Au milieu du siècle dernier, le physicien autrichien Erwin Schrödinger a été le premier à tenter d'expliquer le phénomène de la vie à l'aide de la mécanique quantique. Maintenant, suffisamment de données se sont accumulées pour construire des hypothèses sur la façon dont les effets quantiques se produisent dans le corps et pourquoi ils sont nécessaires là-bas. RIA Novosti parle des dernières avancées en biologie quantique.
Le chat de Schrödinger est plutôt vivant
Dans son livre Qu'est-ce que la vie du point de vue de la physique?, Publié en 1945, Schrödinger décrit le mécanisme de l'hérédité, les mutations au niveau des atomes et des molécules à travers la mécanique quantique. Cela a contribué à la découverte de la structure de l'ADN et a poussé les biologistes à créer leur propre théorie basée sur des principes physiques rigoureux et des données expérimentales. Cependant, la mécanique quantique est toujours hors de son champ d'application.
Néanmoins, la direction quantique en biologie continue de se développer. Ses adeptes recherchent activement des effets quantiques dans les réactions de la photosynthèse, le mécanisme physique de l'odorat et la capacité des oiseaux à détecter le champ magnétique terrestre.
Photosynthèse
Les plantes, les algues et de nombreuses bactéries tirent leur énergie directement de la lumière du soleil. Pour ce faire, ils disposent d'une sorte d'antennes dans les membranes cellulaires (complexes collecteurs de lumière). De là, un quantum de lumière pénètre dans le centre de réaction à l'intérieur de la cellule et déclenche une cascade de processus qui synthétisent finalement la molécule d'ATP - le carburant universel dans le corps.
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Les scientifiques font attention au fait que la transformation des quanta de lumière est très efficace: tous les photons tombent des antennes dans le centre de réaction constitué de protéines. Il existe de nombreux chemins qui y mènent, mais comment les photons choisissent-ils le meilleur? Peut-être utilisent-ils tous les chemins à la fois? Cela signifie qu'il est nécessaire d'admettre la superposition de différents états de photons les uns sur les autres - superposition quantique.
Des expériences ont été menées avec des systèmes vivants dans des tubes à essai, excités par un laser, pour observer une superposition quantique et même une sorte de "bit quantique", mais les résultats sont incohérents.
Effets quantiques en biologie / Illustration par RIA Novosti / Alina Polyanina, Depositphotos.
Boussole d'oiseau
Un oiseau appelé "petit châle" effectue un vol sans escale de l'Alaska à la Nouvelle-Zélande à travers l'océan Pacifique - 11 mille kilomètres. La moindre erreur de direction lui coûterait la vie.
Il a été établi que les oiseaux sont guidés par le champ magnétique terrestre. Certaines espèces chantantes migratrices perçoivent la direction du champ magnétique à moins de cinq degrés.
Pour expliquer les capacités de navigation uniques, les scientifiques ont émis une hypothèse sur la boussole d'oiseau intégrée, qui est composée de particules de magnétite dans le corps.
Selon un autre point de vue, sur la rétine de l'œil de l'oiseau, il existe des protéines réceptrices spéciales qui sont activées par la lumière du soleil. Les photons éliminent les électrons des molécules de protéines, les transformant en radicaux libres. Ceux-ci acquièrent une charge et, comme les aimants, réagissent à un champ magnétique. Son changement est capable de faire basculer un couple de radicaux entre deux états qui existent comme si simultanément. Les oiseaux sont censés sentir la différence dans ces «sauts quantiques» et corriger leur cours.
Odeur
Une personne distingue des milliers d'odeurs, mais les mécanismes physiques de l'odorat ne sont pas entièrement connus. Une fois sur la membrane muqueuse, une molécule d'une substance odorante rencontre une molécule protéique qui la reconnaît en quelque sorte et envoie un signal aux cellules nerveuses.
Il existe environ 390 types de récepteurs olfactifs humains qui combinent et perçoivent toutes les odeurs possibles. On pense que la substance odorante ouvre le verrou du récepteur comme une clé. Cependant, la molécule d'odeur ne change pas chimiquement. Comment le récepteur le reconnaît-il? Apparemment, il sent quelque chose d'autre dans cette molécule.
Les scientifiques ont suggéré que les électrons tunnel (passent les barrières énergétiques sans énergie supplémentaire) à travers les molécules d'odeur et transportent un code d'information vers les récepteurs. Les tentatives des expériences correspondantes sur les mouches des fruits et les abeilles n'ont pas encore donné de résultats intelligibles.
«Le comportement de tout système complexe, en particulier d'une cellule vivante, est déterminé par des processus microscopiques (chimie), et de tels processus ne peuvent être décrits que par la mécanique quantique. Nous n'avons tout simplement pas d'alternative. Une autre question est l'efficacité de cette description aujourd'hui. La mécanique quantique des systèmes complexes - c'est ce qu'on appelle l'informatique quantique - en est encore à ses balbutiements », - commente RIA Novosti Yuri Ozhigov, un employé du Département des supercalculateurs et de l'informatique quantique de la Faculté de mathématiques et de cybernétique computationnelles de l'Université d'État Lomonosov de Moscou.
Le professeur estime que les progrès de la biologie quantique sont entravés par le fait que les instruments physiques modernes sont aiguisés pour des objets inanimés, il est problématique de mener des expériences sur des systèmes vivants avec leur aide.
«J'espère que ce sont des difficultés temporaires», conclut-il.
Tatiana Pichugina
