Жизнь на грани. Ваша первая книга о квантовой биологии - Джонджо МакФадден

Тем не менее в последние годы наши познания в этой области значительно расширились, и не только в связи с изучением птиц. Было обнаружено, что такие квантовые явления, как суперпозиция и туннельный эффект, являются частью многих биологических процессов — от поглощения солнечного света растениями до синтеза биомолекул во всех клетках нашего организма. Даже чувство обоняния или набор генов, который мы наследуем от родителей, могут зависеть от таинственного квантового мира. Статьи с результатами исследований в области квантовой биологии регулярно появляются на страницах самых престижных научных журналов мира. Более того, уже существует небольшая (но постоянно растущая) группа ученых, уверенных в значительной, даже решающей роли законов квантовой механики в самом явлении жизни, а также в том, что жизнь и есть то самое состояние, которому таинственные квантовые свойства присущи на границе микро- и макромиров.

Нам стало ясно, что таких ученых пока очень мало, когда мы решили провести международный симпозиум по квантовой биологии в Университете Суррея в сентябре 2012 года: на симпозиум приехали почти все специалисты в этой области, и все они разместились в небольшом лекционном зале. Однако в сферу квантовой биологии приходит все больше ученых, вдохновленных открытиями, которые подтверждают значительную роль квантовой механики в биологических процессах. Одной из самых увлекательных исследовательских областей, способной серьезно повлиять на развитие новых квантовых технологий, является та, что с недавних пор приоткрывает ученым тайну способности мистических квантовых свойств сохраняться в теплой, влажной и беспорядочной среде живых организмов.

Чтобы в полной мере представить себе значимость этих открытий, мы должны сперва ответить на вопрос, который обманчиво может показаться вам простым: что есть жизнь?

Одна из самых успешных в истории человечества научных программ была запущена 20 августа 1977 года: в небо над Флоридой поднялся космический аппарат «Вояджер-2», за которым спустя две недели отправился аппарат-близнец «Вояджер-1». Через два года «Вояджер-1» достиг первого пункта назначения — Юпитера, сфотографировал вихревые облака и знаменитое Большое красное пятно газового гиганта, а затем пролетел над ледяной поверхностью одного из спутников Юпитера, Ганимеда, и зафиксировал извержение вулкана на другом спутнике, Ио. Тем временем «Вояджер-2» летел совсем по другой траектории. В августе 1981 аппарат приблизился к Сатурну и стал отправлять на Землю удивительно красивые снимки его колец — прекрасного ожерелья планеты, изящно сплетенного из миллионов камней и небольших спутников. Прошло еще около десяти лет, прежде чем в 1990 году, 14 февраля, «Вояджер-1» сделал один из самых поразительных космических снимков — фото крошечного голубого пятнышка на зернисто-сером фоне.

За последние 50 лет благодаря космическим аппаратам, запущенным в том числе в рамках программы «Вояджер», человечеству удалось высадиться на Луну, удаленно исследовать долины Марса и выжженные пустыни Венеры и даже увидеть, как комета врезается в атмосферу Юпитера. Но в основном космические аппараты обнаруживали и исследовали горные породы… очень много разных пород. Кстати, можно сказать, что исследование космических объектов в основном представляет собой исследование пород, начиная с тонны лунного грунта, доставленного на Землю экипажем «Аполлона-11», или микроскопических фрагментов кометы, за которыми летал космический аппарат НАСА «Стардаст», до результатов встречи зонда «Розетта» с кометой в 2014 году или исследования Красной планеты марсоходом «Кьюриосити». Много, очень много космических пород.

Разумеется, образцы космических пород — объекты, представляющие для нас огромный интерес: их структура и состав дают ключи к разгадке тайны происхождения Солнечной системы, формирования планет и даже событий, предшествовавших образованию Солнца. Но для большинства людей, не разбирающихся в геологии, марсианский хондрит (разновидность каменистых метеоритов с низким содержанием металлов) ничем не отличается от лунного троктолита (метеорит, в больших пропорциях содержащий железо и магний). Тем не менее в нашей Солнечной системе есть одно укромное местечко, где основные составляющие всевозможных пород и камней представлены в таком многообразии форм, свойств и химического состава, что даже один грамм горной породы по содержанию будет богаче любого другого образца из разных уголков Вселенной. Это место, разумеется, то самое бледное голубое пятнышко, которое сфотографировал «Вояджер-1». Мы называем это пятнышко Землей. Самое поразительное то, что все это многообразие веществ, обусловивших уникальность поверхности нашей планеты, способствовало зарождению жизни.

Жизнь удивительна. Мы уже знаем, что у европейской малиновки есть потрясающий механизм магниторецепции, но этот навык лишь одна из многообразных способностей птицы. Она может видеть, различать запахи, слышать, ловить мух. Она может летать над землей и между ветвями деревьев. Наконец, она может пролететь сотни километров в высоком небе. Но, пожалуй, самое чудесное из того, на что способна эта маленькая птичка (разумеется, не без помощи самца), — произвести на свет потомство похожих на нее птичек, сотворенных из тех же материалов, что и все горные породы на свете. А ведь наша малиновка — одно из триллионов живых существ, которые способны совершать все упомянутые выше и многие другие, не менее изумительные подвиги.

Еще одно удивительное существо — это, безусловно, вы сами. Поднимите глаза в ночное небо, и в них устремятся волны света — фотоны, которые ваша сетчатка немедленно преобразует в слабые электрические сигналы. По зрительным нервам эти сигналы будут переданы в нервную ткань вашего головного мозга. Там они вызывают мерцающие вспышки нейронов, которые воспринимаются вами как звезды, сияющие высоко в небесах. В то же время волосковые сенсорные клетки вашего внутреннего уха фиксируют слабые колебания давления (в миллиард раз меньше, чем величина атмосферного давления), которые, преобразуясь в звуковые сигналы, говорят вам о том, что в ветвях деревьев гуляет ветер. Молекулы, попадающие вам в нос, распознаются специальными обонятельными рецепторами, которые немедленно передают всю химическую информацию мозгу, благодаря чему вы понимаете, что сейчас лето и цветет жимолость. Кроме того, в тот момент, когда вы смотрите на звезды, слушаете ветер или принюхиваетесь к какому-нибудь запаху, ваше тело совершает множество движений, каждое из которых порождается комплексом согласованных действий сотен мышц.

И все же, какими бы необычными ни были физические подвиги, совершаемые нашим организмом, они меркнут в сравнении с ловкостью и мастерством, которые проявляют братья наши меньшие. Муравей-листорез способен переносить на себе груз, превышающий его собственный вес в 30 раз (как если бы вы взвалили на спину автомобиль и легко понесли его без посторонней помощи). Скорость смыкания челюстей тропических муравьев рода Odontomachus растет с 0 до 230 км/ч за 0,13 миллисекунды, а вот болиду «Формулы-1» требуется в 40 тысяч раз больше времени (около пяти секунд), чтобы набрать такую же скорость. Амазонский электрический угорь генерирует разряд 600 В, который может быть смертельным. Птицы умеют летать, рыбы — плавать, черви — рыть ходы, а обезьяны — прыгать по деревьям. И, как мы уже знаем, многие животные, в том числе европейская малиновка, могут прокладывать себе маршрут в тысячи километров, ориентируясь на магнитное поле Земли. Если говорить о способности к биосинтезу, то в этом отношении ничто не сравнится с зеленым разнообразием жизни земных растений: она волшебным образом смешивает молекулы воздуха и воды, добавляет некоторые минералы, и на свет появляются травы, дубы, водоросли, одуванчики, гигантские секвойи и лишайники.