A metà del secolo scorso, il fisico austriaco Erwin Schrödinger fu il primo a cercare di spiegare il fenomeno della vita usando la meccanica quantistica. Ora si sono accumulati dati sufficienti per costruire ipotesi su come si verificano gli effetti quantistici nel corpo e perché sono necessari lì. RIA Novosti parla degli ultimi progressi della biologia quantistica.
Il gatto di Schrödinger è piuttosto vivo
Nel suo libro What Is Life from the Point of View of Physics?, Pubblicato nel 1945, Schrödinger descrive il meccanismo dell'ereditarietà, le mutazioni a livello di atomi e molecole attraverso la meccanica quantistica. Ciò ha contribuito alla scoperta della struttura del DNA e ha spinto i biologi a creare la propria teoria basata su rigidi principi fisici e dati sperimentali. Tuttavia, la meccanica quantistica è ancora al di fuori del suo ambito.
Tuttavia, la direzione quantistica in biologia continua a svilupparsi. I suoi seguaci stanno attivamente cercando effetti quantistici nelle reazioni della fotosintesi, nel meccanismo fisico dell'olfatto e nella capacità degli uccelli di percepire il campo magnetico terrestre.
Fotosintesi
Piante, alghe e molti batteri traggono la loro energia direttamente dalla luce solare. Per fare questo, hanno una sorta di antenne nelle membrane cellulari (complessi che raccolgono la luce). Da lì, un quanto di luce entra nel centro di reazione all'interno della cellula e avvia una cascata di processi che alla fine sintetizzano la molecola di ATP, il carburante universale nel corpo.
Video promozionale:
Gli scienziati prestano attenzione al fatto che la trasformazione dei quanti di luce è molto efficiente: tutti i fotoni cadono dalle antenne nel centro di reazione costituito da proteine. Ci sono molti percorsi che conducono lì, ma come fanno i fotoni a scegliere quello migliore? Forse usano tutti i percorsi contemporaneamente? Ciò significa che è necessario ammettere la sovrapposizione di diversi stati di fotoni l'uno sull'altro: sovrapposizione quantistica.
Sono stati condotti esperimenti con sistemi viventi in provetta, eccitati da un laser, per osservare la sovrapposizione quantistica e persino una sorta di "bit quantistico", ma i risultati non sono coerenti.
Effetti quantistici in biologia / Illustrazione di RIA Novosti / Alina Polyanina, Depositphotos.
Bussola per uccelli
Un uccello chiamato "scialle" fa un volo senza scalo dall'Alaska alla Nuova Zelanda attraverso l'Oceano Pacifico - 11mila chilometri. Il minimo errore di direzione le costerebbe la vita.
È stato stabilito che gli uccelli sono guidati dal campo magnetico terrestre. Alcune specie migratorie di canto percepiscono la direzione del campo magnetico entro cinque gradi.
Per spiegare le capacità di navigazione uniche, gli scienziati hanno avanzato un'ipotesi su una bussola per uccelli incorporata, che è composta da particelle di magnetite nel corpo.
Secondo un altro punto di vista, sulla retina dell'occhio dell'uccello ci sono speciali proteine recettrici che vengono attivate dalla luce solare. I fotoni eliminano gli elettroni dalle molecole proteiche, trasformandoli in radicali liberi. Quelle acquisiscono una carica e, come i magneti, reagiscono a un campo magnetico. Il suo cambiamento è in grado di commutare un paio di radicali tra due stati che esistono come se simultaneamente. Gli uccelli dovrebbero percepire la differenza in questi "salti quantici" e correggere il loro corso.
Odore
Una persona distingue migliaia di odori, ma i meccanismi fisici dell'olfatto non sono completamente noti. Una volta sulla mucosa, una molecola di una sostanza odorosa incontra una molecola proteica che in qualche modo la riconosce e invia un segnale alle cellule nervose.
Esistono circa 390 tipi di recettori olfattivi umani che combinano e percepiscono tutti i possibili odori. Si ritiene che la sostanza odorosa apra la serratura del recettore come una chiave. Tuttavia, la molecola dell'odore non cambia chimicamente. Come lo riconosce il recettore? A quanto pare sente qualcos'altro in questa molecola.
Gli scienziati hanno suggerito che gli elettroni attraversino le barriere energetiche (superano le barriere energetiche senza energia aggiuntiva) attraverso le molecole di odore e trasportino un codice informativo ai recettori. I tentativi dei corrispondenti esperimenti sui moscerini della frutta e sulle api non hanno ancora prodotto risultati comprensibili.
“Il comportamento di qualsiasi sistema complesso, in particolare una cellula vivente, è determinato da processi microscopici (chimica) e tali processi possono essere descritti solo dalla meccanica quantistica. Semplicemente non abbiamo alternative. Un'altra domanda è quanto sia efficace questa descrizione oggi. La meccanica quantistica dei sistemi complessi - questa è chiamata informatica quantistica - è ancora agli inizi , commenta Yuri Ozhigov a RIA Novosti, un impiegato del Dipartimento di Supercomputer e Informatica Quantistica della Facoltà di Matematica Computazionale e Cibernetica, Università Statale di Mosca Lomonosov.
Il professore ritiene che il progresso nella biologia quantistica sia ostacolato dal fatto che i moderni strumenti fisici sono affilati per oggetti inanimati, è problematico condurre esperimenti sui sistemi viventi con il loro aiuto.
"Spero che queste siano difficoltà temporanee", conclude.
Tatiana Pichugina
