양자 물리학의 법칙은 생물학에 적용되지만 다른 과학 분야에서하는 정도는 아닙니다. 일반적으로 양자 역학은 원자, 아 원자 입자, 분자 및 분자 조립의 행동과 특성을 설명하는 기본 이론입니다. 그러나 생물학적 시스템의 복잡한 특성으로 인해 양자 역학은 다른 과학 분야에서와 마찬가지로 생물학에 큰 영향을 미치지 않습니다.
겉보기에 양립 할 수없는 과학 분야 (Quantum Physics and Biology) 사이의 정통과 편심 협력은 우리의 살아있는 세계의 본질에 대한 새로운 통찰력을 만들어 내고 있습니다.
생물학적 시스템은 본질적으로 역동적이며 에너지와 환경과 지속적으로 교환하여 생활과 동의어를 유지하는 비평 형 상태를 유지합니다. 다른 한편으로, 양자 역학은 원자, 아 원자 입자, 분자 및 분자 조립의 행동과 특성을 설명하는 기본 이론입니다.
DNA- 생명의 빌딩 블록 (사진 크레딧 :Sergey Nivens/Shutterstock)
이 조합, 생물학은 양자 물리학과 관련이있는 것을 고려할 수 있으며, 후자는 나노 스케일 측정을 처리 할 때 전자는 미세 수준보다 작지 않습니다. 글쎄, 당신의 의심은 가치가 있습니다. 양자 물리학이 우리 세계의 중요한 생물학적 현상을 어떻게 형성하는지 알아 보려면 계속 읽으십시오.
광합성
이 프로세스가 무엇을 수반하는지에 대한 일반적인 아이디어가있을 수 있습니다. 식물과 일부 유형의 박테리아는 햇빛과 물을 흡수하여“음식”, 즉 탄수화물을 합성하고 다른 모든 생물의 생존에 필수적인 폐기물로 산소를 방출합니다.
그러나 실제로이 과정에 들어가는 것은 무엇입니까?
발색단 들어오는 햇빛이나 다른 광원에서 광자 나 가벼운 입자를 수집하는 식물의 색상 충격 세포입니다. 그런 다음 과도한 에너지가 흡수되는 결과 인 엑시톤을 방출합니다. 그런 다음이 에너지는 화학 에너지로 변형 될 수 있으며, 식물은 대사 할 수 있습니다.
이 전체 프로세스는 100 만 분의 1 초에 발생하며, 100%에 가까운 효율로 무시할만한 에너지 손실을 보장합니다! 이 빠르게 진화하는 세상에서 효율성이 중요합니다. 분명히, 광합성의 독창적 인 메커니즘은 진정으로 자연의 가장 큰 경이로움 중 하나입니다. 그래서… 여기서 실제로 무슨 일이 일어나고 있습니까?
(사진 크레디트 :Designua / Shutterstock)
단수형 및 선형 경로를 따라 이동하는 대신 엑시톤은 파도 같은 움직임으로 움직입니다. 엑시톤의 사격이 함께 이동하면 파도 같은 움직임이 양자 일관성을 생성하기 위해 겹쳐 꽤 인상적으로 들립니다.
이 양자 일관성은 엑시톤이 가능한 모든 경로를 테스트하도록 명령합니다. 그리고 나중에 가장 효율적인 옵션을 선택하십시오.
이제 우리 자신의 기술 에서이 현상을 모방 할 수 있다면 에너지 생산 산업에 얼마나 큰 획기적인지를 상상해보십시오. 매우 효율적인 태양 전지판과 오래 지속되는 배터리는 녹색과 밝은 미래를위한 길을 열 수 있습니다.
magnetoreception
일부 조류와 해양 동물은 지구의 자기장과 상호 작용하는 내부 화학 나침반을 사용하여 지구를 항해하는 것으로 오랫동안 알려져 왔습니다.
그러나 진실은 지구의 자기장이 감각을 따뜻하게하기에는 너무 연약하다는 것입니다. 그래서 새들은 실제로 어떻게 탐색합니까?
cryptochrome , 특수한 종류의 단백질은 유럽 로빈과 다른 동물 종의 눈에서 발견됩니다. 햇빛이 눈의 망막을 때리면 단백질은 광으로 유발 된 라디칼 쌍으로 알려진 두 개의 짝을 이루지 않은 전자를 방출합니다. .
조류의 눈에 존재하는 크로마토 포르의 화학 및 결합 구조
짝을 이루지 않은 전자는 미세한 변화에 매우 취약합니다. 그들은 지구의 자기장 방향으로 스핀을 방향으로 정리하여 방향 감각을줍니다. 이러한 모든 과정은 양자 수준에서 이루어 지므로 대부분의 사람들이 결코 생각하지 않는 또 다른 양자 생물학적 현상이됩니다!
후각 :냄새 감각
인간은 수천 개의 다른 냄새를 구별 할 수있는 능력으로 선물을받습니다. 아로마 분자가 공기에서 우리의 콧 구멍으로 만들 때, 그들은 광자가 시신경과 상호 작용하여 시야의 힘을 부여하는 것과 유사하게 코 내부의 수용체와 상호 작용합니다. 문제는 후각 신경이 한 냄새를 어떻게 다른 냄새와 구별합니까? 아마도 당신이 추측 할 수 있듯이, 그것은 분명히 양자 물리와 관련이 있습니다!
공기와 함께 아로마 분자를 흡입하는 과정에서 후각 신경과 접촉하고 냄새의 감각을 부여합니다 (사진 신용 :Wikimedia Commons)
아로마 분자가 코의 특정 수용체와 상호 작용할 때, 그 분자에 존재하는 전자는 양자 터널링을 통해 수용체의 다른쪽으로 통과한다 . . 양자 터널링은 전자, 양성자 및 중성자와 같은 아 원자 입자가 고전 물리학의 이론에 따라 통과 할 수없는 장벽을 통해 움직이는 현상입니다. . 그렇게함으로써, 그것은 냄새가 난자 분자의 정보를 전기 신호로 변환 한 다음 뇌로 향하는 뇌를 감지하고 신속하게 식별 할 수있게한다.
.
Quantum Cognition
인식 “생각, 경험 또는 감각을 통해 지식과 이해를 얻는 데 관련된 정신적 행동 또는 과정”으로 정의 될 수 있습니다.
.
(사진 크레딧 :Agsandrew/Shutterstock)
확률 이론과 같은 양자 역학의 수학적 원리가 인간 행동의 심리학을 더 잘 이해하는 데 사용될 수 있음을 시사하는 새로운 이론 인“Quantum Cognition”을 입력하십시오. 결국, 사고는 우리 뇌의인지 능력에 기초하고, 뇌는 전기 충동에서 기능하며, 이는 양자 수준에서 관찰됩니다.
죄수의 딜레마
인간 뇌의인지 능력을 더 잘 이해하기위한 고전적인 "죄수의 딜레마"사상 실험을 고려해 봅시다. 두 명의 범죄자가 상대방의 범죄를 찢을 기회가 제공됩니다. 한 사람이 다른 사람을 쥐지 만 다른 하나는 그를 쥐지 않으면 배신자는 자유 로워지고 다른 하나는 3 년 임기를 제공합니다. 둘 다 서로를 쥐면 각각 2 년 동안 봉사합니다. 그들 중 누구도 다른 사람을 쥐지 않으면 각각 1 년이됩니다. 우리가 두 범죄자가 항상 자기 이익으로 행동한다고 생각한다면, 그들은 상대방의 진술을 알지 못하면 항상 다른 사람을 쥐게 될 것입니다.
.고전적인 확률 이 사고 실험에 적용되며 설명하지 못합니다. 첫 번째 범죄자가 확실히 두 번째가 협력 할 것이라는 것을 알고 있다면, 그를 쥐고 자신의 범죄를 피하는 것이 가장 의미가있을 것입니다. 두 번째 범죄자들에게도 마찬가지입니다. 따라서 다른 범죄자가 무엇을하든 결함이 가장 좋을 것이라고 결론 지을 수 있습니다. 이 모든 것은 고전적인 관점에서 볼 때 상당히 혼란스러워집니다.
그러나 양자 설명이 조금 더 잘 작동합니다. Schrödinger의 고양이 실험에서, 고양이는 상자가 열리고 고양이의 상태가 관찰되지 않는 한 고양이가 닫힌 상자에서 똑같이 죽을 가능성이 높습니다. 이 결과를 우리의 실험에 적용하면 이러한 각 가능성은 사고파와 같다고 말할 수 있습니다. 다른 파도 (빛, 소리, 물)가 서로를 방해 할 수있는 것처럼, 다른 죄수를 쫓아 내거나 입을 다물지 않도록하는 선택의 파도는 서로를 취소하거나 작은 파도를 만들거나 훨씬 더 큰 파도를 만들 수 있습니다. 이것은 한 범죄자가 협력 할 경우 다른 범죄자도 협력 할 수 있음을 의미합니다!
이 예는 머리를 감싸기가 조금 어려워 보일 수 있지만 실제로는 확률 이론은 우연의 게임입니다. 그것을 정량화함으로써, 모든 측면에 동등한 기회가 주어지며, 각 결정은 서로에게 영향을 미치도록합니다.
결론
자연 선택은 확실히 규모와 범위에 관계없이 자연적으로 양자 현상을 이용할 수있는 생활 시스템을위한 방법을 제시했습니다.
이 학제 간 분야에서는별로 발견되지 않았지만 그리고 우리는 기술 발전을위한 양자 생물학에 대한 이해를 완전히 활용하지 못하지만, 생물에서 영감을 얻은 양자 장치가 고전적이고 비효율적 인 아날로그를 능가 할 때 시대는 그리 멀지 않습니다.
1960 년대의 시대와는 달리,“뜨겁고 습하고 복잡한”생물학적 시스템이 양자 역학의 마이크로 세계와 완전히 양립 할 수없는 것으로 생각되었을 때, 우리는 새로운 이해 단계에 도달했습니다. 이제“c an 의 문제 양자 현상은 생물학에 영향을 미칩니다?” “i f 로 대체되었습니다 그들은 를합니다 효과는 원인이되고 how 이런 일이 발생합니까?” 지구상의 진화는 양자 역학의 이상을 활용하는 다양한 방법을 고안하는 데 35 억 년이 걸렸다는 점을 감안할 때 양자 생물학이 탐구 할 수있는 매혹적인 공간이 많이있는 것 같습니다!
