Nyamuk: Struktur Genetik Hewan Pertama ke Show Respon Evolusi Bertekad Perubahan Iklim

Livejurnal69- Para ilmuwan di University of Oregon telah menentukan struktur genetik skala halus-binatang pertama yang menunjukkan respon evolusioner terhadap perubahan iklim yang cepat.

Salah satu masalah dengan sinar matahari panen adalah bahwa sinar matahari dapat sangat merusak bahan banyak. Sinar matahari menyebabkan degradasi bertahap banyak sistem dikembangkan untuk memanfaatkan itu. Tapi tanaman telah mengadopsi strategi yang menarik untuk mengatasi masalah ini: Mereka terus memecah molekul mereka menangkap cahaya dan mereka merakit ulang dari awal, sehingga struktur dasar yang menangkap energi matahari yang, pada dasarnya, selalu merek baru.

Proses itu sekarang telah ditiru oleh Michael Strano, Charles dan Hilda Roddey Associate Professor Teknik Kimia, dan tim mahasiswa pascasarjana dan peneliti. Mereka telah menciptakan sebuah novel set molekul diri perakitan yang dapat mengubah sinar matahari menjadi listrik, molekul-molekul dapat berulang kali rusak dan kemudian disusun kembali dengan cepat, hanya dengan menambahkan atau menghapus solusi tambahan. kertas mereka pada karya tersebut dipublikasikan pada 5 September di Alam Kimia.

Strano mengatakan gagasan pertama terjadi padanya ketika ia membaca tentang biologi tanaman. "Saya sangat terkesan dengan bagaimana sel tumbuhan memiliki mekanisme perbaikan yang sangat efisien," katanya. Dalam sinar matahari musim panas penuh, "daun di pohon adalah protein yang daur ulang setiap 45 menit, meskipun Anda mungkin berpikir itu sebagai fotosel statis."

Salah satu tujuan jangka panjang Strano riset telah menemukan cara untuk meniru prinsip-prinsip yang ditemukan di alam menggunakan nanocomponents. Dalam kasus molekul yang digunakan untuk fotosintesis pada tanaman, bentuk reaktif dari oksigen yang dihasilkan oleh sinar matahari menyebabkan protein gagal dalam cara yang sangat tepat. Sebagai Strano menjelaskan itu, oksigen "unsnaps sebuah tali yang terus protein bersama-sama," tetapi protein yang sama dengan cepat dipasang kembali untuk memulai kembali proses tersebut.

Tindakan ini semua terjadi di dalam kapsul kecil yang disebut kloroplas yang berada di dalam setiap sel tumbuhan - dan yang mana fotosintesis terjadi. kloroplas adalah "mesin luar biasa," kata Strano. "Mereka adalah mesin yang luar biasa yang mengkonsumsi karbon dioksida dan penggunaan cahaya untuk menghasilkan glukosa," bahan kimia yang menyediakan energi untuk metabolisme.

Untuk meniru proses tersebut, Strano dan timnya, didukung oleh hibah dari MIT Inisiatif Energi dan Departemen Energi, molekul sintetik dihasilkan disebut fosfolipid bahwa bentuk cakram; cakram ini memberikan dukungan struktur molekul lain yang benar-benar menanggapi cahaya, dalam struktur yang disebut reaksi pusat, yang melepaskan elektron ketika terkena partikel cahaya. Disk, membawa pusat reaksi, berada dalam solusi di mana mereka memasang diri mereka secara spontan untuk nanotube karbon - tabung hampa seperti kawat-atom karbon yang merupakan beberapa sepersekian miliar meter tebal namun lebih kuat dari baja dan mampu melakukan listrik seribu kali lebih baik dari tembaga. The nanotube terus cakram fosfolipid dalam penyelarasan seragam sehingga pusat-pusat reaksi semua dapat terkena sinar matahari langsung, dan mereka juga bertindak sebagai kawat untuk mengumpulkan dan menyalurkan aliran elektron mengetuk longgar oleh molekul reaktif.

Sistem Tim Strano yang dihasilkan terdiri dari tujuh senyawa yang berbeda, termasuk nanotube karbon, fosfolipid, dan protein yang membentuk pusat-pusat reaksi, yang di bawah kondisi yang tepat secara spontan merakit sendiri menjadi struktur cahaya-panen yang menghasilkan arus listrik . Strano mengatakan ia percaya ini menetapkan rekor kompleksitas sistem perakitan diri. Ketika sebuah prinsip dalam surfaktan - mirip dengan bahan kimia bahwa BP telah disemprotkan ke Teluk Meksiko untuk pecah minyak - akan ditambahkan ke campuran, tujuh komponen semua datang terpisah dan membentuk solusi pekat. Kemudian, ketika peneliti dihapus surfaktan dengan mendorong solusi melalui membran, senyawa spontan berkumpul sekali lagi menjadi sempurna, fotosel diremajakan.

"Kami pada dasarnya meniru trik bahwa alam telah menemukan lebih dari jutaan tahun" - khususnya, "reversibilitas, kemampuan untuk memecahkan terpisah dan berkumpul kembali," kata Strano. Tim, termasuk peneliti postdoctoral Moon-Ho Ham dan mahasiswa pascasarjana Ardemis Boghossian, datang dengan sistem berdasarkan analisis teoritis, tapi kemudian memutuskan untuk membangun sebuah sel prototipe untuk menguji itu. Mereka berlari sel melalui siklus berulang perakitan dan pembongkaran selama 14-jam, tanpa kehilangan efisiensi.

Strano mengatakan bahwa dalam menyusun sistem baru untuk menghasilkan listrik dari cahaya, peneliti tidak sering mempelajari bagaimana mengubah sistem dari waktu ke waktu. Untuk konvensional sel surya berbasis silikon, ada sedikit penurunan, namun dengan sistem baru yang sedang dikembangkan - baik untuk biaya yang lebih rendah, efisiensi yang lebih tinggi, meningkatkan fleksibilitas atau karakteristik lain - degradasi bisa sangat signifikan. "Sering kali orang melihat, lebih dari 60 jam, efisiensi turun sampai 10 persen dari apa yang awalnya Anda lihat," katanya.

Reaksi individu dari struktur molekul baru dalam mengkonversi sinar matahari adalah sekitar 40 persen efisien, atau sekitar dua kali lipat efisiensi sel terbaik komersial hari ini surya. Secara teoritis, efisiensi struktur bisa mendekati 100 persen, katanya. Namun dalam karya awal, konsentrasi struktur dalam larutan itu rendah, sehingga efisiensi perangkat keseluruhan - jumlah listrik yang dihasilkan untuk suatu luas permukaan yang diberikan - sangat rendah. Mereka sedang bekerja untuk menemukan cara-cara untuk meningkatkan konsentrasi sangat.