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光合成光捕集機構の量子力学計算による太陽系外惑星のバイオマーカー・モデルの構築

利用光合作用光捕获机制的量子力学计算构建太阳系外行星的生物标记模型

基本信息

批准号：
14J01303
负责人：
小松勇
金额：
$ 1.22万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

今後の観測においては低質量のM型矮星周りの惑星に焦点が当たる。このような地球と異なる環境において、周囲の光を光合成生物がどの程度効率的に吸収できるかを本研究では定量的に評価した。鉛直１次元の惑星大気の輻射輸送モデルなどを用いてFGKM型星周りの地球型惑星の表層環境の透過スペクトルを算出した。一方で、クロロフィルに代表される光合成色素や、これらで構成される光捕集複合体（LHC）の吸収スペクトルを量子化学計算によって見積もった。これらから得られた吸収、透過スペクトルの一致の度合いを示す吸収効率を評価し、それぞれの条件を比較した。色素の励起状態計算には時間依存密度汎関数法などを用いた。また、量子力学/古典力学混合法を用いて、色素の周囲の溶媒の効果も取り込んで評価した。LHCの励起状態計算には、で双極子-双極子相互作用モデル（Komatsu et al, 2015b）を用いた。この系では色素同士の相互作用などによって、色素が単一で存在するよりも長波長側に吸収スペクトルのシフトが起こる。この系でのずれは光合成生物全体での吸収スペクトル、反射スペクトルの概形に影響を与えるので、この系を評価するのは非常に重要である。LHCの構造としては紅色細菌のLH2を用いた。中心金属を天然のものから交換した色素で構成されたLH2のスペクトルの長波長化、水を持つM型周りの地球型惑星の環境における吸収効率を見積もった。クロロフィル系の色素が持つ主な吸収帯のうち、最も長波長側のQyの長波長化に特に注目した。その結果、カドミウムを中心金属にした系は、高効率であることがわかった。水中の深度の関数として表現するとより複雑になり、10cm程の深度で効率的に光吸収する。ただし、さらに深い箇所ではたとえカドミウムに交換したとしても、Qy帯の波長域に到達する光自体が減光されるので、吸収効率は低くなる。

In the future, the detection of low mass M dwarfs will be carried out. This study is a quantitative evaluation of the effects of different environmental factors on photosynthesis. Calculation of the radiation transport of a vertical 1D satellite and the transmission of the surface environment of an Earth-type satellite The absorption properties of LHC are calculated by quantum chemistry. The absorption rate is evaluated and the conditions for absorption are compared. The calculation of excitation state of pigment is based on the time-dependent density method. The application of quantum mechanics/classical mechanics hybrid method, the effect of pigment and solvent are evaluated. The calculation of excitation state of the LHC is carried out in the following ways: dipole-dipole interaction (Komatsu et al, 2015b). This is due to the interaction between pigment and pigment, and the existence of a single pigment. This system is very important for the absorption and reflection profiles of photosynthetic organisms as a whole The structure of LHC and the use of LH2 in red bacteria The center metal is naturally exchanged and the pigment is composed of LH2, which is selected from the long wavelength, water and M type, and the absorption efficiency of the earth type star environment is integrated. The color of the pigment system is particularly noticeable in the long wavelength of Qy, which is the longest wavelength side. The result is that the metal in the center of the film is very high. The depth of the water and the performance of the complex, 10cm depth and the efficiency of the light absorption The absorption efficiency of light in the wavelength domain of the Qy band is low.