Природный суперкомпьютер: наши клетки обгоняют технологии на миллиарды лет.

Физики измерили вычислительную мощь всего живого.

Руководитель Лаборатории квантовой биологии Говардского университета Филип Куриан совершил прорыв в понимании того, как живые организмы обрабатывают информацию. В своей работе, опубликованной в Science Advances, он впервые объединил три фундаментальных направления физики XX века - термодинамику, теорию относительности и квантовую механику. Это позволило установить верхний предел вычислительных возможностей для всех форм жизни на основе углерода за историю Земли и сравнить его с потенциалом всей материи в наблюдаемой Вселенной.

До сих пор считалось, что квантовые процессы проявляются только в особых условиях и на микроуровне. Квантовые компьютеры приходится охлаждать до температур ниже космических, а сами эффекты наблюдаются лишь у мельчайших частиц - атомов и молекул. Живые существа же существуют в тёплой и хаотичной среде, а их клеточные структуры выглядят слишком массивными для проявления квантовых свойств.

Однако группа Куриана опровергла это представление. Учёные нашли отчётливые квантовые эффекты в белковых полимерах, растворенных в воде, причём эти явления сохранялись даже на микронном уровне - в тысячи раз большем, чем считалось возможным. И ключевую роль здесь играет аминокислота триптофан, входящая в состав многих белков. Она захватывает ультрафиолетовое излучение и выпускает его с меньшей энергией на другой длине волны.

Триптофан образует обширные сети в различных клеточных структурах - микротрубочках, амилоидных фибриллах, трансмембранных рецепторах, вирусных капсидах, ресничках, центриолях и нейронах. Благодаря явлению суперрадиации эти сети действуют как своеобразное оптоволокно, позволяя всем организмам с ядром в клетках использовать квантовые сигналы для обработки данных.

И механизм этот - невероятно эффективен. При расщеплении пищи клетки производят свободные радикалы, способные излучать опасные ультрафиолетовые частицы высокой энергии. Триптофановые сети поглощают излучение и преобразуют его в менее опасную форму. Открытие может подсказать новые способы защиты мозга от болезни Альцгеймера и других нейродегенеративных заболеваний.

Традиционно считалось, что передача сигналов в живых организмах происходит за счёт движения ионов через клеточные мембраны - процесс, занимающий несколько миллисекунд. Теперь же выяснилось, что квантовая суперрадиация в клеточных структурах происходит за пикосекунду - в миллиард раз быстрее.

Исследование заставило пересмотреть и роль простейших организмов в обработке информации. В своих работах учёные часто фокусируются на мозге и нейронах, забывая о бактериях, грибах и растениях. Между тем эти древнейшие формы жизни, составляющие основную часть земной биомассы, тоже используют квантовые эффекты для сложных “вычислений”. А поскольку они появились задолго до животных, на их долю приходится большая часть всей информационной работы, проделанной живыми существами за историю планеты.

Открытие даже вышло за пределы биологии и достигло космических исследований. В межзвёздном пространстве и на поверхности астероидов учёные нашли молекулярные структуры, аналогичные тем, что земные организмы применяют для обработки информации на квантовом уровне. Это наблюдение позволяет предположить: способность манипулировать квантовыми состояниями заложена в самой природе жизни и появилась задолго до возникновения эукариот - существ с ядром в клетках.

Филип Куриан предлагает особый подход к поиску разума во Вселенной. Если классическое уравнение Дрейка рассчитывает число цивилизаций через набор вероятностей, то его собственная методика оценивает потенциал каждой планеты по наличию на ней существ, способных к квантовым взаимодействиям.

Сет Ллойд из MIT, стоявший у истоков квантовых технологий, назвал эту работу революционной. По его мнению, она наглядно демонстрирует: творения природы далеко превосходят искусственные системы в умении работать с данными. Сам автор отмечает глубокий смысл своего открытия - несмотря на ограничения, которые физические законы накладывают на познание мира, существование столь изящных природных процессов говорит о высшей гармонии мироздания.

По материалам: https://www.securitylab.ru/new...