Канадские исследователи из Торонтского университета и австралийского Университета Нового Южного Уэльса представили доказательства того, что особенности передачи энергии в ходе фотосинтеза у криптофитовых водорослей невозможно описать в рамках классической физики даже при комнатной температуре.
В процессе фотосинтеза участвуют специальные белки (светособирающие комплексы, также часто называемые антенными), которые поглощают падающие фотоны и передают энергию реакционным центрам, где проходит ее преобразование. Авторы работали с антенными комплексами, выделенными у двух видов водорослей: «Rhodomonas CS24» и «Chroomonas CCMP270». Эти комплексы содержат восемь пигментных молекул, предназначенных для поглощения фотонов в разных областях спектра. В классической теории передача поглощенной энергии от молекулы к молекуле считается случайным процессом, который может проходить со значительными потерями в том случае, если маршрут окажется неоптимальным.
Исследователи показали, что такое определение процесса неверно. В своих экспериментах они воздействовали на две пигментные молекулы, находящиеся в центре антенного комплекса, фемтосекундным лазерным импульсом, имитируя естественное освещение и переводя электроны молекул в квантовую суперпозицию возбужденных состояний. Ее распад проходит с излучением фотонов с несколько отличающимися длинами волн, что позволяет наблюдать интерференционную картину, при изучении которой можно получить сведения о суперпозиции.
Результаты опыта удивили ученых; оказалось, что в создании квантово «связанного» состояния участвуют все восемь молекул, причем при температуре в 21 ?C оно сохраняется на целых 400 фс.
В это время энергия передается, так сказать, по нескольким различным направлениям сразу», — поясняет участник исследования Грегори Скоулз (Gregory Scholes).
Стоит заметить, что аналогичные эффекты были продемонстрированы еще в 2007 году группой **Грегори Энгела*** (Gregory Engel) из Чикагского университета, которая работала с пигментно-белковым комплексом зеленых серных бактерий. В тех опытах температура, однако, фиксировалась на уровне –196 ?C; недавно ученые повторили эксперименты при температуре 4 ?C, получив время сохранения квантовой когерентности в 300 фс (см. препринт статьи, в которой описаны эти результаты).
Механизм длительного сохранения суперпозиции при высокой температуре на тех значительных расстояниях, которые отделяют молекулы друг от друга, остается неясным.
Источник
«Нанотехнологии России»
