Tag Archives: kvantna fizika života

Naučnici su otkrili porijeklo građevnih blokova života?

Istraživači Rutgera otkrili su porijeklo proteinskih struktura odgovornih za metabolizam: jednostavnih molekula koje pokreću rani život na Zemlji i služe kao hemijski signali koje bi NASA mogla upotrijebiti u potrazi za životom na drugim planetima.

Njihova studija koja predviđa kako su se najraniji proteini izgledali prije 3,5 do 2,5 milijardi godina objavljena je u časopisu Proceedings of the National Academy of Sciences.

Naučnici su poput hiljada komadnih zagonetki povukli evoluciju enzima (proteina) iz sadašnjosti u duboku prošlost. Rješenje slagalice tražilo je dva komada koja nedostaju i život na Zemlji ne bi mogao postojati bez njih. Izgradnjom mreže povezane s njihovim ulogama u metabolizmu, ovaj tim otkrio je dijelove koji nedostaju.

“Mi vrlo malo znamo o tome kako je započeo život na našoj planeti. Ovaj rad omogućio nam je da pogledamo duboko u vrijeme i predložimo najranije metaboličke proteine”, rekao je koautor Vikas Nanda, profesor biohemije i molekularne biologije na Rutgersu Robert Wood Johnson Medical Škola i rezidencijalni član Centra za naprednu biotehnologiju i medicinu. “Naša će se predviđanja testirati u laboratoriji kako bismo bolje razumjeli porijeklo života na Zemlji i obavijestili kako život može nastati negde drugde. U laboratoriju gradimo modele proteina i testiramo mogu li oni pokrenuti reakcije kritične za rani metabolizam. “

Tim naučnika pod vodstvom Rutgersa pod nazivom ENIGMA (evolucija nanomachines in Geospheres and Microbial Ancestors) sprovodi istraživanje uz NASA grant i putem članstva u NASA Astrobiology programu. Projekt ENIGMA želi otkriti ulogu najjednostavnijih proteina koji su katalizirali najranije faze života.

“Mislimo da je život izgrađen iz vrlo malih građevnih blokova i nastao je kao Lego set da bi napravio stanice i složenije organizme poput nas”, rekao je stariji autor Paul G. Falkowski, glavni istraživač ENIGMA-e i ugledni profesor sa Univerziteta Rutgers-New Brunswick koji vodi laboratoriju za biofiziku i molekularnu ekologiju u okolišu. “Mislimo da smo našli građevne blokove života – Lego set koji je, u konačnici, doveo do evolucije ćelija, životinja i biljaka.”

Rutgersov tim usredotočio se na dva proteina “nabora” koji su vjerovatno prve strukture u ranom metabolizmu. Oni su feredoksinski nabor koji veže željezo-sumporne spojeve, i “Rossmannov” nabor, koji veže nukleotide (gradivne blokove DNK i RNA). Ovo su dva dijela slagalice koja se moraju uklopiti u evoluciju života.

Proteini su lanci aminokiselina i lančani 3-D put u svemiru naziva se nabor. Ferredoksini su metali koji se nalaze u savremenim proteinima i okretnim elektronima oko ćelija kako bi se pospješio metabolizam.

Elektroni teku kroz čvrste, tečne i plinove i energetske životne sustave, a ista električna sila mora biti prisutna u bilo kojem drugom planetarnom sustavu sa šansama da podrži život.

Postoje dokazi da su dva puta možda dijelila zajedničkog pretka i, ako je istina, predak je možda bio prvi metabolički enzim u životu.

Izvor: Phys.org

Kako bi kvantna biologija mogla odgovoriti na najveća pitanja života? – kvantni fizičar Jim Al-Khalili za ted.com

“Kvantna biologija pita jedno jednostavno pitanje: Da li kvantna mehanika objašnjava i procese u biologiji?

Kvantna biologija nije ništa novo, razvija se od 1930 – ih godina.
Međutim, tek u novije vrijeme neka otkrića su pokazala da kvantna mehanika ima primjenu i u biologiji. Kvantna biologija je interdisciplinarno područje. Ja sam kvantni fizičar. Ako idemo u svijet jako malog i pođemo od teniske lopte, pa do igle i sve dalje do atoma stižemo u područje nanosvijeta gdje je DNA, a odmah ispod su atomi.

Biolozi su vrlo sretni da imaju modele molekula i atoma koji grade proteine. U novije vrijeme koriste se i kompjuteri za simulaciju onog šta se dešava u kvantnom svijetu.

Ako mislimo da je kvantna fizika osnova svega, onda je ona i prethodnik organske hemije, pa onda i molekularne biologije što dovodi do samog života. To nas onda ne bi trebalo čuditi da život dolazi iz kvantne mehanike. Ono šta je logično da bi trebalo da bude jasno da postoji kvantni svijet koji je uzrok i izvor svemu drugom. Kvantna biologija ipak nije samo o tome. Kvantna biologija je zapravo to da proučavamo  neintuitivne ideje iz kvantne mehanike i da probamo da li ih možemo primjeniti da bi razumjeli fenomene iz bilogije. U kvantnoj mehanici imamo mnogo čudnih neintuitivnih  pojava kao što su da čestica može biti na dva mjesta u isto vrijeme, da može putovati u prošlost itd. Nije biologe kriviti što nisu prostudirali kvantnu mehaniku. Fizičarima su pune ruke posla kako bi pokušali razumjeti šta znače svi ovi čudni fenomeni iz kvantne mehanike. Biologija je dosta dobro objasnila mnoge životne procese preko molekularne hemije.

Erwin Schrodinger, austrijski fizičar je 1945. godine napisao knjigu “Šta je život?”. U toj knjizi on kaže:

“Na molekularnoj razini živi organizmi imaju posebno ponašanje u odnosu na nežive organizme. Živi organizmi se ponašaju onako kako se neživi organizmi ponašaju kad ih se ohladi na apsolutnu nulu. Postoji nešto čudno u ponašanju ćelije. ”

Erwin Schrowinger je pretpostavljao da se tu dešavaju neki čudni kvantnomehanički fenomeni.

U kvantnoj mehanici imamo fenomen tuneliranja gdje čestice kad se ponašaju kao talasi mogu na čudan način kao u magiji nestati na jednoj strani i preći na drugu stranu određene nepremostive barijere. Postoji određena vjerojatnost da čestica pređe skoro pa beskonaćnu prepreku. Međutim, ovo nije mit, nego se kvantno tuneliranje dešava non stop. Pokazano je da se kvantno tuneliranje dešava i u živim ćelijama. Enzimi to omogućavaju. To je dokazano.

Jedno od pitanje je i da li kvantno tuneliranje igra ulogu u mutacijama od DNA. Da li se promjene dešavaju u DNA pomoću kvantnog tuneliranja, čini se da da.

Drugi primjer kvantne mehanike u biologiji je kvantna koherentnost u fotosintezi. Kvantna koherentnost je kad čestica radi više stvari odjednom. Ideja je da foton svjetlosti  kad se primi od molekule, on ide kroz više putanja u isto vrijeme, bez da izgubi svoju energiju. Kvantna koherentnost se odigrava u živoj ćeliji. Svake sedmice se objavljuju naučni članci koji ovo potvrđuju.

Treći primjer je način kako se ptice orjentišu. Na to izgleda utjecaj ima Zemljino magnetno polje. Nekako određene vrste ptica koriste Zemljino magnetno polje. Jedina ideja kako se to dešava je kvantna sprega. U ćelijama ptice se dešava ta kvantna sprega. Dva elektrona povezana sa kvantno spregom su jako osjetljivi na to u kojem se smjeru ptice kreću u odnosu na Zemljino magnetno polje. Mi ne znamo da li je to pravo objašnjenje, ali bilo bi moćno ako kvantna mehanika pomaže pticama da se orjentišu.

Kvantna biologija je još uvijek špekulativna nauka, ali vjerujem da je građena na solidnoj nauci. Vjerujem da ćemo u sljedećih deset godina otkriti da je život zasnovan na kvantnoj mehanici.”, Jim Al-Khalili

Izvor: