A növényi sejtek fénygyűjtő makromolekulái a molekuláris rezgéseket kihasználva adják át az energiát, oly módon, amire a klasszikus fizika nem ad magyarázatot.

A fénygyűjtő makromolekulák többsége a molekulák színéért felelős kromofórokból áll, melyek fehérjékhez kapcsolódnak. Ezek végzik a fotoszintézis első lépését, a napfény foglyul ejtését és az abból származó energia nagyhatékonyságú átvitelét. Korábbi kísérletek arra utaltak, hogy az energiaátvitel hullámszerű módon zajlik, kiaknázva egy kvantumjelenséget, a nem szokványos magyarázatot azonban nem lehetett perdöntően bizonyítani, mivel az azonosított jelenség ugyancsak leírható a klasszikus fizika alkalmazásával.

A kvantummechanikai jelenségeket kihasználó rendszereket emellett gyakran nagyon alacsony hőmérsékletekre kell hűteni, hogy megvizsgálhassák, ez azonban nem jellemző egyes biológiai rendszerekre, melyek akár szobahőmérsékleten is kvantumtulajdonságokat mutatnak.

Most a University College London (UCL) csapata megkísérelte azonosítani azokat a jellemvonásokat ezekben a biológiai rendszerekben, amiket csak a kvantumfizikával lehet magyarázni, és nincs klasszikus megfelelőjük. "A fénygyűjtő makromolekulák energiaátvitelét a kromofórok rezgő mozgásai segítik" - magyarázta Alexandra Olaya-Castro, a kutatás felügyelője és a tanulmány társszerzője. "Felfedeztük, hogy a fotoszintézis során az energiaátvitelt segítő kromofór-vibrációk egyes tulajdonságai nem írhatók le a klasszikus törvényekkel, mi több ez a nem klasszikus viselkedés fokozza az energia átvitel hatékonyságát"

A molekuláris rezgések a molekula atomjainak periodikus mozgásai, ez hasonló egy rugóhoz erősített objektum mozgásához. Időnként két kromofór kollektív rezgésének energiája megegyezik ezeknek a kromofóroknak az elektromos átvitelei közötti energiakülönbséggel, ami egy energiakvantum következetes cseréjét eredményez. "Amikor ez bekövetkezik, az elektromos és vibrációs szabadság fokok együttesen és átmenetileg egy kvantumállapot szuperpozíciójába kerülnek, amit a klasszikus fizika soha nem fog megmagyarázni" - mondta Edward O'Reilly, a tanulmány elsőszámú szerzője.

Összefoglalva, a kvantumhatások úgy fokozzák egy növény fotoszintézisének hatékonyságát, ahogy azt a klasszikus fizika törvényei soha nem tennék lehetővé. A tény, hogy ezek a biológiai rendszerek képesek kvantumhatásokat kihasználni egészen elképesztően hangzik. A maguk módján miniatűr kvantumszámítógépekről is beszélhetnénk, melyek képesek minden lehetséges opciót megvizsgálni, hogy kiválasszák a leghatékonyabb utat vagy megoldást, esetünkben az energia szinte tökéletes hatékonysággal történő befogadásához és átviteléhez.