科学家即将破解光合作用,打造更绿色的 [复制链接]

地球上的生物一直充满了难以破解的奥秘绿色植物就是最为普通和常见的一种生物。科学家们正在研究植物如何将阳光转化为糖，专业术语为一种称为光合作用的过程。科学家甚至认为这是一种更清洁的方式为人类和工业生产提供能源的模型。他们的研究提出了一个看起来很不错的办法，人们可以帮助植物更有效地光合作用的方法。

什么是光合作用

植物的光合作用与呼吸一样自然。该过程将二氧化碳，水和阳光的简单成分转化为能量。光合作用使植物得以生长。反过来，我们依靠光合作用作为地球生命的基础。阳光可以引发绿色植物的反应。它的能量将树叶中的水分子分解为氢和氧原子。然后，工厂利用氢气与二氧化碳反应，形成糖一种食物和燃料。

太阳的能量是我们在裸露的皮肤上感到温暖。但是，当阳光照射到植物的叶子上时，它的作用更大。它推动化学反应，将一种能量转换为另一种能量。哪些植物的叶子含有大量的水。那水是由与氢原子键合的氧原子组成的。太阳的能量可以激发水分子内部的电子，从而使键断裂。

这触发了将氧气从水中带走的反应。这变成了我们所有人呼吸的空气中的氧气。同时，水中的氢气与二氧化碳（在空气中）一起被混浊，从而产生糖分。人和所有其他动物都使用这种糖——葡萄糖——从食物中获取能量。植物成为人体可以转化为能量的食物，所以从本质上讲，光合作用是我们存在的原因。光合作用让她和其他科学家着迷不已是个谜。他们中的许多人现在想更多地了解，模仿它，甚至加以改进。

闪烁的绿色植物

光合作用的基础知识是众所周知的。叶绿素是植物中的绿色颜料，它利用阳光来制造糖。但是，关于工厂如何控制过程及其效率，还有很多东西要学习。最近，以色列科学家研究了植物如何调节或控制光合作用。

剑桥大学的科学家们正在努力创造一种由天然而非合成化学物质制成的太阳能转化装置。他们使用的催化剂来自工厂。太多的阳光照射实际上会使植物细胞脱水或者死亡。但是，事实上不是这样的，为什么呢？

任何园丁都知道植物可以适应特定数量的阳光。但是光照条件自然会发生变化，云层在天空中行进，风吹起树叶，太阳的位置在一整天中都在变化。为了研究光合作用如何适应这些变化，达农在他的实验室中研究了弱光下的芥菜植物。

在一项测试中，他每10分钟增加一次灯光强度。这是为了模仿初升的太阳。随着光的变化，达农测量了植物的荧光（Fluor-ESS-ents）。这是光合作用释放的一种光能。测量荧光有助于Danon了解在不同光水平下发生了多少光合作用。

随着天地变亮，达农期望其光合作用稳定增长。相反，该图案更像是闪烁。光合作用将减慢速度，然后再升高一点，下降，然后上升，一遍又一遍，它逐渐适应了光线。达农解释说：“这是一种了不起的安全生产方法。”他说，在适应实际变化之前，工厂预计最坏的情况。

达农认为对绿色植物对阳光的反应就像人眼对突然明亮的阳光做出的反应一样。当我们晴天外出走时，我们的瞳孔会收缩，这种反应可以保护我们的眼睛免受伤害，同时确保我们仍然可以看到周围的重要事物。

植物无法移动，因此它们的“闪烁”有助于保护它们在明亮的阳光下不会燃烧或褪色。当光线水平发生变化时，工厂的光度计（您可以将它们视为触角）进行记录。这些触角收缩，并在此过程中减少光合作用。这种收缩还可以保护它们免受可能损坏整个植物的突然变化。

人工光合作用

科学家已经开始复制或模仿光合作用。他们的人工过程还利用光将氧气和氢气分解为能量。梦想是最终替代化石燃料。如果人们能够像植物一样从太阳，空气和水中获取能量，那么它将减少导致地球变暖的二氧化碳的排放。它还可以创造巨大的可再生能源新来源。

许多研究人员将太阳能燃料（由日光制成的燃料）视为当今绿色碳基化石燃料的“绿色”替代品，包括石油，天然气和煤炭。太阳能可以采取多种形式，它们看起来像传统的碳基燃料，利用二氧化碳“循环利用”化石燃料的排放。氢和氧是光合作用的化学产物，可以为燃料电池提供动力，使汽车能够依靠电力运行。同样，太阳能可以将阳光转化为电能，并可以存储在电池中。无论采用哪种形式的太阳能，第一步都是将水分解成其基本的结构单元。

自然具有这种神奇的力量，自然界已经有很多时间来思考如何有效地做到这一点。在拆分水的结构单元时，工程师“受到的限制更大。每个人都在尝试开发不同的工具来做到这一点。

英国剑桥大学的研究人员在实验室设计了一种半人工形式的光合作用。此处显示的其中一种设置是使用光将水分解为氧气和氢气。氢气可以用作车辆的燃料，工业过程的原料等等。

去年，沃南的团队在《自然能源》杂志上描述了一种利用阳光分解水的新方法。沃南（Warnan）解释说，这个想法是“取水和空气，然后将它们放到一个盒子里。”然后添加催化剂。这是一些可以引起化学反应的物质。后来，他说：“您在这个盒子上发出光芒。产生的就是燃料，就像您在汽车或飞机上放的东西一样。”

世界各地的科学家都在试验设备，将它们视为人造叶子。就像叶片中的过程一样，它们将水分解为氢和氧。Warnan的团队并不是第一个这样做的团队。但是他们用不同类型的催化剂做到了。植物用于启动化学反应的方法是相同的。

他们从工厂中提取催化剂，而不是从实验室中的化学物质中提取出来。这意味着更少的刺激性化学物质将用于制造太阳能。但是，人们需要像植物一样容易地从水中生产太阳能燃料，还需要做更多的工作。

Warnan说：“这种植物的强大之处在于，如果它分解，它总是可以再生和补充[催化剂]。”他指出，“我们不能。”因此，这种太阳能仍然很昂贵。

什么是催化剂？

因此，我们不能指望在不久的将来会大量使用太阳能，因为当前的设备难以承受大量的阳光。这就是为什么即使有植物如此出色的老师，人类学习的路子仍然很远。也因为这一技能是绿色植物经过数百万年的光合作用，想出了有效的方法，人们在短时间怎么能模拟出来呢？

能源分析师预测，到年，人们将使用比现在多一倍的能源。人造树叶可能是使人类摆脱对化石燃料的依赖的一种方式。

如何放大植物的光合作用

今天，地球上总人口约80亿，根据联合国估计，到年，将有97亿人生活在这个变暖的世界中。他们会将对食物和能源的需求扩大到极限。光合作用已经发展到可以满足植物的需要。现在，一群科学家正在寻求改善光合作用，这次是为了人们的生存。