解密植物光合作用中的量子纠缠(图)

发表:2010-05-12 15:31
手机版 正体 打赏 1个留言 打印 特大

科学家揭示了植物和某些细菌光合作用的能量传递原理

据美国物理学家组织网5月10日报道,美国科学家首次记录并量化了光合作用中的量子纠缠。研究表明,在绿色植物中的光合作用中,量子纠缠是量子力学效应的一种自然属性,量子纠缠能够在一个生物系统中存在并且持续一段时间。相关论文发表在最新一期的《自然·物理学》杂志上。

绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能,其转化效率接近100%。如此之高效率的关键在于传递速度,光合作用如何完成近乎瞬间的能量转移一直是个谜。

加州大学伯克利分校的化学家格雷汉姆·弗莱明带领的研究团队曾在2009年的《物理化学年鉴》上指出,通过光合作用得到的量子力学效应是绿色植物的一种关键能力,它可以瞬时地将捕光复合物分子中的太阳能传输给光电反应中心的复合物分子,完成能量的转移。

现在,包括弗莱明在内的一个联合研究小组确定,在绿色植物的光合作用中,量子纠缠是量子力学效应的一种自然属性。之前的科学结论认为,量子纠缠是一种非常脆弱的状态,很难得到和维持,而研究人员现在证明,量子纠缠能够在一个生物系统中存在并且持续一段时间。

研究人员在大量FMO复合物(FMO是绿硫细菌的一个分子聚合物,被认为是研究光合能量传递的模式分子)中发现了量子纠缠存在的证据,这些纠缠的持续时间一般为几皮秒(1皮秒=10-12秒),并会持续穿过大约30埃(1埃=10-10 米,相当于一个氢原子的直径)的距离,直到激发能被反应中心捕捉到。这是科学家首次在真正的生物系统中捕获和量化量子纠缠。

研究人员表示,这个持续时间很长的、非平衡的纠缠也会出现在如紫色光合细菌LH1和LH2等更大的捕光化合物中;而更大的捕光化合物也能够制造和支持更多的激发能来获得更多样的纠缠状态。

该研究团队还发现,量子纠缠持续地存在于离散的捕光复合物的分子之间,而且温度对纠缠程度的影响微乎其微。在量子信息领域,温度通常被认为对纠缠等量子特性非常不利,但是,在诸如捕光化合物的系统中,量子纠缠或可免受温度升高带来的影响。

该研究团队最终的目的是要更好地理解自然界是如何在分子系统间传递能量,以及是如何将此能量转化为可利用形式的。科学家表示,从一个分子向另一个分子传递能量的光合技术是大自然最令人神迷的才能之一。如果我们能够学着模拟这个过程,就能够实现人造光合作用,从而有效地把太阳能转化为清洁、高效、可持续且碳中性的能源。



短网址: 版权所有,任何形式转载需本站授权许可。 严禁建立镜像网站.



【诚征荣誉会员】溪流能够汇成大海,小善可以成就大爱。我们向全球华人诚意征集万名荣誉会员:每位荣誉会员每年只需支付一份订阅费用,成为《看中国》网站的荣誉会员,就可以助力我们突破审查与封锁,向至少10000位中国大陆同胞奉上独立真实的关键资讯,在危难时刻向他们发出预警,救他们于大瘟疫与其它社会危难之中。
荣誉会员

看完这篇文章您觉得

评论



加入看中国会员
donate

看中国版权所有 Copyright © 2001 - Kanzhongguo.com All Rights Reserved.

blank
x
我们和我们的合作伙伴在我们的网站上使用Cookie等技术来个性化内容和广告并分析我们的流量。点击下方同意在网络上使用此技术。您要使用我们网站服务就需要接受此条款。 详细隐私条款. 同意