‘Pencitraan Hantu’ Kuantum Mengungkap Sisi Gelap Tumbuhan

‘Pencitraan Hantu’ Kuantum Mengungkap Sisi Gelap Tumbuhan

Oleh Rachel Berkowitz

Bayangkan Anda merekam video time-lapse sebuah taman selama setahun: Anda akan melihat detail bunga yang berubah dari siang ke malam dan musim ke musim. Para ilmuwan ingin melihat transisi serupa pada skala molekuler, namun cahaya terang yang digunakan untuk menangkap gambar mikroskopis tumbuhan mengganggu proses yang ingin diamati oleh para ahli biologi—terutama pada malam hari. Menulis di jurnal optik, fisikawan Duncan Ryan dari Los Alamos National Laboratory (LANL) dan rekan-rekannya baru-baru ini mendemonstrasikan alat untuk memotret jaringan tanaman hidup sambil memaparkannya pada cahaya yang lebih sedikit dibandingkan yang diterima di bawah bintang.

Sebuah teknik yang disebut pencitraan hantu, pertama kali didemonstrasikan pada tahun 1995, melibatkan pemisahan sumber cahaya untuk menghasilkan dua foton dengan panjang gelombang berbeda pada waktu dan lokasi yang sama. Keterikatan foton—fenomena kuantum yang memungkinkan peneliti menyimpulkan informasi tentang satu partikel berpasangan dengan mengukur partikel lainnya. Dengan demikian, sampel dapat diperiksa pada satu panjang gelombang dan dicitrakan pada panjang gelombang lain.

Bagi tumbuhan, ini berarti peneliti dapat mencitrakan objek dengan foton cahaya tampak dan mendapatkan pengetahuan tentang foton inframerah yang berinteraksi dengan molekul kaya air yang penting untuk fungsi biologis. Untuk melakukan hal ini dalam studi baru, tim mengarahkan aliran foton inframerah ke tanaman di dalam kotak transparan dengan penghitung foton di belakangnya sambil mengarahkan partikel yang terlihat ke kotak kosong pada jarak yang sama dengan kamera di belakangnya. . Setiap foton terlihat yang diarahkan ke kotak kosong akan mengenai sebuah piksel dan terdeteksi di lokasi tepatnya—pengukuran yang jauh lebih presisi daripada yang dapat dicapai oleh kamera inframerah. Sementara foton inframerah bergerak menuju kotak tanaman, namun tidak semuanya dihitung: tanaman menyerap sejumlah persentase foton di tempat tertentu. Komputer mencatat posisi piksel hanya ketika foton mengenai kamera dan penghitung secara bersamaan. Dengan cara ini, peneliti dapat membuat gambar daun tanaman menggunakan foton yang tidak pernah menyentuhnya, sehingga pada dasarnya membentuk gambar inframerah pada kamera tampak. “Ini seperti permainan Battleship,” kata Ryan.

Tentang mendukung jurnalisme sains

Jika Anda menikmati artikel ini, pertimbangkan untuk mendukung jurnalisme pemenang penghargaan kami berlangganan. Dengan membeli langganan, Anda membantu memastikan masa depan cerita yang berdampak tentang penemuan dan ide yang membentuk dunia kita saat ini.

Pencitraan Phantom telah terbukti berhasil menangkap gambar desain pengujian yang lebih sederhana. Namun untuk sampel dengan transmisi cahaya rendah seperti tumbuhan, fitur mikroskopisnya seringkali berbeda dalam penyerapan hanya beberapa persen. Caranya terletak pada detektor sangat sensitif yang dikembangkan di LANL yang melacak kedatangan setiap foton inframerah dengan akurasi sepertriliun detik—memungkinkan mereka memetakan jaringan daun dan memata-matai aktivitas malam hari tanaman hidup. “Kami mengerti [leaf pores called] stomata menutup ketika tanaman merespons kegelapan,” kata Ryan.

Pencitraan hantu “menciptakan kemungkinan pencitraan dinamis skala panjang yang tidak merusak sampel hidup,” kata peneliti spektroskopi laser dan optik kuantum Audrey Eshun dari Lawrence Livermore National Laboratory, yang menyebut penyelidikan baru ini sebagai “studi yang benar-benar inovatif.”

Pengamatan seperti ini memungkinkan untuk melacak bagaimana tanaman menggunakan air dan sinar matahari sepanjang siklus sirkadiannya. “Kami melihat tumbuhan bereaksi terhadap lingkungannya,” kata Ryan, “dan bukan terhadap pengamatan kami terhadapnya.”