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Salti quantici e mutazioni genetiche: la previsione di Schrodinger si è avverata?
Con lo sviluppo della scienza, la biologia quantistica è gradualmente diventata un campo di frontiera all’intersezione tra biologia e fisica. La biologia quantistica si concentra sull'esplorazione del modo in cui la meccanica quantistica influenza i sistemi biologici e rivela la sua importanza nei processi biologici. Dalla catalisi enzimatica ai processi sensoriali alla conversione dell'energia, il funzionamento di questi processi mostra la profonda influenza della meccanica quantistica. Nel suo libro del 1944 Cos'è la vita? " esplora questi concetti, avanza la sua tesi quantistica centrale e ha portato molti ricercatori successivi a riflettere sul ruolo dei fenomeni quantistici nella vita.
Previsione di Schròdinger
Schrodinger ritiene che l'informazione genetica della vita possa essere immagazzinata in un "cristallo non periodico" e che le mutazioni possano apparire sotto forma di "salti quantici".
Oggi, lo sviluppo della biologia quantistica ha svelato parte dei misteri della vita e ha sfidato la visione tradizionale della biologia. Molti ricercatori stanno lavorando per chiarire in che modo la meccanica quantistica influisce sulla catalisi enzimatica e sulla funzione cellulare, soprattutto nei processi di conversione dell’energia come la fotosintesi e la respirazione cellulare. È stato dimostrato che il trasferimento di elettroni e il tunneling dei protoni durante la catalisi enzimatica sono essenziali in molti processi biologici.
Effetti quantistici della catalisi enzimatica
Gli enzimi sono catalizzatori biologici la cui efficienza deriva in parte dal tunneling quantistico. Il tunneling quantistico avviene quando, in determinate circostanze, le particelle sono in grado di passare attraverso barriere energetiche che dovrebbero essere impossibili da oltrepassare. È stato scoperto che gli enzimi in molti organismi sono coinvolti nel trasferimento di elettroni, rendendo questi processi più efficienti.
Il tunneling quantistico non è solo la base per il trasferimento di elettroni, ma anche un meccanismo importante per il trasporto di protoni.
Meccanismo quantistico del trasferimento di energia
Nella fotosintesi, i pigmenti fotosintetici lavorano con sistemi di impulsi legati alla membrana per assorbire i fotoni e trasferire questa energia ai centri di reazione. In questo processo, la coerenza quantistica è considerata un fattore chiave, poiché contribuisce al trasferimento efficiente dell’energia. Le ricerche esistenti mostrano che i pigmenti fotosintetici possono trasferire energia con un’efficienza superiore al 99%, un’efficienza che non può essere spiegata solo dalla fisica classica.
La coerenza quantistica consente al trasferimento di energia durante la fotosintesi di utilizzare più percorsi, aumentando così l'efficienza.
Fenomeni quantistici nei sistemi sensoriali
Oltre al trasferimento di energia, i sistemi sensoriali mostrano anche la presenza di effetti quantistici. Ad esempio, il tunneling quantistico potrebbe essere coinvolto nel funzionamento del senso dell’olfatto. Una teoria dell’olfatto è che i recettori olfattivi rilevano gli odori in base alle vibrazioni molecolari, suggerendo che i fenomeni quantistici svolgono un ruolo importante nella nostra percezione.
La questione se il senso dell'olfatto dipenda dall'esistenza del tunneling quantistico è ancora oggetto di ricerca attiva.
Direzioni di ricerca future
Poiché la biologia quantistica continua a svilupparsi, la ricerca futura esplorerà più a fondo l’impatto specifico di questi fenomeni quantistici nella biologia. Potremmo scoprire che più processi biologici sono guidati dai principi della meccanica quantistica, ad esempio, come facilitare l’applicazione di nuove tecnologie mediche. Anche molti esperimenti biologici oggi necessitano di essere reinterpretati, fornendo una nuova prospettiva sull’integrazione della biologia comparata (biofisica) e della biologia quantistica.
Le proprietà quantistiche della biologia cambieranno la nostra comprensione della natura della vita?
La comunità scientifica si trova ad affrontare una domanda di vasta portata: la meccanica quantistica diventerà un’importante pietra angolare della futura biotecnologia e ci aiuterà a svelare i profondi segreti della variazione genetica? In che modo questi fenomeni quantistici cambiano la nostra comprensione di base della vita? Forse diventeranno un argomento importante nella ricerca scientifica nei prossimi decenni?
