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光合作用早期工作机制破解或开辟清洁能源生产新途径

来源:科技日报 张佳欣 访问:434 时间:2023-03-23

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。

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。

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。

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