Molekulės špinatuose virpa ne tik iš baimės atsidurti salotose (0)
Vilniaus ir Mičigano universitetų mokslininkai įrodė, kad specifiniai molekulių virpesiai paspartina pirminius fotosintezės vyksmus augaluose ir bakterijose, ir pateikė prielaidas naujam supratimui, kaip pati gamta konstruoja itin efektyvius natūralius organinius Saulės elementus.
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Palyginimui – žmogaus akies mirksnis trunka apie trečdalį sekundės, o atskirtų krūvių būsenos susidarymas fotosintezėje yra maždaug šimtą milijardų kartų trumpesnis. Tokių sparčių fotosintezės proceso etapų našumas yra beveik 100 proc. Suprasti, kas lemia tokias dideles vyksmų spartas ir aukštą cheminių procesų efektyvumą, yra vienas didžiausių cheminės fizikos mokslo uždavinių.
Itin sparčius vyksmus fotosintezėje galima ištirti tik atlikus eksperimentus su dar trumpesniais lazerio šviesos impulsais – tą ir padarė J. Ogilvie grupė iš Mičigano universiteto.
Gauti medžiagų bandymams buvo nesunku, užteko iš artimiausios parduotuvės nusipirkti maišą špinatų. „Mes pašalinome jų stiebus ir gyslas, sumetėme į trintuvą ir atlikome keletą procedūrų, leidusių iš ląstelių atsargiai išimti baltymų kompleksus jų nepažeidžiant, – pasakojo J. Ogilvie. – Eksperimente mes galime atidžiai sekti vyksmus: kaip perduodama energija ir kur įvyksta krūvių poros susidarymas.“
Derindami eksperimento rezultatus su skaičiavimais, tyrimo dalyviai parodė, kad krūvių poros susidarymą reakcijų centruose itin paspartina molekulių virpesiai, jei jų dažnis atitinka reakcijų centro energijas, t. y. jei įvyksta elektroninis-virpesinis rezonansas.
Pavienių molekulių virpesiai šiandien mokslininkų yra gerai suprasti, juos iš esmės nulemia konkrečios molekulės struktūra ir cheminiai ryšiai. Tačiau didelių molekulinių sistemų, tokių kaip reakcijų centras, elektroninės energijos savybes formuoja daugiau veiksnių, pavyzdžiui, baltymų aplinka ar atstumai tarp molekulių bei jų tarpusavio orientacija.
Nors buvo parodyta, kad vyksmus fotosintezėje spartina, atrodytų, netyčia susiklosčiusios rezonanso sąlygos, tačiau, pasak L. Valkūno, „tokios sąlygos nėra atsitiktinės. Vykstant evoliucijai, gamta augalų lapuose ir bakterijose esančias molekules bei jas apgaubiančius baltymus erdvėje taip kruopščiai surikiavo, kad būtų optimaliai išpildyta rezonanso su molekulių virpesiais sąlyga.“
Atliktas tyrimas pateikia naują požiūrį į molekulinių struktūrų dizainą. Iš jo plaukia ir tam tikras atvirkštinės inžinerijos principas: kuriant dirbtines struktūras, tokias kaip organiniai Saulės elementai, reikia stengtis sudėlioti ir pozicionuoti molekules taip, kad, atsižvelgiant į jų virpesines ir elektronines savybes, būtų užtikrintos rezonanso sąlygos ir gautas didžiausias energijos konvertavimo našumas. Kitaip tariant, Saulės energiją naudojančius organinius darinius reikia projektuoti pagal gamtos ištobulintą molekulinės architektūros stilių.
Tyrimo rezultatai buvo paskelbti publikacijoje „Vibronic coherence in oxygenic photosynthesis“. Tyrimą finansavo Lietuvos mokslo taryba, Jungtinių Amerikos Valstijų energijos departamentas ir Nacionalinis mokslo fondas.
