鸟类也“懂”量子力学

王昱

任何学科都有它自己的适用范围，但它和人们固有印象中的范围并不一定一致，并且学科的适用范围可能随着时代的发展而产生改变。所以，听到量子生物学时，其不可思议程度，甚至会让有些人怀疑这是某些人编出来的学科。但它的确是当前生物学的一个研究方向，甚至现在发现了越来越多生物体内存在量子效应的证据。

早在1944年，薛定谔在他的著作《生命是什么》中就曾设想过将量子力学机制应用到生物学上，用于研究遺传系统。但半个多世纪以来，相关领域始终没有什么显著进展。直到近20年，越来越多出现在生物学中的量子效应，让量子生物学成为了一个严肃的科研方向。

科学家已经找到了一些生物学中的量子效应，比如某些酶催化反应中涉及量子隧穿。除了这种生物学基本反应，量子力学同样可能出现在更直观的例子中，比如光合作用中涉及的波粒二象性，以及鸟类迁徙时的导航，可能依靠基于自由基对中纠缠电子自旋状态的化学反应。

虽然我们无法感知量子效应，但人类细胞也可以对磁场作出响应。近日，东京大学的科学家发现：由于量子效应，海拉细胞内的荧光能对磁场作出反应，这项发现为“鸟类导航时用量子效应识别磁场”的假说提供了新的直接证据。由此，我们不得不考虑量子生物学的更广泛应用。

从生物导航到量子力学

包括鸟类、海龟、鱼类在内的多种动物都会进行迁徙。对这些动物而言，地磁场是长距离迁徙过程中的可靠参照物。……