Жизнь на грани. Ваша первая книга о квантовой биологии

Примечания

1

Atkins P. W. Magnetic field effects // Chemistry in Britain, 1976. — № 12. — P. 214.

2

Emlen S., Wiltschko W., Demong N. and Wiltschko R. Magnetic direction finding: evidence for its use in migratory indigo buntings // Science, 1976. — № 193. — P. 505–508.

3

В науке принято относить детерминистские физические теории, которые предшествовали квантовой механике (в том числе специальную и общую теории относительности), к классической физике в отличие от неклассической квантовой механики. — Здесь и далее примеч. авт.

4

Все же неправильно полагать, что туннельный эффект подразумевает преодоление барьеров физическими волнами; способность квантовой частицы в одно мгновение оказаться по другую сторону барьера описывается абстрактными математическими моделями волн. В этой книге мы будем стараться приводить аналогии квантовых явлений, интуитивно понятные читателям, однако реальность такова, что квантовая механика чрезвычайно контринтуитивна, поэтому авторы рискуют слишком упростить некоторые аналогии, пусть и с благородной целью максимально ясного изложения.

5

Все химические элементы имеют разновидности атомов, называемые изотопами. Отдельный элемент выделяется на основе количества протонов в ядре его атомов: атомные ядра водорода содержат один протон, ядра гелия — два и т. д. Однако количество нейтронов, содержащихся в ядре, может варьироваться. Так, водород имеет три разновидности (изотопа): обычно в атоме водорода содержится только протон, а более тяжелые изотопы — дейтерий и тритий — имеют в ядре, кроме протона, один или два нейтрона соответственно.

6

Строго говоря, дейтрон обязан своей стабильностью одному из свойств ядерных сил. Протон и нейтрон связываются благодаря тензорному взаимодействию, которое вынуждает эту пару частиц находиться в квантовой суперпозиции двух одновременных моментов импульса — S-волны и D-волны.

7

Следует оговориться, что специалисты в области квантовой физики не пользуются таким упрощенным языком. Правильнее будет сказать, что две удаленные, но запутанные частицы сохраняют нелокальную взаимозависимость потому, что являются частями одного и того же квантового состояния. Однако такая формулировка мало что проясняет, не правда ли?

8

Поскольку свет — это не только частицы, но и волна, поляризацию (в отличие от квантового спина) гораздо проще понимать как направление, в котором распространяется волна.

9

И вновь мы во многом упрощаем язык изложения, чтобы читатель мог себе представить описываемое максимально ясно. Измерение определенного свойства квантовой частицы (например, ее положения) означает, что у нас больше нет неопределенности относительно этого свойства — оно попадает в центр нашего внимания и перестает быть туманным, неясным. Однако это не означает, что отныне, с измеренным и описанным нами свойством, частица начинает вести себя традиционно, в рамках классической физики. Согласно принципу неопределенности Гейзенберга частица больше не имеет фиксированной скорости. На самом деле частица в определенном положении будет в тот момент времени находиться в состоянии суперпозиции, двигаясь одновременно со всеми возможными скоростями и во всех возможных направлениях. Что касается квантового спина, поскольку это свойство присуще только объектам микромира, его измерение точно не заставит частицу вести себя подобно объекту классической механики.

10

Во второй половине XIX века шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл доказал, что электрические и магнитные силы представляют собой проявления одной и той же силы — электромагнетизма.

11

Имеется в виду стол для игры в американский бильярд, или пул.

12

Свободная энергия — одно из важнейших понятий термодинамики, содержание которого описание, приведенное в данной главе, иллюстрирует достаточно точно.

13

Стоит отметить, что некоторые биохимики того времени были виталистами.

14

Как ни странно, в то время эксперименты Эвери не были приняты учеными в качестве достаточного доказательства того, что генетическим материалом является именно ДНК. Споры об этом разгорелись с новым жаром лишь во времена Крика и Уотсона.

15

Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, в структуру которого входят углерод, азот, кислород и водород, а также хотя бы одной фосфатной группы. Все эти соединения закреплены на длинной нити ДНК.

16

Один микролитр равен одному миллиметру кубическому.

17

Harris S. Chemical potential: turning carbon dioxide into fuel // The Engineer, 2012. — 9 August. — http://www.theengineer.co.uk/energy-and-environment/in-depth/chemical-potential-turning-carbon-dioxide-into-fuel/1013459.article#ixzz2upriFA00.

18

Кстати, отношение энергии и частоты излучения выражено в уравнении, предложенном Максом Планком в 1900 году: E = ħω, где E — энергия, ω — частота, а ħ — величина, получившая название «постоянная Планка». Из уравнения видно, что величина энергии прямо пропорциональна показателю частоты.

19

Этот процесс называют редукцией или коллапсом волновой функции. В современных работах под этим понятием подразумевается изменение математического описания электрона, а вовсе не физическое разрушение настоящей волны.

20

Именно Макс Борн предложил вероятностную интерпретацию волновой функции Шредингера.

21

Die Naturwissenschaften, 1932. — Vol. 20. — P. 815–821.

22

Jordan Pascual, 1938, цит. по: Galison P., Gordin M. and Kaiser D., eds. Quantum Mechanics: Science and Society. — London: Routledge, 2002. — P. 346.

23

Данный закон записывается уравнением PV = nRT, где n — количество молей газа, R — газовая постоянная, P — давление, V — объем газа и T — температура.

24

Murphy M. P. and O’Neil L. A. J., eds. What is Life? The Next Fifty Years: Speculations on the Future of Biology. — Cambridge: Cambridge University Press, 1995.

25

Longuet-Higgins H. C. Quantum mechanics and biology // Biophysical Journal, 1962. — Vol. 2. — P. 207–215.

26

Feynman R. P., Leighton R. B. and Sands M. L. The Feynman Lectures on Physics. — Reading, MA: Addison-Wesley, 1964. — Vol. 1. — P. 3–6.

27

Приставка нано- означает одну миллиардную часть метра.

28

Schweitzer M. H., Suo Z., Avci R., Asara J. M., Allen M. A., Arce F. T. and Horner J. R. Analyses of soft tissue from Tyrannosaurus rex suggest the presence of protein // Science, 2007. — Vol. 316: 5822. — P. 277–280.

29

Дрожжи — это одноклеточные грибы.

30

Gross J. How tadpoles lose their tails: path to discovery of the first matrix metalloproteinase // Matrix Biology, 2004. — Vol. 23: 1. — P. 3–13.

31

Lienhard G. E. Enzymatic catalysis and transition-state theory // Science, 1973. — Vol. 180: 4082. — P. 149–154.

32

Разумеется, есть несколько очень важных исключений: прежде всего, такие соединения, как кислород, — они постоянно вступают в реакции, однако их запас на нашей планете не иссякает благодаря регулярным процессам, связанным в основном с жизнедеятельностью живых организмов, например растений, выделяющих кислород в атмосферу.

33

Исходные вещества реакции принято называть веществами, участвующими в реакции, или реагирующими веществами. Однако, если в реакции участвует катализатор (например, фермент), исходное вещество называют субстратом.

34

Названия многих ферментов начинаются с наименования вещества (субстрата), разрушающегося в ходе реакции, и оканчиваются на — аза. Таким образом, коллагеназа — это фермент, расщепляющий коллаген.

35

Этот тип связи относится к ковалентной связи.

36

Ионом называют атом или молекулу с электрическим зарядом, который является результатом утраты электронов (положительно заряженный ион) или их приобретения (отрицательно заряженный ион).

37

Tallant C., Marrero A. and Gomis-Ruth F. X. Matrix metalloproteinases: fold and function of their catalytic domains // Biochimica et Biophysica Acta (Molecular Cell Research), 2010. — Vol. 1803: 1. — P. 20–28.

38

Kirby A. J. The potential of catalytic antibodies // Acta Chemica Scandinavica, 1996. — Vol. 50: 3. — P. 203–210.

39

Как вы помните из главы 2, органеллы — это «органы» клетки, ее внутренние структуры, выполняющие определенные функции, например функцию дыхания.

40

DeVault Don and Chance Britton. Studies of photosynthesis using a pulsed laser: I. Temperature dependence of cytochrome oxidation rate in chromatium. Evidence for tunneling // BioPhysics, 1966. — Vol. 6. — P. 825.

41

Большинство ученых пользуются единицей температуры К (кельвин). Изменение температуры на 1 К соответствует изменению на 1 °C. Начало шкалы температуры в кельвинах совпадает с абсолютным нулем, которому по шкале Цельсия соответствует температура –273 °C. Так, например, температура человеческого тела равна 310 К.

42

Hopfield J. J. Electron transfer between biological molecules by thermally activated tunneling // Proceedings of the National Academy of Sciences, 1974. — Vol. 71. — P. 3640–3644.

43

Возможно, у вас возникнет вопрос: зачем объяснять процессы слияния протонов внутри Солнца в терминах квантового туннелирования? Однако даже невероятно высокой внутрисолнечной температуры и давления недостаточно для того, чтобы два положительно заряженных протона преодолели электрическое отталкивание и слились в одно ядро. В таком случае на помощь приходит квантовая механика.

44

Cha Yuan, Murray Christopher J. and Klinman Judith. Hydrogen tunneling in enzyme reactions // Science, 1989. — Vol. 243: 3896. — P. 1325–1330.

45

Masgrau L., Basran J., Hothi P., Sutcliffe M. J. and Scrutton N. S. Hydrogen tunneling in quinoproteins // Archives of Biochemistry and Biophysics, 2004. — Vol. 428: 1. — P. 41–51; Masgrau L., Roujeinikova A., Johannissen L. O., Hothi P., Basran J., Ranaghan K. E., Mulholland A. J., Sutcliffe M. J., Scrutton N. S. and Leys D. Atomic description of an enzyme reaction dominated by proton tunneling // Science, 2006. — Vol. 312: 5771. — P. 237–41.

46

Glowacki David R., Harvey Jeremy N. and Mulholland Adrian J. Taking Ockham’s razor to enzyme dynamics and catalysis // Nature Chemistry, 2012. — Vol. 4. — P. 169–76.

47

Из телесериала ВВС Fun to Imagine 2: Fire (1983), видео доступно по ссылке YouTube: http://www.youtube.com/watch?v=ITpDrdtGAmo.

48

Интервью CBC News доступно по ссылке: http://www.cbc.ca/news/technology/quantum-weirdness-used-by-plants-animals-1.912061.

49

Биения представляют собой колебания громкости — своего рода пульсацию, которая образуется двумя нотами практически одинаковой частоты и, таким образом, почти созвучными. Не следует путать биения с ритмом.

50

Щели действительно должны быть очень узкими и располагаться очень близко друг к другу. В опытах, которые проводили в 1990-е годы, экран представлял собой лист золотой фольги, а ширина щелей составляла порядка одного микрометра (одной тысячной миллиметра).

51

Мы допускаем, что датчик имеет 100 %-ную эффективность и точно дает нам знать, что атом проходит через щель, не влияя при этом на траекторию атома. Разумеется, на практике это невозможно, так как мы посредством наблюдения неизбежно нарушим путь прохождения атома, как мы увидим далее.

52

Engel G. S., Calhoun T. R., Read E. L., Ahn T.-K., Mancal T., Cheng Y.-C., Blankenship R. E. and Fleming G. R. Evidence for wavelike energy transfer through quantum coherence in photosynthetic systems // Nature, 2007. — Vol. 446. — P. 782–786.

53

Фемтосекунда равна одной миллионной от одной миллиардной секунды, или 10–15 секунд.

54

Задача странствующего моряка состоит в том, чтобы найти кратчайший путь, проходящий через несколько городов. Математически это описывается как задача недетерминированной полиномиальной сложности: это одна из задач, для которых не существует короткого решения, даже теоретического. Единственным способом найти оптимальное решение является полный перебор всех возможных маршрутов с множеством вычислений.

55

Mercer I. P., El-Taha Y. C., Kajumba N., Marangos J. P., Tisch J. W. G., Gabrielsen M., Cogdell R. J., Springate E. and Turcu E. Instantaneous mapping of coherently coupled electronic transitions and energy transfers in a photosynthetic complex using angle-resolved coherent optical wave-mixing // Physical Review Letters, 2009. — Vol. 102: 5.

56

Collini E., Wong C. Y., Wilk K. E., Curmi P. M., Brumer P. and Scholes G. D. Coherently wired light-harvesting in photosynthetic marine algae at ambient temperature // Nature, 2010. — Vol. 463: 7281. — P. 644–647.

57

Panitchayangkoon G., Hayes D., Fransted K. A., Caram J. R., Harel E., Wen J., Blankenship R. E. and Engel G. S. Long-lived quantum coherence in photosynthetic complexes at physiological temperature // Proceedings of the National Academy of Sciences, 2010. — Vol. 107: 29. — P. 12 766–12 770.

58

Calhoun T. R., Ginsberg N. S., Schlau-Cohen G. S., Cheng Y. C., Ballottari M., Bassi R. and Fleming G. R. Quantum coherence enabled determination of the energy landscape in light-harvesting complex II // Journal of Physical Chemistry B, 2009. — Vol. 113: 51. — P. 16 291–16 295.

59

Когда мы говорим «сгорание воды», мы, конечно, не имеем в виду, что вода является топливом, как уголь, но мы свободно используем этот термин для описания молекулярного процесса окисления.

60

Тут мы должны сделать оговорку: квантовая механика все еще не может объяснить силу тяготения, так как теория относительности (под которой мы понимаем гравитацию) несовместима с квантовой механикой. Объединение квантовой механики и теории относительности для построения квантовой теории гравитации остается одной из величайших задач современной физики.

61

К сожалению, популярность этого фильма привела к тому, что сохранение рыб-клоунов в дикой природе оказалось под угрозой. Рыбы-клоуны стали излюбленной добычей браконьеров, которые продают любителям аквариумов амфиприонов в больших количествах. Не нужно держать Немо у себя дома! Помните: настоящий дом амфиприонов — коралловый риф!

62

Считается, что при сильных приливах нерест облегчается.

63

Исход, гл. 30, 34–5.

64

Цит. по: Le Guerer A. Scent: The Mysterious and Essential Power of Smell. — N.Y.: Kodadsha America Inc., 1994. — P. 12.

65

1-метил-4-(1-метилэтиленил) — циклогексен.

66

1 пикоампер равен 10–12 ампер.

67

Eisner R. Richard Axel: one of the nobility in science // P & S Columbia University College of Physicians and Surgeons, 2005. — Vol. 25: 1.

68

В данном контексте экспрессия означает активность гена в процессе преобразования информации в РНК, которая запускает механизм синтеза белка, кодируемого данным геном, например фермента или обонятельного рецептора.

69

Традиционно мускус получали из нескольких естественных источников, в том числе половых желез мускусного оленя, лицевых желез мускусного быка, испражнений лесной куницы и мочи барсука. Тем не менее в наше время в парфюмерии применяется только синтетический мускус.

70

Sell C. S. On the unpredictability of odor // Angewandte Chemie, International Edition (English), 2006. — Vol. 45: 38. — P. 6254–6261.

71

Хиральные молекулы не совмещаются в пространстве со своим зеркальным отражением.

72

Если быть точными, Хендрикс играл на обычной гитаре, перевернув ее в другую сторону и переставив струны так, что ми большой октавы оказывалась нижней струной, как и на левосторонней гитаре.

73

Mori K. and Shepherd G. M. Emerging principles of molecular signal processing by mitral/tufted cells in the olfactory bulb // Seminars in Cell Biology, 1994. — Vol. 5: 1. — P. 65–74.

74

Например, (4S,4aS,8aR)-(K) — геосмин и его зеркальный изомер (4R,4aR,8aS)-(C) — геосмин имеют одинаковый специфический запах сырой земли.

75

Turin L. The Secret of Scent: Adventures in Perfume and the Science of Smell. — London: Faber & Faber, 2006. — P.4.

76

Turin L. A spectroscopic mechanism for primary olfactory reception // Chemical Senses, 1996. — Vol. 21: 6. — P. 773–791.

77

Turin. The Secret of Scent. — P. 176.

78

Burr C. The Emperor of Scent: A True Story of Perfume and Obsession. — N.Y.: Random House, 2003.

79

Keller A. and Vosshall L. B. A psychophysical test of the vibration theory of olfaction // Nature Neuroscience, 2004. — Vol. 7: 4. — P. 337–338.

80

От термина «аносмия», обозначающего отсутствие способности различать запахи. Приобретенная аносмия обычно связана с поражением назального эпителия. Врожденная аносмия встречается редко.

81

Franco M. I., Turin L., Mershin A. and Skoulakis E. M. Molecular vibration-sensing component in Drosophila melanogaster olfaction // Proceedings of the National Academy of Science, 2011. — Vol. 108: 9. — P. 3797–3802.

82

Brookes J. C., Hartoutsiou F., Horsfield A. P. and Stoneham A. M. Could humans recognize odor by phonon assisted tunneling? // Physical Review Letters, 2007. — Vol. 98: 3.

83

Urquhart F. A. Found at last: the monarch’s winter home // National geographic. — Aug. 1976.

84

Stanewsky R., Kaneko M., Emery P., Beretta B., Wager-Smith K., Kay S. A., Rosbash M. and Hall J. C. The cryb mutation identifies cryptochrome as a circadian photoreceptor in Drosophila // Cell, 1998. — Vol. 95: 5. — P. 681–692.

85

Zhu H., Sauman I., Yuan Q., Casselman A., Emery-Le M., Emery P. and Reppert S. M. Cryptochromes define a novel circadian clock mechanism in monarch butterflies that may underlie sun compass navigation // PLOS Biology, 2008. — Vol. 6: 1.

86

Reppert D. M., Gegear R. J. and Merlin C. Navigational mechanisms of migrating monarch butterflies // Trends in Neurosciences, 2010. — Vol. 33: 9. — P. 399–406.

87

Guerra P. A., Gegear R. J. and Reppert S. M. A magnetic compass aids monarch butterfly migration // Nature Communications, 2014. — Vol. 5: 4164. — P. 1–8.

88

Middendorf A. T. von. Die Isepiptesen Russlands Grundlagen zur Erforschung der Zugzeiten und Zugrichtungen der Vögel Russlands. — St Petersburg, 1853.

89

Yeagley H. L. and Whitmore F. C. A preliminary study of a physical basis of bird navigation // Journal of Applied Physics, 1947. — Vol. 18: 1035.

90

Walker M. M., Diebel C. E., Haugh C. V., Pankhurst P. M., Montgomery J. C. and Green C. R. Structure and function of the vertebrate magnetic sense // Nature, 1997. — Vol. 390: 6658. — P. 371–376.

91

Hanzlik M., Heunemann C., Holtkamp-Rotzler E., Winklhofer M., Petersen N. and Fleissner G. Superparamagnetic magnetite in the upper beak tissue of homing pigeons // Biometals, 2000. — Vol. 13: 4. — P. 325–331.

92

Mora C. V., Davison M., Wild J. M. and Walker M. M. Magnetoreception and its trigeminal mediation in the homing pigeon // Nature, 2004. — Vol. 432. — P. 508–511.

93

Treiber C., Salzer M., Riegler J., Edelman N., Sugar C., Breuss M., Pichler P., Cadiou H., Saunders M., Lythgoe M., Shaw J. and Keays D. A. Clusters of iron-rich cells in the upper beak of pigeons are macrophages not magnetosensitive neurons // Nature, 2012. — Vol. 484. — P. 367–370.

94

Не путать с Эмленом Таннелом, великим американским футболистом 1950-х годов.

95

Emlen S. T., Wiltschko W., Demong N. J., Wiltschko R. and Bergman S. Magnetic direction finding: evidence for its use in migratory indigo buntings // Science, 1976. — Vol. 193: 4252. — P. 505–508.

96

Pollack L. That nest of wires we call the imagination: a history of some key scientists behind the bird compass sense. — May 2012. — P. 5: http://www.ks.uiuc.edu/History/magnetoreception.

97

Pollack L. That nest of wires we call the imagination: a history of some key scientists behind the bird compass sense. — May 2012, p. 6.

98

Schulten K., Staerk H., Weller A., Werner H.-J. and Nickel B. Magnetic field dependence of the geminate recombination of radical ion pairs in polar solvents // Zeitschrift für Physikale Chemie, 1976. — Vol. 101. — P. 371–390.

99

Pollack L. That nest of wires we call the imagination. — P. 11.

100

Schulten K., Swenberg C. E. and Weller A. A biomagnetic sensory mechanism based on magnetic field modulated coherent electron spin motion // Zeitschrift für Physikale Chemie, 1978. — Vol. 111. — P. 1–5.

101

Термин «триплетный» здесь может ввести в заблуждение неспециалиста в квантовой механике, тем более что речь идет о паре электронов, так что здесь необходимо краткое пояснение: считается, что электрон имеет спин 1/2. Так, когда пара электронов имеют противоположные спины, эти значения в сумме дают ноль (1/2 — 1/2 = 0). Это касается синглетного спинового состояния. Но когда их спины однонаправленны, эти значения складываются (1/2 + 1/2 = 1). Термин «триплетный» относится к тому, что комбинированный спин 1 может быть в трех возможных направлениях (по полю, против поля, в сторону).

102

Два неспаренных электрона в молекуле кислорода, которые держат два атома вместе, обычно находятся в триплетном состоянии.

103

From Hore P. The quantum robin // Navigation News. — Oct. 2011.

104

Lambert N. Quantum biology // Nature Physics, 2013. — Vol. 9: 10. И источники, упомянутые в данном издании.

105

Leask M. J. M. A physicochemical mechanism for magnetic field detection by migratory birds and homing pigeons // Nature, 1977. — Vol. 267. — P. 144–145.

106

Ritz T., Adem S. and Schulten K. A model for photoreceptor-based magnetoreception in birds // Biophysical Journal, 2000. — Vol. 78: 2. — P. 707–718.

107

Liedvogel M., Maeda K., Henbest K., Schleicher E., Simon T., Timmel C. R., Hore P. J. and Mouritsen H. Chemical magnetoreception: bird cryptochrome 1a is excited by blue light and forms long-lived radicalpairs // PLOS One, 2007. — Vol. 2: 10.

108

Куры, конечно, не мигрируют, даже в дикой природе. Но они, оказывается, по-прежнему сохранили способность к магниторецепции.

109

Nießner C., Denzau S., Stapput K., Ahmad M., Peichl L., Wiltschko W. and Wiltschko R. Magnetoreception: activated cryptochrome 1a concurs with magnetic orientation in birds // Journal of the Royal Society Interface, 2013. — Nov. 6. — Vol. 10: 88.

110

Ritz T., Thalau P., Phillips J. B., Wiltschko R. and Wiltschko W. Resonance effects indicate a radical-pair mechanism for avian magnetic compass // Nature, 2004. — Vol. 429. — P. 177–180.

111

Engels S., Schneider N.-L., Lefeldt N., Hein C. M., Zapka M., Michalik A., Elbers D., Kittel A., Hore P. J. and Mouritsen H. Anthropogenic electromagnetic noise disrupts magnetic compass orientation in a migratory bird // Nature, 2014. — Vol. 509. — P. 353–356.

112

Gauger E. M., Rieper E., Morton J. J., Benjamin S. C. and Vedral V. Sustained quantum coherence and entanglement in the avian compass // Physical Review Letters, 2011. — Vol. 106: 4.

113

Ahmad M., Galland P., Ritz T., Wiltschko R. and Wiltschko W. Magnetic intensity affects cryptochrome-dependent responses in Arabidopsis thaliana // Planta, 2007. — Vol. 225: 3. — P. 615–624.

114

Vacha M., Puzova T. and Kvicalova M. Radio frequency magnetic fields disrupt magnetoreception in American cockroach // Journal of Experimental Biology, 2009. — Vol. 212: 21. — P. 3473–3477.

115

По новым данным, в 2010 году в том же районе было уже менее 93°: https://ru.wikipedia.org/wiki/Полюсы_холода. — Примеч. пер.

116

Дно ледника, непосредственно накрывающего озеро, образовалось более чем 400 тысяч лет назад, однако само озеро могло замерзнуть еще раньше. Пока неясно, этот ли ледник накрыл озеро изначально, или он пришел на смену более ранним ледникам, а также замерзало ли озеро в перерыве между ледниковыми периодами.

117

Организмы, живущие в средах с экстремальными (с точки зрения человека) условиями.

118

Shtarkman Y. M., Kocer Z. A., Edgar R., Veerapaneni R. S., D’Elia T., Morris P. F. and Rogers S. O. Subglacial Lake Vostok (Antarctica) accretion ice contains a diverse set of sequences from aquatic, marine and sediment-inhabiting bacteria and eukarya // PLOS One, 2013. — Vol. 8: 7.

119

Онкологические заболевания возникают вследствие мутаций в генах, контролирующих рост клеток. Мутации приводят к неконтролируемому росту клеток и, следовательно, к возникновению опухоли.

120

Watson J. D. and Crick F. H. C. Molecular structure of nucleic acids: a structure for deoxyribose nucleic acid // Nature, 1953. — Vol. 171. — P. 737–738.

121

Разумеется, новая теория эволюции с таким же успехом могла бы называться теорией естественного отбора Уоллеса, по имени великого британского натуралиста и географа Альфреда Рассела Уоллеса, который, путешествуя в тропиках, подхватил малярию и, проходя лечение в больнице и рассуждая о выживании, пришел к тем же идеям, что и Дарвин.

122

Дарвин Ч. Происхождение видов путем естественного отбора или сохранение благоприятных рас в борьбе за жизнь. Пер. с англ. 6-го изд. [1872]. — СПб.: 1991. Глава 4.

123

Термин «генетический» был предложен в 1905 году Уильямом Бэтсоном, английским генетиком и сторонником идей Менделя. Термин «ген» был введен в научный оборот четырьмя годами позже датским ботаником Вильгельмом Иогансеном для различения совокупности внешних признаков индивида (его фенотипа) и его генов (генотипа).

124

Watson J. D. and Crick F. H. C. Genetic implications of the structure of deoxyribonucleic acid // Nature, 1953. — Vol. 171. — P. 964–969.

125

Альтернативные таутомерические соединения гуанина и тимина называют также енольной формой или кетоформой в зависимости от положения протонов; таутомеры цитозина и аденина называют кетоформой или аминоформой.

126

Wang W., Hellinga H. W. and Beese L. S. Structural evidence for the rare tautomer hypothesis of spontaneous mutagenesis // Proceedings of the National Academy of Sciences, 2011. — Vol. 108: 43. — P. 17 644–17 648.

127

Datta A. and Jinks-Robertson S. Association of increased spontaneous mutation rates with high levels of transcription in yeast // Science, 1995. — Vol. 268: 5217. — P. 1616–1619.

128

Bachl J., Carlson C., Gray-Schopfer V., Dessing M. and Olsson C. Increased transcription levels induce higher mutation rates in a hypermutating cell line // Journal of Immunology, 2001. — Vol. 166: 8.

129

Cui P., Ding F., Lin Q., Zhang L., Li A., Zhang Z., Hu S. and Yu J. Distinct contributions of replication and transcription to mutation rate variation of human genomes // Genomics, Proteomics and Bioinformatics, 2012. — Vol. 10: 1. — P. 4–10.

130

Cairns J., Overbaugh J. and Millar S. The origin of mutants // Nature, 1988. — Vol. 335. — P. 142–145.

131

Cairns John on Watson Jim. Cold Spring Harbor Oral History Collection. Интервью доступно по ссылке: http://library.cshl.edu/oralhistory/interview/james-d-watson/meeting-jim-watson/watson/.

132

Gribbin J. In Search of Schrödinger’s Cat. — London: Wildwood House, 1984; repr. Black Swan, 2012.

133

Escherichia coli.

134

Имеется в виду модель, не имеющая строгой математической базы.

135

McFadden J. and Al-Khalili J. A quantum mechanical model of adaptive mutation // Biosystems, 1999. — Vol. 50: 3. — P. 203–211.

136

На самом деле в образовании пары оснований участвуют несколько водородных связей, однако приводимое нами сравнение работает и в упрощенной форме, если свести модель водородной связи к одному протону.

137

Голодающие бактерии, испытывающие стресс, могут продолжать попытки копировать собственную ДНК, однако попытки репликации будут, скорее всего, неудачными ввиду нехватки ресурсов для организации процесса, поэтому клетка будет создавать лишь короткие цепочки, соответствующие нескольким генам.

138

McFadden J. Quantum Evolution. — London: HarperCollins, 2000.

139

Критический обзор книги опубликован здесь: http://arxiv.org/abs/quant-ph/0101019 ответ авторов можно найти по ссылке: http://arxiv.org/abs/quant-ph/0110083.

140

Hendrickson H., Slechta E. S., Bergthorsson U., Andersson D. I. and Roth J. R. Amplification-mutagenesis: evidence that «directed» adaptive mutation and general hypermutability result from growth with a selected gene amplification // Proceedings of the National Academy of Sciences, 2002. — Vol. 99: 4.

141

Например, Stumpf J. D., Poteete A. R. and Foster P. L. Amplification of lac cannot account for adaptive mutation to Lac+ in Escherichia coli // Journal of Bacteriology, 2007. — Vol. 189: 6.

142

Например, Kryachko E. S. The origin of spontaneous point mutations in DNA via Lowdin mechanism of proton tunneling in DNA base pairs: cure with covalent base pairing // International Journal Of Quantum Chemistry, 2002. — Vol. 90: 2; Zhao Zhen Min, Zhang Qi Ren, Gao Chun Yuan and Zhuo Yi Zhong. Motion of the hydrogen bond proton in cytosine and the transition between its normal and imino states // Physics Letters A, 2006. — Vol. 359: 1. — P. 10–13.

143

Один из самых интересных вопросов современной квантовой биологии — сама ли жизнь «обнаружила» квантовые преимущества, или квантовая механика случайно оказалась бок о бок с генетикой.

144

Интервью для the Los Angeles Times, 14 февраля 1995 года.

145

К удивлению киноманов, фильм Херцога снят в 3D.

146

Цит. по: Hadamard J. Essay on the Psychology of Invention in the Mathematical Field. — Princeton: Princeton University Press, 1945. However, according to Daniel Dennett in ‘Memes and the exploitation of imagination’, Journal of Aesthetics and Art Criticism, 1999. — Vol. 48.

147

McFadden J. The CEMI field theory gestalt information and the meaning of meaning // Journal of Consciousness Studies, 2013. — Vol. 20: 3–4. — P. 152–182.

148

Chauvet et al. Dawn of Art.

149

Kinsbourne M. Integrated cortical field model of consciousness // Experimental and Theoretical Studies of Consciousness, CIBA Foundation Symposium No. 174. — Chichester: Wiley, 2008.

150

Размеры Интернета не так легко оценить, но каждая веб-страница в настоящее время ссылается в среднем на чуть менее сотни других страниц, в то время как нейроны имеют синаптические связи с тысячами других нейронов. Таким образом, если говорить о связях, то их около триллиона между веб-страницами и примерно в сотни раз больше между нейронами в человеческом мозге. Но Интернет удваивается в размере каждые несколько лет, поэтому ожидается, что он будет соперничать по сложности с человеческим мозгом в течение ближайших десяти лет. Станет ли Интернет тогда сознательным?

151

Для читателя-физика: описанное нами здесь является сферой Блоха.

152

В действительности нити представляют собой математическую зависимость между фазой и амплитудой запутанных кубитов, представленную в уравнении Шредингера.

153

Saeedi K., Simmons S., Salvail J. Z., Dluhy P., Riemann H., Abrosimov N. V., Becker P., Pohl H.-J., Morton J. J. L. and Thewalt M. L. W. Room-temperature quantum bit storage exceeding 29 minutes using ionized donors in silicon-28 // Science, 2013. — Vol. 342: 6160.

154

Hofstadter D., Escher Gödel. Bach: An Eternal Golden Braid. — N. Y: Basic Books, 1999; first publ. 1979.

155

Penrose R. Shadows of the Mind: A Search for the Missing Science of Consciousness. — Oxford: Oxford University Press, 1994.

156

Джонджо [Макфадден], пользуясь случаем, хотел бы извиниться перед Хамероффом за ошибочное написание его имени в книге «Квантовая эволюция».

157

Hameroff S. Quantum computation in brain microtubules? The Penrose — Hameroff «Orch OR» model of consciousness // Philosophical Transactions of the Royal Society Series A, 1998. — Vol. 356: 174; Hameroff S. and Penrose R. Consciousness in the universe: a review of the «Orch OR» theory // Physics of Life Reviews, 2014. — Vol. 11.

158

Это еще одна сложная концепция, но Пенроуз предложил совершенно особенную интерпретацию проблемы измерения в квантовой механике, предположив, что в достаточно сложных (и, следовательно, более массивных) квантовых системах их гравитационное влияние на пространство-время создает возмущение, которое разрушает волновую функцию, превращая квант в классическую систему, и что этот процесс порождает наши мысли. Подробности этой экстраординарной теории хорошо описаны в книгах Пенроуза, но стоит сказать, что его предложение имеет на сегодняшний день мало приверженцев среди исследователей квантовой физики.

159

Tegmark M. Importance of quantum decoherence in brain processes // Physical Review E, 2000. — Vol. 61.

160

Пикосекунда — это одна миллионная от одной миллионной доли (или 10–12) секунды.

161

Смотреть, например, Litt A., Eliasmith C., Kroon F. W., Weinstein S. and Thagard P. Is the brain a quantum computer? // Cognitive Science, 2006. — Vol. 30: 3.

162

Bernroider G. and Summhammer J. Can quantum entanglement between ion transition states effect action potential initiation? // Cognitive Computation, 2012. — Vol. 4.

163

McFadden J. Synchronous firing and its influence on the brain’s electromagnetic field: evidence for an electromagnetic theory of consciousness // Journal of Consciousness Studies, 2002. — Vol. 9. — P. 23–50; Pockett S. The Nature of Consciousness: A Hypothesis. — Lincoln, NE: Writers Club Press, 2000; John E. R. A field theory of consciousness // Consciousness and Cognition, 2001. — Vol. 10: 2; McFadden J. The CEMI field theory closing the loop // Journal of Consciousness Studies, 2013. — Vol. 20: 1–2. — P. 153–168.

164

McFadden J. The CEMI field theory gestalt information and the meaning of meaning.

165

Anastassiou C. A., Perin R., Markram H. and Koch C. Ephaptic coupling of cortical neurons // Nature Neuroscience, 2011. — Vol. 14: 2. — P. 217–223; Frohlich F. and McCormick D. A. Endogenous electric fields may guide neocortical network activity // Neuron, 2010. — Vol. 67: 1. — P. 129–143.

166

McFadden J. The CEMI field theory closing the loop.

167

Singer W. Consciousness and the structure of neuronal representations // Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 1998. — Vol. 353: 1377. — P. 1829–1840.

168

Земля, как полагают, сформировалась из остатков звезды около 4,5 миллиарда лет назад, но на формирование твердой земной коры ушло около полутора миллиардов лет.

169

Miller S. L. A production of amino acids under possible primitive earth conditions // Science, 1953. — Vol. 117: 3046. — P. 528–529.

170

Это исключает вирусы, которые могут реплицироваться только с помощью живой клетки.

171

Cairns-Smith S. L. Seven Clues to the Origin of Life: A Scientific Detective Story. — Cambridge: Cambridge University Press, 1985; new edn 1990.

172

McFadden J. Quantum Evolution; McFadden J. and Al-Khalili J. Quantum coherence and the search for the first replicator // in D. Abbott, P. C. Davies and A. K. Patki, eds. Quantum Aspects of Life. — London: Imperial College Press, 2008.

173

Patel A. Quantum algorithms and the genetic code // Pramana Journal of Physics, 2001. — Vol. 56. — P. 367–381; available at: http://arxiv.org/pdf/quant-ph/0002037.pdf.

174

Термин, используемый для обозначения беспорядочных молекулярных вибраций.

175

Из песни The Beach Boys «Good vibrations».

176

Амплитуда колебаний достаточно мала, поэтому распространение помех не сопровождается передачей большого количества энергии.

177

Plenio M. B. and Huelga S. F. Dephasing-assisted transport: quantum networks and biomolecules // New Journal of Physics, 2008. — Vol. 10; Caruso F., Chin A. W., Datta A., Huelga S. F. and Plenio M. B. Highly efficient energy excitation transfer in light-harvesting complexes: the fundamental role of noise-assisted transport // Journal of Chemical Physics, 2009. — Vol. 131.

178

Mohseni M., Rebentrost P., Lloyd S. and Aspuru-Guzik A. Environmentassisted quantum walks in photosynthetic energy transfer // Journal of Chemical Physics, 2008. — Vol. 129: 17.

179

Misra B. and Sudarshan G. The Zeno paradox in quantum theory // Journal of Mathematical Physics, 1977. — Vol. 18. — P. 746: http://dx.doi.org/10.1063/1.523304.

180

Lloyd S., Mohseni M., Shabani A. and Rabitz H. The quantum Goldilocks effect: on the convergence of timescales in quantum transport. — 2011.

181

Chin A. W., Huelga S. F. and Plenio M. B. Coherence and decoherence in biological systems: principles of noise-assisted transport and the origin of long-lived coherences // Philosophical Transactions of the Royal Society A, 2012. — Vol. 370; Chin A. W., Prior J., Rosenbach R., Caycedo-Soler F., Huelga S. F. and Plenio M. B. The role of non-equilibrium vibrational structures in electronic coherence and recoherence in pigment-protein complexes // Nature Physics, 2013. — Vol. 9: 2. — P. 113–118.

182

O’Reilly E. J. and Olaya-Castro A. Non-classicality of molecular vibrations activating electronic dynamics at room temperature // Nature Communications, 2014. — Vol. 5.

183

Stewart I. Does God Play Dice? The New Mathematics of Chaos. — Harmondsworth: Penguin UK, 1997; Kauffman S. The Origins of Order: Self-Organization and Selection in EVolution. — N.Y.: Oxford University Press, 1993; Gleick J. Chaos: Making a New Science. — N.Y.: Random House, 1997.

184

Scully M. O., Chapin K. R., Dorfman K. E., Kim M. B. and Svidzinsky A. Quantum heat engine power can be increased by noise-induced coherence // Proceedings of the National Academy of Sciences, 2011. — Vol. 108: 37.

185

Dorfman K. E., Voronine D. V., Mukamel S. and Scully M. O. Photosynthetic reaction center as a quantum heat engine // Proceedings of the National Academy of Sciences, 2013. — Vol. 110: 8.

186

Растения имеют фотосистемы двух разновидностей — I и II.

187

Ferretti M., Novoderezhkin V. I., Romero E., Augulis R., Pandit A., Zigmantas D. and Grondelle R. Van. The nature of coherences in the B820 bacteriochlorophyll dimer revealed by two-dimensional electronic spectroscopy // Physical Chemistry Chemical Physics, 2014. — Vol. 16.

188

Pudney C. R., Guerriero A., Baxter N. J., Johannissen L. O., Waltho J. P., Hay S. and Scrutton N. S. Fast protein motions are coupled to enzyme H-transfer reactions // Journal of the American Chemical Society, 2013. — Vol. 135.

189

Klinman J. P. and Kohen A. Hydrogen tunnelling links protein dynamics to enzyme catalysis // Annual Review of Biochemistry, 2013. — Vol. 82. — P. 471–496.

190

Armstrong R. and Spiller N. Living quarters // Nature, 2010. — Vol. 467. — P. 916–919.

191

Ludec S. The Mechanism of Life. — London: William Heinemann, 1914.

192

Toyota T., Maru N., Hanczyc M. M., Ikegami T. and Sugawara T. Selfpropelled oil droplets consuming «fuel» surfactant // Journal of the American Chemical Society, 2009. — Vol. 131: 14.

193

Chen I. A., Salehi-Ashtiani K. and Szostak J. W. RNA catalysis in model protocell vesicles // Journal of the American Chemical Society, 2005. — Vol. 127: 38.

194

Peters R. J., Marguet M., Marais S., Fraaije M. W., Hest J. C. van and Lecommandoux S. Cascade reactions in multicompartmentalized polymersomes // Angewandte Chemie International Edition (English), 2014. — Vol. 53: 1. — P. 146–150.

195

Hayes D., Griffin G. B. and Engel G. S. Engineering coherence among excited states in synthetic heterodimer systems // Science, 2013. — Vol. 340: 6139.

196

Dorfman et al. Photosynthetic reaction center as a quantum heat engine.

197

Creatore C., Parker M. A., Emmott S. and Chin A. W. An efficient biologically-inspired photocell enhanced by quantum coherence. — 2013.

198

Tan C., Saurabh S., Bruchez M. P., Schwartz R. and Leduc P. Molecular crowding shapes gene expression in synthetic cellular nanosystems // Nature Nanotechnology, 2013. — Vol. 8: 8. — P. 602–608; Cheung M. S., Klimov D. and Thirumalai D. Molecular crowding enhances native state stability and refolding rates of globular proteins // Proceedings of the National Academy of Sciences, 2005. — Vol. 102: 13.