科学家们终于发现了光合作用怎样开始------通过用一个单个光子启动它

By Joanna Thompson

2023/6/16

Plants

首次，研究人员已经观察到刚好一个光的粒子怎样能触发细菌中的光合作用------最终揭示关键过程的第一步。

一个单个光子漂向一个植物来启动光合作用的描画。(Image credit: Jenny Nuss/Berkeley Lab)

光是地球上几乎所有生命的基础。用来自太阳、植物、藻类和一些细菌的能量创造复杂的为大部分自然的食物链的基础服务的糖分子。但直到现在，这种喂养世界的化学反应的某些部分已经仍然有点是一个秘密。

研究人员已经首次观察到光合作用的开始，用一个单个光子开始。

加州大学伯克利分校的化学家、这项新研究的合著者格雷厄姆弗莱明在一份声明中说，“世界各地已经完成了一个宏大量的理论上和实验上的工作，试图来了解在光子被吸收后发生什么。但我们意识到没有人正在谈论关于第一步”。弗莱明和他的团队在6月14日发表在《自然》杂志上的一项研究中描述了这一过程。

 当光击中一个植物的叶绿体------器官器世界的糖工厂时，它从入射光子吸收能量并用它将二氧化碳和水转化为葡萄糖和氧，这要归功于一种叫叶绿素的色素。

至少从 1700 年代后期开始科学家们已经知道这个过程，但来解开这个粒度细节用了远更长的时间。按照 2019 年发表在《植物学年鉴》上的一篇论文，一对法国科学家在 1800 年代初首次分离出了叶绿素，到19世纪末，植物学家西奥多·威廉·恩格尔曼已经发现了它在吸收阳光中的角色。在整个20世纪中，研究人员在确定光合作用的生物化学中做出了更多进展，例如，发现激发的电子帮助通过叶绿体传递能量。

他们还意识到叶绿体一定对光是非常敏感的------毕竟植物能在阴暗的条件下光合化，而一束阳光中的光子是相对的散射的。科学家假设了只需少量的光子来启动这个过程。然而，没有人已经成功地观察到关键的第一步。

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 在这项新研究中，研究人员观察了紫色光合细菌，它们与现代日子植物和藻类共享一个古老的祖先。他们建立起一个一次刚好吐出两个光子的光子源。在每次测试中，发射的第一个光子被一个超灵敏的探测器吸收，而另一个光子击中细菌的一个叶绿体的等价物。果然，当第二个光子击中它的目标时，光合作用开始了。

研究人员进行了150多万次这个实验来确保第二个光子而不是一些外力正在触发化学反应。这证实了刚好一个光子就足以启动光合作用。

加州大学伯克利分校的化学物理学家和这项研究的共同作者比尔吉他瓦雷在一份声明中说，“这个实验已经表明，你实际上能用单个光子做事情。因此这是非常非常重要的点，”

https://www.livescience.com/planet-earth/plants/scientists-have-finally-discovered-how-photosynthesis-starts-by-setting-it-off-with-a-single-photon