По принцип биологията и квантовата механика се разглеждат отделно. Изглежда, че между тях няма връзка, но преди 80 години легендарният физик Ервин Шрьодингер намеква, че биологичните системи вероятно се управляват от квантови ефекти, които все още не са открити.
В известната си поредица от лекции „Какво е животът? той предполага, че тези квантови ефекти може би играят роля в поддържането на генетичната стабилност в живите организми. Тази теория обаче има един голям проблем.
Квантовите системи работят при изключително ниски температури. От друга страна, живите системи, като например човешкото тяло, са топли и изпълнени с непредсказуеми събития. Тогава как така квантовите процеси съществуват в биологична система?
Филип Куриан, физик-теоретик от университета Хауърд, се опитва да отговори на този въпрос и да хвърли светлина върху изчислителния лимит на живите системи. В новото си изследване той свързва биологичния свят с квантовата механика.
Откриване на квантов ефект в триптофана
За да разберете последните открития на Куриан, първо трябва да се потопите в предишната му изследователска работа, която подчертава квантовото свойство в триптофана – аминокиселина, която се съдържа в протеините, които получавате от млякото, яйцата, месото, ядките и различни други хранителни продукти.
Обикновено една молекула триптофан поглъща светлина (фотон) с една честота и излъчва друга с различна честота. Това явление се нарича флуоресценция и често се използва за изследване на протеини.
Когато обаче много молекули триптофан взаимодействат с един фотон по добре координиран начин в големи биологични структури като неврони, микротубули, центриоли и т.н., те показват квантово поведение, наречено суперрадианс.
Благодарение на това квантово явление получената флуоресценция е много по-силна от наблюдаваната в случай на единична молекула. В новото изследване се добавя, че наличието на квантова суперрадиантност предполага, че обработката на информация в биологичните системи не се основава само на химически сигнали.
Възможно е триптофановата мрежа да служи като квантово оптично влакно, което позволява на еукариотните клетки да предават информация със скорост, милиарди пъти по-висока от тази на конвенционалните биохимични пътища. Това обаче не е цялата история.
Живите същества разполагат с огромна изчислителна мощ
Триптофанът е незаменима аминокиселина за човешкия организъм и играе важна роля в растежа на растенията. Тя обаче не се ограничава само до сложните живи същества. Например по-простите форми на живот като бактериите също могат да метаболизират тази молекула – но защо това има значение?
Според Куриан: „Много учени пренебрегват факта, че аневричните организми, включително бактериите, гъбите и растенията, които формират по-голямата част от биомасата на Земята, извършват сложни изчисления. Тъй като тези организми съществуват на нашата планета от много по-дълго време, отколкото животните, те съставляват огромното мнозинство от изчисленията на Земята, базирани на въглерод.“
Възможно е квантовите ефекти като свръхрадиацията да са изиграли роля в еволюцията на еукариотните организми. Освен това, ако квантовата свръхрадиация е неразделна част от обработката на информация в по-простите форми на живот, това би могло да означава, че живите същества на въглеродна основа имат изчислителна мощ, далеч надхвърляща тази на изкуствените квантови системи.
„Приветствам смелите и изобретателни усилия на д-р Куриан да приложи фундаменталната физика на изчисленията към общия обем на обработката на информация, извършена от живите системи в хода на живота на Земята. Хубаво е да си припомним, че изчисленията, извършвани от живите системи, са значително по-мощни от тези, извършвани от изкуствените“, коментира изследването на Куриан Сет Лойд, квантов физик от Масачузетския технологичен институт.
Въпреки че са необходими допълнителни изследвания, за да се намерят повече доказателства в подкрепа на откритията на Куриан, това проучване представлява нова глава в областта на биологията. То подтиква учените да преразгледат еволюцията на живота на Земята от съвсем нова гледна точка.
Изследването е публикувано в списание Science Advances.
Източник: InterestingEngineering
