VU Fizikos fakulteto absolvento, Lundo universiteto docento Donato Zigmanto, Jakubo Dostálio iš to paties universiteto ir Jakubo Pšenčíko iš Prahos Karolio universiteto tyrimo rezultatai publikuoti prestižiniame žurnale „Nature Chemistry“. Šie mokslininkai pirmieji detaliai nustatė, kokiais keliais ir kokiu našumu saulės energija keliauja iš vienos fotosintezės aparato dalies į kitą. Toks pionieriškas tyrimas atveria naujus horizontus detaliai tyrinėti veikiančias fotosintezės sistemas įvairiuose organizmuose, nustatyti potencialius natūralios fotosintezės našumą ribojančius veiksnius, o gautas žinias pritaikyti kuriant geresnius šviesos energijos surinkimo ir panaudojimo įrenginius – saulės baterijas.

Mokslininkai doc. D. Zigmanto laboratorijoje pritaikė novatorišką spektroskopijos metodą (dvimatę laikinę spektroskopiją) energijos pernašai stebėti veikiančiame fotosintezės aparate. Tyrimas parodė, kad energija itin greitai juda atskirų aparato dalių viduje, o pernaša tarp atskirų dalių yra daug lėtesnė. Būtent šis lėtasis žingsnis riboja energijos perdavimo spartą ir energijos panaudojimo efektyvumą.

Absoliučią daugumą Žemėje vykstančių biologinių procesų varo saulės energija, kurią surenka ir panaudoja fotosintetinantys organizmai. Biologines nanomašinas, kurios sugaudo šviesą ir paverčia ją chemine energija, gamta sukūrė ir optimizavo per milijardus metų. Pradinių fotosintezės stadijų metu šios mašinos neretai pasiekia beveik 100 proc. kvantinį našumą – tokio rezultato žmonių kuriami saulės elementai kol kas gali tik pavydėti. Todėl tyrimai, išsiaiškinantys, kaip veikia natūralios šviesą surenkančios sistemos, gali paskatinti ateities saulės elementų technologijų kūrimą.

Jau prieš 80 metų mokslininkai suprato, kad gyvų organizmų fotosintezės aparatas sudarytas taip, jog fotocheminės reakcijos vyksta tik vienoje konkrečioje jo vietoje, vadinamoje reakciniu centru. Tuo tarpu dauguma šviesą sugeriančių molekulių naudojamos kaip šviesą surenkanti antena – panašiai kaip šiluminėje saulės jėgainėje. Todėl gamtos sukurtame aparate svarbų vaidmenį vaidina energijos pernaša iš šviesą surenkančių molekulių į reakcinį centrą. Norint paaiškinti, kodėl energijos surinkimas toks efektyvus, būtina suprasti energijos pernašos kelius ir mechanizmus. Nors atskiras fotosintezės mechanizmo dalis mokslininkai intensyviai tyrinėja jau daugelį metų, apie tai, kaip energija perduodama tarp jų, informacijos buvo nedaug. Kaip energija keliauja veikiančiame fotosintezės aparate, iki šiol buvo galima tik spėlioti.