Alger under is tænder for kvanteeffekter til fotosyntese

Encellede alger, såkaldte kryptofytter, på bunden af søer eller under is bruger øjensynligt kvanteeffekter til at skabe energi. Det viser et internationalt forskerhold under ledelse af professor Paul Curmi fra University of New South Wales i Australien.

I kvantemekanikkens forunderlige verden kan flere partikler filtre sig sammen på en måde, så de optræder som ét system, selv om de ikke befinder sig på samme sted. Partiklerne kan optræde som bølger og udvise kohærens, så de på en måde arbejder sammen. Efterhånden er der ikke megen tvivl om, at de særlige kvantemekaniske fænomener ikke kun viser sig i laboratorierne, men at de spiller en betydelig rolle i visse biologiske systemer. Senest har forskningen altså vist, at en type af kryptofytter udnytter kvantekohærens til at optimere fotosyntesen.

Forskerne har tidligere fundet ud af, at de fleste kryptofytter tilsyneladende benytter sig af kvantekohærens mellem elektronerne i pigmentmolekyler for at udnytte energien fra solen maksimalt. Elektronerne svinger så at sige i takt, hvilket gør overførslen af energi fra pigmentmolekylerne til cellekernen mere effektiv.


De encellede kryptofyt-alger findes i to udgaver, hvor kun den ene benytter kvantekohærens i fotosyntesen. (Foto: Csiro)

Læs også: Kvantemekaniske forklaringer kaster nyt lys over biologien

»Kvantekohærens tillader energien at teste hver eneste mulige vej samtidigt, før den tager den hurtigste rute,« udtaler Paul Curmi i en pressemeddelelse.

Men ikke alle kryptofytter benytter sig af kvantemekaniske effekter på denne ikketrivielle måde. Nogle af algerne er åbenbart muteret, så elektronerne ikke bliver kohærente. Det fandt forskerne ud af ved at bruge røntgenkrystallografi til at nærstudere proteiner, der er centrale for fotosyntesen.

En enkelt aminosyre i et protein gør hele forskellen, fremgår det af den videnskabelige artikel i tidsskriftet PNAS.

»Det vil sige, at kryptofytterne har udviklet en elegant, men kraftfuld genetisk afbryder, der kontrollerer kohærens og ændrer den mekanisme, der bruges til at høste lys,« siger Paul Curmi.

Den lille forskel på algerne kan nu bruges til at undersøge, hvilken rolle kvantekohærens egentlig spiller for fotosyntesen og dermed for algernes livsbetingelser. Det er nemlig stadig ret uklart.

Forskerne håber på, at studierne på lidt længere sigt kan føre til bedre solceller baseret på organiske molekyler.

Hele forskningsområdet, der kaldes kvantebiologi, er stadig meget ungt, men tidligere forskning har peget på, at kvantefænomener for eksempel også gør sig gældende, når fugle navigerer efter Jordens magnetfelt, og når vi opfanger forskellige lugte.

Posted in computer.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>