Фотосинтез в растениях проходит при содействии квантовых эффектов
Ученые установили, что фотосинтез в растениях проходит при содействии квантовых эффектов — белковые «антенны» в хлоропластах растений и бактерий оказались синхронизированы на квантовом уровне, что в несколько раз улучшает эффективность захвата фотонов и их преобразование в электроны, сообщает РИА «Новости» со ссылкой на Science.
Ник ван Хюлст из Института фотоники в Барселоне (Испания) и его коллеги смогли впервые зафиксировать присутствие квантовых эффектов внутри компонентов системы фотосинтеза, создав особый микроскоп, позволявший им отслеживать изменения в их состоянии через фемтосекунду (10 в минус 16 степени секунды). За это время свет успевает пройти расстояние в несколько нанометров, что позволяет получать микроснимки молекул на разных этапах поглощения фотонов.
Ученые извлекли молекулы хлорофилловых «антенн» и других компонентов системы фотосинтеза из клеток пурпурных бактерий и проследили за тем, как они будут взаимодействовать со светом. Для этого ученые облучали их фемтосекундными импульсами света, получали снимки и наблюдали за тем, как менялось химическое состояние среды. Оказалось, что молекулы-«антенны» были синхронизированы на квантовом уровне, работая как одно целое в течение нескольких сотен фемтосекунд.
По словам физиков, это свойство помогает этим компонентам системы фотосинтеза захватывать фотоны и использовать их энергию для транспортировки свободных электронов даже при резких изменениях в условиях окружающей среды.
Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Чтобы писать комментарии Вам необходимо зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.
» #1 написал: Texnolog (21 июня 2013 13:42) Статус: |
Позвольте привести цитату по теме статьи, удивляющую глубиной прозрения: ------------------------------------------------------------------------------ Обмен электронами, электронные потоки, электрический ток... Электроны — причина микродииамики органических систем. Свободные электроны — вот истинные герои невидимого мира, его основных превращений, образований и преобразований. Живой организм — электронная и ионная машина. В элементарных структурах, в живых образованиях происходит непрерывное перемещение электронов — перескоки их с одного атома на другой, с одного уровня на другой, электронные бури, электронные ураганы, остающиеся для нас невидимыми, но учитываемые каждой живой молекулой, каждой живой клеткой с величайшей точностью. Фантазия не может представить себе всей необычайной сложности электронных перемещений внутри организма. Это — особый мир особой конструкции, труднодоступный нашему воображению и подчиняющийся только строжайшим физико-математическим законам, ныне — зайонам квантовой механики. Эта наука сочетает математические уравнения, точно описывающие некоторые явления в мире атомов, которые можно подтвердить экспериментально, с преобладающим количеством формальных математических выкладок, которые, однако, не могут быть моделированы, то есть представлены наглядно. Квантовая механика позволяет проникнуть в наиболее глубокие участки атомного мира и, в конечном итоге огромной работы, может привести к пониманию реакций, определяющих жизнедеятельность организма. Так из квантовой физики и квантовой химии должна будет родиться квантовая биофизика и квантовая биохимия, а из них — квантовая физиология, квантовая биология и, наконец, квантовая медицина. На все нужно время и бездны размышлений. Но мы стоим на пороге этих новых наук, ведущих нас в светлое будущее.
И современные исследования нам говорят, что.... ---------------------------------------------------- В 2010 году исследователи первой группы обнародовали доказательства квантовой когерентности в бактериальном комплексе при температуре окружающей среды, и это продемонстрировало, что когерентность не только не искусственный продукт, создаваемый лишь в криогенных лабораторных условиях, но может в действительности быть важным для фотосинтеза в реальном мире. Примерно в то же время группа под руководством Грегори Шолеса, химика Университета Торонто, Канада, также сообщала об эффектах когерентности при температуре окружающей среды, и в этот раз не в бактериях, а в фотосинтетических водорослях-криптофитах, эволюционно отдельных организмах, тесно связанных с растениями и животными и использующих совершенно другие поглощающие свет химические группы. Но как может квантовая когерентность длиться достаточно долго, чтобы быть полезной при фотосинтезе? Большинство физиков предположили бы, что при температуре окружающей среды окружающий молекулярный хаос в клетке почти мгновенно разрушает когерентность. Компьютерное моделирование, проведенное Ллойдом и некоторыми из его коллег, предлагает ответ: бессистемный шум в окружающей среде может скорее увеличить эффективность передачи энергии в фотосинтезе, чем уменьшить. Оказалось, что экситон может иногда попадать в ловушку в определенных местах фотосинтетической цепи, но моделирование указывает, что шум окружающей среды может достаточно аккуратно его встряхнуть, не уничтожая когерентность. Таким образом, по словам Ллойда, окружающая среда освобождает экситон и дает ему возможность продолжить путь.
Фотосинтез – не единственный пример квантовых эффектов в природе. Например, исследователи уже в течение нескольких лет знают, что в некоторых реакциях, катализированных ферментами, протоны двигаются от одной молекулы к другой с помощью квантово-механического феномена туннелирования, когда частица проходит сквозь энергетический барьер вместо необходимости концентрации энергии, чтобы «перепрыгнуть» через него. И спорная теория распространения запаха утверждает, что запах идет от биохимического ощущения молекулярных вибраций – процесс, который подразумевает туннелирование электрона между молекулой, ответственной за запах, и рецептором, где он связывается в носу. Одной из самых давних биологических загадок, которая может объясняться экзотическими квантовыми эффектами, является способ, с помощью которого некоторые птицы могут ориентироваться, ощущая магнитное поле Земли. Известно, что птичий магнитный датчик активизируется легким воздействием на сетчатку глаза птицы. В настоящее время самой удачной догадкой ученых об этом механизме является гипотеза, что энергия, заложенная каждым входящим фотоном, создает пару свободных радикалов – молекул с высокой реакционной способностью, каждая из которых с неспаренным электроном. Каждый из этих неспаренных электронов обладает собственным кинетическим моментом, или вращением, направление которого можно изменить магнитным полем. После разделения радикалов на неспаренный электрон на одном из них, прежде всего, влияет магнитное поле близлежащего атомного ядра, в то время как неспаренный радикал на другом, дальше от ядра, и попадает под влияние только магнитного поля Земли. Разница в полях сдвигает радикальную пару между двумя квантовыми состояниями с различной химической активностью.
Бенджамин и его коллеги предложили, чтобы два неспаренных электрона, созданные поглощением единственного фотона, существовали в состоянии квантовой сцепленности – форме когерентности, когда ориентация одного вращения остается взаимосвязанной с ориентацией другого, при этом нет разницы, насколько далеко движутся радикалы. Сцепленность обычно довольно чувствительна при температуре окружающей среды, но исследователи подсчитали, что она поддерживается в птичьем компасе в течение не менее десяти микросекунд – гораздо дольше, чем возможно в настоящее время в любой искусственной молекулярной системе.
Все вещи – в труде: не может человек пересказать всего; не насытится око зрением, не наполнится ухо слушанием. Что было, то и будет; и что делалось, то и будет делаться, и нет ничего нового под солнцем. (с) Еккл.1
» Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации. Зарегистрируйтесь на портале чтобы оставлять комментарии
Материалы предназначены только для ознакомления и обсуждения. Все права на публикации принадлежат их авторам и первоисточникам. Администрация сайта может не разделять мнения авторов и не несет ответственность за авторские материалы и перепечатку с других сайтов. Ресурс может содержать материалы 16+
Статус: |
Группа: Посетители
публикаций 0
комментариев 213
Рейтинг поста:
------------------------------------------------------------------------------
Обмен электронами, электронные потоки, электрический ток... Электроны — причина микродииамики органических систем. Свободные электроны — вот истинные герои невидимого мира, его основных превращений, образований и преобразований. Живой организм — электронная и ионная машина. В элементарных структурах, в живых образованиях происходит непрерывное перемещение электронов — перескоки их с одного атома на другой, с одного уровня на другой, электронные бури, электронные ураганы, остающиеся для нас невидимыми, но учитываемые каждой живой молекулой, каждой живой клеткой с величайшей точностью. Фантазия не может представить себе всей необычайной сложности электронных перемещений внутри организма. Это — особый мир особой конструкции, труднодоступный нашему воображению и подчиняющийся только строжайшим физико-математическим законам, ныне — зайонам квантовой механики.
Эта наука сочетает математические уравнения, точно описывающие некоторые явления в мире атомов, которые можно подтвердить экспериментально, с преобладающим количеством формальных математических выкладок, которые, однако, не могут быть моделированы, то есть представлены наглядно. Квантовая механика позволяет проникнуть в наиболее глубокие участки атомного мира и, в конечном итоге огромной работы, может привести к пониманию реакций, определяющих жизнедеятельность организма. Так из квантовой физики и квантовой химии должна будет родиться квантовая биофизика и квантовая биохимия, а из них — квантовая физиология, квантовая биология и, наконец, квантовая медицина. На все нужно время и бездны размышлений. Но мы стоим на пороге этих новых наук, ведущих нас в светлое будущее.
Чижевский А. Л. Вся жизнь. – М. : Сов. Россия, 1974. – 208 с. : ил.- (Годы и люди).
И современные исследования нам говорят, что....
----------------------------------------------------
В 2010 году исследователи первой группы обнародовали доказательства квантовой когерентности в бактериальном комплексе при температуре окружающей среды, и это продемонстрировало, что когерентность не только не искусственный продукт, создаваемый лишь в криогенных лабораторных условиях, но может в действительности быть важным для фотосинтеза в реальном мире. Примерно в то же время группа под руководством Грегори Шолеса, химика Университета Торонто, Канада, также сообщала об эффектах когерентности при температуре окружающей среды, и в этот раз не в бактериях, а в фотосинтетических водорослях-криптофитах, эволюционно отдельных организмах, тесно связанных с растениями и животными и использующих совершенно другие поглощающие свет химические группы.
Но как может квантовая когерентность длиться достаточно долго, чтобы быть полезной при фотосинтезе? Большинство физиков предположили бы, что при температуре окружающей среды окружающий молекулярный хаос в клетке почти мгновенно разрушает когерентность.
Компьютерное моделирование, проведенное Ллойдом и некоторыми из его коллег, предлагает ответ: бессистемный шум в окружающей среде может скорее увеличить эффективность передачи энергии в фотосинтезе, чем уменьшить. Оказалось, что экситон может иногда попадать в ловушку в определенных местах фотосинтетической цепи, но моделирование указывает, что шум окружающей среды может достаточно аккуратно его встряхнуть, не уничтожая когерентность. Таким образом, по словам Ллойда, окружающая среда освобождает экситон и дает ему возможность продолжить путь.
Фотосинтез – не единственный пример квантовых эффектов в природе. Например, исследователи уже в течение нескольких лет знают, что в некоторых реакциях, катализированных ферментами, протоны двигаются от одной молекулы к другой с помощью квантово-механического феномена туннелирования, когда частица проходит сквозь энергетический барьер вместо необходимости концентрации энергии, чтобы «перепрыгнуть» через него. И спорная теория распространения запаха утверждает, что запах идет от биохимического ощущения молекулярных вибраций – процесс, который подразумевает туннелирование электрона между молекулой, ответственной за запах, и рецептором, где он связывается в носу.
Одной из самых давних биологических загадок, которая может объясняться экзотическими квантовыми эффектами, является способ, с помощью которого некоторые птицы могут ориентироваться, ощущая магнитное поле Земли.
Известно, что птичий магнитный датчик активизируется легким воздействием на сетчатку глаза птицы. В настоящее время самой удачной догадкой ученых об этом механизме является гипотеза, что энергия, заложенная каждым входящим фотоном, создает пару свободных радикалов – молекул с высокой реакционной способностью, каждая из которых с неспаренным электроном. Каждый из этих неспаренных электронов обладает собственным кинетическим моментом, или вращением, направление которого можно изменить магнитным полем. После разделения радикалов на неспаренный электрон на одном из них, прежде всего, влияет магнитное поле близлежащего атомного ядра, в то время как неспаренный радикал на другом, дальше от ядра, и попадает под влияние только магнитного поля Земли. Разница в полях сдвигает радикальную пару между двумя квантовыми состояниями с различной химической активностью.
Бенджамин и его коллеги предложили, чтобы два неспаренных электрона, созданные поглощением единственного фотона, существовали в состоянии квантовой сцепленности – форме когерентности, когда ориентация одного вращения остается взаимосвязанной с ориентацией другого, при этом нет разницы, насколько далеко движутся радикалы. Сцепленность обычно довольно чувствительна при температуре окружающей среды, но исследователи подсчитали, что она поддерживается в птичьем компасе в течение не менее десяти микросекунд – гораздо дольше, чем возможно в настоящее время в любой искусственной молекулярной системе.
Источник: Nature
--------------------
Что было, то и будет; и что делалось, то и будет делаться, и нет ничего нового под солнцем. (с) Еккл.1