Икра зернистая, очень общительная...

      Типичные случаи имеют интенсивность испускания биофотонов почти не заметную, не приводящую к возникновению. Они обычно образуются в мизерном количестве: 10 шт/сек на 1 см² культуры клеток. Экспериментальным путем доказано, что даже такое мизерное количество биофотонов часто играет роль носителя и переносчика информации между биосистемами, которые удалены друг от друга на некоторое расстояние.  

При этом, как в случае и с человеком и животными, «язык» сообщения могут понимать только аналогичные живые организмы. Если представитель того же вида, испускающий биофотоны, находится в фазе активного роста, то прироста скорости митоза (скорость деления клеток организма) у получателя информации может составлять до 30 %, если он расположен на расстоянии нескольких сантиметров.  Явление получило научное название митогенетический эффект (МЭ) и в настоящее время изучен достаточно полно. При этом даже интенсивное искусственное освещение не дает таких поразительных результатов. 

Физический механизм этого удивительного процесса остается тайной за семью печатями до сих пор. Биофотонные свойства клеток живых организмов все еще ждут тех, кто объяснит их загадки. Они никак не желают укладываться в рамки стандартных подходов и схем клеточной биологии на ее современном уровне развития. Результаты исследований Сергея Майбурова из московского Физического института им. Лебедева, удивили всех: МЭ прекрасно вписывается в модели, использующиеся обычно для моделирования компьютерных сетей, которые отвечают за связь.

 

Общая модель обмена информацией между близко расположенными биосистемами посредством возможностей оптического излучения, была подробно описана Майбуровым в публикации (2009 г.)  (Mayburov, S.: Biophoton production and communications. In Proc. of Int. Conf. on Nanotechnology and Nanomaterials, MGOU Publishing, Moscow, 2009, pp. 351-358).

 

Ученый выдвинул весьма нетривиальную гипотезу, которая гласит, что обмен информации на базе оптического излучения подчиняется тем же законам, что и информационный обмен двух, расположенных на некотором расстоянии друг от друга, компьютеров с помощью двоичного кода.  Сделать такой вывод помогли эксперименты, показавшие, что растущие организмы, например, зародыши рыб, имеют излучение, состоящие из весьма узких  квазипериодических вспышек. Структура этих паттернов, если сделать развертку с добавлением оси времени, имеет полную аналогию с поведением последовательности фотонных или электронных импульсов. Они широко используются для передачи информации, закодированной посредством двоичного кода. Именно такой способ доказал свою высокую эффективность в среде компьютерных сетей для передачи информации в условиях повышенного шума. Аналогия прекрасно описывает объяснить, как клеткам организма удается считать информацию с фотонного излучения такого низкого энергетического уровня в условиях живой  биосистемы.

 В мае 2012 года Майбуров поделился препринтом отчета по новым исследованиям, посвященным проверке исходной модели, которая  изучает биофотонное излучение икры посредством фотоумножителей(S. Mayburov, Photonic Communications and Information Encoding in Biological Systems. arXiv:1205.4134). В качестве подопытного была использована икра лососевой рыбы гольца. В работе был предложен возможный алгоритм кодирования информации на базе фотонного излучения в коммуникациях клеток икринок.

Дебаты вокруг биофотонных коммуникаций не утихают и по сей день. Работа Сергея Майбурова не сильно изменит сложившуюся патовую ситуацию. Эта область научных исследований еще таит слишком много загадок и парадоксов.

 

Майбуров – ярый сторонник классических подходов к исследованиям. Они упускают из вида важные эффекты, свойственные квантовой физике. Если ознакомиться с комментариями к работе, то исследователь и сам указывает целый ряд важных признаков, которые указывают, что электромагнитное поле живых биосистем может обладать свойством пространственной когеренции в условиях коротких периодов в пределах фотонных вспышек, за которыми и наблюдал Майбуров. Прослеживается устойчивая аналогия с когерентностью поля при порождении лазерных импульсов.

Есть еще минимум 1 российский эксперимент, который свидетельствует в пользу существования такой устойчивости процесса. (Budagovsky A.V. Biological strutures as the converter of coherent radiation in Biophotonics and Coherent Systems in Biology, Springer, Berlin, 139-159, 2007).

 

Экспериментальная установка А. Будаговского похожа на давние опыты группы Казначеева (подробнее можно прочесть здесь…).

 

Систему с контрольным образцом, то излучение, пропущенное через случайным образом деформированную поверхность, ускоряло митоз на 20%, гладкая же кварцевая пластина повышала этот показатель до 45%.

Если сравнивать полученные в результате исследований результаты с «некогерентными» опытами Майбурова, то оправданно предположить, что излучение когерентного типа более эффективно возбуждает клеточные кластеры, чем электромагнитное поле с нарушенными фазовыми соотношениями. Майбуров резюмирует, если эта теория верна, то его принципиальную схему когерентность никак не видоизменит, а лишь  повысит эффективность изучаемого процесса.

 Пример биофотонного «сообщения рыбьих яиц»

Гипотеза о квантовой когерентности в биологических системах является новом эволюционным витком в клеточной биологии. Именно она позволит более полно понять клеточные механизмы за работой: как молекулярная механика клеток порождает фотонное излучение и как записывает и передает с его помощью информационные сообщения в рамках вида.

 Механизм образования биофотонов пока плохо изучен. Вопросов в настоящее время больше, чем ответов на них. Некие процессы в клетках приводят к образованию фотонного излучения, далее с поверхности клеток они переносятся с помощью псевдочастиц-экситонов, пропуская их через матрицы клеток, которые и являются источником информации, записанной в виде двоичного кода. Фотосинтез функционирует благодаря подобному принципу.

Одной из главных задач современной физики уже много лет является проблема создания эффективного квантового компьютера, который будет работать при криогенных температурах.  Часть исследователей пошли иным путем для достижения этой благородной цели. Растения, бактерии и водоросли великолепно справляются с квантовыми вычислениями и делают это в условиях оптимальной для жизни температуре, особенно показателен фотосинтез.

  Процесс фотосинтеза зеленых растений и сине-зеленых водорослей передает энергию солнца в центры молекулярных реакций для переработки в химическую энергию с высокой эффективностью. Возможно это из-за того, что процесс происходит почти мгновенно. Выделение тепла почти не вредит результату.

Общий механизм фотосинтеза разложен по полочкам, но до сих пор не понятна природа почти мгновенной передачи энергии. Всерьез за нее физики взялись только около 7 лет назад. Учеными из Berkeley Lab и Калифорнийского университета (США), уже тогда предложили поискать ответ на эту загадку в квантово-механических эффектах живой клетки. Тогда были получены первые результаты, указывающие на то, что при передаче энергии в рамках процесса фотосинтеза ключевую роль играет волноподобная квантовая когерентность электронов в молекулах, отвечающих за поглощение светового излучения солнца. Результаты были получены на базе образцов хролофилла, которые были охлаждены до температуры 77 кельвин.

Уже в 2010 году группа исследователей из Университета Торонто (Канада) получили подобные результаты при работе с молекулами водорослей(G. D. Scholes and coworkers. Coherently wired light-harvesting in photosynthetic marine algae at ambient temperature. Nature 463, 644-647. 2010).

В качестве сигнала к старту процесса фотосинтеза в клетках зеленых растений используются солнечные фотоны, которые берут в плен светоабсорбирующие структуры (усики). Водоросли Chroomonas интересны тем, что их усики состоят из 8 пигментных молекул, заключенных в более массивную структуру из растительного белка. Пигментные молекулы разные и добросовестно отвечают за отлов фотона из разных частей светового спектра. Потом энергию доставляют в клеточный центр, который отвечает за выработку сахара. Именно он является химическим топливом для жизни любой клетки в организмах, обладающих хлорофилловыми зернами.

Особенно критичной составляющей этого процесса является именно факт выбора оптимального маршрута транспортировки энергии к центру ее переработки посредством прыжков через крупные молекулы. Чем он длиннее, тем больше потери.  Классическая физика приняла за аксиому хаотичность движения энергии по молекулам, то есть хаотически.  Исследователи в Торонто обнаружили, что данный процесс  имеет механизм, который всегда выбирает максимально кратчайший путь транспортировки. Пигментные молекулы в усиках водорослей Chroomonas действуют как хорошо вышколенная сплоченная команда.

Посредством короткого лазерного импульса возбуждали пару этих молекул, электроны в пигментных молекулах переходили в фазу квантовой суперпозиции возбужденных состояний. Происходило излучение волн отличных от исходных длин. Это неоспоримо доказало, что квантовый эффект имеет место. Наложение волн породили интересную интерференционную картину. Изучая ее структуру, ученым удалось выявить детали самой квантовой суперпозицию.

Результаты  анализа поразили самих исследователей. В суперпозиции участвуют все 6 пигментных молекул в центре усиков. Состояние квантовой когерентности связывает  молекулы на протяжении 400 фемтосекунд (4×10^-13 секунд). В результате из всех вариантов транспортировки выбирается оптимальный путь к цели. Когда когерентность иссякнет, клетка уже решила данную не простую транспортную задачу. Само перемещение осуществляется без ощутимых потерь.Эти водоросли постоянно функционируют в режиме квантовости при  температуре 21 градус по Цельсия. необходимо произвести дополнительные независимые проверки и на других видах флоры.

Механизм сохранения когерентности на столь длительный срок молекул пока современной физике и клеточной биологии не известен. Расстояние между соседними молекулами с поправкой на  масштаб весьма солидны. Преобладающей теорией среди исследователей, которые активно занимаются изучением данного процесса, является следующая теоретическая посылка. Она гласит, что ключевой ролью заняты белковые матрицы, в которую и вплетены пигменты. Без них когерентность не сможет существовать.  Матрицы ассоциируются со специальном механизме для  «квантовой коррекции ошибок», который актуален в квантовом компьютинге.

Имеет место явное несоответствие результатов биофизиков и общепринятым постулатам официальной квантовой механики. Именно оно и настораживает исследователей и вопит: «Что-то здесь не так». Либо порядок измерения содержит постоянно повторяющуюся ошибку, либо официальная наука имеет дело с пока что не обнаруженным механизмом, который и повинен в том, что  декогеренции в условиях горячей и влажной среды внутри живых существ ощутимо отодвигается во времени. 

Весной 2012 года интернациональная команда: американский биолог Стюарт Кауффманн, венгерский физик Габор Ваттаи, физик Самули Нииранен из Финляндии, - опубликовала монументальный теоретический труд, в котором был описан подобный механизм.  (G. Vattay, S. Kauffman & S. Niiranen. Quantum biology on the edge of quantum chaos. arXiv:1202.6433vl).

 

Стюарт Кауффманн

Расчеты этой научной группы доказали, что при определенных  обстоятельствах системы квантового типа могут сохранять когерентность намного дольше и работать на больших расстояниях, чем принято в официальной квантовой физике. Компьютерные симуляции демонстрируют, что процесс фотосинтеза 100 % вписывается в его описание.

Созданная модель фокусируется на необычном даже в формате квантовой физики феномене квантового хаоса.  В таком состоянии малейшие изменения приводят к гигантскому эволюционному скачку системы. Классические нелинейные хаотические системы обладают такими же уникальными свойствами. Переход квантовая система – хаотическая квантовая система по сути является преодолением своего рода фазового перехода состояния. Новая теория описывает именно это изменение.

 

Физиками давно  установлено, что если система находится в состоянии тонкого баланса между соседними фазами, то она может вести себя истинно не адекватно. При смене состояние с газообразного на жидкое, а затем на твердое, то при определенном давлении и температуре м.б. случаи, когда она будет одновременно состоять сразу в 3 одновременно.  «Критический переход позволяет существование такого анормального положения дел.

Исследование показывает, что такой фазовый переход всегда имеет место при переходе квантовых систем в хаотическое состояние.  Пропадают границы между линейным квантовым и хаотическим поведением. Возникает устойчивый феномен, так называемый Poised Realm («подвешенная область»).

Исследователи теоретически доказали, что процессы квантовой биологии, наблюдаемые в опытах энтузиастов по всему миру,  происходят именно в фазе квантового хаоса. Этот же переход и сделал возможным существование феномена в физике «переход металл-изолятор» (MIT), позволяющего при минимальных потерях эффективно перемещать энергию и квантовую информацию.

 

Согласно теории авторов, если системы достаточно сложны и находятся в состоянии между регулярностью и хаосом, то они способны наращивать время существования когерентности на несколько порядков от базовой величины. В состоянии почти «критического квантового хаоса» или «перехода металл-изолятор» могут одновременно и когерентный перенос и длительное время когерентности. Новая теория была протестирована на реальной модели светоабсорбирующей системы фотосинтеза. Она же помогает и лучше понять критично важные феномены, которые были описаны ранее по тексту статьи. Аналогично ряд ученых прослеживает аналогичное поведение и у целого ряда процесса в мозге человека и животных.