【資料圖】
光合生物可將光能轉(zhuǎn)化為生命所需的化學(xué)能。6月14日發(fā)表在《自然》雜志上的一項(xiàng)研究，揭示了這種有機(jī)化學(xué)反應(yīng)對(duì)單個(gè)光子很敏感。這一發(fā)現(xiàn)鞏固了科學(xué)家對(duì)光合作用的理解，有助于回答有關(guān)生命如何在量子物理學(xué)和生物學(xué)相遇的最小尺度上運(yùn)作的問(wèn)題。
研究人員建立了一個(gè)光子源，通過(guò)“自發(fā)參數(shù)下轉(zhuǎn)換的過(guò)程”產(chǎn)生一對(duì)光子。在每個(gè)脈沖期間，第一個(gè)光子“先驅(qū)”被一個(gè)高靈敏度的探測(cè)器觀察到，這證實(shí)了第二個(gè)光子正在前往從光合細(xì)菌中提取的光吸收分子結(jié)構(gòu)的組裝樣本。在樣品附近設(shè)置了另一個(gè)光子探測(cè)器，用于測(cè)量光合結(jié)構(gòu)在吸收原始光子對(duì)的第二個(gè)“預(yù)示”光子后發(fā)射的低能光子。
實(shí)驗(yàn)中使用的光吸收結(jié)構(gòu)LH2，已被廣泛研究。眾所周知，800納米波長(zhǎng)的光子被LH2中的9個(gè)細(xì)菌葉綠素分子環(huán)吸收，導(dǎo)致能量傳遞到第二個(gè)18個(gè)細(xì)菌葉綠素分子環(huán)，后者可發(fā)射850納米的熒光光子。在原生細(xì)菌中，來(lái)自光子的能量將繼續(xù)轉(zhuǎn)移到后續(xù)分子，直到它啟動(dòng)光合作用的化學(xué)反應(yīng)。但在實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)LH2與其他細(xì)胞機(jī)器分離時(shí)，對(duì)850納米光子的檢測(cè)是該過(guò)程已被激活的明確標(biāo)志。
研究人員分析了超過(guò)177億個(gè)先驅(qū)光子探測(cè)事件和160萬(wàn)個(gè)先驅(qū)熒光光子探測(cè)事件，以確保觀測(cè)結(jié)果只能歸因于單光子吸收，并且沒(méi)有其他因素影響結(jié)果。
關(guān)鍵詞： 量子物理學(xué) 生物科學(xué) 光合作用 最小尺度
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