Специалисты из университета штата Пенсильвания выявили и исследовали состав светочувствительных молекул зеленых бактерий, которые помогают им эффективно перерабатывать свет солнца в химическую энергию, которая необходима им для жизни. Данное открытие может стать базой для разработки солнечных батарей нового поколения.

Растения применяют солнечный свет в процессе фотосинтеза. Зеленые бактерии, которые стали предметом исследования ученых, применяют его для переработки соединений железа или серы. Живут они в морях или в водах гидротермальных источников на глубине больше 100 метров.

Молекулы бактериального хлорофилла окрашивают организмы в зеленый цвет, они походят на светочувствительные молекулы растений. Для результативного использования энергии небольшого количества света они объединяются в молекулярные комплексы – хлоросомы.

Из-за необычного разнообразия структура данных хлоросом долгое время оставалась неизученной структурой светочувствительных объединений молекул, встречающихся в природе. Различные типы хлоросом включают различное количество молекул бактериального хлорофилла (оно может достигать 250 тысяч), обладают разной формой и структурой упаковки молекул. Подобное разнообразие молекулярных комплексов, которое встречается в одном и том же организме, исследовать обычными рентгеноструктурными способами невозможно.

Ученые нашли решение этой проблемы при помощи комбинации структурных и генетических методов исследования, а также использовали математическое моделирование для исследования структуры одного единственного типа бактериальных хлоросом.

• Через пять лет в США будет производится пятая часть мирового объема солнечной энергии
• Федеральная торговая комиссия считает, что китайские панели вредят рынку
• Ученые считают, что научное сотрудничество США и России в Антарсктиде «растопит» напряженные отношения между странами
• Учёные разработали солнечные элементы с жидкими нанокристаллами
• Учёные нашли способ увеличить генерацию солнечной энергии в 2 раза
• Улучшение измерений мощности может ускорить развитие солнечных элементов
• США: студенческие городки будут питаться солнечной энергией
• Строительство крупнейшей солнечной электростанции наполовину завершено

«При помощи генетических методов нам удалось создать клон зеленых бактерий, в котором была отключена активность некоторых генов, и он содержал лишь один тип хлоросом. Такой лабораторный клон рос намного медленнее, чем его дикие аналоги, что привело нас к мысли о том, что сложность состава хлоросом – основной фактор их высокой эффективности в переработке энергии света бактериями», - объясняет Дональд Брайант, руководящий работами.

При помощи электронной микроскопии в условиях очень низких температур ученые выявили, что хлоросомы бактерий обладают трубчатой формой. Клоны при этом имели лишь один тип трубок, а зеленые бактерии в природе обладали целым набором, организованным в упорядоченные структуры.

Набор хлоросом разного размера с разным количеством хлорофиллов, которые объединены в пары и закручены под различными углами в винтовые спирали, определяет способность этих организмов использовать солнечный свет наиболее эффективно. Он дает возможность доставлять полученный свет очень быстро в любую точку клетки, где требуется энергия. У зеленых бактерий каждый поступивший фотон света перераспределяется между небольшой группой хлоросом, хаотично расположенных в организме, поэтому его энергия применяется очень быстро и эффективно.

«Согласно математическому моделированию, если бы все хлоросомы были одинаковы и упорядочены, то транспортировка энергии света к какому-либо месту в клетке требовала бы включения в данный процесс всей системы молекул хлорофилла, имеющейся в организме. Данный процесс потребовал бы большее количество времени. По сравнению с малым количеством наносекунд освещения, достающегося этим организмам всего лишь несколько раз в день, данное время может оказаться слишком долгим. Мы могли бы воспользоваться данным принципом при создании солнечных батарей будущего. В разработке искусственных систем, по аналогии с хлоросомами, нет ничего сложного», - добавил Брайант.