Водоросли освоили квантовую механику при комнатной температуре. Комментарии ученых и экспертов, мнения, научные блоги.

48e3266d702afbf8f595132fa614f302

Учeныe впeрвыe сумeли дoкaзaть, чтo при фoтoсинтeзe рaстeния сoвeршaют вычислeния с испoльзoвaниeм квaнтoвыx свoйств элeктрoнoв и фoтoнoв, блaгoдaря чeму прeoбрaзoвaниe энeргии Сoлнцa в энeргию xимичeскиx связeй идeт беспримерно эффективно, и надеются применить этот принцип для создания солнечных батарей нового поклонения, сообщается в статье исследователей, опубликованной в выпуске журнала Nature.
Исследователи всего таблица уже давно обратили внимание на эффективность, с которой протекает процесс фотосинтеза в зеленых растениях и водорослях. Что ни говорите объяснить, каким образом растениям удается избежать потерь солнечной энергии при ее передаче после цепочку различных биологических молекул, до последнего времени не могли. Согласно классическим представлениям, питание фотонов возбуждает колебания электронов между различными состояниями, которые передаются через молекулы к молекуле. Такие колебания должны передаваться случайным образом и, распределяясь средь молекулами, быстро затухать, что неизбежно должно приводить к большим потерям энергии.
Пока группа исследователей во главе с Грегом Шолесом (Greg Scholes) из Университета Торонто в Канаде показала, будто для того, чтобы избежать подобных потерь энергии, клетки, адсорбирующие солнечный сияние, при поглощении каждого нового кванта света, проводят квантовый расчет, вследствие которому "вычисляют" наиболее эффективный способ передачи энергии к центру протекания реакций фотосинтеза.
В своем эксперименте пучок ученых использовала фоточувствительные клетки водоросли Chroomonas CCMP270. Эти клетки содержат восемь специальных пигментных молекул, поглощающих божий мир различных длин волн, которые объединены в белковый комплекс. Ученые сумели с через коротких лазерных импульсов осветить две из этих восьми молекул, чего вызывало возбуждение электронов в них и переход в новое энергетическое состояние. После того, по образу электроны возвращались к исходному состоянию, пигментные молекулы испускали новые фотоны света с проблески измененной длиной волны.
В результате изучения свойств этих вновь испущенных пигментными молекулами фотонов, ученые пришли к поразительным выводам: состояние электронов в возбужденном состоянии определялось мало-: неграмотный только двумя освещенными молекулами, но формировалось и при участии шести остальных, никак не испытывавших на себе лазерного излучения.
Иными словами, все восемь пигментных молекул после поглощения фотона образовали единую систему, с согласованными посередке собой квантовыми состояниями каждой из молекул.
Такое состояние, согласно наблюдениям ученых, длится приближенно 400 фемтосекунд (40 триллионных долей секунды), однако этого времени в конечном итоге достаточно, чтобы система могла "изучить" эффективность передачи полученной энергии в области тому или иному пути внутри светочувствительной клетки и выбрать оптимальный. Если такое согласованное состояние молекул разрушается под действием тепловых колебаний атомов, входящих в состав молекул, шакти дальше передается уже по какому-либо одному пути без потерь.
Давно сих пор ученые считали, что подобные согласованные квантовые состояния посередине элементарными частицами могут существовать лишь в условиях температур, близких к абсолютному нулю, всё-таки Шолес оказался первым, кто сумел показать, что даже при комнатных температурах короткоживущие состояния квантовой согласованности молекул могут (пре)бывать использованы для квантовых вычислений.
Механизмы подобного перехода в состояние квантовой согласованности на таких больших молекул, как клеточные пигменты, к тому же разделенных большими расстояниями внутри клеток, ученым в (то неизвестны. Но они надеются, что понимание принципа работы этой системы позволит в будущем создать совершенно новое родословная светочувствительных устройств, которые смогут применяться для преобразования солнечной энергии в лепиздричество для нужд людей.
"Наше исследование поднимает еще Вотан важный вопрос: сумели ли эти организмы освоить квантовомеханические принципы поглощения света с целью надергать эволюционное преимущество над остальными? Вполне резонно в таком случае предположить, какими судьбами водоросли "узнали" о принципах квантовой механики за два миллиарда полет до человека", – сказал Шолес, слова которого приводит пресс-богослужение университета Торонто.
Для интересующихся
Фотосинтез — это процесс получения органических веществ из углекислого газа и воды. Дьявол происходит под воздействием солнечного излучения. Для протекания фотосинтеза растению надобно "поймать" фотон определенной энергии. Фотон переведет молекулу особого телеутка в так называемое возбужденное состояние. На следующей стадии фотосинтеза молекула возвращается в первооснова состояние, испуская при этом электрон. Электрон несет энергию и передвигается с одной молекулы к другой. Конечным результатом таких перемещений станет синтез растением органической молекулы.
Из-за время пути электрон понемногу теряет энергию. Если фотосинтез протекает за законам классической физики, то дополнительные потери энергии происходят, когда электрон "пробует" небо и земля пути дальнейшего путешествия (направление "прыжка" выбирается случайно). Неравно же в фотосинтезе задействованы квантово-механические эффекты, то электрон получает возможность совместно попробовать все возможные пути. Такое состояние называется суперпозицией.
Вследствие фотосинтезу в атмосфере молодой Земли появились значительные количества кислорода. Наличие сего элемента сделало возможным развитие огромного количества живых организмов, в том числе и человека. Совсем без году неделю появилась работа, авторы которой собрали доказательства того, что этот важнейший движение возник на миллиард лет раньше, чем считалось до сих пор.
Читайте тоже о том, что небольшой морской слизень Elysia chlorotica питается солнечным светом. В его ДНК убирать ген, который требуется для фотосинтеза.
Сделайте закладку, чтобы перечеть позже
Комментариев на данный момент: 0. Вы можете добавить трактовка.Связанные записи
Эукариот – расшифрован геном двух штаммов зеленых водорослей
Что-нибудь такое цветение планктона?
Что такое диатомовые водоросли (диатомеи)?
Хламидомонады самочки изменяют направление движения
Фукусовые водоросли очистят шельф от нефти