Každý rok, keď sa zima blíži, tisíce vtákov známych ako červenka (Erithacus rubecula) podnikajú cestu zo severnej Európy do Stredozemného mora, kde je počasie priaznivejšie. Prekvapujúce je, že pri návrate tieto vtáky dokážu nájsť to isté miesto, odkiaľ odišli, akoby mali vnútorné GPS.
Tento úžasný fenomén je výsledkom „supersily“ kvantovej fyziky, ktorá im umožňuje detekovať magnetické pole Zeme, čo sa nazýva magnetorecepcia. Ale ako je možné, že napriek tomu, že toto pole je také slabé (medzi 30 a 70 mikroteslami), dokážu tieto vtáky využiť ho vo svoj prospech? Odpoveď spočíva v kvantovej fyzike.
Magická moc oka červenky
V prípade červenky sa predpokladá, že mechanizmus, ktorý používajú na orientáciu, je založený na reakcii radikálového páru. V oku týchto vtákov existuje proteín nazývaný kriptocrom, zložený z aminokyseliny nazývanej tryptofán a molekuly známej ako FAD. Keď modré svetlo zasiahne kriptocrom, fotóny prenášajú energiu, čo spôsobuje, že elektron preskočí z jednej strany na druhú, čím sa vytvárajú voľné radikály.
Tieto radikály, keď sú vytvorené, zostávajú prepojené prostredníctvom fenoménu kvantového prepletenia, kde častice, ktoré boli spojené, zostávajú prepojené, aj na diaľku. Toto prepojenie je kľúčové, pretože ovplyvňuje, ako radikály reagujú na magnetické polia.
Navyše, spin elektronov zohráva v tomto príbehu zásadnú úlohu. Tento koncept, ktorý sa môže zdať zložitý, sa týka toho, ako elektróny interagujú s magnetickými poliami. V závislosti od ich orientácie môžu byť radikály v stave singlet alebo triplet, a magnetické polia, aj tie najslabšie, môžu ovplyvniť pravdepodobnosť, že sa nachádzajú v jednom alebo druhom stave.
Takže, keď sa naruší rovnováha medzi týmito stavmi, magnetické pole Zeme posiela signály do mozgu vtáka, naznačujúc mu smer k najbližšiemu magnetickému pólu. Existujú teórie, ktoré naznačujú, že červenky vidia tieto smerovania prostredníctvom zmien v svetle, ktoré prechádza ich očami.
Fotosyntéza a jej kvantové tajomstvá
Kvantová biológia sa nezastavuje len pri migrácii vtákov; je tiež kľúčová pre pochopenie fotosyntézy. Tento proces, ktorý umožňuje rastlinám, riasam a niektorým baktériám premieňať svetlo na energiu, bol predmetom štúdia celé desaťročia. Avšak nedávne výskumy naznačujú, že jeho úplné pochopenie je možné len prostredníctvom kvantovej fyziky.
Kľúč spočíva v tom, ako sa energia prenáša v počiatočných fázach fotosyntézy. Keď fotón zo slnka narazí na chlorofyl, aktivuje elektron, čím vytvára excitón. Energia, ktorá sa generuje, musí byť prenesená do reakčného centra, aby sa premenila na chemickú energiu. Ale ako sa tento transport deje?
Predtým sa predpokladalo, že excitón sa pohybuje náhodne, ako pingpongová loptička. Avšak zistilo sa, že efektivita tohto procesu je ohromujúco vysoká, s viac ako 99 % absorbovanej energie, ktorá sa využíva. To naznačuje, že transport nie je tak chaotický, ako sa predpokladalo.
Bolo navrhnuté, že excitón sa správa ako vlna v kvantovej superpozícii, skúma všetky možné cesty súčasne a nachádza najefektívnejšiu trasu k svojmu cieľu. To sa podobá tomu, ako kvantový počítač rieši problémy.
Aj keď existujú náznaky, že táto „kvantová prechádzka“ prebieha, stále zostáva mnoho otázok bez odpovede. Ako sa udržuje kvantová koherencia v chaotických podmienkach bunky? Toto je jeden z veľkých tajomstiev, ktoré sa vedci snažia odhaliť.
Kvantová biológia nám ukazuje, ako to, čo sa deje vo svete drobných častíc, ovplyvňuje náš každodenný život. Bez fotosyntézy by naša biosféra bola veľmi odlišná. V podstate je všetko prepojené a kvantové.