क्वांटम जीव विज्ञान

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क्वांटम जीव विज्ञान जीव विज्ञान के उन पहलुओं पर क्वांटम यांत्रिकी और सैद्धांतिक रसायन शास्त्र के अनुप्रयोगों का अध्ययन है जिन्हें भौतिकी के शास्त्रीय नियमों द्वारा सटीक रूप से वर्णित नहीं किया जा सकता है।[1] मूलभूत क्वांटम अंतःक्रियाओं की समझ महत्वपूर्ण है क्योंकि वे जैविक प्रणालियों में संगठन के अगले स्तर के गुणों को निर्धारित करती हैं।

कई जैविक प्रक्रियाओं में ऊर्जा का ऐसे रूपों में रूपांतरण शामिल होता है जो रासायनिक परिवर्तनों के लिए उपयोगी होते हैं, और ये प्रक्रियाएं क्वांटम यांत्रिक प्रकृति की होती हैं। ऐसी प्रक्रियाओं में रासायनिक प्रतिक्रियाएं, प्रकाश अवशोषण, उत्तेजित इलेक्ट्रॉनिक अवस्थाओं का निर्माण, उत्तेजना ऊर्जा का स्थानांतरण, और रासायनिक प्रक्रियाओं में इलेक्ट्रॉन तथा प्रोटॉन (हाइड्रोजन आयन) का स्थानांतरण शामिल होता है, जैसे कि प्रकाश संश्लेषण, दृश्य धारणा, घ्राण, और कोशिकीय श्वसन।[2] इसके अलावा, क्वांटम जीव विज्ञान क्वांटम यांत्रिक प्रभावों के आलोक में जैविक अंतःक्रियाओं को मॉडल करने के लिए संगणनाओं (कंप्यूटेशन्स) का उपयोग कर सकता है। क्वांटम जीव विज्ञान गैर-तुच्छ क्वांटम घटनाओं के प्रभाव से संबंधित है, जिसे मूलभूत भौतिकी के अनुप्रयोग द्वारा जैविक प्रक्रियाओं के माध्यम से समझाया जा सकता है।

इतिहास

क्वांटम जीव विज्ञान एक उभरता हुआ क्षेत्र है, इस अर्थ में कि अधिकांश वर्तमान शोध सैद्धांतिक हैं और ऐसे प्रश्नों के अधीन हैं जिनके लिए आगे के प्रयोगों की आवश्यकता है। यद्यपि इस क्षेत्र पर हाल ही में बहुत अधिक ध्यान दिया गया है, लेकिन 20वीं शताब्दी के दौरान भौतिकविदों द्वारा इसकी संकल्पना की गई थी। यह सुझाव दिया गया है कि क्वांटम जीव विज्ञान चिकित्सा जगत के भविष्य में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकता है।[3] क्वांटम भौतिकी के शुरुआती अग्रदूतों ने जैविक समस्याओं में क्वांटम यांत्रिकी के अनुप्रयोगों को देखा था। इरविन श्रोडिंगर की 1944 की पुस्तक व्हाट इज लाइफ? में जीव विज्ञान में क्वांटम यांत्रिकी के अनुप्रयोगों पर चर्चा की गई थी। श्रोडिंगर ने एक "एपेरियोडिक क्रिस्टल" का विचार प्रस्तुत किया जिसमें सहसंयोजक रासायनिक बंध के विन्यास में आनुवंशिक जानकारी शामिल थी। उन्होंने आगे सुझाव दिया कि उत्परिवर्तन "क्वांटम छलांग" द्वारा उत्पन्न होते हैं। अन्य अग्रदूतों नील्स बोर, पास्कल जॉर्डन, और मैक्स डेलब्रुक ने तर्क दिया कि पूरकता का क्वांटम विचार जीवन विज्ञान के लिए मौलिक था। 1963 में, पेर-ओलोव लोवडिन ने डीएनए उत्परिवर्तन के एक अन्य तंत्र के रूप में प्रोटॉन सुरंगन (टनलिंग) को प्रकाशित किया। अपने शोधपत्र में, उन्होंने कहा कि "क्वांटम जीव विज्ञान" नामक अध्ययन का एक नया क्षेत्र है। 1979 में, सोवियत और यूक्रेनी भौतिक विज्ञानी अलेक्जेंडर डेविडोव ने बायोलॉजी एंड क्वांटम मैकेनिक्स शीर्षक से क्वांटम जीव विज्ञान पर पहली पाठ्यपुस्तक प्रकाशित की।

एंजाइम उत्प्रेरण

माना गया है कि एंजाइम इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में इलेक्ट्रॉन स्थानांतरित करने के लिए क्वांटम टनलिंग का उपयोग करते हैं।[4] यह संभव है कि प्रोटीन चतुर्धातुक संरचनाएं निरंतर क्वांटम उलझाव और संबद्धता (कोहेरेंस) को सक्षम करने के लिए अनुकूलित हो गई हों, जो जैविक संस्थाओं में क्वांटम टनलिंग के दो सीमित कारक हैं। ये संरचनाएं क्वांटम ऊर्जा स्थानांतरण के एक बड़े प्रतिशत के लिए जिम्मेदार हो सकती हैं, जो इलेक्ट्रॉन परिवहन और प्रोटॉन टनलिंग (आमतौर पर हाइड्रोजन आयनों, H+ के रूप में) के माध्यम से होती हैं। टनलिंग का तात्पर्य किसी उपपरमाण्विक कण की स्थितिज ऊर्जा बाधाओं के आर-पार यात्रा करने की क्षमता से है। यह क्षमता, आंशिक रूप से, पूरकता के सिद्धांत के कारण है, जो यह मानता है कि कुछ पदार्थों में गुणों के ऐसे जोड़े होते हैं जिन्हें माप के परिणाम को बदले बिना अलग से नहीं मापा जा सकता है। इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉनों जैसे कणों में तरंग-कण द्वैत होता है; वे भौतिकी के नियमों का उल्लंघन किए बिना अपनी तरंग विशेषताओं के कारण ऊर्जा बाधाओं से गुजर सकते हैं। कई एंजाइमी गतिविधियों में क्वांटम टनलिंग का उपयोग कैसे किया जाता है, इसका परिमाण निर्धारित करने के लिए, कई बायोफिज़िसिस्ट हाइड्रोजन आयनों के अवलोकन का उपयोग करते हैं। जब हाइड्रोजन आयन स्थानांतरित होते हैं, तो इसे किसी कोशिकांग के प्राथमिक ऊर्जा प्रसंस्करण नेटवर्क में एक प्रमुख घटक के रूप में देखा जाता है; दूसरे शब्दों में, क्वांटम प्रभाव आमतौर पर एक एंगस्ट्रॉम (1 Å) के क्रम की दूरियों पर प्रोटॉन वितरण स्थलों पर कार्य करते हैं। भौतिकी में, क्वांटम तत्वों (जैसे कण) से मैक्रोस्कोपिक घटनाओं (जैसे जैव-रसायन) में स्थानांतरण के कारण इस प्रक्रिया को परिभाषित करने में एक अर्धशास्त्रीय (एससी) दृष्टिकोण सबसे उपयोगी है। हाइड्रोजन टनलिंग के अलावा, अध्ययनों से यह भी पता चलता है कि क्वांटम टनलिंग के माध्यम से रेडॉक्स केंद्रों के बीच इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण प्रकाश संश्लेषण और कोशिकीय श्वसन की एंजाइमी गतिविधि में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है (नीचे माइटोकॉन्ड्रिया अनुभाग भी देखें)।

फेरिटिन

फेरिटिन एक लौह भंडारण प्रोटीन है जो पौधों और जानवरों में पाया जाता है। यह आमतौर पर 24 उप-इकाइयों से बनता है जो लगभग 2 nm मोटे गोलाकार खोल में स्वतः संयोजित होती हैं, जिसका बाहरी व्यास लोहे के भार के साथ लगभग 16 nm तक भिन्न होता है। खोल के कोर के अंदर Fe3+ ऑक्सीकरण अवस्था में जल-अघुलनशील यौगिकों जैसे फेरीहाइड्राइट और मैग्नेटाइट के रूप में ~4500 तक लोहे के परमाणुओं को संग्रहीत किया जा सकता है।[5] फेरिटिन कम से कम कई घंटों तक इलेक्ट्रॉनों को संग्रहीत करने में सक्षम है, जो Fe3+ को पानी में घुलनशील Fe2+ में अपचयित करते हैं। 2 nm मोटे प्रोटीन खोल के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों के पारगमन के तंत्र के रूप में इलेक्ट्रॉन टनलिंग को 1988 के प्रारंभ में ही प्रस्तावित किया गया था। फेरिटिन के इलेक्ट्रॉन टनलिंग और अन्य क्वांटम यांत्रिक गुणों को 1992 में देखा गया था, और कमरे के तापमान तथा परिवेशी स्थितियों पर इलेक्ट्रॉन टनलिंग को 2005 में देखा गया था। फेरिटिन से जुड़ी इलेक्ट्रॉन टनलिंग एक क्वांटम जैविक प्रक्रिया है, और फेरिटिन एक क्वांटम जैविक एजेंट है।

इलेक्ट्रोड के बीच फेरिटिन के माध्यम से इलेक्ट्रॉन टनलिंग तापमान से स्वतंत्र होती है, जो इंगित करती है कि यह काफी हद तक संबद्ध (कोहेरेंट) और सक्रियण-रहित (एक्टिवेशन-लेस) है।[6] इलेक्ट्रॉन टनलिंग की दूरी फेरिटिन के आकार का एक फलन है। एकल इलेक्ट्रॉन टनलिंग की घटनाएं फेरिटिन के माध्यम से 8 nm तक की दूरी पर हो सकती हैं, और क्रमिक इलेक्ट्रॉन टनलिंग फेरिटिन के माध्यम से 12 nm तक हो सकती है। यह प्रस्तावित किया गया है कि इलेक्ट्रॉन टनलिंग मैगनॉन-सहायता प्राप्त है और फेरिटिन कोर में मैग्नेटाइट माइक्रोडोमेन से जुड़ी है।

फेरिटिन द्वारा इन विवो प्रदर्शित क्वांटम यांत्रिक गुणों का प्रारंभिक साक्ष्य 2004 में सूचित किया गया था, जहां लघु-कोण न्यूट्रॉन प्रकीर्णन (SANS) का उपयोग करके अपरा मैक्रोफेज में फेरिटिन संरचनाओं के चुंबकीय क्रम में वृद्धि देखी गई थी।[7] क्वांटम डॉट ठोस भी SANS परीक्षण में बढ़ा हुआ चुंबकीय क्रम दिखाते हैं, और लंबी दूरी तक इलेक्ट्रॉनों का संवहन कर सकते हैं। SANS परीक्षण के साथ सिलिकॉन सब्सट्रेट पर एक व्यवस्थित परत में व्यवस्थित फेरिटिन कोर के बढ़े हुए चुंबकीय क्रम को भी देखा गया है। अपरा मैक्रोफेज जैसी फेरिटिन संरचनाओं का ठोस अवस्था विन्यासों में परीक्षण किया गया है और वे अनुक्रमिक टनलिंग और कूलम्ब नाकेबंदी (ब्लॉकेड) के निर्माण के माध्यम से 80 माइक्रोन तक की दूरी पर इलेक्ट्रॉनों का संवहन करने के क्वांटम डॉट ठोस-जैसे गुणों को प्रदर्शित करती हैं। अपरा मैक्रोफेज में फेरिटिन के माध्यम से इलेक्ट्रॉन परिवहन एक विरोधी भड़काऊ (एंटी-इंफ्लेमेटरी) कार्य से जुड़ा हो सकता है।

चालकीय परमाणु बल माइक्रोस्कोपी द्वारा सब्सटेंशिया नाइग्रा पार्स कॉम्पेक्टा (SNc) ऊतक के विश्लेषण में फेरिटिन क्रोडों (cores) के बीच इलेक्ट्रॉन टनलिंग के साक्ष्य मिले हैं, जो ऐसी संरचनाओं में होते हैं जो न्यूरोमेलेनिन अंगकों के बाहर फेरिटिन की परतों से सुसंगत हैं।[8] 

SNc के बड़े डोपामाइन न्यूरॉन्स के कोशिका निकायों में और ग्लियाल कोशिकाओं में उन कोशिका निकायों के बीच फेरिटिन परतों के साक्ष्य भी पाए गए हैं,[9] और यह परिकल्पना की गई है कि यह न्यूरॉन के कार्य से संबंधित है। फेरिटिन की अत्यधिक अभिव्यक्ति (overexpression) प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों के संचय को कम करती है, और इलेक्ट्रॉन टनलिंग के माध्यम से प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों को बेअसर करने के लिए एंटीऑक्सिडेंट से इलेक्ट्रॉनों की क्षमता को बढ़ाकर एक उत्प्रेरक के रूप में कार्य कर सकती है। फेरिटिन को एरिथ्रोपोएसिस से जुड़े लाइसोसोम में भी व्यवस्थित विन्यासों में देखा गया है, जहाँ यह लाल रक्त कोशिका निर्माण से संबंधित हो सकता है। जीवित कोशिकाओं में फेरिटिन से संबंधित टनलिंग के विवो (in vivo) प्रत्यक्ष साक्ष्य डीप ब्रेन स्टिमुलेशन परीक्षणों से प्राप्त हुए हैं। एंटी-फेरिटिन से चिह्नित क्वांटम डॉट्स का उपयोग करके फेरिटिन से जुड़े इलेक्ट्रॉन परिवहन के साक्ष्य प्राप्त करना भी संभव हो सकता है, जिन्हें तब फोटॉनों का उत्सर्जन करना चाहिए यदि फेरिटिन कोर में संग्रहीत इलेक्ट्रॉन क्वांटम डॉट्स में टनल करते हैं।

  • प्लेसेंटल मैक्रोफेज फेरिटिन की इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप छवि
    प्लेसेंटल मैक्रोफेज फेरिटिन की इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप छवि
  • मानव सब्सटेंशिया नाइग्रा पार्स कॉम्पेक्टा (SNc) ऊतक की चालकीय परमाणु बल माइक्रोस्कोपी छवि
    मानव सब्सटेंशिया नाइग्रा पार्स कॉम्पेक्टा (SNc) ऊतक की चालकीय परमाणु बल माइक्रोस्कोपी छवि
  • न्यूरोमेलेनिन अंगकों के बाहर आयरन (लाल) का इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपिक इमेजिंग
    न्यूरोमेलेनिन अंगकों के बाहर आयरन (लाल) का इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपिक इमेजिंग
  • SNc से ग्लियाल कोशिका की इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप छवि, जो प्लेसेंटल ऊतक में फेरिटिन जैसी संरचनाओं को दर्शाती है
    SNc से ग्लियाल कोशिका की इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप छवि, जो प्लेसेंटल ऊतक में फेरिटिन जैसी संरचनाओं को दर्शाती है

संवेदी प्रक्रियाएं

घ्राण

घ्राण, यानी सूंघने की क्षमता, को दो भागों में विभाजित किया जा सकता है; एक रसायन का अभिग्रहण और संसूचन, और वह संसूचन मस्तिष्क तक कैसे भेजा जाता है और संसाधित किया जाता है। किसी गंधक (odorant) का पता लगाने की यह प्रक्रिया अभी भी विचाराधीन है। "घ्राण के आकार सिद्धांत" नामक एक सिद्धांत सुझाव देता है कि कुछ घ्राण ग्राही (olfactory receptors) रसायनों के विशिष्ट आकारों से सक्रिय होते हैं और वे ग्राही मस्तिष्क को एक विशिष्ट संदेश भेजते हैं।[10] एक अन्य सिद्धांत (क्वांटम परिघटनाओं पर आधारित) बताता है कि घ्राण ग्राही उन अणुओं के कंपन का पता लगाते हैं जो उन तक पहुँचते हैं और "गंध" विभिन्न कंपन आवृत्तियों के कारण होती है; इस सिद्धांत को उपयुक्त रूप से "घ्राण का कंपन सिद्धांत" कहा जाता है।

घ्राण का कंपन सिद्धांत, जिसे 1938 में मैल्कम डायसन द्वारा प्रतिपादित किया गया था[11] लेकिन 1996 में लुका ट्यूरिन द्वारा पुनर्जीवित किया गया था, यह प्रस्ताव करता है कि गंध की अनुभूति का तंत्र जी-प्रोटीन ग्राहियों के कारण होता है जो अणुओं के आर-पार अप्रत्यास्थ इलेक्ट्रॉन टनलिंग (tunneling जहाँ इलेक्ट्रॉन ऊर्जा खो देता है) के कारण आणविक कंपनों का पता लगाते हैं। इस प्रक्रिया में एक अणु जी-प्रोटीन ग्राही के साथ एक बंधन स्थल को भरता है। ग्राही से रसायन के बंधने के बाद, रसायन तब एक सेतु के रूप में कार्य करता है जिससे इलेक्ट्रॉन प्रोटीन के माध्यम से स्थानांतरित हो सके। जैसे ही इलेक्ट्रॉन उस अवरोध के पार स्थानांतरित होता है जो अन्यथा एक अवरोध होता, वह ग्राही से नए बंधे अणु के कंपन के कारण ऊर्जा खो देता है। इसके परिणामस्वरूप अणु को सूंघने की क्षमता उत्पन्न होती है।

यद्यपि कंपन सिद्धांत के पास अवधारणा के कुछ प्रायोगिक प्रमाण हैं,[12] फिर भी प्रयोगों में कई विवादास्पद परिणाम सामने आए हैं। कुछ प्रयोगों में, जानवर विभिन्न आवृत्तियों और समान संरचना वाले अणुओं के बीच की गंधों में अंतर करने में सक्षम होते हैं, जबकि अन्य प्रयोग दर्शाते हैं कि मनुष्य विशिष्ट आणविक आवृत्तियों के आधार पर गंधों में अंतर करने में असमर्थ हैं।

दृष्टि

মূল নিবন্ধ: Visual phototransduction

दृष्टि फ़ोटोट्रांसडक्शन नामक एक प्रक्रिया में प्रकाश संकेतों को एक क्रिया विभव (action potential) में परिवर्तित करने के लिए परिमाणित (क्वांटाइज़्ड) ऊर्जा पर निर्भर करती है। फ़ोटोट्रांसडक्शन में, एक फोटॉन प्रकाश ग्राही में एक क्रोमोफ़ोर के साथ परस्पर क्रिया करता है। क्रोमोफ़ोर फोटॉन को अवशोषित करता है और प्रकाशीय समावयवीकरण से गुजरता है। संरचना में यह परिवर्तन फ़ोटो रिसेप्टर की संरचना में परिवर्तन को प्रेरित करता है और इसके परिणामस्वरूप बनने वाले सिग्नल ट्रांसडक्शन मार्ग एक दृश्य संकेत की ओर ले जाते हैं। हालाँकि, प्रकाशीय समावयवीकरण अभिक्रिया उच्च लब्धि (yield) के साथ, 200 फ़ेम्टोसेकंड से भी कम समय में तीव्र गति से घटित होती है।[13] मॉडल इस दक्षता को प्राप्त करने के लिए मूल अवस्था और उत्तेजित अवस्था विभवों को आकार देने में क्वांटम प्रभावों के उपयोग का सुझाव देते हैं।

मानव आंख के रेटिना में मौजूद सेंसर इतना संवेदनशील है कि वह एक एकल फोटॉन का पता लगा सकता है।[14] एकल फोटॉन संसूचन कई विभिन्न तकनीकों को जन्म दे सकता है। विकास का एक क्षेत्र क्वांटम संचार और क्रिप्टोग्राफी में है। इसका विचार एक बायोमेट्रिक प्रणाली का उपयोग करके रेटिना के कुछ ही बिंदुओं पर फोटॉनों की यादृच्छिक चमक के साथ आंख को मापना है जो रेटिना को "पढ़ते" हैं और व्यक्ति की पहचान करते हैं। यह बायोमेट्रिक प्रणाली केवल एक विशिष्ट रेटिनल मैप वाले विशिष्ट व्यक्ति को ही संदेश डिकोड करने की अनुमति देगी। यह संदेश किसी अन्य व्यक्ति द्वारा तब तक डिकोड नहीं किया जा सकता जब तक कि छिपकर सुनने वाला सही मैप का अनुमान न लगा ले या संदेश के अभीष्ट प्राप्तकर्ता के रेटिना को न पढ़ सके।

मिशेल बर्थियर और एडोआर्डो प्रोवेंजी द्वारा वैज्ञानिक लेखों की एक श्रृंखला में मानव रंग बोध में एक अंतर्निहित क्वांटम संरचना के सैद्धांतिक और गणितीय साक्ष्य प्रस्तुत किए गए हैं।[15] उल्लेखनीय रूप से, उनके क्वांटम औपचारिकता में, हेरिंग द्वारा प्रस्तावित क्रोमैटिक विरोध परिघटनाएं स्वाभाविक रूप से उभरती हैं। इस रूपरेखा के भीतर विरोध के बोध के लिए अनिश्चितता सिद्धांतों की भविष्यवाणी की गई है, जिसने अब तक गैर-तटस्थ प्रकाशक की उपस्थिति के कारण प्राकृतिक छवियों में उत्पन्न होने वाले रंगीन प्रभाव (color cast) को हटाने में ठोस अनुप्रयोगों का प्रदर्शन किया है।

ऊर्जा अंतरण

प्रकाश संश्लेषण

মূল নিবন্ধ: Photosynthesis

सामान्य फ़ोटोसिस्टम कॉम्प्लेक्स
प्रोकैरियोट्स और यूकेरियोट्स दोनों के फ़ोटोसिस्टम में पाया जाने वाला एंटीना कॉम्प्लेक्स
FMO कॉम्प्लेक्स का आरेख। प्रकाश एक एंटीना में इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करता है। यह उत्तेजना फिर प्रकाश संश्लेषण को आगे बढ़ाने के लिए FMO कॉम्प्लेक्स में विभिन्न प्रोटीनों के माध्यम से प्रतिक्रिया केंद्र में स्थानांतरित होती है।

प्रकाश संश्लेषण उस जैविक प्रक्रिया को संदर्भित करता है जिसका उपयोग प्रकाश संश्लेषक कोशिकाएं सूर्य के प्रकाश का उपयोग करके अकार्बनिक प्रारंभिक पदार्थों से कार्बनिक यौगिकों को संश्लेषित करने के लिए करती हैं।[16] गैर-तुच्छ (non-trivial) क्वांटम व्यवहार प्रदर्शित करने के रूप में मुख्य रूप से प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश-अभिक्रिया चरण को शामिल माना गया है। इस चरण में, फोटॉनों को झिल्ली-बद्ध फोटोसिस्टम द्वारा अवशोषित किया जाता है। फोटोसिस्टम में दो प्रमुख डोमेन होते हैं, प्रकाश-संग्रहण संकुल (एंटीना) और अभिक्रिया केंद्र। ये एंटीना विभिन्न जीवों में भिन्न होते हैं। उदाहरण के लिए, जीवाणु क्लोरोफिल वर्णकों के वृत्ताकार समुच्चयों का उपयोग करते हैं, जबकि पौधे झिल्ली-सन्निहित प्रोटीन और क्लोरोफिल संकुलों का उपयोग करते हैं। चाहे जो भी हो, फोटॉन पहले एंटीना द्वारा ग्रहण किए जाते हैं और फिर अभिक्रिया-केंद्र संकुल को स्थानांतरित कर दिए जाते हैं। विभिन्न वर्णक-प्रोटीन संकुल, जैसे कि हरे सल्फर जीवाणुओं में FMO संकुल, एंटीना से अभिक्रिया स्थल तक ऊर्जा स्थानांतरित करने के लिए जिम्मेदार होते हैं। अभिक्रिया-केंद्र संकुल का फोटॉन-चालित उत्तेजन प्राथमिक इलेक्ट्रॉन ग्राही, जो अभिक्रिया-केंद्र संकुल का ही एक घटक है, के ऑक्सीकरण और अपचयन की मध्यस्थता करता है। माइटोकॉन्ड्रिया की इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला की ही तरह, ऑक्सीकरण और अपचयन की एक रैखिक श्रृंखला थायलाकोइड झिल्ली के आर-पार प्रोटॉन (H+) पंपिंग, एक प्रोटॉन प्रेरक बल के विकास, और ATP के संश्लेषण के साथ ऊर्जावान युग्मन को संचालित करती है।

प्रकाश-संग्रहण एंटीना से अभिक्रिया केंद्र तक इलेक्ट्रॉन-उत्तेजन स्थानांतरण (EET) की पिछली समझ असंबद्ध EET के फ़ोस्टर (Förster) सिद्धांत पर निर्भर रही है, जो क्रोमोफोर के बीच दुर्बल इलेक्ट्रॉन युग्मन और एक से दूसरे में असंबद्ध हॉपिंग की परिकल्पना करता है। यह सिद्धांत FT इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी प्रयोगों द्वारा काफी हद तक अप्रमाणित कर दिया गया है, जो 99% से अधिक दक्षता के साथ इलेक्ट्रॉन अवशोषण और स्थानांतरण को दर्शाते हैं,[17] जिसे शास्त्रीय यांत्रिक मॉडलों द्वारा स्पष्ट नहीं किया जा सकता है। इसके बजाय, 1938 की शुरुआत में ही, वैज्ञानिकों ने यह सिद्धांत प्रतिपादित किया था कि क्वांटम संसक्ति (quantum coherence) उत्तेजन-ऊर्जा स्थानांतरण का तंत्र थी। वास्तव में, फोटोसिस्टम की संरचना और प्रकृति इसे क्वांटम क्षेत्र में रखती है, जिसमें EET फेमटो- से नैनोसेकंड पैमाने तक होता है, जो उप-नैनोमीटर से नैनोमीटर तक की दूरियों को आच्छादित करता है। प्रकाश संश्लेषण में EET पर क्वांटम संसक्ति के प्रभावों को अवस्था संसक्ति और प्रक्रिया संसक्ति के माध्यम से सबसे अच्छी तरह समझा जा सकता है। अवस्था संसक्ति, क्वांटम इकाइयों जैसे कि एक्सिटॉन के लिए मूल और उत्तेजित अवस्थाओं के व्यक्तिगत अध्यारोपणों (superpositions) की सीमा को संदर्भित करती है। दूसरी ओर, प्रक्रिया संसक्ति कई क्वांटम इकाइयों के बीच युग्मन की डिग्री और उनके विकास को संदर्भित करती है, जो या तो एकात्मक (unitary) या क्षयकारी (dissipative) भागों द्वारा नियंत्रित होती है, जो एक दूसरे के साथ प्रतिस्पर्धा करते हैं। ये दोनों प्रकार की संसक्तियां प्रकाश संश्लेषक EET में शामिल हैं, जहां एक एक्सिटॉन कई क्रोमोफोर पर संसक्त रूप से विस्थानीकृत (delocalized) होता है। यह विस्थानीकरण प्रणाली को एक साथ कई ऊर्जा पथों का अन्वेषण करने और एक्सिटॉन के तरंग पैकेट के पथ को निर्देशित करने के लिए संपोषी और विनाशी व्यतिकरण का उपयोग करने की अनुमति देता है। यह माना जाता है कि प्राकृतिक चयन ने अभिक्रिया केंद्र के लिए सबसे कुशल पथ का पक्ष लिया है। प्रायोगिक रूप से, दीर्घकालिक संसक्ति द्वारा संभव विभिन्न आवृत्ति तरंग पैकेटों के बीच की अंतःक्रिया क्वांटम बीट्स उत्पन्न करेगी।

यद्यपि क्वांटम प्रकाश संश्लेषण अभी भी एक उभरता हुआ क्षेत्र है, फिर भी कई प्रायोगिक परिणाम सामने आए हैं जो प्रकाश संश्लेषक EET की क्वांटम-संसक्ति समझ का समर्थन करते हैं। 2007 के एक अध्ययन ने −196 °C (77 K) पर इलेक्ट्रॉनिक क्वांटम संसक्ति[18] की पहचान करने का दावा किया। 2010 के एक अन्य सैद्धांतिक अध्ययनMarch 2024 ने साक्ष्य प्रदान किया कि क्वांटम संसक्ति जैविक रूप से प्रासंगिक तापमान (4 °C या 277 K) पर 300 फेमटोसेकंड तक बनी रहती है। उसी वर्ष, द्वि-आयामी फोटॉन प्रतिध्वनि स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके प्रकाश संश्लेषक क्रिप्टोफाइट शैवाल पर किए गए प्रयोगों ने दीर्घकालिक क्वांटम संसक्ति की और पुष्टि की। ये अध्ययन बताते हैं कि क्रमिक विकास के माध्यम से, प्रकृति ने प्रकाश संश्लेषण की दक्षता बढ़ाने के लिए क्वांटम संसक्ति की रक्षा करने का एक तरीका विकसित किया है। हालांकि, महत्वपूर्ण अनुवर्ती अध्ययन इन परिणामों की व्याख्या पर सवाल उठाते हैं। एकल-अणु स्पेक्ट्रोस्कोपी अब स्थैतिक विकार के हस्तक्षेप के बिना प्रकाश संश्लेषण की क्वांटम विशेषताओं को प्रदर्शित करती है, और कुछ अध्ययन इलेक्ट्रॉनिक क्वांटम संसक्ति के सूचित हस्ताक्षरों को क्रोमोफोर में होने वाली परमाणु गतिकी (nuclear dynamics) के लिए जिम्मेदार ठहराने के लिए इस पद्धति का उपयोग करते हैं। अप्रत्याशित रूप से लंबी संसक्ति को समझाने के लिए कई प्रस्ताव सामने आए। एक प्रस्ताव के अनुसार, यदि संकुल के भीतर प्रत्येक स्थल अपने स्वयं के पर्यावरणीय शोर को महसूस करता है, तो इलेक्ट्रॉन क्वांटम संसक्ति और अपने तापीय परिवेश दोनों के कारण किसी भी स्थानीय न्यूनतम में नहीं रहेगा, बल्कि क्वांटम वॉक के माध्यम से अभिक्रिया स्थल की ओर अग्रसर होगा। एक अन्य प्रस्ताव यह है कि क्वांटम संसक्ति और इलेक्ट्रॉन टनेलिंग की दर एक ऊर्जा सिंक का निर्माण करती है जो इलेक्ट्रॉन को तेजी से अभिक्रिया स्थल तक ले जाती है। अन्य कार्यों ने सुझाव दिया कि संकुल में ज्यामितीय समरूपताएं क्वांटम नेटवर्कों में पूर्ण अवस्था स्थानांतरण की भांति अभिक्रिया केंद्र में कुशल ऊर्जा स्थानांतरण का पक्ष ले सकती हैं। इसके अलावा, कृत्रिम डाई अणुओं के साथ किए गए प्रयोगों ने इस व्याख्या पर संदेह जताया कि क्वांटम प्रभाव एक सौ फेमटोसेकंड से अधिक समय तक टिकते हैं।

2017 में, परिवेशी परिस्थितियों में मूल FMO प्रोटीन के साथ पहले नियंत्रण प्रयोग ने पुष्टि की कि इलेक्ट्रॉनिक क्वांटम प्रभाव 60 फेमटोसेकंड के भीतर समाप्त हो जाते हैं, जबकि समग्र एक्सिटॉन स्थानांतरण में कुछ पिकोसेकंड के क्रम का समय लगता है।[19] 2020 में, नियंत्रण प्रयोगों और सिद्धांतों के एक विस्तृत संग्रह पर आधारित एक समीक्षा ने निष्कर्ष निकाला कि FMO प्रणाली में दीर्घकालिक इलेक्ट्रॉनिक संसक्ति के रूप में प्रस्तावित क्वांटम प्रभाव मान्य नहीं हैं। इसके बजाय, परिवहन गतिकी की जांच करने वाले शोध से पता चलता है कि FMO संकुलों में उत्तेजन के इलेक्ट्रॉनिक और कंपन मोड के बीच की अंतःक्रियाओं के लिए एक्सिटॉन ऊर्जा के स्थानांतरण हेतु एक अर्ध-शास्त्रीय, अर्ध-क्वांटम स्पष्टीकरण की आवश्यकता होती है। दूसरे शब्दों में, जहां अल्पकाल में क्वांटम संसक्ति प्रभावी रहती है, वहीं एक्सिटॉन के दीर्घकालिक व्यवहार का वर्णन करने के लिए एक शास्त्रीय विवरण सबसे सटीक है।

प्रकाश संश्लेषण में एक अन्य प्रक्रिया जिसकी दक्षता लगभग 100% है, वह है आवेश स्थानांतरण, जो पुनः यह संकेत देती है कि यहां क्वांटम यांत्रिक घटनाएं कार्यरत हैं।[20] 1966 में, प्रकाश संश्लेषक जीवाणु क्रोमैटियम (Chromatium) पर किए गए एक अध्ययन में पाया गया कि 100 K से नीचे के तापमान पर, साइटोक्रोम ऑक्सीकरण तापमान-स्वतंत्र, धीमा (मिलीसेकंड के क्रम में), और सक्रियण ऊर्जा में बहुत कम होता है। इसके लेखकों, डॉन डेवॉल्ट और ब्रिटन चेस ने यह परिकल्पना की कि इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण की ये विशेषताएं क्वांटम टनेलिंग का संकेत हैं, जिसके तहत इलेक्ट्रॉन शास्त्रीय रूप से आवश्यक ऊर्जा से कम ऊर्जा होने के बावजूद एक विभव प्राचीर (potential barrier) को भेदते हैं।

माइटोकॉन्ड्रिया

यूकेरियोटिक कोशिकाओं के ऊर्जागृह (पावरहाउस) के रूप में अपने कार्य में माइटोकॉन्ड्रिया द्वारा क्वांटम टनलिंग का उपयोग करते हुए प्रदर्शित किया गया है। थायलाकोइड में होने वाली प्रकाश अभिक्रियाओं के समान, इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला (ETC) का निर्माण करने वाले रैखिक रूप से जुड़े झिल्ली-बद्ध प्रोटीन O2 के अपचयन को माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्ली के आर-पार प्रोटॉन मोटिव प्रवणता (H+) के विकास के साथ ऊर्जावान रूप से जोड़ते हैं। प्रोटॉन मोटिव प्रवणता के रूप में संग्रहीत यह ऊर्जा फिर ATP के संश्लेषण के साथ युग्मित होती है। यह महत्वपूर्ण है कि माइटोकॉन्ड्रियन द्वारा बायोमास का रासायनिक ATP में रूपांतरण 60-70% ऊष्मागतिकीय दक्षता प्राप्त करता है, जो मानव निर्मित इंजनों की तुलना में कहीं बेहतर है।[21] इस उच्च स्तर की दक्षता का मुख्य श्रेय ETC में इलेक्ट्रॉनों की और प्रोटॉन मोटिव प्रवणता में प्रोटॉनों की क्वांटम टनलिंग को दिया जाता है। वास्तव में, ETC के कुछ घटकों में इलेक्ट्रॉन टनलिंग पहले ही प्रदर्शित की जा चुकी है, जिनमें NADH:यूबीक्विनोन ऑक्सीडोरिडक्टेज़ (कॉम्प्लेक्स I) और CoQH2-साइटोक्रोम c रिडक्टेज़ (कॉम्प्लेक्स III) शामिल हैं।

क्वांटम यांत्रिकी में, इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन दोनों ऐसी क्वांटम इकाइयाँ हैं जो तरंग-कण द्वैत प्रदर्शित करती हैं, जो प्रायोगिक अवलोकन की विधि के आधार पर कण और तरंग दोनों जैसे गुण प्रदर्शित करती हैं।[22] क्वांटम टनलिंग क्वांटम इकाइयों की इस तरंग-समान प्रकृति का एक सीधा परिणाम है, जो एक स्थितिज ऊर्जा अवरोध के पार जाने की अनुमति देती है जो अन्यथा उस इकाई को प्रतिबंधित कर देता। इसके अलावा, यह कण की आपतित ऊर्जा के सापेक्ष स्थितिज अवरोध के आकार और आकृति पर निर्भर करता है। चूँकि आपतित कण अपने तरंग फलन द्वारा परिभाषित होता है, इसलिए इसकी टनलिंग प्रायिकता चरघातांकी रूप से स्थितिज अवरोध के आकार पर निर्भर करती है। उदाहरण के लिए, यदि अवरोध अपेक्षाकृत चौड़ा है, तो आपतित कण के टनल करने की प्रायिकता कम हो जाएगी। स्थितिज अवरोध, कुछ अर्थों में, एक वास्तविक जैव-पदार्थ अवरोध के रूप में हो सकता है। आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली, जिसमें ETC के विभिन्न घटक स्थित होते हैं, लगभग 7.5 nm मोटी होती है। उत्सर्जन स्थल (माइटोकॉन्ड्रिया के आंतरिक भाग) और स्वीकृति स्थल (अर्थात इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला प्रोटीन) के बीच संकेतों (इलेक्ट्रॉनों, प्रोटॉनों, H+ के रूप में) के स्थानांतरण की अनुमति देने के लिए माइटोकॉन्ड्रियन की आंतरिक झिल्ली को पार किया जाना आवश्यक है। कणों को स्थानांतरित करने के लिए, माइटोकॉन्ड्रिया की झिल्ली में फॉस्फोलिपिड्स का सही घनत्व होना चाहिए ताकि एक प्रासंगिक आवेश वितरण का संचालन किया जा सके जो संबंधित कण को आकर्षित करता है। उदाहरण के लिए, फॉस्फोलिपिड्स के अधिक घनत्व के कारण, झिल्ली प्रोटॉनों की अधिक चालकता में योगदान देती है।

यह भी देखा गया है कि माइटोकॉन्ड्रियल फेरिटिन माइटोकॉन्ड्रियल इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के स्थान से सटे मैट्रिक्स में स्थित होता है और यह इलेक्ट्रॉन परिवहन में शामिल हो सकता है।[23] यह देखा गया है कि चुंबकीय क्षेत्र माइटोकॉन्ड्रियल इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला को उत्तेजित कर सकते हैं, जो फेरिटिन के चुंबकीय गुणों और इलेक्ट्रॉनों को बफर करने की क्षमता के अनुरूप है।

प्रोटीनों में आणविक सॉलिटॉन

মূল নিবন্ধ: Davydov soliton

एलेक्जेंडर डेविडोव ने सामान्य रूप से प्रोटीन α-हेलिक्स में ऊर्जा के संचरण और विशेष रूप से मांसपेशियों के संकुचन की शरीर क्रिया विज्ञान की व्याख्या करने के लिए आणविक सॉलिटॉन का क्वांटम सिद्धांत विकसित किया।[24] उन्होंने प्रदर्शित किया कि आणविक सॉलिटॉन हाइड्रोजन-बंधित पेप्टाइड समूहों की जाली (लैटिस) के भीतर एमाइड I एक्सिटॉन और फोनॉन विकृतियों की गैर-रैखिक परस्पर क्रिया के माध्यम से अपने आकार को संरक्षित रखने में सक्षम हैं। 1979 में, डेविडोव ने "बायोलॉजी एंड क्वांटम मैकेनिक्स" शीर्षक से क्वांटम जीव विज्ञान पर अपनी संपूर्ण पाठ्यपुस्तक प्रकाशित की, जिसमें प्रोटीन, कोशिका झिल्ली, जैव ऊर्जा विज्ञान, मांसपेशी संकुचन, और जैव-अणुओं में इलेक्ट्रॉन परिवहन की क्वांटम गतिशीलता शामिल थी।

सूचना एन्कोडिंग

मैग्नेटोरिसेप्शन

মূল নিবন্ধ: Magnetoreception

पक्षियों में क्वांटम मैग्नेटोरिसेप्शन के लिए रेडिकल पेयर तंत्र प्रस्तावित किया गया है। यह पक्षियों के रेटिना की कोशिकाओं में क्रिप्टोक्रोम अणुओं में घटित होता है।[25]

मैग्नेटोरिसेप्शन पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र के झुकाव (नति) का उपयोग करके दिशा निर्धारण करने की जानवरों की क्षमता है।[26] मैग्नेटोरिसेप्शन की एक संभावित व्याख्या उलझा हुआ (एन्टैंगल्ड) रेडिकल पेयर तंत्र है। रेडिकल-पेयर तंत्र स्पिन रसायन विज्ञान में सुस्थापित है, और 1978 में शुल्टेन एवं अन्य द्वारा मैग्नेटोरिसेप्शन पर इसके लागू होने का अनुमान लगाया गया था। सिंगलेट और ट्रिपलेट युग्मों के बीच का अनुपात पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र के साथ उलझे हुए इलेक्ट्रॉन युग्मों की परस्पर क्रिया द्वारा बदल जाता है। वर्ष 2000 में, क्रिप्टोक्रोम को "चुंबकीय अणु" के रूप में प्रस्तावित किया गया था जो चुंबकीय रूप से संवेदनशील रेडिकल-पेयर को आश्रय दे सकता था। क्रिप्टोक्रोम, जो यूरोपीय रॉबिन और अन्य जानवरों की प्रजातियों की आँखों में पाया जाने वाला एक फ्लेवोप्रोटीन है, जानवरों में प्रकाश-प्रेरित रेडिकल-पेयर बनाने वाला एकमात्र ज्ञात प्रोटीन है। जब यह प्रकाश कणों के साथ परस्पर क्रिया करता है, तो क्रिप्टोक्रोम एक रेडॉक्स अभिक्रिया से गुजरता है, जो प्रकाश-अपचयन और ऑक्सीकरण दोनों के दौरान रेडिकल जोड़े उत्पन्न करता है। क्रिप्टोक्रोम का कार्य विभिन्न प्रजातियों में भिन्न होता है, हालांकि, रेडिकल-युग्मों का प्रकाश-प्रेरण नीले प्रकाश के संपर्क में आने से होता है, जो एक क्रोमोफोर में एक इलेक्ट्रॉन को उत्तेजित करता है। मैग्नेटोरिसेप्शन अंधेरे में भी संभव है, इसलिए इस तंत्र को प्रकाश-स्वतंत्र ऑक्सीकरण के दौरान उत्पन्न होने वाले रेडिकल युग्मों पर अधिक निर्भर होना चाहिए।

प्रयोगशाला में किए गए प्रयोग इस मूल सिद्धांत का समर्थन करते हैं कि रेडिकल-पेयर इलेक्ट्रॉन बहुत कमजोर चुंबकीय क्षेत्रों से काफी प्रभावित हो सकते हैं, अर्थात, कमजोर चुंबकीय क्षेत्रों की मात्र दिशा भी रेडिकल-पेयर की प्रतिक्रियाशीलता को प्रभावित कर सकती है और इसलिए रासायनिक उत्पादों के निर्माण को "उत्प्रेरित" कर सकती है। क्या यह तंत्र मैग्नेटोरिसेप्शन और/या क्वांटम जीव विज्ञान पर लागू होता है, यानी क्या पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र रेडिकल-युग्मों की सहायता से जैवरासायनिक उत्पादों के निर्माण को "उत्प्रेरित" करता है, यह पूरी तरह से स्पष्ट नहीं है। इन प्रक्रियाओं में भूमिका निभाने के लिए यह आवश्यक नहीं हो सकता है कि रेडिकल-युग्म उलझे हुए हों, जो कि रेडिकल-पेयर तंत्र की प्रमुख क्वांटम विशेषता है। उलझे हुए और गैर-उलझे हुए दोनों प्रकार के रेडिकल-युग्म होते हैं, लेकिन वर्तमान तकनीक से केवल उलझे हुए रेडिकल-युग्मों में व्यवधान डालना संभव नहीं है। शोधकर्ताओं को मैग्नेटोरिसेप्शन के रेडिकल-पेयर तंत्र के प्रमाण तब मिले जब यूरोपीय रॉबिन, तिलचट्टे और गार्डन वार्बलर, चुंबकीय क्षेत्रों[26] और रेडिकल-पेयर रसायन विज्ञान को बाधित करने वाली रेडियो आवृत्ति के संपर्क में आने पर दिशा निर्धारण करने में असमर्थ रहे। आगे के साक्ष्य प्रवासी और गैर-प्रवासी पक्षियों के क्रिप्टोक्रोम 4 (CRY4) की तुलना से सामने आए। मुर्गियों और कबूतरों से प्राप्त CRY4 को (प्रवासी) यूरोपीय रॉबिन की तुलना में चुंबकीय क्षेत्रों के प्रति कम संवेदनशील पाया गया, जो चुंबकीय क्षेत्रों के संवेदक के रूप में इस प्रोटीन के विकासवादी अनुकूलन का सुझाव देता है।

रेडिकल युग्मों के अतिरिक्त, एक अध्ययन में पाया गया कि क्लोड्रॉनेट (clodronate) दवा का उपयोग करके संदेशवाहक कबूतरों में मैक्रोफेज को क्षीण करने से अंधेरे में नेविगेट करने की उनकी क्षमता बाधित हुई, लेकिन दिन के दौरान नहीं।[27] ये प्रेक्षण ऊपर चर्चित फेरिटिन से जुड़े परिकल्पित संकेतन तंत्र के साथ-साथ फेरिटिन के देखे गए चुंबकीय गुणों के भी अनुरूप हैं।

डीएनए उत्परिवर्तन

DNA पूरे शरीर में प्रोटीन बनाने के निर्देशों के रूप में कार्य करता है। इसमें 4 न्यूक्लियोटाइड होते हैं: गुआनीन, थाइमिन, साइटोसिन और एडेनिन।[28] इन न्यूक्लियोटाइडों का क्रम विभिन्न प्रोटीनों के लिए "रेसिपी" (विधि) प्रदान करता है।

जब भी कोई कोशिका विभाजित होती है, तो उसे डीएनए के इन रज्जुकों (स्ट्रैंड्स) की प्रतिलिपि बनानी होती है। हालाँकि, डीएनए स्ट्रैंड की प्रतिलिपि बनाने की प्रक्रिया के दौरान कभी-कभी उत्परिवर्तन, या डीएनए कोड में कोई त्रुटि हो सकती है। डीएनए उत्परिवर्तन के पीछे के तर्कों का एक सिद्धांत लोवडिन डीएनए उत्परिवर्तन मॉडल में समझाया गया है।[29] इस मॉडल में, एक न्यूक्लियोटाइड क्वांटम टनलिंग की प्रक्रिया के माध्यम से स्वतः ही अपना रूप बदल सकता है। इसके कारण, परिवर्तित न्यूक्लियोटाइड अपने मूल बेस पेयर (क्षार युग्म) के साथ युग्मित होने की अपनी क्षमता खो देगा और परिणामस्वरूप डीएनए स्ट्रैंड की संरचना और क्रम बदल जाएगा।

पराबैंगनी प्रकाश और अन्य प्रकार के विकिरण के संपर्क में आने से डीएनए में उत्परिवर्तन और क्षति हो सकती है। यह विकिरण पिरिमिडीनों में डीएनए स्ट्रैंड के बंधों को भी संशोधित कर सकता है और उन्हें स्वयं के साथ बंध बनाने के लिए प्रेरित कर सकता है, जिससे एक डाइमर निर्मित होता है।[30]

कई प्रोकैरियोट्स और पौधों में, इन बंधों की मरम्मत डीएनए-मरम्मत-एंजाइम फोटोलाइज (photolyase) द्वारा की जाती है। जैसा कि इसके उपसर्ग से स्पष्ट है, स्ट्रैंड की मरम्मत के लिए फोटोलाइज प्रकाश पर निर्भर होता है। डीएनए की मरम्मत करते समय फोटोलाइज अपने सहकारक (कोफैक्टर) FADH, फ्लेविन एडेनिन डाइन्यूक्लियोटाइड, के साथ कार्य करता है। फोटोलाइज दृश्य प्रकाश द्वारा उत्तेजित होता है और कोफैक्टर FADH को एक इलेक्ट्रॉन स्थानांतरित करता है। FADH—जिसके पास अब एक अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन होता है—बंध को तोड़ने और डीएनए की मरम्मत करने के लिए इलेक्ट्रॉन को डाइमर में स्थानांतरित करता है। इलेक्ट्रॉन FADH से डाइमर में टनल करता है। यद्यपि इस टनलिंग की सीमा निर्वात में संभव सीमा से कहीं अधिक बड़ी है, फिर भी इस परिदृश्य में टनलिंग को "सुपरएक्सचेंज-मध्यस्थता टनलिंग" कहा जाता है, और यह इलेक्ट्रॉन की टनलिंग दरों को बढ़ाने की प्रोटीन की क्षमता के कारण संभव है।[29]

अन्य

जैविक प्रणालियों में अन्य क्वांटम परिघटनाओं में कई कोशिकीय प्रक्रियाओं में रासायनिक ऊर्जा का गति में रूपांतरण[31] और ब्राउनियन मोटर्स शामिल हैं।

क्वांटम यांत्रिकी में वैज्ञानिक अन्वेषण के विविध आयामों के साथ-साथ असंबद्ध छद्म वैज्ञानिक रुचि भी सामने आई है; इसके कारण वैज्ञानिकों ने क्वांटम जीव विज्ञान के प्रति सतर्कता का दृष्टिकोण अपनाया।[32]

ऑर्केस्ट्रेटेड ऑब्जेक्टिव रिडक्शन जैसी परिकल्पनाएँ, जो क्वांटम यांत्रिकी और चेतना के बीच संबंध की अवधारणा प्रस्तुत करती हैं, वैज्ञानिक समुदाय में विवादास्पद रही हैं और कुछ लोग इसे छद्म वैज्ञानिक मानते हैं।[33]

संदर्भ

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स्रोत: अंग्रेज़ी विकिपीडिया के “Quantum biology” लेख का अनुवाद। मूल लेख: https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_biology यह अनुवाद स्वचालित रूप से तैयार किया गया है।

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