Давайте поговорим про ведро из Скайрима и квантовую биологию. Конкретно про то, как мы нюхаем.

Была такая давняя гипотеза, что запах чувствуется по форме молекулы в рецепторе, её вставляют как ключ в замок. Но эксперименты показывают, что этого недостаточно. Потому что есть молекулы разной формы, которые пахнут одинаково. И наоборот.

Новая идея — вибрационная теория запаха.
— В рецепторе есть условные точки старта (донор электронов) и финиша (приёмник электронов).
— Прилетает молекула пахучего вещества и садится между ними.
— Электрон хочет перепрыгнуть со старта на финиш. Но просто так он этого сделать не может: например, слишком далеко или энергии не хватает. Есть квантовое туннелирование — частица может пройти сквозь энергетический барьер, даже если у неё, по классическим меркам, не хватает энергии, чтобы это сделать. Поскольку частица ведет себя как волна, ее "присутствие" не ограничено одной точкой. Волна как бы размазана в пространстве. В общем, электрон берёт ведро из Скайрима, прислоняет к энергетическому барьеру и пролагивает через текстуры, используя баг вселенной.
— Если молекула одоранта может вибрировать с определенной частотой (энергией), то электрон может использовать эту возможность. Все знают, что вёдра помогают проходить стены. Если энергия, которую электрон готов отдать, точно соответствует одной из "любимых" вибрационных энергий молекулы одоранта, то молекула эту энергию забирает и выдаёт ему в ответ ведро.
— То есть конфигурация молекулы одоранта определяет, может ли электрон туннелироваться.
— Рецептор срабатывает, только если электрон смог перепрыгнуть вот таким неупругим способом, отдав энергию на вибрацию молекулы одоранта с конкретной частотой.
— Разные молекулы вибрируют по-разному, поэтому рецепторы могут их различать.

Провели моделирование. Взяли известные молекулы: сероводород и несколько боранов (декаборан, карборан). H2S и декаборан пахнут похоже на серу, а карбораны – камфорой, хотя по структуре бораны довольно похожи друг на друга, но сильно отличаются от H2S.

Рассчитали, как эти молекулы могут вибрировать и насколько сильно эти вибрации могут взаимодействовать с электрическим полем. Результат: у H2S и декаборана нашлись сильные вибрации в определенном диапазоне частот, который связывают с сернистым запахом. У карборанов в этом диапазоне вибрации были гораздо слабее.

Теперь предположения про рецептор. Есть источник электронов где-то в клетке. Электрон попадает в рецептор, добирается до точки старта. Затем он должен перепрыгнуть на точку финиша, и именно этот прыжок, если он правильный (неупругий, с возбуждением вибрации одоранта), запускает сигнал в мозг.

Будет ли правильный прыжок достаточно быстрым и частым по сравнению с неправильными прыжками? Чтобы система работала, сигнал (неупругий прыжок) должен быть сильнее шума (упругие прыжки). Использовали стандартную теорию переноса электронов и подставили в неё значения параметров, типичные для биологических молекул.
— Время правильного прыжка ~1,3 наносекунды
— Время неправильного шумового прыжка ~87 наносекунд.

При этом общее время всех процессов укладывается в биологически разумные рамки (от микросекунд до миллисекунд).

Авторы называют свою модель "swipe card model" (проведите картой).

Теоретически работает и согласуется с наблюдениями — может объяснить, почему молекулы разной формы могут пахнуть одинаково (если у них похожие вибрации) и наоборот.

Чтобы это работало, рецепторы должны иметь низкую энергию перестройки окружения, что достигается их расположением в гидрофобной среде. Тоже реально.

Теперь отдайте ведро обратно — и вы квантовый биолог!

--
Вступайте в ряды Фурье! Даже нулевой вектор имеет направление!