Нова модель фотосинтезу вивела еволюційний принцип, згідно з яким рослинність, яка живиться світлом не може бути іншого кольору, крім як зеленого. І це правило діє у всьому Всесвіті.
Земні рослини зелені тому, що їх фотосинтетичні пігменти відбивають зелене світло. При цьому на даних довжинах хвиль передається набагато більше енергії. Чому ж рослини їх «відкидають»? Вчені, нарешті, знайшли відповідь.
Рослини поглинають майже всі фотони в червоній, а також синіх областях спектру, і тільки близько 90% – в зеленій. Якби вони поглинали більше зеленого спектра, то виглядали б чорними. Але це марнотратно – упускати енергію, якою харчуєшся, тим більше що зелена частина спектра – найбільш «калорійна».
Існує припущення, що зелене світло може бути надто потужним для рослин, через що може завдавати шкоди. Це дійсно так – отримано вичерпну відповідь. При цьому вчені не очікували, що створена ними модель також передбачить колір фотосинтетичних форм життя на інших планетах.
В ході дослідження було виявлено еволюційний принцип, що керує організмами, які харчуються світлом, та може застосовуватися у всьому Всесвіті – стабільність важливіша від ефективності.
Натаніель Габор, фізик з Університету Каліфорнії в Ріверсайді, вивчаючи процес поглинання світла вуглецевими нанотрубками, задумався над тим, як повинен виглядати ідеальний сонячний колектор, що вбирає максимум енергії сонячного спектра.
Щоб зрозуміти, чому рослини відбивають зелене світло, Габор і команда вчених, до якої входив, зокрема, ботанік Річард Когделл з Університету Глазго, уважно вивчили, що відбувається під час фотосинтезу.
- Дослідження пояснило, чому деякі люди завжди хочуть їсти
- Астрономи спробували спрогнозувати найбільш ймовірні сценарії загибелі Землі
- Вчені наблизилися до створення нейроморфних комп’ютерів
Перший етап фотосинтезу відбувається в хлорофілу, які, немов антени, поглинають світло і передають енергію в реакційний центр, де виробляється хімічна енергія, необхідна для клітин. Ефективність даної квантово-механічної стадії фотосинтезу майже ідеальна – все світло, що поглинається перетвориться в електрони.
Але «антенний комплекс» знаходиться в постійному русі. «Рух впливає на те, як енергія тече крізь пігменти, через що з’являється шум, а ефективність знижується». На ефективність також впливає інтенсивність світла, що падає на рослини.
Природно, заради безпеки коливань слід уникати, вважаючи за краще постійне введення електричної енергії в поєднанні з постійним виходом хімічної енергії.
Простіше кажучи, збір пікової енергії в зеленому спектрі світла шкідливий для рослин: коли сонячне світло мерехтить, шум вхідного сигналу буде занадто сильно коливатися, а система не зможе регулювати потік енергії.
Для безпечного та стабільного виходу енергії пігменти фотосистеми повинні бути дуже точно налаштовані. Набагато більш стабільні потоки енергії знаходяться на кінцях сонячного спектра, а не в середині, – в червоної та синьої. Схоже, що фотосинтез у рослин розвивався не для максимальної ефективності, а для отримання рівномірного і безпечного живлення.