鸟瞰图

谷歌雇佣了被他们称为量子工程师的研究人员，他们正在努力通过提供量子计算机来扩大该公司在几乎所有领域的主导地位。但是，就像其他几种形式的工程一样，有可能是大自然先出现的。量子生物学是一个基于量子力学效应在分子生物学机制中起作用这一理念的领域:生命本身就涉及一种量子工程。

不断发展的计算机

所有的分子现象，无论是生物的还是非生物的，其根源都有量子力学的基础。相反，它假设奇异的、独特的量子力学行为——如隧道、叠加和纠缠——在一些细胞过程中起着关键作用。在非生物和人工系统中，这些类型的行为通常是脆弱的，只有在特殊条件下——在高真空的低温下——来自环境的干扰在很大程度上被抑制了。但是，进化是否已经找到了在温暖潮湿的细胞环境中维持和利用它们的聪明方法呢?

对此，我们没有任何有力的证据。可以说，生物学中量子效应的一个明显例子，即酶反应中质子和电子的隧穿，¹关于这些效应是偶然的(质子隧穿和离域化非常普遍，也发生在液态水中)还是由进化调节的，仍有争议。

量子生物学的另一个获奖展品是细菌和藻类光合反应中心的相干能量转移。最初的提议是，激子(由发色团吸收光子后产生的电子激发)与研究人员试图在量子计算机的量子位之间实现和保持的量子相干状态相同。

在这种观点下，反应中心支持激子的叠加，在某种程度上类似于量子计算机如何创建一个问题的所有可能解决方案的叠加，以找到最有效的能量转移路线。现在看来，这个问题更加复杂;如果涉及到相干性，它可能与量子计算机不完全相同。²

激进的方向

量子生物学的另一个代表人物是量子效应使候鸟能够接受磁。这些鸟有一个非常精确的磁罗盘，这被认为涉及光激活的一对自由基物种(黄素腺嘌呤辅助因子和色氨酸组)在视网膜隐色素蛋白质的生产。^3.在某种程度上，故事是这样的，自由基对地磁场反应的敏感性建立了一种生物化学指南针，⁴但目前还不清楚自由基反应如何达到如此敏感的程度。现在，英国牛津大学的Peter Hore和他的同事们提出了一个模型来解释这一现象。⁵

如果这个想法是正确的，那么这种量子生物学是卓越的吗?]]这一想法是基于自由基存在与反方向(单线态)的未配对电子的自旋超过1µs。自由基保持自旋相干状态的时间越长，相对于外加磁场(如地球磁场)，它们对蛋白质方向的反应就越敏感。反应产率在90°方向上急剧下降，因此充当了一个精密的方向传感器。最终，这可能会产生一种视觉感觉——对鸟类来说，这是一个明显的亮点，随着相干时间的延长，它会变得更清晰。然后鸟就会根据这个视觉线索来导航。

当然，在两个孤立分子的完美模拟中展示这一点是一回事，在细胞的嗡嗡声中使其可行又是另一回事。研究人员知道这一点，并估计，对于±1°的方向灵敏度，相干时间为1µs的噪声水平必须比10µs的噪声水平小40倍左右。换句话说:短相干时间所需的灵敏度可以通过使用更长的传感周期或部署更多的隐色素传感器来实现。

这种机制在原则上似乎可行。在实践中验证它并不容易。霍尔和同事们说，我们应该期待在隐色素中看到一些特殊的特征，它们进化成一个自由基指南针:鸟类中有四种这样的蛋白质，目前还不知道哪一种可澳门万博公司能是磁传感器。

如果这个想法是正确的，那么这种量子生物学是卓越的吗?实际上，这也不清楚。首先，这些自由基的自旋动力学可以用半经典模型来充分描述，将自旋视为小磁铁。但是作为方向函数的反应产率的“峰值”确实需要一个量子解释:这是不同能级混合的结果。这会成为量子生物学吗?有人可能会说，这就像几乎所有其他量子生物学候选者一样，用一个更熟悉的术语来描述更好:量子化学。

菲利普·鲍尔是一位生活在英国伦敦的科普作家