Momen-momen pertama fotosintesis dihitung pada superkomputer

Skema kompleks LHC-II untuk mengumpulkan energi cahaya: klorofil a ditunjukkan dalam warna pirus, klorofil b adalah

hijau.Fotosintesis pada tumbuhan dan hewan adalah proses penyerapan energi kuanta cahaya oleh pusat reaksi suatu organisme dengan konversi dan akumulasi kimianya. Zat organik yang disintesis kemudian berfungsi sebagai bahan bakar dalam reaksi intraseluler.

Pusat reaksi adalah superkompleks protein besar dengan banyak antena pengambilan foto. Para ilmuwan masih terus mempelajari struktur dan fungsinya. Mungkin suatu hari nanti akan berubah menjadi analog buatan dengan efisiensi tinggi yang sama. Sekelompok gabungan ilmuwan dari Universitas Negara Basque (Spanyol), Universitas Barcelona (Spanyol), Laboratorium Nasional Livermore (AS, Universitas Halle-Wittenberg (Jerman), Universitas Liège (Belgia) dan Universitas Coimbra (Portugal) berkontribusi pada penelitian ini dengan mempelajari Chlorophyll LHC-II (Light Harvesting Complex II) Kompleks Pengumpulan Foto Simulasi LHC-II diluncurkan pada beberapa superkomputer paling kuat di Eropa pada saat yang bersamaan.

Untuk informasi lebih lanjut tentang membuat kode Octopus untuk jaringan superkomputer terdistribusi, lihat artikel ilmiah lain . Pengembang berhasil membuat model komputer yang andal dari proses mekanika kuantum yang terjadi di kompleks reaksi selama fotosintesis.

Ilustrasi di bawah ini menunjukkan contoh simulasi yang disederhanakan, kisi adaptif untuk molekul klorofil a dengan jarak antara node 0,5 Å dan radius 2,5 Å. Setiap warna sesuai dengan area yang dapat ditransfer untuk perhitungan ke prosesor terpisah untuk komputasi paralel masif pada satu atau lebih superkomputer secara bersamaan.



Kompleks LHC-II bekerja pada tahap pertama fotosintesis tanaman dan terdiri dari 17.000 atom. Tidak diketahui pasti bagaimana tepatnya proses kuantum terjadi di kompleks ini setelah menerima foton, meskipun ada teori yang dapat diandalkan tentang subjek ini.

Berkat proses paralelisasi, para ilmuwan dapat menjalankan emulasi pada beberapa superkomputer yang bekerja secara paralel. Percobaan melibatkan superkomputer Jerman Juqueen (458 752 core), Fermi Italia (163 840 core), German Hydra (65 320 core), Catalan MareNostrum III (48 896 core) dan superkomputer lain yang dipasang di universitas-universitas Eropa.

Tujuan utamanya adalah untuk mengoptimalkan kode Octopus, mempelajarinya dalam sistem terdistribusi nyata dan memilih parameter program yang benar. Simulasi keseluruhan molekul LHC-II adalah tugas yang tidak realistis, oleh karena itu, para ilmuwan menggunakan model dengan atom 5759, 4050 dan 6075. Hari ini adalah simulasi terbesar dari proses fotosintesis di kompleks LHC-II.

Berkat eksperimen, dimungkinkan untuk mengkonfirmasi teori yang menggambarkan reaksi fotosintesis di dalam LHC-II dalam 15 femtoseconds pertama setelah foton tiba.

Berkat hukum Moore dan optimalisasi kode Octopus, ada harapan bahwa akan segera mungkin untuk meniru proses fotosintesis untuk molekul lengkap dengan semua 17.000 atom. Selain itu, para ilmuwan dari negara lain dapat menggunakan perangkat lunak bebas Gurita untuk komputasi terdistribusi dan simulasi molekul selain LHC-II.

Hasil dari karya ilmiah diterbitkan dalam artikel " Wawasan dalam penyetelan warna respon optik klorofil pada tanaman hijau " dalam jurnal Physical Chemistry Chemical Physics 17 Juli 2015, artikel tersebut berada dalam domain publik ( pdf ).

Source: https://habr.com/ru/post/id383511/