Водорості освоїли квантову механіку за кімнатної температури

Учені з'ясували, що фотосинтез у водоростей відбувається за законами квантової механіки при 21 градусі Цельсія. До цих пір вважалося, що квантово-механічні ефекти проявляються лише за значно нижчих температур. Стаття дослідників опублікована в журналі Nature. Її короткий виклад наводить New Scientist.
Фотосинтез - це процес отримання органічних речовин із вуглекислого газу та води. Він відбувається під дією сонячного випромінювання. Для протікання фотосинтезу рослині необхідно "зловити" фотон певної енергії. Фотон переведе молекулу особливого білка у так званий збуджений стан. На наступній стадії фотосинтезу молекула повертається в основний стан, випускаючи при цьому електрон. Електрон несе енергію та пересувається від однієї молекули до іншої. Кінцевим результатом таких переміщень стане синтез рослиною органічної молекули.
За час шляху електрон потроху втрачає енергію. Якщо фотосинтез протікає за законами класичної фізики, то додаткові втрати енергії відбуваються, коли електрон "пробує" різні шляхи подальшої подорожі (напрям "стрибка" вибирається випадково). Якщо ж у фотосинтезі задіяні квантово-механічні ефекти, то електрон отримує можливість одночасно спробувати всі можливі шляхи. Такий стан називається суперпозицією.
Автори нової роботи вирішили перевірити, чи задіяна у протіканні фотосинтезу квантова механіка. Для цього вони переводили молекулу антенного білка (білок, який "ловить" фотони) PC645 водорості Chroomonas у збуджений стан за допомогою дуже короткого лазерного імпульсу. Нещодавно іншій групі вчених вдалося в деталях вивчити структуру PC645, уточнює журнал The Wired. Це знання дозволило дослідникам дуже точно направити лазер.
Аналізуючи картину, що виникає при випусканні білком PC645 електронів, учені можуть визначити, чи "працює" в цьому процесі квантова механіка. Отримані дослідниками дані свідчили, що електрон у збудженій молекулі білка знаходиться в стані суперпозиції.
За два роки до цього інший колектив авторів також показав, що електрони в антенних білках знаходяться в стані суперпозиції. Проте вчені працювали із системами, охолодженими до мінус 196 градусів Цельсія. В такому холоді квантово-механічні процеси сповільнюються, і їх простіше спостерігати. Проте існування "некласичних" процесів за таких низьких температур не означає, що вони відбуваються в нормальних умовах. Нова робота є вагомим доказом на користь того, що вони відбуваються.
Завдяки фотосинтезу в атмосфері молодої Землі з'явилися значні кількості кисню. Наявність цього елементу зробила можливим розвиток величезної кількості живих організмів, у тому числі й людини. Зовсім недавно з'явилася робота, автори якої зібрали докази того, що цей найважливіший процес виник на мільярд років раніше, ніж вважалося до цих пір.

Источник: Хрещатик - Київська мунiципальна газета | Прочитать на источнике