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. Продолжение попозже.

--
Вступайте в ряды Фурье! Пчёлы — это жидкие шестерёнки растения!