Научный подход автор: shotlandec | 20-10-2011, 21:05

Квантовая запутанность обернулась клеем для ДНК

Днк алфавит. Алфавит клее. 

Квантовая механика уже достаточно глубоко проникла в смежные научные области. В попытке объяснить в терминах квантовой теории саму жизнь она даже породила свою собственную биологию. Но до сих пор никто не решался прямо утверждать, что эффект запутанности лежит в самой сердцевине живых существ – внутри спирали ДНК.Новорождённая квантовая биология (quantum biology) официально не признана научной дисциплиной. Однако она уже превратилась в одну из самых интересных и захватывающих тем передовых исследований. Например, раскрывающих важную роль квантовых эффектов в ряде биологических процессов, как в фотосинтезе.Новое исследование провела группа физиков из Национального университета Сингапура (NSU). Элизабет Рипер (Elizabet Rieper) и её коллеги исходили из того, что двойная спираль ДНК не распадается именно благодаря принципу квантовой запутанности (сцепленности).
Квантовая запутанность обернулась клеем для ДНК, Днк алфавит, Алфавит клее, Квантовая спутанность в живых организмах, Типы днк и алфавит

Оказывается и такое привычное всем явление, как навигация у птиц, описывается законами квантовой механики: свежая статья греческих учёных, исследующая эту возможность, выложена в открытый доступ на сайте ArXiv.org (Emily Fox/Deviantart.com).
Чтобы проверить свою смелую теорию, учёные построили упрощённую теоретическую модель ДНК на компьютере. В ней каждый нуклеотид состоит из облака электронов вокруг центрального положительно заряженного ядра. Это «негативное» облако может двигаться относительно ядра, создавая диполь. При этом смещение облака туда и обратно приводит к образованию гармонического осциллятора.
Квантовая запутанность обернулась клеем для ДНК, Днк алфавит, Алфавит клее, Квантовая спутанность в живых организмах, Типы днк и алфавит

Ещё одна упрощённая иллюстрация принципа квантовой сцепленности. Условные кубики, находящиеся в такой связи, при одновременном броске выдавали бы одинаковые, но при этом, несомненно, случайные значения (иллюстрация A. Franzen, Albert Einstein Institute).
Рипер с коллегами заинтересовались, что же произойдёт с колебаниями облаков (фононами), когда пары оснований создадут двойную спираль ДНК. По мнению учёных, при формировании пар нуклеотидов их объединённые облака теоретически должны колебаться в противоположном направлении с облаком от соседней пары, чтобы обеспечить стабильность всей структуры.Поскольку фононы по сути являются квантовыми объектами, они могут существовать в виде суперпозиции состояний и умеют «запутываться». Учёные начали с того, что предположили отсутствие любых тепловых эффектов, влияющих на спираль извне. «Очевидно, что цепочки попарно связанных гармонических осцилляторов могут быть запутаны лишь при нулевой температуре», – говорит Рипер.
Квантовая запутанность обернулась клеем для ДНК, Днк алфавит, Алфавит клее, Квантовая спутанность в живых организмах, Типы днк и алфавит

На рисунке изображён эскиз базовой пары нуклеотидов ДНК. Положительно заряженное ядро обозначено красным, отрицательное внешнее электронное облако – сине-жёлтым. В положении равновесия центр обеих частей совпадает, так что никакого постоянного диполя не образуется (иллюстрация Rieper et al.).
В своей пока неопубликованной научными изданиями статье физики приводят доказательство, что эффект запутывания в принципе, может возникнуть и при комнатной температуре.А возможно это потому, что длина волны у описанных фононов близка к размерам спирали ДНК. Это позволяет формироваться так называемым стоячим волнам (феномен, известный как фононный захват). После этого фононы не могут «сбежать».Данный эффект не будет иметь особенного значения для гигантской молекулы, если только он не распространяется на всю спираль. Однако компьютерное моделирование, проведённое Рипер со товарищи, демонстрирует – эффект и вправду колоссален.Каждое электронное облако в паре оснований не просто колеблется согласованно с движениями соседей — фононы при этом находятся в суперпозиции состояний. А общая картина всех таких колебаний в ДНК описывается квантовыми законами: вдоль всей цепочки нуклеотиды-осцилляторы колеблются синхронно – это проявление квантовой сцепленности. Общее же движение спирали оказывается равным нулю.
Квантовая запутанность обернулась клеем для ДНК, Днк алфавит, Алфавит клее, Квантовая спутанность в живых организмах, Типы днк и алфавит

Модель спирали ДНК, на которой увеличен фрагмент с двумя соседними парами оснований. Синим выделены электронные облака в двух крайних позициях своих колебаний, направления которых отмечают стрелки (иллюстрация Rieper et al.).
Если пытаться описать эту модель исключительно в рамках классической физики, то ничего из перечисленного произойти не сможет: «классическая» спираль должна хаотично вибрировать и распадаться на части.По мнению исследователей, именно квантовые эффекты ответственны за «склеивание» ДНК. Но, как и в случае с теорией космической ряби – амбициозной «сестрой-близнецом» нынешней работы (правда, занятой объектами макромира), – главный вопрос не оригинален: как этот вывод доказать?Ответа пока нет. Команда Рипер в конце своей статьи интригует мыслью о том, что запутывание каким-то образом напрямую влияет на способ «считывания» информации из ДНК. Дескать, в будущем это удастся проверить и использовать экспериментально. Как именно – пока никто даже не предполагает.Несмотря на некоторую долю спекулятивности, выдвинутое физиками предположение взбудоражило многие умы. Ведь квантовые эффекты уже находили в самых неожиданных местах, например в электрической цепи, но покамест никто не замахивался на претензии такого масштаба – микроскопического и в то же время невероятно важного.В свете изложенного тратящий массу сил на запутывание нескольких кубитов в твёрдом теле человек выглядит забавно, поскольку не подозревает, что самым ярким примером такой системы является он сам.

Квантовая спутанность в живых организмах. Типы днк и алфавит. Модель цепочки днк. 

Статьи раздела Научный подход

Открытие двойной спирали

Открытие двойной спиралиФакт открытия спирали ДНК сам по себе интересен и очень важен для всего человечества. С помощью полученных знаний люди научились лечить заболевания, селекционировать, клонировать. Открытие ДНК очень важно для современной науки.

Квантовый барабан застучал в такт с кубитом

Квантовый барабан застучал в такт с кубитомВ странном мире квантовой механики допускается, что крошечный объект может быть в двух местах одновременно. За век, прошедший с момента зарождения этой науки, квантовые эффекты наблюдали на примере электронов, фотонов, атомов и молекул. Однако для рукотворных механических объектов достоверных примеров учёные не получали – до сегодняшнего дня.

Квантовая машина времени разрешает парадокс убийства дедушки

Квантовая машина времени разрешает парадокс убийства дедушкиЧто бы ни происходило с положительным главным героем стандартного боевика, мы заранее знаем — он выживет. Закон жанра. Теперь учёные обосновали аналогичный закон природы для перемещений во времени. Если гипотеза верна, путешественнику никогда не удастся убить своего дедушку в прошлом: что-нибудь обязательно отклонит пулю, нож или кирпич в последний момент.

Открыты квантово-механические фокусы фотосинтеза

Открыты квантово-механические фокусы фотосинтезаКвантовую механику в действии обнаружили внутри клеток морских водорослей Грегори Шолс (Gregory Scholes) и его коллеги из университета Торонто. Примечательно, что эффективное перенаправление энергии происходило в процессе фотосинтеза и при нормальной температуре.

Для суперструн физики подобрали квантовые аккорды

Для суперструн физики подобрали квантовые аккордыНеожиданное открытие совершила команда британских физиков. Согласно их модели, теория струн может напрямую прогнозировать поведение сцепленных квантовых частиц. А поскольку новую гипотезу можно протестировать в лабораторных условиях, это значит, что и теория, прозванная «непроверяемой», может наконец лишиться такого печального статуса.

 (голосов: 0)

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.
Информация

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии в данной новости.

Это интересно
.
Последние новости

Уход за старой кошкой

Хозяева зачастую, в суете дней не улавливают того момента когда их кошка стареет и нуждается в большем уходе. Внешне поведение может совсем не измениться, но звоночком может послужить изменение его поведения: апатия, потеря аппетита, увеличение продолжительности сна.


Алхимия: из низшего в высшее

Некоторые ученые полагают, что само понятие «алхимия» ведет свою историю от греческого термина «хио», которое означает «изливать» или «лить металл», поскольку очень многое в алхимии связано с металлами, разнообразными способами их получения и обработки.


Кольцо в небе над Венесуэллой

Необычное явление наблюдалось 21 июня 2003 г. в 20 километрах к западу от Каракаса. В 6 часов вечера люди заметили в небе странное плотное облако, по форме отдаленно напоминающее чечевицу.


Кресло исполняет желания

Есть на планете места, где удивительным образом тайное становится явным, а мечты вдруг приобретают вполне осязаемые реальные черты.


Призрак короля

Невероятно таинственная история случилась в 1792 г. В период французского революционного переворота. Таинственный призрак, повлиявший на течение исторических событий, предотвратил назревавшее кровопролитие между французами и австрийско-прусской империей.


Человек произошел от скрещивания шимпанзе со свиньей

Даже по сей день диспуты о происхождении человека не утихают, а становятся все горячее. Генетик из Америки выдвинул новую гипотезу о происхождении человека. Разработал он ее в университете Джорджии со своими коллегами.


Город оплавленных камней

Прибрежные равнины Перу, окруженные высокогорьем Анд считаются самой протяженной горной цепью, которую называют остовом Южного континента Америки. Здесь в нагорной долине, окруженной неприступными скалами, зарождающяяся империя кечуа, заложила основу своего государства Куско.


Загадочные двойники
Американец Адриан Браун работает шофером в частной охранной фирме. Каждую ночь объезжает объекты строго по установленному маршруту.


Человек по своей природе крайне суеверный, оттуда и берутся многочисленные приметы и разные народные суеверия. Этих суеверий великое множество. Так одни из самых распространённых имеют тематику «потерял- нашел». 


Женское имя - Лариса. Тайна имени
Лариса - имя, имеющее латинские корни. В переводе означает «чайка». Как вольная птица, Лариса все старается взмыть повыше в небо, то и дело подвергая сомнению законы гравитации.


Мужское имя - Геннадий. Тайна имени
Геннадий (в буквальном переводе означает «родовитый») - имя имеющее древнегреческие корни. И действительно, Геннадии часто находятся под гнетом своей родословной. 


Космический телескоп Хаббла.

Прошедшее столетие далеко продвинуло человеческие познания в сфере исследования нашей Вселенной. Было сделано множество открытий с помощью сложных оптических телескопов, расположенных в высокогорных исследовательских обсерваториях.



Титан – металл для освоения космических пространств.

Бездна космических глубин начинается сразу же за тонкой оболочкой земной атмосферы. Наша Солнечная система выглядит совсем небольшой на фоне этой абсолютной пустоты.



Самая маленькая птица на Земле.
Радужная птичка колибри является самой маленькой птицей на Земле. Это прекрасное творение природы обитает на просторах Американского континента от Аляски до Огненной Земли. 


Интересные факты про насекомых.
Одним из самых необычных фактов о насекомых является то, что в отличие от людей, они не испытывают боли. Боль – это неприятное телесное и эмоциональное ощущение, которое связано с реальным или возможным повреждением тканей организма.

Популярные новости