Eelmise sajandi keskel püüdis Austria füüsik Erwin Schrödinger esimesena elunähtust kvantmehaanika abil selgitada. Nüüd on kogunenud piisavalt andmeid, et luua hüpoteese selle kohta, kuidas kvantmõjud kehas tekivad ja miks neid seal üldse vaja on. RIA Novosti räägib kvantbioloogia viimastest edusammudest.
Schrödingeri kass on pigem elus
1945. aastal ilmunud raamatus Mis on elu füüsika vaatevinklist? Kirjeldab Schrödinger kvantmehaanika kaudu pärilikkuse mehhanisme, mutatsioone aatomite ja molekulide tasemel. See aitas kaasa DNA struktuuri avastamisele ja ajendas biolooge looma oma rangetel füüsikalistel põhimõtetel ja eksperimentaalsetel andmetel põhineva teooria. Kuid kvantmehaanika jääb selle kohaldamisalast endiselt välja.
Sellest hoolimata jätkub kvantsuuna areng bioloogias. Tema järgijad otsivad aktiivselt kvantmõjusid fotosünteesi reaktsioonides, lõhna füüsikalist mehhanismi ja lindude võimet tajuda Maa magnetvälja.
Fotosüntees
Taimed, vetikad ja paljud bakterid saadavad oma energia otse päikesevalgusest. Selleks on neil rakumembraanides omamoodi antennid (valguse koristamise kompleksid). Sealt siseneb raku sees oleva reaktsioonikeskuse hulka valguse kogus ja algab protsesside kaskaad, mis lõpuks sünteesib ATP molekuli - kehas universaalset kütust.
Reklaamvideo:
Teadlased pööravad tähelepanu asjaolule, et valguskvantide muundamine on väga tõhus: kõik footonid langevad antennidest valkudest koosnevasse reaktsioonikeskusesse. Sinna viib palju teid, kuid kuidas valivad footonid parima? Võib-olla kasutavad nad kõiki teid korraga? See tähendab, et on vaja tunnistada footonite erinevate olekute superpositsiooni - kvant-superpositsiooni.
Katsed on tehtud katseklaasides elavate süsteemidega, mida ergastatakse laseriga, et jälgida kvant-superpositsiooni ja isegi mingit "kvantbitti", kuid tulemused on vastuolulised.
Kvantmõjud bioloogias / illustratsioon: RIA Novosti / Alina Polyanina, Depositphotos.
Lindude kompass
Lind, mida nimetatakse "väikeseks õlasalliks", teeb otselennu Alaskast Uus-Meremaale üle Vaikse ookeani - 11 tuhat kilomeetrit. Pisimgi viga selles suunas maksaks talle tema elu.
On kindlaks tehtud, et linde juhib Maa magnetväli. Mõned rändlaulu liigid tajuvad magnetvälja suunda viie kraadi piires.
Ainulaadsete navigatsioonivõimete selgitamiseks esitasid teadlased hüpoteesi sisseehitatud linnukompassi kohta, mis koosneb kehas olevatest magniidi osakestest.
Teise vaatepunkti kohaselt on linnu silma võrkkestas spetsiaalsed retseptorvalgud, mis lülitatakse sisse päikesevalguse toimel. Footonid löövad valgumolekulidest elektrone välja, muutes need vabadeks radikaalideks. Need omandavad laengu ja reageerivad magnetväljale sarnaselt magnetitega. Selle muutus on võimeline vahetama paari radikaali kahe oleku vahel, mis eksisteerivad justkui samaaegselt. Väidetavalt peaksid linnud tajuma nende "kvanthüpete" erinevust ja korrigeerima nende kulgu.
Lõhn
Inimene eristab tuhandeid lõhnu, kuid lõhna füüsikalised mehhanismid pole täielikult teada. Limaskestal olles kohtub lõhnava aine molekul valgu molekuliga, mis selle kuidagi ära tunneb ja närvirakkudele signaali edastab.
Inimese haistmisretseptoreid on umbes 390 tüüpi, mis ühendavad ja tajuvad kõiki võimalikke lõhnu. Arvatakse, et lõhnav aine avab retseptori luku nagu võti. Lõhnamolekul aga keemiliselt ei muutu. Kuidas retseptor seda ära tunneb? Ilmselt tajub ta selles molekulis midagi muud.
Teadlased on soovitanud, et elektronid tunneksid lõhnamolekulide kaudu läbi energiatakistuste (ilma lisaenergiata) ja viiksid retseptoritesse mingi infokoodi. Vastavad katsed puuviljakärbeste ja mesilastega ei ole veel mõistlikke tulemusi andnud.
„Mis tahes keeruka süsteemi, eriti elava raku käitumine määratakse mikroskoopiliste protsesside (keemia) abil ja selliseid protsesse saab kirjeldada ainult kvantmehaanika abil. Meil lihtsalt pole alternatiivi. Veel üks küsimus on, kui tõhus see kirjeldus tänapäeval on. Keerukate süsteemide kvantmehaanika - seda nimetatakse kvantinformaatikaks - on alles lapsekingades”, - kommenteerib RIA Novosti Moskva Riikliku Ülikooli Lomonosovi arvutusliku matemaatika ja küberneetika teaduskonna superarvutite ja kvantinformaatika osakonna töötajat Juri Ožigov.
Professor leiab, et kvantbioloogia edenemist takistab asjaolu, et elutute objektide jaoks teritatakse tänapäevaseid füüsilisi vahendeid, on problemaatiline nende abiga läbi viia elussüsteemidega katseid.
"Loodan, et need on ajutised raskused," lõpetab ta lõpetuseks.
Tatjana Pichugina
