Janine M. Benyus. Biomimicry / Джанин М. Бенюс. Биомимикрия: Глава 3. Как мы будем получать энергию?

Свет есть жизнь: собирать энергию как лист.

wild_wolf 27.03.22 в 10:30

“Озёрная тина” может быть синонимом слова “быдло”*, но крошечные организмы, из которых она состоит, легко затмевают наши передовые технологии в деле получения энергии от солнца. Некоторые пурпурные бактерии, отвечающие этому нелестному описанию, используют световую энергию с эффективностью почти 95% — более чем в четыре раза выше, чем у лучших солнечных панелей.

— Выпуск новостей Университета Южной Калифорнии, 22 августа 1994 г.

*Выражение "pond scum" в английском имеет оскорбительное значение

wild_wolf 28.04.22 в 09:58

Энергетический сектор в индустриально развитых странах, вероятно, является единственным крупнейшим экономическим фактором, способствующим глобальной деградации окружающей среды.

— Семинар экспертов EPA* по энергетике и окружающей среде 21 июля 1992 г.

*U.S. Environmental Protection Agency - Агентство по охране окружающей среды США

wild_wolf 28.04.22 в 10:01

Когда я впервые начала мечтать об этой книге, я сидела на краю своего пруда и наблюдала, как облака Монтаны плывут в отражении по поверхности воды. Ночью я наблюдала, как в отражении всходит и опускается луна. Это было до того, как появилась ряска и украла это большое небесное представление.

wild_wolf 29.04.22 в 06:19

Ряска - это плавающее растение с одним круглым листом, тонким, как бумага, и не шире карандашного ластика. Она зимует живой на дне моего замерзшего пруда, питаясь запасённым крахмалом. В один шумный майский день она всплывает, как будто приходит на запланированную встречу, а затем, мягко говоря, множится. За считанные недели она затягивает живой плёнкой из светло-зеленых листьев каждый квадратный сантиметр водной поверхности. К августу, когда листья рогоза и тополей становятся темными и пыльными, ряска все ещё буйствует краской, такая по-весеннему зеленая, что люди останавливают свои машины, чтобы полюбоваться на неё. Они говорят мне: "Мы думали, что это мокрая краска".

wild_wolf 29.04.22 в 15:54

В совокупности ряска раскидывает впечатляющую солнечную батарею – одно растение, каких-то полсантиметра в поперечнике, может размножаться за счет чистой энергии солнечного света, покрывая площадь размером с футбольное поле за пару месяцев. Но это не одно растение; их миллионы. Я очищаю от них воду – они прорастают у меня за спиной, как прутики из метлы Колдуна. Этот спазм фотосинтеза – солнечный свет, на моих глазах превращающийся в гектары зеленой ткани – больше, чем просто мой заклятый враг. Это чудо.

wild_wolf 29.04.22 в 16:27

Так считало большинство людей до конца восемнадцатого века, когда ученые начали экспериментировать с листьями, чтобы узнать, “откуда берется их таинственная пища”. Помните, что это было во времена, когда считалось, что мыши самозарождаются из груды тряпья. Джозеф Пристли, английский химик-любитель, озадачил любопытных, когда в 1771 году опубликовал результаты своего эксперимента с колоколообразной банкой. Он запечатал мышь и свечу в банку, и мышь умерла, задохнувшись от “поврежденного воздуха”. Чудесным образом, когда Пристли поставил в банку растение мяты, он мог посадить туда новую мышь, и она выживала. Растительность, сказал он миру, может каким-то образом "чинить" воздух.

wild_wolf 30.04.22 в 05:09

Но из-за дьявольского пути, которым, кажется, идут исследования фотосинтеза, Пристли в течение многих лет терпел поражение, когда пытался повторить эти эксперименты. Историки полагают, что он, должно быть, перенес банку в темный угол своей лаборатории, не зная, что свет играет роль в выделении кислорода из листьев мяты. Мышь за мышью продолжали терять сознание. Прошло еще восемь лет, прежде чем голландский врач и химик Ян Ингенхауз провел тот же эксперимент возле солнечного окна, и в его мыслях зажглась лампочка осознания.

wild_wolf 30.04.22 в 05:15

Остальное уже история. Теперь мы знаем, что фотосинтез, что означает “синтез с помощью света”, - это процесс, посредством которого зеленые растения, а также некоторые водоросли и бактерии поглощают углекислый газ, воду и солнечный свет и превращают их в кислород и богатые энергией сахара. В то же время животные, подобные нам, поглощают этот кислород и эти сахара и превращают их обратно в углекислый газ, воду и энергию. Благодаря солнцу мята, мыши и люди – все процветают.

wild_wolf 30.04.22 в 06:35

Нам в этой стеклянной банке, называемой Землей, повезло, что мы находимся так близко к чудесному взрыву, происходящему весь день, каждый день, над нашими головами. Синтез водорода на солнце обеспечивает достаточно световой энергии, чтобы легко удовлетворить все наши энергетические потребности, не сжигая ни капли нефти. Если бы только у нас был способ подключиться к этой розетке.

wild_wolf 30.04.22 в 06:39

До сих пор мы жили по милости зеленых растений, и мы обязаны им как своей жизнью, так и своим образом жизни. Считайте, всё, что мы потребляем, от морковной палочки до филе с острым соусом, является продуктом растений, превращающих солнечный свет в химическую энергию. Наши автомобили, наши компьютеры, гирлянды на рождественских елках - всё это также питается фотосинтезом, потому что ископаемое топливо, которое они используют, - это всего лишь спрессованные за 600 миллионов лет останки растений и животных, которые выращивали свои тела с помощью солнечного света. Все наши пластмассы, фармацевтические препараты и химикаты, произведенные на основе нефти, также происходят из творений древнего фотосинтеза. На самом деле, кроме камней и металлов, трудно найти какое-либо сырье из тех, что мы используем, которое не было когда-то живым и потому в конечном счёте существовавшим благодаря растениям.

wild_wolf 30.04.22 в 06:47

Растения собирают солнечную энергию и сохраняют ее в качестве топлива. Чтобы высвободить эту энергию, мы сжигаем растения или растительные продукты либо во внутренней среде, внутри наших клеток, либо во внешней среде, с помощью огня.

wild_wolf 30.04.22 в 06:56

На мой вкус, открытие огня, какую бы шумиху оно не запустило, было сильно переоценено. Огонь был хорош первое время - он согревал нас и готовил для нас мясо. Проблема в том, что мы никогда не выходили за рамки огня — сжигание в печах или двигателях по-прежнему является основным яйцом в нашей корзине производства энергии, и это ни на йоту не приблизило нас к устойчивому образу жизни. Вместо этого сжигание старого топлива привело к повышению уровня углекислого газа (CO2), таянию льдов в Антарктиде, повышению уровня океана и самому жаркому десятилетию за всю историю наблюдений.

wild_wolf 30.04.22 в 07:05

Когда мы сжигаем нефть, бензин и уголь, мы выпускаем большое количество углерода, который был сжат и погребён в течение мелового периода. Гигантские папоротники тех дней разлагались в условиях кислородного голодания и никогда не имели возможности завершить свой цикл разложения. Теперь мы заканчиваем работу с помощью костра, поглощая за год то, на формирование чего потребовалось сто тысяч лет роста органики. Подобно огромным мехам, наш костер вдыхает кислород и выдыхает неземное количество CO2, парникового газа.

wild_wolf 30.04.22 в 07:18

Такой экстремальный поток в такой замкнутой системе, как наша биосфера, представляет ту же опасность, с которой вы столкнулись бы, если бы сожгли мебель в своем доме с закрытыми окнами. Последние сто лет мы только этим и занимались — сжигали семейные реликвии, сделанные из древнего солнечного света, игнорируя тот факт, что современный солнечный свет струится в каждое окно. Вместо того, чтобы все эти годы подкармливать наши костры мертвыми растениями, возможно, нам следовало бы изучать живые растения, тщательно копируя их магию.

wild_wolf 30.04.22 в 10:06

Пуповина, тянущаяся к солнцу

wild_wolf 28.04.22 в 10:13

Несмотря на то, что идея солнечной энергии не пользуется популярностью и не приносит прибыли в тени всё ещё бьющих фонтаном нефтяных вышек, в течение многих лет она росла в великих умах. Еще в 1912 году итальянский профессор химии по имени Джакомо Чамициан написал в журнале Science статью о мире, в котором будут снесены дымящие трубы, чтобы освободить место лесам из чистых стеклянных трубок, которые будут имитировать “потаённый секрет растений” и фотосинтезировать нам необходимое нам топливо.

wild_wolf 30.04.22 в 18:19

Насколько близко мы подошли к мечте Чамичана? Восемьдесят лет спустя у нас есть гектары мерцающих солнечных элементов, сделанных из кремния, материала, который никогда не встречается в чертежах зеленых растений. После первого тестирования их на панелях космических кораблей мы теперь используем фотоэлектрические элементы для перекачки воды, освещения домов, работы ноутбуков, зарядки аккумуляторов и подачи энергии в электросеть. Фотоэлектрические системы могут покрыть крышу или заставить электронные цифры танцевать в мельчайших калькуляторах, но они не будут заниматься реальной химией (производить компактное топливо из света), как это делают растения. И хотя фотоэлементы стали меньше и доступнее со времени изобретения, они по-прежнему далеко не так компактны, эффективны или невероятно дешевы, как органические модули, собранные растениями. Что даёт ещё один повод для зависти. Каждое утро, когда наши техники надевают свои белые костюмы и антистатические ботинки-луноходы, чтобы собирать высокотехнологичные солнечные батареи на заполненных токсичными веществами фабриках, листья, ветви и стебли за их окнами безмолвно собирают сами себя триллионами.

wild_wolf 30.04.22 в 18:41

По прошествии всех этих лет, несмотря на поток статей по фотохимии, публикуемых каждую неделю по всему миру, секрет фотосинтеза остается под охраной. Фрагментарные проблески процесса понемногу раскрываются, но рабочая модель все еще заполнена черными ящиками (необъяснёнными частями процесса) и таинственными молекулами под кодовыми названиями Q и Z.

wild_wolf 30.04.22 в 18:53

Часть проблемы заключается в том, что фактический сбор заряженных частиц света (фотонов) не является макроскопическим, который можно было бы видеть невооруженным взглядом. Наши самые сильные электронные микроскопы не всесильны и могут показать нам лишь то, где происходит фотосинтез, но не как он происходит. “Шестеренки” фотосинтеза являются молекулярными комплексами, они состоят из групп атомов, которые остаются вне диапазона чувствительности даже таких фантастических микроскопов. Представьте, что в маленькой ряске, которая плавает на поверхности моего пруда, на каждый квадратный миллиметр листа приходится пятьдесят тысяч хлоропластов (клеточных органелл, в которых происходит фотосинтез).

wild_wolf 01.05.22 в 07:12

Представьте, что в маленькой ряске, которая плавает на поверхности моего пруда, на каждый квадратный миллиметр листа приходится пятьдесят тысяч хлоропластов (клеточных органелл, в которых происходит фотосинтез). Каждый хлоропласт содержит сложную сеть мембран, заполненных молекулярными пигментами и белками, расположенными в фантастически точной хореографии. По крайней мере, так говорит нам наша лучшая гипотетическая модель. Для высших растений, таких как ряска, мы все ещё ждём реальных фотографий. Тем временем мы догадываемся, как протекает этот процесс, строим теории и ищем доказательства.

wild_wolf 01.05.22 в 07:16

Несмотря на наши неполные знания, дух Чамичана всё ещё витает в коллективе исследователей искусственного фотосинтеза. Эти исследователи полагают, что мы знаем достаточно об этом потаённом секрете, чтобы начать рационально создавать факсимиле, фотоэлемент молекулярных размеров, который будет превращать световую энергию в электричество, в компактное топливо или в искру, необходимую нам для проведения химических реакций при комнатной температуре и в воде.

wild_wolf 01.05.22 в 07:35

Каждая лаборатория, похоже, рассматривает этот секрет и способ его имитации немного по-разному. Некоторые объединяются под лозунгом “Разделение зарядов!”. Другие говорят: “Нам нужно построить антенну!”. Третьи уклоняются от использования органических строительных блоков и вместо этого стремятся воссоздать замысел природы в неорганической форме. Каждая лаборатория выбирает свой путь через этот великий океан обещаний, как лодки разных конструкций в научном аналоге регаты "Кубок Америки".

wild_wolf 01.05.22 в 09:22

В 1990 году я с радостью прочитала, что одна команда в Аризоне вырвалась вперед. Они действительно синтезировали органическую молекулу, смоделированную на основе реакционного центра фотосинтеза, и получили квантовый выход, который уже мог поспорить с квантовым выходом фотосинтеза! Их научная лодка огибала буй с возбужденными криками и гудками — статьями в престижных журналах Science и Nature. В марте 1994 года я подплыла к их лодке и забралась на неё.

wild_wolf 01.05.22 в 09:25

Если бы вам нужно было вообразить место, где можно спрятаться от солнца, кампус Университета штата Аризона в Темпе был бы идеальным ответом. Только что вернувшись из зимы в Монтане и всё ещё чистя одежду от катышков с парки, я была опьянена звуками юго-западного кампуса: стуком теннисных мячей, смехом из заполненных цветами гротов, непрекращающимся пением птиц в пальмах. Я заявилась в Центр по изучению ранних событий фотосинтеза, улыбаясь, как пассажир круизного лайнера, который только что впервые поднялся на палубу.

wild_wolf 01.05.22 в 09:32

Но вряд ли это был отпуск для Дж. Девенса Гаста-младшего и его команды. Они только что получили известие о том, что крайний срок по их большому гранту Национального научного фонда был передвинут ближе, и черновики летали между офисами, как снег во время бури. Несмотря на давление, Гаст — химик, профессор и руководитель центра — составил график, который позволил бы мне встретиться с экспертами по каждому аспекту их работы: от людей, которые разбирают реальные фотосинтетические электростанции, до тех, кто собирает имитирующие их приборы с нуля. Как объяснил Гаст, команда вместе собрала то, в чём слишком тяжело было бы разбираться одному учёному: от понимания “квантовой неопределенности движения электронов в ближнем красном спектре света” до “по вкусу ли растению кукурузы из Индианы местная почва и почему”. Лаборатории на одном этаже содержали светящиеся банки с образцами одних из самых древних бактерий в мире, в то время как в сейсмостойком подвале гудели ультрасовременные лазеры. На промежуточных этажах, казалось бы, обычные лаборатории органической химии готовили молекулы, которые были ближе к имитации природных солнечных коллекторов, чем что-либо созданное ранее.

wild_wolf 01.05.22 в 09:51

Моя экскурсия по центру была своего рода ментальным десятиборьем, каждый разговор расширял мое понимание всего, что связано с мимикрией такого рода. Каждый член команды знал о фотосинтезе по-своему: в своём масштабе, или дисциплине, или со своими методами измерения, - но в целом они работали как единый организм. И у меня сложилось отчётливое впечатление, что это организм в расцвете сил.

wild_wolf 01.05.22 в 10:02

Биохимик Томас А. Мур, похожий на лепрекона бумер, который изо всех сил старается быть ворчуном, хмуро смотрит на экран своего компьютера, когда я вхожу. Ругается с мягким техасским акцентом. Словно в ответ, его Macintosh выдает гитарный рифф: “That’ll be the day/when you say good-bye-yie-yie/ that’ll be the day…" Под ворчание Томаса компьютер затихает. “Он говорит мне приниматься за работу, - театрально шепчет он, - но мы проигнорируем это”.

wild_wolf 01.05.22 в 10:09

Это, кажется, доставляет ему удовольствие. Том Мур из тех людей, которые потирают руки, когда собираются погрузиться во что-то: в дискуссию, хорошую еду, острый научный вопрос. Есть определенное удовольствие, с которым он отрывает кусочки жизни и пережевывает их. Когда я прошу его объяснить фотосинтез, он заметно светлеет и (после скольких лет преподавания?) буквально подскакивает к белой доске и начинает рисовать. “Это потрясающе”, - говорит он мне. “Возможность имитировать даже малую часть этого процесса успокаивает меня — я говорю себе, видишь?, это не магия”.

wild_wolf 01.05.22 в 10:11

Магия это или нет, но мимикрия не уменьшает удивления, которое, очевидно, испытывает Мур. Время от времени, в перерывах между страстными набросками — формулы, клетки, бактерии, листья — он говорит: “Мне скоро нужно будет уходить”. Но вместо этого стрелки часов ещё долго движутся по циферблату, пока я узнаю, как солнце превращает свет в жизнь.

wild_wolf 01.05.22 в 10:16

Пинбол с электронами

wild_wolf 30.04.22 в 11:02

Мур говорит мне, что солнечный свет подобен дождю из энергетических частиц, и задача каждого зеленого растения, сине-зеленой водоросли и фотосинтезирующей бактерии состоит в том, чтобы улавливать эти частицы и заставлять их работать. Чтобы увеличить свои шансы, эти сборщики фотонов выставляют множество светочувствительных пигментов - хлорофилл a, хлорофилл b и каротиноиды, которые действуют как антенны для солнечной энергии. Атомы в каждом пигменте расположены в форме леденца — кольца на стебле. Сотни леденцов встроены в мембрану заполненного жидкостью мешка, называемого тилакоидом. Сотни тилакоидов собраны в кучу, как водяные шарики, внутри каждого хлоропласта. Хлоропласты, которые делают зеленое растение зеленым, упакованы в количестве сотен тысяч, если не миллионов, даже в самом крошечном листике.

wild_wolf 01.05.22 в 11:44

Когда солнечный свет попадает на эти хлоропласты, антенны-леденцы в мембране тилакоидов захватывают пакет энергии, а затем направляют его в один из реакционных центров фотосинтеза, также встроенных в мембрану тилакоидов. Каждый реакционный центр представляет собой обширную сборку из десяти тысяч атомов со своим собственным набором из двухсот антенн. В его основании лежит пара из двух высокочувствительных молекул пигмента, которые фактически поглощают энергию. Назовём это Центром фотосинтеза, где свет становится пищей для жизни.

wild_wolf 01.05.22 в 12:02

А теперь рассмотрим всё крупным планом. Вокруг этого хлорофилла — как вокруг всех молекул, на самом деле, — вращаются электроны, типа тех, которые нарисованы на логотипах чистящего средства Atomic в 1950-х годах. Эти электроны являются отрицательно заряженными частицами, теми самыми, которые, взаимодействуя в потоке, могут испечь для вас кексы. Чтобы представить себе фотосинтез, вы должны мысленно следить за этим движущимся облаком электронов. Когда лист поглощает энергию солнца, некоторые из этих электронов, вращающихся вокруг пары хлорофиллов, настолько возбуждаются, что начинают мигрировать к другим молекулам, вызывая цепную реакцию, в ходе которой расщепляется вода, высвобождается кислород, а углекислый газ превращается в сахар. В листе такого зелёного растения, как ряска, для выполнения этой солнечной алхимии требуются два разных типа фотосистем (ФС I и ФС II).

wild_wolf 01.05.22 в 12:58

Каждая фотосистема чувствительна к своей части светового спектра. Фотосистема II, например, поглощает длины волн длиной 680 нанометров (красноватый свет), и это поглощение заставляет один из электронов, вращающихся вокруг центральных хлорофиллов, переходить на орбиту с более высокой энергией, как мячик в начале игры в пинбол. Прежде чем электрон сможет вернуться на свою старую орбиту, высвобождая свою энергию в виде бесполезного тепла, молекула-акцептор, расположенная поблизости, подхватывает его. Но прямо по соседству с акцептором есть другая молекула, ещё более хороший акцептор, и цап! - она крадёт электрон. Электрон продолжает двигаться, как горячая картофелина, перебрасываемая между молекулами всё дальше от хлорофилла. За триллионные доли секунды отрицательный заряд оказывается на одном конце цепочки акцепторных и донорных молекул, а положительный - на другом. Положительный заряд на самом деле представляет собой “дырку” в центральном хлорофилле, образовавшуюся, когда электрон был унесён прочь.

wild_wolf 01.05.22 в 13:08

Поскольку природа не терпит такого рода дыр, соседняя молекула с кодовым названием Z отдает электрон и сбрасывает состояние хлорофилла, что-то вроде автомата для пинбола, заряжающего новый шарик на место предыдущего. Вскоре гонка начинается вновь, когда поглощается ещё один фотон и новый электрон вылетает со своей орбиты и вступает в игру.

wild_wolf 02.05.22 в 08:12

Тем временем первая "горячая картошка" - электрон, который путешествовал от акцептора к акцептору, теперь полностью перепрыгивает через игровое поле и попадает в другую фотосистему, ФС I. Там он встречается с центральным хлорофиллом, который недавно поглотил фотон света (длина волны 700 нанометров) и запустил в игру свой собственный электрон. Это оставляет в нем дырку, которая удобно закрывается электроном, перескакивающим с ФС II. Опять же, ФС I играет в "горячую картошку", перебрасывая электрон от одной молекулы-акцептора к другой. Электрон в конечном итоге перемещается к внешней стороне тилакоидной мембраны, в то время как положительный заряд (оставшийся в виде "дырки" в частице Z ФС II) остается близко к внутренней части мембраны.

wild_wolf 02.05.22 в 08:23

В этот момент Мур поворачивается и указывает на меня своим маркером. “А что вы получаете, когда у вас есть положительный заряд на одной стороне мембраны и отрицательный заряд на другой?” Он похож на сумасшедшего ведущего игрового шоу. Я понятия не имею. ”МЕМБРАННЫЙ ПОТЕНЦИАЛ!" - кричит он, как будто мы попали на судебное заседание.

wild_wolf 02.05.22 в 09:04

Изредка вы обнаруживаете истинный фетиш учёного, концепцию, которая абсолютно его захватывает. Получив возможность объяснить её непосвященным, он на мгновение останавливаются как вкопанный. Столько мыслей толпится в голове, ожидая выхода — с чего начать?

wild_wolf 02.05.22 в 09:10

“Разница, - медленно и терпеливо продолжает он, - между мертвой и живой бактерией заключается в мембранном потенциале. В живых клетках концентрация веществ или зарядов внутри клетки отличается от концентрации снаружи. Закон неубывания энтропии гласит, что все системы хотят перейти в положение с более низкой энергией — они хотят выровнять неравномерные градиенты или концентрации. Вот почему пятно чернил расплывается в воде — концентрированные молекулы чернил диффундируют в воду, а молекулы воды проникают в чернила. Как только концентрации сравняются, система может успокоиться."

wild_wolf 03.05.22 в 18:08

“Фотосинтез на самом деле создают неравные градиенты. Он перемещает отрицательные заряды наружу от мембраны тилакоида, оставляя внутри скопление положительно заряженных ионов. Этот процесс поляризует мембрану, создавая разницу между внутренней и внешней стороной тилакоида. Заряды по обе стороны мембраны хотят перераспределиться, высвободить свою энергию и расслабиться; это была бы нисходящая реакция, самая естественная вещь в мире. Но из-за того, что мембрана мешает, напряжение остается высоким. Ваш автомобильный аккумулятор делает то же самое — он разделяет заряды, и так накапливает энергию. Живые клетки, как и автомобили, могут использовать такой энергетический потенциал. Они используют его для импорта питательных веществ, для возбуждения нейронов, для общения клеток друг с другом или для движения мышц. На клеточном уровне жизнь живет в напряжении между неравными концентрациями, неравными зарядами. Мембранный потенциал = химический и электрический потенциалы = жизнь.”

wild_wolf 03.05.22 в 18:14

В этот момент я, много лет не открывавшая учебник по клеточной биологии, почувствовала, что концепция немного ускользает от моего понимания. Мур, непревзойденный учитель, вернулся к листу.

wild_wolf 03.05.22 в 19:11

Мембранный потенциал имеет большое значение для растений, а именно для питает и даёт топливо целой планете. Во-первых, происходит расщепление воды. С каждым электроном, который вбрасывает в игру хлорофилл ФС II, молекула Z жертвует один из своих электронов для “перезагрузки” хлорофилла. Z в конечном итоге отдает четыре электрона фотосистеме II. Чтобы заполнить свои положительно заряженные "дырки" из-под электронов, он объединяется с водоокисляющим комплексом, который удаляет четыре электрона из воды (H2O). Вода распадается на кислород, который просачивается из листа, и ионы водорода (H+), которые застревают внутри тилакоидного мешка. Ионы водорода, будучи положительно заряженными, отчаянно хотят сравнять счёт и выбраться наружу, где находятся отрицательные заряды.

wild_wolf 04.05.22 в 06:42

Тем временем снаружи мембраны один за другим электроны передается молекуле, называемой NADP+ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат). Эта передача превращает NADP+ в переносчик электронов NADPH, который обладает мощными восстановительными свойствами (способностью отдавать электроны другим соединениям). Это означает, что на следующей стадии фотосинтеза, так называемой темновой фазе, NADPH может отдавать электроны CO2 и таким образом восстанавливать его до сахара, CH2O. Но он не может этого сделать без помощника — молекулы, которая будет обеспечивать энергию.

wild_wolf 04.05.22 в 06:46

“И здесь, - говорит Мур, - мембранный потенциал вступает в игру”.

wild_wolf 04.05.22 в 08:22

Единственный способ для захваченных ионов водорода выбраться из тилакоидного мешка - через канал в ферменте, который работает как фактор сопряжения. В обучающих мультфильмах он выглядит как поганка, со стеблем, охватывающим мембрану, и выпуклой головкой, торчащей наружу. Поскольку плюсовые заряды выходят через этот фактор сопряжения, они извлекают плату — они превращают соединение, называемое аденозиндифосфатом (АДФ), в аденозинтрифосфат (АТФ), добавляя третий фосфат. Этот третий фосфат соединен с двумя другими высокоэнергетической связью, и именно здесь сохраняется энергия солнца. Во время темновой фазы высокоэнергетическая связь АТФ разрывается, и эта энергия используется для превращения CO2 в сахар.

wild_wolf 04.05.22 в 08:28

Химическая реакция, заключившая эту энергию в химической связи, не могла бы произойти без разделения двух зарядов, плюса и минуса, на противоположных сторонах мембраны, куда их отправила сила обычного, как на огороде, солнечного света. Всякий раз, когда таким образом разделяются положительный и отрицательный заряды, по сути, получается батарея, заряженная от солнца.

wild_wolf 04.05.22 в 09:57

Мур снова глубоко вздыхает. “Мы начали задаваться вопросом, сможем ли мы создать солнечную батарею, подключив светочувствительный пигмент к цепочке донорных и акцепторных молекул. Мы хотели добиться двух вещей. Во-первых, добиться разделения зарядов — плюс на одном конце цепочки и минус на другом; а во-вторых, добиться, чтобы заряды были разделены достаточно долго для того, чтобы эта энергия перешла в работу ”.

wild_wolf 04.05.22 в 10:55

Работа может принимать разные формы: можно 1) подключить провода к концам молекулярной нити, чтобы получить электрический ток, 2) использовать его для расщепления воды и получения водорода, 3) использовать его в качестве источника питания для оборудования на заводах, или даже 4) использовать энергию как переключатель для проведения вычислений с околосветовой скоростью.

wild_wolf 04.05.22 в 10:59

“Однажды мы можем даже убедить нашу цепочку молекул проникнуть в мембрану искусственной клетки”, - говорит Мур. “Вместо того чтобы кипятить химикаты в течение нескольких часов в токсичных растворах для производства пластмасс или других продуктов, можно было бы создать крошечный реакционный сосуд, снабдить его блоком питания и отойти в сторону, чтобы не загораживать ему солнце”. Для нас это научная фантастика — экологически чистое топливо и химические реакции на солнечном свету - но для растений это обычное дело. Кто-то всё-таки должен сказать Аристотелю, что и на кухне есть боги.

wild_wolf 04.05.22 в 11:06