Природен суперкомпютър: Нашите клетки изпреварват технологиите с милиарди години

Филип Куриан, ръководител на Лабораторията по квантова биология към университета „Хауърд“ е направил пробив в разбирането на това как живите организми обработват информация. В работата си, публикувана в Science Advances той за първи път комбинира три фундаментални области на физиката на 20-и век – термодинамиката, теорията на относителността и квантовата механика. Това му позволява да определи горна граница на изчислителния потенциал на всички форми на живот на въглеродна основа в историята на Земята и да го сравни с потенциала на цялата материя в наблюдаемата Вселена.

Досега се смяташе, че квантовите процеси се проявяват само при специални условия и на микроравнище. Квантовите компютри трябва да бъдат охлаждани до температури под космическите, а самите ефекти се наблюдават само в най-малките частици – атоми и молекули. Живите организми съществуват в топла и хаотична среда, а клетъчните им структури изглеждат твърде масивни, за да проявяват квантови свойства.

Групата на Куриан обаче опровергава това схващане.

Учените откриват различни квантови ефекти в протеинови полимери, разтворени във вода и тези явления се запазват дори на ниво микрони – хиляди пъти по-големи, отколкото се смяташе за възможно. Ключова роля тук играе аминокиселината триптофан, която е част от много протеини. Тя улавя ултравиолетовото лъчение и го освобождава с по-малко енергия при друга дължина на вълната.

Триптофанът образува обширни мрежи в различни клетъчни структури – микротубули, амилоидни фибрили, трансмембранни рецептори, вирусни капсиди, реснички, центриоли и неврони. Благодарение на явлението свръхизлъчване тези мрежи действат като своеобразно оптично влакно, което позволява на всички организми с ядро в клетките си да използват квантови сигнали за обработка на данни.

Този механизъм е невероятно ефективен. Когато клетките разграждат храната, те произвеждат свободни радикали, които могат да излъчват опасни високоенергийни ултравиолетови частици. Триптофанните мрежи поглъщат радиацията и я преобразуват в по-малко опасна форма. Откритието може да предложи нови начини за защита на мозъка от болестта на Алцхаймер и други невродегенеративни заболявания.

Традиционно се смята, че предаването на сигнали в живите организми става чрез движение на йони през клетъчните мембрани – процес, който отнема няколко милисекунди. Сега се оказва, че квантовото свръхизлъчване в клетъчните структури се случва за пикосекунда – милиард пъти по-бързо.

Изследването принуди учените да преразгледат и ролята на най-простите организми в обработката на информация. В работата си те често се фокусират върху мозъка и невроните, забравяйки за бактериите, гъбите и растенията. В същото време тези древни форми на живот, които съставляват по-голямата част от биомасата на Земята, също използват квантови ефекти за сложни „изчисления“. И тъй като са се появили много преди животните, на тях се дължи по-голямата част от информационната работа, извършена от живите същества в историята на планетата.

Откритието дори надхвърли границите на биологията и достигна до изследването на космоса.

В междузвездното пространство и на повърхността на астероиди учените са открили молекулярни структури, подобни на тези, които земните организми използват за обработка на информация на квантово ниво. Това наблюдение предполага, че способността за манипулиране на квантовите състояния е заложена в самата природа на живота и се е появила много преди появата на еукариотите – същества с ядро в клетките.

Филип Куриан предлага специален подход към търсенето на интелект във Вселената. Докато класическото уравнение на Дрейк изчислява броя на цивилизациите чрез набор от вероятности, неговата собствена методология оценява потенциала на всяка планета чрез наличието на същества, способни на квантови взаимодействия.

Сет Лойд от Масачузетския технологичен институт, който е пионер в областта на квантовите технологии нарича работата на Куриан революционна. Според него тя ясно показва: творенията на природата далеч превъзхождат изкуствените системи в способността им да работят с данни. Самият автор отбелязва дълбокия смисъл на своето откритие – въпреки ограниченията, които физичните закони налагат върху познанието за света, съществуването на такива елегантни природни процеси говори за висшата хармония на Вселената.