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量子效应不仅泛起在微观天下，在生命系统中也普遍存在。

泉源：Princeton University

作者｜陈无邪

你或许不懂量子力学，但你的身体懂。当你的鼻子闻气息时，可能已经不知不觉用上了量子力学。

不只是你，植物在阳光下举行光互助用，候鸟循着地球磁场远程迁徙，DNA发生突变，酶催化化学反映，这些历程都用到了量子力学。甚至有科学家以为，人类的大脑就像是一台量子盘算机，神经元行使量子比特来编码信息。

量子征象在生命天下真的无处不在吗？事情或许真是这样。

生命系统也存在量子效应？

我们生涯在一个经典天下中，没有什么器械可以同时泛起在两个地方；若是速率不够快，转动的小球就无法冲上小山坡；物体运动的速率永远不能能跨越光速。

但在诡异的量子天下，这些一样平常履历似乎都被打破：

光子、电子这样的微观粒子不仅具有粒子的性子，也具有波的性子，它们可以同时处于两种差异状态，好比同时穿过两道狭缝――这被称为量子相关性；可以像幽灵般穿过原本看似不能穿透的能量壁垒――所谓的量子隧穿效应；两个纠缠的粒子无论相隔多远，都可以瞬间感知到相互的状态――也就是发生量子纠缠。

在宏观天下，猫不能能处于“死”和“活”的叠加态。｜泉源：Gerd Altmann

量子力学准确地形貌了原子、分子的行为，当这些原子、分子群集成宏观天下庞大的生命体时，量子效应会丢失吗，照样会跨越尺度延伸出去？在生命系统中也存在量子效应吗？

恒久以来，科学家们都以为，量子效应只有在尺度异常小、温度异常低的极端环境中才气显示出来，在温暖湿润的生命系统中，大量粒子的整体运动会发生嘈杂的靠山噪音，淹没任何怪僻的量子效应。

但越来越多的证据解释，量子征象在生命系统中普遍存在。植物的光互助用、迁徙的候鸟靠磁场导航、人类闻到差异气息，都要依赖量子力学。

光互助用中的量子相关性

在光互助用中，光子会引发叶绿素分子中的电子，发生一种名为激子的准粒子。接下来，激子从一个叶绿素分子转移到下一个，直到抵达一个叫做反映中央的地方，将能量转化为可供植物代谢的化学能。

在植物体内，这个转移历程连续时间极短，效率靠近100%。若是激子只是在叶绿素分子间随机游走，最终误打误撞抵达反映中央，就会由于绕路丢失掉许多能量，显然不是一种高效的行为。

2007年揭晓在《自然》杂志上的一项研究发现，激子可能是像波一样流传，可以同时感知所有能抵达反映中央的路径，并选择最高效的那条，也就是说，激子在叶绿素分子间的转移历程是量子相关的，从而辅助提高植物举行光互助用的效率。

植物光互助用历程中可能涉及到量子相关性。| 泉源：World Science Festival

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迁徙候鸟与量子纠缠

欧亚鸲（qú），俗称知更鸟，是一种习惯在夜间迁徙的候鸟。每年冬天，它们都市通过磁感知向南航行数千公里，似乎自带指南针般不会迷路。地球磁场异常微弱，比冰箱贴还弱100倍，这些候鸟怎么会具有云云敏锐的磁感知能力呢？

欧亚鸲具有神秘的第六感――磁感知能力，可以在航行途中定位导航。|泉源：Corinna Langebrake, Ilia Solov’yov

研究发现，随着迁徙季节的相近，欧亚鸲视网膜中的隐花色素CRY4的表达水平会上升，在非迁徙鸟类中则不存在这种征象，因此科学家预测，候鸟的磁感知能力很可能与隐花色素有关。

隐花色素是一种光敏卵白质，吸收光子后会发生化学反映，发生自由基对。自由基对由两个自由基组成，每个自由基包罗奇数个电子。这些电子相互之间可以发生量子纠缠，并对地球磁场的偏向很敏感。

在2021年6月23日揭晓于《自然》杂志的一项最新研究中，科学家第一次乐成获得了欧亚鸲的隐花色素卵白CRY4，证实它确实具有显著的磁敏感性。施加磁场后，隐花色素卵白在蓝光照射下会发生化学反映，使得具有磁敏性的自由基对增多，从而辅助鸟类感知身体相对于地球磁场的偏向。

视网膜中的隐花色素卵白可以辅助欧亚鸲感知磁场偏向。｜泉源：Ilia Solov'yov

人类嗅觉与量子隧穿

人类的鼻子可以分辨跨越一万种差异气息，这到底是若何做到的呢？很可能和量子隧穿有关。

气息分子从空气中进入鼻孔，与嗅觉神经元上的受体连系，让我们闻到差异气息。可是研究发现，像硼烷和硫磺这样形状差其余分子，却同样散发出腐烂鸡蛋的味道，而一些形状险些相同的分子则有着完全差其余气息。

若是嗅觉受体只是对气息分子的形状敏感，似乎不足以注释嗅觉的壮大分辨手段。因此有化学家预测，嗅觉对分子的化学键振动频率也很敏感。当气息分子和受体连系时，若是它以某种频率振动，分子中的一个电子就会通过量子隧穿抵达受体的另一侧，通过这个电子转移历程，大脑就会吸收到信号，判断出这是什么分子。

量子征象在生命天下无处不在。｜medium.com

早在1943年，物理学家薛定谔就提出，量子力学或许在生命当中施展着作用。但直到今天，对于生命系统中的量子征象，我们仍然所知甚少。

量子效应为何可以在温暖嘈杂的生命系统中存在？这一切又是若何发生的？这些问题我们并没有谜底。然则在数十亿年的生命演化史中，大自然似乎早已洞察先机，将量子的隐秘注入生命当中。

参考资料

[3] https://www.youtube.com/watch?v=0SPD2r0xV8k&t=20s

[4]Engel, G., Calhoun, T., Read, E. et al. Evidence for wavelike energy transfer through quantum coherence in photosynthetic systems. Nature 446, 782�786 (2007). https://doi.org/10.1038/nature05678

[5]https://www.the-scientist.com/features/quantum-biology-may-help-solve-some-of-lifes-greatest-mysteries-65873

[6]《量子生物学能展现生命的伟大隐秘吗？》，“返朴”民众号

[7] 《生命与新物理学》，保罗・戴维斯

泉源：十点科学

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