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광합성의 양자 비밀이 밝혀졌다.
(Quantum Secret of Photosynthesis Revealed)
CEH

   햇빛을 포획하는 식물의 마술과 같은 기법은 너무도 미세하고 빨라서, 과학자들은 이제서야 그 비밀을 이해하기 시작했다.
 
번개는 광합성에 비하면 느린 과정이다. 광자 과학 연구소(Institute of Photonic Sciences, ICFO)의 한 보도 자료에 의하면, '안테나 단백질(antenna proteins)'들이 어떻게 빛의 광자를 포획하고, 어떻게 에너지를 반응센터로 운반하는 지를 설명하고 있었다 :

전 세계적으로 에너지 수요가 증가하고 있는 오늘날, 햇빛을 유용 에너지로 효율적으로 변환할 수 있는 기술은 화석연료에 의존하지 않고, 지속 가능한 방식으로 청정에너지를 얻고자 하는 사람들에게 주요한 도전 과제이다. 그러나 식물과 몇몇 박테리아와 같은 광합성 생물들은 이 과정을 마스터하고 있었다 : 식물은 수조 분의 1초 보다 짧은 시간 안에, 흡수된 햇빛의 95%를 에너지를 만드는 대사 반응으로 전달하고 있었다. 오늘날 판매되고 있는 광전지(photovoltaic cells)의 효율은 20% 정도이다. 식물에 들어있는 어떤 숨겨진 메커니즘이 그토록 높은 효율로 에너지를 전달하는 것일까? 세계의 여러 연구 그룹들이 이러한 고효율의 에너지 전달은 양자-역학 현상(quantum-mechanical phenomenon)과 연결되어있음을 보여주어 왔다. 그러나 양자 전달 메커니즘에 의한 가능한 영향이 상온에서 작동되는 것을 지금까지 아무도 직접 관측하지는 못했었다. 

양자 역학 현상은 결맞음(coherence)으로서 알려져 있다. 식물이 그것을 사용하는 방법은 광합성을 '환경적 영향에 직면하여 더 강건하게 만든다”고 보도 자료는 말했다.

양자 결맞음(quantum coherence)은 햇빛을 흡수하고 에너지가 저장되는 광화학 반응 센터로 에너지를 전달하는 데에 책임이 있는 소위 광합성 안테나 단백질(photosynthetic antenna proteins)에서 나타난다. 

ICFO 연구자들은 이들 작동되고 있는 단백질들의 활동을 모니터링하기 위해서 빛 섬광을 펨토초(10^–15 초, femtosecond)로 사용했다.

가장 놀라운 발견 중 하나는 단일 단백질 내의 전달 경로는 환경적 상황의 변화에 기인하여 시간이 지남에 따라 다양화되는 반면에, 단백질은 최적의 효율로 적응하기 위해 양자 특성을 사용한다는 것이었다. 이러한 결과는 (천재적인 양자 중첩 상태의 영향인) 결맞음이 생물계에서 고효율의 전달을 유지하는 데에 책임이 있음을 보여준다. 심지어 그들은 환경적 영향에 기인하여 에너지 전달 경로를 적응시킨다.

보도 자료는 '자연의 양자 기계'라는 설명을 달아서 안테나 단백질 중 하나의 그림을 보여주고 있었다. 광합성은 식물의 잎에서 뿐만 아니라, 해조류(algae) 및 일부 박테리아에서도 작동되고 있다.
 
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어떻게 ‘자연’이 최적의 효율로 빛을 포획하는 양자 결맞음을 마스터하고 있는 것일까? 현대인의 지식과 기술이 동원되어 설계된 광전지보다 훨씬 우수한 475% 효율의 ‘양자 기계’를 식물은 어떻게 발달시켰는가? 뇌도 없고, 눈도 없고, 지성도 없고, 목적도 없고, 방향도 없는, 지시되지 않은, 무작위적인 과정들에 의해서 우연히 어쩌다 생겨났는가? 이러한 초고도 정밀성을 가지는 극도로 우수한 분자기계들이 우연히 생겨났을 것이라고 말하는 것이 과학일 수 있을까? 진화론자들은 창조주 대신에 자연을 경배하고 있다!  

 

출처 : CEH, 2013. 6. 22.
URL : http://crev.info/2013/06/quantum-secret-of-photosynthesis-revealed/
번역자 : 미디어위원회

관련 자료 링크:

1. 식물의 광합성은 양자물리학을 이용하고 있었다. (Photosynthesis Uses Quantum Physics)
2. 해조류는 양자역학을 알고 있었다. (Algae Molecule Masters Quantum Mechanics)
3. 규조류를 이용한 고효율 태양전지 (Better Solar Cells with Diatoms)
4. 식물들은 빛과 광합성을 최고 효율로 얻고 있다. (Respect Your Plant: Don’t Say it Evolved)
5. 말벌은 태양전지로 움직이고 있었다. (Solar-Powered Hornets)
6. 하루 이상 잠수할 수 있는 거미와 태양전지가 있어 햇빛을 에너지로 사용하고 있는 말벌. (Animal Kingdom Already Had Underwater Divers and Solar-Powered Flyers)
7. 식물들은 자동온도조절 장치를 가지고 있었다. (Plants Have Thermostats)
8. 광합성은 생각보다 10억 년은 앞서서 37억 년 전에 이미 시작되었다? (Photosynthesis began a billion years earlier than thought)
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15. 식물의 경이로움이 계속해서 밝혀지고 있다. (Olympic Plants Perform in Place)
 
 
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