那么，量子现象是否在生命过程中发挥作用?

所有生命系统都由微小的分子组成，而分子的性质由量子力学描述。那么，量子现象是否在生命过程中发挥作用?已有研究表明，量子相干性在光合作用中、量子隧穿效应在酶催化反应中，还有量子纠缠在迁徙候鸟对地球磁场的感知中都发挥着基本作用。

生物系统是动态的，不断与环境交换能量和物质，以保持与生命同义的非平衡状态。观测技术的发展使研究人员能够在越来越小的尺度上研究生物动力学。这些研究在一系列生物过程中揭示了经典物理学无法解释的量子力学效应的证据。

量子生物学

01

所有生命系统都由分子组成，基本上所有分子都由量子力学描述。最近，超快光谱、单分子光谱、时间分辨显微镜和单粒子成像等实验技术的发展，使得研究人员能够在越来越小的分辨率兼时间尺度上研究生物动力学。他们揭示了生命系统功能所必需的各种过程，这些过程依赖于量子和经典物理效应之间微妙的相互作用。也就是说，量子生物学可将量子理论应用于经典物理学无法准确描述的生物学方面。

从根本上说，所有物质——有生命或无生命的——都是量子力学的，由离子、原子和/或分子构成，其平衡特性由量子理论精确确定。因此，可以说所有的生物学都是量子力学的。然而，这个定义并没有解决生物过程的动力学性质，或者分子间动力学的经典描述似乎往往已经足够这一事实。因此，量子生物学应该根据所使用模型的物理“正确性”以及特定生物过程的经典模型与量子力学模型的解释能力的一致性来定义。

酶的作用

02

近日，南非科学团队回顾了SARS-CoV-2感染的量子隧穿作用，并从三个方面讨论了这种联系可能产生的后果：宿主细胞入侵、医疗干预和病毒后综合征。

电荷转移是量子生物学中的一个成熟话题;更具体地说，这种转移的生物学背景往往是膜包埋蛋白。科学家们非常关注生物环境如何协助电荷的转移过程，例如，通过蛋白质支架的振动、结合配体的振动。因此，在SARS-CoV-2病毒感染的背景下考虑电荷转移问题极有意义：该病毒利用膜包埋蛋白入侵宿主细胞。

量子遂穿效应可能牵涉到SARS-CoV-2刺突蛋白的受体结合方式，或者通过酶的作用或GPCR的参与。这些对受体识别的更好理解可能有助于更好的医疗干预，量子生物学也可以为保护SARS-CoV-2病毒、以及未来的新型病毒提供更多的知识储备。

DNA复制

03

我们的DNA(脱氧核糖核酸)由两股互补碱组成，腺嘌呤-胸腺嘧啶(A-T)和鸟嘌呤-胞嘧啶(G-C)，它们通过氢键结合在一起。氢键不是化学键，而是很容易破坏的静电力。在某些情况下，通过质子隧穿，氢原子可以同时存在于多个位置，像波一样扩散。这可能导致原子出现在错误的DNA链上，这可能导致互变性体，也就是仅在该链上发生的突变。

DNA复制，每108-1011个碱基复制一次，就会发生自发突变。听起来感觉发生突变很少，但每个人类细胞中的DNA长约30亿个核苷酸，每天复制约2万亿次，这意味着它每天大约发生20次。更好地了解这个过程有可能降低突变发生的可能性，从而减少其严重的健康后果。

生命的定义

04

对量子生物学的巨大希望可能包括对生命的定义和理解做出贡献，或者对大脑和意识的理解做出贡献。然而，这些问题与科学本身一样古老，更好的方法是询问量子生物学是否可以为一个框架做出贡献，在该框架中研究人员可以以这样的方式解决问题以获得新的答案。

量子生物学有望为受生物启发的量子纳米技术提出设计原则，例如能够在室温下的嘈杂环境中，基于基本水平上有效执行，甚至利用这些“嘈杂环境”来保护甚至增强量子特性。通过设计这样的系统，有可能测试和量化量子效应在多大程度上可以增强生物学中发现的过程和功能，并最终回答这些量子效应是否可能是在系统设计中被有目的地选择的。

参考资料：

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1734187175089038018&wfr=spider&for=pc

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1746355752346189793&wfr=spider&for=pc

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。