Dienstag, 14. Januar 2014

Photosynthese nutzt Prozesse jenseits der klassischen Physik: Biologen weisen erstmals im Makrobereich wirkende quantenphysikalische Phänomene in biologischem System nach


Symbolbild: Photosynthese. | Copyright: grewi.de

London (England) - Lichtsammelnde Makromoleküle in Pflanzenzellen übertragen Energie, in dem sie molekulare Schwingungen nutzen, für deren physikalische Eigenschaften sich keine Gegenstücke in der klassischen Physik finden lassen. Zu dieser Erkenntnis kommen britische Wissenschaftler, die damit erklären, den ersten theoretischen Beweis für Quanteneffekte innerhalb der Photosynthese bei Pflanzen gefunden zu haben.

Wie die Wissenschaftler um Alexandra Olaya-Castro vom University College London (UCL) aktuell im Fachjournal "Nature Communications" (DOI: 10.1038/ncomms4012) berichten, bestehen die meisten der lichtsammelnden Makromoleküle aus für die Färbung der Moleküle verantwortlichen und an Proteine gekoppelten sogenannten Chromophoren. Diese sind für den ersten Schritt der Photosynthese, dass Einfangen des Sonnenlichts und die hocheffiziente Übertragung der damit einhergehenden Energie, verantwortlich.


Schon frühere Experimente hatten nahegelegt, dass hierbei die Energie in einer wellenartigen Weise übertragen wird, die Quantenphänomene nutzt. Dennoch konnte bislang eine Erklärung jenseits der klassischen Physik nicht eindeutig bewiesen werden, da sich die besagten Phänomen ebenfalls mittels bekannter physikalische Prozesse erklären ließen.


www.grenzwissenschaft-aktuell.de
+ + + HIER können sie unseren täglichen Newsletter bestellen + + +

Während zur Beobachtung von quantenmechanischen Phänomenen meist extrem heruntergekühlte Systeme notwendig sind, scheint dies nicht auf entsprechende Vorgänge in einigen biologischen Systemen zuzutreffen, die aber dennoch quantenartige Eigenschaften aufweisen und das bei gemäßigten Temperaturen.


Die nun beschriebenen Merkmale dieser biologischen Systeme, können - so die britischen Forscher: "Die Eigenschaften der Vibrationen einiger Chromophoren, die den Energietransfer während der Photosynthese übertragen, können nicht anhand der klassischen Gesetze der Physik beschrieben werden. Darüber hinaus verstärkt dieses nicht-klassischer Verhalten die Effizienz dieses Energietranfers."


Molekulare Schwingungen sind periodische Bewegungen der Atome innerhalb eines Moleküls - ähnlich der Bewegung einer Masse an einer Saite. "Stimmt die Energie einer gemeinsamen Schwingung zweier Chromophoren mit der Energiedifferenz zwischen der elektronischen Übergang dieser Chromophoren überein, so entsteht eine Resonanz und es kommt zu einem effizienten Energieaustausch zwischen elektronischem und schwingendem Freiheitsgrad."


Vor dem Hintergrund, dass die mit den Schwingungen assoziierte Energie höher ist als die Temperatur, könne nur eine Quanteneinheit an Energie ausgetauscht werden. Da die Energie aber von einem Chromophor an ein nächstes übertragen werde, stelle die kollektive Schwingung Eigenschaften dar, für die es kein Gegenstück in der klassischen Physik gebe, so die Wissenschaftler.



+ + + GreWi-Kommentar
Bislang galt die Quantenphysik aufgrund der Tatsache, dass ihre Auswirkungen sich nur auf das Verhalten subatomarer Teilchen zu konzentrieren schien, als eher unklare bis schwammige Hilfe bei der möglichen Erklärung und Diskussion grenzwissenschaftlicher Phänomene. Während die Quantenphysik von einer Vielzahl von Autoren geradezu willkürlich als Allgemeinerklärung für alles scheinbar Unerklärliche zu Felde geführt wurde, nutzen die Kritiker dieser Arbeiten und Argumente genau diesen Umstand, um selbst kompetente Vertreter und Theorien "keine Ahnung" auf diesem Gebiet zu unterstellen.

Während bislang laut naturwissenschaftlicher Lehrmeinung also galt, dass sich Quantenphänomene nur und ausschließlich auf der subatomaren Ebene auswirken und ihre Wirkung jedoch in größeren (Makro-)Objekten verloren gehen, bestätigen immer mehr Studien - nicht zuletzt die obig beschriebe am UCL - dass sie auch in komplexen biologischen Systemen und somit auf Makroebene (für die bislang galt, dass sie lediglich den Gesetzen der klassischen Physik unterworfen sind) wirken und messbar sind.

Quantenphysikalische Phänomene als Erklärung für das ein oder andere grenzwissenschaftliche Phänomen, können also tatsächlich nur noch mit zusehends schwindender Gewissheit gänzlich ausgeschlossen werden. Statt jedoch diese Erklärung, wie allzu oft geschehen, als willkürliche Allrounderklärung für alles zunächst nicht Erklärbare anzuwenden, gilt es auch hier entsprechende Theorien fundiert und sorgfältig zu formulieren, zu überprüfen und zur Diskussion zu stellen.



grenzwissenschaft-aktuell.de

Quelle: ucl.ac.uk, sciencedaily.com
Copyright: grenzwissenschaft-aktuell.de
(falls nicht anders angegeben)


Für die Inhalte externer Links übernehmen wir keine Verantwortung oder Haftung.


WEITERE MELDUNGEN finden Sie auf unserer STARTSEITE