上海油压工作室光合作用是为地球上绝大多数生命提供动力的自然机器。据22日发表在《自然》杂志上的论文,英国剑桥大学领导的国际研究团队“破解”了光合作用最早阶段的“秘密”,并发现了从光合作用中提取能量的新方法,这一成果有望为生产清洁燃料和可再生能源开辟新途径。
上海油压工作室研究团队在超快时间尺度上研究活细胞中的光合作用。植物、藻类和一些细菌将阳光转化为能量的这一过程仅需要万亿分之一秒。科学家也一直在研究利用光合作用来帮助应对气候危机,模仿这一过程从阳光和水中生产清洁燃料。
尽管光合作用广为人知,但这一过程仍然有“秘密”待破解。研究人员试图理解为什么一种名为醌的环形分子能够从光合作用中“偷”走电子。醌类化合物在自然界很常见,它们很容易接受和释放电子。
利用超快光谱学观察电子,研究人员在飞秒(千万亿分之一秒)尺度上跟踪活细胞光合作用过程的能量流动。他们发现,发生光合作用初始化学反应的蛋白质支架是“漏”的,使电子得以逃逸。这种渗漏性可帮助植物保护自己免受明亮或快速变化的光线的伤害。
上海油压工作室研究还发现,负责光合作用的化学物质从分子结构中提取电子,可在光合作用初始阶段实现,而不是像以前认为的在较晚阶段才能实现。这种光合作用的“重新布线”可改善它处理过剩能量的方式,并创造出新的、更有效地利用其能量的方式。
在光合作用的早期阶段,此前还没有人正确地研究过这种分子与光合作用机制的相互作用。此次发现的全新途径,进一步打开了光合作用的黑匣子。
研究人员说,他们能够在光合作用过程的早期提取电荷,通过操作光合作用途径,从太阳中产生清洁燃料,可使过程更有效率。此外,调节光合作用的能力可能意味着作物能够更好地耐受强烈的阳光。