Notis 76, 05-02-2010, Kvantfysiken förklarar inte bara processer i mikrovärlden – för allt fler processer i vår vardagstillvaro blir kvantfysiken viktig. Nu kanske fotosyntesen i växter, luktprocessen hos människan och enzymers verkan kan förklaras av kvantfysiken, och kanske varför grönt te är bra. Snart kanske också medvetandet, och därmed parapsykologin?

/GB + G Grip

Bio-entanglement – Kvantfysiken kanske kan förklara fotosyntes, lukt och kanske också medvetandet

/GB, hjälp med fackuttryck Göran Grip

I Discover February 2009
Entangled life, Quantum forces may explain photosynthesis, our sense of smell, even consciousness itself, av Mark Andersson

Fenomenet att hoppa tvärs över till synes förbjudna gap (gaps) kallas kvanttunnelering. Kan kvantmekaniken vara det som driver några av de mest eleganta och oförklarliga livsprocesserna vi har?

Nya experiment fortsätter att upptäcka att kvantprocesser verkar i biologiska system, säger Christopher Altman, en forskare vid Kavli-Institutet för Nano-vetenskap i Nederländerna.  När nya kraftfulla hjälpmedel och instrument kommer, t ex femtosecond (10^-15 second) lasrar med möjlighet att mäta med precision på en nano-skala (and nanoscale-precision positioning), kan livets kvant-danser slutligen iakttas.

En av de viktigaste kvant-observationerna i livsvetenskaperna kommer från Flemming och hans medarbetare. Deras studie av fotosyntes i gröna svavelbakterier, publicerades 2007 i Nature följde de detaljerade kemiska stegen som möjliggör för växter att utnyttja solljus och använda det för att konvertera enkla råmaterial till det syre vi andas och kolhydrater vi äter. --Den hemlighet som Fleming och hans kolleger fann, var kvantfysik. – Elektroner som rör sig genom ett löv eller en grön svavelbakterieblomning genomför effektivt en slumpmässig ”random walk” – en sorts primitiv kvantberäkning, för att söka fram den optimala vägen för att överföra den solenergi de bär. ”Vi har visat att denna slumpmässiga kvantvandring verkligen existerar”, säger Fleming. ”Har vi absolut demonstrerat att det förbättrar effektiviteten? Inte än. Men det är vår gissning. Och det är många människor som håller med oss.”---

Kvantfysik kanske också kan förklara den märkliga biologiska processen hur lukt fungerar, säger biofysiker Luca Turin, som först publicerade sin kontroversiella hypotes 1996 när han undervisade vid University College London. Den då härskande uppfattningen var att upplevelsen av olika lukter triggas när de molekyler som kallas odoranter passar in i receptorer i näsborren som när bitarna i ett tredimensionellt pussel passar in. Haken för Turin var att molekyler med samma form inte nödvändigtvis behöver lukta på samma sätt. Lukt måste alltså triggas på något annat kriterium än enbart odorantens form. Vad som verkligen händer, antog Turin, är att ca 350 olika mänskliga luktreceptorer genomför en kvanttunnellering när en ny odorant kommer in i en näsborre och når luktnerven. Efter att odoranten fäst sig vid en av nervens receptorer, så tunnelerar elektroner från den receptorn tillbaka genom odoranten, svängande fram och tillbaka. På detta sätt är det odorantens unika vibrationsmönster som gör att en ros luktar en ros och en blöt hund luktar blöt hund.

2007 fick Turins hypotes stöd av en rapport från fyra läkare vid University College London. Deras arbete, i tidskriften Physical Review Letters, visade hur processen med lukttunnellering kan fungera. -- Det är alltså vibrationens frekvens som avgör lukten av en molekyl, inte

dess form.

Grönt te

Även grönt te kan blandas in i de subtila kvantprocesserna. År 2007 annonsera fyra biokemister från University of Barcelona att hemligheten i effektiviteten hos grönt te som en antioxidant – en substans som neutraliserar de skadliga fria radikalerna som kan förstöra celler – också kan vara kvantmekanik, ett resultat som publicerades i Journal of the American Chemical Society.

Enzymer

Man har också observerat kvanttunnellering i enzymer, proteinerna som underlättar molekylära reaktioner inne i cellen. Två studier, en i Science 2006 och en i Biophysical Journal 2007 fann att vissa enzymer tycks sakna den energi som behövs för att fullgöra de reaktioner de slutligen ska driva; det verkar som att det enzymen ska lyckas med bara kan förklaras med kvantmetoder.

Slutligen nämns Stuart Hameroffs idéer att den högsta funktionen i livet, medvetandet också sannolikt är ett kvantfenomen. Hjärnan hos en sövd patient fortsätter att fungera aktivt, men utan ett medvetet sinne. Vad är det som får narkosmedel såsom xenon eller isofluran att stänga av det medvetna sinnet?

Hameroff har idéer om att narkosmedel ”avbryter en delikat kvantprocess” i hjärnans neuroner. Varje neuron innehåller hundratals långa, cylindriska proteinstrukturer som kallas mikrotuber. Narkosmedel, menar Hameroff, löser sig i mycket små, fetthaltiga områden i mikrotuberna och påverkar hur vissa elektroner inuti dessa regioner beter sig.  Han har idéer om att (narkos)effekten uppstår på detta sätt: När vissa viktiga elektroner, är på ett ”ställe”, kalla det till ”vänster”, är delar av mikrotuben hopklämd; när elektronen faller ”till höger” är sektionen uttänjd. Men kvantmekanikens lagar tillåter att elektronen är både till vänster och till höger på en och samma gång, och därför också mikrotuber att samtidigt vara både uttänjda och hopklämda. Varje del av ett ständigt skiftande system har inflytande på andra delar, potentiellt via kvant-sammanflätning, som leder till en dynamisk kvantmekanisk dans.

Det är i denna subatomära kommunikation, snabbare än ljuset, säger Hameroff, som medvetande föds. Narkosmedel kommer i vägen för dansande elektroner och stoppar rotationen vid dess kvantmekaniska kärna; det är på detta sätt de kan stänga av medvetandet.

Men många mänskliga upplevelser, menar Hameroff, som drömmar, undermedvetna känslor, diffusa minnen tycks ha närmare till de Alice i Underlandet-lagar som styrs av kvantvärlden än ordinära verklighet som klassisk fysik pekar på. Att upptäcka en kvantportal i varje neuron i ditt huvud kan vara den slutliga resan.