芝加哥大学医学中心 芝加哥大学的一组科学家发现，某些细菌故意使用量子力学的规则来保护它们的光合设备免受氧气的损害
信用:格雷格·恩格尔 光合生物从太阳获取光来产生生存所需的能量
芝加哥大学研究人员发表的一篇新论文揭示了他们的秘密:利用量子力学
“在这项研究之前，科学界看到了生物系统中产生的量子信号，并提出了一个问题，这些结果只是生物由分子构建的结果，还是有目的的？”该研究的资深作者、化学教授格雷格·恩格尔说
“这是我们第一次看到生物学积极利用量子效应
" 科学家们研究了一种叫做绿色硫细菌的微生物
这些细菌需要光才能生存，但是即使少量的氧气也会损坏它们脆弱的光合设备
因此，当细菌遇到氧气时，他们必须想办法将伤害降到最低
为了研究这一过程，研究人员跟踪了不同条件下能量通过光合蛋白质的运动——有氧气和没有氧气
他们发现，这种细菌利用一种叫做振动混合的量子力学效应，根据周围是否有氧气，在两条不同的路径之间传递能量
振动混合涉及相互耦合的分子的振动和电子特性
本质上，振动与电子状态混合得如此彻底，以至于它们的身份变得不可分
这种细菌利用这种现象将能量引导到它需要的地方
芝加哥大学研究生和第一研究作者杰克·希金斯站在数据采集的激光旁边
学分:劳森·劳埃德，芝加哥大学 如果周围没有氧气，并且细菌是安全的，细菌使用振动混合，通过将称为FMO复合物的分子和蛋白质组件中两个电子状态之间的能量差与细菌叶绿素分子的振动能量进行匹配
这促使能量通过“正常”途径流向充满叶绿素的光合反应中心
但是如果周围有氧气，生物体就进化成通过一条不太直接的路径来引导能量，在这条路径上能量可以被熄灭
(淬能类似于把手掌放在振动的吉他弦上耗散能量
)这样，细菌失去了一些能量，但拯救了整个系统
为了实现这一效果，光合复合体中的一对半胱氨酸残基充当了触发器:它们各自通过失去一个质子与环境中的氧气反应，从而破坏了振动混合
这意味着能量现在优先通过替代途径，在那里它可以被安全地熄灭
这个原则有点像封锁高速公路上的两条车道，将一些交通分流到有更多出口的地方
“这一结果的有趣之处在于，我们看到蛋白质随着细胞环境的变化而打开和关闭振动耦合，”该论文的主要作者、化学系研究生杰克·希金斯说
“这种蛋白质利用量子效应保护机体免受氧化损伤
" 芝加哥大学的科学家杰克·希金斯和劳森·劳埃德在格雷格·恩格尔的实验室里调试激光
功劳:悉达多·索奥尼 这些发现带来了一个令人兴奋的生物学新发现；使用明确的量子机制来保护系统显示了一种重要的适应性，量子效应对生存可能很重要
科学家说，这种现象可能不仅限于绿色硫细菌
正如希金斯解释的那样，“这种机制的简单性表明，它可能存在于进化景观中的其他光合生物中
如果更多的生物体能够动态调节其分子中的量子力学耦合，从而在生理上产生更大的变化，那么自然界可能会产生一系列我们尚不了解的全新效应
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