光合作用始于单个光子

光合生物可将光能转化为生命所需的化学能。6月14日发表在《自然》杂志上的一项研究，揭示了这种有机化学反应对单个光子很敏感。这一发现巩固了科学家对光合作用的理解，有助于回答有关生命如何在量子物理学和生物学相遇的最小尺度上运作的问题。

研究人员建立了一个光子源，通过“自发参数下转换的过程”产生一对光子。在每个脉冲期间，第一个光子“先驱”被一个高灵敏度的探测器观察到，这证实了第二个光子正在前往从光合细菌中提取的光吸收分子结构的组装样本。在样品附近设置了另一个光子探测器，用于测量光合结构在吸收原始光子对的第二个“预示”光子后发射的低能光子。

实验中使用的光吸收结构LH2，已被广泛研究。众所周知，800纳米波长的光子被LH2中的9个细菌叶绿素分子环吸收，导致能量传递到第二个18个细菌叶绿素分子环，后者可发射850纳米的荧光光子。在原生细菌中，来自光子的能量将继续转移到后续分子，直到它启动光合作用的化学反应。但在实验中，当LH2与其他细胞机器分离时，对850纳米光子的检测是该过程已被激活的明确标志。

研究人员分析了超过177亿个先驱光子探测事件和160万个先驱荧光光子探测事件，以确保观测结果只能归因于单光子吸收，并且没有其他因素影响结果。