Для смягчения последствий изменения климата растения играют решающую роль: они используют солнечный свет для удаления углекислого газа, вызывающего парниковый эффект, из атмосферы и преобразования его в биомассу. Расщепляя воду, они также производят кислород, которым мы дышим. Этот последний процесс может оказаться еще более важным для сохранения климата: если его полностью понять, он приведет исследователей к разработке устройств, которые производят чистое водородное топливо из солнечной энергии и воды с гораздо более высокой эффективностью, чем растения могут производить биомассу.
В сотрудничестве с международной группой исследователей профессор Йоханнес Мессингер, который недавно присоединился к Программе молекулярной биомиметики в Университете Уппсалы, теперь нашел способ визуализировать эту реакцию с высоким разрешением с помощью рентгеновского излучения свободных электронов. лазер в Национальной ускорительной лаборатории SLAC и Стэнфордском университете. Для этой работы исследовательский консорциум разработал новые способы выращивания микрокристаллов фотосистемы II, белкового комплекса, который в растениях отвечает за производство кислорода из воды с использованием солнечного света. Затем эти микрокристаллы помещались на конвейерную ленту с использованием технологии, похожей на струйную печать. На ленте кристаллы подсвечивались лазерными вспышками зеленого света, чтобы запустить цикл реакции расщепления воды. Структура этих активированных состояний была впоследствии визуализирована путем воздействия на кристаллы в конце ленты сверхбыстрыми импульсами рентгеновского излучения.
«Эта работа является прорывом. Она прокладывает путь к пошаговому изучению того, как молекула кислорода образуется из двух молекул воды», - говорит Йоханнес Мессингер, один из ведущих авторов этой работы. исследование.
В отчете авторам удалось разрешить структурные различия между двумя состояниями фотосистемы II, участвующими в расщеплении воды. Для достижения этой цели исследовательские группы из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, Стэнфордского университета, Университета Гумбольдта в Берлине, Университета Умео и Университета Упсалы сотрудничали в течение пяти лет.
"Теперь мы готовы разгадать последние загадки того, как растения производят кислород - мечта сбылась", - говорит Йоханнес Мессингер.