Предыдущая публикация
Как начинается процесс фотосинтеза?
Достаточно одного фотона
Фотосинтезирующие организмы способны превращать солнечный свет в химическую энергию, необходимую для жизни. Благодаря недавним исследованиям мы знаем, что эта реакция чувствительна к минимальному количеству света. Ученые установили, что для начала реакции фотосинтеза требуется всего один фотон.
Энергия, необходимая для поддержания жизни на Земле, поступает из солнечного излучения. Ее использование становится возможным благодаря фотосинтезу. Именно этот процесс произвел революцию в нашем мире. Он позволяет растениям преобразовывать свет и CO2 в энергию, производя при этом кислород. Благодаря фотосинтезу мы можем дышать, а растения - питаться.
Поэтому можно с уверенностью сказать, что без этого процесса на Земле не было бы жизни. Не было бы не только растений, но и животных. Но как начинаются реакции фотосинтеза, долгое время оставалось для нас загадкой.
Для изучения этого основополагающего для жизни на Земле процесса стали использоваться современные технологии визуализации, разработанные в последние несколько лет. Они позволили ученым получить информацию о том, как происходит фотосинтез на молекулярном уровне. В новом исследовании ученые из Калифорнийского университета в Беркли и Национальной лаборатории имени Лоуренса Беркли (Berkeley Lab) показали, что для запуска первых стадий процесса фотосинтеза в бактериях достаточно одного фотона.
Понимание фотосинтеза
Солнечный свет необходим растениям, водорослям и даже некоторым бактериям для производства молекул, которые затем становятся первыми элементами существующих на нашей планете пищевых цепочек. Но как это происходит? Сначала свет попадает на хлоропласты, или клеточные органеллы растений, которые поглощают энергию попадающих на них фотонов и затем используют ее для превращения углекислого газа и воды в глюкозу и кислород. Все это становится возможным благодаря особому пигменту - хлорофиллу.
Однако ученые не сразу поняли, как это происходит. На это ушло более двух столетий. Впервые фотосинтез был замечен в конце XVIII века. Сам хлорофилл был выделен только в начале XIX века, и сделала это пара французских ученых. А в конце того же века ботаник Теодор Вильгельм Энгельманн открыл его роль в поглощении солнечного света. В свою очередь, в XX веке наука еще больше продвинулась в изучении фотосинтеза, открыв, например, возбужденные электроны, помогающие в распределении энергии в хлоропластах.
Прорыв был совершен благодаря бактериям
Итак, о самом фотосинтезе мы до сих пор знали достаточно много, но не знали, как вообще начинается этот процесс? Здесь следует отметить, что сами хлоропласты должны быть чрезвычайно чувствительны к солнечному свету. Ведь, вспомним, фотосинтез может происходить и у растений, находящихся в условиях ограниченной освещенности. Поэтому появились гипотезы о том, что для запуска такого процесса необходимо достаточно небольшое количество фотонов.
Как ни парадоксально, но прорыв в этом вопросе был сделан благодаря исследованиям не растения, а бактерии, имеющей общего предка не только с современными растениями, но и с водорослями. Речь идет о так называемых пурпурных бактериях.
В своих экспериментах ученые установили источник фотонов, который одновременно излучал только два фотона. Каждый раз первый из них фиксировался чрезвычайно чувствительным детектором, подтверждая, что второй фотон уже на пути к молекулярным структурам, взятым из фотосинтезирующих бактерий - аналог хлоропласта в бактериях.
И именно тогда было замечено, что один фотон уже способен инициировать фотосинтез. Однако для того чтобы окончательно убедиться в том, что они действительно совершили научный прорыв, ученые решили повторить этот тест более 1,5 млн. раз. Они определенно не хотели оставлять ничего на волю случая. Напротив, они хотели добиться полной уверенности в том, что фотосинтез каждый раз "запускается" именно этим одним фотоном. И они добились такой уверенности. При этом они заметили, что одиночные фотоны могут быть и полезными, что может оказаться полезным в контексте будущих исследований.
Следующая публикация
Нет комментариев