Версия для слабовидящих
Подтверждено протекание истинно квантовых процессов в фотосинтезе Печать Email
Новости науки
15.01.2014
Но, как это часто бывает, ни одно важное утверждение не обходится без появления у него непримиримых противников. Все результаты экспериментов могут быть объяснены классической физикой, говорили они (при желании, добавим мы). Более того, всё это в принципе невозможно, поскольку для передачи энергии по цепочке требуется время существования состояний квантовой запутанности, превышающее лучшие экспериментальные достижения современных лабораторий. А ведь в последних используются сверхнизкие температуры, наподобие какого-нибудь жидкого гелия-водорода, которые недоступны живым существам! Само предположение о том, что безмозглые растения при комнатной температуре используют квантовую механику дольше, чем получается у физиков при температурах сверхнизких, смехотворно, уверены критики квантовой биологии.

Клетки фотосинтезирующих организмов с различимыми в них хлоропластами (фото Wikimedia Commons).


Но со временем физики научились значительно продлевать квантовую запутанность, а экспериментаторы, работающие с биологическими системами, интенсивно развивали метод надёжного отделения классических физмеханизмов, реализующихся в живых растениях, от механизмов квантовых...

И вот Эдвард О'Рейли (Edward O'Reilly) и Александра Олайя-Кастро (Alexandra Olaya-Castro) из Университетского колледжа Лондона (Великобритания) заявили, что такой метод ими уже создан и испробован на практике. «Перенос энергии в светособирающих макромолекулах происходит с помощью специальных колебательных движений хромофоров, — объясняет г-жа Олайя-Кастро. — Мы обнаружили, что свойства некоторых хромофорных вибраций, происходящих при фотосинтезе, никогда не будут объяснены с помощью классических законов физики; более того, такое неклассическое поведение увеличивает эффективность переноса энергии».

Упомянутые вибрации молекул суть периодические движения атомов в молекуле, которые отдалённо и упрощённо можно уподобить колебанию массы, закреплённой на конце пружины. Когда энергия коллективных вибраций, скажем, двух хромофоров совпадает с энергией, нужной электронам молекул для перехода с одного энергетического уровня на другой, возникает резонанс и происходит эффективный обмен энергией между вибрационными процессами и процессами, связанными с состоянием электронов.

Однако следует чётко понимать: с точки зрения классической физики вероятность того, что слишком много хромофор будет находиться в определённых пропорциях друг относительно друга и иметь при этом определённое количество энергии, ограничена и подчиняется положительному распределению вероятностей — и никакому иному.

А вот согласно исследованиям калифорнийских товарищей, на практике макромолекулы, участвующие в фотосинтезе, показали, что хромофоры в них имеют положение и импульс, подчиняющиеся отрицательному распределению вероятностей, которого по классической физике там не должно быть.

«Отрицательные значения в их распределениях вероятностей — признак истинно квантовых черт, а именно когерентного обмена единичными квантами энергии, — поясняет Эдвард О'Рейли. — Когда это случается, вибрационная и электронная степени свободы вместе на короткое время находятся в суперпозиции квантовых состояний [то есть одновременно существуют в альтернативных (взаимоисключающих) состояниях, а не каком-то одном. — Прим. А. Б.]. И это черта, которую не предсказать при помощи классической физики».

Прочие бимолекулярные процессы, такие как перенос электронов внутри макромолекул, происходящий, например, в фотосинтетических системах, структурные изменения в хромофорах после абсорбции фотона (зрения человека и животных), распознание молекулы другой молекулой (обоняние), тоже испытывают влияние специфических вибрационных процессов молекулярной природы. Таким образом, косвенно результаты исследования указывают на то, что и другие биологические системы могут эксплуатировать истинно неклассические феномены. Осталось лишь зарегистрировать в этих процессах отрицательные распределения вероятности для положения и момента отдельных компонентов?

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature Communications, а его препринт доступен здесь.

Подготовлено по материалам Университетского колледжа Лондона.

Источник - http://compulenta.computerra.ru/veshestvo/fizika/10010825/

 

Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта