I mitten av förra seklet var den österrikiska fysikern Erwin Schrödinger den första som försökte förklara fenomenet liv med kvantmekanik. Nu har tillräckligt med data samlats för att bygga hypoteser om hur kvanteffekter uppstår i kroppen och varför de behövs där alls. RIA Novosti talar om de senaste framstegen inom kvantbiologi.
Schrödingers katt lever ganska
I sin bok What is Life from the Point of View of Physics ?, publicerad 1945, beskriver Schrödinger mekanismen för ärftlighet, mutationer på nivån av atomer och molekyler genom kvantmekanik. Detta bidrog till upptäckten av DNA-strukturen och drev biologer att skapa sin egen teori baserad på rigorösa fysiska principer och experimentella data. Kvantmekanik ligger dock fortfarande utanför dess omfattning.
Icke desto mindre fortsätter kvantriktningen inom biologin att utvecklas. Hans följare letar aktivt efter kvanteffekter i reaktionerna från fotosyntes, den fysiska luktmekanismen och fåglarnas förmåga att känna jordens magnetfält.
Fotosyntes
Växter, alger och många bakterier hämtar sin energi direkt från solljus. För att göra detta har de en typ av antenner i cellmembran (ljusskördande komplex). Därifrån kommer ett kvantitet av ljus in i reaktionscentret inuti cellen och startar en kaskad av processer som i slutändan syntetiserar ATP-molekylen - det universella bränslet i kroppen.
Kampanjvideo:
Forskare uppmärksammar det faktum att omvandlingen av ljuskvanta är mycket effektiv: alla fotoner faller från antennerna till reaktionscentret som består av proteiner. Det finns många vägar som leder där, men hur väljer fotoner den bästa? Kanske använder de alla vägarna på en gång? Detta innebär att det är nödvändigt att erkänna superpositionen för olika tillstånd av fotoner på varandra - kvantsuperposition.
Experiment har genomförts med levande system i provrör, upphetsade av en laser för att observera kvantens superposition och till och med en slags "kvantbit", men resultaten är inkonsekventa.
Kvanteffekter i biologi / Illustration av RIA Novosti / Alina Polyanina, Depositphotos.
Fågelkompass
En fågel som kallas "lilla sjal" gör en direktflyg från Alaska till Nya Zeeland över Stilla havet - 11 tusen kilometer. Det minsta misstag i riktning skulle kosta henne livet.
Det har konstaterats att fåglar styrs av jordens magnetfält. Vissa flyttande sjungande arter känner magnetfältets riktning till inom fem grader.
För att förklara de unika navigationsförmågorna lade forskare fram en hypotes om en inbyggd fågelkompass, som består av magnetitpartiklar i kroppen.
Enligt en annan synvinkel, på fågelns näthinnan finns det speciella receptorproteiner som slås på av solljus. Fotoner slår elektroner ur proteinmolekyler och förvandlar dem till fria radikaler. De får en laddning och, som magneter, reagerar på ett magnetfält. Dess förändring kan växla ett par radikaler mellan två tillstånd som existerar som om samtidigt. Fåglarna ska känna skillnaden i dessa "kvantesprång" och korrigera deras kurs.
Lukt
En person skiljer tusentals lukt, men de fysiska luktmekanismerna är inte helt kända. En gång på slemhinnan möter en molekyl av en luktande substans en proteinmolekyl som på något sätt känner igen den och skickar en signal till nervceller.
Det finns ungefär 390 typer av humana luktreceptorer som kombinerar och uppfattar all möjlig lukt. Det antas att den luktiga substansen öppnar receptorlåset som en nyckel. Luktmolekylen förändras emellertid inte kemiskt. Hur känner igen receptorn det? Tydligen känner han något annat i denna molekyl.
Forskare har föreslagit att elektroner tunnlar (passerar energibarriärer utan ytterligare energi) genom luktmolekyler och bär en del informationskod till receptorer. Försök med motsvarande experiment på fruktflugor och bin har ännu inte gett begripliga resultat.
”Uppträdandet för alla komplexa system, i synnerhet en levande cell, bestäms av mikroskopiska processer (kemi), och sådana processer kan bara beskrivas av kvantmekanik. Vi har helt enkelt inget alternativ. En annan fråga är hur effektiv denna beskrivning är idag. Kvantmekanik för komplexa system - detta kallas kvantinformatik - är fortfarande i sin barndom”, - kommenterar RIA Novosti Yuri Ozhigov, anställd vid Institutionen för superdatorer och kvantinformatik vid fakulteten för datormatematik och cybernetik, Lomonosov Moskva State University.
Professor tror att framstegen inom kvantbiologi hindras av det faktum att moderna fysiska instrument skärps för livlösa föremål, det är problematiskt att genomföra experiment med levande system med deras hjälp.
”Jag hoppas att det är tillfälliga svårigheter,” avslutar han.
Tatiana Pichugina
