令人难以置信的突破揭示光合作用始于单个光子

我们之所以能在这里，要归功于光合作用。太阳发出的光被转化成植物和动物的食物，而其副产品则是氧气。虽然光合作用对地球上的生命至关重要，但最细微的细节化学反应长期以来，科学家们一直未能找到答案。这就是量子力学和生物学的交汇之处。现在，科学家们也找到了答案。

在过去的几年里，尖端仪器已经开始对光合作用的工作原理进行观测在分子水平上。这项新实验补充了其他研究，因为它揭示了该过程的第一步：光的吸收。研究人员能够证明，化学反应可以仅从一个光子（单个光粒子）开始。

“世界各地在理论和实验方面做了大量工作，试图了解光子被吸收后会发生什么。但我们意识到没有人谈论第一步。这仍然是一个需要详细回答的问题，”联合主要作者、劳伦斯伯克利国家实验室 (Berkeley Lab) 和加州大学伯克利分校化学教授格雷厄姆·弗莱明 (Graham Fleming) 在一篇论文中说。陈述。

单个光子就能引发反应的想法是有道理的，而且人们已经假设了一段时间了。但要证明它确实如此并不容易。它需要专家和量子光学和生物学研究领域的最新技术的结合。

该装置涉及一对以脉冲形式自发产生的光子。第一个光子（绰号为“先驱”）将被探测器吸收，吸收将确认第二个光子将撞击由叶绿素来自光合细菌的分子。

如果样本被激活，它不会开始制造糖和氧气，而是释放出不同的光子，以供检测。在它们释放的 177 亿个先驱光子中，他们证实了 160 万个单光子吸收。

“如果你只有一个光子，那么很容易就会丢失它。所以这是这个实验的根本困难，这也是我们使用先驱光子的原因，”弗莱明继续说道。

这个实验拓展了我们对光合作用的理解，它本身既是一个重要的生物过程，也是创造这一过程的一种方式人为地效率高。这可以用来制造绿色燃料等等。

“我认为，首先，这个实验表明，我们确实可以用单个光子来做事。所以，这是非常非常重要的一点，”共同主要作者 Birgitta Whaley 说。“其次，我们还能做什么？我们的目标是在尽可能短的时间和空间尺度上研究单个光子通过光合作用复合体的能量传递。”

该研究发表在期刊上自然。