MADRID, 21 Jun. (EUROPA PRESS) -
Investigadores del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) han descrito el carácter cuántico del transporte de energía durante la fotosíntesis y han observado que es independiente de las condiciones ambientales. Estos resultados, publicados en 'Science', pueden marcar el camino para construir dispositivos de energía solar mucho más eficientes, según han señalado los expertos.
La conversión eficiente de la luz solar en energía útil es uno de los grandes retos en el camino de obtener energía limpia, sostenible e independiente de los combustibles fósiles. Los organismos fotosintéticos, como las plantas y algunas bacterias, saben hacer esta conversión de forma muy eficiente: en menos de una milmillonésima parte de un segundo, el 95 por ciento de la luz solar que absorben es transportada y convertida, mediante reacciones metabólicas, en energía química.
Diferentes grupos de investigación de todo el mundo han demostrado que la gran eficiencia de la naturaleza está ligada a un fenómeno de la mecánica cuántica durante el transporte de energía en la fotosíntesis. Sin embargo, hasta ahora, nadie había observado directamente los efectos a temperatura ambiente.
En el artículo los científicos del ICFO han podido demostrar, por primera vez a temperatura ambiente, que los mecanismos cuánticos del transporte de energía hacen la fotosíntesis más robusta a la influencia del entorno.
El fenómeno cuántico en cuestión, conocido como coherencia cuántica, se manifiesta en unas determinadas proteínas, denominadas proteínas de antenas fotosintéticas, que son las responsables de la absorción de la energía solar y de su transporte hasta los centros de reacción químicos de la fotosíntesis.
Para poder observar los efectos cuánticos de la fotosíntesis el grupo, liderado por el Dr. Niek van Hulst, han desarrollado una pionera técnica experimental. El transporte de energía durante la fotosíntesis es muy rápido y tiene lugar a escala molecular.
Los investigadores han extendido la técnica de la espectroscopia ultrarrápida hasta el límite de una sola molécula. Consiste en enviar diferentes flashes de luz extremadamente cortos, de femtosegundos (durante un femtosegundo la luz viaja una centésima parte del diámetro de un cabello) para obtener una serie de "fotografías" del estado individual de cada antena después de haber absorbido la luz.
Con estos "fotogramas" los investigadores han podido entender como la energía solar se transporte a través de estas proteínas individuales. "Hemos podido ver como se transporta el flujo de energía en sistemas biológicos que usan la fotosíntesis con una resolución espacial y temporal sin precedentes", ha explicado el autor principal del trabajo, Richard Hildner, quien ha apuntado que esto "ha permitido observar como los efectos cuánticos juegan un papel fundamental en la fotosíntesis a temperatura ambiente".
Van Hulst y su grupo han estudiado las vías de transporte de energía de varias proteínas de antena individuales químicamente idénticas y han demostrado que cada una de ellas usa una vía distinta. Sin embargo, lo más sorprendente ha sido observar que estas vías de transporte de cada proteína individual cambian con el tiempo y con el cambio de las condiciones ambientales para mantener intactos los altos niveles de eficiencia de la fotosíntesis.
"Estos resultados señalan que la coherencia cuántica, la genuina propiedad cuántica de la superposición de estados, es la responsable de mantener los altos niveles de eficiencia en el transporte de energía de los sistemas biológicos, gracias a adaptar las vías de transporte en función de las influencias del entorno" ha explicado Van Hulst.
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