国际科学家小组建立光合捕光模型

当照射在叶子上的阳光迅速变化时，植物必须保护自己免受迅速变化的太阳能刺激。为应对这些变化，光合生物，从植物到细菌已进化出许多应对策略，然而，科学家们仍不能确定其潜在的设计规则。

最近，由加州大学河滨分校物理学家Nathaniel M.Gabor 领导的一个国际科学家小组建立了一个模型，再现了光合生物中光合捕光的一般特征。

光合捕光是蛋白质结合的叶绿素分子对太阳能的收集，而光合作用是绿色植物和其它生物利用阳光从CO2和水中合成食物的过程，光合捕光从吸收阳光开始。

研究人员的模型借鉴了复杂网络的科学思想，这是一个探索手机网络、大脑和电网高效运作的研究领域。该模型是一个简单的网络，可接收两种不同颜色的光，输出稳定速率的太阳能。

模型表明，光合生物仅吸收光的某些区域的颜色就可自动保护它们不受太阳能的突然变化或“噪声”影响，从而产生效率非常高的能量转换。绿色植物呈绿色、紫色细菌呈紫色是因为它们只吸收光谱中某些区域的光，即能抵御快速变化的太阳能。

令人兴奋的是，除绿色植物外，该模型还适用于其他光合生物，且该模型确定了光合捕光的一般和基本特性。该研究表明，通过选择性地吸收入射太阳光光谱可将输出“噪声”降到最低，此研究可用于提高太阳能电池性能，最大限度地增加能量储存。

Gabor 解释说，植物和其他光合生物有各种策略来防止因过度暴露于太阳而造成的损害，如能量释放分子机制、叶片追踪太阳的物理运动等，植物甚至已发展出像防晒霜一样有效防护紫外线的措施。

为构建该模型，Gabor 和他的同事们将简单的网络物理学应用到复杂的生物学，且对高度多样化的光合生物做出了清晰、定量和通用的描述。 光合作用可看成是厨房的一个水槽，水龙头进水，排水管出水，如果流入水槽的水比外流的水大得多，水就会从水槽溢出而溅到地板上。

在光合作用中，如果流入捕光网络的太阳能远远大于流出，那么光合网必须调节以降低这些突然出现的能量的过度流动；当光合网无法控制这些波动时，生物体就试图排出多余的能量，结果是其机体将遭受氧化应激而损害细胞。