Weird World Of Quantum Physics Kan Styre Livet

{h1}

De mærkelige love af kvantemekanik kan udnyttes i biologiske systemer som vores lugtesans.

NEW YORK - De bizarre regler for kvantefysik anses ofte for at være begrænset til microworld, men forskere tror nu, at de kan spille en vigtig rolle i livets biologi.

Beviser vokser for involvering af kvantemekanik i en bred vifte af biologiske processer, herunder fotosyntese, fuglemigration, lugtesansen og muligvis endog livets oprindelse.

Disse og andre mysterier var emnet for en panelforelæsning den 1. juni holdt her på Kaye Playhouse på Hunter College, en del af den femte årlige World Science Festival.

Kvantemekanik henviser til det mærkelige sæt regler, der regulerer adatomiske partiers adfærd, som kan rejse gennem vægge, opføre sig som bølger og forblive forbundet over store afstande. [Bedøvelse Billeder af den meget lille]

"Kvantemekanik er mærkeligt, det er dets afgørende karakteristik. Det er sjovt og mærkeligt," sagde MIT mekanisk ingeniør Seth Lloyd.

Disse oddities påvirker normalt ikke hverdagens makroskopiske objekter, som menes at være for varme og våde til at føle delikate kvantetilstande til at modstå. Men det ser ud til, at naturen måske har fundet måder at udnytte kvantemekanik til at drive nogle af sine mest komplekse og vitale systemer.

"Livet er lavet af atomer og atomer opfører kvantemekanisk," sagde kosmologen Paul Davies fra Arizona State University. "Livet har eksisteret i lang tid - 3,5 milliarder år på denne planet i det mindste - og der er masser af tid til at lære noget quantum trickery, hvis det giver en fordel."

Bird hjerner

Et område, hvor spor er indirekte kvantemekanik er de indre kompasser af fugle og andre vandrende dyr. Mange fuglearter migrerer tusindvis af miles hvert år for at vende tilbage ikke bare til samme region, men til nøjagtig samme yngleplads.

I årevis har forskere forvirret, hvordan fugle kunne opnå en sådan navigation, forudsat at de besidder en vis evne til at mærke retning baseret på Jordens magnetfelt.

"Vi ser klart, at de kan registrere magnetfeltet," siger University of California, Irvine, biofysiker Thorsten Ritz. "Hvad vi ikke kan gøre er at sige," Dette er det magnetiske organ. ""

Monteringsbeviser tyder nu på, at fugle kan være afhængige af kvanteangangring - partiers mærkelige evne til at dele egenskaber selv når de er adskilt, så hvis en handling udføres på den ene, føler den anden konsekvenserne.

Forskere mener, at processen er muliggjort af et protein inde i fuglepersons celler kaldet cryptochrome.

Når grønt lys passerer ind i fugleperspektivet, rammer det kryptokrom, hvilket giver en energiforstærkning til en af ​​elektronerne i et indviklet par, der adskiller det fra sin partner. I sin nye placering oplever elektronen en lidt anden størrelse af jordens magnetfelt, og dette ændrer elektronens spin. Fugle kan bruge disse oplysninger til at opbygge et internt kort over jordens magnetfelt for at finde ud af deres position og retning.

"Det er bestemt meget plausibelt," sagde Lloyd. "Det lød lidt vildt, da jeg først hørte det. Vi har ikke direkte eksperimentelle beviser, men det giver mening."

Teorien fik støtte fra et nyligt forsøg med frugtfly, som også indeholder kryptokrom. Da dette lysdetekterende protein blev ekstraheret fra frugtflyene, mistede de deres magnetiske følsomhed og blev discombobulated.

Sniffing dufte

Et andet tilfælde, hvor kvantemekanik kan komme til undsætning, er lugtesansen. I starten troede biologer, at de forstod lugt gennem en simpel model: Lugtmolekyler vækker sig i næsen, og receptormolekyler binder sig til disse molekyler og identificerer dem på baggrund af deres særlige form.

Men forskere indså, at nogle lugtmolekyler med ensartede former har helt forskellige lugter på grund af en lille kemisk forandring, såsom et enkelt hydrogenatom i molekylet, der erstattes af en tungere udgave af hydrogen kaldet deuterium. Selv om dette påvirker molekylets vægt, ændrer det ikke sin form, så det passer stadig ind i receptormolekylet på nøjagtig samme måde.

Hvordan kan så lugtfuldt system mærke forskellen? Svaret kan ligge i kvantpartiklernes evne til at virke som bølger.

"Teorien er, at selv om molekylets form er den samme, fordi den har denne lille forskel, vibrerer den på en anden måde," siger Lloyd. "Og denne slags wavelike natur, som er en rent kvantet slags effekt, kan denne receptor på en eller anden måde forstå denne vibrationelle forskel."

Manglende stykker

Fysikere undersøger flere og flere uløste mysterier af biologi, i håb om at kvantemekanik kan give det manglende stykke af puslespillet. De har endda håb om, at det kunne kaste lys på et af de mest utrættelige spørgsmål i hele biologien: Hvordan begyndte livet? [7 teorier om livets oprindelse]

"Vi vil vide" Hvordan blev livslivet til liv? "" Davies sagde. "Livet er tydeligt en særegen tilstand. Hvad vi gerne vil vide, er, hvis denne særpræg er grundlæggende kvantemekanisk."

Men i deres spænding for at prøve kvantenøglen i låsene i biologi er nogle videnskabsmænd forsigtige med overreaching.

"Kvantemekanik er mærkelig og mystisk," sagde Lloyd. "Livets oprindelse er mærkeligt og mystisk. Det betyder ikke, at de er alle de samme.Jeg synes, man bør være forsigtig med at sige, at alle mærkelige og mystiske ting har samme oprindelse. "

Du kan følge WordsSideKick.com seniorforfatter Clara Moskowitz på Twitter @ClaraMoskowitz. For mere videnskabsnyheder, følg WordsSideKick.com på twitter @WordsSideKick.com.


Video Supplement: The fascinating physics of everyday life | Helen Czerski.




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com