การสังเคราะห์ด้วยแสงดำเนินการโดยเครื่องจักรระดับโมเลกุลที่ฝังอยู่ในเยื่อหุ้มภายในเซลล์พืชและแบคทีเรียบางชนิด เช่นเดียวกับปฏิกิริยาเคมีทั้งหมด มันอาศัยการกระทำของอิเล็กตรอนในพืชสีเขียว อนุภาคแสงจะถูกดูดซับโดยโมเลกุลของเม็ดสี ซึ่งส่วนใหญ่คือคลอโรฟิลล์ ซึ่งพบในใบไม้ อนุภาคแสงหรือโฟตอนที่เข้ามาช่วยเพิ่มอิเล็กตรอนในคลอโรฟิลล์ให้อยู่ในสถานะเคลื่อนที่ เมื่อตื่นเต้นแล้ว อิเล็กตรอนจะถูกส่งจากคลอโรฟิลล์ไปยังโมเลกุล “ตัวรับ” ที่อยู่ใกล้เคียงอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนเป็นชุดๆ การย้ายจากโมเลกุลหนึ่งไปยังอีกโมเลกุลหนึ่ง ในที่สุดอิเล็กตรอนก็มาถึง “ศูนย์กลางปฏิกิริยา” ซึ่งพลังงานจะถูกแปลงเป็นรูปแบบที่เซลล์สามารถใช้เพื่อสร้างคาร์โบไฮเดรตได้
เป็นการถ่ายโอนพลังงานเริ่มต้นที่เกือบจะทันที
ทันใดซึ่งมีประสิทธิภาพอย่างน่าทึ่ง นักวิทยาศาสตร์ประเมินว่ามากกว่า 95 เปอร์เซ็นต์ของพลังงานในแสงที่กระทบใบไม้จะไปถึงศูนย์ปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยแสง แม้ว่าแต่ละขั้นตอนทางชีวเคมีที่ตามมาจะเพิ่มการสูญเสียพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ แต่ขั้นตอนแรกในกระบวนการเข้าใกล้อุดมคติของโฟตอนที่นำไปสู่การถ่ายเทอิเล็กตรอนหนึ่งตัวอย่างใกล้ชิด
แบบจำลองการสังเคราะห์ด้วยแสงรุ่นก่อนๆ สันนิษฐานว่าพลังงานแสงที่เก็บไว้ในอิเลคตรอนที่ถูกกระตุ้นจะเข้าสู่ศูนย์กลางปฏิกิริยาผ่านการกระโดดแบบสุ่ม อนุภาคจะเคลื่อนที่เป็นขั้นเป็นตอนเพื่อลดระดับพลังงานลงเรื่อยๆ แต่นักวิทยาศาสตร์บางคนที่ต้องการอธิบายพลังงานที่มีประสิทธิภาพสูงของพืชได้พิจารณาแนวคิดที่ว่าพืชอาจมีวิธีใช้ประโยชน์จากพฤติกรรมควอนตัมของอิเล็กตรอน
ในโลกควอนตัมที่แปลกประหลาด อนุภาคสามารถทำตัวเหมือนคลื่นได้ แทนที่จะเคลื่อนที่จากคลอโรฟิลล์ตัวหนึ่งไปยังอีกตัวหนึ่ง อิเล็กตรอนสามารถดำรงอยู่เป็นเมฆพลังงานที่หมุนวน กระแทกไปมาระหว่างโมเลกุล ในสภาวะที่เหมือนคลื่นนี้ อิเล็กตรอนจะเชื่อมต่อหรือเชื่อมต่อกัน และทำหน้าที่ในลักษณะที่ประสานกัน ดังนั้นการกระตุ้นจึง “เลื่อนไปมา” ระหว่างโมเลกุล เฟลมมิงกล่าว
นักวิทยาศาสตร์ตั้งทฤษฎีว่าสิ่งนี้และผลกระทบทางควอนตัมอื่นๆ
อาจช่วยให้การเคลื่อนที่ของพลังงานมีประสิทธิภาพมากขึ้น แต่ประสบปัญหาในการพยายามจับหลักฐานของผลกระทบดังกล่าวในห้องปฏิบัติการ ในโลกคลาสสิก โมเลกุล A หรือ B ต่างก็ตื่นเต้น และนักวิทยาศาสตร์สามารถติดตามการถ่ายโอนสิ่งเร้าได้โดยการวัดการเปลี่ยนแปลงในโมเลกุลเมื่อเวลาผ่านไป แต่ในโลกควอนตัม สิ่งต่าง ๆ ดูเหมือนจะมีอยู่ในหลายสถานะ ทำให้การวัดมีความซับซ้อนมากขึ้น นอกเหนือจากการวัดการเปลี่ยนแปลงของการกระตุ้นใน A และ B เมื่อเวลาผ่านไป นักวิทยาศาสตร์ต้องการวิธีการวัดการกระตุ้นพร้อมกันของ A และ B ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของผลควอนตัมที่เรียกว่าการเชื่อมโยงกัน
ในปี พ.ศ. 2548 เฟลมมิงและเพื่อนร่วมงานของเขาได้พัฒนาวิธีในการจับภาพการกระตุ้นหรือการสั่นพร้อมกันเหล่านี้ในโปรตีนสังเคราะห์แสงที่พบในแบคทีเรียกำมะถันสีเขียว นักวิทยาศาสตร์ใช้แสงเลเซอร์ที่เร็วมากฉายตัวอย่างด้วยแสงสามจังหวะจากลำแสงที่แตกต่างกันเพื่อกระตุ้นการดูดซับและถ่ายโอนพลังงาน จากนั้นจะส่งพัลส์ที่สี่เพื่อขยายสัญญาณ
ระยะเวลาของแสงวาบทำให้นักวิทยาศาสตร์ติดตามการไหลของพลังงานในสองมิติ โดยเฝ้าดูในเวลาและอวกาศขณะที่มันเคลื่อนจากคลอโรฟิลล์หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง
วิธีนี้ช่วยให้ติดตามสถานะการสั่นของระบบได้ โดยติดตามความยาวคลื่นต่างๆ เพื่อดูว่าเป็นช่วงที่นักวิทยาศาสตร์เรียกว่า “in phase” หรือไม่ เมื่ออนุภาคจำนวนมาก เช่น อิเล็กตรอน เคลื่อนที่ในเฟส อะตอมทั้งหมดจะเคลื่อนที่ หมุน และเอียงพร้อมกัน ระบบดังกล่าวอยู่ในสภาพที่เชื่อมโยงกัน
ไม่แน่ใจว่าเขาจะพบพฤติกรรมคล้ายคลื่นดังกล่าวในแบคทีเรียสังเคราะห์แสง แต่เฟลมมิงคิดว่าเป็นไปได้ “สิ่งที่เปลี่ยนไปคือเราสามารถหยุดพิจารณา [ผลควอนตัม] ว่าเป็นไปได้ แล้ววัดมันจริง ๆ” เฟลมมิงกล่าว
ในปี 2550 postdoc ที่มีสายตาเฉียบคมโดยใช้เทคนิคเลเซอร์สองมิติได้ตรวจพบลายเซ็นที่บอกเล่าในตัวอย่างแบคทีเรียกำมะถันสีเขียวหลังจากใช้เลเซอร์ระเบิด
เมื่อนักวิทยาศาสตร์ทำการทดลองซ้ำ ข้อมูลของพวกเขาแสดงให้เห็นว่าการแกว่งมาบรรจบกันและรบกวนอย่างสร้างสรรค์ ก่อให้เกิดการเคลื่อนที่เหมือนคลื่นของพลังงานที่ไหลผ่านระบบ
ทีมงานของเฟลมมิงซึ่งเผยแพร่ในวารสารNatureตั้งข้อสังเกตว่าการเชื่อมโยงกันของควอนตัมสามารถอธิบายถึงประสิทธิภาพสูงสุดของการสังเคราะห์ด้วยแสงได้โดยการทำให้อิเล็กตรอนสามารถสุ่มตัวอย่างเส้นทางที่เป็นไปได้ทั้งหมดไปยังศูนย์กลางปฏิกิริยาและเลือกเส้นทางที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด ( SN: 4/14/07, p. 229 ). แทนที่จะกระโดดจากโมเลกุลหนึ่งไปยังอีกโมเลกุลหนึ่งในลักษณะทีละขั้นตอน อิเล็กตรอนสามารถลองใช้เส้นทางต่างๆ เพื่อค้นหาเส้นทางที่มีความต้านทานน้อยที่สุด
เกมส์ออนไลน์แนะนำ >>> แทงบอลออนไลน์
