Вируси и квантова физика оптимизираха фотосинтезата
Последно: 19 юни 2024 г. в 10:23
Изследователи създадоха генномодифицирани вируси, с чиято помощ успяха ефективно да предават слънчева енергия по верига преносители, както при фотосинтезата.
Статията с резултатите от изследването, проведено от учени от САЩ и Италия, е публикувана в Nature Materials.
Фотосинтезата е процес, пряко или косвено снабдяващ с енергия повечето организми на Земята. За годините еволюция нейната ефективност е била доведена от природата практически до 100% – предел, който е много далечен дори за най-съвременните слънчеви батерии.
Една от причините фотосинтезата да е толкова енергийно изгодна се състои в това, че растенията използват квантовомеханични закони, а именно – принципа на неопределеност по отношение на фотоните.
Същината на този ефект се състои в способността на частиците от квантовия свят да се намират едновременно на няколко места. В процеса на фотосинтеза фотонът попада на чувствителни към кванта светлина рецептори – хромофори, които се възбуждат и на свой ред произвеждат следващия квант енергия.
На мембраната на клетъчните органели – хлоропластите, в които протича фотосинтезата, е разположена цяла верига рецептори, върху които последователно падат образуваните кванти енергия. Особеността на такава система е в това, че разстоянието между съседните хромофори трябва да е строго фиксирано за постигане на максимална ефективност.
За да открият най-удачното разположение на хромофорите, изследователите използвали множество генномодифицирани вируси М13, способни да свързват на своята повърхност верига от синтетични хромофори на различни разстояния помежду си.
Учените изяснили, че колкото по-голямо е разстоянието, което изминават квантите светлина, преди да успеят да се разсеят, толкова по-голяма е енергията на изхода. Максимално ефективната вариация на вируса увеличила разстоянието на предаването на енергия с 68%.
Първоначалните резултати показват потенциална възможност за създаване на евтини и ефективни слънчеви батерии. Засега вирусите могат само да се събират и провеждат енергия, но в бъдеще тя може да се натрупва или използва за синтез на молекули, както това прави клетката при фотосинтеза.
