광합성 순간, 레이저로 포착

'10조분의 1초' 의 마법…메커니즘 밝혀줄 계기

식물의 광합성 순간이 레이저 촬영으로 포착돼 햇빛이 에너지로 바뀌는 메커니즘을 밝힐 수 있을 것으로 기대되고 있다고 BBC 뉴스 인터넷판이 보도했다.

이런 연구 성과는 에너지가 어떻게 전자기기 등 다른 시스템에서 새어 나가는지를 밝혀내 태양 전지 성능 개선 등에 사용될 수 있을 것으로 보인다.

아일랜드와 영국 과학자들은 10조(兆)분의 1초 동안 지속되는 광합성 순간을 단 한 번에 촬영할 수 있는 새로운 기술을 개발해 광합성에 관여하는 단백질 LH2의 변화를 포착했다고 물리학 리뷰지 최신호에 발표했다.

이 단백질은 수분 속의 전자를 끌어내 이산화탄소로부터 탄소를 만들어내는 반응을 일으키게 한다.

많은 과학자들은 아직까지 에너지 효율 10% 선에 머무르는 태양 전지의 성능을 개선하기 위해 전자의 역할을 좀 더 명확히 밝히려는 노력을 하고 있지만 전자가 다른 전자 또는 다른 분자와 어느 정도까지 상호작용을 하는 지 아직 충분히 이해하지 못하고 있다.

전자의 결합 작용을 이해하기 위해 지금까지 다양한 레이저 촬영 기법이 개발됐지만 모두가 연약한 단백질을 수십억 차례의 레이저파에 노출시켜야만 했고 이는 단백질 구조를 변화시키거나 파괴할 가능성이 있다는 치명적 결함을 갖고 있다.

그러나 연구진은 일반 카메라 플래시의 100억분의 1에 불과한 100펨토초 동안 지속되는 극초고속 레이저파를 개발 단 한 번만 사용해 전자들의 결합과정을 포착할 수 있게 됐다.

이런 극초고속 레이저파는 광범위한 색채 스펙트럼으로 구성돼 있고 각각의 색채는 특정 광자 에너지에 반응하기 때문에 연구진은 처음으로 각각의 색채 즉 에너지가 단백질 내부에서 어떻게 상호작용하는지 분명한 그림을 얻을 수 있었다.

연구진은 "이는 단순한 디테일이나 정밀도의 문제가 아니라 원자들이 움직이기 이전의 시스템 상태라는 완전히 새로운 세계를 볼 수 있음을 의미한다"고 말했다.