นิวยอร์ก - กฎที่แปลกประหลาดของฟิสิกส์ควอนตัมมักถูกคิดว่าถูก จำกัด อยู่ที่ microworld แต่ตอนนี้นักวิทยาศาสตร์สงสัยว่าพวกเขาอาจมีบทบาทสำคัญในชีววิทยาของชีวิต
หลักฐานกำลังเพิ่มขึ้นสำหรับการมีส่วนร่วมของกลศาสตร์ควอนตัมในกระบวนการทางชีวภาพที่หลากหลายรวมถึงการสังเคราะห์ด้วยแสงการย้ายถิ่นของนกความรู้สึกของกลิ่นและอาจเป็นที่มาของชีวิต
ความลึกลับเหล่านี้และความลึกลับอื่น ๆ เป็นหัวข้อของการบรรยายแบบแผงเทศกาลวิทยาศาสตร์โลก-
กลศาสตร์ควอนตัมหมายถึงชุดกฎแปลก ๆ ที่ควบคุมพฤติกรรมของอนุภาคย่อยอะตอมซึ่งสามารถทำได้เดินทางผ่านกำแพงทำตัวเหมือนคลื่นและเชื่อมต่อในระยะทางไกล -ภาพถ่ายที่น่าทึ่งของขนาดเล็กมาก-
Seth Lloyd วิศวกรเครื่องกลของ MIT กล่าว
โดยทั่วไปแล้วสิ่งแปลกประหลาดเหล่านี้จะไม่ส่งผลกระทบต่อวัตถุขนาดมหึมาในชีวิตประจำวันซึ่งคิดว่าร้อนและเปียกเกินไปสำหรับสถานะควอนตัมที่ละเอียดอ่อนเพื่อทนต่อ แต่ดูเหมือนว่าธรรมชาติอาจพบวิธีในการควบคุมกลศาสตร์ควอนตัมเพื่อเพิ่มพลังงานบางอย่างของระบบที่ซับซ้อนและสำคัญที่สุด
“ ชีวิตทำจากอะตอมและอะตอมทำตัวควอนตัมโดยใช้กลไก” พอลเดวีส์นักจักรวาลจากมหาวิทยาลัยรัฐแอริโซนากล่าว "ชีวิตมีมานาน - 3.5 พันล้านปีบนโลกใบนี้อย่างน้อย - และมีเวลาเหลือเฟือที่จะเรียนรู้กลอุบายควอนตัมบางอย่างหากมันเป็นประโยชน์"
สมองนก
พื้นที่หนึ่งที่เบาะแสมีส่วนเกี่ยวข้องกับกลไกควอนตัมคือเข็มทิศภายในของนกและสัตว์อพยพอื่น ๆ นกหลายสายพันธุ์อพยพหลายพันไมล์ทุกปีเพื่อกลับมาไม่เพียง แต่ไปยังภูมิภาคเดียวกัน แต่ไปยังจุดเพาะพันธุ์เดียวกัน
สำหรับทุกวัยนักวิทยาศาสตร์ได้งงงวยว่านกสามารถบรรลุความสำเร็จของการนำทางได้อย่างไรโดยสมมติว่าพวกเขามีความสามารถในการรับรู้ทิศทางตามสนามแม่เหล็กของโลก
“ เราเห็นได้ชัดว่าพวกเขาสามารถตรวจจับสนามแม่เหล็กได้” มหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนียเออร์ไวน์นักชีวฟิสิกส์ Thorsten Ritz กล่าว "สิ่งที่เราไม่สามารถทำได้คือพูดว่า 'นี่คืออวัยวะแม่เหล็ก'"
หลักฐานการติดตั้งตอนนี้ชี้ให้เห็นว่านกอาจพึ่งพาการพัวพันควอนตัม- ความสามารถที่แปลกประหลาดของอนุภาคในการแบ่งปันคุณสมบัติแม้ว่าจะแยกออกจากกันดังนั้นหากมีการดำเนินการในหนึ่งส่วนอื่น ๆ จะรู้สึกถึงผลที่ตามมา
นักวิทยาศาสตร์คิดว่ากระบวนการนี้เกิดขึ้นได้โดยโปรตีนภายในเซลล์ตาของนกที่เรียกว่า cryptochrome
เมื่อแสงสีเขียวผ่านเข้าไปในดวงตาของนกมันก็กระทบ Cryptochrome ซึ่งช่วยเพิ่มพลังงานให้กับหนึ่งในอิเล็กตรอนของคู่ที่พันกันแยกออกจากคู่ของมัน ในตำแหน่งใหม่อิเล็กตรอนจะได้สัมผัสกับสนามแม่เหล็กของโลกที่แตกต่างกันเล็กน้อยและสิ่งนี้จะเปลี่ยนการหมุนของอิเล็กตรอน นกสามารถใช้ข้อมูลนี้เพื่อสร้างแผนที่ภายในของสนามแม่เหล็กของโลกเพื่อหาตำแหน่งและทิศทางของพวกเขา
“ มันเป็นไปได้มาก” ลอยด์กล่าว “ มันฟังดูบ้าคลั่งเมื่อฉันได้ยินครั้งแรกเราไม่มีหลักฐานการทดลองโดยตรง แต่มันก็สมเหตุสมผลแล้ว”
ทฤษฎีได้รับการสนับสนุนจากการทดลองล่าสุดกับแมลงวันผลไม้ซึ่งมี cryptochrome เมื่อโปรตีนตรวจจับแสงนี้ถูกสกัดจากแมลงวันผลไม้พวกเขาสูญเสียความไวของแม่เหล็กและกลายเป็น discombobulated
กลิ่นสูดดม
อีกกรณีหนึ่งที่กลศาสตร์ควอนตัมอาจมาช่วยเหลือคือความรู้สึกของกลิ่น- ในตอนแรกนักชีววิทยาคิดว่าพวกเขาเข้าใจได้กลิ่นผ่านแบบจำลองที่เรียบง่าย: โมเลกุลกลิ่นไหลเข้ามาในจมูกและโมเลกุลของตัวรับที่มีโมเลกุลเหล่านี้และระบุพวกเขาตามรูปร่างเฉพาะของพวกเขา
แต่นักวิทยาศาสตร์ตระหนักว่าโมเลกุลกลิ่นบางอย่างที่มีรูปร่างเหมือนกันมีกลิ่นที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงทางเคมีนาทีเช่นอะตอมไฮโดรเจนเดี่ยวในโมเลกุลที่ถูกแทนที่ด้วยไฮโดรเจนรุ่นหนักที่เรียกว่าดิวเทอเรียม ในขณะที่สิ่งนี้มีผลต่อน้ำหนักของโมเลกุล แต่ก็ไม่เปลี่ยนรูปร่างดังนั้นมันจึงยังคงพอดีกับโมเลกุลตัวรับในลักษณะเดียวกัน
แล้วระบบการดมกลิ่นจะรู้สึกถึงความแตกต่างได้อย่างไร? คำตอบอาจอยู่ในความสามารถของอนุภาคควอนตัมในการทำตัวเหมือนคลื่น-
“ ทฤษฎีคือแม้ว่ารูปร่างของโมเลกุลจะเหมือนกันเพราะมันมีความแตกต่างเล็กน้อยนี้มันสั่นสะเทือนในรูปแบบที่แตกต่างกัน” ลอยด์กล่าว "และธรรมชาติของเวลส์แบบนี้ซึ่งเป็นผลกระทบควอนตัมล้วนๆอย่างใดตัวรับนี้สามารถรับรู้ถึงความแตกต่างการสั่นสะเทือนนี้"
ชิ้นส่วนที่หายไป
นักฟิสิกส์กำลังตรวจสอบความลึกลับทางชีววิทยาที่ยังไม่ได้แก้ไขมากขึ้นเรื่อย ๆ โดยหวังว่ากลศาสตร์ควอนตัมอาจให้ชิ้นส่วนที่ขาดหายไปของปริศนา พวกเขายังมีความหวังว่ามันจะทำให้เข้าใจถึงหนึ่งในคำถามที่ดื้อรั้นที่สุดในชีววิทยาทั้งหมด: ชีวิตเริ่มต้นได้อย่างไร? -7 ทฤษฎีเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิต-
“ เราต้องการรู้ว่า 'ผู้ที่ไม่ใช่ชีวิตเปลี่ยนไปสู่ชีวิตได้อย่างไร'” เดวีส์กล่าว "ชีวิตเป็นสภาวะที่โดดเด่นอย่างชัดเจนสิ่งที่เราอยากรู้คือถ้าความแตกต่างนั้นเป็นกลไกควอนตัมพื้นฐาน"
แต่ในความตื่นเต้นของพวกเขาที่จะลองควอนตัมคีย์ในล็อคของชีววิทยานักวิทยาศาสตร์บางคนระวังการ overreaching
“ กลศาสตร์ควอนตัมนั้นแปลกและลึกลับ” ลอยด์กล่าว “ ต้นกำเนิดของชีวิตนั้นแปลกและลึกลับนั่นไม่ได้หมายความว่าพวกเขาทั้งหมดจะเป็นสิ่งเดียวกันฉันคิดว่าเราควรระวังว่าสิ่งที่แปลกและลึกลับทั้งหมดมีต้นกำเนิดเหมือนกัน”
คุณสามารถติดตามนักเขียนอาวุโส LiveScience Clara Moskowitz บน Twitter @Claramoskowitz- สำหรับข่าววิทยาศาสตร์เพิ่มเติมติดตาม LiveScience บน Twitter @LiveScience-
