Planten Gebruiken Kwantumfysica Om Te Overleven

{h1}

Planten en paarse bacteriën kunnen de principes van de kwantumfysica gebruiken om licht te oogsten in fotosynthese en te overleven, zeggen natuurkundigen.

Mensen kunnen niet tegelijkertijd teleporteren of op meerdere plaatsen verblijven - maar de kleinste deeltjes materie wel.

Deze griezelige kwantumeffecten zijn traditioneel alleen bestudeerd en geobserveerd onder de strikt gecontroleerde omstandigheden van een fysisch laboratorium. Dat wil zeggen, totdat sommige wetenschappers suggereerden dat dergelijke raarheid ook voorkomt in natte en vochtige biologische systemen.

In de afgelopen jaren heeft deze hypothese meer en meer steun gekregen, met een nieuwe studie gedetailleerd in het tijdschrift Science, waarin wordt gesuggereerd dat planten op dergelijke natuurkunde kunnen vertrouwen om te overleven. [De 9 grootste onopgeloste mysteries in de natuurkunde]

Het meest efficiënte pad

Planten zijn in staat om maar liefst 95 procent van het zonlicht te oogsten dat ze opnemen, waardoor deze zonne-energie onmiddellijk wordt omgezet in chemische energie, in een miljoenste miljardste seconde, in een proces dat fotosynthese wordt genoemd.

De nieuwe Science-studie over paarse bacteriën, die ook fotosynthetiseren, geeft meer steun aan het idee dat planten kwantummechanica gebruiken om deze bijna perfecte efficiëntie te bereiken. Een truc van de kwantumfysica, coherentie genoemd, suggereren de onderzoekers, helpt de energie van de elementaire lichtdeeltjes, fotonen genaamd, om de meest efficiënte weg te vinden naar het zogenaamde reactiecentrum van een plant (of paarse bacterie), waar de energie van het licht de brandstof voedt. reactie die koolhydraten produceert.

Op een fysiek systeem zou de samenhang kunnen worden geïllustreerd met een paar slingers die continu energie overdragen van de een naar de ander, achterwaarts en voorwaarts, in een coherente, cyclische modus.

Wanneer een foton moleculen in een cel exciteert, springt de energie niet door het systeem, maar volgt het verschillende energiebanen tegelijk en zoekt tegelijkertijd naar de meest efficiënte manier in het reactiecentrum waar de chemische reactie feitelijk plaatsvindt.

Dit staat bekend als het kwantumprincipe van superpositie, of op hetzelfde moment op veel verschillende plaatsen.

Kwantumeffecten in de natuur

Coherentie is eerder vermoed en geëxperimenteerd in levende systemen, toen onderzoekers extreem korte maar intense laserpulsen afvuren op meerdere moleculen van een fotosynthetisch organisme - een paarse bacterie genaamd Rhodopseudomonas acidophila dat past precies dezelfde principes van licht oogsten toe om te overleven als planten - en volgde de stroom van energie door zijn systeem. [Twisted Physics: 7 Mind-Blowing Findings]

Het nieuwste onderzoek, geleid door Niek van Hulst van het Instituut voor Fotonische Wetenschappen in Castelldefels, Spanje, ging een stap verder.

"Eerdere studies hebben experimenten gedaan waarbij ze miljoenen moleculen hadden in hetzelfde volume dat ze aan het meten waren," vertelde co-auteur van de nieuwe studie, Richard Cogdell van de Universiteit van Glasgow, aan WordsSideKick.com.

"De kwantumeffecten waren te zien, maar ze waren nogal zwak. En we wisten nooit of het was omdat ze zwak waren of omdat elk van de individuele moleculen enigszins uit fase met elkaar was, dus interfereerden ze op een manier die je niet had zie de samenhang van kwantumgedrag. "

Voor de nieuwe tests gebruikten de wetenschappers opnieuw paarse bacteriën, maar deze keer schoot laserflitsen op een enkele molecule in plaats van veel moleculen tegelijkertijd te gebruiken.

De licht-oogstende complexen van de bacteriën zijn gerangschikt in een patroon van aangrenzende ringen, of moleculen die een licht-oogst complex vormen. In het organisme verzamelden de ringen zich samen, maar de onderzoekers isoleerden individuele ringen en legden ze buiten de bacterie op een oppervlak. Wanneer een foton in contact komt met een geïsoleerde ring, wordt een deel ervan uitgestraald als fluorescentie - een vorm van natuurlijke luminescentie - wat in wezen de spontane overdracht van energie is van een hoogenergieniveau naar een lager energieniveau.

De onderzoekers merkten dat de hoeveelheid fluorescentie niet constant bleef: het bleef stijgen en dalen, "oscillerend tussen de hoge toestand en een lage toestand, wat deze coherente oscillatie is", zei Cogdell.

Die oscillatie suggereert dat het laserlicht bijna onmiddellijk de meest efficiënte energiebaan naar het reactiecentrum kon vinden - ondanks de zeer variabele omstandigheden van een biologisch systeem.

"Dit soort samenhang is al eerder in fysieke systemen waargenomen, maar alleen bij zeer lage temperaturen en zeer goed gedefinieerde gecontroleerde omstandigheden," zei Cogdell. "De verrassing is dat je deze effecten kunt zien in natte, rommelige biologische systemen bij kamertemperatuur, dat is de opmerkelijke bevinding, dat je het in de biologie kunt vinden."

Greg Engel, een hoogleraar scheikunde aan de universiteit van Chicago, die niet betrokken was bij de studie, vertelde WordsSideKick.com dat het meest opwindende element van het onderzoek was "het gordijn de rug toe te keren" en te leren hoe de overdracht van fotosynthetische energie echt werkt. "De auteurs wijzen ons op nieuwe ontwerpprincipes voor het beheersen van de stroom van energie door moleculaire systemen," zei Engel.

Als eenmaal duidelijk is welke factoren de frequentie van de coherentie beïnvloeden en of het mogelijk is om deze te variëren, kunnen de bevindingen leiden tot een verhoging van de efficiëntie van het lichtopbrengingsproces, zei Cogdell.

En die prestatie zou de weg kunnen banen naar veel efficiëntere fotovoltaïsche cellen om elektriciteit te genereren, met behulp van kunstmatige fotosynthese, waarbij het extra-efficiënte proces wordt nagebootst dat mogelijk in elk enkel, zacht groen blad gebeurt.

Volg Katia Moskvitch op tjilpen @SciTech_Cat. Volg ons @wordssidekick, Facebook & Google+. Oorspronkelijk artikel over WordsSideKick.com.


Video Supplement: Structurele Resonantie Afstemming - Hoe jij verantwoordelijkheid bent voor de shit in deze wereld....




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com