Biologia cuanticăÎn ciuda deceniilor de cercetare, întrebările fundamentale despre fotosinteză rămân fără răspuns. Putem folosi fotosinteza pentru a dezvolta sisteme artificiale care să transforme energia solară în combustibili neutri sub aspectul emisiilor de carbon?

 

 

 

 

Frontierele fotosintezei

Lumea deţine cantităţi mari de combustibili fosili, dar folosirea lor exagerată va avea consecinţe severe pentru planetă.

Progresul aici ar putea necesita o schimbare de prag în ceea ce priveşte abordările curente. Deşi ar putea părea ciudat, descifrarea proprietăţilor cuantice ale pigmenţilor implicaţi in proces ar putea fi cheia de care vom avea nevoie pentru stăpânirea fotosintezei. Măsurătorile recente au arătat că, atunci când pigmenţii din antenele captatoare de lumină sunt excitaţi de energia unui foton, electronii lor pot sări într-o superpoziţie cuantică de stări excitate. Această stare cuantică “coerenta” poate dura sute de femtosecunde sau pe acolo.

Deşi efectul ar putea părea subtil, el ne aduce în prim plan posibilitatea interesantă că aceste stări cuantice ar putea juca un rol fundamental în etapele timpurii ale reacţiilor luminoase. El ar putea, de asemenea, explica motivul pentru care antenele fotosintetice sunt atât de eficiente în transmiterea energiei luminoase către centrele de reacţie.

În cadrul fiecărui complex de antene captatoare de lumină, structura proteinică se va modifica constant din cauza efectelor termice care nu pot fi evitate. Aceste fluctuaţii fac ca energiile precise ale pigmenţilor clorofilici, legaţi de proteină, să se schimbe, influenţând “mediul energetic” al sistemului şi ori mărind eficienţa proceselor de transfer al energiei ori făcându-le mai puţin eficiente. Totuşi, o stare cuantică coerentă ar putea, în principiu, nivela efectele acestor fluctuaţii astfel încât transferul de energie rămâne întotdeauna la un nivel înalt de eficienţă.

Dacă această ipoteză se dovedeşte a fi corectă, ea ridică o întrebare cheie: putem noi învăţa să valorificăm puterea acestor efecte cuantice şi să le folosim pentru a îmbunătăţi performanţa unor dispozitive cum ar fi celulele fotovoltaice? Ar putea stările cuantice similare să joace un rol cheie în altă parte a sistemului fotosintetic sau în alte locuri cum ar fi receptorii olfactivi? Aceste întrebări stau la baza domeniului, în curs de dezvoltare, al biologiei cuantice.



Textul de mai sus reprezintă traducerea articolului photosynthesis, publicat de New Scientist. Scientia.ro este singura entitate responsabilă pentru eventuale erori de traducere, Reed Business Information Ltd şi New Scientist neasumându-şi nicio responsabilitate în această privinţă.
Traducere: Alexandru Hutupanu