Baktérie môžu byť prvými nájdenými organizmami, ktoré využívajú kvantové efekty na prežitie

(Kateryna Kon/Science Photo Library/Getty Images)

Kyslík je životom pre zvieratá, ako sme my. Ale pre mnohé druhy mikróbov, najmenší závan vysoko reaktívneho prvku vystavuje ich jemné chemické zariadenie riziku hrdzavenia.

Fotosyntetizujúca baktéria Chlorobium teplé vyvinula šikovný spôsob, ako ochrániť svoje procesy získavania svetla pred jedovatými účinkami kyslíka, pričom využíva kvantový efekt na preradenie linky na výrobu energie na nízky prevodový stupeň.

Štúdia vedcov z Chicagskej univerzity a Washingtonskej univerzity v St. Louis ukázala, ako baktéria hodí kľúč do svojej kvantovej rezonancie, aby „vyladila“ svoj systém tak, aby v prítomnosti kyslíka strácal energiu, čím bráni jeho zničeniu. jeho fotosyntetický aparát.



Naša každodenná skúsenosť s pevnou realitou sa zdá byť vzdialená milión míľ od fantómovej krajiny kvantových efektov, kde je povaha objektu škvrnou možností, kým ich pozorovanie nezablokuje na svojom mieste.

Častice tvoriace naše atómy a molekuly, ďaleko od pevných guľôčok, ktoré do seba zapadnú, rezonujú s možnosťou, odmietajú sa usadiť, kým sa kocky náhody nenaskladajú dostatočne vysoko na to, aby sa konkrétna reakcia stala nevyhnutnou.

Aj keď je to jasné, zostáva otázka, ako často niečo také zložité ako živý systém aktívne využíva jemnejšie vlastnosti kvantovej mechaniky v mene prežitia.

'Pred touto štúdiou vedecká komunita videla kvantové podpisy generované v biologických systémoch a položila si otázku: Boli tieto výsledky len dôsledkom toho, že biológia bola postavená z molekúl, alebo mali nejaký účel?' vysvetľuje Chemik Greg Engel z Chicagskej univerzity.

Dôkazy o tom, že kvantové efekty môžu byť votkané do živých systémov, sa budujú už nejaký čas.

Nedávna štúdiaukázali, ako zmeny v magnetickom poli ovplyvňujú rotáciu elektrónu v proteínoch citlivých na svetlo nazývaných kryptochrómy, čo je fenomén, ktorý by mohol vysvetliť, ako niektoré zvieratá dokážu detekovať magnetosféru našej planéty.

Identifikácia jemného postrčenia kvantového vplyvu v zmyslovej reakcii je však jedna vec. Pozorovať ho v jadre prežitia organizmu je niečo celkom iné.

'Toto je prvýkrát, čo vidíme, že biológia aktívne využíva kvantové efekty,' hovorí Engel.

Ako prísne anaeróbna baktéria, C. teplý netúži po tom, aby sa v jeho črevách šíril kyslík. To, čo je užitočné pri uvoľňovaní energie z glukózy vo vnútri našich buniek, ničí aparát na premenu svetla na chemické väzby vo vnútri mikróba.

Kľúčom k tomuto reťazcu transformačných reakcií je zhluk proteínov a pigmentov tzv komplex Fenna-Matthews-Olson (FMO). . Pôsobí ako sprostredkovateľ medzi komponentmi systému zachytávajúcimi svetlo a výrobnou halou, kde sa energia premieňa na chémiu.

To bolo pôvodne myslel na ktoré sa ÚFM spolieha kvantová koherencia vykonávať svoju prácu, prispôsobujúc sa vlnovej povahe častíc, aby sa uľahčil efektívny prenos elektrónov.

Neskoršie štúdie si vynútili prehodnotenie úlohy tohto striktne kvantového javu v prevádzke FMO, tvrdiť, že ak niečo , kvantová koherencia môže v skutočnosti spomaliť celý proces.

V tomto najnovšom výskume kvantovej koherencie v rámci FMO výskumníci berú do úvahy vplyv kyslíka, ktorý môže mať na celý systém.

Pomocou techniky ultrarýchlej laserovej spektroskopie na zachytenie detailov o aktivite komplexu tím ukázal, ako môže prítomnosť kyslíka zmeniť spôsob, akým bola energia „riadená“ zo zložiek zachytávajúcich svetlo do reakcie.stred.

Zistili, že v jadre operácie sedel pár molekúl cysteínu, ktoré pôsobili ako spúšťač uvoľnením protónu vždy, keď reagovali s akýmkoľvek kyslíkom, ktorý sa náhodou objavil.

Tento stratený protón priamo ovplyvnil kvantové mechanizmy v rámci komplexu FMO a efektívne presúval energiu preč z oblastí, ktoré by inak boli otvorené oxidácii.

Aj keď to znamená, že baktéria je dočasne zbavená energie, kvantové prerušenie núti bunku zadržať dych, kým nebude môcť byť zbavená toxických účinkov kyslíka.

'Jednoduchosť mechanizmu naznačuje, že by sa mohol nachádzať v iných fotosyntetických organizmoch v evolučnej krajine,' hovorí hlavný autor Jake Higgins, postgraduálny študent naTheKatedra chémie Chicagskej univerzity.

'Ak je viac organizmov schopných dynamicky modulovať kvantové mechanické väzby vo svojich molekulách, aby produkovali väčšie zmeny vo fyziológii, mohol by existovať úplne nový súbor účinkov vybraných prírodou, o ktorých ešte nevieme.'

Mohol by existovať celý svet kvantovej biológie, ktorý čaká na objavenie.

Tento výskum bol publikovaný v r PNAS .

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.