UCL研究人员使用量子力学来解释光合作用的效率

时间：2021-05-22 14:52:04 来源：

在新出版的研究中，大学学院的研究人员伦敦详细说明了量子物理学预测的植物细胞的能量转移。

根据第一个明确的理论证据，通过在期刊自然通信中发表的光合作用中发表的光合作用中的第一个明确理论证据，通过利用其物理描述在古典物理学中没有等同物的分子振动来转移能量。

大多数光聚集的大分子由发色团（负责分子的颜色）构成，其连接到蛋白质，其执行光合作用的第一步，捕获阳光并高效地转移相关能量。之前的实验表明，能量以波样方式转移，利用量子现象，但至关重要地，不能得出非经典的解释，因为鉴定的现象可以使用古典物理学得以同样地描述。

通常，要观察或利用量子力学现象系统需要冷却到非常低的温度。然而，这种生物系统似乎似乎也不是甚至在环境温度下显示量子特性。

现在，UCL的团队已经尝试识别这些生物系统中的特征，该系统只能由量子物理学预测，并且没有存在古典类似物。

“光学团的特定振动运动辅助”光学聚集体中的能量转移，“亚历山德拉奥莱亚斯 - 卡斯特罗（UCL物理＆天文学），主管和协作的研究。“我们发现，一些发色团振动的性质可以通过经典法律来描述光合作用期间的能量转移，而且这种非古典行为提高了能量转移的效率。”

分子振动是分子中原子的周期性运动，如图所连接到弹簧的质量的运动。当两个斑孔的集体振动的能量匹配这些发色团的电子转换之间的能量差时，发生谐振，并且发生电子和振动自由度之间的能量交换。

提供与振动相关的能量高于温度尺度，仅交换离散单元或量子的能量。因此，随着能量从一个发色团转移到另一个发色团，集体振动显示器，没有经典对应的性质。

UCL团队发现非经典的明确签名是通过寻找具有某些相对位置和动量的发色团的负关节概率给出。在古典物理学中，概率分布总是积极的。

“这些概率分布中的负值是一个真正的量子特征的表现，即单个能量的相干交换，”Edward O'Reilly（UCL物理＆天文学），第一个作者的研究。“当这种情况发生这种情况时，在量子状态的叠加中，电子和振动的自由度是共同且瞬间的，这是一种不能用古典物理预测的特征。”

其他生物分子过程，例如在大分子内转移电子（如在光合体系中的反应中心），发色团在吸收光子（如视觉过程中）或另一种分子识别分子时（如嗅觉过程中的识别），受特定振动运动的影响。因此，该研究的结果表明，仔细检查这些过程中涉及的振动动力学可以提供剥削真正非古典现象的其他生物学原型。

出版物：Edward J. O'Reilly＆Alexandra Olaya-Castro，“分子振动的非古典性辅助Exciton能量转移在室温下，”自然通信5，物品编号：3012; DOI：10.1038 / ncomms4012

研究报告的PDF副本：辅助Exciton能量转移在室温下的分子振动的非典型性

图像：斯科特罗宾逊的三叶草叶

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