Ученые срочно ищут искусственные аналоги фотосинтеза

27 ноября 2017 в 16:00

Человечество пытается обезопасить свое будущее, в котором могут исчезнуть все растения, вырабатывающие кислород

 

В атмосфере концентрация свободного кислорода составляет 20,95%, а углекислого газа — 0,04%. Это соотношение поддерживается жизненными циклами представителей флоры и фауны. Но количество растений на нашей планете стремительно уменьшается, а объемы выбросов углекислого газа растут. Как ученые пытаются решить проблему с добычей кислорода при помощи искусственных средств, рассказывает Ольга Коленцова на портале РИА Наука.

Основную роль в процессе фотосинтеза играет свет. Из солнечного излучения, доходящего до Земли, лишь половина имеет длину волны, с которой может «работать» хлорофилл. Причем максимумы поглощения находятся в синей (около 400 нанометров) и красной (около 700 нанометров) областях спектра. 

«Этот зеленый пигмент содержится в листьях и захватывает солнечный свет, а набор ферментов и других протеинов использует энергию, чтобы расщеплять молекулы воды на кислород, водород и электроны. Протоны водорода и электроны, движущиеся по цепочке из белков, принимают участие в создании энергии, необходимой для синтеза органических соединений», — поясняет Павел Федураев, старший научный сотрудник Лаборатории природных антиоксидантов Института живых систем Балтийского федерального университета им. И. Канта.  

схема фотосинтеза

На картинке представлена схема фотосинтеза © Depositphotos

Из подходящего диапазона солнечного излучения большая часть теряется в процессе поглощения и внутренних реакций. В среднем для фотосинтеза растениями используется лишь 1-2% от всего поступающего на Землю солнечного света. 

Чтобы воссоздать фотосинтез в искусственных условиях, необходимо повторить два ключевых этапа: сбор солнечной энергии и расщепление молекул воды. Кстати, искусственный фотосинтез возможно использовать для производства как кислорода, так и водорода. Во втором случае человечество будет надежно обеспечено экологичным, эффективным и недорогим топливом. 

Пока исследования искусственного фотосинтеза находятся на стадии лабораторных разработок. Полупроводники и живые бактерии помещают в фотосинтетическую биогибридную систему (искусственный лист), на которую воздействуют солнечным светом. Полупроводники собирают его энергию, генерируя электроны, необходимые для того, чтобы состоялась реакция в растворе воды и углекислого газа. Бактерия использует электроны для преобразования молекулы углекислого газа, тем самым способствуя образованию водорода (H2), метана (CH4), этанола (C2H5OH). А вода в это же время окисляется на поверхности другого полупроводника, в процессе чего выделяется кислород. 

Но расщепить молекулу воды не так просто, это требует около двух с половиной вольт энергии. Следовательно, нужен катализатор, который запустит химическую реакцию. Некоторые исследователи, занимающиеся искусственным фотосинтезом, имитируют естественный процесс без привлечения живых организмов. По большому счету эти разработки сводятся к созданию принципиально нового катализатора, так как существующие (основанные на магнии, титане, кобальте, рутении) довольно токсичны и имеют низкий коэффициент полезного действия.

Есть разработки по искусственному фотосинтезу, в которых используются живые организмы (пока только бактерии и отдельно взятые клетки). Подобные исследования основаны на получении информации о фотосинтезе с помощью цианобактерий. Сначала им в геном вставляется последовательность нуклеотидов, содержащая инструкции по синтезу белковых меток. Далее живые организмы извлекаются вместе с метками и проводится исследование полученной фотосистемы (бактерий, которые перерабатывают белки). Ученые утверждают, что данная информация поможет создать искусственные аналоги фотосинтеза. (Источник: ria.ru/science. Автор: Ольга Коленцова).

 

 
Опубликовано:

В ленту раздела Новости науки | Обсудить тему на форуме

ООО «Издательство Агрорус»
+7 (499) 500-10-84
119590, город Москва, ул. Минская, 1Г, корп. 1, офис 19
ООО «Издательство Агрорус»

Популярное

Суперрастение спасет от голода и климатических изменений

Суперрастение спасет от голода и климатических изменений

07.12.2017 | 21:00

Калифорнийская исследовательница, известная своими научными достижениями в поиске генов устойчивости растений к климатическим изменениям, намерена создать суперрастение, которое будет потреблять излишки углерода из воздуха и будет пригодным к употреблению в пищу

Где можно научиться выращиванию винограда и виноделию

Где можно научиться выращиванию винограда и виноделию

08.12.2017 | 15:00

Донской ГАУ открывает кафедру совместно с ВНИИ виноградарства и виноделия

Пристрастие к абрикосовым косточкам грозит отравлением цианидом

Пристрастие к абрикосовым косточкам грозит отравлением цианидом

10.12.2017 | 16:30

Health Canada опубликовала призвала всех любителей орехов и похожих на них продуктов не увлекаться и не злоупотреблять горькими косточками абрикоса, поскольку это чревато острым отравлением цианидом

Биологи устроили перепись космическим микробам

Биологи устроили перепись космическим  микробам

13.12.2017 | 06:15

Ученые искали родственников земных микробов на станции МКС



Комментарии (0)