作家
 
字體：小 中 大 |
|
|
|
| 2018/08/17 10:21:01瀏覽448｜回應0｜推薦0 | |
|
運用量子生物學，揭開生命起源與真相的前衛科學 Life on the Edge: The Coming of Age of Quantum Biology 序 論
今年歐洲嚴寒的冬天提早到來，夜晚寒風刺骨。
過去幾星期知更鳥吃了許多昆蟲、蜘蛛、莓果， 遠超過平常食量。體重是 8 月牠孩子離巢時的 2 倍。 增加的都是脂肪。牠即將出發，展開艱鉅的旅程。 離開這座瑞典中部森林，是牠生命中第一次遷徙。
隨著卸下養育責任，牠只需要顧慮自己逃離冬天， 持續十小時飛往地中海附近山谷，明年春再回來。 天氣好時一天可以飛 300 多公里。雖沒鎖定地點， 但發現喜歡的地點，就會停下來記住這裡的景色， 可在未來遷徙回這裡。若體力好會飛到非洲北方。 每年秋天知更鳥能進行 3000 多公里的遷徙旅程。 遷徙動物司空見慣。冬天鮭魚在北歐河湖產卵。
孵化後，魚苗沿河水進入北大西洋，成長茁壯。 3 年後鮭魚成年，回到當年孵化的河湖去產卵。 北美帝王蝶，秋天橫跨美國數千公里向南遷徙。
隔年春天，牠們或後代飛回當初成蛹的那棵樹。 南大西洋的阿森松島孵化的綠蠵龜游過千萬公里， 每 3 年回到當初孵化的海岸來產卵。 各種鳥類、鯨魚、北美馴鹿、龍蝦、青蛙、蠑螈、
蜜蜂都有能力完成令人類探險家異常艱辛的旅程。 動物究竟如何找到正確方向，是多世紀來的謎團。
最神祕的就是歐洲知更鳥的導航能力：
具備感測地球磁場方向和強度的能力， 像磁場接收器一樣。問題是地球磁場非常微弱， 表面磁場 30-70 微特斯拉：約冰箱門上磁鐵的 1%。 動物能偵測到地球磁場
代表磁場對動物的化學反應產生影響。 但地球磁場與細胞分子間的交互作用提供的能量， 比破壞或產生一個化學鍵能量的十億分之一還小。 所以，到底知更鳥是如何感知到地球磁場的？ 神祕的事，即便微小，總是格外吸引人，
德國物理學家馬克斯普朗克 1900 年提出： 能量是以一團一團不連續形式存在，稱之為量子， 催生了量子理論。如果我們能了解鳥類如何遷徙， 是否帶來革命性進展？聽起來很奇怪但肯定對的。 德國法蘭克福專門研究鳥類學的 Wolfgang Wiltschko
& Roswitha Wiltschko 威爾奇科夫婦與研究團隊， 在學術期刊《科學》發表了一篇突破性的論文， 證實知更鳥確實可以偵測到地球磁場。他們發現， 鳥類感知方式不像羅盤。羅盤可區別北極和南極， 但是知更鳥只能區別地磁的南北極與赤道的不同。 威爾奇科在 1976 年的研究顯示，知更鳥的磁場感應能力，
很像磁傾角羅盤。但沒人知道這種生物性磁傾角羅盤原理、 如何運作？是什麼機制讓動物偵測到地球磁場和地面夾角？ 答案和近代令人驚訝的量子力學理論有關。 生命詭祕的笑
在路易斯卡羅 Lewis Carroll 的《愛麗絲夢遊仙境》裡， 柴郡貓突然消失只留下露齒的笑容，刺激愛麗絲注意到， 通常看到沒有笑容的貓，但從沒看過沒有貓的笑容。 生物學家感到類似的困惑，儘管知道熱力學在生物運作， 知道基因如何將細胞所需要的每個步驟編碼， 然而生命是什麼的謎，仍舊對他們露齒一笑。 細胞裡的生化反應實在太複雜。
在 1 立方毫米的細胞裡合成成千上萬不同的生化物質。 答案仍然是個謎。沒人發現任何條件能讓死細胞→活細胞。 祖先提出靈魂。我們不相信細胞有靈魂，當細胞或人死去， 究竟是什麼東西不可逆了？我們不懂生命，不能製造生命。 我們唯製造生命的方法是將生化物質注入已有生命的細胞， 或者吃掉它們，讓它們變成我們身體的一部分。 為什麼我們不能履行最低階細菌每秒輕鬆完成的工作？
這是物理學家薛丁格 Erwin Schrodinger 70 多年前的問題。 薛丁格納悶的是，究竟是什麼法則，讓遺傳忠誠度這麼高？ 一模一樣的基因複製品如何原封不動從上一代傳給下一代？ 薛丁格寫《生命是什麼？》時知道基因突變率少於 1/10億。
他提出基因更像原子或是分子，是根據他的量子力學。 《生命是什麼？》表示：生命有機體似乎是巨觀的系統， 其中一部分的行為非常接近所有系統在接近絕對零度、 分子的不規則被移除時的行為。我們之後很快就發現， 在絕對零度時所有物體遵循量子定律不是熱力學定律。 生命是量子的現象，使之能在空中飛行、用腳走路、 在大海裡游泳、從土裡生長，或是閱讀這本書。 隔 閡
發表《生命是什麼？》幾年後，DNA 雙螺旋帶動分子生物學， 不涉及量子現象。生物學家建立基因選殖 gene cloning、 基因工程、基因指紋分析 genome fingerprinting、 基因組測序 genome sequencing 等學說。大體上來說， 忽略具有挑戰性的量子世界。忘了薛丁格大膽的主張： 關於生命得用量子力學來解釋的這個想法。 許多科學家非常懷疑鳥類的羅盤是由量子力學所控制。
量子特性會被龐大物體裡隨機排列的分子洗掉。 這個消散的來源就像撞球一樣的分子相互碰撞， 也是薛丁格說的「規則源自不規則」的統計定律的來源。 散亂的粒子只在特殊環境下重新排列展現隱藏的量子特性， 而且通常很短暫。這是利用量子自旋特性，但磁場一消失， 粒子受分子碰撞再變成隨機排列，量子訊號散亂不可偵測。 這個小心排列的量子力學系統被隨機分子運動瓦解的過程， 稱為退相干 decoherence，消滅無生命物體的量子效應。 溫度增加分子碰撞的能量，即使室溫下退相干瞬間就發生。
生命體不太可能維持精巧的量子態。唯有接近絕對零度時， 所有分子運動停止避免退相干過程，量子力學才得以施展。 薛丁格主張生命以某種不明原因
去執行只能在絕對零度環境才能執行的工作。 在我們所知的宇宙中，沒有任何無生命的巨觀物體
具有這種敏感度能處理物質的複雜結構— 這是由量子力學而不是古典定律所支配的。 薛丁格認為，這就是為什麼生命是如此特殊。
我們終於可以體會他對於生命是什麼 所提出的非凡的答案中所蘊含的意義。 |
|
| ( 知識學習｜檔案分享 ) |
