Bilim insanları, fotosentez alanında çığır açan bir keşifte bulunarak süreci başlatmak için tek bir ışık fotonunun yeterli olduğunu ortaya çıkardılar. ABDli araştırmacılardan oluşan bir ekip, tek başına bir fotonun Rhodobacter sphaeroides adlı mor bir bakteride fotosentezi tetikleyebileceğini gösterdi.
Araştırmacılar, tüm fotosentetik organizmaların, evrimsel bir ataya ve benzer süreçlere sahip olması nedeniyle bunun bitkiler ve alglerde de geçerli olduğundan eminler. Bu bulgu, sadece fotosentez anlayışımızı genişletmekle kalmıyor, aynı zamanda kuantum fiziği ile karmaşık biyolojik, kimyasal ve fiziksel sistemlerin kesişimine de ışık tutuyor.
Ekip, mor bakterilerde bulunan ve belirli bir dalga boyunda fotonları emebilen ışık hasadı 2 (LH2) kompleksine odaklandılar. Özel araçlar kullanarak kendiliğinden parametrik aşağı dönüşüm adı verilen bir süreçle daha yüksek enerjili bir fotondan iki düşük enerjili foton üreten bir foton kaynağı oluşturdular. Deney sırasında “haberci” olarak bilinen ilk foton, eş fotonun gelişini gösteren hassas bir dedektör kullanılarak tespit edildi.
Eş foton, daha sonra mor bakterinin bir laboratuvar örneğinde LH2 molekülleri ile etkileşime girdi. 800 nanometre dalga boyuna sahip bir foton, LH2 moleküllerinden oluşan bir halkaya çarptığında, enerji ikinci bir halkaya aktarıldı ve 850 nanometre dalga boyuna sahip flüoresan fotonlar yaymaya başladı.
850 nanometre dalga boyuna sahip bir fotonun bulunması, fotosentez sürecinin başladığını doğruladı. 17,7 milyardan fazla haberci foton algılama olayı ve 1,6 milyon floresan foton algılama olayı, bir olasılık dağılım modeli ve bir bilgisayar algoritması kullanılarak analiz edildi. Sonuçların yalnızca tek foton soğurulmasından kaynaklandığından emin olundu. Bu araştırma önemli, çünkü fotosentez sırasında tek tek fotonların davranışlarına dair içgörüler sağlıyor, bununla birlikte sürdürülebilir enerji üretimi ve uzay keşfi için etkileri olabilecek yapay fotosentez tekniklerinin geliştirilmesi için değerli bilgiler sunuyor.
Çalışma, nadiren örtüşen kuantum optiği ve biyoloji alanları arasındaki bir iş birliğini temsil ediyor. Araştırmacılar, mümkün olan en küçük zamansal ve mekansal ölçeklerde, fotosentetik kompleks boyunca bireysel fotonlardan enerji transferini daha fazla araştırmayı hedefliyor. Bilim insanları, canlı sistemlerin kuantum özelliklerini kavrayarak yenilenebilir yakıtlar üreten verimli yapay sistemler geliştirmeyi umuyorlar.
Nature dergisinde yayımlanan bulgular, fotosentez alanında gelecekte yapılacak araştırmalar ve teknolojik ilerlemeler için heyecan verici olanaklar sunuyor.
Derleyen: Merve Nur Sözen
