光合作用 - Peaceful Mind.PPT

撰文 Mathieu Grousson 編譯 全志鋼 物理學家在 DNA、光合作用、生物酶等方面的新發現…… 生物學家們早己廣泛證明：生命是化學反應的奇迹。但這並不是真相的全部！因爲必威体育精装版的研究表明，生命同樣還會從量子效應中汲取力量。量子效應甚至可能是DNA以及光合作用的奧秘所在。生命在多大程度上是“量子的”？這正是我們要探討的問題。 生命是甚麽？任何一位元生物學家都會回答你說，生命的存在至少需要三個必要因素﹕自我補給能量的能力，保持活性的能力，以及繁殖能力。他還會告訴你，生命的這三大支柱均會受到某些化學作用的支配，而科學家們經過多年探索已經對這些化學作用了如指掌，它們分別是：幫助植物從太陽的熱量中提取能量的光合作用；催化細胞內部反應的生物酶 ﹔還有負責攜帶遺傳信息的DNA分子。不過，如果非要打破砂鍋問到底的話，生物學家也只好承認，生物化學機制並不能揭開生命的所有奧秘。儘管分子生物學一直在努力，但生命的某些方面依然是未解之謎。 比如，光合作用何以具有如此驚人的效率，能夠使植物將太陽的熱量幾乎全部轉換爲自身所需的能量。這樣神奇的效率，令生物學家都無法解釋！再比如，DNA也讓生物學家們碰了一鼻子灰，這種代代相傳的分子何以具備如此卓越的穩定性？這也仍然是個謎。至於生物酶的活性，它在細胞內部的效率同樣令研究者們無言以對。 事實上，生物化學研究並未走到山窮水盡的地步，只是問題的答案可能本來就不屬於它。因爲，生命或許並不純然是化學的﹗近年來，已經有一系列迹象表明：如果不求助於一些與目前生物學研究所使用的法則根本不同的法則，就不可能對生命的某些自然進程 — 包括那些最爲關鍵的機制 — 作出全面的描述﹐而這些奇異的法則恰是主宰原子等基本粒子的法則。也就是說，生命不僅是化學的，可能同時也是量子的！ 量子物理的回答 且以光合作用爲例。最近有實驗指出，這種機制的效率可能來自於量子力學中最離奇的現象之一 — 量子態疊加。這一現象使一個物體能夠同時呈現多種狀態，或者說可以使一隻貓同時處於生與死兩種狀態。而生物酶催化化學反應的能力則可能是一種奇異的“隧道效應”的結果，這種效應能使物體穿越本來無法逾越的障礙。 至於生物學領域的分子之王DNA的穩定性，則可能是量子糾纏這項純粹的量子機制存在的佐證。量子糾纏是一種能夠將兩個物體聯繫起來的神秘能力，對其中一個物體實施的任何行爲都會瞬間改變另一個物體的屬性，無論它們之間相距有多遠。此外，生物的其他一些能力，如嗅覺或候鳥的方向感，可能也源於量子機制。 最近出現的基礎物理學染指生物學的現象確實令人感到意外。因爲，自從1953年DNA被發現以來，這一切似乎已成定論 — 生命的奧秘完全是化學的事。隨便翻開一本生物學書籍就能證實這一點，細胞內部的各種機制統統被解釋爲一系列分子之間的反應。DNA也好，蛋白質也好，生物酶也好……生命的所有演員都長得一個模樣，都是被一根根棍子連在一起的一個個小圓球。而賦予生物機體活力的各種生理機制，則被歸結爲這些原子組合在一起發生的相互作用、形態變化和屬性改變。 話雖如此，但生物學家其實明白量子法則必定是生物化學的基礎。實際上，我們的每一個細胞都得益於物質的穩定性……而這種穩定性只能在量子範疇內進行解釋。因爲量子決定了哪些化學鍵是被許可的以及它們的強度如何。不過，就像負責公共建設的工程師沒有必要爲了修橋築路而去鑽研量子力學一樣，生物學家也曾堅信自己不需要理會這套形式化理論體系。 物理學對生物學的大舉干預確實令人意外 與生物無關的，恰恰是該理論的奠基者之一﹕在1944年出版的預言性著作《生命是什麽？》（What is life？）一書中，埃爾溫．薛定諤（Erwin Schrodinger）指出，生物學描述的層面應該永遠停留在分子級別上。 不過，這個教條似乎就要被動搖了，而這又提出一個新的謎題：是甚麽神奇的力量既使量子效應能夠出現在生命核心之中，卻又令這些主宰著無限小世界的奇異法則無法應用于我們的現實層面 — 可以同時處於既生又死狀態的，只可能是躲在盒子裏的量子貓，而不可能是躺在籃子裏正被我們輕輕撫摸的貓！要揭開謎底，生物學家和物理學家就必須聯起手來。這樣的組合前所未有，又令人歎爲觀止，無疑將爲生命這部巨著書寫一個全新的篇章。 開發一套能夠以幾近100%的效率實現對太陽能的捕獲、傳輸和轉換的系統，這是令多少工程師夢寐以求的事情！但對於光伏板生産商來說，這個夢想遙不可及，因爲他們最好的産品的光電轉換效率也才勉強達到20%。然而，對於植物和許許多多單細胞生物機體來說，實現這個夢想就像家常便飯一樣輕而易舉，因爲它們能夠進行光合作用。 分身有術的光能… 30多億年前出現的這種生物能量機制改變了世界的面貌。這種將光能轉化爲化學能量的能力使生物機體得以利用我們這顆行星上的最佳能源 — 陽光 — 來打造自己