Midt i forrige århundre var den østerrikske fysikeren Erwin Schrödinger den første som prøvde å forklare livsfenomenet ved bruk av kvantemekanikk. Nå har det samlet seg nok data til å bygge hypoteser om hvordan kvanteeffekter oppstår i kroppen og hvorfor de i det hele tatt er nødvendige der. RIA Novosti snakker om de siste fremskrittene innen kvantebiologi.
Schrödingers katt er ganske levende
I sin bok What is Life from the Point of View of Physics ?, utgitt i 1945, beskriver Schrödinger mekanismen for arvelighet, mutasjoner på nivået av atomer og molekyler gjennom kvantemekanikk. Dette bidro til oppdagelsen av DNA-strukturen og presset biologer til å lage sin egen teori basert på strenge fysiske prinsipper og eksperimentelle data. Kvantemekanikk er imidlertid fortsatt utenfor dens virkeområde.
Likevel fortsetter kvanteretningen i biologien å utvikle seg. Tilhengere hans leter aktivt etter kvanteeffekter i reaksjonene fra fotosyntesen, den fysiske luktmekanismen og fuglenes evne til å føle jordens magnetiske felt.
Fotosyntese
Planter, alger og mange bakterier henter energien sin direkte fra sollys. For å gjøre dette har de en slags antenner i cellemembraner (lyshøstingskomplekser). Derfra kommer et kvantum lys inn i reaksjonssenteret inne i cellen og starter en kaskade av prosesser som til slutt syntetiserer ATP-molekylet - det universelle drivstoffet i kroppen.
Salgsfremmende video:
Forskere legger merke til det faktum at transformasjonen av lyskvanta er veldig effektiv: alle fotoner faller fra antennene til reaksjonssenteret som består av proteiner. Det er mange stier som fører der, men hvordan velger fotoner den beste? Kanskje bruker de alle stiene på en gang? Dette betyr at det er nødvendig å innrømme superposisjonen til forskjellige tilstander av fotoner på hverandre - kvantesuperposisjon.
Eksperimenter er blitt utført med levende systemer i reagensglass, begeistret av en laser, for å observere kvantesuperposisjon og til og med en slags "kvantebit", men resultatene er inkonsekvente.
Kvanteeffekter i biologi / Illustrasjon av RIA Novosti / Alina Polyanina, Depositphotos.
Fuglekompass
En fugl som kalles "lite sjal" gjør en flytur uten stopp fra Alaska til New Zealand over Stillehavet - 11 tusen kilometer. Den minste feil i retning ville koste henne livet hennes.
Det er fastslått at fugler styres av jordas magnetfelt. Noen trekkende syngende arter kjenner magnetfeltets retning til innen fem grader.
For å forklare de unike navigasjonsevnen, la forskere frem en hypotese om et innebygd fuglkompass, som er sammensatt av magnetittpartikler i kroppen.
I følge et annet synspunkt, på fuglenes netthinne er det spesielle reseptorproteiner som blir slått på av sollys. Fotoner slår elektroner ut av proteinmolekyler og gjør dem om til frie radikaler. De får en ladning og reagerer som magneter på et magnetfelt. Endringen er i stand til å bytte et par radikaler mellom to stater som eksisterer som om de samtidig. Fuglene skal ane forskjellen i disse "kvantesprangene" og korrigere forløpet.
Lukt
En person skiller tusenvis av lukter, men de fysiske luktmekanismene er ikke helt kjent. En gang på slimhinnen møter et molekyl av et luktstoff et proteinmolekyl som på en eller annen måte gjenkjenner det og sender signal til nerveceller.
Det er omtrent 390 typer menneskelige luktreseptorer som kombinerer og oppfatter all mulig lukt. Det antas at det luktende stoffet åpner reseptorlåsen som en nøkkel. Luktmolekylet endrer seg imidlertid ikke kjemisk. Hvordan gjenkjenner reseptoren det? Angivelig sanser han noe annet i dette molekylet.
Forskere har antydet at elektronene tunneler (passerer energisperringer uten ekstra energi) gjennom luktmolekyler og fører noen informasjonskoder til reseptorer. Forsøk på de tilsvarende eksperimentene på fruktfluer og bier har ennå ikke gitt forståelige resultater.
Oppførselen til ethvert komplekst system, spesielt en levende celle, bestemmes av mikroskopiske prosesser (kjemi), og slike prosesser kan bare beskrives av kvantemekanikk. Vi har rett og slett ikke noe alternativ. Et annet spørsmål er hvor effektiv denne beskrivelsen er i dag. Kvantemekanikk av komplekse systemer - dette kalles kvanteinformatikk - er fremdeles i sin spede begynnelse,”kommenterer Yuri Ozhigov til RIA Novosti, ansatt ved Institutt for superdatamaskiner og kvanteinformatikk ved fakultetet for beregningsmatematikk og kybernetikk, Lomonosov Moskva statsuniversitet.
Professoren mener at fremskritt innen kvantebiologi hindres av at moderne fysiske instrumenter er skjerpet for livløse gjenstander, det er problematisk å gjennomføre eksperimenter på levende systemer med deres hjelp.
"Jeg håper dette er midlertidige vansker," avslutter han.
Tatiana Pichugina
