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By Cindy Weiss, December 2, 2009
(PhysOrg.com) -- 化學教授 Harry Frank 領導一個國際研究團隊，確認藻類中那些指揮生物體將日光轉換成氧的分子。這些發現也許最終有助於開發新太陽能轉換裝置。
在稱為光合作用（photosynthesis）的過程中，Liberal 藝術與科學學院的化學家確認藻類中指揮生物體，將來自太陽的光轉換成氧的分子。
他們的研究，發表在 PNAS 上，首度在一種如海藻那樣複雜的系統中，揭露那些涉及控制光合作用之能量流動的最重要分子。
這項研究中所獲得的知識，將幫助其他試圖打造基於光合作用原理之新奇太陽能轉換裝置的研究者。
Harry Frank，化學系教授，領導這項研究，研究的資金則來自於 NSF 以及 NIH。投稿則由 Robert Birge（Harold S. Schwenk Sr. 化學卓越講座以及 2009 Connecticut Medal of Science 得主）與 Dariusz Niedzwiedzki（前博士後研究，他與 Frank 在 UConn 研究，現位於華盛頓大學 St. Louis 分校）負責。
此計畫中參與合作的是位於德國 Bochum，Ruhr 大學；澳洲雪梨 Macquarie 大學以及位於捷克共和國的 South Bohemia 大學還有 Czech Academy of Sciences 的科學家。
這些科學家針對藻類的光收成蛋白進行遺傳工程，修改生物體中的光收成分子：類胡蘿蔔素（carotenoids）與葉綠素（chlorophylls）之間的溝通線路。類胡蘿蔔素從不同於葉綠素的可見光光譜部份收集光線，「提升」生物體的光合作用能力。
研究者們能挑出特殊的類胡蘿蔔素，那是一種將能量轉移到葉綠素的、不可或缺的導管（conduit），實際上，它為光合作用的開始而「頒佈命令」。
如 Frank 的描述，這項研究可比喻成：試圖從企業僱員的快照中推論出哪一位是 CEO。藉由竊聽公司裡每個人的通訊線路，的確有可能證實誰在發佈命令。
Frank，一位聞名世界的類胡蘿蔔素專家以及 International Carotenoid Society 的前總裁，專精研究類胡蘿蔔素如何收成陽光，還有它們在光合作用中以及在提供顏色給植物、甲殼綱動物與鳥類上所扮演的角色。
當 Frank 從 1970 年代開始研究類胡蘿蔔素時，它們並不被認為在光合作用中扮演某種重要的角色。現在有與多研究小組研究它們，而且它們已知是「完美的光天線（light antennas）」 ，Birge 表示。
Birge 在此計畫中的角色是提供最新的量子運算。在德國的研究者確認此蛋白質的結構，而澳洲與捷克共和國的科學家則提供蛋白質樣本與其他專門技術。
Frank 進行精密的、超快的雷射光譜術來學習該結構如何運作，以及蛋白質中的個別元素如何追蹤光線以及轉移能量。
這種牽涉許多專家的國際性合作在解決複雜的科學問題上愈來愈常見。
"這是一項蛋白質如何捕捉光以及在蛋白內四處移動能量，使其能在最有用的地方結束的決定性研究，" Birge 說。
藉由學習大自然如何解決這種問題，科學家與工程師們能深刻理解在設計太陽能技術上該如何模仿大自然。雖然目前最佳的太陽能電池僅有百分之 40 的效率，不過 Birge 提到，大自然的效率大約是百分之 65 到百分之 100。
※ 相關報導：
＊ Identification of a single peridinin sensing Chl-a excitation in reconstituted PCP by crystallography and spectroscopy
http://www.pnas.org/content/106/49/20764.abstract
Tim Schulte, Dariusz M. Niedzwiedzki, Robert R. Birge,＊ 科學家發現量子力學在光合作用中起作用
Roger G. Hiller, Tomas Polivka, Eckhard Hofmann and
Harry A. Frank
PNAS December 8, 2009 vol. 106 no. 49 20764-20769
doi: 10.1073/pnas.0908938106
＊ 綠色海蛞蝓如同植物般製造葉綠素
＊ 科學家利用金奈米級系統將光轉變成電流
＊ 金與銀奈米線能自然結合、維持強健
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