Pamiętasz ze szkoły fotosyntezę? To zobacz, co naukowcy z nią zrobili
Naukowcy właśnie rozgryźli najwcześniejsze etapy procesu, jakim jest fotosynteza. Ściślej - proces ten został przeanalizowany z dokładnością co do jednej milionowej części sekundy. Kluczem do odkrycia było zastosowanie ultraszybkiej spektroskopii, która pozwoliła badaczom śledzić przepływ energii w żywych komórkach fotosyntetycznych w skali femtosekundowej, czyli jednej tysięcznej z jednej bilionowej części sekundy.
Fotosynteza to jeden z najlepiej poznany i przebadany proces dotyczący żywych organizmów na naszej planecie. Odpowiada za zasilanie bezsprzecznej większości całej ziemskiej biosfery. Wszyscy uczyliśmy się o nim w szkole. Mimo to, jak się okazuje, wciąż kryje jeszcze wiele tajemnic. Wygląda na to, że ich rozwikłanie może dać nam nowe metody generowania czystego paliwa i energii odnawialnej.
Czytaj więcej:
- W kosmosie coś potężnie rąbnęło. Wybuch był tak duży, że oślepił obserwatoria
- Znaleźliśmy w kosmosie potwora. Oficjalnie jednego z największych w historii badań
- Planety zbudowane z ciemnej materii - jak je odnaleźć?
Ultraszybka przejściowa spektroskopia absorpcyjna
Wykorzystując ultraszybkie techniki spektroskopowe do badania ruchu energii, naukowcy odkryli, że substancje chemiczne, które posiadają zdolność do wyodrębniania elektronów z molekularnych struktur biorących udział w fotosyntezie, działają w jej początkowym etapie. To nowość, bo do tej pory sądzono, że dzieje się tak dużo później. Badacze odkryli, że zbudowane z białka rusztowanie, w którym dochodzi do początkowych reakcji chemicznych w ramach fotosyntezy, nie jest tak szczelne jak dotychczas sądzono - tzn. mogą się przez nie przedostawać elektrony. Są one bowiem wyciągane przez specyficzną cząsteczkę o kształcie pierścienia, zwanej chinonem. Chinony są bardzo powszechne w ekosystemie i posiadają zdolność łatwego przyjmowania i oddawania elektronów. Naukowcy odkryli sposób, w jaki to zachodzi wykorzystując do tego technikę zwaną ultraszybką przejściową spektroskopią absorpcyjną. Dzięki niej mogli podejrzeć, jak chinony zachowują się w fotosyntetyzujących cyjanobakteriach.
Jak objaśnia doktor Jenny Zhang z Wydziału Chemii na Uniwersytecie Cambridge stojąca na czele międzynarodowego zespołu badaczy:
Nikt wcześniej nie zbadał właściwie, jak ta cząsteczka - chinon - współgra z całą maszynerią fotosyntezy na tak wczesnym etapie tego procesu. Na początku nie spodziewaliśmy się tak naprawdę przełomu. Udało nam się jednak znaleźć zupełnie nową furtkę, przez którą dostaliśmy się do nowych informacji. Jak się okazało, nie wiedzieliśmy o fotosyntezie tak wiele, jak nam się wydawało. Nowa ścieżka transferu elektronów, którą tu znaleźliśmy, jest dla nas całkowicie zaskakująca.
Paliwa uzyskiwane przy użyciu fotosyntezy
Chociaż fotosynteza jest procesem całkowicie naturalnym, naukowcy badają również, w jaki sposób można ją wykorzystać, aby pomóc w rozwiązaniu kryzysu klimatycznego. Chodzi o to, by zaprzęgnąć procesy fotosyntetyczne, do generowania czystych paliwa ze światła słonecznego i wody. Gdyby takie przeprogramowanie fotosyntezy się udało, mogłoby otworzyć drogę do produkcji nowych, bardziej wydajnych i czystych paliw przy użyciu energii słonecznej. Oprócz tego zdolność do regulowania fotosyntezy mogłaby dać nam możliwość sprawienia, by uprawy mogły być bardziej zdolne do tolerowania intensywnego światła słonecznego.
Jak zaznacza dr Zhang, do tej pory spore grono naukowców próbowało wyłuskać elektrony zw początkowych etapach fotosyntezy. Za każdym razem jednak próby kończyły się niepowodzeniem, ponieważ znalezienie elektronów we wspomnianym białkowym rusztowaniu okazywało się zbyt trudne. Fakt, że tym razem się udało, wprawił jej zespół w takie zdumienie, że musiało minąć trochę czasu, zanim dotarło do nich, że naprawdę się im udało. Z racji tego, że elektrony pochodzące z procesu fotosyntezy, które od teraz jesteśmy w stanie wychwycić, są rozproszone w całym ekosystemie, oznacza, że od tej chwili naukowcy będą mogli rozpocząć badania na naprawdę dużą skalę. Jeśli zdołają zaprzęgnąć fotosyntezę do produkcji paliw, może czekać nas prawdziwa rewolucja w dziedzinie odnawialnych źródeł energii.
