Weird World Of Quantum Physics May Govern Life

{h1}

De vreemde wetten van de kwantummechanica kunnen worden aangewend in biologische systemen zoals onze reukzin.

NEW YORK - Men denkt vaak dat de bizarre regels van de kwantumfysica beperkt zijn tot de microwereld, maar wetenschappers vermoeden nu dat ze een belangrijke rol kunnen spelen in de biologie van het leven.

Er zijn steeds meer bewijzen voor de betrokkenheid van kwantummechanica bij een breed scala van biologische processen, waaronder fotosynthese, vogelmigratie, het reukvermogen en mogelijk zelfs de oorsprong van het leven.

Deze en andere mysteries waren het onderwerp van een panellezing op 1 juni hier in het Kaye Playhouse op Hunter College, onderdeel van het vijfde jaarlijkse World Science Festival.

Quantummechanica verwijst naar de vreemde reeks regels die het gedrag van subatomaire deeltjes regelt, die door muren kunnen reizen, zich gedragen als golven en verbonden blijven over grote afstanden. [Prachtige foto's van de zeer kleine]

"Kwantummechanica is raar, dat is het bepalende kenmerk ervan. Het is funky en vreemd", zegt MIT-werktuigbouwkundige Seth Lloyd.

Deze eigenaardigheden hebben over het algemeen geen invloed op alledaagse macroscopische objecten, waarvan wordt gedacht dat ze te warm en nat zijn om delicate kwantumtoestanden te weerstaan. Maar het lijkt erop dat de natuur manieren gevonden heeft om de kwantummechanica te gebruiken om enkele van zijn meest complexe en vitale systemen aan te drijven.

"Het leven is opgebouwd uit atomen en atomen gedragen zich kwantummechanisch", zei kosmoloog Paul Davies van de Arizona State University. "Het leven bestaat al lang - 3,5 miljard jaar op deze planeet tenminste - en er is voldoende tijd om wat kwantumbedrog te leren als het een voordeel oplevert."

Vogel hersenen

Een gebied waar aanwijzingen de quantummechanica impliceren, zijn de interne kompassen van vogels en andere trekdieren. Veel vogelsoorten migreren duizenden kilometers per jaar om niet alleen naar dezelfde regio terug te keren, maar naar exact dezelfde broedplaats.

Al eeuwenlang hebben wetenschappers zich afgevraagd hoe vogels zo'n navigatiefunctie kunnen bereiken, ervan uitgaande dat ze een bepaald vermogen hebben om richting te detecteren op basis van het magnetisch veld van de aarde.

"We zien duidelijk dat ze het magnetisch veld kunnen detecteren," zei University of California, Irvine, biofysicus Thorsten Ritz. "Wat we niet kunnen doen is zeggen: 'Dit is het magnetisch orgel.'"

Toenemend bewijsmateriaal suggereert dat vogels mogelijk vertrouwen op kwantumverstrengeling - het vreemde vermogen van deeltjes om eigenschappen te delen, zelfs wanneer ze gescheiden zijn, zodat als een actie wordt uitgevoerd op één, de ander de gevolgen daarvan voelt.

Wetenschappers denken dat het proces mogelijk wordt gemaakt door een eiwit in de oogcellen van vogels, cryptochrome genaamd.

Wanneer groen licht in het oog van de vogel valt, raakt het cryptochroom, wat een energieboost geeft aan een van de elektronen van een verward paar, waardoor het van zijn partner wordt gescheiden. Op zijn nieuwe locatie ervaart het elektron een iets andere magnitude van het magnetisch veld van de aarde, en dit verandert de spin van het elektron. Vogels kunnen deze informatie gebruiken om een ​​interne kaart van het magnetisch veld van de aarde te maken om hun positie en richting te bepalen.

"Het is zeker heel aannemelijk," zei Lloyd. "Het klonk een beetje gek toen ik het voor het eerst hoorde. We hebben geen direct experimenteel bewijs, maar het is wel logisch."

De theorie kreeg steun van een recent experiment met fruitvliegjes, die ook cryptochrome bevatten. Toen dit lichtdetecterende eiwit uit de fruitvliegen werd geëxtraheerd, verloren ze hun magnetische gevoeligheid en raakten ze discombobulated.

Snuivende geuren

Een ander geval waar de kwantummechanica te hulp kan komen, is de reukzin. In eerste instantie dachten biologen dat ze geur begrepen via een eenvoudig model: geurmoleculen zweven in de neus en receptormoleculen binden zich daar aan deze moleculen en identificeren ze op basis van hun specifieke vorm.

Maar wetenschappers realiseerden zich dat sommige geurmoleculen die identieke vormen hebben, compleet verschillende geuren hebben, als gevolg van een minimale chemische verandering, zoals een enkel waterstofatoom in het molecuul dat wordt vervangen door een zwaardere versie van waterstof, deuterium genaamd. Hoewel dit het gewicht van het molecuul beïnvloedt, verandert het zijn vorm niet, dus past het nog steeds op precies dezelfde manier in het receptormolecuul.

Hoe kunnen reuksystemen het verschil dan waarnemen? Het antwoord kan liggen in het vermogen van kwantumdeeltjes om als golven te handelen.

"De theorie is dat zelfs als de vorm van het molecuul hetzelfde is, omdat het een klein verschil heeft, het op een andere manier trilt," zei Lloyd. "En deze soort van golfachtige aard, die een puur kwantumachtig effect heeft, op de een of andere manier kan deze receptor dit vibrationele verschil waarnemen."

Missende stukjes

Natuurwetenschappers tasten steeds meer onopgeloste mysteries van de biologie aan, in de hoop dat de kwantummechanica het ontbrekende stukje van de puzzel zal zijn. Ze hebben zelfs de hoop dat het een licht werpen op een van de meest hardnekkige vragen in de biologie: hoe begon het leven? [7 Theories on the Origin of Life]

"We willen weten" Hoe werd niet-leven omgezet in leven? ", Zei Davies. "Het leven is duidelijk een onderscheidende staat van materie.Wat we zouden willen weten is of dat onderscheidend vermogen fundamenteel kwantummechanisch is."

Maar in hun opwinding om de kwantumsleutel in de sluizen van de biologie te proberen, zijn sommige wetenschappers op hun hoede voor overmatig reiken.

'De kwantummechanica is vreemd en mysterieus,' zei Lloyd. "De oorsprong van het leven is vreemd en mysterieus, maar dat betekent niet dat ze allemaal hetzelfde zijn.Ik denk dat je voorzichtig moet zijn als je zegt dat alle vreemde en mysterieuze dingen dezelfde oorsprong hebben. '

Je kunt WordsSideKick.com senior schrijver Clara Moskowitz volgen op Twitter @ClaraMoskowitz. Voor meer wetenschapsnieuws, volg WordsSideKick.com op twitter @WordsSideKick.com.


Video Supplement: Quantum Biology: The Hidden Nature of Nature.




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com