V polovině minulého století se rakouský fyzik Erwin Schrödinger jako první pokusil vysvětlit jev života pomocí kvantové mechaniky. Nyní se nashromáždilo dostatek údajů k vytvoření hypotéz o tom, jak v těle vznikají kvantové účinky a proč jsou vůbec potřeba. RIA Novosti hovoří o nejnovějších pokrokech v kvantové biologii.
Schrödingerova kočka je spíše naživu
Schrödinger ve své knize Co je život z hlediska fyziky?, Publikované v roce 1945, popisuje mechanismus dědičnosti, mutace na úrovni atomů a molekul prostřednictvím kvantové mechaniky. To přispělo k objevu struktury DNA a přimělo biology k vytvoření vlastní teorie založené na přísných fyzikálních principech a experimentálních datech. Kvantová mechanika je však stále mimo její rozsah.
Přesto se kvantový směr v biologii stále vyvíjí. Jeho následovníci aktivně hledají kvantové efekty v reakcích fotosyntézy, fyzického mechanismu zápachu a schopnosti ptáků vnímat magnetické pole Země.
Fotosyntéza
Rostliny, řasy a mnoho bakterií získávají svou energii přímo ze slunečního záření. K tomu mají určitý druh antén v buněčných membránách (komplexy sběru světla). Odtud kvantum světla vstupuje do reakčního centra uvnitř buňky a odstartuje kaskádu procesů, které nakonec syntetizují molekulu ATP - univerzální palivo v těle.
Propagační video:
Vědci věnují pozornost skutečnosti, že přeměna světelné kvanty je velmi účinná: všechny fotony padají z antén do reakčního centra sestávajícího z proteinů. Vede tam mnoho cest, ale jak si fotony vyberou tu nejlepší? Možná používají všechny cesty najednou? To znamená, že je třeba připustit superpozici různých stavů fotonů na sobě - kvantové superpozice.
Byly provedeny experimenty s živými systémy ve zkumavkách, které byly vzrušeny laserem, aby se pozorovala kvantová superpozice a dokonce nějaký druh „kvantového bitu“, ale výsledky jsou nekonzistentní.
Kvantové účinky v biologii / ilustrace RIA Novosti / Alina Polyanina, Depositphotos.
Ptačí kompas
Pták zvaný „malý šál“provádí nepřetržitý let z Aljašky na Nový Zéland přes Tichý oceán - 11 tisíc kilometrů. Nejmenší chyba ve směru by ji stála život.
Bylo zjištěno, že ptáci jsou vedeni magnetickým polem Země. Některé stěhovavé druhy zpěvu snímají směr magnetického pole do pěti stupňů.
Aby vědci vysvětlili jedinečné navigační schopnosti, předložili hypotézu o zabudovaném ptačí kompasu, který se skládá z magnetitových částic v těle.
Podle jiného úhlu pohledu jsou na sítnici ptačího oka speciální receptorové proteiny, které jsou zapnuty slunečním světlem. Fotony vyrazí elektrony z bílkovinných molekul a změní je na volné radikály. Ti získají náboj a jako magnety reagují na magnetické pole. Jeho změna je schopna přepínat několik radikálů mezi dvěma stavy, které existují, jako by současně. Ptáci by měli cítit rozdíl v těchto „kvantových skokech“a korigovat svůj průběh.
Čich
Člověk rozlišuje tisíce pachů, ale fyzikální mechanismy pachu nejsou úplně známy. Jednou na sliznici se molekula zápachové látky setkává s proteinovou molekulou, která ji nějak rozpozná a vyšle signál nervovým buňkám.
Existuje přibližně 390 typů lidských čichových receptorů, které kombinují a vnímají všechny možné pachy. Má se za to, že zápachová látka otevírá receptorový zámek jako klíč. Molekula zápachu se však chemicky nemění. Jak to rozpoznává receptor? Zjevně cítí v této molekule něco jiného.
Vědci navrhli, že elektrony tunel (projít energetické bariéry bez další energie) přes molekuly zápachu a nést nějaký informační kód k receptorům. Pokusy o odpovídající experimenty na ovocných muškách a včelách dosud nepřinesly srozumitelné výsledky.
„Chování jakéhokoli komplexního systému, zejména živé buňky, je určeno mikroskopickými procesy (chemie) a takové procesy lze popsat pouze kvantovou mechanikou. Nemáme prostě žádnou alternativu. Další otázkou je, jak efektivní je tento popis dnes. Kvantová mechanika složitých systémů - nazývá se to kvantová informatika - je stále v plenkách, “komentuje Yuri Ozhigov RIA Novosti, zaměstnankyně katedry superpočítačů a kvantové informatiky Fakulty výpočetní matematiky a kybernetiky na Moskevské státní univerzitě v Lomonosově.
Profesor se domnívá, že pokroku v kvantové biologii brání skutečnost, že moderní fyzikální nástroje jsou zaostřovány na neživé předměty, je problematické provádět experimenty na živých systémech s jejich pomocí.
"Doufám, že se jedná o dočasné potíže," uzavírá.
Tatiana Pichugina