Ny studie slår hål på teorier om kvantmekanikens betydelse för fotosyntesen

Utvecklingen av fotosyntesen spelade en avgörande roll när livet på jorden uppstod för fyra miljarder år sedan. Under det senaste decenniet har en del forskare tyckt sig se indikationer på att kvantmekaniska effekter är av betydelse i denna komplexa process. De idéerna krossas nu i en studie som publiceras i den vetenskapliga tidskriften Science Advances.

Fotosyntesen, i vilken levande organismer omvandlar ljusenergi från solen till kemisk energi lagrad i sockermolekyler, är grunden för allt liv på jorden. Trots det är alla dess funktioner ännu inte helt klarlagda. En hypotes som under de senaste åren fått stort inflytande är att kvantkoherens – när molekylers vågfunktioner svänger i fas – på ett smart sätt utnyttjats av naturen för att optimera fotosyntetiska organismer. Den nya studien, där forskare från Lunds universitet spelat en viktig roll, visar nu att så inte är fallet.

– Kvantbiologi är ett spännande koncept som på sistone väckt stor uppmärksamhet. Vissa forskare har föreslagit att den kan ge förklaringar där den klassiska fysikens lagar misslyckas. Men vår studie visar att de kvantmekaniska fenomen som föreslagits inte är nödvändiga för förståelsen av fotosyntesens innersta väsen, säger Donatas Zigmantas, professor i kemisk fysik vid Lunds universitet.

Med hjälp av ultrasnabb spektroskopi upptäckte forskargruppen att den påstådda kvantkoherensen försvinner på en extremt kort tid av 100 femtosekunder (0,0000000000001 sekund). Allt för snabbt för att spela en roll i fotosyntesens funktion.

– Vi granskade även alla tidigare studier om kvantmekaniska effekter i fotosyntes och det verkar som om många baserats på en felaktig tolkning av tidsupplöst spektroskopidata, säger Donatas Zigmantas.

Lundagruppens arbete med att utveckla de sofistikerade metoder som använts för att analysera de tidsupplösta spektroskopiexperimenten har varit avgörande för studien.

– Jag hoppas att våra resultat blir en milstolpe i fotosyntesforskningen, bidrar till att korrigera felaktiga föreställningar och riktar in framtida arbete mot viktiga olösta problem. På lång sikt kommer vår upptäckt att ge en bättre förståelse av den fantastiska fotosyntesen som gett oss en grön planet sjudande av liv, säger Donatas Zigmantas.

Förutom Lunds universitet har följande lärosäten deltagit i arbetet: Massachusetts Institute of Technology, University of Glasgow, Boston University, Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter, Universität Hamburg, Technische Universität München, Jakobs University Bremen, University of Groningen, Charles University, University of Toronto, University of Michigan, Johannes Kepler University Linz, Columbia University, Göteborgs universitet.

Studien presenteras i den vetenskapliga tidskriften Sciences Advances.

För mer information, kontakta:

Donatas Zigmantas, professor

Fysiska institutionen, Lunds universitet

046 222 47 39

donatas.zigmantas@chemphys.lu.se

Presskontakt:

johan.joelsson@science.lu.se

0730 275890