Група під керівництвом Нілу Ламберта (Neill Lambert) з Інституту фізико-хімічних досліджень (RIKEN, Японія) спробувала з'ясувати, наскільки сучасний рівень науки дозволяє нам говорити про використання квантових процесів у біології. Ні, мова не про відомої концепції квантового дарвінізму. Вчених цікавило те, чи застосовуються конкретні квантові механізми живими істотами у процесі їх життєдіяльності.

Згідно прихильникам квантової біології, горезвісний шредингеровский кіт міг користуватися тунельним ефектом. Якщо це так, то в макроскопічних системах квантові явища не обмежуються надпровідність. (Мал. Wikipedia.)

Вчені проаналізували висували в останні роки приклади можливого використання квантової механіки живими істотами. Найбільше авторів зацікавили вільшанки, нещодавно стали яблуком розбрату і центром неабиякої дискусії. Якщо вірити дослідженням, ці пташки орієнтуються по лініям магнітного поля Землі, тільки поки бачать світ (ми не вміємо організовувати такі системи не квантово), що змушує говорити про використання пернатими квантової заплутаності для виявлення ліній магнітного поля Землі. Намагаючись бути об'єктивними, дослідники згадали про головну проблему такої експлуатації заплутаності: за розрахунками, вона триває радикально довше того, що виходить зробити в найкращих фізичних лабораторіях. Хоча гіпотеза, що пояснює таке затягування, вже висунуто, ставлення до неї в науковому співтоваристві поки критичне: мало кому по душі припущення, що фізика XXI століття поступається по здатності керувати квантовими станами звичайної малинівці. Нагадаємо, що саме квантова декогеренції, нібито преодолеваемая малиновкой, при нормальних температурних умовах є одним з найбільш істотних технічних перешкод на шляху створення квантових комп'ютерів.

Інша можлива область застосування квантової механіки біологічними організмами називається... фотосинтезом. За всіма ознаками його ефективність - до витрати енергії на транспірацію і інші службові процеси, що протікають в організмах рослин, - набагато вище, ніж слід було б очікувати, будь фотосинтез класичним (неквантовым) процесом. Вчені стверджують: ряд хімічних експериментів, розпочатих у 2007 році, показує, що ця підозріло висока ефективність може бути пояснена квантової механікою. Отримані дані нібито вказують на наявність квантової когерентності в різних молекулах пігменту у момент електронного переносу. Безумовно, коли електрони в різних атомах ведуть себе скоординовано, як єдина система, це відповідає критеріям квантових процесів. Однак найбільш чіткі результати такого роду були отримані для температур (77 К), не надто поширених при фотосинтезі. Інші досліди, між тим, показали когерентне поведінку електронів і при кімнатних умовах.

Щоправда, як відзначають автори огляду, спостерігати квантові ефекти в пігментах, що використовуються для фотосинтезу в лабораторії, це одне, а довести їх реальне протікання в живих організмах - зовсім-зовсім інше.

Тунельний ефект, що має, імовірно, місце при використанні живими істотами нюху, також вважається однією із сфер, де живі організми підозрюються в експлуатації квантової механіки. Нагадаємо: відповідно не так давно висунутої гіпотези, ніс сприймає не форму і розміри молекул (побудовані на такому принципі штучні нюхові детектори ніколи не давали задовільних результатів), а безпосередній перенесення електронів за допомогою тунельного ефекту (як в тунельному діоді) від молекул вдихуваного речовини в нервову клітину нюхового рецептора.

Другим «підозрюваних» у справі про тунельному ефекті є зір, у тому числі людське. За однією з гіпотез, фотон викликає в молекулі, пов'язаної з білком в сітківці, швидкі зміни структури, які згодом стають причиною вторинних змін безпосередньо в білковій молекулі-господаря. Справа в тому, що пояснити роботу зору з використанням класичних механізмів поки не вдається: зокрема, штучні очі, побудовані на дуже просунутої електроніці, мають незрівнянно гірше дозвіл і цветочувствительность, ніж людські, що змушує шукати в цьому якийсь квантовий змова, підвищує ефективність зору в цілому. Експеримент, який міг би підтвердити це, дуже складний в організації, хоча і запланований (на не надто близьке майбутнє).

Звичайно, зітхають автори есе, ми ще так мало знаємо про всіх згаданих процесах, що всі ці «нестиковки» можуть пояснюватися поруч не врахованих нами класичних процесів. І тим не менш «підстави для підозр» є, а вирішити питання можна тільки спеціальними експериментами в області, яку дослідники пропонують назвати (можливо, занадто оптимістично) квантової біологією.

До речі. З точки зору квантового дарвінізму, перебіг макроскопічних квантових процесів нормально, а тому не дуже зрозуміло, чому б їм не побутувати в живих організмах. Але от питання: наскільки квантовим процесів вдається пройти пороговий відбір саме в живих істотах?..

Звіт про дослідження опублікований в журналі Nature Physics.

Підготовлено за матеріалами Ars Technica.