Fotosyntéza v blesku

|

Nová metóda skúmania vnútorných procesov rastlín objasnila spôsob, akým získavajú energiu zo Slnka.

Vedci spravili laserové snímky, ktoré trvali len desaťtisícinu miliardtiny sekundy, a skúmali úlohu elektrónov pri prenose energie. Prístup bude kľúčový pri objasňovaní šírenia energie v iných systémoch, napríklad v elektrických zariadeniach, a môže viesť k lepším solárnym článkom.

Ian Mercer z University College v Dubline v spolupráci s britskými vedcami skúmal bielkovinu LH2, známy fotosyntetický systém. Bielkovina pomáha ťahať elektróny z vody, ktoré potom použije na riadenie reakcie produkujúcej cukry z oxidu uhličitého.

„Snažíme sa pochopiť, ako môže príroda presúvať energiu cez veľké molekuly a fotosyntéza je dobrým príkladom, kedy to príroda robí skutočne efektívne,“ povedal Mercer.

Výskum mal za cieľ objasniť úlohu elektrónov v procese fotosyntézy s ohľadom na zámer zvyšovania výkonu solárnych článkov, ktoré majú dnes účinnosť okolo 10%.

Nejasným ostával spôsob interakcie elektrónov medzi sebou a molekulami zapojenými do procesu.

Na výskum párenia elektrónov vedci vyvinuli množstvo na laseri založených metód, vyžadujú však aby súčasťou tisícok či miliónov laserových pulzov boli jemné bielkoviny. Pulzy pritom dokážu zmeniť ich štruktúru, alebo ich úplne zničiť.

Mercerov prístup dokáže sledovať elektrónové páry priamo jedným „ultrarýchlym“ laserovým pulzom trvajúcim 100 femtosekúnd - desaťtisícmiliónkrát kratším než je trvanie blesku bežného fotoaparátu.

Takéto krátke pulzy sa skladajú zo širokého spektra farieb, z ktorého každá farba predstavuje určitú energiu fotónov, ktoré ju tvoria.

Slnko, ktoré vychádza poskytuje prvý obraz o tom, ako rôzne farby - a teda rôzne energie - interagujú v bielkovine.

„Skutočnosť, že ide o okamžik, nie je detail,“ povedal Mercer. „Znamená to, že dokážeme získať obraz akéhokoľvek systému predtým, než má molekula možnosť výrazne preskupiť svoje atómy. Sledujeme tvar niečoho vo chvíli, keď tam ešte laser nebol - je to skutočne niečo nové, čo môžeme sledovať,“

Novú metódu možno použiť na širokej skupine vzoriek: detaily elektrónového a energetického transportu sú predmetom výskumu oblastí od elektroniky po farmaceutický priemysel.

Výsledky bude možné použiť na simulovanie procesu fotosyntézy pri návrhu efektívnejších solárnych článkov, kde je podľa Mercerových slov „aj malý nárast efektivity veľkým posunom“.

Nová metóda je možná len vďaka najnovším laserom z londýnskeho Imperial College, ktoré dokážu do laserového pulzu zmestiť široké spektrum farieb. Ich autormi sú John Tisch a Jon Marangos.

„Laser nám otvoril dvere do novej oblasti optiky,“ povedal Tisch. „Krásne je, že skutočne dokážete získať informáciu len z jediného záberu - údaje prichádzajú rýchlejšie, než ich môžeme pozorovať.“

originál článku