Един от най-изучаваните химични процеси в природата - фотосинтезата - може би не работи точно така, както сме си мислили, откриха учени.

Фотосинтезата е процесът, при който растенията, водораслите и някои бактерии превръщат въглеродния диоксид и водата в кислород и захари, които се използват като енергия. За тази цел организмите използват слънчевата светлина, за да окислят или да отнемат електрони от водата и да редуцират или да дадат електрони на молекулите на въглеродния диоксид. Тези химични реакции изискват фотосистеми - белтъчни комплекси, които съдържат хлорофил - пигмент, който поглъща светлината и придава зеления цвят на листата на растенията и водораслите - за прехвърляне на електрони между различни молекули.

В новото изследване, публикувано на 22 март в списание Nature, изследователите използват нова техника, известна като ултрабърза преходна абсорбционна спектроскопия, за да проучат за първи път как работи фотосинтезата във времева скала от една квадрилионна част от секундата (0.000000000000001 секунда). Първоначално екипът се опитва да разбере как хиноните - пръстеновидни молекули, които могат да крадат електрони по време на химични процеси - влияят на фотосинтезата. Но вместо това изследователите откриват, че електроните могат да се освобождават от фотосистемите много по-рано по време на фотосинтезата, отколкото учените досега са смятали за възможно.

"Мислехме, че просто използваме нова техника, за да потвърдим това, което вече знаем", казва в изявление съавторът на изследването Джени Джан, биохимик, специализирал в областта на фотосинтезата в Университета в Кеймбридж, Англия. "Вместо това открихме изцяло нов път и отворихме още малко черната кутия на фотосинтезата."

По време на фотосинтезата се използват две фотосистеми: фотосистема I (PSI) и фотосистема II (PSII). PSII основно осигурява електрони на PSI, като ги взема от молекулите на водата. След това PSI допълнително възбужда електроните, преди да ги освободи, за да бъдат предадени на въглеродния диоксид за създаване на захари чрез поредица от сложни стъпки.

Предишни изследвания сочеха, че белтъчното скеле в PSI и PSII е много плътно, което спомага за задържането на електроните в тях, преди да бъдат предадени там, където са необходими. Но новата техника за ултрабърза спектроскопия разкри, че белтъчното скеле е "по-пропускливо" от очакваното и че някои електрони могат да избягат от фотосистемите почти веднага след поглъщането на светлината от хлорофила във фотосистемите. Следователно тези електрони могат да достигнат до местоназначението си по-бързо от очакваното.

"Новият път за пренос на електрони, който открихме тук, е напълно изненадващ", казва Джан. "Не знаехме толкова много за фотосинтезата, колкото си мислехме, че знаем."

Изтичането на електрони е наблюдавано както в изолирани фотосистеми, така и в "живи" фотосистеми във вътрешността на цианобактериите.

В допълнение към пренаписването на това, което знаем за фотосинтезата, откритието отваря нови пътища за бъдещи изследвания и биотехнологични приложения. Екипът вярва, че чрез "хакване" на фотосинтезата, за да се освободят повече от тези електрони на по-ранни етапи, процесът може да стане много по-ефективен, което би могло да помогне за създаването на растения, които са по-устойчиви на слънчева светлина, или да бъдат възпроизведени изкуствено за създаване на възобновяеми енергийни източници, които да помогнат в борбата с изменението на климата, според изявлението. Въпреки това са необходими още много изследвания, преди това да се случи.

Снимка: Unsplash

Виж още: Neuralink е провалът на Илон Мъск, за който той не иска да разберете