الباحثون في مختبر المسرع الوطني SLAC ومختبر لورانس بيركلي الوطني (جنبًا إلى جنب مع المتعاونين في السويد وألمانيا والمملكة المتحدة) إلقاء ضوء جديد في الخطوة الأخيرة من عملية التمثيل الضوئي. لاحظوا بالتفصيل الذري كيف يخضع نظام Photosystem II ، وهو مركب بروتيني موجود في النباتات ، لعملية تحول تؤدي إلى فقدان ذرة أكسجين إضافية. يعتقد العلماء أن الاكتشافات ستساعد في توفير خارطة طريق لتحسين مصادر الطاقة النظيفة. قال أوي بيرجمان ، العالم والأستاذ بجامعة ويسكونسن ماديسون ، الذي شارك في تأليف الورقة البحثية: “سيغير حقًا طريقة تفكيرنا في نظام الصور الثاني”.
التقط الباحثون “صورًا عالية الدقة للغاية” لمراحل مختلفة من العملية (في درجة حرارة الغرفة) ، مما أعطاهم نظرة ثاقبة جديدة حول كيفية ومكان إنتاج الأكسجين على وجه التحديد. يمكن أن تقدم لعبة البيسبول استعارة بسيطة (إذا كانت قسرية إلى حد ما) لتوضيح العملية. يوضح SLAC أن “المركز يمر عبر أربع حالات أكسدة مستقرة ، تُعرف باسم S0 إلى S3 ، عند تعرضها لأشعة الشمس”. “في ملعب البيسبول ، ستكون S0 هي بداية اللعبة عندما يكون اللاعب الموجود في المنزل جاهزًا للعب المضرب. سيكون S1-S3 لاعبين في الأول والثاني والثالث “. بناءً على هذه الاستعارة ، يشير الخليط الذي يتصل بالعدائين إلى الأمام إلى أن المركب يمتص فوتونًا من ضوء الشمس. “عندما تضرب الكرة الرابعة ، ينزلق اللاعب إلى المنزل ، ويسجل جولة أو ، في حالة نظام الصور الثاني ، يطلق جزيء واحد من الأكسجين القابل للتنفس.” إنها تلك المرحلة الأخيرة (S4 ، بين القاعدة الثالثة والمنزل المنزلق في استعارتنا) التي صوروها لأول مرة ، حيث تترابط ذرتان من الأكسجين لتحرير جزيء الأكسجين ، مما يكشف عن خطوات إضافية لم نرها من قبل.
يوضح الفيديو أدناه عملية الفريق واكتشافاته.
قال فيتال ياتشاندرا ، العالم في مختبر بيركلي والمؤلف المشارك للورقة البحثية: “تحدث معظم العمليات التي تنتج الأكسجين القابل للتنفس في هذه الخطوة الأخيرة” ، نشرت في طبيعة. “ولكن هناك العديد من الأشياء التي تحدث في أجزاء مختلفة من نظام الصور الثاني ويجب أن يجتمعوا جميعًا في النهاية حتى ينجح رد الفعل. تمامًا كما هو الحال في لعبة البيسبول ، تؤثر عوامل مثل موقع الكرة وموضع لاعب القاعدة ولاعبي الميدان على الحركات التي يتخذها اللاعب للوصول إلى قاعدة المنزل ، تؤثر بيئة البروتين حول المركز التحفيزي على كيفية حدوث هذا التفاعل “.
يتوقع الباحثون ترقية الأشعة السينية في وقت لاحق من هذا العام لإلقاء مزيد من الضوء على العملية. سيستخدم معدل تكرار يصل إلى مليون نبضة في الثانية ، ارتفاعًا من 120 نبضة في الثانية المستخدمة في هذه التجربة. قال بيرجمان: “مع هذه الترقيات ، سنكون قادرين على جمع ما يعادل عدة أيام من البيانات في غضون ساعات قليلة”. “سنكون قادرين أيضًا على استخدام الأشعة السينية الناعمة لفهم التغييرات الكيميائية التي تحدث في النظام بشكل أكبر. ستستمر هذه القدرات الجديدة في دفع هذا البحث إلى الأمام وإلقاء ضوء جديد على عملية التمثيل الضوئي “.
يعتقد الفريق أن النتائج ستساعدهم على “تطوير أنظمة التمثيل الضوئي الاصطناعية التي تحاكي التمثيل الضوئي لحصد ضوء الشمس الطبيعي لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى وقود هيدروجين ووقود قائم على الكربون”. قال جان كيرن ، مؤلف مشارك وعالم آخر في Berkley Lab ، “كلما عرفنا المزيد عن كيفية قيام الطبيعة بذلك ، اقتربنا من استخدام هذه المبادئ في العمليات التي يصنعها الإنسان ، بما في ذلك أفكار التمثيل الضوئي الاصطناعي باعتباره وسيلة نظيفة و مصدر طاقة مستدام “.
يتم اختيار جميع المنتجات التي أوصت بها Engadget بواسطة فريق التحرير لدينا ، بشكل مستقل عن الشركة الأم. تتضمن بعض قصصنا روابط تابعة. إذا اشتريت شيئًا من خلال أحد هذه الروابط ، فقد نربح عمولة تابعة. جميع الأسعار صحيحة وقت النشر.
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”
