I midten af forrige århundrede var den østrigske fysiker Erwin Schrödinger den første til at forsøge at forklare livsfænomenet ved hjælp af kvantemekanik. Nu er der samlet nok data til at opbygge hypoteser om, hvordan kvanteeffekter opstår i kroppen, og hvorfor de overhovedet er nødvendige der. RIA Novosti taler om de seneste fremskridt inden for kvantebiologi.
Schrödingers kat lever ret
I sin bog Hvad er liv fra synspunktet om fysik ?, udgivet i 1945, beskriver Schrödinger mekanismen for arvelighed, mutationer på niveauet for atomer og molekyler gennem kvantemekanik. Dette bidrog til opdagelsen af DNA-strukturen og pressede biologer til at skabe deres egen teori baseret på strenge fysiske principper og eksperimentelle data. Kvantemekanik er dog stadig uden for dens anvendelsesområde.
Ikke desto mindre fortsætter kvanteretningen inden for biologi. Hans tilhængere er aktivt på udkig efter kvanteeffekter i reaktionerne fra fotosyntesen, den fysiske lugtmekanisme og fuglenes evne til at føle Jordens magnetfelt.
Fotosyntese
Planter, alger og mange bakterier henter deres energi direkte fra sollys. For at gøre dette har de en slags antenner i cellemembraner (lys høstkomplekser). Derfra kommer et kvante lys ind i reaktionscentret inde i cellen og starter en kaskade af processer, der i sidste ende syntetiserer ATP-molekylet - det universelle brændstof i kroppen.
Salgsfremmende video:
Forskere lægger mærke til det faktum, at omdannelsen af lyskvanta er meget effektiv: alle fotoner falder fra antennerne til reaktionscentret bestående af proteiner. Der er mange stier der fører, men hvordan vælger fotoner den bedste? Måske bruger de alle stierne på én gang? Dette betyder, at det er nødvendigt at indrømme superpositionen af forskellige tilstande af fotoner på hinanden - kvantesuperposition.
Eksperimenter er blevet udført med levende systemer i reagensglas, eksiteret af en laser for at observere kvanteoverlagring og endda en slags "kvantebit", men resultaterne er inkonsekvente.
Kvanteeffekter i biologi / Illustration af RIA Novosti / Alina Polyanina, Depositphotos.
Fuglekompas
En fugl kaldet "lille sjal" foretager en non-stop flyvning fra Alaska til New Zealand over Stillehavet - 11 tusind kilometer. Den mindste fejltagelse i retning ville koste hende sit liv.
Det er konstateret, at fugle ledes af jordens magnetfelt. Nogle vandrende sangarter fornemmer magnetfeltets retning inden for fem grader.
For at forklare de unikke navigationsevner fremsatte forskere en hypotese om en indbygget fuglens kompas, som er en magnetitpartikel i kroppen.
Ifølge et andet synspunkt er der på nethinden i fugleøjet specielle receptorproteiner, der tændes af sollys. Fotoner slår elektroner ud af proteinmolekyler og omdanner dem til frie radikaler. Disse får en ladning og reagerer ligesom magneter på et magnetfelt. Dens ændring er i stand til at skifte et par radikaler mellem to tilstande, der eksisterer som om samtidig. Fuglene skal fornemme forskellen i disse "kvantespring" og korrigere deres forløb.
Lugt
En person adskiller tusinder af lugt, men de fysiske lugtmekanismer er ikke fuldt ud kendt. Når det er på slimhinden, møder et molekyle af et lugtende stof et proteinmolekyle, der på en eller anden måde genkender det og sender et signal til nerveceller.
Der er cirka 390 typer af humane lugtreceptorer, der kombinerer og opfatter al mulig lugt. Det antages, at det lugtende stof åbner receptorlåsen som en nøgle. Lugtmolekylet ændrer sig imidlertid ikke kemisk. Hvordan genkender receptoren det? Tilsyneladende fornemmer han noget andet i dette molekyle.
Forskere har foreslået, at elektroner tunneler (passerer energibarrierer uden yderligere energi) gennem lugtmolekyler og fører en eller anden informationskode til receptorer. Forsøg på de tilsvarende eksperimenter på frugtfluer og bier har endnu ikke givet forståelige resultater.
”Adfærd for ethvert komplekst system, især en levende celle, bestemmes af mikroskopiske processer (kemi), og sådanne processer kan kun beskrives af kvantemekanik. Vi har simpelthen ikke noget alternativ. Et andet spørgsmål er, hvor effektiv denne beskrivelse er i dag. Kvantemekanik i komplekse systemer - dette kaldes kvanteinformatik - er stadig i sin spædbarn,”kommenterer Yuri Ozhigov til RIA Novosti, en medarbejder ved Institut for Supercomputere og Kvanteinformatik ved Fakultet for Computational Mathematics and Cybernetics, Lomonosov Moscow State University.
Professoren mener, at fremskridt inden for kvantebiologi er hindret af det faktum, at moderne fysiske apparater er skærpet til livløse genstande, det er problematisk at udføre eksperimenter med levende systemer med deres hjælp.
”Jeg håber, at dette er midlertidige vanskeligheder,” konkluderer han.
Tatiana Pichugina