چرا گیاهان سبز ؟ پاسخ ممکن است کار بر روی هر سیاره

یک مدل جدید از فتوسنتز به یک نقطه تکاملی اصل حاکم بر نور-برداشت موجودات که ممکن است اعمال می شود در سراسر جهان.

از درختان بزرگ در جنگل های آمازون به گیاهان به جلبک دریایی در اقیانوس سبز رنگ است که حاکم بر پادشاهی گیاه است. چرا سبز و آبی و یا قرمز و یا خاکستری? پاسخ ساده این است که اگر چه گیاهان جذب تقریبا تمام فوتون در قرمز و آبی مناطق از طیف نور را جذب تنها در حدود 90 درصد از فوتون سبز. اگر آنها جذب بیشتر آنها را نگاه سیاه و سفید به چشم ما. گیاهان سبز به این دلیل که مقدار کمی از آنها منعکس کننده نور است که رنگ.

اما به نظر می رسد که unsatisfyingly بی فایده چون بیشتر از انرژی است که تابش خورشید است در فضای سبز بخشی از طیف است. زمانی که فشار به توضیح بیشتر زیست شناسان گاهی اوقات نشان می دهد که نور سبز ممکن است بیش از حد قدرتمند برای گیاهان استفاده کنید بدون آسیب, اما دلیل چرا روشن شده است. حتی پس از چند دهه از تحقیقات مولکولی در نور-ماشین آلات برداشت در گیاهان دانشمندان نمی تواند ایجاد یک مفصل منطقی برای گیاهان رنگ.

اخیرا در صفحات علمو دانشمندان در نهایت ارائه یک پاسخ کامل تر. آنها ساخته شده است یک مدل به توضیح دهد که چرا فتوسنتز ماشین آلات از گیاهان ضایعات نور سبز. آنچه که آنها انتظار نداشتند این بود که مدل خود را نیز توضیح رنگ های دیگر فتوسنتز اشکال زندگی بیش از حد. یافته های خود را نقطه به نقطه تکاملی اصل حاکم بر نور-برداشت موجودات که ممکن است اعمال می شود در سراسر جهان. آنها همچنین ارائه یک درس است که—حداقل گاهی اوقات تکامل مراقبت کمتر در مورد ساخت سیستم های بیولوژیکی کارآمد تر در مورد نگه داشتن آنها پایدار است.

رمز و راز از رنگ گیاهان است که ناتانیل گابور فیزیکدان در دانشگاه کالیفرنیا در ریورساید تصادفا به سال پیش در حالی که از اتمام درجه دکتری خود را. Extrapolating از کار خود را در جذب نور توسط نانولوله های کربنی او شروع به فکر کردن از آنچه ایده آل کلکتور خورشیدی را شبیه به یکی که جذب اوج انرژی از طیف خورشیدی. “شما باید این باریک دستگاه گرفتن بیشتر قدرت به چراغ سبز,” او گفت:. “و سپس بلافاصله آن را به من رخ داده است که گیاهان در حال انجام در مقابل: آنها در حال تف کردن نور سبز.”

در سال 2016 گابور و همکارانش مدل بهترین شرایط را برای یک سلول فتو الکتریک که تنظیم جریان انرژی. اما به یاد بگیرند که چرا گیاهان منعکس کننده نور سبز گابور و یک تیم که شامل ریچارد Cogdell یک گیاه شناس در دانشگاه گلاسکو بیشتر از نزدیک نگاه در آنچه اتفاق می افتد در طول فتوسنتز به عنوان یک مشکل در شبکه تئوری.

اولین مرحله از فتوسنتز اتفاق می افتد در یک نور برداشت پیچیده از یک مش از پروتئین است که در آن رنگدانه های تعبیه شده تشکیل یک آنتن. رنگدانه—کلروفیل در گیاهان سبز—جذب نور و انتقال انرژی به یک واکنش مرکز که در آن تولید انرژی شیمیایی برای همراه استفاده است آغاز شده است. بهره وری از این مکانیک کوانتومی اولین مرحله از فتوسنتز است که تقریبا کامل—تقریبا همه جذب نور است تبدیل به الکترون سیستم می توانید استفاده کنید.

اما این آنتن پیچیده در داخل سلول ها به طور مداوم در حال حرکت است. “آن را مانند Jell-O,” گابور گفت. “آن جنبش را تحت تاثیر قرار چگونه جریان انرژی از طریق رنگدانه” و آوردن سر و صدا و ناکارآمدی به سیستم. سریع نوسانات در شدت نور در حال سقوط در گیاهان—از تغییرات در مقدار از سایه به عنوان مثال—همچنین ورودی های پر سر و صدا. برای تلفن های ثابت ورودی از انرژی الکتریکی همراه به ثابت خروجی از انرژی شیمیایی بهتر است: بیش از حد چند الکترون از رسیدن به مرکز واکنش می تواند انرژی شکست در حالی که “بیش از حد انرژی باعث می شود رادیکال های آزاد و تمام انواع از overcharging اثر” است که آسیب بافت های گابور گفت.

گابور و تیم طراحی و توسعه یک مدل برای نور برداشت سیستم های گیاهان و اعمال آن را به طیف خورشیدی اندازه گیری شده در زیر تاج پوشش برگ. کار خود را روشن ساخته است چرا که آنچه با این نسخهها کار برای نانولوله سلول های خورشیدی کار نمی کند برای گیاهان: این ممکن است بسیار کارآمد به تخصص در جمع آوری فقط اوج انرژی در نور سبز اما که می تواند مضر برای گیاهان به دلیل زمانی که نور خورشید سوسو این نویز از سیگنال ورودی خواهد نوسان بیش از حد شدید برای این مجموعه برای تنظیم جریان انرژی.

an infographic showing predictive model of color on plants
تصویر: Samuel ولاسکو/مجله کوانتوم

در عوض به صورت امن و پایدار انرژی خروجی روغنها از photosystem بود بسیار ریز تنظیم شده در یک راه خاص. رنگدانه های مورد نیاز برای جذب نور در مشابه طول موج برای کاهش نویز داخلی. اما آنها همچنین نیاز به جذب نور در نرخ های مختلف به بافر در برابر سر و صدای خارجی ناشی از نوسانات در شدت نور. بهترین نور برای این رنگدانه جذب و سپس در شدیدترین قطعات از شدت منحنی طیف خورشیدی—قرمز و آبی در بخش هایی از طیف.

مدل پیش بینی همسان جذب قله کلروفیل a و b است که گیاهان سبز با استفاده از برداشت نور قرمز و آبی. به نظر می رسد که فتوسنتز ماشین آلات تکامل یافته نیست برای حداکثر بهره وری بلکه برای بهینه صاف قابل اعتماد و خروجی.

Cogdell نبود به طور کامل متقاعد شده که این رویکرد خواهد نگه دارید تا برای دیگر موجودات فتوسنتز مانند بنفش باکتری و سبز گوگرد و باکتری ها که زیر آب زندگی می کنند و به نام برای رنگ خود را از رنگدانه های منعکس کننده. استفاده از این مدل به نور خورشید در دسترس که در آن کسانی که باکتری زندگی می کنند, محققان پیش بینی آنچه مطلوب جذب قله باید باشد. یک بار دیگر پیش بینی خود را همسان فعالیت سلول های رنگدانه.

“زمانی که من متوجه شدم چه اساسی این بود که من پیدا کردم خودم به دنبال در آینه و فکر کردن: چگونه می تواند من خیلی خنگ نیست به فکر می کنم در مورد این قبل از؟” Cogdell گفت.

(وجود دارد گیاهان است که به نظر نمی رسد و سبز مانند مس راش چرا که آنها حاوی رنگدانه مانند کاروتنوئیدها. اما کسانی که رنگدانه هستند فتوسنتز: آنها به طور معمول محافظت از گیاهان مانند کرم های ضد آفتاب بافر در برابر تغییرات آهسته در خود و قرار گرفتن در معرض نور.)

“این فوق العاده چشمگیر, من فکر می کنم به توضیح یک الگوی زیست شناسی با فوق العاده ساده مدل فیزیکی” گفت: Christopher Duffy یک biophysicist در کوئین مری دانشگاه لندن نوشت که یک همراه با تفسیر در این مدل برای علم. “این خوب بود برای دیدن یک تئوری رهبری کار است که درک و ترویج این ایده آن است که استحکام این سیستم که به نظر می رسد تکاملی رانندگی نیروی.”

محققان امیدوارند که این مدل می تواند مورد استفاده قرار گیرد برای کمک در طراحی بهتر پانل های خورشیدی و سایر انرژی خورشیدی دستگاه. اگر چه بهره وری از فن آوری فوتوولتاییک پیشرفته قابل ملاحظه “من می خواهم بگویم این نه یک حل شد مشکل از نظر استحکام و مقیاس پذیری آن چیزی است که گیاهان را حل” گفت: Gabriela Schlau-کوهن فیزیکی و شیمی در موسسه تکنولوژی ماساچوست.

گابور نیز مجموعه ای ذهن خود را در روزی استفاده از این مدل به زندگی فراتر از زمین است. “اگر من تا به حال یک سیاره دیگر و من می دانستم که آنچه در آن ستاره بود که می تواند من حدس می زنم آنچه فتوسنتز زندگی ممکن است مانند نگاه?” او پرسید. در این کد از مدل خود—که در دسترس عموم است—وجود گزینه ای برای انجام دقیقا همان است که با هر انتخاب طیف. در حال حاضر این ورزش صرفا فرضی. “در 20 سال آینده ما احتمالا باید به اندازه کافی اطلاعات در یک exoplanet قادر به [پاسخ] که سوال” گابور گفت.

داستان اصلی تجدید چاپ با اجازه از کوانتوم, مجله, یک سرمقاله مستقل انتشار سایمونز بنیاد که ماموریت است که برای افزایش درک عمومی از علم توسط پوشش تحقیقات تحولات و روند ریاضیات و علوم فیزیکی و زندگی.


بزرگ تر سیمی داستان
  • چگونه به پیشی جستن دایناسور (فقط در مورد)
  • این سیاه و سفید بنیانگذاران موفق به رغم Silicon Valley
  • 13 کانال یوتیوب ما گیک بیش از
  • آزمایش های هسته ای را تغییر داده اند اما آنها واقعا هرگز متوقف
  • Covid-19 شتاب و تحول انسان—اجازه دهید آن را هدر ندهید
  • 👁 آماده شدن برای هوش مصنوعی برای تولید کمتر جادوگری. به علاوه: دریافت آخرین اخبار AI
  • 🎙️ گوش دادن به سیمی ما پادکست جدید در مورد آینده چگونه متوجه است. گرفتن آخرین قسمت و مشترک به 📩 خبرنامه به نگه دارید تا با تمام ما را نشان می دهد
  • 💻 ارتقاء کار خود را با بازی ما دنده تیم های مورد علاقه, لپ تاپ, کیبورد تایپ جایگزین و سر و صدا لغو هدفون

tinyurlis.gdv.gdv.htclck.ruulvis.netshrtco.de

نرم افزار گرامرلی

ایندکسر