量子生物学：试图揭示自然界的奥秘

原理 · 公众号 · 科学 · 2017-09-07 20:53

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在光合作用中，植物通过色原体（含有发色团的有机化合物）细胞收集光子，然后释放一种叫作激子（Exciton）的准粒子。激子能吸收能量，并将其运送到反应中心。在这里，它们可以被转化为可供植物代谢的化学能。整个过程发生在十亿分之一秒以内，效率接近100％。这种超快的速度是减少能量损失的必要条件。但这种能量也可以热的形式消散，这是目前缺失的一块。

Engel 和同事发现激子具有叠加性质的优势，他们将一种最古老的能进行光合作用的有机体之一——绿硫细菌（Chlorobium tepidum）用于实验中，它们是最早进行光合作用的生命体之一。Engel 他们将细菌所处的温度降至零下196ºC，然后向细菌体发射短脉冲的脉冲激光。再用二维电子光谱仪来记录脉冲，因为他们需要准确的知道能量是如何流经这些细菌的。

他们发现，激子不会以直线行进，而是像波一样运动。由于 量子相干性 ，激子可以像波一样感受到所有可能的路径，并采用最高效的那条路径。这项研究的结果当年被发表在《自然》杂志上 [2] 。