Солнечный луч падает на лист — и внутри запускается эстафета. Энергия переходит от одной молекулы к другой, пока не достигнет цели. В фотосистеме II (это белковый комплекс, запускающий фотосинтез) эту эстафету бегут молекулы-пигменты: хлорофиллы и феофитины.
Авторы работы взяли точные данные о расстояниях и ориентации этих молекул у цианобактерии Thermosynechococcus vulcanus. По теории Фёрстера они рассчитали скорости передачи энергии и построили из них сеть. В такой сети каждая молекула — узел, а линии между ними — возможные пути передачи энергии с определённой скоростью. Дальше в ход пошли инструменты анализа сетей: центральность (какие узлы самые важные для потоков), кластеризация (насколько соседи узла связаны между собой).
Этот подход напоминает анализ транспортной сети города: не зная расписания автобусов, по одной карте улиц можно предсказать, где будут пробки, а где — свободный поток. Так и здесь: структура сети подсказывает, какие молекулы критичны для быстрой доставки энергии.
Солнечный луч угасает, но запущенная им эстафета продолжается внутри листа — и теперь яснее, почему она не сбивается с ритма. Сеть пигментов устроена так, что энергия почти без потерь находит кратчайший путь к цели.
Разрешение 1.9 ангстрема, использованное в работе, позволяет различить отдельные атомы в молекуле белка — это как увидеть горошину с расстояния в километр.
В романе «Марсианин» Энди Вейера герой выживает благодаря фотосинтезу картофеля — возможно, понимание сетей передачи энергии поможет создать ещё более эффективные системы жизнеобеспечения.