофизиците Gregory Engel и неговите колеги охлаждат зелени бактерии Chlorobium tepidum, които са едни от най-древните фотосинтезиращи микроорганизми на планетата, до ниската температура от едва 77 K [-196.15 °C], след което ги облъчват с къси лазерни пулсации, така, че да могат да проследят потока на енергия през фотосинтезиращата система на микроорганизмите.

„Винаги сме смятали, че енергията прескача по системата подобно на човек в лабиринт от храсти“, обяснява Енгел. „Но когато стигнете кръстопът, вместо да избирате наляво или надясно, всъщност минавате през двата пътя (или колкото са на разположение) едновременно, намирайки най-ефективния без загуба на време.“

С други думи, растенията се възползват от основните принципи в квантовата механика за да пренасят ефективно енергия между хромофорните молекули, докато тя достигне до т.н. реактивен център, където се случва същността на процеса фотосинтезата. Енергийните частици в този пренос се разпространяват като вълни.

„Наблюдаваме сериозни доказателства за вълновия характер на разпространение на енергията в тези органели,“ обяснява Енгел.

Чрез използването на този процес е възможно постигането на почти съвършена ефективност при усвояването на слънчевата светлина. Ако този процес бъде детайлно проучен и успешно бъде пресъздаден в лабораторни условия, наученото може да помогне за създаването на изключително ефективни фотоволтаици, които разчитат на изкуствена фотосинтеза.

Не е ясно как точно структурите в растенията създават условия за възникване на подобен квантов ефект. Някак си протеините в растенията позволяват енергията да се пренася без да се разсейва в топлина, един вид изключително ефективна квантова оптика. Но как се регулира този процес, и въобще как се зарежда на първо място, все още остава загадка.

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *