Al-Khalili, Jim; McFadden, Johnjoe: Život na hraně

Al-Khalili, Jim; McFadden, Johnjoe
Život na hraně

recenze přírodní vědy

Vyčerpávající úvod do rychle se rozvíjejícího vědeckého odvětví, v němž se snoubí kvantová mechanika s biologií. Ačkoli to na první pohled může vypadat jako spojení trochu pošetilé, už dnes existují přesvědčivé důkazy, že se kvantové jevy na některých základních aspektech života skutečně podílejí. Ambice kvantové biologie jsou však nesrovnatelně větší.

Život ve světle kvantové mechaniky
Jim Al-Khalili
, Johnjoe McFadden: Život na hraně: Nadcházející věk kvantové biologie. Přel. Roman Šolc, Vyšehrad, 2019, 368 s.

Když si na přelomu devatenáctého a dvacátého století někteří fyzikové bláhově mysleli, že co bylo na světě k poznání, již poznali, a vědomosti tedy lze rozvíjet jedině postupným zpřesňováním měření, objevily se jako blesk z čistého nebe teorie relativity a kvantová mechanika, které otevřely novou, dosud netušenou oblast reality. Zejména kvantová mechanika popisující fyzikální zákony mikrosvěta svou neintuitivností dráždila nejbrilantnější mozky, což koneckonců činí dodnes. Kvantová fyzika ale není zajímavá jen pro fyziky. Už „od svých počátků se přelévala také do dalších méně i více vzdálených oblastí kultury, v nichž zanechala nesmazatelné stopy“, jak shrnuje kniha Kvantový moment. Nicméně odezvu našla i v jiných přírodních vědách, ať už celkem nepřekvapivě v chemii, čímž se zrodil obor kvantová chemie, tak v biologii. Ačkoli je kvantová biologie teprve v plenkách, přinesla první pozoruhodné výsledky a je příslibem revoluce našeho nahlížení na samotný život. Alespoň tak rodící se obor popisují Jim Al-Khalili a Johnjoe McFadden v knize Život na hraně: Nadcházející věk kvantové biologie (Life on the Edge: The Coming of Age of Quantum Biology, 2014), která konečně s novou disciplínou seznamuje i českého čtenáře.

Enzymy a fotosyntéza
V deseti kapitolách autoři postupně proberou celou řadu oblastí, kde život prokazatelně či hypoteticky interaguje s kvantovým světem. Ovšem s vědomím, že ne každý čtenář je odborníkem na kvantovou fyziku nebo fundamentální otázky života, věnují první dvě části především vymezení problematiky a představení některých důležitých termínů (pojmy jsou pak znovu a podrobněji rozebírány i v kapitolách, kde hrají nějakou roli, takže se čtenář nemusí bát, že by se v textu ztrácel). Na úvod tudíž přichází stručné seznámení s kvantovou mechanikou, mimo jiné s jevy jako vlnově-částicová dualita, kvantové tunelování, superpozice či kvantové provázání (ono „záhadné působení na dálku“, jak prohlásil Albert Einstein). Po něm následuje víceméně historický exkurz do zkoumání stále nevyřešené otázky „Co je to život?“ i první úvahy, jestli nám k jejímu zodpovězení má vůbec kvantová mechanika co říct, respektive jestli se v něčem živém vlastně mohou projevit podivuhodné zákonitosti kvantového světa, což není vzhledem k takzvané dekoherenci (ztrátě kvantové koherence) vůbec triviální problém: „Proces, při němž náhodný molekulární pohyb naruší pečlivě vyrovnaný kvantový mechanický systém, je známý jako dekoherence a rychle odstraní podivné kvantové efekty ve velkých neživých objektech. Teplota zvyšuje energii a rychlost molekulárního hemžení, takže při vyšších teplotách dochází k dekoherenci snadněji.“ A co teprve v objektech živých, jejichž teplota není vůbec nízká? Na to odpovídají následující kapitoly.

Hned ta třetí například s odkazem na několik velmi přesvědčivých experimentů ukazuje, že kvantová mechanika patrně hraje podstatnou úlohu ve fungování enzymů, katalyticky aktivních bílkovin, jež řídí většinu životních pochodů, a jsou tak pro fungování těla naprosto klíčové: „Každá vitální aktivita […] živých organismů […] je urychlována enzymy, motory života, jejichž mimořádná katalytická síla je dána jejich schopností uspořádat pohyby základních částic, a tak se ponořit do kvantového světa a využít jeho podivné zákony.“ Další sférou života, kde se pravděpodobně uplatňují kvantové jevy, je jeden z nejdůležitějších, ne-li vůbec ten nejdůležitější biologický proces na Zemi, totiž fotosyntéza. V tomto případě by kvantová mechanika mohla skrze jev známý jako „kvantová procházka“ vysvětlit mimořádnou účinnost přeskakování energie mezi molekulami chlorofylu, což by zároveň znamenalo, že rostliny umí provádět triky, jež by dle teorie měly představovat základ fungování kvantových počítačů. Není divu, že když se o tom fyzikové poprvé doslechli, jen těžko prý přemáhali smích. Jenže nakonec jim úsměv na rtech poněkud zmrznul.

Od čichu k vědomí
Kvantová mechanika se, přinejmenším hypoteticky, uplatňuje i v jiných zajímavých oblastech. Jednou z nich by mohl být například čich. Jak vlastně čich funguje? Jak příslušné receptory rozpoznávají určitou chemickou látku a co určuje, jaký vjem (vůni) daná molekula vyvolá? Tradičním vysvětlením je princip zámku a klíče (na příslušný receptor pasuje jen konkrétní molekula), autoři však ukazují, že naše povědomí o čichu je překvapivě neúplné, a představují alternativní vysvětlení rozpoznávání odorantů. Je jím takzvaná vibrační teorie, podle níž není stěžejní tvar molekuly, nýbrž frekvence molekulárních vibrací. Tento mechanismus by potom mohl na nejzákladnější úrovni vycházet z kvantového tunelování, byť jakékoli přímé důkazy pro tuto domněnku zatím chybí. Dalším pozoruhodným útočištěm pro kvantovou mechaniku a podle autorů také „nejvíc oslavovanou myšlenku v oblasti kvantové biologie,“ je schopnost magnetorecepce, která přinejmenším u některých druhů (v textu se nejvíc probírá červenka obecná) možná vychází z onoho podivného kvantového provázání.

Kvantové jevy mají patrně určitou roli i na úrovni samotných genů, přičemž podle autorů to vzhledem k molekulární stavbě DNA, potažmo podílu protonů na vzniku vodíkové vazby mezi nukleovými bázemi, je v podstatě jisté: „Genetická informace, která umožňuje život, je tedy nevyhnutelně informací kvantovou.“ V tomto ohledu se dokonce nabízí zatím ryze teoretická možnost, že má kvantová mechanika vliv i na vznik genetických mutací, jež jsou jedním z klíčových prvků evoluce. Nebýt totiž mutací, neexistovala by variabilita, s níž potom může pracovat přírodní výběr. V knize nechybí ani kapitola věnovaná potenciálnímu významu kvantové mechaniky pro vznik vědomí, kteroužto myšlenku v minulosti zpopularizoval britský matematik Roger Penrose, leč jeho představu autoři víceméně zavrhují. Neházejí ovšem flintu do žita a nabízejí jinou možnost, jak by se na fungování mysli mohly kvantové jevy podílet. Konkrétně spatřují určitý potenciál v iontových kanálech, jež jsou součástí neuronů a podílejí se na přenosu akčního potenciálu. Nicméně i v tomto případě se zatím jedná o pouhé domněnky a spekulace, třebaže ne neopodstatněné.

Sám život
Pokud by snad představa „kvantových genů“ a „kvantového vědomí“ byla někomu málo, snad reputaci svazku napraví poslední dvě kapitoly, jež ukážou, že kvantová mechanika možná stojí i za samotným vznikem života (například s využitím superpozice při hledání nejlepšího replikátoru), respektive že je přímo jeho hnací silou (kvantová obdoba parního stroje fungující v rostlinných chloroplastech), nebo dokonce základní podstatou, bez níž nedokáže existovat. Tento fakt, pakliže se ukáže jako správný, by měl být základem našich budoucích snah o vytvoření syntetického života, což se dosud jevilo jako hudba hodně vzdálené budoucnosti. Každopádně ve chvíli, kdy dokážeme stvořit život, budeme konečně blíž jeho pochopení. Avšak jestli nám k tomu opravdu dopomůže kvantová mechanika, je zatím ve hvězdách.

Ačkoli mohou znít náměty závěrečných kapitol trochu vědeckofantasticky, je třeba podotknout, že autoři se snaží svou víru v možnosti kvantové biologie držet na uzdě a bez skrupulí přiznávají, že spousta představených hypotéz se stále pohybuje na hypotetické rovině a přinejlepším má oporu v několika nepřímých důkazech, jež se však dají vysvětlit i jinak než „kvantově“. Ambicí Života na hraně koneckonců ani nemá být představení definitivních poznatků, ale spíš seznámení laické i odbornější veřejnosti s rychle se rozvíjejícím, mladým vědeckým oborem a jeho nezměrnými možnostmi, byť nikdo nezaručí, že se nakonec naděje v něj vkládané neukážou jako plané. Pozitivní je snaha autorů neházet na čtenáře pouze suchá fakta, každou kapitolu naopak doprovázejí nějakým ryze biologickým příběhem (třeba migrace živočichů nebo objev a výzkum jezera Vostok) a studovanou problematiku zasazují do širšího kontextu, takže na samotnou roli kvantové mechaniky v biologickém procesu se někdy dostane až v samém závěru kapitoly.

Za vypíchnutí potom vedle poučných výletů do historie stojí zejména podrobný, multiúrovňový průzkum zkoumaných jevů, kupříkladu dějů odehrávajících se uvnitř pulce při přeměně v žábu (při vysvětlování funkce enzymů) či uvnitř listu, v němž právě probíhá fotosyntéza. Je sice pravda, že občas se pro samé odbočky a objasňování detailů maličko vytratí pointa některých částí, ale vzhledem k několikerému zopakování všech podstatných závěrů kniha svůj cíl beze zbytku splní. Vzhledem k tempu, jakým se bude obor nejspíš vyvíjet, lze očekávat, že spousta uvedených informací bude za pár let zastaralá, nicméně snad to bude pobídka pro autory, aby časem připravili nové vydání, v němž ukážou, kde se představené hypotézy ukázaly být správné a kde byly naopak zcela vedle. Ale taková už je věda.

 

© Pavel Pecháček

Ohodnoťte knihu

0%

Hlasovalo 11 čtenářů.

Diskuse

Vložit nový příspěvek do diskuse
Vaše jméno:
E-mail:
Text příspěvku:
Kontrolní otázka: Kolik je prstů na jedné ruce
Kontrolní otázka slouží k ochraně proti vkládání diskusních příspěvků roboty.

Více k článku

80%autor článku   72%čtenáři

zhlédnuto 956x

katalogy

Koupit knihu

štítky k článku

Inzerce