[내외신문=전용현 기자] 사이언스지에 발표된 논문에 의하면 과학자들은 2023년 6월 발표된 연구에서, 광합성 과정에서 빛을 화학 에너지로 변환하는 첫 번째 단계가 하나의 광자만으로 촉발될 수 있다는 것을 입증했다. 이 연구는 그레이엄 플레밍 박사와 그의 동료들에 의해 버클리 캘리포니아 대학교에서 수행되었다.

▲ 하나의 광자만으로도 광합성 반응을 시작할 수 있다는 것이 입증되었습니다. 이 연구는 광합성 연구 분야에서 매우 중요한 발견입니다.

과학자들은 오랫동안 광합성 반응이 단 하나의 광자를 흡수할 때 시작된다고 가정해왔으나, 이는 아직 입증되지 않은 상태였다. 그래서 플레밍 박사와 연구진은 "하나의 광자가 모든 것을 시작하기에 충분한지 확인해보기로 결정했습니다."

이 연구에서는 광합성 반응을 연구하기 위해 두 개의 광자만을 사용했다. 한 광자는 연구진에게 알림을 전달하기 위한 탐지기로 사용되었고, 다른 광자는 광합성 박테리아인 Rhodobacter sphaeroides의 광자 흡수 구조에 전달되었다. 이 광자 흡수 구조는 광 수확 2 복합체 또는 LH2라고 알려져 있으며, 박테리오클로로필과 다른 분자로 구성되어 있다.

일반적인 광합성 반응에서는 LH2가 광자를 흡수하고 다른 복합체로 에너지를 전달하여 결국 박테리아가 사용할 수 있는 형태로 변환된다. 그러나 이 연구에서는 LH1이 존재하지 않았기 때문에, LH2가 첫 번째 고리에서 두 번째 고리로 에너지를 전달하는 신호로서 다른 파장의 광자를 방출했다. 이를 통해 연구진은 LH2가 하나의 광자만 흡수하여 작업을 시작할 수 있음을 확인했다.

이 연구 결과는 광합성 연구에 대한 기존 가설을 뒷받침하며, 하나의 광자가 생물학적 반응의 충분한 출발점이 될 수 있음을 보여준다고 전했다. 

단일 광자가 식물과 박테리아의 광합성 초기 단계를 시작하는 역할

과학자들은 식물과 박테리아가 광합성을 위해 서로 다른 과정을 사용하지만 초기 단계에서는 단일 광자가 광합성 반응을 시작할 수 있는 유사한 역할을 한다는 것을 밝혀냈다. 이러한 연구 결과는 스코틀랜드 글래스고 대학교의 생화학자 리처드 코그델 박사가 언급하였다. 코그델 박사는 단일 광자의 역할이 놀라운 일이 아니라고 말한다. 연구진의 주요 목표는 새로운 기술을 시연하여 자연에서 일어나는 과정을 조사하는 것이다. "이렇게 함으로써, 우리는 본질적으로 자연에서 일어나는 일을 탐구할 수 있습니다." 라고 그는 말한다. 일부 과학자들은 광합성이 양자 물리학에 의존한다는 의문을 제기한다. 새로운 기술이 양자 효과의 역할을 해결할 수 있는지 여부는 분명하지 않지만, 강력한 광원을 사용하는 인공 시스템에서 자연적인 효과를 분리하는 데 도움이 될 수 있다. 코그델 박사는 "광합성의 초기 반응에서 실제로 어떤 일이 일어나는지 알아내는 것이 가능해졌습니다." 라고 말했다.