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最前线|生物体内的怪异量子力学：被人类忽视的微观世界( 三 )


因此 ， 对于鸟类的身体而言 ， 只需要检测体内这种化学物质的含量就能够获取有关方向正确与否 ， 有否出现偏航的信息 。 这些信息会被释放 ， 并激发鸟类神经系统做出相应反应 ， 鸟类将会知道自己究竟是在朝着摩洛哥还是西伯利亚方向飞行 。
无线电波实验具有重要意义 ， 因为我们现在能够大致预期 ， 任何东西 ， 只要能够与自由电子自旋之间发生相互干扰 ， 应该就能 ， 至少能够部分地影响鸟类化学导航器的工作 。 这样一来 ， 我们也就能够解释有些时候有些鸟类突然无法正确分辨方向的现象 。
但即便如此 ， 这一理论到目前为止也仍然仅仅是理论 ， 人们还远未能了解其本质 。 霍尔一直在运用各种理论上能够承担这项工作的分子类型开展相关实验 ， 希望能够揭开鸟类量子化学导航器的秘密 。
最前线|生物体内的怪异量子力学：被人类忽视的微观世界
本文插图

这种化学导航器将能够告诉鸟类 ， 它的飞行方向是否正确
霍尔表示：“我们已经利用一些化合物开展了一些实验 ， 以便证明化学导航器在原理上是可能的 。 ”这些工作目前已经让他们圈定了一些候选的分子类型 ， 这些分子类型似乎有可能对地球磁场探测产生作用 。 霍尔说：“我们目前无法确定的一点是 ， 是否在鸟类的细胞内部发生的反应是与实验室中完全一样 。 ”
霍尔表示 ， 磁场导航的理论还只不过是鸟类复杂而研究甚少的导航系统中的一小部分 。 运用量子理论解释这种导航机制是目前效果最佳的尝试 ， 但要想真正将鸟类的行为模式与理论化学原理相联系 ， 仍然需要做很多工作 。
我们嗅觉背后的量子效应 还有一个领域很有可能有望帮助科学家们揭开量子生物学的奥秘 ， 那就是气味的科学 。
我们的鼻子是如何能够区分不同气味的？传统的嗅觉理论难以解释我们的鼻子如何能够辨别各种不同的气味大分子——当一些气味分子进入我们的鼻腔 ， 现在科学界仍然不清楚之后究竟发生了什么 。 但不知怎的 ， 这些分子与我们鼻腔内部的一些气味感受器之间发生了相互作用 ， 并让我们能够识别这些气味 。

为什么我们能够嗅到气味？
一位经过训练的专业人士能够分辨数千种不同的气味 。 但气味分子是如何表达不同气味的 ， 这一点目前仍然不太清楚 。 有很多分子在外观上几乎是完全一样的 ， 只是在周围多了一个或两个原子 ， 结果它们却能够表现出完全不同的气味 。 香草素闻起来有香草的味道 ， 但与之结构非常相似的丁香油酚闻上去却是一股丁香的味道 。 有些分子的结构相互之间互为镜像 ， 就像你的左右手那样 ， 同样表现出不同的气味 。 但同样的 ， 有些结构非常不同的分子闻上去的气味却几乎完全一样 。
卢卡·图灵（Luca Turin）是希腊BSRC亚历山大·弗莱明研究院的一名化学家 ， 他长期致力于研究分子的何种性质决定其所表现出的气味的相关课题 。 他说：“在嗅觉科学深处有某些非常非常特别的东西 ， 简单来说就是 ， 我们不知怎的能够分析不同分子和原子的能力 ， 与我们自认为知晓的分子识别模式不相符合 。 ”他认为 ， 光凭分子结构这一点还无法确定其表现出来的气味 ， 与此相反 ， 他认为可能是分子内部的一些化学键的性质能够提供有关其气味类型的关键信息 。
根据图灵关于气味和嗅觉的量子理论 ， 当一个气味分子进入人的鼻腔并与一个气味接收器相结合 ， 在接收器内部就会发生一种所谓的“量子隧穿效应” 。
在量子隧穿效应中 ， 一个电子可以穿过材料 ， 从A点抵达B点 ， 在此过程中它似乎能够绕开中间的材料而不受阻挡 。 和鸟类的的量子导航器相似 ， 其中的关键环节在于共振现象 。 图灵认为 ， 在气味分子中的某个特定化学键能够在特定能量作用下发生共振 ， 从而帮助在接收器分子一侧的电子迅速移动到另一侧 。 只有当气味分子中的化学键在合适的能级状态下发生共振现象时 ， 这样的隧穿效应才能发生 。


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