Ilmuwan Berhasil Amati Bagaimana Foton Memicu Fotosintesis pada Bakteri

Berita Baru, Jakarta – Cahaya adalah dasar bagi hampir semua kehidupan di Bumi. Dengan menggunakan energi dari matahari, tumbuhan, alga, dan beberapa bakteri menciptakan molekul gula kompleks yang menjadi dasar sebagian besar rantai makanan alam.

Namun, beberapa bagian dari reaksi kimia yang menyokong dunia ini masih menjadi misteri sampai sekarang. Dan untuk pertama kalinya, para peneliti telah mengamati awal dari fotosintesis, dimulai dengan satu foton.

“Banyak sekali karya, baik secara teori maupun eksperimental, telah dilakukan di seluruh dunia dalam upaya memahami apa yang terjadi setelah foton diserap. Namun, kami menyadari bahwa tidak ada yang membicarakan langkah pertama ini,” ujar Graham Fleming, seorang ahli kimia dari Universitas California Berkeley seperti dikutip dari Live Science dalam jurnal Nature.

Ketika cahaya mengenai kloroplas tumbuhan — pabrik gula dalam dunia organela — ia menyerap energi dari foton yang masuk dan menggunakannya untuk mengubah karbon dioksida dan air menjadi glukosa dan oksigen, berkat pigmen yang disebut klorofil.

Para ilmuwan telah mengetahui tentang proses ini setidaknya sejak akhir abad ke-18, tetapi membutuhkan waktu yang lebih lama untuk mengungkapkan detail-detail yang lebih rinci.

Sebuah pasangan ilmuwan Prancis pertama kali mengisolasi klorofil pada awal abad ke-19, dan pada akhir abad tersebut, ahli botani Theodor Wilhelm Engelmann telah mengungkap perannya dalam menyerap sinar matahari, sesuai dengan sebuah makalah yang diterbitkan pada tahun 2019 dalam jurnal Annals of Botany.

Para peneliti membuat kemajuan lebih lanjut dalam menentukan biokimia fotosintesis sepanjang abad ke-20, menemukan, misalnya, bahwa elektron-elektron yang terangsang membantu mentransfer energi melalui kloroplas.

Mereka juga menyadari bahwa kloroplas harus sangat sensitif terhadap cahaya — karena pada dasarnya, tumbuhan dapat melakukan fotosintesis dalam kondisi teduh, dan foton-foton dalam sinar matahari relatif tersebar. Para ilmuwan berhipotesis bahwa hanya sedikit foton yang diperlukan untuk memulai proses ini. Namun, tidak ada yang berhasil mengamati langkah pertama yang penting tersebut.

Dalam penelitian baru ini, para peneliti mengamati bakteri fotosintesis ungu, yang memiliki nenek moyang kuno dengan tumbuhan dan alga modern. Mereka mengatur sumber foton yang memancarkan hanya dua foton pada satu waktu.

Pada setiap percobaan, foton pertama yang ditembakkan diserap oleh detektor yang sangat sensitif, sementara foton lainnya mengenai bakteri yang setara dengan kloroplas. Ternyata, ketika foton kedua mengenai targetnya, fotosintesis dimulai.

Para peneliti melakukan percobaan ini lebih dari 1,5 juta kali untuk memastikan bahwa foton kedua, bukan kekuatan eksternal, yang memicu reaksi kimia tersebut. Ini mengkonfirmasi bahwa hanya dengan satu foton sudah cukup untuk memulai fotosintesis.

“Percobaan ini telah menunjukkan bahwa Anda dapat melakukan hal-hal dengan foton individu. Jadi, itu adalah titik yang sangat penting,” kata Birgitta Whaley, seorang fisikawan kimia dari UC Berkeley dan salah satu penulis penelitian, dalam sebuah pernyataan.