Ученые наконец поняли, как начинается фотосинтез, запустив его с одного фотона

Свет является основой почти всей жизни на Земле. Используя энергию солнца, растения, водоросли и некоторые бактерии создают сложные молекулы сахара, которые служат основой для большинства пищевых цепей в природе. Но особенности этой питающей мир химической реакции до сих пор оставались загадкой.

Впервые исследователи наблюдали старт фотосинтеза с одного фотона, сообщили в Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (США). Научная статья с результатами вышла в Nature.

Когда свет попадает на хлоропласт растения — своеобразную сахарную фабрику, — последний поглощает энергию поступающих фотонов и использует ее для превращения углекислого газа и воды в глюкозу и кислород благодаря пигменту под названием хлорофилл. Передавать энергию через хлоропласты помогают возбужденные электроны. Хлоропласты должны быть очень чувствительны к свету — растения могут фотосинтезировать даже в тени, а фотоны в солнечном луче относительно рассеяны. Ученые предположили, что для запуска процесса требуется очень небольшое количество фотонов.

В новом исследовании авторы изучали пурпурные фотосинтезирующие бактерии, которые имеют общего предка с современными растениями и водорослями. Ученые создали источник фотонов, который испускает только по две частицы за раз. Во время каждого теста первый излучаемый фотон поглощался сверхчувствительным детектором, а другой попадал в эквивалент хлоропласта, которые есть у бактерий. И действительно — когда один-единственный фотон достиг своей цели, начался фотосинтез.

Исследователи провели этот тест более 1,5 миллиона раз, чтобы убедиться, что фотон, а не какая-то внешняя сила, запускал химическую реакцию. Это подтвердило, что для запуска фотосинтеза достаточно всего одной частицы света.