啟動光合作用只需要一個光子

對於光合作用來說，只需要一個光子即可。

只需要一個光粒子激發第一步科學家於 6 月 14 日在《將光轉化為化學能的生物過程》中報告說自然。

加州大學柏克萊分校的物理化學家格雷厄姆·弗萊明表示，雖然科學家長期以來一直認為光合作用反應是在僅吸收一個光子時開始的，但這一點尚未得到證實。 他和同事決定「我們只是看看一個光子是否真的足以啟動整個事情」。

落在地球表面的陽光對人眼來說似乎很明亮。 但在小尺度上，這相當於一滴光子。 每秒只有幾十個適當波長的太陽光光子落在平方奈米上，這是微小葉綠素和細菌葉綠素分子的尺度，它們是植物和細菌光合作用的核心。

許多關於光合作用的實驗室實驗使用雷射（更強大的光源）來啟動反應。 相反，格雷厄姆和同事使用了一次僅產生兩個光子的光源。 一個光子充當先驅，傳到探測器，讓研究人員知道兩個光子何時被釋放。 另一個光子進入含有光合細菌的光子吸收結構的溶液中球形紅桿菌。 這些結構被稱為光捕獲 2 複合物或 LH2，由細菌葉綠素和其他分子的兩個環組成。

在正常的光合作用反應中，LH2 吸收光子並將其能量傳遞給另一個 LH2 複合物，然後傳遞給另一個，就像燙手山芋遊戲一樣。 最終，能量到達另一種類型的環，稱為光捕獲 1 複合體，或 LH1，然後將其傳遞到反應中心，在那裡能量最終轉化為細菌可以使用的形式。

在實驗中，沒有 LH1，因此 LH2 發射的光子的波長與第一個不同，這表明能量已從 LH2 的第一個環轉移到第二個環，這是光合作用的第一步。 研究人員檢測到了第二個光子，並透過將檢測時間與最初的先驅光子的檢測時間進行比較，證實 LH2 只需吸收一個光子即可開始工作。

弗萊明說，植物和細菌使用不同的光合作用過程，但初步步驟非常相似，在植物中，單一光子也會啟動初步步驟。 然而，在植物中，需要多個獨立吸收的光子才能完成反應。

蘇格蘭格拉斯哥大學的生物化學家理查德‧科格德爾說，單光子的作用並不令人驚訝。 他說，研究人員所做的重要事情是展示新技術。 「透過這樣做，你基本上能夠探究自然界將發生什麼，」他說。

一些科學家懷疑光合作用依賴量子物理學（序號：2/3/10）。 雖然尚不清楚這項新技術是否可以解決量子效應的作用，但它可以幫助科學家將自然效應與在光合作用研究中使用強光源的人工製品分開。

“你可以真正弄清楚光合作用的早期反應中發生了什麼，就像在外面一樣，”科格德爾說，“[好像]你可以縮小自己並觀察這些光子的移動。”