光合成は、植物や細菌が用いる光エネルギーの捕捉プロセスだが、
その効率の良さは人間の技術では追いつかないほど優れている。
このほど、個々の分子に1000兆分の1秒のレーザーパルスを当てる手法によって、
光合成に量子物理学が作用している証拠が確認された。

量子の「魔法」が起きているとみられるのは、1つの光合成細胞に何百万と存在する
集光タンパク質の中だ。集光タンパク質は、[集めた光]エネルギーを、光子に
感受性のある分子内で回転している電子から、近くの反応中心タンパク質へと輸送し、
そこで光エネルギーは細胞を動かすエネルギーへと変換される。

この輸送の過程で、エネルギーはほとんど失われない。それは、エネルギーが同時に
複数の場所に存在し、常に最短のルートを見つけ出しているからだ、というのが
今回の研究の結論だ。

トロント大学の生物物理学者Greg Scholes氏らが、『Nature』誌2月4日号に発表した
今回の研究成果は、光合成における量子コヒーレンス[量子重ね合わせ状態]を裏付ける、
現時点で最も有力な証拠だ。量子コヒーレントとは、同時に複数の状態で存在することを
科学的に表現する用語だ。
　[量子重ね合わせ状態とは、量子力学において、確率的に得られる二つの状態が
　いまだに決定されていない状態。単に何が起こるか確率的にしか判らないということではなく、
　重ね合わせという独特の状態]

Scholes氏は量子コヒーレンスについてこう説明する。「私が好むアナロジーは、
ラッシュアワーに家へ自動車で帰るにあたって3つのルートがあるというものだ。
どのルートが速いか遅いかはわからない。しかし量子的なメカニズムでは、
これらの3つのルートを同時に取ることができる。到着するまで、自分がどこにいるかを
特定しないので、常に最も速いルートを選ぶことになる」

>>2へつづく


ソース：wiredvision
http://wiredvision.jp/news/201002/2010021023.html
集光タンパク質：赤色の部分が、光を集める分子
集光タンパク質内のエネルギー波の干渉を示すグラフ
Nature　
Coherently wired light-harvesting in photosynthetic marine algae at ambient temperature
http://www.nature.com/nature/journal/v463/n7281/full/nature08811.html
トロント大学　ニュースリリース
http://www.news.utoronto.ca/lead-stories/scientists-find-quantum-mechanics-at-work-in-photosynthesis.html

>>1のつづき

今から2年前、当時カリフォルニア大学バークレー校に在籍していた化学者のGreg Engel氏
(現在はシカゴ大学在籍)率いる研究チームが、緑色硫黄細菌の集光タンパク質において
量子コヒーレンスを確認した。ただし、この観測は摂氏約マイナス180度以下という
低温下で行なわれたものだ。低温にすることで超高速の量子活動を遅くすることができたが、
その代わり、量子コヒーレンスが常温でも発生しているのかどうかという疑問が残った。

今回のNatureに発表された研究は、一般的な海生藻類を用いて常温で行なわれたため、
常温での量子コヒーレンスを証明している。さらには、先の研究を行なったEngel氏のチームも、
別のより単純な集光複合体を用いた実験で同様の結果が得られたと、
1月28日(米国時間)付けでプレプリント・サーバーの『arXiv』に発表した研究論文で報告しており、
このことは、光合成において量子コヒーレンスが常に発生していることを示唆している。

これらの研究成果は、太陽電池や量子コンピューターの設計など、
常温状態での量子物理学から恩恵を得られる分野にとっても、重要な意義を持つものだ。
「光合成は、非ユニタリな量子コンピューティングの一種として考えることができる」と
Engel氏は言う。

今回の研究で、Scholes氏のチームはPC645と呼ばれる集光タンパク質を用いて実験した。
このタンパク質は先行研究において、すでに原子レベルで画像化されていたものだ。
タンパク質の特性が詳細に明らかにされていたため、実験では1000兆分の1秒の
レーザーパルスを分子に当てることができた。1000兆分の1秒のレーザー[フェムト秒レーザー]は、
電子1つ1つの回転を変えることが可能だ。

集光タンパク質を通って出てきたレーザー光の変化をその直後に分析することで、
タンパク質内部で何が起こっているのかを推測することができる。
「スクリーンに影を映す手法」の超ハイテクバージョンといったところだ。

分析の結果、離れたところにある分子どうしが互いに「接続」されていることを示すような
エネルギーパターンの変動を確認した。これは、量子コヒーレンスの作用なくしては
あり得ないことだ。
「ちょうど、2つの音叉を同時に鳴らすと、背景音として低音の振動が聞こえるのと同じだ。
音叉から生じる音波が干渉しあっているわけだ」とScholes氏は述べる。

量子物理学的なプロセスは、生物界の他の分野でも観察されている。最もよく知られた例は、
鳥が地球磁場を頼りに飛ぶことを可能にしている「コンパス」細胞だ。
研究者たちはそのほか、動物の嗅覚や脳の働きにも、量子物理学的プロセスが
何らかの役割を果たしているのではないかと考えている。Engel氏は今後、
量子生物学や量子神経学という学問分野が重要性を増すと予想している。

なまこ娘

タンホイザー原理を使えばさらに躍進するぞ

粒子より波としての性質が支配的になるスケールの生命現象では
当然量子効果が関係しているだろうな。特に神経活動では以前から言われていた事。

さっさと人の細胞が光合成できるような発明しろよ

猫が光合成してると聞いて

読んでたら頭が痛くなってきた

人間にそれが知覚できないだけで、実は人間より植物のほうが知性が高かったりしてｗ

コペンハーゲンはどう考えているんだ

一瞬凄いと思ったが、光でコヒーレンスって普通じゃないか。

例えば、複数焦点のレンズで光を複数の箇所に集光するとか。

レーザー自体がコヒーレントな量子効果だし。

ついに夢のエネルギーが

もしかして、プロ棋士が最良の一手を見つけるのも量子コヒーレンスか？

パラレルワールド的な考えがうち消されたって事？

>>14の「ビタミンＤ」という書き込みに文系のレベルを知る

植物の光合成なんてとっくの昔に習ったのに蓋開けりゃ量子コンピュータだったのか
最近早いＰＣになったもんだと思ってれば側に置いてある植物のインテリアのほうが計算速いのかよ

>>19
文系ではないな

猫は紫外線でビタミンDが生成される生合成。
作られたビタミンDを舐めて接種している。

漁師コンピュータというのも、まだまだ非常にコストパフォーマンスの悪い分野なのだ！

日本では今だにリニアモーターカーでさえ実用化されていないくらいである。（科学部）

つまり蹴ってみなければどっちに曲がるか分からない
無回転シュートみたいなもんか、体育会的に考えて

熱力学第二法則に矛盾が生じるな

うちの猫（名前：シュレジンジャー　♂　２歳）が近所の
どの家の庭でチッチをするか分からないのと一緒だ
苦情がきて初めて判る、そういうもんだな

>>21
猫はそうでないらしいよ。
http://kusunoki-animal.cocolog-nifty.com/blog/2006/03/post_8f6e.html
人では皮膚の下にある７－デヒドロコレステロールが紫外線の働きによりビタミンＤへと転換されます。その後、肝臓や腎臓で代謝されて活性型のビタミンＤ3となり、腸管でのカルシウムやリン酸の吸収促進などの働きをします。
猫の皮膚には７－デヒドロコレステロールが非常に少量しか存在しない為、紫外線によりビタミンＤを合成できないのです。そのため、食餌中のビタミンＤが非常に重要となります。

>>25
それは少し違う。
近所の美人な奥さんから苦情を聞くためにその家でおしっこしてくれ
と願うと、それに必要な条件が後から自動的に選ばれているということ。

>>23
違う、ゴールに入るまでボールの軌道が確定していないシュート
無数のボールの幻影みたいのが同時に飛んできてキーパーが何とか止めようと
するけど、触ってないとこのボールの幻影がゴールに入るとコースが確定してゴールw

>>9
あわび猫のことか？

なんでも、猫が春先のあわびの肝を大量に食べると、葉緑素の分解物が体にまわって、
薄い耳で光合成するんだが、それが毒になって炎症を起こして耳がなくなっちゃうそうな。

最近は、ぐぐると結構ヒットする。

バスの通るルートを運転手じゃなくて乗客の総意で決めてるだけだろ

>>27
そこを聞きたいんだけど
「到着するまで、自分がどこにいるかを
特定しないので、常に最も速いルートを選ぶことになる」
ってのはどういうことなの？
「願い」って何？

DSSCは永遠に光合成には勝てないというのが結論？

僕は陽に当たってると頭が痛くなるのですが　光合成しているのですか

>>34
ハゲが帽子かぶらないからだよ

光合成の仕組みで太陽光発電できたらいいのにね
たんぱく質パネルとかで、
二酸化炭素とリンと窒素で勝手に成長して発電量も増えてくとか

干渉計等が遺伝的に作り出せるなこれは
生体量子コンピューティングの幕開けだ

>>36
ある程度で成長を止めないと無駄が多いかもね。
成長のために使うエネルギーを発電に使った方がいい。

ホントにこういうのできないかなあ？
植物内で電子の授受でエネルギーをやりとりしてるんなら、
そこからなんとか電気エネルギーに変換できそうなもんだが。

できたら、ノーベル賞どころではないな。

>>38
たまには色素増感太陽電池のことも思い出してあげてください

つまりＳＦのワープのような光合成ジャンプによって超光速航行の可能性を
示唆したってことですね

>>41
違うよ、全然違うよ

ちょっと何言ってるかわからない

たしか、脳みその働きも量子コンピューターと同じ
とか言ってる科学者も居たな。

>34


そうだよ。光合成を容易にする為に体が脱毛作用を起こしてるんだよ

>>44
ということは量子コンピュータは実現できるんだな
人造人間が作れるようになるね
いやーいい時代だ
レプリカント万歳

>>8
いいな、それ
一気に食糧問題解決

量子論はよくわからんが

違う座標で同じ物質は同じ情報を共有できる

という仮説といえばいいのかな？

違う次元の１つの物質がｘｙｚ時間の４次元空間に現れているだけなのか

超高速な特定の同質物質への伝達手段があるのか
もしあるのならその伝達手段は個別の直接通信なのか範囲通信なのか？

最短の距離をあたかも事前に理解してるような話もあるが
はたして、「初めての通信」なのか？
過去の通信情報を蓄積しそれから最短の経路を計算しているのではないか？
または、複数路をつかって通信をしているが最速ラインが多く流れているため
「速く」見えるのか

非常に前提があいまいな現象だよね

俺が生きているうちに解明してくれたらいいな

>>13
あたり。これ、光のコヒーレンスのみの問題。
この化学者、なんか量子コンピューティングを勘違いしていると思われ。

そりゃ、光のコヒーレンスだけで、量子コンピューティングもできるけどさｗ

人間の表皮細胞にも、葉緑体を組み込んで、光合成をできるようにするべき。