Bir yaprak üzerinde parlayan güneş ışığı hızla değiştiğinde, bitkiler kendilerini gelen güneş enerjisinin ani dalgalanmalarından korumalıdır. Bu değişikliklerle başa çıkmak için, bitkilerden bakterilere kadar fotosentetik organizmalar çok sayıda taktik geliştirmiştir. Ancak bilim adamları, temeldeki tasarım ilkesini belirleyememiştir.
Riverside, Kaliforniya Üniversitesi fizikçi Nathaniel M. Gabor liderliğindeki uluslararası bir bilim adamları ekibi, birçok fotosentetik organizmada gözlenen fotosentetik ışık hasadının genel bir özelliğini üreten bir model oluşturdu.
Neden Yeşil?
Hafif hasat, proteine bağlı klorofil molekülleri tarafından güneş enerjisinin toplanmasıdır. Fotosentezde – yeşil bitkilerin ve diğer bazı organizmaların karbondioksit ve sudan yiyecekleri sentezlemek için güneş ışığını kullanma süreci – ışık enerjisinin toplanması güneş ışığı emilimiyle başlar.
Araştırmacıların modeli, cep telefonu şebekelerinde, beyinlerde ve güç şebekesinde verimli çalışmayı araştıran bir çalışma alanı olan karmaşık ağlar biliminden fikirler alıyor. Model, iki farklı renkteki ışığı girebilen, ancak sabit bir güneş enerjisi oranı sağlayan basit bir ağı açıklıyor. Sadece iki girişin bu olağandışı seçiminin çarpıcı sonuçları var.
İngiltere’deki Glasgow Üniversitesi’nde bir botanikçi ve araştırma alanında bir yazar olan Richard Cogdell, Gabor modeli, güneş spektrumunun çok farklı olduğu ortamlarda büyüyen daha geniş bir fotosentetik organizma içerecek şekilde genişletmeye teşvik ettiğini öne sürüyor.
Heyecan verici bir şekilde, modelin yeşil bitkilerin yanı sıra diğer fotosentetik organizmalarda çalıştığını ve modelin fotosentetik ışık hasadının genel ve temel bir özelliğini belirlediğini gösterebildik. Diyerek şöyle devam etti: “Çalışmamız, olay güneş spektrumuna göre güneş enerjisini nereden emdiğinizi seçerek, çıkıştaki gürültüyü nasıl azaltabileceğinizi gösteriyor – güneş pillerinin performansını artırmak için kullanılabilecek bilgiler.”
Hollanda’daki Vrije Universiteit Amsterdam’da fotosentezin birincil fiziksel süreçleri üzerinde çalışan etkili bir deneysel fizikçi olan Coauthor Rienk van Grondelle, ekibin belirli fotosentetik sistemlerin absorpsiyon spektrumlarını gürültüyü iptal eden ve enerjiyi en üst düzeye çıkaran belirli spektral uyarma bölgeleri seçtiğini söyledi .
Fotosentetik ışık hasadı konusunda geniş deneyime sahip van Grondelle, “Bu çok basit tasarım prensibi insan yapımı güneş pillerinin tasarımında da uygulanabilir” dedi.
Gabor, bitkilerin ve diğer fotosentetik organizmaların, güneşe aşırı maruz kalmadan kaynaklanan hasarı önlemek için, enerji salınımının moleküler mekanizmalarından güneşi izlemek için yaprağın fiziksel hareketine kadar çok çeşitli taktiklere sahip olduğunu açıkladı. Bitkiler, güneşte olduğu gibi UV ışığına karşı etkili bir koruma geliştirmiştir.
“Karmaşık fotosentez sürecinde, organizmanın aşırı maruz kalmadan korunmasının başarılı enerji üretiminde itici faktör olduğu açıktır ve modelimizi geliştirmek için kullandığımız ilham kaynağı budur.” Dedi. “Modelimiz nispeten basit fizik içeriyor, ancak biyolojideki çok sayıda gözlemle tutarlı. Bu oldukça nadirdir. Modelimiz sürekli deneylere dayanıyorsa, teori ve gözlemler arasında daha fazla uzlaşma bulabilir, doğanın içsel işleyişleri böyledir. ”
Modeli oluşturmak için Gabor ve meslektaşları, biyolojinin karmaşık ayrıntılarına doğrudan ağ fiziği uyguladılar ve çok çeşitli fotosentetik organizmalar hakkında net, nicel ve jenerik açıklamalar yapabildiler.
Gabor, “Modelimiz, bitkilerin neden yeşil olduğuna dair ilk hipotez odaklı açıklamadır ve modeli daha ayrıntılı deneylerle test etmek için bir yol haritası veriyoruz.” Dedi.
Fotosentez bir mutfak lavabosu olarak düşünülebilir, diye ekledi Gabor, bir musluğun su aktığı ve bir drenaj suyun akmasına izin verdiği yerlerde, lavaboya akış dışarı akıştan çok daha büyükse, lavabo taşar ve su her tarafa dökülür.
