Fotosentez, yeryüzündeki yaşamın temel enerji kaynağıdır ve bu sürecin kalbinde ışık enerjisinin moleküller arasında aktarılması yatar. Bu aktarım, femtosaniye mertebesinde —yani milyarda bir saniyenin milyonda biri kadar kısa sürelerde— gerçekleşir ve kuantum mekaniğinin izlerini taşıdığı düşünülmektedir.
Araştırmacılar bu kez allofakosyanin adlı fotosentetik anten proteinine odaklandı. Bu protein, mavi-yeşil alglerde ve siyanobakterilerde ışık toplayıcı anten komplekslerinin parçasını oluşturur. Çalışmada, iki boyutlu elektronik spektroskopi (2DES) tekniği kullanılarak proteinin 10 ile 296 Kelvin arasındaki geniş bir sıcaklık aralığında davranışı incelendi.
Elde edilen veriler, bilim insanlarını şaşırtan monoton olmayan bir örüntü ortaya koydu. β'dan α alt birimine gerçekleşen enerji aktarımı, 10 Kelvin'de 400 femtosaniye sürerken, sıcaklık yalnızca 30-40 Kelvin'e çıktığında bu süre 200 femtosaniyeye geriledi. Ancak sıcaklık oda koşullarına yaklaştıkça transfer süresi yeniden 400 femtosaniyeye ulaştı. Bu grafik, tipik bir U eğrisi çiziyor; oysa basit kuantum bozunması modelleri böyle bir örüntüyü açıklamakta yetersiz kalıyor.
Bu bulgunun önemi şuradan geliyor: Klasik yaklaşımlar, çevrenin enerji aktarımını esas olarak kuantum tutarlılığını bozarak yavaşlattığını varsayar. Ancak bu çalışma, söz konusu kontrolün çok daha katmanlı olduğunu gösteriyor. Elektronik eşleşme, vibron etkileşimleri ve çevresel dalgalanmalar birbirine yakın enerji ölçeklerinde bir araya geldiğinde, ortaya çıkan dinamikler mevcut basit modellerle açıklanamıyor.
Sonuçlar, milyarlarca yıllık evrimsel sürecin fotosentetik organizmaları yalnızca moleküler düzeyde değil, çevrelerindeki fiziksel koşulları da ustalıkla kullanacak biçimde şekillendirmiş olabileceğini düşündürüyor. Bu tür çalışmalar, yapay fotosentez ve güneş enerjisi dönüşüm teknolojileri için de yol gösterici nitelikte.