دانشمندان دریافتهاند که نوعی رنگدانه پنهان در جلبکهای دریایی به آنها کمک میکند نور شدید خورشید را بدون آسیب دیدن جذب کنند؛ کشفی که میتواند الهامبخش نسل جدیدی از فناوریهای خورشیدی با کارایی و دوام بالاتر باشد.
به گزارش پژوهشگران دانشگاه متروپولیتن اوساکا، جلبکهای سبز دریایی از رنگدانهای به نام سیفونئین (Siphonein) برای محافظت از فرایند فتوسنتز در برابر نور شدید استفاده میکنند. این مکانیسم طبیعی به جلبکها اجازه میدهد حتی در شرایط نوری سخت، فتوسنتز را بهطور پایدار ادامه دهند.
وقتی نور خورشید به تهدید تبدیل میشود
فتوسنتز فرایندی حیاتی برای گیاهان و جلبکها به ساختارهای حساسی به نام کمپلکسهای جمعآوری نور (LHCs) وابسته است. در شرایط عادی کلروفیل با جذب نور وارد حالت برانگیخته میشود و انرژی را به مراکز واکنش منتقل میکند اما در نور بیشازحد کلروفیل میتواند به حالت خطرناک تریپلت وارد شود؛ حالتی که منجر به تولید گونههای فعال اکسیژن و در نهایت آسیب اکسیداتیو به سلول میشود.
ریتسوکو فوجی، نویسنده اصلی این پژوهش و استاد دانشگاه متروپولیتن اوساکا توضیح میدهد: ارگانیسمهای فتوسنتزکننده از کاروتنوئیدها برای دفع سریع انرژی اضافی و خنثیسازی این حالتهای خطرناک استفاده میکنند؛ فرایندی که انتقال انرژی تریپلت-تریپلت نام دارد. با وجود اهمیت این سازوکار دفاعی جزئیات بنیادی آن تاکنون بهطور کامل شناخته نشده بود.
چرا جلبکهای دریایی؟
برای بررسی دقیقتر این پدیده پژوهشگران گونهای از جلبک سبز دریایی به نام Codium fragile را مطالعه کردند. این جلبک علاوه بر داشتن ساختار فتوسنتزی مشابه گیاهان خشکیزی حاوی کاروتنوئیدهای خاصی مانند سیفونئین و سیفوناکسانتین است که امکان استفاده موثر از نور سبز (نور غالب در محیطهای زیرآبی) را فراهم میکند.
آلساندرو آگستینی، پژوهشگر دانشگاه پادوا و از نویسندگان همکار این مطالعه میگوید: کلید این مکانیسم محافظتی، سرعت و کارایی غیرفعالسازی حالتهای تریپلت است.
{$sepehr_key_10522}
مشاهده مستقیم سپر دفاعی جلبکها
تیم تحقیقاتی با استفاده از طیفسنجی رزونانس پارامغناطیسی الکترونی (EPR) روشی که امکان شناسایی مستقیم حالتهای برانگیخته تریپلت را فراهم میکند جلبک Codium fragile را با گیاه اسفناج مقایسه کرد. در حالی که در اسفناج هنوز سیگنالهای ضعیفی از حالتهای تریپلت کلروفیل مشاهده شد این سیگنالها در جلبک دریایی بهطور کامل ناپدید بودند.
این نتیجه نشان داد که کاروتنوئیدهای موجود در جلبکها توانستهاند بهطور کامل حالتهای مخرب را خنثی کنند. آگستینی در اینباره میگوید: ساختار آنتن فتوسنتزی جلبکهای سبز دریایی دارای عملکرد محافظتی بسیار مؤثری است.
با ترکیب دادههای EPR و شبیهسازیهای شیمی کوانتومی پژوهشگران دریافتند که سیفونئین نقش اصلی را در این فرایند حفاظتی ایفا میکند. این رنگدانه در جایگاهی کلیدی در کمپلکس LHCII قرار دارد و ویژگیهای الکترونیکی و موقعیت دقیق آن باعث میشود انرژی اضافی بهسرعت پراکنده شده و پیش از ایجاد آسیب مهار شود.
نتایج این پژوهش نشان میدهد جلبکهای دریایی نهتنها برای جذب نور آبی-سبز محیطهای زیرآبی تکامل یافتهاند بلکه سازوکارهای پیشرفتهای برای مقابله با نور شدید خورشید نیز در اختیار دارند.
الهام برای آینده انرژی خورشیدی
فراتر از درک بهتر فتوسنتز این یافتهها میتوانند مسیر طراحی فناوریهای خورشیدی الهامگرفته از طبیعت را هموار کنند؛ سامانههایی که بهطور ذاتی در برابر اضافهبار انرژی مقاوم هستند و در عین حال بازده بالاتری دارند.
فوجی در پایان تاکید میکند: امیدواریم با شناسایی دقیق ویژگیهای ساختاری کاروتنوئیدها، بتوانیم به طراحی مولکولی رنگدانههایی دست یابیم که کارایی آنتنهای فتوسنتزی و در نهایت سامانههای انرژی خورشیدی را بهینه کنند.
انتهای پیام/