Pada pertengahan abad terakhir, fisikawan Austria Erwin Schrödinger adalah orang pertama yang mencoba menjelaskan fenomena kehidupan menggunakan mekanika kuantum. Sekarang cukup banyak data telah terkumpul untuk membangun hipotesis tentang bagaimana efek kuantum muncul dalam tubuh dan mengapa mereka dibutuhkan di sana. RIA Novosti berbicara tentang kemajuan terbaru dalam biologi kuantum.
Kucing Schrödinger masih hidup
Dalam bukunya What is Life from the Point of View of Physics?, Yang diterbitkan pada tahun 1945, Schrödinger menjelaskan mekanisme hereditas, mutasi pada level atom dan molekul melalui mekanika kuantum. Ini berkontribusi pada penemuan struktur DNA dan mendorong para ahli biologi untuk membuat teori mereka sendiri berdasarkan prinsip fisika dan data eksperimental yang ketat. Namun, mekanika kuantum masih berada di luar cakupannya.
Meski demikian, arah kuantum dalam biologi terus berkembang. Para pengikutnya secara aktif mencari efek kuantum dalam reaksi fotosintesis, mekanisme fisik penciuman, dan kemampuan burung untuk merasakan medan magnet bumi.
Fotosintesis
Tumbuhan, ganggang, dan banyak bakteri memperoleh energinya langsung dari sinar matahari. Untuk melakukan ini, mereka memiliki semacam antena di membran sel (kompleks pemanen cahaya). Dari sana, kuantum cahaya memasuki pusat reaksi di dalam sel dan memulai serangkaian proses yang pada akhirnya mensintesis molekul ATP - bahan bakar universal di dalam tubuh.
Video promosi:
Para ilmuwan memperhatikan fakta bahwa transformasi kuanta cahaya sangat efisien: semua foton jatuh dari antena ke pusat reaksi yang terdiri dari protein. Ada banyak jalur yang mengarah ke sana, tetapi bagaimana foton memilih yang terbaik? Mungkin mereka menggunakan semua jalur sekaligus? Ini berarti bahwa perlu untuk mengakui superposisi keadaan foton yang berbeda satu sama lain - superposisi kuantum.
Eksperimen telah dilakukan dengan sistem kehidupan dalam tabung reaksi, dieksitasi oleh laser, untuk mengamati superposisi kuantum dan bahkan semacam "bit kuantum", tetapi hasilnya tidak konsisten.
Efek kuantum dalam biologi / Ilustrasi oleh RIA Novosti / Alina Polyanina, Depositphotos.
Kompas burung
Seekor burung bernama "little shawl" melakukan penerbangan nonstop dari Alaska ke Selandia Baru melintasi Samudra Pasifik - 11 ribu kilometer. Kesalahan sekecil apa pun dalam arah akan membuatnya kehilangan nyawanya.
Telah ditetapkan bahwa burung dipandu oleh medan magnet bumi. Beberapa spesies nyanyian migrasi merasakan arah medan magnet hingga lima derajat.
Untuk menjelaskan kemampuan navigasi yang unik, para ilmuwan mengajukan hipotesis tentang kompas bawaan burung, yang terdiri dari partikel magnetit di dalam tubuh.
Menurut sudut pandang lain, pada retina mata burung terdapat protein reseptor khusus yang dihidupkan oleh sinar matahari. Foton menjatuhkan elektron dari molekul protein, mengubahnya menjadi radikal bebas. Mereka memperoleh muatan dan, seperti magnet, bereaksi terhadap medan magnet. Perubahannya mampu mengalihkan beberapa radikal antara dua keadaan yang ada seolah-olah secara bersamaan. Burung diharapkan merasakan perbedaan dalam "lompatan kuantum" ini dan mengoreksi arahnya.
Bau
Seseorang membedakan ribuan bau, tetapi mekanisme fisik dari penciuman tidak sepenuhnya diketahui. Begitu berada di selaput lendir, molekul zat berbau bertemu dengan molekul protein yang entah bagaimana mengenalinya dan mengirimkan sinyal ke sel saraf.
Ada sekitar 390 jenis reseptor penciuman manusia yang menggabungkan dan merasakan semua kemungkinan bau. Dipercaya bahwa zat berbau ini membuka kunci reseptor seperti kunci. Namun, molekul bau tidak berubah secara kimiawi. Bagaimana reseptor mengenalinya? Rupanya dia merasakan sesuatu yang lain dalam molekul ini.
Para ilmuwan telah menyarankan bahwa terowongan elektron (melewati penghalang energi tanpa energi tambahan) melalui molekul bau dan membawa beberapa kode informasi ke reseptor. Upaya percobaan yang sesuai pada lalat buah dan lebah belum membuahkan hasil yang dapat dipahami.
“Perilaku sistem kompleks apa pun, khususnya sel hidup, ditentukan oleh proses mikroskopis (kimia), dan proses semacam itu hanya dapat dijelaskan oleh mekanika kuantum. Kami tidak punya alternatif. Pertanyaan lainnya adalah seberapa efektif deskripsi ini sekarang. Mekanika kuantum dari sistem yang kompleks - ini disebut informatika kuantum - masih dalam tahap awal”, - komentar kepada RIA Novosti Yuri Ozhigov, seorang karyawan dari Departemen Superkomputer dan Informatika Kuantum dari Fakultas Matematika Komputasi dan Sibernetika, Universitas Negeri Lomonosov Moscow.
Profesor tersebut percaya bahwa kemajuan dalam biologi kuantum terhalang oleh fakta bahwa instrumen fisik modern diasah untuk benda mati, melakukan eksperimen pada sistem kehidupan dengan bantuan mereka merupakan masalah.
“Saya harap ini adalah kesulitan sementara,” dia menyimpulkan.
Tatiana Pichugina
