Pada pertengahan abad yang lalu, ahli fizik Austria Erwin Schrödinger adalah orang pertama yang cuba menjelaskan fenomena kehidupan menggunakan mekanik kuantum. Kini data yang cukup terkumpul untuk membina hipotesis mengenai bagaimana kesan kuantum timbul di dalam badan dan mengapa ia diperlukan di sana. RIA Novosti membincangkan kemajuan terkini dalam biologi kuantum.
Kucing Schrödinger agak hidup
Dalam bukunya What is life from the view of the physics ?, yang diterbitkan pada tahun 1945, Schrödinger menjelaskan mekanisme keturunan, mutasi pada tahap atom dan molekul melalui mekanik kuantum. Ini menyumbang kepada penemuan struktur DNA dan mendorong ahli biologi untuk membuat teori mereka sendiri berdasarkan prinsip fizikal yang ketat dan data eksperimen. Walau bagaimanapun, mekanik kuantum masih di luar jangkauannya.
Walaupun begitu, arah kuantum dalam biologi terus berkembang. Pengikutnya secara aktif mencari kesan kuantum dalam reaksi fotosintesis, mekanisme fizikal bau dan kemampuan burung untuk merasakan medan magnet Bumi.
Fotosintesis
Tumbuhan, alga dan banyak bakteria memperoleh tenaga mereka secara langsung dari cahaya matahari. Untuk melakukan ini, mereka mempunyai sejenis antena pada membran sel (kompleks penuaian cahaya). Dari sana, kuantum cahaya memasuki pusat tindak balas di dalam sel dan memulakan rangkaian proses yang akhirnya mensintesis molekul ATP - bahan bakar sejagat di dalam badan.
Video promosi:
Para saintis memperhatikan fakta bahawa transformasi kuanta cahaya sangat efisien: semua foton jatuh dari antena ke pusat tindak balas yang terdiri daripada protein. Terdapat banyak jalan yang menuju ke sana, tetapi bagaimana foton memilih yang terbaik? Mungkin mereka menggunakan semua jalan sekaligus? Oleh itu, adalah perlu untuk mengakui superposisi keadaan foton yang berbeza antara satu sama lain - superposisi kuantum.
Eksperimen telah dilakukan dengan sistem hidup di tabung uji, teruja dengan laser, untuk melihat superposisi kuantum dan bahkan semacam "bit kuantum", tetapi hasilnya tidak konsisten.
Kesan kuantum dalam biologi / Ilustrasi oleh RIA Novosti / Alina Polyanina, Depositphotos.
Kompas burung
Seekor burung yang disebut "selendang kecil" membuat penerbangan tanpa henti dari Alaska ke New Zealand melintasi Lautan Pasifik - 11 ribu kilometer. Kesalahan sedikitpun ke arahnya akan mengorbankan nyawanya.
Telah terbukti bahawa burung dipandu oleh medan magnet Bumi. Sebilangan spesies nyanyian migrasi merasakan arah medan magnet dalam jarak lima darjah.
Untuk menerangkan kemampuan navigasi yang unik, saintis mengemukakan hipotesis mengenai kompas burung yang terbina dalam, yang terdiri daripada zarah magnetit di dalam badan.
Menurut sudut pandang lain, pada retina mata burung terdapat protein reseptor khas yang dihidupkan oleh sinar matahari. Foton mengetuk elektron daripada molekul protein, mengubahnya menjadi radikal bebas. Mereka memperoleh cas dan, seperti magnet, bertindak balas terhadap medan magnet. Perubahannya mampu menukar beberapa radikal antara dua keadaan yang wujud seolah-olah secara serentak. Burung-burung seharusnya merasakan perbezaan dalam "lompatan kuantum" ini dan membetulkan haluan mereka.
Bau
Seseorang membezakan ribuan bau, tetapi mekanisme fizikal bau tidak diketahui sepenuhnya. Sekali pada selaput lendir, molekul bahan berbau memenuhi molekul protein yang entah bagaimana mengenalinya dan menghantar isyarat ke sel saraf.
Terdapat kira-kira 390 jenis reseptor penciuman manusia yang menggabungkan dan merasakan semua kemungkinan bau. Adalah dipercayai bahawa bahan berbau membuka kunci reseptor seperti kunci. Walau bagaimanapun, molekul bau tidak berubah secara kimia. Bagaimana reseptor mengenalinya? Nampaknya dia merasakan sesuatu yang lain dalam molekul ini.
Para saintis telah mencadangkan agar terowong elektron (melewati halangan tenaga tanpa tenaga tambahan) melalui molekul bau dan membawa beberapa kod maklumat kepada reseptor. Percubaan percubaan yang sesuai pada lalat buah dan lebah belum memberikan hasil yang dapat difahami.
Tingkah laku sistem yang kompleks, khususnya sel hidup, ditentukan oleh proses mikroskopik (kimia), dan proses tersebut hanya dapat digambarkan oleh mekanika kuantum. Kita tidak mempunyai alternatif. Soalan lain ialah seberapa berkesan penerangan ini hari ini. Mekanik kuantum sistem kompleks - ini disebut kuantum informatika - masih dalam peringkat awal”, - komen kepada RIA Novosti Yuri Ozhigov, seorang pegawai di Jabatan Superkomputer dan Kuantum Informatika Fakulti Matematik Komputasi dan Sibernetika, Universiti Negeri Lomonosov Moscow.
Profesor percaya bahawa kemajuan dalam biologi kuantum terhalang oleh fakta bahawa instrumen fizikal moden diasah untuk benda mati, adalah bermasalah untuk menjalankan eksperimen pada sistem hidup dengan bantuannya.
"Saya harap ini adalah kesulitan sementara," dia menyimpulkan.
Tatiana Pichugina
