元素周期表光合作用是怎樣產生的？
作為地球上最重要的化學反應，光合作用對大多數人來說，好像並沒有什麼太大的秘密，似乎它的過程無非就是吸收二氧化碳，放出氧氣。然而，盡管光合作用的發現至今已有二百多年曆史，並且已有多位科學家在光合作用前沿研究上頻頻摘取諾貝爾獎，但其內在複雜機理仍被重重謎團籠罩。科學家坦言，要真正揭開“綠色工廠”的全部謎底，仍有很長的一段路要走。植物光合作用為什麼科學家們要對光合作用進行研究呢？這是因為人類所需要的許多生產生活資料都是由光合作用產生的，如果沒有光合作用就不會有人類的生存與發展。所以，光合作用研究是一個重大的生物科學問題，同時又與人類現在麵臨的糧食、環境、材料、信息問題等密切相關。現在世界上每年通過光合作用產生2200億噸物質，相當於世界上所有的能耗的十倍。要植物產生更多的物質，就需要提高光合作用效率。通過高新技術轉化，我們甚至可以讓有些藻類，在光合作用的調節與控製下直接產生氫。根據光合作用原理，還可以研製高效的太陽能轉換器。光合作用與農業的關係同樣密切，農作物產量的90％到95％來自光合作用。高產水稻與小麥的光合作用效率隻有1％到1.5％，而甘蔗或者玉米的效率則可達到50％或者更高。如果人類可以人為地調控光能利用效率，農作物產量就會大幅度增加。近年來，空氣裏麵二氧化碳不斷增加，產生溫室效應。光合作用能否優化空氣成分，延緩地球變暖，也很值得探索。光合作用研究，還可以為仿真模擬生物電子器件，研製生物芯片等，提供理論基礎或有效途徑，對開辟21世紀新興產業產生廣泛而深遠的影響。正是這些，使得光合作用研究在國際上成為一大熱點。早在兩個多世紀以前，科學家就已經知道了光合作用，但真正開始研究光合作用還是在量子力學建立之後，人們也越來越為它複雜的機製深深歎服。現在，科學家們已經知道，光合作用的吸能、傳能和轉化均是在具有一定分子排列及空間構象、鑲嵌在光合膜中的捕光及反應中心色素蛋白複合體和有關的電子載體中進行的。但是讓科學家們不可思議的是，從光能吸收到原初電荷分離涉及的時間尺度僅僅為1015～1017秒。這麼短的時間內卻包含著一係列涉及光子、激子、電子、離子等傳遞和轉化的複雜物理和化學過程。更讓人驚奇的是，這種傳遞與轉化不僅神速，而且高效。在光合膜係統中，在最適宜的條件下，傳能的效率可高達94％～98％，在反應中心，隻要光子能傳到其中，能量轉化的量子效率幾乎為100％。這種高效機製是當今科學技術遠遠不能企及的。光合作用那麼，光合係統這個高效傳能和轉能超快過程到底是如何進行的？其全部的分子機理及其調控原理究竟是怎樣的？為什麼這麼高效？這迄今仍是多年來一直困擾著眾多科學家的謎團。有科學家說：要徹底揭開這一謎團，在很大程度上依賴於合適的、高度純化和穩定的捕光及反應中心複合物的獲得，以及當代各種十分複雜的超快手段和物理及化學技術的應用與理論分析。事實上，當代所有的物理、化學最先進設備與技術都可以用到光合作用研究中來。光合作用的另外一個謎團是：生化反應起源是自然界最重大的事件之一，光合作用的過程是一係列非常複雜的獨立代謝反應，它究竟是如何演化而來？美國亞利桑那州立大學的生化學家羅伯特教授說：“我們知道這個反應演化來自細菌，大約在25億年前，但光合作用發展史非常不好追蹤。有多種光合微生物使用相同但又不太一樣的反應。雖然有一些線索能把它們聯係在一起，但還是不清楚它們之間的關係。”羅伯特教授等人還試圖透過分析五種細菌的基因組來解決部分的問題。他們的研究結果顯示，光合作用的演化並非是一條從簡至繁的直線，而是不同的演化路線的合並，把獨立演化的化學反應混合在一起。也許，他們的工作會給人類這樣一些提示：人類也可能通過修補改造微生物產生新生化反應，甚至設計出物質的合成反應。這樣的工作對天文生物學家了解生命在外星的可能演化途徑，也大有裨益。我國著名科學家匡廷雲院士曾深有感觸地說：“要揭示光合作用的機理，就必須先搞清楚膜蛋白的分子排列、空間構象。這方麵我們最新取得的原創性成果就是提取了膜蛋白，完成了LHC-Ⅱ三維結構的測定。由於分子膜蛋白是鑲嵌在脂質雙分子膜裏麵的，疏水性很強，因此難分離，難結晶。”現在，中國科學院植物所經過多年努力已經提取了這種膜蛋白，在膜蛋白研究上，我國已經可以與世界並駕齊驅。那麼是否可能會有那麼一天，人們可以模擬光合作用從工廠裏直接獲取食物，而不再一味依靠植物提供呢？科學家們認為，這在近期內不可能的，因為人類對光合作用的奧秘並不真正了解，還有很多問題需要進一步弄清楚，要實現人類的這一長遠理想，可能還要付出更為艱辛的努力。