科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，綠硫細(xì)菌會主動利用量子效應(yīng)來調(diào)節(jié)光合作用進(jìn)程。

太陽是地球上萬千生命的生長源泉，通過光合作用，太陽光被轉(zhuǎn)化成化學(xué)能。作為生物界規(guī)模最大的有機物合成過程，光合作用可以說是對生命最重要的化學(xué)反應(yīng)。

能進(jìn)行光合作用的生物，除了我們常見的綠色植物之外，還有一些光合細(xì)菌，例如，綠硫細(xì)菌(Chlorobium tepidum)！

最近，美國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，綠硫細(xì)菌能利用量子力學(xué)效應(yīng)來調(diào)節(jié)光合作用的進(jìn)程?！拔覀兊谝淮慰吹缴镏鲃永昧孔有?yīng)?！闭撐淖髡逩reg Engel如此說。

綠硫細(xì)菌是世界上最古老的光合細(xì)菌之一，早在遙遠(yuǎn)的三十多億年前，它就誕生了。早期的地球極端缺氧，綠硫細(xì)菌是一類厭氧型光合細(xì)菌。

研究人員研究了有氧和無氧環(huán)境下綠硫細(xì)菌的光合作用表現(xiàn)：在光合蛋白中，能量是如何轉(zhuǎn)移的？又是什么控制了能量轉(zhuǎn)移途徑的選擇？

電子振動耦合（vibronic coupling）這一量子效應(yīng)，是問題的關(guān)鍵！它引導(dǎo)能量向哪里轉(zhuǎn)移。

“vibronic”一詞源于vibrational(振動的)和electronic(電子的)，指的是這樣一種概念：在分子中，電子運動和核振動相互牽連——兩者深深的交織在一起，渾然不分。

在綠硫細(xì)菌體內(nèi)，一種叫做FMO的復(fù)合物，用于捕獲光能；而菌綠素，就像植物葉綠素一樣，是光合作用發(fā)生的場所。

在無氧狀態(tài)下，F(xiàn)MO的兩個電子態(tài)的能級之差和菌綠素分子的振動能量一致。于是，通過電子振動耦合，開啟了一條能量轉(zhuǎn)移的“高速公路”，能量暢行無阻地直通光合作用的“反應(yīng)中心”，那里充滿了菌綠素分子。

當(dāng)環(huán)境中富含氧時，情況就變得很不一樣了。FMO復(fù)合物中的一對半胱氨酸殘基和環(huán)境中的氧發(fā)生反應(yīng)，各自失去一個質(zhì)子。這打破了電子態(tài)能級和分子振動能的和諧。

電子振動耦合被破壞，能量傳輸?shù)摹案咚俟贰币簿捅恢袛嗔耍芰哭D(zhuǎn)而走通往各處的其他道路，在那里，能量被不斷損耗。這一機制是生物進(jìn)化的選擇，綠硫細(xì)菌雖然損失了能量，但卻免受了氧化性損傷，得以“保全小命”。

通過調(diào)控量子效應(yīng)來實現(xiàn)生存選擇，這給生物學(xué)研究帶來啟示。對分子中的量子力學(xué)耦合進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)，這一簡單機制如果存在于更多生物演化中，那么，可能有一套我們還不知道、全新的自然選擇法則。


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