Динамо-машина на хлорофилле

Ученые открыли новую форму хлорофилла, которая помогает растениям и некоторым микроорганизмам трансформировать солнечный свет в энергию. Функционирующая в инфракрасном диапазоне молекула может быть использована для создания более эффективных солнечных батарей. Уже создаются гибридные системы, позволяющие вырабатывать таким способом электричество.

Австралийские и немецкие ученые нашли в заливе Шарк (западное побережье Австралии) уникальные цианобактерии, содержащие новый вид хлорофилла. Их обнаружили в ископаемых толщах осадочных пород — строматолитах, в воде настолько соленой, что она пригодна лишь для жизни этих микроорганизмов. Открытию, как и полагается, тут же нашлось применение: улучшение КПД солнечных батарей. Статья опубликована на сайте NewScientist.

Строматолиты — древнейшие хранители жизни на Земле, первые из них появились около 3,4 миллиардов лет назад. Слоистую структуру ископаемых останков составляют различные микроорганизмы, в частности цианобактерии. С появлением более развитых животных эти образования начали постепенно исчезать — их просто-напросто поедали другие виды.

В этих самых строматолитах и были обнаружены неизвестные науке нитевидные микроорганизмы, которые пока еще остаются безымянными. Они снабжены собственной уникальной формой хлорофилла F, который способен поглощать и перерабатывать солнечные лучи красной и инфракрасной частей спектра в химическую энергию, что несвойственно самым распространенным его собратьям. Подробности своего открытия авторы исследования описывают в статье в журнале Science.

У ученых попутно возник вопрос: как этим цианобактериям удается поглощать солнечную энергию, если ее большая часть рассеивается в толще воды? Доктор Минь Чэнь из Сиднейского университета (Австралия) занялся изучением вод залива для осмысления этого парадокса.

"Если природа смогла добиться этого с помощью довольно простых изменений в хлорофилле, то почему бы нам не научиться у нее?", — рассуждает Минь Чэнь.

Грандиозность данного открытия в том, что инфракрасная часть спектра солнечного света составляет примерно половину всей энергии, поступающей на Землю от Солнца. Потому использование такого уникального хлорофилла может существенно повысить эффективность солнечных батарей. В настоящее время ученые уже создают гибридные системы на основе технологий микроэлектроники и биологических молекул, позволяющих напрямую преобразовывать солнечный свет в электричество.

Открытие нового хлорофилла имеет также важное значение с точки зрения эволюционного учения: анаэробные бактерии, которые доминировали на молодой Земле, поглощали свет в инфракрасном диапазоне, а сегодняшние кислородные бактерии, как правило, живут в видимом спектре.

"Примеров промежуточных организмов, которые поглощают свет в диапазоне 700-800 нм, очень немного", — отмечает Джеймс Барбер из Имперского колледжа Лондона (Великобритания).

Шугуан Чжан из Массачусетского технологического института (США) считает, что он и его коллеги могут сделать больше — использовать хлорофилл напрямую. В своей предыдущей работе г-н Чжан предложил производство солнечных элементов на основе белков листьев шпината — так называемой фотосистемы I. Они состоят из двухсот молекул хлорофилла, которые с помощью фотонов высвобождают электроны и превращают углекислый газ в сахар.

Вячеслав Локацкий