Въпреки че светлината е в основата на почти целия живот

Въпреки че светлината е в основата на съвсем целия живот на Земята, някои аспекти на тези химични реакции до момента оставаха прекомерно загадъчни. За първи път откриватели следят възникването на фотосинтезата благодарение на единствено един фотон. Подробностите за проучването са оповестени в списание Nature.

Фотосинтезата

Фотосинтезата е необикновен развой, при който растенията, водораслите и някои бактерии трансформират светлинната сила на нашата звезда в химическа сила под формата на глюкоза.

В началото хлорофилните пигменти в хлоропластите на растителните кафези улавят фотони (частици светлина). След това силата на тези фотони се употребява за поредност от химични реакции, които протичат в тилакоидите. Това са мембранни структури, ситуирани навътре в хлоропластите. След това светлинната сила се трансформира в аденозинтрифосфат АТФ (ATP) – молекула, която съхранява химическата сила. При фотосинтезата се образува и сведен никотинамид аденин динуклеотид фосфат (или NADPH) – молекула, която придвижва електрони и химическа сила.

След като създаде ATP и NADPH, фотосинтезата трансформира CO2 в глюкоза. След това тази глюкоза се употребява като източник на сила. По време на този развой в атмосферата се отделя О2, който е нужен за поддържане на живота на Земята.

Учените знаят за този развой най-малко от края на 1700 година През идващите два века с напредването на технологиите детайлите на този необикновено комплициран развой стават все по-ясни. С течение на времето стана ясно също, че хлоропластите би трябвало да са доста чувствителни към светлината. Знаем, че растенията могат да фотосинтезират в сенчести условия, където фотоните са релативно разпръснати. Поради това учените допуснаха, че за задействането на процеса са нужни единствено дребен брой такива фотони. Все още обаче никой не е съумял да следи тази значима първа стъпка. Сега това е реализирано.

Достатъчен е единствено 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 употребяват разнообразни пигменти, наречени бактериохлорофили, с цел да улавят светлината и да реализират фотосинтеза. Също по този начин знаем, че те имат общ античен предходник със актуалните растения и водорасли. Ето за какво откривателите са ги избрали за обект на своето изследване.

За своя опит геохимиците основават източник на фотони, който може да излъчва единствено два фотона по едно и също време. По време на всеки тест първият излъчен фотон се гълтам от свръхчувствителен детектор, а вторият попада в еквивалента на бактериален хлоропласт. След това са следили, че когато вторият фотон е попадал в задачата си, се е задействала фотосинтезата. Изследователите организират този тест повече от 1,5 милиона пъти, с цел да се уверят, че химическата реакция фактически е провокирана от този фотон, а не от някаква външна мощ.

Въпреки че знаем, че Слънцето излъчва няколко десетки фотона на квадратен нанометър в секунда, това изследване демонстрира, че в действителност е нужен единствено един фотон, с цел да се започва фотосинтезата.