Kvantinės džiunglės: paslėptas gamtos kodas
Galvodami apie kvantinę fiziką, dažnai įsivaizduojame sterilias laboratorijas, atsirandančias ir išnykstančias daleles bei ant kreidinių lentų užrašytas paslaptingas lygtis. Bet kvantinė mechanika skirta ne tik fizikams su laboratoriniais chalatais. Ji gali padėti paukščiams orientuotis erdvėje, bakterijoms fotosintezuoti, o mažiems padarėliams išgyventi kosmose. Laukiniame kvantinės biologijos pasaulyje gamta tyliai naudojo kvantines taisykles dar gerokai prieš tai, kai jas supratome mes, žmonės.
„Kvantiniai“ paukščiai: navigacija akimis
Kiekvienais metais migruojantys paukščiai, pavyzdžiui, paprastoji liepsnelė, nuskrenda tūkstančius kilometrų stebėtinai tiksliai. Vadovaudamasi ne žvaigždėmis ar keliais, o Žemės magnetiniu lauku. Kaipgi jos mato kažką nematomo? Atsakymas gali slypėti paukščių akyse. Mokslininkai rado įrodymų, kad paukščių akių tinklainėje yra baltymas, vadinamas kriptochromu. Veikiamas saulės šviesos jis sudaro „susipynusių“ (susietų) elektronų poras. Šios elektronų poros jautrios Žemės magnetiniam laukui ir keičia paukščio regimąjį krypties suvokimą. Taigi, paukščiai gali naudoti kvantinį susietumą kaip biologinį kompasą. Šis faktas įspūdingas ir atveria daug netikėtų perspektyvų tolesniems tyrinėjimams, kurie leis geriau suprasti sudėtingus gyvūnų prisitaikymo mechanizmus.
Kvantinė fotosintezė: gamtos šviesos rinkėjai
Augalai, dumbliai ir tam tikros bakterijos vykdo fotosintezę – saulės šviesą paverčia augimui būtina energija. Nors pagrindinis procesas yra gerai žinomas, kai kurių organizmų, ypač žaliosios sieros bakterijų efektyvumas glumina mokslininkus. Eksperimentai parodė, kad šie organizmai gali naudoti kvantinę koherenciją, leisdami energijai vienu metu tyrinėti kelis kelius ir rasti efektyviausią maršrutą. Šis elgesys panašus į kvantinį kompiuterį, kuris vienu metu išbando daug sprendimų. Iš esmės gamta, naudodama kvantinę mechaniką, išsiaiškino, kaip sukurti efektyvią saulės bateriją. Nenuostabu, kodėl mokslininkai siekia suprasti šį mechanizmą, o vėliau gal ir pritaikyti, kuriant naujo tipo, itin našias saulės baterijas, dirbtinės fotosintezės sistemas.
Lėtūnai: kvantinės gyvybės virtuozai
Mažyčiai, tvirti ir beveik nesunaikinami lėtūnai yra mikroskopiniai organizmai. Jie sugeba išgyventi užšaldymą, atlaiko verdantį vandenį, radiaciją ir net kosmose jaučiasi it namuose. 2021 m. tyrėjai įdėjo užšaldytą lėtūną tarp kubito grandinės kondensatoriaus plokščių ir tyrė, ar jis gali paveikti kvantinę sistemą. Tai galėjo būti pirmasis gyvas organizmas, tapęs kvantinės susietos sistemos dalimi. Nors rezultatai vis dar diskutuojami, tai atveria duris stulbinantiems klausimams: ar gyvybė galėtų panaudoti kvantinę mechaniką geriau, nei kada nors įsivaizdavome?
Kodėl tai svarbu: gamta kaip kvantų inžinierius
Kvantinė biologija – vis dar jauna sritis. Idėja, kad gyvybė naudoja kvantinę fiziką, gali atrodyti keista, netgi magiška. Tačiau ji pagrįsta naujais eksperimentiniais įrodymais ir atveria įdomias ateities galimybes. Galbūt sukursime kvantinius kompiuterius, naudojančius seniai augalų ar paukščių atrastus triukus. Arba sintetinsime naujus vaistus ir jutiklius, išnaudodami kvantinius mechanizmus fermentuose ir baltymuose. Teks permąstyti ir gyvybės atsiradimo procesą, kuriame galbūt svarbų vaidmenį atliko kvantiniai procesai.
Šimtmečiais įsivaizdavome, kad gamta yra mechaniška ir nuspėjama. Tačiau minėti atradimai ir reiškiniai rodo, kad gyvybė taip pat yra keista, tikimybinė ir iš esmės kvantinė. Nuo paukščių, naviguojančių akimis, iki bakterijų, naudojančių kvantinę logiką fotosintezei – atrodo, kad riba tarp fizikos ir biologijos nyksta. Gamta gali būti visų seniausia ir išmintingiausia kvantų inžinierė. Taigi, kai kitą kartą pamatysite skrendantį paukštį, saulės apšviestą lapą ar mikroskopu žvelgsite į lėtūną, atminkite: tai ne tik biologija – jūs žvelgiate į kvantinį pasaulį.
Kviečiame pasinerti į kvantinės biologijos pasaulį kartu su Lietuvos zoologijos sodo komanda mokslo festivalyje „Erdvėlaivis Žemė“, Lietuvos zoologijos sode šių metų rugsėjo 15 d. 11 ir 12 val. (Radvilėnų pl. 21, Kaunas. Registracija būtina).
Rasa Kirkaitė
Komentarai