Sredinom prošlog stoljeća austrijski fizičar Erwin Schrödinger prvi je pokušao objasniti fenomen života koristeći kvantnu mehaniku. Sada se nakupilo dovoljno podataka za izgradnju hipoteza o tome kako nastaju kvantni učinci u tijelu i zašto su uopće potrebni. RIA Novosti govori o najnovijim dostignućima u kvantnoj biologiji.
Schrödingerova mačka prilično je živa
U svojoj knjizi Što je život s gledišta fizike, objavljenoj 1945., Schrödinger opisuje mehanizam nasljednosti, mutacije na razini atoma i molekula pomoću kvantne mehanike. To je pridonijelo otkriću strukture DNK i potaklo biologe na stvaranje vlastite teorije temeljene na strogim fizičkim principima i eksperimentalnim podacima. Međutim, kvantna mehanika još uvijek je izvan svog dosega.
Unatoč tome, kvantni smjer u biologiji nastavlja se razvijati. Njegovi sljedbenici aktivno traže kvantne učinke u reakcijama fotosinteze, fizičkim mehanizmom mirisa i sposobnosti ptica da osjete magnetsko polje Zemlje.
Fotosinteza
Biljke, alge i mnoge bakterije dobivaju svoju energiju izravno iz sunčeve svjetlosti. Da bi to učinili, imaju svojevrsne antene u staničnim membranama (kompleksi za lagano skupljanje). Odatle kvant svjetlosti ulazi u reakcijski centar unutar stanice i započinje kaskadu procesa koji u konačnici sintetiziraju ATP molekulu - univerzalno gorivo u tijelu.
Promotivni video:
Znanstvenici obraćaju pažnju na činjenicu da je transformacija kvanta svjetlosti vrlo učinkovita: svi fotoni padaju iz antena u reakcijski centar koji se sastoji od proteina. Tamo vodi puno staza, ali kako fotoni odabiru najbolji? Možda koriste sve staze odjednom? To znači da je potrebno priznati superpoziciju različitih stanja fotona jedan na drugom - kvantnu superpoziciju.
Eksperimenti su provedeni sa živim sustavima u epruvetama, uzbuđenim laserom, kako bi se promatrala kvantna superpozicija, pa čak i neka vrsta "kvantnog bita", ali rezultati nisu konzistentni.
Kvantni učinci u biologiji / Ilustracija RIA Novosti / Alina Polyanina, Depositphotos.
Kompas za ptice
Ptica nazvana "mali šal" obavlja non-stop let s Aljaske do Novog Zelanda preko Tihog oceana - 11 tisuća kilometara. I najmanja greška smjera koštala bi joj života.
Utvrđeno je da se ptice vode magnetnim poljem Zemlje. Neke selidbene vrste pjevanja osjećaju smjer magnetskog polja na unutar pet stupnjeva.
Kako bi objasnili jedinstvene navigacijske sposobnosti, znanstvenici su iznijeli hipotezu o ugrađenom ptičjem kompasu koji je sastavljen od čestica magnetita u tijelu.
Prema drugom stajalištu, na mrežnici ptičjeg oka nalaze se posebni receptorski proteini koji su uključeni sunčevom svjetlošću. Fotoni izbacuju elektrone iz molekula proteina, pretvarajući ih u slobodne radikale. Oni dobivaju naboj i poput magneta reagiraju na magnetsko polje. Njegova promjena može prebaciti nekoliko radikala između dva stanja koja postoje kao da istovremeno. Ptice bi trebale osjetiti razliku u tim "kvantnim skokovima" i ispraviti svoj tok.
Miris
Osoba razlikuje tisuće mirisa, ali fizički mehanizmi mirisa nisu u potpunosti poznati. Jednom kada se na sluznici nađu molekule mirisne tvari susreće se s proteinskom molekulom koja nekako prepoznaje i šalje signal živčanim stanicama.
Postoji oko 390 vrsta ljudskih mirisnih receptora koji kombiniraju i opažaju sve moguće mirise. Vjeruje se da mirisna tvar otvara zaključavanje receptora poput ključa. Međutim, molekula mirisa se kemijski ne mijenja. Kako receptor to prepoznaje? Navodno osjeti nešto drugo u ovoj molekuli.
Znanstvenici su predložili da elektroni tuneli (prolaze energetske barijere bez dodatne energije) kroz molekule mirisa i nose određeni informativni kod receptora. Pokušaji odgovarajućih pokusa na voćnim mušicama i pčelama još uvijek nisu dali razumljive rezultate.
"Ponašanje bilo kojeg složenog sustava, posebno žive stanice, određeno je mikroskopskim procesima (kemija), a takve procese može opisati samo kvantna mehanika. Mi jednostavno nemamo alternative. Drugo je pitanje koliko je ovaj opis danas učinkovit. Kvantna mehanika složenih sustava - to se naziva kvantna informatika - još je u povojima ", komentira za RIA Novosti Yuri Ozhigov, zaposlenik Odjela za superračunala i kvantnu informatiku Fakulteta računske matematike i kibernetike, Moskovskog državnog sveučilišta Lomonosov.
Profesor smatra da napredak u kvantnoj biologiji ometa činjenica da su moderni fizički uređaji izoštreni za nežive predmete, a uz njihovu je pomoć problematično provesti eksperimente na živim sustavima.
"Nadam se da su to privremene poteškoće", zaključuje on.
Tatjana Pichugina