چرا گیاهان سبز ؟

زمانی که نور خورشید درخشان در یک برگ به سرعت در حال تغییر و گیاهان باید خود را از محافظت متعاقب آن ناگهانی موج از انرژی خورشیدی است. برای مقابله با این تغییرات موجودات فتوسنتز-از گیاهان به باکتری — توسعه تاکتیک های متعدد. دانشمندان قادر به شناسایی زمینه اصول طراحی.

یک تیم بین المللی از دانشمندان به رهبری فیزیکدان ناتانیل M. گابور در دانشگاه کالیفرنیا در ریورساید در حال حاضر ساخته شده یک مدل است که بازتولید یک ویژگی عمومی از نور فتوسنتز, برداشت, مشاهده در سراسر بسیاری از موجودات فتوسنتز.

جمع آوری نور است که مجموعه ای از انرژی خورشیدی توسط پروتئین متصل به مولکول کلروفیل. در فتوسنتز — فرایند که توسط گیاهان سبز و برخی از موجودات دیگر استفاده از نور خورشید برای سنتز مواد غذایی از دی اکسید کربن و آب-انرژی نور برداشت محصول آغاز می شود با نور خورشید جذب می شود.

محققان’ مدل قرض ایده از علم پیچیده شبکه یک رشته تحصیلی است که به بررسی عملکرد کارآمد در شبکه های تلفن همراه مغز و قدرت شبکه است. مدل توصیف یک شبکه ساده است که قادر است به نور ورودی از دو رنگ متفاوت و در عین حال خروجی یک نرخ ثابت از انرژی خورشیدی است. این غیر معمول انتخاب تنها دو ورودی قابل توجه است عواقب.

“مدل ما نشان می دهد که با جذب تنها بسیار خاص و رنگ از نور فتوسنتز موجودات ممکن است به طور خودکار محافظت از خود در برابر تغییرات ناگهانی — و یا ‘صدا’ — در انرژی خورشیدی و در نتیجه قابل ملاحظه ای کارآمد تبدیل قدرت” گفت: گابور استادیار فیزیک و نجوم که منجر مطالعه ظاهر می شود امروز در مجله Science. “گیاهان سبز به نظر می رسد سبز و بنفش باکتری ها به نظر می رسد بنفش زیرا تنها در مناطق خاصی از این طیف که از آنها جذب مناسب برای حفاظت در برابر سرعت در حال تغییر انرژی خورشیدی است.”

گابور برای اولین بار شروع به فکر کردن در مورد فتوسنتز تحقیقات بیش از یک دهه پیش زمانی که او یک دانشجوی دکتری در دانشگاه کرنل. او تعجب که چرا گیاهان را رد کرد, سبز, نور شدید ترین نور خورشیدی. در طول سال ها او با فیزیکدانان و زیست شناسان در سراسر جهان برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد روش های آماری و کوانتوم زیست شناسی فتوسنتز.

ریچارد Cogdell یک گیاه شناس در دانشگاه گلاسکو در انگلستان و coauthor در مقاله پژوهشی تشویق گابور به گسترش مدل شامل یک طیف وسیع تری از موجودات فتوسنتز است که رشد در محیط های که در آن حادثه طیف خورشیدی بسیار متفاوت است.

“Excitingly ما پس از آن قادر به نشان می دهد که مدل مشغول به کار در دیگر موجودات فتوسنتز علاوه بر گیاهان سبز و که مدل شناسایی کلی و اساسی ملک از نور فتوسنتز, برداشت,” او گفت:. “مطالعه ما نشان می دهد که چگونه با انتخاب که در آن شما را جذب انرژی خورشیدی را در رابطه با این حادثه طیف خورشیدی, شما می توانید به حداقل رساندن نویز در خروجی — اطلاعات است که می تواند مورد استفاده قرار گیرد به منظور افزایش عملکرد سلول های خورشیدی.”

Coauthor Rienk ون Grondelle نفوذ تجربی فیزیکدان در Vrije Universiteit Amsterdam هلند که با این نسخهها کار در اصل فیزیکی فرایندهای فتوسنتز گفت: این تیم در بر داشت جذب طیف خاصی فتوسنتز سیستم های خاصی را انتخاب کنید و طیفی تحریک مناطق که لغو سر و صدا و به حداکثر رساندن انرژی ذخیره می شود.

“این بسیار ساده اصول طراحی نیز می تواند استفاده شود در طراحی انسان-سلول های خورشیدی ساخته شده که گفت:” ون Grondelle که دارای تجربه گسترده با فتوسنتز نور برداشت.

گابور توضیح داد که گیاهان و دیگر موجودات فتوسنتز طیف گسترده ای از تاکتیک برای جلوگیری از آسیب های ناشی از overexposure به خورشید اعم از مکانیسم های مولکولی از انتشار انرژی به حرکت فیزیکی از برگ به مسیر خورشید است. گیاهان و حتی توسعه یافته موثر حفاظت در برابر اشعه ماوراء بنفش نور فقط به عنوان در کرم های ضد آفتاب.

“در فرایند پیچیده فتوسنتز روشن است که حفاظت از ارگانیسم از overexposure رانندگی عامل در موفقیت تولید انرژی و این است که الهام بخش ما با استفاده از توسعه مدل ما,” او گفت:. “مدل ما شامل نسبتا ساده فیزیک در عین حال از آن است که سازگار با مجموعه گسترده ای از مشاهدات در زیست شناسی. این قابل ملاحظه ای نادر است. اگر مدل ما را نگه می دارد تا برای ادامه آزمایش های ما ممکن است پیدا کردن حتی بیشتر از توافق بین تئوری و مشاهدات دادن غنی بینش درونی طبیعت است.”

برای ساخت مدل گابور و همکاران خود را اعمال ساده فیزیک از شبکه به جزئیات پیچیده از زیست شناسی و قادر به روشن کمی و عمومی در مورد اظهارات بسیار متنوع موجودات فتوسنتز.

“مدل ما است که اولین فرضیه محور توضیح برای اینکه چرا گیاهان سبز هستند و ما به یک نقشه راه برای تست این مدل از طریق دقیق تر آزمایش” گابور گفت.

فتوسنتز ممکن است از فکر به عنوان یک سینک آشپزخانه گابور اضافه شده که در آن یک شیر جریان آب در و تخلیه اجازه می دهد تا آب به جریان. اگر جریان به نزول بسیار بزرگتر از بیرون جریان نزول سرریز و آب نشت بیش از همه طبقه.

“در فتوسنتز اگر جریان برق خورشیدی به شبکه جمع آوری نور است به طور قابل توجهی بزرگتر از جریان های فتوسنتزی شبکه باید در انطباق با کاهش ناگهانی بیش از جریان انرژی” او گفت:. “هنگامی که شبکه نتواند به مدیریت این نوسانات ارگانیسم تلاش برای اخراج انرژی اضافی. در انجام این کار ارگانیسم تحت استرس اکسیداتیو که خسارت سلول.”

محققان شگفت زده شدند که چگونه به طور کلی و ساده مدل خود را است.

“طبیعت همیشه تعجب شما” گابور گفت. “چیزی که به نظر می رسد بسیار پیچیده و پیچیده ممکن است عمل بر اساس چند قانون اساسی است. ما اعمال مدل به موجودات مختلف فتوسنتز سوله و همچنان به تولید مثل دقیق طيف جذب. در زیست شناسی استثنا وجود دارد برای هر قاعده به طوری که پیدا کردن یک قانون است که معمولا بسیار دشوار است. با کمال تعجب به نظر میرسد ما در بر داشت یکی از قوانین زندگی فتوسنتزی.”

گابور اشاره کرد که بیش از چند دهه گذشته فتوسنتز تحقیقات با تمرکز به طور عمده در ساختار و عملکرد میکروسکوپی اجزاء فتوسنتز روند.

“زیست شناسان به خوبی می دانم که سیستم های بیولوژیکی هستند به طور کلی ریز کوک با توجه به این واقعیت است که موجودات را کمی کنترل خود را از شرایط خارجی,” او گفت:. “این تناقض شده است unaddressed چون هیچ مدل وجود دارد که متصل میکروسکوپی فرآیندهای با ماکروسکوپی خواص. کار ما نشان دهنده اولین كمي مدل فیزیکی پردازد که این تناقض است.”

بعدی پشتیبانی شده توسط چندین اخیر کمک های مالی پژوهشگران به طراحی یک رمان میکروسکوپ روش برای آزمایش ایده های خود را و پیشرفت تکنولوژی عکس-زیست شناسی آزمایش با استفاده از کوانتوم اپتیک ابزار.

“در بسیاری از خارج وجود دارد به درک در مورد طبیعت و آن را تنها به نظر می رسد بیشتر زیبا به عنوان ما به هم باز کردن رمز و راز آن,” گابور گفت.

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