أظهرت تجربة جديدة مع البكتيريا التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي، قوة الفوتون الواحد، إذ هناك نوع من البكتيريا التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي؛ حيث أظهرت التجارب الجديدة أن عملية تحويل الضوء إلى طاقة تنطلق من جسيم واحد من الضوء.
تقوم النباتات والطحالب وبعض البكتيريا بعملية التمثيل الضوئي. تتيح لها هذه السلسلة من التفاعلات الكيميائية تحويل ضوء الشمس إلى طاقة يمكنهم استخدامها للنمو. في المقاييس الأصغر، يتكون الضوء من جسيمات تسمى الفوتونات. لطالما اشتبه العلماء في أن فوتون واحد يمكن أن يؤدي إلى عملية التمثيل الضوئي. حتى الآن، لم يعرف أحد على وجه اليقين.
استخدمت التجربة الجديدة مصدراً للضوء ينتج فوتونين فقط في المرة الواحدة. طار فوتون واحد إلى كاشف. أشار هذا الجسيم عندما تم إطلاق الفوتونين. ذهب الفوتون الثاني إلى محلول يحتوي على هياكل ممتصة للضوء من البكتيريا. هذا النوع (Rhodobacter sphaeroides) يمكنه القيام بالتمثيل الضوئي. تحتوي البكتريا على هياكل حصاد الضوء تسمى LH2. يحتوي كل LH2 على حلقتين من الجزيئات.
في عملية التمثيل الضوئي الطبيعي، يمتص هيكل حصاد الضوء LH2 فوتوناً ثم يمرر طاقته إلى سلسلة من المجموعات الأخرى من الجزيئات. في النهاية تتحول الطاقة إلى شكل من أشكال الطاقة الكيميائية. هذه الطاقة تغذي الميكروب.
لكن في التجربة الجديدة، لم يكن هناك ما يسلم هذه الطاقة إليه. لذلك عندما امتص هيكل حصاد الضوء LH2 الفوتون الثاني الذي أطلقه مصدر الضوء، أطلق فوتوناً ثالثاً. كان لهذا الفوتون طول موجي مختلف (لون ضوئي) عن الطول الموجي الذي امتصه LH2. كان الطول الموجي الجديد علامة على انتقال الطاقة من الحلقة الأولى من LH2 إلى الحلقة الثانية. وهذه هي الخطوة الأولى في عملية التمثيل الضوئي.
اكتشف الباحثون الفوتون المنبعث من LH2. ثم قارنوا توقيت اكتشافه في الوقت الذي اكتشفوا فيه أن الفوتون الأول يخرج من مصدر الضوء. أكدت هذه المقارنة أن الفوتون الثاني قد بدأ عملية التمثيل الضوئي. شارك الباحثون النتائج التي توصلوا إليها في مجلة Nature"- الطبيعة" .
تقوم النباتات والبكتيريا بعملية التمثيل الضوئي بشكل مختلف. عند النباتات، يجب امتصاص فوتونات متعددة بشكل مستقل لإكمال عملية التمثيل الضوئي. يقول غراهام فليمنغ إن الخطوات الأولى في العملية متشابهة بدرجة كافية إلى درجة أن فوتوناً واحداً من شأنه أن يطلق عملية التمثيل الضوئي في النباتات أيضاً. يعمل هذا الفيزيائي الكيميائي في جامعة كاليفورنيا، بيركلي. وقد شارك في البحث الجديد.
يقول ريتشارد كوغديل إن دور الفوتونات الفردية ليس مفاجئاً. إنه عالم كيمياء حيوية لم يشارك في الاختبارات. يعمل في اسكتلندا في جامعة غلاسكو. الشيء المهم هنا كما يقول، هو التقنية التي استخدمها فريق فليمنغ.
اعتمدت العديد من التجارب المماثلة على ضوء الليزر. لكن الليزر يقدم أشعة فوتونية أكثر كثافة من أشعة الشمس. في الحياة الواقعية، تتساقط الفوتونات على الجزيئات التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي في النباتات والبكتيريا بمعدل أقل بكثير. فقط بضع عشرات من جسيمات الضوء ذات الأطوال الموجية الصحيحة تضرب هذه المناطق الصغيرة كل ثانية.
إن استخدام فوتون واحد فقط في المختبر يحاكي بشكل وثيق تلك العملية الواقعية. يقول كوغديل : "يمكنك حقاً معرفة ما يحدث في التفاعلات المبكرة في عملية التمثيل الضوئي". يبدو الأمر كما لو "يمكنك تقليص نفسك ومشاهدة هذه الفوتونات تتحرك".
----