Как растения расширяют способность использовать солнечную энергию

Зеленые растения поглощают свет в видимом диапазоне солнечного спектра. Хотя для достаточного поглощения требуется широкий спектральный диапазон, процесс требует быстрой и эффективной передачи энергии "вниз" для запуска разделения зарядов и расщепления воды. Каротиноиды, вспомогательные пигменты в фотосинтезе, выполняют светособирающую, фотозащитную и структурную роли.

Однако понимание этих ролей было сложной задачей, поскольку энергетика каротиноидов крайне чувствительна к их окружению.

Команда под руководством Томаса Д. и Вирджинии У. Кабот, ассистента профессора Габриэлы Шлау-Коэн, обнаружила, что один каротиноид — LHCII — в основном антенном комплексе зеленых растений служит центром светособирания, накапливая энергию и передавая её через спорное темновое состояние. Эта фотофизика раскрывает, как растения расширяют свою способность улавливать и использовать солнечную энергию.

"Солнечные энергоустройства должны поглощать большую часть солнечного спектра — то есть много различных энергий или цветов — чтобы быть конкурентоспособными с ископаемым топливом", — говорит Минджун Сон, аспирант лаборатории Шлау-Коэн и один из авторов исследования. — "Поглощение этих энергий сопряжено с проблемой: как можно направить высокую энергию вниз к низкой энергии, которая используется для производства электричества и, в конечном итоге, биомассы?"

В поисках ответа группа в итоге создала карту.

"Мы нанесли на карту пути потока энергии, которые соединяют высокоэнергетическую сторону с низкоэнергетической стороной поглощенного солнечного спектра, включая один путь через ранее спорное темновое состояние", — объясняет Сон. — "Эта карта предоставила план для солнечных энергоустройств, которые поглощают много энергии в широком диапазоне, а также стала важным шагом в понимании сложного фотосинтетического аппарата растений".

Исследование описано в статье "The Electronic Structure of Lutein 2 Is Optimized for Light Harvesting in Plants", которая размещена на обложке мартовского выпуска 2019 года журнала Chem и была опубликована онлайн 31 января.