Forschern ist der Nachweis gelungen, dass einzelne Lichtteilchen ausreichen, um Photosynthese-Reaktionen zu starten. Warum das für die Entwicklung von künstlicher Photosynthese wichtig ist.
, setzen einzelne Lichtteilchen nach Absorption durch das zur Photosynthese fähige Bakterium Rhodobacter sphaeroides einen Energietransfer mit anschließender Fluoreszenz in Gang. Dadurch werden alle weiteren Schritte der Photosynthese überhaupt erst ermöglicht.
Für ihren Labornachweis nutzten die Forscher eine Technik namens PCQLS , eine spektroskopische Methode, mit der einzelne Photonen gezählt und zeitlich aufgelöst werden können. Hierzu versammelte Fleming gemeinsam mit der Chemikerin Birgitta Whaley die Expertise von Biologinnen und Quantenoptikern um sich.
Im Labor in Berkeley wurde vor die Einzelphotonenquelle ein spezieller Kristall gesetzt. Wenn ein Photon durch ihn hindurchfliegt, spaltet es sich in zwei Photonen der jeweils halben Energie auf, man spricht von parametrischer Fluoreszenz. Es entsteht ein Photonenpaar, dessen Weg sich sogleich trennt: Das eine der beiden Photonen dient als eine Art Vorbote , es wird direkt detektiert. Hierdurch lässt sich das zuvor ausgesandte einzelne Lichtteilchen charakterisieren.
Das andere Photon hingegen wird zu sogenannten Purpurbakterien geführt. Hierbei handelt es sich um rötliche Einzeller, die man in der Natur unter anderem in sauerstoffarmen Tümpeln findet und die, im Gegensatz zu Pflanzen, keinen Sauerstoff produzieren - man spricht von anoxygener Photosynthese. Die lichtschluckenden Einheiten der Purpurbakterien werden in Fachkreisen schlicht"LH2" genannt. Sie bestehen aus zwei ineinander verschlungenen Ringen aus Bakteriochlorophyll-Molekülen. Von ihnen wird das zweite Photon absorbiert. Dabei gibt es einen Teil seiner Energie ab, was eine Ladungstrennung im Molekül bewirkt, die die nachfolgende Photosynthese-Reaktion anstößt.
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