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研究人员“破解”了光合作用的最初阶段，并发现了从这一过程中提取能量的新方法，这一发现可能会导致产生清洁燃料和可再生能源的新方法。光合作用是为地球上绝大多数生命提供动力的自然机器。
尽管光合作用是地球上最著名、研究最充分的过程之一，但剑桥大学的研究人员发现，光合作用仍然有秘密要讲。利用超快光谱技术来研究能量的运动，研究人员发现，能够从负责光合作用的分子结构中提取电子的化学物质在初始阶段就会这样做，而不是像以前认为的那样很晚。这种光合作用的“重新布线”可以改善光合作用处理过剩能量的方式，并创造新的更有效的方式来利用其能量。
来源:Mairi Eyres
研究人员“破解”了光合作用的最初阶段，并发现了从这一过程中提取能量的新方法，这一发现可能会导致产生清洁燃料和可再生能源的新方法。光合作用是为地球上绝大多数生命提供动力的自然机器。
由剑桥大学领导的一个由物理学家、化学家和生物学家组成的国际团队能够在超快的时间尺度上(百万分之一秒)在活细胞中研究光合作用——植物、藻类和一些细菌将阳光转化为能量的过程。
尽管光合作用是地球上最著名和研究最充分的过程之一，研究人员发现光合作用仍然有秘密要讲。利用超快光谱技术来研究能量的运动，研究人员发现，能够从负责光合作用的分子结构中提取电子的化学物质在初始阶段就会这样做，而不是像以前认为的那样很晚。这种光合作用的“重新布线”可以改善光合作用处理过剩能量的方式，并创造新的更有效的方式来利用其能量。研究结果发表在《自然》杂志上。
“我们对光合作用的了解并不像我们想象的那么多，我们在这里发现的新的电子转移途径完全令人惊讶，”剑桥大学Jenny Zhang博士说。
虽然光合作用是一个自然过程，但科学家们也一直在研究如何利用光合作用来帮助解决气候危机，例如，通过模仿光合作用过程从阳光和水中产生清洁燃料。
Jenny Zhang和她的同事们最初试图理解为什么一种名为醌的环状分子能够从光合作用中“窃取”电子。醌类在自然界中很常见，它们可以很容易地接受和释放电子。研究人员使用了一种称为超快瞬态吸收光谱的技术来研究醌类在光合蓝藻中的行为。
Zhang说:“在光合作用的早期阶段，没有人正确地研究过这种分子是如何与光合机制相互作用的:我们认为我们只是在使用一种新技术来证实我们已经知道的东西。”“相反，我们发现了一条全新的途径，并进一步打开了光合作用的黑匣子。”
研究人员使用超快光谱学来观察电子，发现光合作用初始化学反应发生的蛋白质支架是“漏的”，允许电子逃逸。这种漏性可以帮助植物保护自己免受明亮或快速变化的光线的伤害。
“光合作用的物理学令人印象深刻，”来自剑桥卡文迪什实验室的共同第一作者Tomi Baikie说，“通常情况下，我们研究的是高度有序的材料，但观察细胞中的电荷传输为探索自然界如何运作的新发现提供了非凡的机会。”
“由于光合作用产生的电子分散在整个系统中，这意味着我们可以获取它们，我们不知道这种途径的存在，这一事实令人兴奋，因为我们可以利用它为可再生能源提取更多的能源。”
研究人员说，能够在光合作用过程的早期提取电荷，可以在操纵光合作用途径从太阳产生清洁燃料时使这一过程更有效。此外，调节光合作用的能力可能意味着作物可以更耐受强烈的阳光。
Zhang说:“许多科学家试图从光合作用的早期点提取电子，但说这是不可能的，因为能量被埋在蛋白质支架中。”“事实上，我们可以在更早的过程中窃取它们，这令人兴奋。起初，我们认为我们犯了一个错误:我们花了一段时间才说服自己我们做到了。”
这一发现的关键是超快光谱学的使用，这使得研究人员能够在飞秒尺度上跟踪活的光合细胞中的能量流动——一秒的千分之一万亿分之一。
“使用这些超快方法使我们能够更多地了解光合作用的早期事件，而地球上的生命依赖于光合作用。”
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