สล็อตเครดิตฟรี ฟิสิกส์มีชีวิต

สล็อตเครดิตฟรี ฟิสิกส์มีชีวิต

ตั้งแต่ใบไม้สีเขียวไปจนถึงสมองของนก ระบบชีวภาพอาจใช้ประโยชน์จากปรากฏการณ์ควอนตัม

จนกระทั่งเมื่อราวๆ หนึ่งศตวรรษก่อน สล็อตเครดิตฟรี ไม่มีใครมีความคิดใด ๆ เลยว่ามีแม้กระทั่งสิ่งที่เรียกว่าฟิสิกส์ควอนตัม แต่ในขณะที่มนุษย์ดำเนินชีวิตในความมืดควอนตัมมานับพันปี ดูเหมือนว่าพืช แบคทีเรีย และนกอาจรู้จักมาตลอดนักวิจัยในมนุษย์เพิ่งค้นพบเอฟเฟกต์ควอนตัม อาจอธิบายได้ว่าขั้นตอนแรกของการสังเคราะห์ด้วยแสงจะเปลี่ยนแสงเป็นพลังงานเคมีที่มีประสิทธิภาพสูงได้อย่างไร การศึกษาอื่น ๆ ชี้ให้เห็นว่ากลอุบายควอนตัมอาจทำให้นกอพยพสามารถนำทางโดยใช้เส้นสนามแม่เหล็กของโลกจากการศึกษาเหล่านี้ นักวิทยาศาสตร์เริ่มเข้าใจว่ากลศาสตร์ควอนตัม — ความแปลกประหลาดที่คาดคะเนจำกัดอยู่ในขอบเขตของฟิสิกส์ปรมาณู — ส่งผลต่อชีววิทยาในชีวิตประจำวันอย่างไร

ในระดับหนึ่ง ดูเหมือนเป็นธรรมชาติอย่างยิ่งที่กลศาสตร์ควอนตัมจะทำหน้าที่พื้นฐานของชีวิต ท้ายที่สุด หลักการควอนตัมกำหนดคุณสมบัติของอะตอมซึ่งสิ่งมีชีวิตถูกสร้างขึ้น และกฎของควอนตัม ซึ่งทำให้อนุภาคเช่นอิเล็กตรอนสามารถดำรงอยู่ในสองแห่งได้ในคราวเดียว และบางครั้งก็ทำตัวเหมือนคลื่นมากกว่าอนุภาค ดูเหมือนจะเป็นแรงผลักดันที่ไม่น่าจะเป็นไปได้ของกระบวนการที่มีการควบคุมอย่างเข้มงวดของชีวิต คุณสมบัติควอนตัมที่แปลกประหลาดควรจะควบคุมวัตถุต่างๆ เช่น อะตอมแต่ละตัว ไม่ใช่กระจุกของสสารอย่างเช่น เรดวูดหรือโรบินส์

ด้วยหลักฐานที่เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ว่าความแปลกประหลาดของควอนตัมมีอยู่จริงในระบบทางชีววิทยา นักวิทยาศาสตร์กำลังมองหาวิธีที่จะบอกได้ว่าธรรมชาติใช้ประโยชน์จากผลกระทบเหล่านี้อย่างไรเพื่อให้ได้เปรียบ

“เราไม่สามารถบอกธรรมชาติให้เพิกเฉยต่อกลศาสตร์ควอนตัมได้ ดังนั้นเราอาจจำเป็นต้องวัดมันและดูว่าเกิดอะไรขึ้น” Graham Fleming นักเคมีจาก University of California, Berkeley ผู้ร่วมเขียนบทความในการทบทวนทางกายภาพประจำปี 2552 กล่าว เคมีสรุปผลการศึกษาล่าสุดที่แสดงผลกระทบของควอนตัมในการสังเคราะห์ด้วยแสง

การทำความเข้าใจว่าระบบธรรมชาติใช้เอฟเฟกต์ควอนตัมเพื่อประโยชน์ของตนอย่างไร อาจช่วยให้นักวิจัยพบวิธีควบคุม และควบคุมกระบวนการดังกล่าวในท้ายที่สุด โดยการคัดลอกกลวิธีควอนตัมที่พืชใช้ ตัวอย่างเช่น นักวิจัยอาจสามารถพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ๆ เช่น เซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น

สร้างกระแสในห้องแล็บ

การสังเคราะห์ด้วยแสงดำเนินการโดยกลไกระดับโมเลกุลที่ฝังอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์ภายในเซลล์พืชและแบคทีเรียบางชนิด เช่นเดียวกับปฏิกิริยาเคมีทั้งหมด มันอาศัยการกระทำของอิเล็กตรอน

ในพืชสีเขียว อนุภาคแสงจะถูกดูดซับโดยโมเลกุลของเม็ดสี ซึ่งส่วนใหญ่เป็นคลอโรฟิลล์ ซึ่งพบในใบ อนุภาคแสงที่เข้ามาหรือโฟตอนช่วยเพิ่มอิเล็กตรอนในคลอโรฟิลล์ให้อยู่ในสถานะเคลื่อนที่ เมื่อตื่นเต้น อิเล็กตรอนจะถูกส่งต่ออย่างรวดเร็วจากคลอโรฟิลล์ไปยังโมเลกุล “ตัวรับ” ที่อยู่ใกล้เคียง ทำให้เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนเป็นชุด การย้ายจากโมเลกุลหนึ่งไปยังอีกโมเลกุลหนึ่ง ในที่สุดอิเล็กตรอนจะไปถึง “ศูนย์ปฏิกิริยา” ซึ่งพลังงานจะถูกแปลงเป็นรูปแบบที่เซลล์สามารถใช้ทำคาร์โบไฮเดรตได้

นักวิทยาศาสตร์คาดว่ามากกว่า 95 เปอร์เซ็นต์ของพลังงานในแสงที่กระทบใบไม้จะไปถึงศูนย์ปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยแสง แม้ว่าแต่ละขั้นตอนทางชีวเคมีที่ตามมาจะเพิ่มการสูญเสียประสิทธิภาพการใช้พลังงาน แต่ขั้นตอนแรกในกระบวนการเข้าใกล้อุดมคติของโฟตอนหนึ่งตัวอย่างใกล้ชิดซึ่งนำไปสู่การถ่ายโอนอิเล็กตรอนหนึ่งตัว

รูปแบบการสังเคราะห์ด้วยแสงรุ่นก่อน ๆ สันนิษฐานว่าพลังงานแสงที่เก็บไว้ในอิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้นได้มาถึงศูนย์ปฏิกิริยาผ่านการสุ่มกระโดด อนุภาคจะเคลื่อนที่เป็นขั้นเป็นตอนเพื่อลดระดับพลังงานอย่างต่อเนื่อง แต่นักวิทยาศาสตร์บางคนที่พยายามจะอธิบายพลังงานเหนือประสิทธิภาพของพืชได้พิจารณาถึงแนวคิดที่ว่าพืชอาจมีวิธีใช้ประโยชน์จากพฤติกรรมควอนตัมของอิเล็กตรอน

ในโลกควอนตัมที่แปลกประหลาด อนุภาคสามารถประพฤติตัวเหมือนคลื่น แทนที่จะย้ายจากคลอโรฟิลล์หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง อิเล็กตรอนสามารถดำรงอยู่เป็นเมฆพลังงานที่หมุนวน สั่นสะเทือนไปมาระหว่างโมเลกุล ในสถานะคล้ายคลื่นนี้ อิเล็กตรอนจะเชื่อมต่อกันหรือจับคู่กันและกระทำการในลักษณะร่วมกัน ดังนั้นการกระตุ้นจึง “วิ่งวนไปมา” ระหว่างโมเลกุลจริง ๆ เฟลมมิ่งกล่าว

นักวิทยาศาสตร์ตั้งทฤษฎีว่าสิ่งนี้และเอฟเฟกต์ควอนตัมอื่น ๆ สามารถช่วยให้การเคลื่อนไหวของพลังงานมีประสิทธิภาพมากขึ้น แต่ต้องเผชิญกับปัญหาในการพยายามรวบรวมหลักฐานของผลกระทบดังกล่าวในห้องปฏิบัติการ ในโลกคลาสสิก ไม่ว่าโมเลกุล A หรือ B จะตื่นเต้น และนักวิทยาศาสตร์สามารถติดตามการถ่ายโอนของแรงกระตุ้นโดยการวัดการเปลี่ยนแปลงในโมเลกุลเมื่อเวลาผ่านไป แต่ในโลกควอนตัม สิ่งต่างๆ ดูเหมือนจะมีอยู่ในหลายรัฐ ทำให้การวัดซับซ้อนขึ้น นอกจากการวัดการเปลี่ยนแปลงของแรงกระตุ้นใน A และ B เมื่อเวลาผ่านไป นักวิทยาศาสตร์ต้องการวิธีการวัดแรงกระตุ้นพร้อมกันของ A และ B ซึ่งเป็นลายเซ็นของเอฟเฟกต์ควอนตัมที่เรียกว่าการเชื่อมโยงกัน

ในปี 2548 เฟลมมิงและเพื่อนร่วมงานของเขาได้พัฒนาวิธีการจับภาพการกระตุ้นหรือการสั่นที่เกิดขึ้นพร้อมกันเหล่านี้ในโปรตีนสังเคราะห์แสงที่พบในแบคทีเรียกำมะถันสีเขียว นักวิทยาศาสตร์ได้แฟลชตัวอย่างโดยใช้เลเซอร์ที่มีความเร็วสูงมากโดยใช้คลื่นความถี่ต่างกันสามพัลส์เพื่อกระตุ้นการดูดซับและการถ่ายโอนพลังงาน จากนั้นจึงส่งพัลส์ที่สี่เพื่อขยายสัญญาณ สล็อตเครดิตฟรี