Научный подход автор: shotlandec | 2-10-2011, 02:21

Открыты квантово-механические фокусы фотосинтеза

Квантовую механику в действии обнаружили внутри клеток морских водорослей Грегори Шолс (Gregory Scholes) и его коллеги из университета Торонто. Примечательно, что эффективное перенаправление энергии происходило в процессе фотосинтеза и при нормальной температуре.Учёные исследовал водоросли Chroomonas CCMP270, они хотели выяснить, как функционируют молекулы, вовлечённые в процесс фотосинтеза. Известно, что растения используют солнечный свет для того, чтобы преобразовать воду и углекислый газ в кислород и сахара.В клетках растений находятся белки, которые играют роль антенн, перенаправляющих поглощённую энергию фотонов к реакционным центрам, где и происходит процесс конвертации веществ. Однако о работе этих самых антенн было известно очень мало.Антенны обладают восемью молекулами пигментов, каждый из которых поглощает свет определённой части спектра. Энергия проходит через антенны эффективно — по кратчайшему пути (ранее биологи об этом только догадывались). Однако по законам классической физики распространение энергии должно быть беспорядочным.Для того чтобы прояснить ситуацию и пополнить копилку знаний, Шолс и его соратники направили на белки антенн короткие слабые лазерные импульсы и исследовали перераспределение энергии внутри клеток водорослей. «Таким образом мы имитировали поглощение света», — говорит Грегори в пресс-релизе университета.Исследователи задействовали только два из восьми пигментов, однако электроны всех этих молекул перешли в квантовую суперпозицию возбуждённых состояний и продержались в этом «положении» целых 400 фемтосекунд. Этого времени достаточно, чтобы энергия поглощённого фотона одновременно «обежала» все возможные пути через антенну. После того как суперпозиция «распадалась», энергия выбирала самый короткий путь и перенаправлялась к реакционному центру без потерь.
Открыты квантово-механические фокусы фотосинтеза

Не так уж и удивительно, что растения привлекли для своих нужд квантовую механику, ведь фотосинтез для них – жизненно важный процесс. На этой иллюстрации модель молекулы белка (иллюстрация Gregory Scholes/University of Toronto).
Ещё один важный вывод статьи, опубликованной в журнале Nature: все эти процессы происходили при температуре, близкой к комнатной (21 °C). И это при том, что физики бьются над созданием квантового компьютера, работающего при температуре жидкого гелия (считалось, что при больших значениях температуры квантовые процессы не могут продолжаться достаточно долго, чтобы извлечь из них хоть какую-то пользу).«Это невероятная работа», — комментирует достижение команды Шолса Грегори Энджел (Gregory Engel) из университета Чикаго. В 2007 году он продемонстрировал похожий принцип на примере бактериохлорофилла серобактерий, правда, при температуре -196 °C.Энджел приводит следующую аналогию: антенна словно проделывает квантовое исчисление, чтобы определить, по какому пути энергию перенаправлять выгоднее. Кстати, недавно чикагский учёный повторил свои эксперименты и «поднял» температуру до 4 °C. Тогда когерентное состояние продержалось 300 фемтосекунд.Осталось выяснить, как молекулы пигмента проделывают эти фокусы (а именно — как им удаётся так долго находиться в квантовой суперпозиции при столь высоких температурах). Возможно, дело в структуре белков антенн. Если учёные разберутся в вопросе до конца, то им, может быть, удастся создать искусственный аналог биологической квантовой системы. А это в свою очередь означает, что можно будет изготовить, к примеру, более эффективные солнечные батареи.Узнайте также о предложении ввести в суперпозицию двух квантовых состояний вирус и об опытах по превращению в квантовую систему электрической цепи. И почитайте о загадке четырёх атомов марганца.

Читайте так же:

Статьи раздела Научный подход

Учёные впервые переохладили молекулу

Учёные впервые переохладили молекулуУльтрахолодную молекулу монофторида стронция (SrF) получили физики Йеля (Yale University). Ранее в таких экспериментах участвовали лишь атомы. Для того чтобы снизить температуру молекулы до нескольких сотых кельвина, учёным пришлось пойти на ряд ухищрений.

Химики впервые синтезировали жидкий белок

Химики впервые синтезировали жидкий белокХимикам впервые удалось синтезировать жидкий белок при температуре всего 30 градусов по Цельсию на основе ферритина - белка, в котором запасается железо в организме животных и человека. Статья исследователей появилась в журнале Angewandte Chemie, а ее краткое изложение приводится в пресс-релизе Бристольского университета.

Исследователи напрямую получили электричество из водоросли

Исследователи напрямую получили электричество из водоросли«Мы считаем, что первыми извлекли электроны из живой растительной клетки», — заявил один из авторов эксперимента Вон Хёун Рю (WonHyoung Ryu) из Стэнфорда (Stanford University).

Квантовый барабан застучал в такт с кубитом

Квантовый барабан застучал в такт с кубитомВ странном мире квантовой механики допускается, что крошечный объект может быть в двух местах одновременно. За век, прошедший с момента зарождения этой науки, квантовые эффекты наблюдали на примере электронов, фотонов, атомов и молекул. Однако для рукотворных механических объектов достоверных примеров учёные не получали – до сегодняшнего дня.

Два фотона впервые отправились на квантовую прогулку

Два фотона впервые отправились на квантовую прогулкуНесколько дней назад команда учёных из Великобритании, Японии, Израиля и Нидерландов провела опыт со специфическим поведением пары фотонов, которое ранее лишь предсказывалось теорией. Прорыв в фотонике обещает открыть новое направление в квантовых компьютерах, которые могли бы выполнять моделирование очень сложных биологических, химических и физических систем.

 (голосов: 1)

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.
Информация

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии в данной новости.

Это интересно
Последние новости

Уход за старой кошкой

Хозяева зачастую, в суете дней не улавливают того момента когда их кошка стареет и нуждается в большем уходе. Внешне поведение может совсем не измениться, но звоночком может послужить изменение его поведения: апатия, потеря аппетита, увеличение продолжительности сна.


Алхимия: из низшего в высшее

Некоторые ученые полагают, что само понятие «алхимия» ведет свою историю от греческого термина «хио», которое означает «изливать» или «лить металл», поскольку очень многое в алхимии связано с металлами, разнообразными способами их получения и обработки.


Кольцо в небе над Венесуэллой

Необычное явление наблюдалось 21 июня 2003 г. в 20 километрах к западу от Каракаса. В 6 часов вечера люди заметили в небе странное плотное облако, по форме отдаленно напоминающее чечевицу.


Кресло исполняет желания

Есть на планете места, где удивительным образом тайное становится явным, а мечты вдруг приобретают вполне осязаемые реальные черты.


Призрак короля

Невероятно таинственная история случилась в 1792 г. В период французского революционного переворота. Таинственный призрак, повлиявший на течение исторических событий, предотвратил назревавшее кровопролитие между французами и австрийско-прусской империей.


Человек произошел от скрещивания шимпанзе со свиньей

Даже по сей день диспуты о происхождении человека не утихают, а становятся все горячее. Генетик из Америки выдвинул новую гипотезу о происхождении человека. Разработал он ее в университете Джорджии со своими коллегами.


Город оплавленных камней

Прибрежные равнины Перу, окруженные высокогорьем Анд считаются самой протяженной горной цепью, которую называют остовом Южного континента Америки. Здесь в нагорной долине, окруженной неприступными скалами, зарождающяяся империя кечуа, заложила основу своего государства Куско.


Загадочные двойники
Американец Адриан Браун работает шофером в частной охранной фирме. Каждую ночь объезжает объекты строго по установленному маршруту.


Человек по своей природе крайне суеверный, оттуда и берутся многочисленные приметы и разные народные суеверия. Этих суеверий великое множество. Так одни из самых распространённых имеют тематику «потерял- нашел». 


Женское имя - Лариса. Тайна имени
Лариса - имя, имеющее латинские корни. В переводе означает «чайка». Как вольная птица, Лариса все старается взмыть повыше в небо, то и дело подвергая сомнению законы гравитации.


Мужское имя - Геннадий. Тайна имени
Геннадий (в буквальном переводе означает «родовитый») - имя имеющее древнегреческие корни. И действительно, Геннадии часто находятся под гнетом своей родословной. 


Космический телескоп Хаббла.

Прошедшее столетие далеко продвинуло человеческие познания в сфере исследования нашей Вселенной. Было сделано множество открытий с помощью сложных оптических телескопов, расположенных в высокогорных исследовательских обсерваториях.



Титан – металл для освоения космических пространств.

Бездна космических глубин начинается сразу же за тонкой оболочкой земной атмосферы. Наша Солнечная система выглядит совсем небольшой на фоне этой абсолютной пустоты.



Самая маленькая птица на Земле.
Радужная птичка колибри является самой маленькой птицей на Земле. Это прекрасное творение природы обитает на просторах Американского континента от Аляски до Огненной Земли. 


Интересные факты про насекомых.
Одним из самых необычных фактов о насекомых является то, что в отличие от людей, они не испытывают боли. Боль – это неприятное телесное и эмоциональное ощущение, которое связано с реальным или возможным повреждением тканей организма.

Популярные новости