探索---什么是量子生物学？

『什么是量子生物学？』

就目前的范式而言，生物学在将经典模型应用于生命系统方面取得了广泛的成功。在大多数情况下，分子尺度上的微妙量子效应在整体生物功能中不发挥决定性作用。在这里，“功能”是一个广义的概念。例如：视觉和光合作用如何在分子水平和超快时间尺度上发挥作用？由相距约0.3nm的堆叠的核苷酸分子组成的DNA，如何处理紫外线光子？酶如何催化重要的生化反应？我们的大脑如何以亚纳米尺度组织的神经元处理如此惊人的信息量？DNA复制和表达是如何工作的？当然，所有这些生物学功能都应该在进化适应性的背景下考虑。在这些情况下，经典近似和量子力学模型之间的差异通常被认为可以忽略不计，即使在基础上，每个过程都完全受量子力学定律的支配。在量子和经典疆域之间不明确的边界上会发生什么？更重要的是，是否存在“看似”经典但实际上并非如此的基本生物学功能？量子生物学的作用恰恰是揭露和解开这种联系。

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。

『量子生物学的未来』

目前认为，量子力学描述对于充分表征相关子系统的行为是必要的。虽然在宏观时间和长度尺度上很难观察到量子效应，但总体上需要该过程。因此，生物体的功能和生存似乎依赖于分子间尺度的动态量子力学效应。量子生物学研究的正是这些时间和长度尺度之间的相互作用，目的是建立一致的物理图景。

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。对在量子物理学和经典物理学领域之间有效运行的生物过程的研究已经有助于改进对这种量子到经典转变的物理描述。

更直接的是，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。然而，重要的是，量子生物启发技术也可以在本质上独立于启发它们的生物体而有用。返回搜狐，查看更多