光合作用只需要一个光子

来源:参考消息网

参考消息网8月16日报道据美国《大众机械》月刊网站6月15日报道，研究人员终于证明了启动光合作用需要什么。

科学家利用生物学和量子物理学领域的技术，追踪了光子与进行光合作用的细胞之间的相互作用过程。

研究人员证实，只需要一个光子就能启动这个反应。

光合作用看上去甚至有几分像魔法。让植物处在阳光下，就能产生它生存、生长和繁殖所需的能量。看上去光与化学的简单结合似乎不应该能够做到这一点。

但是显然这是可以做到的。我们甚至早就知道了其中的大致原理——太阳的光子(或者植物生长灯)击中植物叶片中的叶绿素并引起化学反应。这种反应将水和二氧化碳转化为葡萄糖，然后再转化为植物生长所需的化学能。

不过，有意思的是，我们直到最近才知道到底需要什么来触发这一反应。我们之前有过预测——基于整个过程的运作方式，我们的判断是只需要一个光子就可以启动整个光合作用过程。我们还做了一些测试，不过，许多测试是用激光完成的，而激光与阳光有着本质上的不同。但我们一直不能肯定其中的机制，直到现在才证明了这一点。

研究人员就这一主题撰写了研究报告，报告的主要作者之一格雷厄姆·弗莱明说：“无论在理论上还是实验上，为了弄清楚光子被吸收后发生了什么，世界各地的科研人员做了大量的工作。不过我们意识到，没有人在谈论这个过程的第一步。这仍然是一个需要详细解答的问题。”

报告的第一作者李全伟说：“之前没有人能够通过演示来支持这一假设(即一个光子就能启动整个光合作用过程)。”

于是，弗莱明、李全伟以及团队中的其他成员开始回答这个问题。但是要做到这一点，他们需要能够不仅确保只有一个光子在发挥作用，还要追踪这个光子的动向(理论上讲，光子能够以光速移动)。

解决办法是设置一种能成对产生光子的光子源。在两个光子形成的过程中，研究人员会观察到一个“信使”光子，这时他们会留意波长略有不同的另一个光子。

弗莱明说：“如果只得到一个光子，就非常容易错过它。这也正是这个实验最根本的难点，正因为如此，我们使用了信使光子。”

在波长不同的另一个光子被发现的那一刻，研究人员知道他们的假设已经得到了证实：只需要一个光子就能激发光合反应全过程(当然，他们多次重复了这个实验)。研究人员说，这一实验尤其激动人心的地方在于光合作用与量子力学之间的重叠。

报告的另一位主要作者比吉塔·惠利说：“对研究光合作用的人来说，这是新的发现，因为他们通常不会使用这样的工具，对量子光学领域的研究人员来说，这也是新的发现，因为我们通常不会想到把这些技术应用于复杂的生物系统。”

她说：“接下来的事情是，我们还能做些什么？”