Природа преподнесла человечеству новый урок эффективного использования энергии солнца. В строматолитах обнаружена новая разновидность хлорофилла (уже пятая по счёту), которая поглощает солнечный свет в красной и инфракрасной частях спектра.

Строматолиты Западной Австралии (фото Liz AM).

Строматолиты — одна из самых примитивных форм жизни, возникшая около 3,4 млрд лет назад. Их слоистые структуры сформированы отложениями, захваченными цианобактериями. В ходе эволюции они очень сильно пострадали от животных, которым ничто не мешало лакомиться беззащитными водорослевыми матами, и в настоящее время встречаются редко — там, где нет врагов, в том числе в очень солёной воде залива Шарк на северо-западе штата Западная Австралия.

Минь Чэнь из Сиднейского университета и её коллеги отправились на поиски интересных хлорофиллов в строматолитах, потому что вода и отложения, в которых они живут, отфильтровывают бóльшую часть видимого света, достигающего цианобактерий. Учёные заподозрили, что сине-зелёным водорослям пришлось научиться поглощать инфракрасное излучение.

Их предчувствие оправдалось, но вместо знакомого хлорофилла они обнаружили совершенно новый тип — хлорофилл F, производимый пока ещё безымянной нитевидной бактерией.

Это открытие должно помочь солнечной энергетике, ведь больше половины солнечного света приходится на инфракрасный диапазон. Идёт работа над тем, чтобы фотоэлектрические панели могли абсорбировать свет за пределами красного цвета. «Если природа смогла добиться этого с помощью довольно простых изменений в хлорофилле, то почему бы нам не научиться у неё?» — вопрошает г-жа Чэнь.

Шугуан Чжан из Массачусетского технологического института (США) считает, что он и его коллеги могут сделать больше — использовать хлорофилл напрямую. В своей предыдущей работе г-н Чжан предложил солнечные элементы на основе белков листьев шпината — так называемой фотосистемы I. Они состоят из двухсот молекул хлорофилла, которые с помощью фотонов высвобождают электроны и превращают углекислый газ в сахар.

Если электрон не удалось сразу забрать из фотосистемы для использования в солнечной батарее, он рекомбинирует с дырой — областью положительного заряда, которую он оставил позади, — и переизлучает новый фотон. Но в устройстве Чжана к фотосистеме прикреплён полупроводниковый нанопровод, который помещает электрон в металл, позволяя фотосистеме I генерировать электрический ток.

Джеймс Барбер из Имперского колледжа Лондона (Великобритания) считает, что добавление различных типов хлорофилла к такого рода солнечным батареям имеет смысл. Шугуан Чжан соглашается: «Это похоже на более широкую сеть, с помощью которой можно поймать больше рыбы». Сейчас он работает вместе с Михаэлем Гретцелем из Швейцарского федерального технологического института, известным разработчиком недорогих цветосенсибилизированных солнечных батарей, в которых неорганические молекулярные красители поглощают свет таким же образом, что и хлорофилл. Пара исследователей хочет понять, можно ли в этом устройстве применить фотосистемы сине-зелёных водорослей.

Открытие нового хлорофилла имеет также важное значение с точки зрения науки об эволюции: анаэробные бактерии, которые доминировали на молодой Земле, поглощали свет в инфракрасном диапазоне, а сегодняшние кислородные бактерии, как правило, живут в видимом спектре. «Примеров промежуточных организмов, которые поглощают свет в диапазоне 700–800 нм, очень немного», — подчёркивает г-н Барбер.

Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

Подготовлено по материалам New Scientist.