Depositphotos
За результатами нового дослідження американського фізика Філіпа Куріана з Лабораторії квантової біології в Університеті Говарда у Вашингтоні, живі клітини здатні обробляти інформацію на квантовому рівні.
За підрахунками Куріана, живі клітини за 4,5 млрд років існування Землі виконали близько 1060 елементарних логічних операцій. Науковець стверджує, що його робота пов’язує між собою в одне ціле ключові принципи термодинаміки, теорії відносності та квантової фізики.
Минулого року Куріан та його колеги опублікували дані, які демонструють, що філаменти цитоскелетного білка демонструють надвипромінювання — квантове явище, під час якого клітини поводяться як єдине ціле. Це дозволяє енергії з неймовірною швидкістю переміщуватись крізь великі групи молекул.
Науковці досліджували амінокислоту триптофан, яка здатна поглинати ультрафіолет і випромінювати його хвилями із більшою довжиною. Триптофан у достатній кількості міститься у клітинах живих організмів, у таких структурах як мікротрубочки, рецептори та аксони.
Клітини у стані надвіпромінювання у багатих на триптофан волокнах здатні обробляти інформацію зі швидкістю близько 10 трлн операцій на секунду. Це у понад 1 млрд разів швидше за традиційні моделі нейронних обчислень.
«Квантова біологія — зокрема наші спостереження за надвипромінювальними сигнатурами за допомогою стандартних методів спектроскопії білків, засновані на цій теорії, — можуть відкрити нові горизонти для розуміння еволюції живих систем», — пояснює співавтор дослідження 2024 року фізик Маджед Черги.
Найбільш суперечлива ідея, запропонована Філіпом Куріаном, стверджує, що біологічні обчислення проводяться не тільки нейронами. Протягом багатьох десятиліть нейробіологи моделювали розуміння цих складних процесів у живих організмах, покладаючись на нейрони у якості ключових одиниць обробки інформації. Однак такі моделі не включають в себе ті форми життя, що не мають нервової системи, зокрема, бактерії, гриби, рослини.
На думку Куріана, саме ці аневральні організми фактично можуть виконувати більшу частину біологічних обчислень. Науковець пояснює, що клітини цих організмів також містять надвипромінюючі волокна, здатні до передачі квантових сигналів.
Куріан також для порівняння наводить оцінку всіх виконаних логічних операцій у Всесвіті, яка дорівнює 10120. З цього витікає, що кількість всіх виконаних на Землі логічних операцій може дорівнювати квадратному кореню від усіх обчислень у Всесвіті.
«Прогнози Куріана надають кількісні межі, що виходять за рамки загальноприйнятого рівняння Дрейка, щодо того, як надвипромінюючі живі системи підвищують обчислювальну потужність планет», — зазначає планетолог з Університету Арізони Данте Лауретта.
Дослідження Куріана привернуло увагу фізиків та фахівців, які працюють над передовими технологіями квантових обчислень. За розрахунками науковця, біологічні системи вже виконують квантові обчислення з показниками виправлення помилок та енергоефективністю, що перевершують навіть найкращі штучні системи.
Здавалося б, що біологічні системи не мають бути придатними для проведення квантових обчислень через відносно високу температуру для цього та хаотичність. До того ж, самі клітини виглядають здоровезними порівняно із структурами на рівні атомів. Однак теорія Куріана передбачає, що певні біологічні структури можуть природним чином екранувати та стабілізувати квантові стани.
Надвипромінювання у філаментах цитоскелета відбувається приблизно за пікосекунду. Триптофанові мережі можуть функціонувати як квантова волоконна оптика, яка дозволяє еукаріотичним клітинам обробляти інформацію у мільярди разів швидше, ніж при використанні лише хімічних процесів.
Триптофан та подібні молекули були виявлені у міжзоряному просторі. Деякі астрохіміки вважають, що вони можуть бути попередниками життя. Якщо надвипромінювальна квантова сигналізація є фундаментальною властивістю цих структур, ідеї Куріана можуть вплинути на способи пошуку життя на інших планетах. Він припускає, що життя — це не просто випадковий процес, що відбувається у Всесвіті, а швидше явище обробки інформації, нерозривно пов’язане з фізичними законами Всесвіту.
Результати дослідження опубліковані у журналі Science Advances
Джерело: ZMEScience
