微型快速激光正在揭开光合作用的奥秘

可再生能源对植物来说很容易。这些绿色生物利用水、阳光和二氧化碳来制造自己的燃料。神奇的事情发生在微小的分子结构中，这些分子结构太小，人眼无法察觉。

然而，尽管这个过程对植物来说轻而易举，但真正理解其中发生的事情对人类来说却出奇地困难。科学家知道它涉及电子、电荷转移和一些原子级物理学，但具体发生了什么以及何时发生还有些模糊。人们已经努力利用从核磁共振到量子计算机等一系列工具来破解这个谜团。

这项研究的作者、剑桥大学卡文迪什实验室的研究员托米·贝基向 Earther 解释说，采用一种向活植物细胞发射激光脉冲来拍摄它们图像的方法。利用这项技术，贝基和他的同事深入研究了植物细胞的反应中心。他们的研究成果本周发表在《自然》杂志上。

据剑桥大学的新闻稿称，他们所使用的技术使研究人员能够仔细观察电子的活动，并“在飞秒尺度上（万亿分之一秒的千分之一）跟踪活光合细胞中的能量流动”。

能够如此近距离地观察电子，使科学家们能够观察到蛋白质复合物在哪里泄漏电子，以及电荷如何沿着化学反应链移动。“我们对光合作用的了解并不像我们想象的那么多，我们在这里发现的新电子传递途径完全令人惊讶，”协调这项研究的詹妮·张在声明中说。

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了解这一自然过程运作背后的复杂之处“为重新设计生物光合作用开辟了新的可能性，并在生物光合作用和人工光合作用之间建立了联系”，作者在论文中写道。这意味着他们有一天可以利用这些知识帮助重新设计植物以耐受更多的阳光，或者为人类创造更清洁、以光为基础的燃料的新配方。

尽管“破解”光合作用的可能性还只是推测，但该团队对超快光谱本身的潜力感到兴奋，认为它能够提供关于“生命系统动态”的“丰富信息”。正如 PopSci 之前报道的那样，“使用超短脉冲进行光谱分析，科学家可以深入研究分子和原子，或者研究在眨眼间开始和结束的过程。”