光合作用中的多尺度生物量子效应|进展

本文总结了中科院物理所翁羽翔团队在光合作用多尺度量子效应研究中的系列进展。背景方面，随着生物大分子结构解析达到原子级，生命科学开始探索量子机制如何解释光合作用近乎无损的太阳能转化效率。研究目的旨在回答在温暖、潮湿、充满热噪声的生物环境中，脆弱的量子效应如何存活并发挥功能，以及微观量子效应能否在更大空间尺度发挥作用。结论表明，光合作用中的量子效应并非被动“幸存者”，而是被蛋白质动态结构主动保护的功能核心，遵循量子相位同步这一普适机制，量子设计原则可从分子尺度传递到纳米级囊泡尺度（跨越6 Å至80 nm），表现为可观测的生物功能优化。这些发现刷新了量子生物学理论框架，为室温量子器件抗退相干设计和作物光能利用效率改良提供了新思路。代表性工作分别研究了蓝藻APC、隐藻PE545中的相干传能机制，高等植物LHCII中的量子开关切换机制，以及紫色光合细菌LH2囊泡最优尺寸优化。