Vilniaus universiteto Fizikos fakulteto mokslininkai A. Gelžinis, V. Chorošajevas, prof. M. Vengris, prof. L. Valkūnas ir prof. D. Abramavičius, bendradarbiaudami su užsienio kolegomis, atskleidė labai greitų po optinio sužadinimo įvykstančių energijos migracijos procesų molekuliniuose kompleksuose kilmę. Šie rezultatai paskelbti Phys. Chem. Chem. Phys. žurnale [DOI:10.1039/C7CP01673E].

JAV Mičigano universiteto laboratorijoje, vadovaujamoje prof. J. P. Ogilvie, buvo atlikti dvimatės koherentinės spektroskopijos eksperimentai su antrosios fotosistemos (FSII) kamieninių kompleksų bandiniais. FSII yra vienintelė žinoma biologinė sistema, kuri naudodama atmosferos CO2 suskaldo vandenį į molekulinį deguonį. Taigi ši sistema yra pagrindinis deguonies Žemės planetoje šaltinis. Dėl šių priežasčių žinios ir supratimas apie FSII vykstančius procesus yra itin svarbūs bandant sukurti efektyvius CO2 mažinimo Žemės atmosferoje metodus.

Eksperimentiniai rezultatai pirmą kartą atskleidė, kad, be anksčiau žinomų pikosekundinių sužadinimo energijos pernašos vyksmų, FSII vyksta ir labai greiti, vos apie 50 femtosekundžių trunkantys relaksaciniai energijos virsmai. Tai ypač nustebino mokslininkus, nes remiantis žinomomis teorijomis to buvo sunku tikėtis.

Nuostaba greitai perėjo į naujų galimų mechanizmų paiešką. „Greitai prisiminėme, kad prieš keletą metų buvome teoriškai išsamprotavę, jog tokiose sistemose gali formuotis vadinamieji eksitoniniai poliaronai – keistos dalelės, atspindinčios kvantmechaniškai susietą eksitonų ir fononų elgesį“, – sakė VU Teorinės fizikos katedros profesorius D. Abramavičius.

 Jam antrina ir prof. L. Valkūnas. „Anksčiau mes buvome teoriškai parodę, kad eksitoniniai poliaronai egzistuoja. Galbūt jie gali susiformuoti itin greitai? Aiškių eksperimentinių pėdsakų, rodančių šį virsmą iš eksitonų į poliaronus, iki šiol rasti nepavyko“, – teigė tyrėjas.

VU mokslininkų atlikti itin sudėtingi skaičiavimai parodė, kad FSII per 50 fs vykstančius spektro pokyčius iš tikrųjų galima paaiškinti eksitoninio poliarono formavimusi. Šis mechanizmas anksčiau niekada nebuvo pasitelktas aiškinant greitą dinamiką, stebimą fotosintetiniuose kompleksuose. „Ypač smagu, kai eksperimentiškai patvirtinamos anksčiau tik teorinėmis laikytos idėjos“, – džiaugėsi doktorantai V. Chorošajevas ir A. Gelžinis.

Tikimasi, kad šis mokslinis darbas turės ne tik fundamentinės naudos. Detalios žinios apie procesus, atsakingus už  fotosinezės reakciją, yra reikalingos kuriant ir dirbtinius fotosintetinius kompleksus. Ateityje jie gali padėti spręsti energijos akumuliavimo problemas.