科學(xué)家巧妙"破解"光合作用 為可再生能源的突破鋪平道路
據(jù)報(bào)道，研究人員已經(jīng)"入侵"了光合作用的最早期階段，光合作用是為地球上絕大多數(shù)生命提供動(dòng)力的自然機(jī)器，并發(fā)現(xiàn)了從該過程中提取能量的新方法，這一發(fā)現(xiàn)可能催生清潔燃料和可再生能源的新方法。由劍橋大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)由物理學(xué)家、化學(xué)家和生物學(xué)家組成的國際團(tuán)隊(duì)能夠在活細(xì)胞中以超快的時(shí)間尺度研究光合作用--植物、藻類和一些細(xì)菌將陽光轉(zhuǎn)化
據(jù)報(bào)道，研究人員已經(jīng)"入侵"了光合作用的最早期階段，光合作用是為地球上絕大多數(shù)生命提供動(dòng)力的自然機(jī)器，并發(fā)現(xiàn)了從該過程中提取能量的新方法，這一發(fā)現(xiàn)可能催生清潔燃料和可再生能源的新方法。
由劍橋大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)由物理學(xué)家、化學(xué)家和生物學(xué)家組成的國際團(tuán)隊(duì)能夠在活細(xì)胞中以超快的時(shí)間尺度研究光合作用--植物、藻類和一些細(xì)菌將陽光轉(zhuǎn)化為能量的過程：百萬分之一秒。
盡管它是地球上最知名和研究最充分的過程之一，研究人員發(fā)現(xiàn)光合作用仍然有秘密可言。利用超快光譜技術(shù)研究能量的運(yùn)動(dòng)，研究人員發(fā)現(xiàn)能夠從負(fù)責(zé)光合作用的分子結(jié)構(gòu)中提取電子的化學(xué)物質(zhì)在初始階段就這樣做了，而不是像以前認(rèn)為的那樣在很久以后。光合作用的這種"重新布線"可以改善它處理過剩能量的方式，并創(chuàng)造出新的和更有效的使用其能量的方法。這一結(jié)果于3月22日在《自然》雜志上報(bào)告。
盡管光合作用是一個(gè)廣為人知且被廣泛研究的過程，劍橋大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)它仍有隱藏的秘密。通過采用超快光譜技術(shù)，他們發(fā)現(xiàn)從負(fù)責(zé)光合作用的分子結(jié)構(gòu)中提取電子發(fā)生在比以前假設(shè)的更早的階段。光合作用的這種"重新布線"可能會(huì)導(dǎo)致更好地管理過剩的能量，并開發(fā)出新的、更有效的方法來利用其潛力。
劍橋大學(xué)優(yōu)素福-哈米德化學(xué)系的Jenny Zhang博士說："我們對(duì)光合作用的了解并不像我們想象的那樣多，我們在這里發(fā)現(xiàn)的新的電子轉(zhuǎn)移途徑完全令人驚訝。"他負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)這項(xiàng)研究。
雖然光合作用是一個(gè)自然過程，但科學(xué)家們也一直在研究如何利用它來幫助解決氣候危機(jī)，例如，通過模仿光合作用過程，從陽光和水產(chǎn)生清潔燃料。
張和她的同事最初試圖了解為什么一種叫做醌的環(huán)形分子能夠從光合作用中"偷"走電子。醌在自然界中很常見，而且它們可以很容易地接受和送出電子。研究人員使用一種叫做超快瞬時(shí)吸收光譜的技術(shù)來研究醌在光合作用藍(lán)細(xì)菌中的表現(xiàn)。
一個(gè)國際科學(xué)家小組以百萬分之一秒的超快時(shí)間尺度研究了活細(xì)胞中的光合作用。盡管得到了廣泛的研究，光合作用仍然隱藏著未被發(fā)現(xiàn)的秘密。通過采用超快光譜技術(shù)，研究小組發(fā)現(xiàn)，化學(xué)物質(zhì)在比以前認(rèn)為的更早的階段從參與光合作用的分子結(jié)構(gòu)中提取電子。這種"重新布線"可以加強(qiáng)該過程對(duì)多余能量的處理，并產(chǎn)生新的、有效的方法來利用其力量。
張說："沒有人正確地研究過這種分子如何在光合作用的早期階段與光合作用機(jī)器相互作用：我們以為我們只是用一種新技術(shù)來證實(shí)我們已經(jīng)知道的東西。相反，我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)全新的途徑，并進(jìn)一步打開了光合作用的黑盒子。
使用超快光譜觀察電子，研究人員發(fā)現(xiàn)，發(fā)生光合作用初始化學(xué)反應(yīng)的蛋白質(zhì)支架是"泄漏的"，允許電子逃逸。這種泄漏性可以幫助植物保護(hù)自己免受明亮或快速變化的光線的損害。
"光合作用的物理學(xué)令人印象深刻，"共同第一作者、劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的托米-貝基說，"通常情況下，我們在高度有序的材料上工作，但觀察電荷在細(xì)胞中的傳輸為新發(fā)現(xiàn)大自然如何運(yùn)作提供了非凡的機(jī)會(huì)。"
"由于來自光合作用的電子分散在整個(gè)系統(tǒng)中，這意味著我們可以接觸到它們，"共同第一作者勞拉-韋博士說，她在生物化學(xué)系從事這項(xiàng)工作，現(xiàn)在在芬蘭圖爾庫大學(xué)工作。我們不知道這一途徑的存在這一事實(shí)令人振奮，因?yàn)槲覀兡軌蚶盟鼮榭稍偕茉刺崛「嗟哪芰俊?
研究人員能夠在光合作用過程的早期操縱光合作用途徑從太陽產(chǎn)生清潔燃料時(shí)，可以使該過程更加有效。此外，調(diào)節(jié)光合作用的能力可能意味著可以使農(nóng)作物更能夠忍受強(qiáng)烈的陽光。
許多科學(xué)家曾試圖從光合作用的早期階段提取電子，但說這是不可能的，因?yàn)槟芰渴侨绱寺駴]在蛋白質(zhì)支架中，張說。"我們可以在更早的過程中偷取它們，這一事實(shí)令人震驚。起初，我們認(rèn)為我們犯了一個(gè)錯(cuò)誤：我們花了一段時(shí)間來說服自己我們做到了。"
這一發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵是使用了超快光譜學(xué)，它使研究人員能夠在飛秒級(jí)--萬億分之一秒--上跟蹤活體光合細(xì)胞中的能量流動(dòng)。
共同作者、生物化學(xué)系的克里斯托弗-豪（Christopher Howe）教授說："使用這些超快方法使我們能夠更多地了解光合作用的早期事件，而地球上的生命正是依賴于此。"
作者： 來源：科技學(xué)術(shù)派 責(zé)任編輯：admin
太陽能發(fā)電網(wǎng)|roeg.cn 版權(quán)所有