РИА Новости: Фотосинтез работает не совсем так, как предполагалось ранее



Ученые близки к воспроизведению фотосинтеза. Это естественный процесс, который производит энергию и является основой жизни. В России также ведутся исследования в этой области.


Солнечная энергия используется растениями, цианобактериями и археями для удаления углекислого газа из атмосферы. Затем они синтезируют органические соединения из воды и CO2. Так образуется кислород - основной источник всего О2, содержащегося в атмосфере Земли.
Этот вопрос пристально изучается специалистами. В настоящее время разрабатываются искусственные энергетические установки, имитирующие природные системы. Воспроизвести фотосинтез сложно, и науке пока не удалось использовать силу солнечной энергии.

Высшие растения и цианобактерии поглощают определенное количество света пигментом хлорофиллом. От этой молекулы отходит электрон, который перемещается по электронно-транспортной цепи. Эта сложная цепь в конечном итоге запускает энергию фиксации CO2. Важно, чтобы электрон, "оторвавшийся" при взаимодействии фотонов с хлорофиллом, не потерялся в "транспортной системе", а сразу попал к своему акцептору. Это имеет решающее значение для создания энергетических устройств. Недавнее исследование группы международных ученых под руководством специалистов из Кембриджского университета утверждает, что они достигли этой цели.

Случайная находка привела к открытию. Дженни Чжан, химик, и ее сотрудники хотели выяснить, как молекулы, называемые хинонами, могут "красть" электроны у хлорофилла под воздействием солнечного света. Сверхбыстрая спектроскопия - это метод, позволяющий отслеживать поток энергии внутри живых клеток фотосинтеза с долей секунды. Его можно использовать для изучения культур цианобактерий.

Неожиданно выяснилось, что белковый каркас, с которого начинается фотосинтез, имеет щели. Через них проходят электроны, а хиноны их удаляют. Ученые считают, что эта "негерметичность" помогает растениям предотвратить повреждения, вызванные слишком сильным излучением. Система не может принять его внутрь.

Многие ученые пытались получить электроны раньше в процессе фотосинтеза. Чжан признает, что до сих пор это было невозможно из-за того, как энергия похоронена в белковом каркасе. Удивительно, что электроны удалось "украсть" на столь ранней стадии.

Ученые надеются, что этот "хак" фотосинтеза однажды может быть применен для производства новых энергетических ресурсов. Однако для подтверждения этого необходимы дополнительные исследования.

Сулейман Аллахвердиев - руководитель лаборатории управляемого фотосинтеза в Институте физиологии растений имени Тимирязева РАН и член-корреспондент Российской академии наук. Он считает эту работу большим достижением. Крайне важно воспроизвести полученные результаты не только на цианобактериях, но и на других моделях. "Необходимо оценить квантовый выход и стабильность простейшей модели, имитирующей перенос электронов", - сказал российский ученый.

Возможность применения энергетических систем на основе фотосинтеза в секторе энергетики активно изучается лабораторией Аллахвердиева. Научные основы производства водорода - одно из направлений исследований. Солнце обеспечит энергию, а солнечный свет - протоны и электроны. Этот процесс называется кислородным фотосинтезом. Специалист говорит, что оба способа совершенно бесплатны, а первый оптимизирован природой на протяжении многих миллионов лет.

Российские ученые также ищут новые способы использования солнечной энергии таким образом, чтобы минимизировать применение тяжелых и редких металлов в фотокаталитических процессах. Это, в частности, поможет решить проблему чрезмерного насыщения атмосферы парниковыми газами. По словам Аллахвердиева, трудно предсказать время появления энергетических установок на основе фотосинтеза, однако ученые готовят почву для решения этой проблемы.

Аллахвердиев подчеркивает, что эффективное использование солнечного света и воды, а также создание перспективных искусственных фотосинтетических систем и открытие катализатора для получения экологически чистого молекулярного водорода - все это области исследований, от которых зависит будущее человечества. Он считает, что, несмотря на все трудности, связанные с созданием этих систем, важно продолжать работать над их развитием, сообщают РИА Новости.
Источник: ria.ru