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Science:“抵消噪音”光合天线—生物高效光采集的关键

据网络理论报告,太阳能驱动的生物体可通过使其“嘈杂”光合天线网络变得安静并对其调谐以适应环境而实现非常有效的光能采集。它用一种新方法来研究光合生物功率输出为何能如此有效地进行组织这一问题,确定了一个作为这种令人瞩目能力基础的普遍概念,它可被用来改进未来太阳能技术的设计。

Christopher Duffy在相关的《视角》中写道:“这一发现颇为重要,因为它提示,光合天线发育背后的演化驱动力并非效率的大化,而是消除噪声干扰。”在光合作用的过程中,来自太阳的光子被收集光能的天线网络吸收,并作为电子激发被转移到反应中心,它们在那里被转化为植物和其它光合生物用来驱动其代谢的化学能。捕获光的天线复合体(它是由各种蛋白质和光吸收色素分子组成的模块组装)非常有效:它们可以实现近乎完美的量子效率;尽管光照条件和生理会千变万化,但它们都能将吸收的每个光子转换成可用于化学的电子。尽管在整个光合生命范围内的光采集的形式和功能各不相同,但这种有效系统是否存在一组通用的“设计”原理基础则属未知。

Trevor Arp和同事应用一个网络理论模型来揭示处于3个不同光合生态位(充足阳光下、在树冠下和水下)中的佳采光所需的基本要求。Arp等人发现,通过用在窄光谱范围内光波长吸收略有不同的两种色素,在不同环境中的光合生物可缓和太阳能的突然改变,并尽量减少光采集天线输出中潜在的能量波动或“噪声”。这些结果显示了光采集天线演化调谐以实现大功率转换的方式。它们还为解释在某些光合生物中观察到的波长依赖性变化提供了基础。

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