Praėjusio amžiaus viduryje austrų fizikas Erwinas Schrödingeris pirmasis bandė paaiškinti gyvenimo reiškinį, naudodamas kvantinę mechaniką. Dabar sukaupta pakankamai duomenų, kad būtų galima sukurti hipotezes apie tai, kaip kvantiniai efektai atsiranda kūne ir kodėl jie iš viso reikalingi. „RIA Novosti“pasakoja apie naujausius pasiekimus kvantinėje biologijoje.
- „Salik.biz“
Schrödinger katė yra gana gyva
Savo knygoje „Kas yra gyvenimas fizikos požiūriu?“, Išleistoje 1945 m., Schrödingeris aprašo paveldimumo mechanizmą, mutacijas atomų ir molekulių lygiu per kvantinę mechaniką. Tai prisidėjo prie DNR struktūros atradimo ir pastūmėjo biologus sukurti savo teoriją, pagrįstą griežtais fiziniais principais ir eksperimentiniais duomenimis. Tačiau kvantinė mechanika vis dar nepatenka į jos taikymo sritį.
Nepaisant to, kvantinė kryptis biologijoje toliau vystosi. Jo pasekėjai aktyviai ieško kvantinio efekto fotosintezės reakcijose, fizinio kvapo mechanizmo ir paukščių galimybės pajusti Žemės magnetinį lauką.
Fotosintezė
Augalai, dumbliai ir daugelis bakterijų energiją gauna tiesiogiai iš saulės spindulių. Norėdami tai padaryti, jie turi savotiškas antenas ląstelių membranose (šviesos rinkimo kompleksus). Iš ten šviesos kiekis patenka į reakcijos centrą ląstelės viduje ir pradeda procesų kaskadą, kurios metu galiausiai susintetinta ATP molekulė - universalus kuras kūne.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Mokslininkai atkreipia dėmesį į tai, kad šviesos kvanto transformacija yra labai efektyvi: visi fotonai patenka iš antenų į reakcijos centrą, kurį sudaro baltymai. Ten veda daug kelių, tačiau kaip fotonai pasirenka geriausią? Gal jie naudojasi visais keliais iš karto? Tai reiškia, kad būtina pripažinti skirtingų fotonų būsenų superpoziciją viena ant kitos - kvantinę superpoziciją.
Bandymai buvo atlikti su gyvomis sistemomis mėgintuvėliuose, sužadintomis lazeriu, kad būtų galima stebėti kvantinę superpoziciją ir net kažkokį „kvantinį bitą“, tačiau rezultatai yra nenuoseklūs.
Kvantinis poveikis biologijoje / „RIA Novosti“iliustracija / Alina Polyanina, Depositphotos.
Paukščio kompasas
Paukštis, vadinamas „mažuoju skara“, daro be pertraukos skrydį iš Aliaskos į Naująją Zelandiją per Ramųjį vandenyną - 11 tūkstančių kilometrų. Mažiausia krypties klaida jai kainuotų gyvybę.
Nustatyta, kad paukščiai vadovaujasi Žemės magnetiniu lauku. Kai kurios migruojančios dainuojančios rūšys jaučia magnetinio lauko kryptį penkių laipsnių tikslumu.
Norėdami paaiškinti unikalius navigacinius sugebėjimus, mokslininkai pateikė hipotezę apie įmontuotą paukščio kompasą, kurį sudaro kūne esančios magneto dalelės.
Pagal kitą požiūrį, paukščio skrydžio tinklainėje yra specialių baltymų receptorių, kuriuos įjungia saulės spinduliai. Fotonai išmuša elektronus iš baltymų molekulių, paversdami juos laisvaisiais radikalais. Jie įgyja krūvį ir, kaip ir magnetai, reaguoja į magnetinį lauką. Jos pasikeitimas gali perjungti porą radikalų tarp dviejų būsenų, egzistuojančių tarsi vienu metu. Manoma, kad paukščiai jaučia šių „kvantinių šuolių“skirtumą ir pataiso jų eigą.
Kvepia
Žmogus išskiria tūkstančius kvapų, tačiau fiziniai kvapo mechanizmai nėra iki galo žinomi. Patekusi į gleivinę, kvapios medžiagos molekulė susitinka su baltymo molekule, kuri kažkaip ją atpažįsta ir siunčia signalą nervinėms ląstelėms.
Yra maždaug 390 tipų žmogaus uoslės receptorių, kurie sujungia ir suvokia visus galimus kvapus. Manoma, kad kvapi medžiaga atveria receptoriaus spyną kaip raktą. Tačiau kvapo molekulė chemiškai nesikeičia. Kaip receptorius tai atpažįsta? Matyt, jis jaučia dar ką nors šioje molekulėje.
Mokslininkai pasiūlė elektronams tuneliuoti (perduoti energijos barjerus be papildomos energijos) per kvapo molekules ir pernešti tam tikrą informacijos kodą receptoriams. Atitinkamų eksperimentų su vaisinėmis muselėmis ir bitėmis bandymai dar nedavė suprantamų rezultatų.
„Bet kurios sudėtingos sistemos, ypač gyvos ląstelės, elgesys nustatomas mikroskopiniais procesais (chemija), o tokius procesus gali apibūdinti tik kvantinė mechanika. Mes paprasčiausiai neturime kitos alternatyvos. Kitas klausimas yra toks efektyvus šiandien. Kvantinė sudėtingų sistemų - tai vadinama kvantine informatika - mechanika vis dar yra pradinėje stadijoje “, - komentuoja„ RIA Novosti “Jurijus Ožigovas, Lomonosovo Maskvos valstybinio universiteto Skaičiavimo matematikos ir kibernetikos fakulteto Superkompiuterių ir kvantinės informatikos katedros darbuotojas.
Profesorius mano, kad kvantinės biologijos progresui trukdo tai, kad šiuolaikiniai fiziniai instrumentai yra aštrūs negyvenamiems objektams, problematiška jų pagalba atlikti gyvųjų sistemų eksperimentus.
„Tikiuosi, kad tai laikini sunkumai“, - reziumuoja jis.
Tatjana Pichugina