Сто лет назад выдающийся русский биолог Александр Гаврилович Гурвич (1874-1954) рискнул предположить, что живые клетки излучают слабый ультрафиолетовый свет, чтобы общаться и стимулировать друг друга. Тогда его догадка выглядела почти безумной. В новой работе к гипотезе Гурвича обратился физик Натан С. Бэбкок из Лаборатории квантовой биологии Университета Говарда.
Квантовая физика объясняет, как клетки общаются с помощью ультрафиолета
Сто лет назад выдающийся русский биолог Александр Гаврилович Гурвич (1874-1954) рискнул предположить, что живые клетки излучают слабый ультрафиолет, чтобы общаться и стимулировать друг друга. Тогда его догадка выглядела почти безумной. В новой работе к гипотезе Гурвича обратился физик Натан С. Бэбкок из Лаборатории квантовой биологии Университета Говарда. Ученый предложил объяснение экспериментов Гурвича, применив современный аппарат квантовой физики.
Светящийся лук. Gemma AI. https://phys.org
Александр Гаврилович Гурвич (1874-1954) – советский и русский биолог.
Натан Бэбкок рассказал об экспериментах Гурвича и своей работе, которая дает им объяснение, на основе квантового резонанса.
Светящийся лук
Фотография «лукового эксперимента» Гурвича, на которой изображены лук-эмиттер, помещенный в индуктор (чаша для хранения луковицы индуцирующего лука, слева), лук-реципиент (в рамке для хранения луковицы индуцирующего лука, вверху) и место митотической индукции (в центре). Подставка индуктора сконструирована таким образом, чтобы можно было точно регулировать колбу индуктора во всех направлениях.
В 1920-х годах в ходе экспериментов Александр Гурвич обнаружил поразительное явление. Поместив кончик одного корня лука рядом с кончиком другого, он заметил, что на одном из кончиков происходит больше делений клеток. Ученый заметил, что этот эффект исчезает, когда между корнями помещают стекло. Когда он заменил стекло на тонкий кварц, эффект снова проявился.
Рисунки поперечных срезов меристемы необлученного (слева) и облученного (справа) корней лука. Линия делит индуцированный корень на противоположные половины.
Ученый предположил, что клетки обмениваются загадочным светом, который он назвал «митогенетическим излучением». Оно свободно проходило сквозь воздух и кварц, но блокировалось стеклом. Гурвич пришел к выводу, что это слабый ультрафиолет, который испускается одним кончиком корня и стимулирует деление клеток в другом.
В то время идея о том, что свет, а не гормоны или другие химические вещества, может управлять таким фундаментальным процессом, как деление, казалась неправдоподобной. Скептики отвергли выводы Гурвича, и явление было забыто.
Бэбкок пришел к выводу, что явление описанное Гурвичем можно объяснить с помощью теории квантового резонанса. Используя резонансные понятия из квантовой механики, Бэбкок связал наблюдения Гурвича со сложной схемой, которая объясняет, как слабый ультрафиолетовый свет может вызвать значительные биологические изменения. Это объяснение изложено в работе, опубликованной в журнале Computational and Structural Biotechnology Journal.
Исследователи обычно не рассматривают квантовые эффекты в биологии, считая, что клетки слишком «теплые, влажные и шумные» для таких тонких явлений. Бэбкок обратился к теории открытых квантовых систем, которая описывает системы, встроенные в окружающую среду и взаимодействующие с ней. Бэбкок пишет, что он использовал модель Фано-Фешбаха — метод, первоначально разработанный для явлений рассеяния в квантовой механике.
По словам ученого, эта модель идеально подходит для проверки эффектов квантового резонанса, подобных тем, что наблюдал Гурвич. Применяя эту модель, Бэбкок показал, как биологическая среда может обнаруживать и усиливать слабые световые сигналы.
Бэбкок говорит, что свет — это не просто побочный продукт биологических систем, а их активный компонент. Ультрафиолетовая сверхслабая эмиссия фотонов может служить квантовым каналом для связи и координации деятельности клеток.
Далеко идущие перспективы
Бэбкок говорит, что, применяя принципы теории открытых квантовых систем, мы можем изучать такие процессы, как митоз, фотосинтез и ферментный катализ.
Ученый перечисляет возможные практические приложения. Клеточная ультрафиолетовая сверхслабая эмиссия фотонов может найти применение в медицинской диагностике, выступая в качестве биомаркера клеточного здоровья, окислительного стресса или ранних признаков рака. В регенеративной медицине мы можем использовать эти излучения для стимуляции заживления ран или управления ростом тканей с помощью точной световой терапии.
Натан С. Бэбкок пишет: «Переосмысление работы Гурвича открывает путь к открытиям, которые ставят множество новых вопросов. Как эти фотонные излучения связаны с другими клеточными процессами? Могут ли они влиять на иммунитет, старение или развитие сложных организмов? Какие еще скрытые квантовые явления могут существовать в биологической микросреде, которые мы можем смоделировать с помощью квантовой теории?».
Но чтобы ответить на эти вопросы и подтвердить феномен «клеточной коммуникации» с помощью ультрафиолета, необходимо еще много экспериментов и исследований. Сегодня исследования «митогенетического излучения» Гурвича ведутся и на биологическом факультете МГУ в Москве, и в других странах.