V polovici minulého storočia sa rakúsky fyzik Erwin Schrödinger ako prvý pokúsil vysvetliť fenomén života pomocou kvantovej mechaniky. Teraz sa zhromaždilo dostatok údajov na vytvorenie hypotéz o tom, ako v tele vznikajú kvantové účinky a prečo sú tam vôbec potrebné. RIA Novosti hovorí o najnovších pokrokoch v kvantovej biológii.
Schrödingerova mačka je dosť živá
Vo svojej knihe Čo je život z hľadiska fyziky ?, publikovanej v roku 1945, Schrödinger opisuje mechanizmus dedičnosti, mutácie na úrovni atómov a molekúl pomocou kvantovej mechaniky. Prispelo to k objaveniu štruktúry DNA a prinútilo biológov, aby vytvorili svoju vlastnú teóriu založenú na prísnych fyzikálnych princípoch a experimentálnych údajoch. Kvantová mechanika je však stále mimo jej pôsobnosti.
Kvantový smer v biológii sa však stále vyvíja. Jeho nasledovníci aktívne hľadajú kvantové účinky pri reakciách fotosyntézy, fyzikálneho mechanizmu zápachu a schopnosti vtákov vnímať zemské magnetické pole.
fotosyntéza
Rastliny, riasy a mnohé baktérie získavajú svoju energiu priamo zo slnečného žiarenia. Majú na to určitý druh antén v bunkových membránach (komplexy zachytávajúce svetlo). Odtiaľ kvantum svetla vstupuje do reakčného centra vo vnútri bunky a začína kaskádu procesov, ktoré nakoniec syntetizujú molekulu ATP - univerzálne palivo v tele.
Propagačné video:
Vedci venujú pozornosť skutočnosti, že transformácia svetelnej kvanty je veľmi účinná: všetky fotóny padajú z antén do reakčného centra pozostávajúceho z proteínov. Vedie tam veľa ciest, ale ako si fotóny vyberú tú najlepšiu? Možno používajú všetky cesty naraz? To znamená, že je potrebné pripustiť superpozíciu rôznych stavov fotónov na seba - kvantovú superpozíciu.
Uskutočnili sa experimenty so živými systémami v skúmavkách, ktoré boli excitované laserom, aby sa pozorovala kvantová superpozícia a dokonca aj nejaký druh „kvantového bitu“, výsledky sú však nekonzistentné.
Kvantové účinky v biológii / Ilustrácia RIA Novosti / Alina Polyanina, Depositphotos.
Vtáčie kompas
Vták zvaný „malý šál“robí priamy let z Aljašky na Nový Zéland cez Tichý oceán - 11 000 kilometrov. Najmenšia chyba smerovania by ju stála život.
Zistilo sa, že vtáky sa riadia magnetickým poľom Zeme. Niektoré druhy migrujúce spevom snímajú smer magnetického poľa s presnosťou na päť stupňov.
Aby vysvetlili jedinečné navigačné schopnosti, vedci predložili hypotézu o vstavanom vtáčom kompase, ktorý sa skladá z magnetitových častíc v tele.
Podľa iného hľadiska sú na sietnici oka vtáka zvláštne receptory proteínov, ktoré sú zapnuté slnečným žiarením. Fotóny vyraďujú elektróny z proteínových molekúl a menia ich na voľné radikály. Títo získajú náboj a ako magnety reagujú na magnetické pole. Jeho zmena je schopná prepínať niekoľko radikálov medzi dvoma štátmi, ktoré existujú, akoby existovali súčasne. Vtáky majú cítiť rozdiel v týchto „kvantových skokoch“a korigovať svoj priebeh.
Vôňa
Človek rozlišuje tisíce pachov, ale fyzikálne mechanizmy pachu nie sú úplne známe. Raz na sliznici sa molekula zapáchajúcej látky stretne s proteínovou molekulou, ktorá ju nejako rozoznáva a vysiela nervovým bunkám signál.
Existuje približne 390 typov ľudských čuchových receptorov, ktoré kombinujú a vnímajú všetky možné pachy. Má sa za to, že zápachová látka otvára receptorový zámok ako kľúč. Molekula zápachu sa však chemicky nemení. Ako ho receptor rozpoznáva? Zrejme cíti v tejto molekule niečo iné.
Vedci navrhli, že elektróny tunel (prechádzajú energetické bariéry bez ďalšej energie) cez molekuly zápachu a prenášajú nejaký informačný kód do receptorov. Pokusy o zodpovedajúce experimenty na ovocných muškách a včelách zatiaľ nepriniesli zrozumiteľné výsledky.
„Správanie každého komplexného systému, najmä živej bunky, je určené mikroskopickými procesmi (chémia) a takéto procesy možno opísať iba pomocou kvantovej mechaniky. Nemáme jednoducho inú alternatívu. Ďalšou otázkou je, aký efektívny je tento opis dnes. Kvantová mechanika zložitých systémov - nazýva sa to kvantová informatika - je stále v plienkach, “komentuje Jurij Ozhigov RIA Novosti, zamestnanca Katedry superpočítačov a kvantovej informatiky Fakulty výpočtovej matematiky a kybernetiky Moskovskej štátnej univerzity v Lomonosove.
Profesor sa domnieva, že pokroku v kvantovej biológii bráni skutočnosť, že moderné fyzikálne nástroje sú zaostrené na neživé objekty, je problematické vykonávať experimenty na živých systémoch s ich pomocou.
„Dúfam, že sa jedná o dočasné ťažkosti,“uzatvára.
Tatiana Pichugina