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蓝绿藻。图片来源：《新科学家》杂志网站

科技日报记者 刘霞

据《自然》杂志3日发表的论文，美国和德国两个科研团队首次揭示了光合作用过程中氧气如何形成的微观细节，了解光合作用过程中的水分解对于开发将水转化为氢燃料的设备非常重要。

光合作用是植物、藻类和一些细菌利用阳光创造生长所需能量的过程。此前的研究表明，只需要4个连续的光子撞击植物的分子结构，就可启动光合作用。这些光子被锰、钙和氧原子团吸收，然后分解植物的水分子，释放出氧气。但几十年来，研究人员一直无法了解第四个光子撞击这些原子团后会发生什么。

在最新研究中，劳伦斯伯克利国家实验室的简·科恩及其同事利用高能X射线脉冲，捕捉到了光合作用的微观细节。他们将从蓝绿藻中提取的分子簇排列在传送带上，使其被可见光脉冲照射，开始裂解水，X射线捕捉到了此过程中原子的排列情况。

结果发现，在被第四个光子击中后，一种被称为光系统II（PSII）的蛋白质复合物会在几百万分之一秒内分解水分子。而且，氧形成了一些新结构。在这个阶段，氧原子不会像在水中那样与氢结合，也不会聚集成一个更大的氧分子，但可能会短暂地与PSII的另一部分结合。

德国柏林自由大学团队则使用红外光来确定电子和质子在原子之间如何移动。他们从40公斤新鲜菠菜中提取PSII，先用可见光照射，再用红外光照射。结果发现，当PSII吸收红外辐射时，每个波长都与特定键的振动相关。研究人员将这些测量结果与计算机模拟相结合，揭示了一个关键的新步骤：三个质子在氧原子和PSII的其余部分之间交换了一个电子。