Pokud bychom hledali nejdůležitější biochemický proces pro život na naší planetě, jednoznačně zvítězí fotosyntéza. Vědci nyní zjistili, že k jejímu spuštění stačí nejmenší možné množství světla, tedy pouhý jediný foton..

Americký tým výzkumníků v oblasti kvantové optiky a biologie prokázal, že osamělý foton může nastartovat fotosyntézu u bakterie Rhodobacter sphaeroides. Vzhledem k tomu, že všechny fotosyntetizující organismy mají společného předka a fungují u nich podobné procesy, tak se dá předpokládat, že stejně tak tomu bude i u rostlin a řas.

Tým tvrdí, že jejich výsledky posílí naše znalosti o fotosyntéze a povedou k lepšímu pochopení prolínání kvantové fyziky v celé řadě složitých biologických, chemických a fyzikálních systémů. „Na celém světě bylo odvedeno obrovské množství teoretické i experimentální práce ve snaze pochopit, co se děje po absorpci fotonu,“ říká biochemik z Kalifornské univerzity v Berkeley Graham Fleming, „Uvědomili jsme si však, že nikdo nemluví o prvním kroku. To byla stále otázka, kterou bylo třeba podrobně zodpovědět.“.

Chlorofyl v rostlinách, řasách a v sinicích přijímá fotony ze Slunce. Poté se elektron chlorofylu vybudí, přeskočí na jiné molekuly, začne vytvářet stavební kameny cukru a jako vedlejší produkt uvolňují kyslík.

Za jasného a slunečného dne se k molekule chlorofylu dostane každou sekundou asi tisíc fotonů, což není nijaké závratné číslo. Proto účinnost fotosyntézy při využívání slunečního světla k výrobě energeticky bohatých molekul vedla vědce k domněnce, že tuto reakci může spustit jediný foton.

Při experimentu byl vytvořen zdroj fotonů, který z jednoho fotonu o vyšší energii vytvořil pár fotonů. Během pulzu byl první foton, nazývaný zvěstovatel, pozorován vysoce citlivým detektorem a signalizoval příchod svého partnerského fotonu, který interagoval s molekulami LH2 u bakterie.

Tyto molekuly dokážou absorbovat fotony o určité vlnové délce. Když foton s vlnovou délkou 800 nanometrů zasáhl první kruh molekul v LH2, energie následně přešla do druhého kruhu, který vydal fluorescenční fotony s vlnovou délkou 850 nanometrů.

Nalezení fotonu s vlnovou délkou 850 nanometrů v laboratoři bylo jasným znamením, že proces fotosyntézy začal.

Díky důkladné analýze si jsou vědci jisti, že výsledky byly způsobeny pouze absorpcí jednoho fotonu a žádné jiné faktory nemohly mít vliv. „Myslím, že první věcí je, že tento experiment ukázal, že i jednotlivý foton může mít svůj účinek,“ říká chemická fyzička Birgitta Whaleyová z Berkeley.

Výzkum ukazuje, jak se jednotlivé fotony chovají během fotosyntézy, a také poskytuje důležité informace o tom, jak proces přeměny energie v přírodě funguje. Techniky umělé fotosyntézy mohou být jednoho dne klíčem k udržitelnému přežití nejen na Zemi, ale i ve vesmíru.