【创:生物大分子的量子相干与大脑量子计算】
俺们知道,生物大分子的量子相干技术是首先在光合作用上发现的。首先是加州BEKELEY大学GRAHAM R LEMING应用2维光子回波光谱two dimensional photon echo spectroscopy 在77K条件下观察到光合细菌的捕光天线蛋白细菌叶绿素复合体-Fenna-Mathew-Olson (FMO) bacteriochlorophyll complex) 在660飞秒下量子相干传递能量。在2010年加拿大的SCHOLES 在常温下观察到海藻的光合天线蛋白量子相干传递能量, 时间可以长达330 飞秒。 在生理条件下,分布于蛋白骨架不同位置的捕光色素分子--后但色素BILIN --可以在50A的空间区域内共享激发态,相干能量传递达到25A。
俺们知道,量子相干态是指两个或者多个本征态的叠加,其嗲假的结果可以是增加也可以是笑贱,取决于相位,也叫做同步效应,而且如果不同步,相干效应也就消失。由于环境可以对退相干产生所谓的量子纠缠效应--区别于量子之间的自发纠缠现象,而导致所谓的退相干,这个也叫做:非孤立系统下的退相干和失协过程,受到温度的影响很大,所以以上的相干作用最多是几个飞秒,无法拍摄,这对于简单的凝聚相小分子室温下观察都很困难,几乎无法完成,何况生物大分子!!!!这个也是纠缠沟同学前两天无法理解俺的一个重要原因。
当然这个长达几百个飞秒的生物室温下的量子相干意义还是巨大的,首先是对能量传递如此距离的传递而不是简单的相邻分子的比如FRET的传递,其能量的节省意义重大,而且这个相干叠加具有生物量子计算的意义:即对多状态进行同时测量,通过单次量子计算给出最佳的优化路线,让能量传递最优化--这个也是大脑量子计算的基本原理--多个学习通路下电子作为量子传递的最优化路线。
那么为什么光的量子相干在生物大分子下被观察到,而不是普通凝聚态分子呢?人们很早就知道,在叶绿素周围聚集着大量的天线叶绿素分子,而且他们之间越接近,能量传递效率越高;但色素分子太接近叶绿素2距离的水平时,有一种叫做激发态摧灭效应--在体外特别明显,所以认为蛋白可以调节这些色素分子的距离,让他们保持所谓的Forster搞笑穿能距离但又不太靠近而摧灭,这个距离被认为在10A作用,那么,就以上得到的25A距离,两步传递能量是自然界设计最高的距离。而且光合细菌的天线色素复合体在结构上蛋白像桶装吧色素分子围在中间,降低色素与环境的退相干干扰。
当然测定的手法也需要优化。作为笔者,最近用自发光的融合蛋白构建了普通细胞内的捕捉系统,用普通的光吸收仪器就可以观察多细胞的同步化下的自相干系统,最为奇妙的是,这个自相干量子系统可以做到被刺激物生产小分子量子效应--浓度梯度关系的室温状态下的时间与作用的直线关系,第一次阐述了一个在10几个微米范围内,速度高达300米/秒扩散的小分子可以在生物大分子的作用下,产生所谓的生物学效应的IC50时间可以从几分钟推迟到几十分钟,而且呈现与计量的直线关系,也就是说生物学效应不再是简单的浓度-大分子变狗效应,而是浓度-量子梯度效应,一个信号的生物学效应可以被大分子和细胞的拓扑变狗所控制,呈现出量子化的趋势。
也就是说:普通细胞如果我们改造成脑细胞,就会呈现所谓的量子最佳通路的方式,从而产生同步状态下的量子计算模式--一种我们正准备测试的各种脑非太和激素控制的量子状态--同时转染各种激素和多巴胺受体的普通非大脑细胞。
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