Connect with us

science

Les chimistes découvrent pourquoi la récolte de lumière est si efficace pour la photosynthèse

Published

on

Les chimistes découvrent pourquoi la récolte de lumière est si efficace pour la photosynthèse

Cet article a été revu selon Science X processus d’édition
Et Stratégies.
éditeurs Mettez en avant les attributs suivants tout en assurant la crédibilité du contenu :

Vérification des faits

Publication évaluée par des pairs

source fiable

Relecture

Cellules végétales à chloroplastes visibles (provenant de la mousse, Plagiomnium affine) Crédit : Wikipedia

Lorsque les cellules photosynthétiques absorbent la lumière du soleil, des paquets d’énergie appelés photons sautent entre une série de protéines collectrices de lumière jusqu’à ce qu’ils atteignent le centre de la réaction photosynthétique. Là, les cellules convertissent l’énergie en électrons, qui finissent par alimenter les molécules de sucre.

Ce transfert d’énergie à travers le complexe de collecte de lumière se produit avec une efficacité extrêmement élevée : presque chaque photon de lumière absorbé génère un électron, un phénomène connu sous le nom d’efficacité quantique proche de l’unité.

Une nouvelle étude menée par des chimistes du MIT propose une explication possible de la manière dont les protéines du complexe de collecte de lumière, également appelée antenne, atteignent une efficacité aussi élevée. Pour la première fois, les chercheurs ont pu mesurer le transfert d’énergie entre les protéines collectrices de lumière, leur permettant de découvrir que l’arrangement désordonné de ces protéines améliore l’efficacité du transfert d’énergie.

« Pour que cette antenne fonctionne, vous devez transmettre de l’énergie sur de longues distances. Notre principale découverte est que la régulation perturbée des protéines récoltant la lumière améliore l’efficacité de la transmission d’énergie sur de longues distances », explique Gabriella Schlau-Cohen, professeure agrégée de chimie. au MIT et auteur principal de la nouvelle étude.

Les boursiers postdoctoraux du MIT Dehau Wang et Dvir Harris et l’ancienne étudiante diplômée du MIT Olivia Febig Ph.D. Ils sont les principaux auteurs de l’article publié dans Actes de l’Académie nationale des sciences. Jianshu Cao, professeur de chimie au MIT, est également l’auteur de l’article.

READ  Faites une visite vidéo panoramique de Mars avec Curiosity Rover

Captage d’énergie

Dans cette étude, l’équipe du MIT s’est concentrée sur les bactéries violettes, qui se trouvent souvent dans des environnements aqueux pauvres en oxygène et couramment utilisées comme modèle pour les études de récolte de lumière photosynthétique.

Au sein de ces cellules, les photons capturés voyagent à travers des complexes collecteurs de lumière constitués de protéines absorbant la lumière et de pigments tels que la chlorophylle. En utilisant la spectroscopie ultrarapide, une technique qui utilise des impulsions laser extrêmement courtes pour étudier les événements qui se produisent sur des échelles de temps allant de la femtoseconde à la nanoseconde, les scientifiques ont pu étudier comment l’énergie se déplace dans l’une de ces protéines. Cependant, l’étude de la transmission de l’énergie entre ces protéines s’est avérée plus difficile car elle nécessite le positionnement de plusieurs protéines de manière contrôlée.

Pour créer une configuration expérimentale où ils pourraient mesurer comment l’énergie est transférée entre deux protéines, l’équipe du MIT a conçu des membranes nanosynthétiques avec une composition similaire à celle des membranes cellulaires naturelles. En contrôlant la taille de ces membranes, appelées nanodisques, ils ont pu contrôler la distance entre deux protéines intégrées dans les disques.

Dans cette étude, les chercheurs ont combiné deux copies de la protéine primaire collectrice de lumière trouvée dans les bactéries violettes, connue sous le nom de LH2 et LH3, dans des nanodisques. LH2 est la protéine présente dans des conditions de lumière normales et LH3 est une variante qui n’est normalement exprimée que dans des conditions de faible luminosité.

READ  Le missile StarshipSuper Heavy teste 7 moteurs (vidéo)

En utilisant la microscopie électronique cryogénique à l’installation MIT.nano, les chercheurs ont pu imager les protéines intégrées dans la membrane et montrer qu’elles étaient positionnées à des distances similaires à celles observées dans la membrane d’origine. Ils ont également pu mesurer les distances entre les protéines collectrices de lumière, qui étaient sur une échelle de 2,5 à 3 nanomètres.

Troubler c’est mieux

Parce que LH2 et LH3 absorbent des longueurs d’onde légèrement différentes de la lumière, il est possible d’utiliser la spectroscopie ultrarapide pour surveiller le transfert d’énergie entre eux. Pour les protéines qui sont si proches les unes des autres, les chercheurs ont découvert qu’il faut environ 6 picosecondes pour qu’un photon d’énergie se déplace entre elles. Pour les protéines distantes, le transport prend jusqu’à 15 picosecondes.

Un voyage plus rapide se traduit par un transfert d’énergie plus efficace, car plus le vol est long, plus la perte d’énergie pendant la transmission est importante.

« Lorsqu’un photon est absorbé, il ne reste que peu de temps avant que l’énergie ne soit perdue par des processus indésirables comme la désintégration non radiative, donc plus il est converti rapidement, plus il est efficace », explique Shlau Cohen.

Les chercheurs ont également découvert que les protéines disposées dans une structure en treillis présentaient un transfert d’énergie moins efficace que les protéines disposées dans des structures organisées de manière aléatoire, comme c’est généralement le cas dans les cellules vivantes.

« La régulation organisée est en fait moins efficace que la régulation désordonnée de la biologie, ce que nous pensons être vraiment intéressant parce que la biologie a tendance à être désordonnée. Cette découverte nous indique que ce n’est peut-être pas seulement un inconvénient inévitable de la biologie, mais que les organismes ont évolué pour adopter ça », dit Schlau Cohen. .

READ  Le catalogue des microbes et métabolites des coraux ouvre la voie à la surveillance de la santé des récifs coralliens

Maintenant qu’ils ont démontré la capacité de mesurer le transfert d’énergie entre les protéines, les chercheurs prévoient d’explorer le transfert d’énergie entre d’autres protéines, comme le transfert entre les protéines d’antenne et les protéines du centre de réaction. Ils prévoient également d’étudier le transfert d’énergie entre les protéines des antennes trouvées dans des organismes autres que les bactéries violettes, comme les plantes vertes.

Plus d’information:
Wang, Dihao et al, Élucider la dynamique du transfert d’énergie entre les protéines au sein du réseau d’antennes des bactéries violettes, Actes de l’Académie nationale des sciences (2023). DOI : 10.1073/pnas.2220477120. doi.org/10.1073/pnas.2220477120

Informations sur la revue :
Actes de l’Académie nationale des sciences


Continue Reading
Click to comment

Leave a Reply

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

science

Une éruption solaire massive éclate quelques jours après qu’une intense tempête ait créé les aurores boréales.

Published

on

Une éruption solaire massive éclate quelques jours après qu’une intense tempête ait créé les aurores boréales.

Une autre énorme éruption solaire a explosé quelques jours après la dernière éruption, provoquant des expositions époustouflantes d’aurores boréales à travers le Royaume-Uni et les États-Unis – mais ne vous attendez pas à une autre exposition époustouflante.

Cette dernière éruption est plus puissante que l’explosion du week-end et constitue la plus importante depuis près de deux décennies.

Cette éruption est beaucoup plus grande, mais la placer face au soleil en réduit l’effet.Crédit : NOAA
Une tempête solaire majeure au cours du week-end a donné lieu à des expositions éblouissantes d’aurores boréales à travers le Royaume-Uni et les États-Unis.Crédit : PA

De graves tempêtes solaires peuvent perturber les satellites GPS, les réseaux électriques, les appareils électroniques, y compris les téléphones portables, et Internet.

Le résultat le moins destructeur et le plus délicieux est l’éblouissante aurore boréale verte et violette, connue sous le nom d’aurores boréales.

Mais cette nouvelle éruption ne devrait pas provoquer de chaos, et il est peu probable que de la lumière apparaisse non plus.

Le pire des cas est une perte temporaire des signaux radio, selon la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).

La Terre a échappé à la ligne de mire lorsque l’éruption a éclaté sur une partie du Soleil en orbite loin de nous.

L’Administration nationale des océans et de l’atmosphère (NOAA) a émis une alerte indiquant que le soleil n’est « pas encore en plein soleil ».

La dernière fusée éclairante a été classée par les experts comme X8.7, plus forte que la fusée X2.2 du week-end.

Il s’agit du plus grand cycle solaire actuel de 11 ans.

READ  Des protéines anciennes montrent que les premiers Australiens ont mangé des œufs géants d'énormes oiseaux incapables de voler

« Compte tenu de son emplacement, toute éjection de masse coronale associée à cette éruption n’aurait probablement aucun effet géomagnétique sur Terre », a expliqué la NOAA.

Mais Brian Brasher, de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), a déclaré à l’AP que la lueur pourrait être plus forte lorsque les scientifiques collectent des données provenant d’autres sources.

Les Britanniques de tout le pays ont pu profiter d’une vue éblouissante sur les aurores boréales grâce à la tempête solaire.

Pendant ce temps, le Met Office britannique a déclaré : « Toutes les vues seront probablement limitées aux hautes latitudes » avec « seulement une faible chance de s’étendre aussi loin au sud que l’Écosse ou des latitudes similaires ».

Le Soleil approche du sommet de son cycle de 11 ans, créant de puissantes explosions d’énergie et de matière qui sont libérées très rapidement et pourraient heurter le champ magnétique terrestre.

Aucune perturbation majeure n’est attendue cette fois

Qu’est-ce que les aurores boréales ?

Les aurores boréales se produisent lorsque des particules chargées entrent en collision avec des gaz présents dans l’atmosphère terrestre autour des pôles magnétiques.

Dans l’hémisphère Nord, la majeure partie de cette activité se produit dans une bande connue sous le nom d’ovale d’aurore, couvrant des latitudes comprises entre 60 et 75 degrés.

Lorsque l’activité est forte, elle s’étend pour couvrir une zone plus vaste – ce qui explique pourquoi les expositions peuvent parfois être vues aussi loin au sud que le Royaume-Uni.

La visibilité des aurores boréales a augmenté vendredi en raison d’une « forte » tempête géomagnétique, selon l’Administration nationale américaine des océans et de l’atmosphère (NOAA).

READ  Le télescope Gemini North capture une image impressionnante de deux galaxies compactes

Ce phénomène apparaît sous la forme de magnifiques bandes de lumière vertes et violettes dansantes, qui captivent les gens depuis des milliers d’années.

Continue Reading

science

Des scientifiques irlandais développent un système capable de prouver l’existence de la vie sur Mars

Published

on

Des scientifiques irlandais développent un système capable de prouver l’existence de la vie sur Mars

Les scientifiques de la Dublin City University (DCU) estiment que notre planète a 4,5 milliards d’années et que les premiers signes de vie ici – créés par des organismes microscopiques – se trouvaient dans des roches anciennes, il y a 3,7 milliards d’années.

Le professeur Sean Jordan, de la DCU, a déclaré : « Le problème avec les estimations des premières formes de vie est que les caractéristiques créées par ces premiers organismes, qui ont laissé des empreintes physiques dans ces roches anciennes, pourraient, je pense, avoir été créées par un autre processus qui ne le fait pas. pas « . Cela n’implique aucune forme de vie.

Le Dr Jordan, dont les recherches viennent d’être publiées dans la revue scientifique, a ajouté : « Les recherches que nous menons à la DCU pourraient fournir une bien meilleure façon de répondre à cette question importante avec plus de certitude. » Communications Terre et Environnement.

La NASA prévoit une mission de retour d’échantillons sur Mars dans les années 2030.

Cela impliquera de renvoyer des échantillons de roches et de poussières sur Terre pour analyse. À ce stade, il sera crucial pour la science de disposer d’une méthode éprouvée et fiable pour identifier les premiers signes de vie dans les spécimens anciens.

Le Dr Jordan a déclaré : « Nous devons de toute urgence développer une méthode scientifique éprouvée pour identifier les premiers signes de vie dans les roches anciennes, et c’était l’objet de cette nouvelle recherche. » « Actuellement, lorsque nous observons de petites structures microscopiques dans des roches anciennes, nous ne pouvons pas être sûrs si elles ont été formées par des organismes vivants primitifs ou par un processus non vivant.

READ  Les physiciens ont joué avec la "lumière quantique" pour la première fois, dans une percée massive : ScienceAlert

« Ce processus non vivant peut être le signe de structures chimiques qui conduisent à l’origine de la vie.

« Je développe des méthodes qui nous permettront d’étudier exactement cela. C’est important car cela permettra aux scientifiques d’identifier les premiers signes de vie sur Terre et peut-être sur d’autres planètes. »

Mars a déjà été décrite comme un désert aride, où les températures descendent jusqu’à -153°C en hiver et où l’atmosphère ne représente que 1 % de la densité terrestre, composée principalement de dioxyde de carbone.

Au cours du premier milliard d’années, les océans et les mers étaient protégés par une épaisse couche d’air.

Cependant, son champ magnétique s’est fermé, permettant au vent solaire d’emporter l’atmosphère et l’eau et de disparaître dans l’espace.

Continue Reading

science

Des chercheurs démontrent les transformations induites par laser du plasma solide en plasma ultrarapide

Published

on

Des chercheurs démontrent les transformations induites par laser du plasma solide en plasma ultrarapide

Cet article a été révisé selon Science Processus d’édition
Et Stratégies.
Éditeurs Les fonctionnalités suivantes ont été mises en avant tout en garantissant la crédibilité du contenu :

Vérification des faits

Publication évaluée par des pairs

Relecture


Une technique de sonde à tir unique et une approche de modélisation détectent la transition ultrarapide du solide au plasma induite par le laser. Crédit : Transred

× Fermer


Une technique de sonde à tir unique et une approche de modélisation détectent la transition ultrarapide du solide au plasma induite par le laser. Crédit : Transred

L’interaction de matériaux solides avec des impulsions laser très courtes et de haute intensité a permis des avancées technologiques majeures au cours du dernier demi-siècle. D’une part, l’ablation laser de matériaux solides permet une fabrication précise et une miniaturisation d’éléments dans des dispositifs médicaux ou de communication. D’un autre côté, les faisceaux d’ions accélérés provenant de matériaux solides utilisant des lasers intenses pourraient ouvrir la voie à de nouvelles opportunités de traitement du cancer grâce à la protonthérapie laser, à la recherche sur l’énergie de fusion et à l’analyse du patrimoine culturel.

Cependant, il reste encore des défis à relever pour pousser les performances d’ablation laser à l’échelle nanométrique et parvenir à une accélération ionique pilotée par laser dans l’industrie et à des fins médicales.

Lors de l’interaction d’une impulsion laser ultracourte avec une cible solide, cette dernière évolue vers un état ionisé ou plasma dans un laps de temps très court (moins d’une picoseconde). [ps]), où se produisent de nombreux processus physiques complexes et couplés, alors que l’interaction entre eux n’est pas encore entièrement comprise.

En raison du développement de la cible ultrarapide, l’étape initiale de la réaction, c’est-à-dire la formation du plasma, est difficile à atteindre expérimentalement. Par conséquent, cette transition ultrarapide du solide au plasma, qui définit les conditions initiales des processus ultérieurs tels que l’ablation ou l’accélération des particules, a jusqu’à présent été abordée par des hypothèses approximatives dans la plupart des modèles numériques décrivant une telle interaction.

En neuf papier Publié dans Lumière : science et applications, une équipe internationale de scientifiques, dont Yasmina Azzammoum et Malti C. Kaluza de l’Institut Helmholtz de Jena et de l’Université Friedrich Schiller de Jena, Allemagne, Stefan Skupin de l’Institut Lumière-Matier, France, et Guillaume Duchateau de la Commission de l’énergie. atomique (CEA-Cesta), France et ses co-auteurs ont franchi une étape importante en élucidant la transformation ultrarapide induite par laser du solide au plasma et en fournissant une compréhension approfondie de l’interaction des processus sous-jacents.

Il offre une technologie avancée d’inspection optique mono-coup qui permet une vue complète de la dynamique de la cible, depuis les solides froids passant par la phase d’ionisation jusqu’aux plasmas extrêmement denses. Ceci est réalisé en utilisant une impulsion de sonde laser avec un spectre optique à large bande qui éclaire l’interaction de l’impulsion de pompe avec des flocons de carbone de type diamant d’une épaisseur nanométrique. Différentes couleurs de l’impulsion de la sonde arrivent à différents moments d’interaction en raison du gazouillis temporel.

Par conséquent, l’évolution de l’état cible codé dans la lumière de sonde transmise peut être capturée avec une seule impulsion de sonde. Cette technique d’inspection ponctuelle est avantageuse par rapport aux méthodes pompe-sonde traditionnelles, où le processus étudié doit être reproduit à l’identique par la pompe pour chaque délai de sonde. Ceci est particulièrement important lors de l’utilisation de systèmes laser haute puissance, qui souffrent souvent de fortes fluctuations entre les impulsions.

En outre, les scientifiques ont démontré que pour l’interprétation correcte des profils de transport de sonde mesurés, une description précise de la transition précoce solide-plasma est cruciale. Un modèle de réaction en deux étapes est développé, la première étape considérant la dynamique d’ionisation de la cible à l’état solide et la deuxième étape considérant la cible à l’état plasma.

Une évolution détaillée de l’état cible à haute résolution temporelle et spatiale (respectivement sub-ps et nm) est fournie, ainsi qu’un aperçu sans précédent de l’interaction entre les processus fondamentaux tels que la dynamique d’ionisation, les collisions de particules et l’expansion hydrodynamique du plasma.

Les résultats et l’interprétation de cette nouvelle technique de criblage devraient contribuer à une compréhension plus approfondie de la dynamique des différentes cibles et à une meilleure compréhension des processus physiques sous-jacents. Ces avancées contribueront probablement à aller au-delà des méthodes traditionnelles de traitement des matériaux par laser ultrarapide et à rendre les technologies ioniques accélérées par laser utilisables dans des applications sociétales.

Plus d’information:
Yasmina Azzam et al., Examen optique des transitions de plasma solide à plasma hyper-densité induites par des lasers ultrarapides, Lumière : science et applications (2024). est ce que je: 10.1038/s41377-024-01444-j

Informations sur les magazines :
Lumière : science et applications


READ  Le catalogue des microbes et métabolites des coraux ouvre la voie à la surveillance de la santé des récifs coralliens
Continue Reading

Trending

Copyright © 2023