Каждая клетка нашего организма содержит крошечные «электростанции» — митохондрии. Они превращают энергию из пищи в АТФ, молекулу, которая обеспечивает энергией почти все процессы внутри клетки. Но почему эта система работает настолько эффективно, ученые до сих пор понимают не полностью.
Теперь исследователи из Китая предполагают, что часть ответа может скрываться в квантовой физике.
В экспериментах с живыми клетками, тканями мышей и изолированными митохондриями ученые обнаружили необычные колебания, которые появлялись только тогда, когда внутренняя структура митохондрий оставалась неповрежденной.
Компьютерная модель показала, что этот сигнал может быть связан с особым квантовым взаимодействием. А когда живые клетки освещали инфракрасным светом определенной частоты, они начинали производить примерно на 10% больше АТФ.
Авторы считают, что внутри митохондрий потенциально может существовать квантовое состояние, способное влиять на производство клеточной энергии. Однако пока это лишь гипотеза. Работа опубликована в виде препринта и еще не прошла независимую научную проверку.
Исследователи изучали клетки человека, а также ткани почек, печени, сердца и скелетных мышц мышей. Для анализа использовали метод инфракрасной спектроскопии, позволяющий определить, как молекулы и структуры реагируют на свет разных частот.
Разные молекулы колеблются с характерными частотами. Их можно представить как радиостанции, каждая из которых работает на собственной волне.
В образцах исследователи обнаружили необычный сигнал на частоте 71 терагерц — то есть 71 триллион колебаний в секунду.
Этот сигнал присутствовал в живых клетках, тканях мышей и отдельно выделенных митохондриях. Но когда образцы высушивали и измельчали, разрушая их упорядоченную структуру, он исчезал.
Ученые сосредоточились на кристах — многочисленных складках внутренней мембраны митохондрий. В них много липидов с углерод-водородными связями, которые обычно колеблются примерно на частоте 87 терагерц.
Именно здесь исследователи предполагают существование квантового эффекта.
Согласно предложенной модели, частицы света внутри митохондрий могут взаимодействовать с коллективными колебаниями этих молекулярных связей. В результате возникает общее состояние, сочетающее свойства света и вещества.
Модель предсказывает, что исходная частота в 87 терагерц должна разделиться на два новых энергетических уровня — примерно 71 и 103 терагерца.
Первое значение практически совпадает с загадочным сигналом, который ученые действительно увидели в живых образцах. Второй сигнал обнаружить значительно сложнее, поскольку он перекрывается с колебаниями воды и других биологических молекул.
Исследователи также заметили еще одно совпадение: средняя длина активных митохондрий соответствовала длине волны света с частотой 87 терагерц внутри них. Возможно, митохондрии способны работать как микроскопические камеры, ненадолго удерживающие свет и создающие условия для такого взаимодействия.
Но даже если подобное состояние действительно существует, оставался главный вопрос: влияет ли оно на работу клетки?
Авторы предположили, что да. Частота предполагаемого квантового состояния совпадает с колебаниями углекислого газа, который образуется во время цикла трикарбоновых кислот — одного из ключевых процессов, снабжающих клетку энергией для производства АТФ.
В более ранней теоретической работе эта же группа предположила, что некоторые реакции внутри этого цикла могут сопровождаться выделением фотонов с частотой около 87 терагерц.
Чтобы проверить возможную связь, ученые в течение десяти минут воздействовали на живые клетки слабым инфракрасным светом.
Свет с частотой 71 терагерц увеличил производство АТФ на 10,3%, а воздействие на частоте 87 терагерц — на 10,1%.
При использовании другой частоты заметных изменений не произошло. Это позволяет предположить, что эффект зависел именно от частоты света, а не просто от инфракрасного излучения.
Однако сами исследователи подчеркивают, что эти результаты еще не доказывают существование квантового состояния.
Необычный спектральный сигнал может иметь и другое объяснение. Предполагаемое квантовое взаимодействие не наблюдали непосредственно — его существование вывели из совпадения экспериментальных данных с математической моделью.
Кроме того, эксперимент с производством АТФ проводили только на одной выращенной в лаборатории линии человеческих клеток, причем в каждой группе было всего по восемь образцов. Поэтому пока неизвестно, работает ли такой механизм в организме животных или человека.
Нельзя полностью исключить и влияние нагрева, хотя интенсивность света была очень низкой, а контрольная частота не изменила количество АТФ.
Для подтверждения гипотезы ученым предстоит непосредственно проследить перенос энергии на предполагаемых частотах, воспроизвести результаты в независимых лабораториях и получить более прямые доказательства квантового поведения.
Пока работа лишь указывает на необычную возможность: возможно, митохондрии используют для производства энергии не только обычные химические реакции.
В глубине их складчатых мембран могут происходить процессы, подчиняющиеся законам квантовой физики.
