人类大脑通过富含色氨酸的蛋白质进行量子计算

2025-8-15 20:58| 发布者: bicq| 查看: 55| 评论: 0

摘要: 虽然大多数研究关注神经元，但库里安提醒我们，地球上大部分生命是无神经的。细菌、植物、真菌和单细胞生物构成了地球生物量的主体，这些生物系统可能像大脑一样高效地利用色氨酸网络和量子效应。

【消费电子实验室-2025/8/15】霍华德大学量子生物学实验室的最新研究颠覆了传统认知，证实人类大脑中富含色氨酸的蛋白质结构能够进行天然的量子计算。这一发现表明，生物系统在温暖嘈杂的环境中不仅能维持量子效应，还可能利用这些效应进行超越传统生物方法的信息处理。

温热环境中的量子奇迹

传统量子理论认为，量子行为只能在极冷且安静的环境中存在。现有的量子计算机必须保持比外太空更低的温度才能避免干扰，室温下的热量和噪声通常会破坏量子效应所需的脆弱条件。这使得大多数科学家认为，量子效应无法在人体温暖嘈杂的环境中存在。

然而，由菲利普·库里安领导的研究团队发现了令人震惊的证据：量子行为不仅能在生物系统中存在，还可能是生命本身的基本要素。研究显示，密集的色氨酸分子网络——包装在微管、中心粒和神经元束等结构中——能够像量子光学设备一样运作。

这些网络不仅携带光能，还以类似高科技量子系统的方式管理光能，只是这一切发生在活体物质内部。研究结果发表在《科学进展》期刊上，揭示超辐射现象可以在温暖的生物组织中出现，而不仅仅局限于冷原子系统。

洛桑联邦理工学院的马杰德·切尔吉教授领导了实验团队，他解释道："我们运用标准蛋白质光谱学方法，在理论合作者预测的指导下，确认了微米级生物系统中超辐射的惊人特征。"

生物量子网络的独特机制

色氨酸作为一种特殊的氨基酸，具有独特的吲哚环结构，使其特别擅长吸收紫外光。它还具有强烈的斯托克斯位移荧光特性，意味着它发出的光在颜色上与吸收的光明显分离。这些特性使其成为实验室研究蛋白质行为的理想工具。

更重要的是，色氨酸在生物系统的关键位置天然存在，特别是在细胞膜的水脂界面处。它存在于跨膜蛋白、光感受器、血红蛋白中，尤其是在细胞内复杂的细胞骨架结构中，包括帮助细胞分裂、改变形状和移动的微管和中心粒。

库里安的团队研究了这些包含超过10万个色氨酸分子的中尺度网络，发现它们经常表现出集体光学响应。结构越有序，量子效应越强。即使引入无序因素，这些效应在正常生物温度下仍能存在。

当细胞进行有氧呼吸时，会产生自由基或活性氧物质，这些不稳定粒子能发射高能紫外光子，损害DNA和其他重要分子。色氨酸网络充当天然屏障，吸收有害光线并以较低能量重新发射，减少损害。由于超辐射效应，它们执行这种保护功能的速度和效率远超单个分子。

信息处理的革命性突破

这种速度在大脑中可能具有更重要的意义。传统神经科学模型认为，信息通过化学信号在神经元之间传递，需要毫秒级时间完成。但库里安的研究发现，超辐射信号传输发生在皮秒级——比传统方式快约十亿倍。

在此前发表于《物理化学杂志》的研究中，库里安团队发现这些信号可能允许细胞以传统模型无法解释的速度和规模共享信息。它们可能像光纤电缆一样，通过组织传输基于光的数据，实现新层次的生物计算。

库里安进行了一项大胆的计算：基于量子力学定律、光速和宇宙物质密度，他估算了地球生命自诞生以来可能处理的信息量。结果显示，由色氨酸网络等量子增强结构驱动的生命信息处理能力，可能与可观测宇宙中所有已知物质的信息处理能力相匹敌。

（图片来源：Pixabay的Gerd Altmann）

细胞中富含色氨酸的结构可能不仅仅是保护你，它们可能是以量子速度计算的。

这一发现呼应了物理学家埃尔温·薛定谔在1944年著作《生命是什么？》中提出的问题：是否有比化学更深层的东西在支配生物系统。库里安的工作现在提供了可能的答案。

麻省理工学院量子计算先驱塞思·劳埃德教授对这项研究给予高度评价："提醒我们生物系统执行的计算比人工系统强大得多，这很有意义。"

虽然大多数研究关注神经元，但库里安提醒我们，地球上大部分生命是无神经的。细菌、植物、真菌和单细胞生物构成了地球生物量的主体，这些生物系统可能像大脑一样高效地利用色氨酸网络和量子效应。

新闻资讯