Fotosentez, güneş enerjisini kimyasal biçimde depolayarak ve karbondioksit ve sudan başta karbonhidratlar olmak üzere organik maddeler üreterek Dünya’daki yaşamı besler. Bu temel bir mekanizmadır ancak onun hakkında hâlâ çok az şey biliyoruz. Işık emiliminin moleküler düzeydeki sürecini iyice anlamak, fotovoltaikten tarıma kadar çeşitli sektörler için ileriye doğru büyük bir adımı temsil edecektir.
Türümüzün ve dünyadaki tüm yaşamın hayatta kalması için en önemli süreçlerden biri olan fotosentezin nasıl çalıştığını anlamak için gerekli moleküler düzeyde simülasyonları yürütmek için ancak bugün yeterli hesaplama gücüne sahibiz”, diye açıklıyor hesaplamalı kimya uzmanı Benedetta Mennucci Pisa Üniversitesi, diğer yedi üniversite ve iki şirketle birlikte Hesaplamalı Mikroskopta Avrupa Fotosentetik Antenler programının bir parçası olmak üzere seçildi. Constructor University Bremen liderliğindeki bu üç yıllık proje, fotosentetik organizmaların ışık emilimi gibi karmaşık süreçleri keşfedebilecek yeni nesil hesaplamalı bilim adamlarını eğitmek için 2,6 milyon avroluk bir bütçeyle başlıyor. Proje, biyoloji, kimya, fizik ve bilgisayar bilimlerindeki teorik ve hesaplamalı araçlardan yararlanacak ve moleküler dinamik simülasyonlardan, kuantum kimyasından, teorik spektroskopiden ve makine öğreniminden ilham alan ileri teknikleri entegre edecek.
Fotosentez hakkında anlaşılması gerekenler
«Disiplinlerarası faaliyetler, fotosentezin moleküler düzeyinde ve özellikle ışığın fotosentetik organizmalar tarafından emilmesinde yeni bir anlayışa ulaşmamıza yardımcı olacaktır. Onlarca yıldır analiz ettiğimiz ancak henüz tam olarak anlamadığımız bu mekanizmanın iki ana uygulama alanında temel sonuçları vardır: organik güneş pillerinin tasarımı ve mahsul verimliliğinin optimizasyonu”, diyor Constructor’daki ağ koordinatörü Ulrich Kleinekathöfer Üniversite. Pratikte bu, alglerden bakterilere kadar bitkilerin ve diğer fotosentetik organizmaların güneş ışığını nasıl topladığını ve ardından onu enerjiye ve organik maddelere nasıl dönüştürdüğünü anlamayı içerir. Fotosentez tarafından yakalanan güneş enerjisi miktarı muazzamdır; yaklaşık 130 terawatt’lık sürekli emilim, insan uygarlığının mevcut enerji tüketiminin yaklaşık sekiz katına eşdeğerdir.
«Bu sürecin tam olarak nasıl çalıştığını çözebilseydik, elimizde hem güneş pilleri aracılığıyla güneşten muazzam miktarda enerji yakalamak hem de güneşten elde edilen verimi artırmak için çok güçlü bir araca sahip olacağımızı anlamak kolaydır. On yılı aşkın bir süredir proteinlerin ışığa tepki süreçlerini hesaplamalı simülasyon modelleri aracılığıyla inceleyen Mennucci, “yeni biyoteknolojik çözümlere sahip gıda tesisleri, insanlığın iki temel sorununu sürdürülebilir bir şekilde çözüyor” yorumunu yapıyor. LIFETimeS projesini son yıldır koordine eden profesör, “On yıl önce bu düzeyde ayrıntıya ulaşmak mümkün değildi, ancak şimdi simülasyon modelleri o kadar gelişmiş ki, gerçek süreçlere çok benzer süreçleri yeniden yaratabiliyorlar”, diye altını çiziyor. Avrupa Araştırma Konseyi’nden 2,4 milyon Avroluk fonla, ışığın bitkiler ve bakteriler tarafından emilmesi üzerine beş yıl.
Özel hesaplama modelleri ve yazılımı
«Işığa duyarlı proteinler, bakteriler gibi en basitinden memeliler gibi en karmaşık olanına kadar tüm canlı organizmalarda yaygındır. Işıkla harekete geçen bu biyolojik mekanizmaların nasıl çalıştığını anlamak için bölümümde, bugün bizden talep edilen ve tarımdan tarıma kadar birçok sektörde yer alan araştırmacılar tarafından büyük beğeni toplayan son derece karmaşık sistemleri incelemek üzere optimize edilmiş özel hesaplama ve yazılım modelleri geliştiriyoruz. Biyosensörikten fotofarmakolojiye kadar tıp”, Mennucci’yi belirtiyor.