Фотосинтез подчиняется законам квантовой механики

(Австралия) представили экспериментальные доказательства того, что особенности передачи энергии в ходе фотосинтеза уводорослей невозможно описать в рамках классической физики даже при комнатной температуре. В процессе фотосинтеза, напомним, участвуют специальные белки (светособирающие комплексы, также часто называемые антенными), которые поглощают падающие фотоны и передают энергию реакционным центрам, где проходит ее преобразование. Авторы работали с антенными комплексами, выделенными у двух видов водорослей: Rhodomonas CS24 и Chroomonas CCMP270. Эти комплексы содержат восемь пигментных молекул, предназначенных для поглощения фотонов в разных областях спектра. В классической теории передача поглощенной энергии от молекулы к молекуле считается случайным процессом, который может проходить со значительными потерями в том случае, если маршрут окажется неоптимальным. Исследователи показали, что такое определение процесса неверно.

В своих экспериментах они воздействовали на две пигментные молекулы, находящиеся в центре антенного комплекса, фемтосекундным лазерным импульсом, имитируя естественное освещение и переводя электроны молекул в квантовую суперпозицию возбужденных состояний. Ее распад проходит с излучением фотонов с несколько отличающимися длинами волн, что позволяет наблюдать интерференционную картину, при изучении которой можно получить сведения о суперпозиции. Результаты опыта удивили ученых - оказалось, что в создании квантово связанного состояния участвуют все восемь молекул, причем при температуре в 21 C оно сохраняется на целых 400 фс. В это время энергия передается, так сказать, по нескольким различным направлениям сразу, поясняет участник исследования Грегори Скоулз (Gregory Scholes). Стоит заметить, что аналогичные эффекты были продемонстрированы еще в 2007 году группой Грегори Энгела (Gregory Engel) из, которая работала с пигментно-белковым комплексом зеленых серных бактерий. В тех опытах температура, однако, фиксировалась на уровне -196 C - недавно ученые повторили эксперименты при температуре 4 C, получив время сохранения квантовой когерентности в 300 фс (см. статьи, в которой описаны эти результаты, на сайте). Механизм длительного сохранения суперпозиции при высокой температуре на тех значительных расстояниях, которые отделяют молекулы друг от друга, остается неизвестен.

. .