آیا گیاهان کوانتومی هستند؟

2007 ، مقاله منتشر شده در Nature بحث را شروع کرد. تیمی از دانشمندان با دانشگاه کالیفرنیا ، برکلی ، دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس ، و آزمایشگاه ملی لارنس برکلی اندازه گیری یک مجموعه موجود در برخی از باکتری های فتوسنتز کننده خاص به نام مجموعه های Fenna-Matthews-اولسون را انجام دادند. این مجموعه از مولکول های رنگدانه و پروتئین ساخته شده است و به عنوان نوعی از سیم که قسمت برداشت نور یک سلول را به مرکزی که در آن فتوسنتز وجود دارد متصل می شود. این تیم مجتمع را تا 321 درجه فارنهایت (-196 درجه سانتیگراد) خنک کرده و نحوه واکنش آن به پالس های لیزر را اندازه گیری می کنند. آنها الگویی از نوسانات را به نظر می رسند كه نشان می دهد كه این مجموعه دارای انسجام كوانتومی است كه اساساً یك حالت از چندین حالت الكترونی را در یك زمان به دست می آورد ، تا كارآمدترین مسیر برای انتقال انرژی را پیدا كند.

تحقیقات بیولوژی کوانتومی در تلاش است تا بفهمد که عجیب کوانتومی در زیست شناسی چگونه ظاهر می شود و چگونه این تأثیرات به روشی معنی دار آشکار می شود. اما محققان از آن زمان سؤال كرده اند كه آیا انسجام کوانتومی در واقع مسئول نوسانات گیم سنگ است یا اینکه آیا فتوسنتز – که در آن یک ارگانیسم انرژی را از نور به سوخت شیمیایی تبدیل می کند- واقعاً برای رسیدن به کارایی آن نیاز به انسجام دارد. شاید برجسته ترین در بین این محققان ، داوین میلر در انستیتوی ساختار و دینامیک ماده در مکس پلانک در آلمان باشد. میلر نویسنده مسئول بررسی جدید در مورد مقاله منتشر شده در ژورنال Science Advances است.

محققان شواهد آزمایش های گذشته را جمع کردند تا پرونده خود را در برابر انسجام الکترونیکی قرار دهند. آنها خاطرنشان كردند كه ارتعاشات اتمي نيز مي تواند رفتار همبستگي داشته باشد و مشاهدات مشابهي را ايجاد كند كه جدا كردن آنها دشوار است. آنها همچنین خاطرنشان كردند كه آزمایشهای انجام شده در به اصطلاح دمای اتاق – محدوده دمای كمتری كه در آن فتوسنتز واقع می شود – نشان می دهد كه انسجام های كوانتومی در مجتمع FMO فقط ده ها تن از ماده femtoseconds (همان نه تقریباً به اندازه کافی طولانی که تأثیر معنی داری بر کارآیی انتقال انرژی داشته باشد). آنها نتیجه می گیرند که فرآیند انتقال انرژی فقط یک فرآیند "متوقف کردن" نامتجانس است ، که در آن هیجان های ناشی از پرش از نور خورشید بین مولکول ها است ، نه یک فرآیند توسط اداره می شود. عجیب بودن مکانیک کوانتومی.

اساساً ، مجموعه رنگدانه های پروتئین فقط در آزمایشگاه فوق العاده سرد به تنهایی قرار نمی گیرند. آن را در خفاش ساعت ماده سلولی در مخاط ساعت درجه حرارت بالاتر قرار دارد. ایمی استیونز ، استادیار شیمی در دانشگاه ساسکاچوان گفت: "اگرچه زیست شناسی کوانتومی واقعاً عالی و هیجان انگیز است ، اما درستی برای سیستم های واقعی نیز صادق است."

دانشمند دیگری که در مطالعه شرکت نکرده است ، استاد شیمی شائول موکامل در دانشگاه کالیفرنیا ، ایروین ، موافقت کرد که این مقاله به خوبی می تواند ناخن در تابوت برای تفسیر کوانتومی نوسانات باشد.

گراهام فلمینگ ، یک دانشگاه کالیفرنیا ، استاد شیمی برکلی و یکی از نویسندگان مقاله 2007 ، به ایمیلی به گیزمودو گفت که نظر خاصی در مورد بررسی جدید ندارد. با این حال ، او تجزیه و تحلیل طیف ارتعاشی این مولکول ها را آغاز کرده و به مقاله اخیر اشاره کرده است که یک تکنیک کوپی جدید را نشان می دهد. وی توضیح داد که لرزش ذکر شده در بررسی جدید نتوانسته است مشاهدات خود را از یک مجتمع برداشت نور فتوسنتزی دیگر بازآفرینی کند. اما میلر به Gizmodo پاسخ داد كه P Fleming بحث می کند تا هنوز نشان نمی دهد که فرآیند انتقال انرژی یک فرآیند کوانتومی منسجم است.

پایان خط زیست شناسی کوانتومی ، زیرا هنوز مکانهایی وجود دارد که تظاهرات ماکروسکوپی مکانیک کوانتومی در سیستمهای بیولوژیکی ظاهر می شوند. به عنوان مثال شواهدی وجود دارد که نشان می دهد فرآیندهای کوانتومی در پشت ناوبری پرندگان است. برخی دیگر تعجب می کنند که آیا آنها در نحوه بو گرفتن نقشی دارند. موكامل به گیزمودو گفت: "این سؤالات هنوز مهم هستند كه باید مورد بررسی قرار گیرند.

در مورد فتوسنتز ، به نظر می رسد هیچ چیز عرفانی در مورد آن وجود ندارد. حداقل ، چیزی غیر از میلیاردها سال تکامل که به زندگی اجازه می دهد از انرژی حاصل از یک ستاره در نزدیکی توسعه یابد ، رشد نمی کند.