Обзор на квантовую биологию

Обзор на квантовую биологию.

Основное:

— Пришли физики, потрогали животных, птиц и растения и сказали, что они слишком тёплые, сырые и шумные Омерзительно

Но биологи их не отпускали

Они их слишком долго ждали

Показали ещё грибы

— Потом физики присмотрелись, немного освоились и сказали, что норм

Работать можно

Некоторые процессы происходят за пикосекунды и на нанометрах, за такое короткое время шум почти не сказывается

— Потом поковырялись ещё и оказалось, что шумная среда (например, вибрации молекул) может не только разрушать квантовые эффекты, а наоборот, поддерживать их или даже усиливать

Три главных примера, где квантовые эффекты важны:

— Фотосинтез

Фотон поглощается специальными молекулами (например, хлорофиллом) и превращается в энергетический пакет

Этот пакет должен очень быстро и эффективно добраться до реакционного центра, где его энергия будет использована

Раньше думали, что энергия прыгает по молекулам случайным образом

Квантовая идея в том, что энергия может двигаться как волна, одновременно по нескольким путям, а вибрации окружающих молекул белка могут помогать этой волне двигаться быстрее и преодолевать энергетические барьеры, как бы подталкивая энергию в нужном направлении

Оказывается, небольшой уровень шума от вибраций даже лучше, чем полное его отсутствие или слишком сильный шум

Это транспорт, усиленный средой

Но по вторникам тоже норм работает

А растения собирают пакеты с пакетами

— Как птицы чувствуют магнитное поле Земли для навигации

В глазах птиц есть специальные белки-криптохромы

Когда на них попадает свет, образуется пара молекул с неспаренными электронами (радикальная пара)

Слабое магнитное поле Земли влияет на формирование этой пары, а это влияет на химическую реакцию

Птица, по сути, чувствует направление магнитного поля по количеству продуктов реакции

— Чтобы нюхать

Старая теория, где молекула запаха подходит к рецептору как ключ к замку не всё объясняет

Квантовая идея — рецепторы могут распознавать не только форму молекулы запаха, но и то, как она вибрирует

Когда молекула запаха связывается с рецептором, электроны в рецепторе могут совершить квантовый прыжок

Этот прыжок будет более вероятен, если частота вибраций молекулы запаха совпадает с определенной энергетической разницей в рецепторе

Про это мы чуть позже ещё расскажем, только надо ведро найти

И дальше ещё выяснилось, что белки — это не просто каркас

Они управляют квантовыми процессами, располагая молекулы в нужном месте, создавая правильное локальное окружение и даже встраивая (точнее, яростно впихивая) молекулы с нужными вибрационными свойствами в труднодоступные места

Физики поняли, что миллионы лет эволюции ушли не только на зубы и хвост, но и на микроуровень, где отбиралсь те структуры, которые эффективно используют квантовые эффекты

И там прям лютые наномашины

В общем, физики долго удивлялись и радовались, а потом привычно попросили больше денег

Поздравляем, теперь вы разбираетесь в квантовой биологии как никто другой