國際科學家小組建立光合捕光模型

當照射在葉子上的陽光迅速變化時，植物必須保護自己免受迅速變化的太陽能刺激。為應對這些變化，光合生物，從植物到細菌已進化出許多應對策略，然而，科學家們仍不能確定其潛在的設計規則。

最近，由加州大學河濱分校物理學家Nathaniel M.Gabor 領導的一個國際科學家小組建立了一個模型，再現了光合生物中光合捕光的一般特征。

光合捕光是蛋白質結合的葉綠素分子對太陽能的收集，而光合作用是綠色植物和其它生物利用陽光從CO2和水中合成食物的過程，光合捕光從吸收陽光開始。

研究人員的模型借鑒了復雜網絡的科學思想，這是一個探索手機網絡、大腦和電網高效運作的研究領域。該模型是一個簡單的網絡，可接收兩種不同顏色的光，輸出穩定速率的太陽能。

模型表明，光合生物僅吸收光的某些區域的顏色就可自動保護它們不受太陽能的突然變化或“噪聲”影響，從而產生效率非常高的能量轉換。綠色植物呈綠色、紫色細菌呈紫色是因為它們只吸收光譜中某些區域的光，即能抵御快速變化的太陽能。

令人興奮的是，除綠色植物外，該模型還適用于其他光合生物，且該模型確定了光合捕光的一般和基本特性。該研究表明，通過選擇性地吸收入射太陽光光譜可將輸出“噪聲”降到最低，此研究可用于提高太陽能電池性能，最大限度地增加能量儲存。

Gabor 解釋說，植物和其他光合生物有各種策略來防止因過度暴露于太陽而造成的損害，如能量釋放分子機制、葉片追蹤太陽的物理運動等，植物甚至已發展出像防曬霜一樣有效防護紫外線的措施。

為構建該模型，Gabor 和他的同事們將簡單的網絡物理學應用到復雜的生物學，且對高度多樣化的光合生物做出了清晰、定量和通用的描述。 光合作用可看成是廚房的一個水槽，水龍頭進水，排水管出水，如果流入水槽的水比外流的水大得多，水就會從水槽溢出而濺到地板上。

在光合作用中，如果流入捕光網絡的太陽能遠遠大于流出，那么光合網必須調節以降低這些突然出現的能量的過度流動；當光合網無法控制這些波動時，生物體就試圖排出多余的能量，結果是其機體將遭受氧化應激而損害細胞。