Letter 生物物理：光合成系における量子コヒーレンスによる波動様エネルギー移動の証拠 2007年4月12日 Nature 446, 7137 doi: 10.1038/nature05678 光合成複合体は、太陽光を効率よくとらえ、励起エネルギーを長期的なエネルギー貯蔵が開始される反応中心に渡すために完璧に調整されている。エネルギー移動機構は、励起状態の集団がとびとびのエネルギー準位の間を「ホッピング」するという半古典的モデルによって記述されることが多い。2次元フーリエ変換電子スペクトルによって、Fenna-Matthews-Olson（FMO）バクテリオクロロフィル複合体におけるこれらのエネルギー準位と準位間のカップリングの様子がマッピングされている。FMOは緑色硫黄細菌で見いだされ、大きな周辺機器である光捕集アンテナ（クロロゾーム）と反応中心をつなぐエネルギー「ワイヤー」として働く。分光学的データから、主要なエネルギー輸送経路は、バクテリオクロロフィル複合体全体の励起状態波動関数の空間特性に依存することが明らかになっている。しかし、供与体と受容体の数の振動がかかわる電子エネルギー移動が最初に議論されたのは70年以上前であり、光合成複合体で量子コヒーレンスに由来する電子の量子ビートが予想され間接的には観測されていたにもかかわらず、量子コヒーレンスの複雑な動的特徴は、その古典的類似現象が存在しないこともあって、解析においてはほとんど無視されてきた。今回我々は、以前に行ったFMOバクテリオクロロフィル複合体の2次元電子スペクトル研究を発展させ、この系内でのエネルギー移動過程において重要な役割を果たしている著しく寿命の長い電子の量子コヒーレンスの直接的証拠を得た。この量子コヒーレンスは、77 KにおいてChlorobium tepidumのFMO複合体内の励起子の中に特徴的で直接観察可能な量子ビート信号として現れた。光合成複合体内でのエネルギー移動のこのような波動様特性は、複合体が最も効率のよい経路を見つけるために位相空間の広大な領域を探索することを可能にするという点で、光合成複合体の極端に高い効率を説明することができる。 Full Text PDF 目次へ戻る
