Квантовая механика в фотосинтезе

    Физики смогли получить экспериментальные свидетельства влияния квантовой механики на процесс фотосинтеза. В последние годы был проведён ряд наблюдений, показавших, что квантовые эффекты там точно есть, но сейчас учёные доказали, что эти эффекты действительно связаны с переносом энергии в клетках.

    Эксперимент, проведённый под руководством Грега Энгеля (Greg Engel) из Чикагского университета и Шауля Мукамеля (Shaul Mukamel) из Калифорнийского университета, показал, что перенос энергии от молекулярные комплексов-«антенн» (хлоросом) к реакционным центрам осуществляется с использованием эффекта квантовой когерентности — одного из базовых принципов квантовой механики, который означает присутствие одной и той же частицы в нескольких местах одновременно (с разной вероятностью).

    Семьдесят лет назад было обнаружено, что возбуждение молекул хлорофилла связано с конкретными маршрутами передачи энергии. Десятилетия спустя было предсказано, что здесь задействуются квантовые процессы. В 2007 году группа учёных под руководством того же Грега Энгеля с помощью спектроскопии впервые получила прямые свидетельства квантовой когеренции в возбуждении молекул хлорофилла во всём Фенна-Мэтью-Олсон комплексе. Правда, тогда не удалось доказать влияние когерентности на передачу энергии. Скептики говорили, что это просто какой-то побочный эффект.

    Фенна-Мэтью-Олсон комплекс (на иллюстрации) включает в себя восемь молекул бактериохлорофилла (обозначены зелёным цветом), атомы магния (красным) и белковое окружение. Этот комплекс обеспечивает перенос энергии от хлоросом к реакционным центрам.


    Фенна-Мэтью-Олсон комплекс

    Во время последнего эксперимента учёные облучали молекулы лазером и в точности замеряли величину возбуждения каждой группы хлорофиллов, в результате чего удалось проследить маршрут перемещения энергии и обнаружить чёткую математическую связь между передачей энергии и квантовой когерентностью молекул хлорофилла. Это означает, что молекулы хлорофилла действуют согласованно друг с другом (между ними осуществляется квантовая передача информации), направляя энергию по наиболее эффективному маршруту. Возможно, этим в итоге и объясняется столь высокая эффективность фотосинтеза.

    Как видим, квантовая сцепленность возможна в живых клетках при комнатной температуре. Более того, квантовые эффекты являются основой жизни на нашей планете, учитывая важность фотосинтеза в земном биоценозе.

    Если такие громоздкие молекулярные структуры, как Фенна-Мэтью-Олсон комплексы, способны применять в своей работе квантовую механику, то почему бы и нам не научиться делать это? По мнению учёных, если мы научимся управлять квантовой когерентностью так же эффективно, как это делают растения — это станет большим шагом на пути к созданию более эффективных солнечных батарей, а также квантовых компьютеров и других устройств, способных передавать информацию быстрее скорости света.

    Специалисты также предполагают, что различные квантовые эффекты можно найти и в других биологических процессах, в том числе в клетках человеческого организма. В связи с этим кое-кто даже говорит о рождении новой научной дисциплины — квантовой биологии.

    Результаты эксперимента американских учёных опубликованы 6 декабря в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

    via Wired, Discover
    Реклама
    AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

    Подробнее

    Комментарии 21

      0
      Действительно, мощность эволюции безгранична
        +4
        хмм — ну какбэ квантовые эффекты проявляются в любой химической реакции

        другое дело что для сложных соединений их проявления проще наблюдать экспериментально, чем анализировать теоретически. За решение уравнения Шредингера для молекулы хлорофилла с ходу дали бы Нобелевку
          +2
          Для гелия-то решили только наполовину, а вы для Хлорофилла :D
            +1
            Я вас уверяю, нобелевку дали бы за точное решение уравнение Шредингера для атома гелия.
            Все решения для многоэлектронных систем — приближенные.
              +2
              1) Берем уравнение Шредингера
              2) Берем формулу молекулы хлорофилла
              3) ???????????
              4) ???????????
              5) PROFFIT!!!

              Если серьезно- я ни разу не химик, но про то что сейчас решение существует только для водорода в курсе, даже помню какого цвета учебник по химии и как преподавателя фамилия была :D
                +1
                Учебник такой синенький за авторством Степанова?
                  0
                  Нет=) Черненький, за авторством Глинки
                    0
                    Я то думал у вас и правда квантовая механика была. А Глинка — это ж Общая Химия :)
                      0
                      Квантово-механической модели атома и связанным с ней темам там 1 глава посвящена. Плюс многое из остального материала изложено с ее позиций (например влияние релятивистских эффектов на химические свойства элементов и т.п.)

                      А квантовой механики не было, да она и не по профилю


                        0
                        Понятно. Я просто химик, у нас и квантовая механика была, и много чего еще :D. Пять лет грузили.
            +4
            это станет большим шагом на пути к созданию более эффективных солнечных батарей, а также квантовых компьютеров и других устройств, способных передавать информацию быстрее скорости света.

            Это как?
                +7
                Передавать информацию быстрее скорости света нельзя. По ссылкам это и написано.
                  0
                  > Обход классических ограничений был найден[43] в 2006 году Коротковым и Джорданом…
                  Классическое ограничение в данном случае — скорость света.
                  • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                +1
                Ну-ну) Солнечные батареи и квантовые компьютеры именно этим и занимаются, что быстрее скорости света переают информацию, супер!

                Никак не могу понять, откуда все бурет этот не принятый в научном мире ни разу термин «сцепленность». Перепутывание чаще всего употребляют или запутанность, на худой конец.
                  +3
                  Альтернативный термин «квантовая сцепленность» вместо переводного «запутанность», предлагается, в частности, профессором А. С. Холево (МИАН):
                  Холево А. С. Квантовая информатика: прошлое, настоящее, будущее // В мире науки: журнал. — 2008. — № 7.
                +3
                Пока загнивающий запад только изобретает, мы уже во всю используем:

                image
                  0
                  Похоже у нанотехнологий появляется достойный соперник =)
                    0
                    made in Skolkovo?
                  0
                  Вроде из наших кто-то тоже занимался квантовыми эффектами при фотосинтезе или мне показалось?

                  Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                  Самое читаемое