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科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，綠硫細菌會主動利用量子效應(yīng)
來調(diào)節(jié)光合作用進程。
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，
還有一些光合細菌，例如，
綠硫細菌（Chlorobium tepidum）！
最近，美國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，
綠硫細菌能利用量子力學(xué)效應(yīng)
來調(diào)節(jié)光合作用的進程。
“我們第一次看到生物主動利用量子效應(yīng)。”
論文作者Greg Engel如此說。
綠硫細菌是世界上最古老的光合細菌之一，
早在遙遠的三十多億年前，它就誕生了。
早期的地球極端缺氧，
綠硫細菌是一類厭氧型光合細菌。
MarkTaylor/Shutterstock
研究人員研究了有氧和無氧環(huán)境下
綠硫細菌的光合作用表現(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，
FMO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?/font>
能量轉(zhuǎn)而走通往各處的其他道路，
在那里，能量被不斷損耗。
這一機制是生物進化的選擇，
綠硫細菌雖然損失了能量，
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
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