Różności i nowinki technologia

Dlaczego rośliny są zielone? Odpowiedź może działać na każdej planecie

Z dużych drzew od amazońskiej dżungli po rośliny doniczkowe i wodorosty w oceanie – kolor zielony panuje nad królestwem roślin. Dlaczego zielony – a nie niebieski, magenta czy szary? Prosta odpowiedź jest taka, że ​​chociaż rośliny absorbują prawie wszystkie fotony w czerwonych i niebieskich obszarach widma światła, pochłaniają tylko około 90 procent zielonych fotonów. Gdyby wchłonęli więcej, naszym oczom wydawałyby się czarne. Rośliny są zielone, ponieważ niewielka ilość światła, które odbijają, ma ten kolor.

Oryginalna historia przedrukowana za zgodą Quanta Magazine, niezależna od redakcji publikacja Fundacji Simonsa, której misją jest zwiększanie zrozumienia nauki przez społeczeństwo poprzez omawianie postępów badawczych i trendów w matematyce oraz naukach fizycznych i przyrodniczych.

Ale wydaje się to niezadowalająco marnotrawstwem, ponieważ większość energii, którą promieniuje słońce, znajduje się w zielonej części widma. Kiedy biolodzy naciskali na dalsze wyjaśnienia, czasami sugerowali, że zielone światło może być zbyt silne, aby rośliny mogły go używać bez szkody, ale przyczyna nie została wyjaśniona. Nawet po dziesięcioleciach badań molekularnych maszyn do zbierania światła w roślinach, naukowcy nie byli w stanie ustalić szczegółowego uzasadnienia dla koloru roślin.

Ostatnio jednak na łamach Naukawreszcie naukowcy udzielili pełniejszej odpowiedzi. Zbudowali model, aby wyjaśnić, dlaczego maszyny fotosyntetyczne roślin marnują zielone światło. Nie spodziewali się, że ich model wyjaśni również kolory innych fotosyntetycznych form życia. Odkrycia wskazują na ewolucyjną zasadę rządzącą organizmami zbierającymi światło, która może mieć zastosowanie w całym wszechświecie. Dają też lekcję, że – przynajmniej czasami – ewolucji mniej zależy na sprawieniu, by systemy biologiczne były wydajne, niż na utrzymaniu ich stabilności.

Tajemnica koloru roślin to ta, na którą natknął się Nathaniel Gabor, fizyk z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside, lata temu, kończąc doktorat. Ekstrapolując wyniki swojej pracy nad pochłanianiem światła przez nanorurki węglowe, zaczął myśleć o tym, jak wyglądałby idealny kolektor słoneczny, który pochłaniałby szczytową energię z widma słonecznego. „Powinieneś mieć to wąskie urządzenie, aby uzyskać największą moc zielonego światła” – powiedział. „I wtedy od razu przyszło mi do głowy, że rośliny postępują odwrotnie: wypluwają zielone światło”.

Nathaniel Gabor, fizyk z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside, i jego koledzy opracowali model zbierania światła w organizmach fotosyntetycznych, który optymalizuje redukcję „szumu” nad wydajnością.Dzięki uprzejmości UC Riverside

W 2016 roku Gabor i jego koledzy wymodelowali najlepsze warunki dla komórki fotoelektrycznej regulującej przepływ energii. Aby jednak dowiedzieć się, dlaczego rośliny odbijają zielone światło, Gabor i zespół, w skład którego wchodził Richard Cogdell, botanik z Uniwersytetu w Glasgow, przyjrzeli się bliżej temu, co dzieje się podczas fotosyntezy, jako problemowi teorii sieci.

Pierwszy etap fotosyntezy zachodzi w kompleksie zbierającym światło, siatce białek, w której osadzone są pigmenty, tworząc antenę. Pigmenty – chlorofile w roślinach zielonych – pochłaniają światło i przekazują energię do centrum reakcji, gdzie inicjowana jest produkcja energii chemicznej na użytek komórki. Wydajność tego kwantowo-mechanicznego pierwszego etapu fotosyntezy jest prawie doskonała – prawie całe pochłonięte światło jest przekształcane w elektrony, których system może wykorzystać.

Ale ten kompleks antenowy wewnątrz komórek stale się porusza. – To jest jak Jell-O – powiedział Gabor. „Te ruchy wpływają na przepływ energii przez pigmenty” i powodują hałas i nieefektywność systemu. Szybkie wahania intensywności padającego na rośliny światła – na przykład spowodowane zmianami w odcieniu – również powodują hałas na wejściu. W przypadku ogniwa najlepszy jest stały dopływ energii elektrycznej w połączeniu ze stałym wyjściem energii chemicznej: zbyt mała liczba elektronów docierająca do centrum reakcji może spowodować awarię energii, podczas gdy „zbyt duża ilość energii spowoduje wolne rodniki i wszelkiego rodzaju efekty przeładowania” że uszkadzają tkanki, powiedział Gabor.

Gabor i jego zespół opracowali model systemu zbierania światła przez rośliny i zastosowali go do widma słonecznego mierzonego poniżej korony liści. Ich praca wyjaśniła, dlaczego to, co działa w przypadku ogniw słonecznych z nanorurkami, nie działa w przypadku roślin: wyspecjalizowanie się w gromadzeniu tylko energii szczytowej w świetle zielonym może być bardzo wydajne, ale byłoby to szkodliwe dla roślin, ponieważ gdy światło słoneczne migotało, Szum sygnału wejściowego wahałby się zbyt gwałtownie, aby kompleks mógł regulować przepływ energii.

Ilustracja: Samuel Velasco / Quanta Magazine

Zostaw komentarz

Maciek Luboński
Z wykształcenia jestem kucharzem , ale to nie przeszkadza mi pisać dla Was tekstów z wielu ciekawych dziedzin , których sam jestem fanem.Piszę dużo i często nie na tak jak trzeba , ale co z tego skoro tak naprawdę liczy się pasja.

Najlepsze recenzje

Video

gallery

Facebook