实验室中再现光合作用“*路径”

        美国研究人员日前开发出一种探测植物光合作用过程的新方法。该技术有助于加深人们对光合作用这一利用太阳能zui有效的方式的理解，改进现有太阳能电池的设计，提高其转换效率。相关论文发表在美国物理学学会期刊《化学物理学》上。

        植物和其他光合生物之所以能够吸收太阳能并将其转化为能量，都是由于它们拥有的一种*的天线蛋白。这种蛋白由多种吸光色素组成，能够捕获太阳能并通过一系列的化学反应将其储存起来。由于反应发生在一个极小的尺度上，天线蛋白之间会出现量子现象。当色素分子吸收光线时就会被激活成高能态，如果一个蛋白上的多种色素分子同时被激发就会出现量子叠加状态，这种量子效应会使光合作用中产生的能量找到“*路径”，以近乎无损的方式进行传递，这也是光合作用在转换效率上如此的“秘密”所在。 负责该项研究的美国加州大学伯克利分校的格雷厄姆·弗莱明和他的同事选用了一种天线蛋白作为研究对象。通过分析透过蛋白质的激光的变化，就能判断出其中是否出现了量子叠加状态。研究人员首先用两种不同频率的激光对其进行激活，而后再用第三种激光脉冲照射蛋白质，使其释放能量。结果发现他们所接收到的激光的频率与起初发射出的并不相同，这意味着在蛋白质中成功实现了量子相干。

       弗莱明说，以激光促使天线蛋白发生量子叠加的方法虽然此前也有科学家提出，但新方法不需要的时控脉冲，只需改变激光的频率即可，相对而言更为简单有效。美国加州大学欧文分校的化学家沙乌尔·莫肯姆说，这一实验很有趣，开创了一种激活天线蛋白的全新方式。对光合作用中能级和色素耦合的深入理解，将有助于构建出拥有类似功能的系统。美国罗格斯大学化学家、《化学物理学》编辑埃德·卡斯纳说：“粗略计算表明，太阳一小时内照射到地球表面的能量就能满足人类一年的能源需求。解决目前人类所面临的能源、可持续发展等问题，离不开对光合作用机制的深入理解。该研究有助于科学家们设计出更的太阳能电池，或许有一天我们就能通过光合作用的方式来轻松获取能源。”