КВАНТНИ СКОКОВИ ЖИВОТА

Веза квантне механике с другим гранама науке је питање које се све чешће намеће. Многи научници верују да квантна механика има дубоку улогу у биохемијским процесима. Експерименталне ехнике у биохемији су постале толико софистициране да све јасније изражавају и потврђују начела позната квантним физичарима. Ако се ово потврди, могли бисмо поставити и смислено питање улоге квантне маханике у настанку живота.    

Иван Николић

Још у прошлом веку Ервин Шредингер издаје књигу са насловом „Шта је живот”? Са освртом на могућност функционисања биохемијских процеса по квантномеханичким принципима. Шредингер је изнео идеју „апериодичног кристала” који у својој конфигурацији ковалентних хемијских веза садржи генетске податке. Kасније је сазрела идеја да мутације опонашају квантне скокове. Други, пак, тврде да је квантна комплементарност темељ разумевања тунел ефекта у биологији који омогућава мутацију ДНK.

Ервин Шредингер (Википедија)

Шта је енергија која даје живот у најопштијем смислу? Енергија је нешто што обезбеђује што постојање нечега и даје му живот.

Енергија твори и атоме тела инсекта,
човековог срца, и атом молекула водене
капи. Али атом човековог срца мора
садржати нешто далеко вишег реда и
суптилније структуре од атома воде.
Ово питање је мучило још старе стоичке
философе кад су размишљали шта
материјалном свету даје живот?

Најјаснији чулни осећај енергије је топлота, не може се створити, нити уништити, има задивљујућу способност преласка из једног облика у други. Е тај прелазак који ми користимо као особину енергије да врши рад јесте оно што обезбеђује живот. Kреирање живота је друго питање. Енергија се подвргава двојном принципу нужности. Минималном утрошку, јер Бог је циција према нашој алавости, и друго начело је максимална стабилност у динамичким процесима, јер све тече и све се мења, само је промена вечна. Нехомогеност распореда енергије на свим скалама простор-времена, управо, обезбеђује кретање материји јер све тежи уједначењу или еквилибријуму минимума енергетског потенцијала односно смрти. Разуме се не вечитој смрти, већ умирању једног да би се родило друго.

Структура живе ћелије

Вратимо се на горње размишљање о енергији. Енергија твори и атоме тела инсекта, човековог срца, и атом молекула водене капи. Али атом човековог срца мора садржати нешто далеко вишег реда и суптилније структуре од атома воде. Ово питање је мучило још старе стоичке философе кад су размишљали шта материјалном свету даје живот? Па они том феномену дадоше назив Пнеума или „дах”. Пнеума је по њима Божији наум (нацрт бога Зевса – као најузвишенији степен живота).

Људско срце (Ајсток)

Од атома до живота

Тај дах живота креира и активира у нама генеративне принципе, који рађају, стварају и креирају живот. У хришћанској религији се она појми као душа. Најексплицитније значење срећемо у појму Свети дух. Најчешће се визуелно на фрескама и иконама приказује као очаравајућа светлост пријатне топлине која човеку удахњује живот.

Позабавимо се зачас везом квантне
физике и биологије. Од раних дана
квантне физике, њен утицај на биологију
је увек био присутан у редукционистичком
смислу, да ли се могу применити реални
квантни феномени на биомолекуле?

Животна енергија

Да ли постоји повезаност између квантне физике и живог света?

Позабавимо се зачас везом квантне физике и биологије. Од раних дана квантне физике, њен утицај на биологију је увек био присутан у редукционистичком смислу, да ли се могу применити реални квантни феномени на биомолекуле? Квантна физика и електродинамика обликују све молекуле и тиме утврђују молекуларно препознавање, рад протеина и ДНK. Такође Ван дер Валсове силе, дискретне молекуларне орбитале и стабилност материје: све ово је квантна физика и природна основа за живот и све што видимо.

И како се животни процеси уклапају у слику живих организама – од молекула до бића, од основне ћелије до људског мозга ?

Вратимо се питању вероватноће изградње живота. Kвантна физика и биологија су дуго сматране међусобно неповезаним научним дисциплинама, описујући неживе природне процесе као квантне промене, с једне стране, и токове живота, са друге стране, као међусобно неусловљене. Током протеклих деценија су природне науке успеле у објашњењу микроскопских процеса које су засновани на бољем разумевању молекуларне структуре и њихових механизама.

Молекул живог организма поседује
више димензије организованости, јер
та виша димензија садржи појединачн
екситон који се састоји од „слободних”
електрона и празнина коју су ти
електрони оставили за собом.

Истовремено је квантна физика, примарно усмерена на свет квантне кохерентности, односно међусобне усклађености двају или више процеса. Леп пример: кохерентност таласа једнаких фреквенција и стабилних односа фаза и њихове преплетености са другим некласичним ефектима, где систем тежи повећању структуралне сложености и рађању нових облика који формирају живот. Ми понекад разумемо и интуитивно наслућујемо карактеристике квантне механика које указују на неизбежну повезаност са  биолошким наукама.

Да ли постоји мост између квантне физике и нашег свакодневног живота? Да ли се могу применити реални квантни феномени на биомолекуле?     

Е сад долазимо до кључног питања: Да ли је тај молекул воде у ћелији организма исти као молекул капљице воде из славине? Молекул живог организма поседује више димензије организованости, јер та виша димензија садржи појединачни екситон који се састоји од „слободних” електрона и празнина коју су ти електрони оставили за собом. Екситон има ту способност кретања кроз молекул преносећи екситациону енергију, али не и наелектрисање.

Нервна ћелија (Википедија)

Значи, екситон је покретљиво неутрално побуђено стање молекула, чија енергија може покренути ланац макроскопских појава у органским системима. Екситонски тунел ефекат је заправо идентификован као распрострањен процес који омогућава фотосинтезу и врши екситонски транспорт дуж ДНK.

Из овога се да закључити да је квантно тунелирање свакако присутно у великом броју биолошких процеса, али експериментално доказано само на нивоу малих хемијских реакција. Али чак и тада, повратна веза између биолошке еволуције и предложене квантне кохерентности остаје веома спекулативна у светлу постојећег знања. До данас, експерименталне демонстрације квантне кохеренције у биологији су и даље ограничене на ниво неколико молекула.

Овде су укључени у свет квантне хемије, тунелски процеси, кохерентни транспорт екситације и локални спин ефекти. Фасцинантни резултати и комбинације квантне физике и биохемије могу се потврдити већ сада оно што су наслућивали велики мислиоци прошлог века. Идентификован је велики број узрочно-последичних веза  између квантне физике и биохемијских процеса, а статус тренутних експерименталних резултата је обећавајући. Али међусобна сложеност квантних процеса и живих система и њиховог разумевања је још далеко од уверљивих начела.

Хајде да тешко питање упростимо и сведемо на практичну функционалну оријентацију у простору једног инсекта, рецимо пчеле. Већ је познато да се инсекти током свог живота оријентишу преко информација добијених од фреквентности електромагнетних поља. Оно што фасцинира јесте начин на који прикупљају информације помоћу којих ступају у акцију. Kретање инсекта, пчеле на пример, је фасцинантно: она тачно детектује правац и угао кретања у свом коридору летења ка жељеном циљу, регистријући погодну таласну фреквенцију која је резонантна с њеним неуронском ћелијом у мозгу што командује механизмом за преусмерење ка жељеном циљу.

Kако пчела лоцира биљку, цвет, полен?

Претпоставимо да фотон погоди пчелин рецептор, а он заузврат ствара екситон – квантну честицу енергије, која се понаша као талас што прима информацију о локацију објекта. Побуђени екситон добијену информацију преноси до ћелије у пчелињем мозгу која дешифрује податке и инсект непогрешиво наводи ка месту слетања. Овде квантни ефекти омогућавају да се од много путања изабере она најближа с најмањим утрошком енергије.

Има нека тајна веза (Википедија)

Антенице које апсорбују фотон су, заправо, оријентири за кретање инсекта. Фотон који апсорбује рецепторски молекул побуђује екситонски талас који истовремено претпоставља све могућа решења стизања до циља користећи принцип минимума утрошка енергије и максимума прецизности локације.

Пошто се конкретно код пчеле ради о мирисном извору информације, можемо се запитати како она препозна одговарајући мирис. Мирис не одређује хемијска структура молекула нектара, већ његове таласне фреквенције које имају велики домет. Те фреквенције извиру из атомовог спектра таласног зрачења, на пример багремовог цвета. Тај талас побуди молекулски рецептор пчелињег пријемника који енергетски активира екситон што изазива ланчану реакцију, шаљући информацију мозгу да је рецептор дошао до информације о месту где се налази медоносни багрем. Неурон у мозгу пчеле шаље команду за биомеханичку активизацију механизма летења.

Веза квантне механике с другим гранама науке је питање које се све чешће намеће. Многи научници верују да квантна механика има дубоку улогу у биохемијским процесима. Експериманталне технике у биохемији су постале толико софистициране да све јасније изражавају и потврђују начела позната квантним физичарима. Ако се ово потврди, могли бисмо поставити и смислено питање улоге квантне маханике у настанку живота.