光合作用觀察到關鍵新細節，出現類似物質第五態行為

窗外綠葉在陽光照耀下吸收二氧化碳吐出氧氣，這是我們熟悉的光合作用，但其實內部機制還有許多謎團。最近科學家從光合作用氧氣釋放最後一刻發生的原子細節中，發現一個關鍵步驟：光系統 II 似乎與物質的第五態（玻色-愛因斯坦凝聚態）存在關聯性。

光合作用是許多植物、藻類、藍菌等生產者，利用光能把水、二氧化碳、硫化氫等無機物轉變成可儲存化學能的有機物（如碳水化合物）之生物過程，也是維持地球生命至關重要的一道作用，但其中還有許多科學家不了解的機制，比如一種存在於植物、藻類、藍菌中的蛋白質複合體「光系統 II（Photosystem II，或稱「水-質體醌氧化還原酶」）」，如何從陽光獲取能量並利用它分解水以產生氧氣。

光系統 II 是光合作用產氧中心，科學家利用同調光直線加速器（Linac Coherent Light Source，LCLS）以原子細節觀察光系統 II，拍攝該過程不同階段高解析度圖像，讓我們對氧氣的產生有了新見解。

該過程可以簡單用棒球比賽比喻。當陽光照射葉子時，電子與空穴對（激子）就會開始繞著葉子循環移動（S0、S1、S2、S3 狀態），引發化學反應為植物製造糖分，就像棒球場球員從一壘回到本壘，當研究團隊首次對循環過程的 S4 狀態成像（介於三壘與本壘），發現 2 個氧原子在這裡結合並釋放 1 個氧分子。

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而團隊也在模擬多個激子如何四處移動時，注意到激子路徑令人熟悉的模式，或者說，它們展現了非常像被稱為玻色-愛因斯坦凝聚態（物質第五態）的行為：能量以零摩擦方式在材料周圍移動，葉子中的激子有時會以上述方式連接起來。

一般來說，我們只有在材料冷卻到極低溫度才會看到玻色-愛因斯坦凝聚態，如今在光合作用過程發現類似行為，就像看到冰塊在熱咖啡中形成一樣驚奇，或許還能為未來生成合成材料的技術開展新可能性。

新論文發表在《PRX Energy》期刊。