В средата на миналия век австрийският физик Ервин Шрьодингер първи се опита да обясни феномена на живота, използвайки квантова механика. Сега са натрупани достатъчно данни за изграждане на хипотези за това как възникват квантовите ефекти в организма и защо изобщо са необходими там. РИА Новости говори за най-новите постижения в квантовата биология.
Котката на Шрьодингер е доста жива
В книгата си „Какво е живот от гледна точка на физиката?“, Публикувана през 1945 г., Шрьодингер описва механизма на наследствеността, мутациите на нивото на атомите и молекулите чрез квантовата механика. Това допринесе за откриването на структурата на ДНК и подтикна биолозите да създадат своя собствена теория, основана на строги физически принципи и експериментални данни. Квантовата механика обаче все още е извън нейния обхват.
Независимо от това, квантовата посока в биологията продължава да се развива. Неговите последователи активно търсят квантови ефекти в реакциите на фотосинтезата, физическия механизъм на миризмата и способността на птиците да усещат магнитното поле на Земята.
фотосинтеза
Растенията, водораслите и много бактерии черпят енергията си директно от слънчевата светлина. За да направят това, те имат вид антени в клетъчните мембрани (леки комплекси). Оттам квант светлина влиза в реакционния център вътре в клетката и започва каскада от процеси, които в крайна сметка синтезират ATP молекулата - универсалното гориво в тялото.
Промоционално видео:
Учените обръщат внимание на факта, че трансформацията на светлинните кванти е много ефективна: всички фотони попадат от антените в реакционния център, състоящ се от протеини. Там има много пътеки, но как фотоните избират най-добрия? Може би те използват всички пътеки наведнъж? Това означава, че е необходимо да се признае суперпозицията на различни състояния на фотони един върху друг - квантова суперпозиция.
Проведени са експерименти с живи системи в епруветки, възбудени от лазер, за да се наблюдава квантовата суперпозиция и дори един вид „квантов бит“, но резултатите са непоследователни.
Квантови ефекти в биологията / Илюстрация от РИА Новости / Alina Polyanina, Depositphotos.
Компас за птици
Птица, наречена "малка шал", прави непрекъснат полет от Аляска до Нова Зеландия през Тихия океан - 11 хиляди километра. Най-малката грешка в посоката би й коствала живота.
Установено е, че птиците се ръководят от магнитното поле на Земята. Някои мигриращи пеещи видове усещат посоката на магнитното поле в рамките на пет градуса.
За да обяснят уникалните навигационни способности, учените излагат хипотеза за вградения птичен компас, който е съставен от частици магнетит в тялото.
Според друга гледна точка, върху ретината на птичия поглед има специални рецепторни протеини, които се включват от слънчевата светлина. Фотоните избиват електрони от протеиновите молекули, превръщайки ги в свободни радикали. Тези придобиват заряд и подобно на магнити реагират на магнитно поле. Промяната му е в състояние да превключи няколко радикала между две състояния, които съществуват сякаш едновременно. Предполага се, че птиците усещат разликата в тези „квантови скокове“и коригират своя ход.
Мирис
Човек различава хиляди миризми, но физическите механизми на миризмата не са напълно известни. Веднъж попаднал върху лигавицата, молекула на миризливо вещество среща протеинова молекула, която по някакъв начин го разпознава и изпраща сигнал до нервните клетки.
Има приблизително 390 вида човешки обонятелни рецептори, които комбинират и възприемат всички възможни миризми. Смята се, че миризливото вещество отваря ключалката на рецептора като ключ. Молекулата на миризмата обаче не се променя химически. Как рецепторът го разпознава? Явно той усеща нещо друго в тази молекула.
Учените предположиха, че електроните тунели (преминават енергийни бариери без допълнителна енергия) през молекули с мирис и носят някакъв информационен код на рецепторите. Опитите на съответните експерименти върху плодови мухи и пчели все още не дават разбираеми резултати.
„Поведението на всяка сложна система, в частност на жива клетка, се определя от микроскопични процеси (химия) и такива процеси могат да бъдат описани само от квантовата механика. Ние просто нямаме алтернатива. Друг въпрос е колко ефективно е това описание днес. Квантовата механика на сложните системи - това се нарича квантова информатика - все още е в начален стадий “, - коментира пред РИА Новости Юрий Ожигов, служител на катедра„ Суперкомпютри и квантова информатика “на Факултета по изчислителна математика и кибернетика, Московския държавен университет„ Ломоносов “.
Професорът смята, че напредъкът в квантовата биология е възпрепятстван от факта, че съвременните физически инструменти са заточени за неодушевени предмети, е проблематично да се провеждат експерименти върху живи системи с тяхна помощ.
„Надявам се, че това са временни затруднения“, заключава той.
Татяна Пичугина