11. Kwantumbiologie

Lange tijd werd gedacht dat kwantumverschijnselen geen rol kunnen spelen in warme, vochtige en rommelige ruimtes zoals cellen. Inmiddels is duidelijk dat de natuur al miljarden jaren enthousiast gebruik maakt van kwantumverschijnselen zoals superpositie, verstrengeling en tunneling. “Genen zijn te klein om niet de invloed van de kwantumregels te ondergaan,” stelt kwantumbioloog Jim Al-Khalili.

Wat is de ‘spark of life’ ofwel hoe ontstaat leven? Jim Al-Khalili en Johnjoe McFadden werpen in het boek ‘Life on the edge’ hun licht op diverse raadsels om dichterbij het antwoord te komen. Zoals: hoe vinden vogels hun weg over de wereld? Raadsels zijn fascinerend omdat de oplossing ervan ons inzicht in de wereld fundamenteel kan veranderen, zo stellen ze. Zou de oplossing van bovenstaand raadsel dan kunnen zorgen voor een revolutie in de biologie? Hoe bizar ook, het antwoord is: ja. Vogels vinden hun weg over de aardbol met behulp van het aardmagnetisch veld en door het gebruik van onder andere kwantumverstrengeling.

Roodborstjes, clownvissen, bacteriën die overleven onder het ijs van de Zuidpool, dinosaurussen die door de Jurabossen zwierven, monarchvlinders, fruitvliegjes, planten en microben, ze passeren allemaal de revue in ‘Life on the edge’. Volgens Al-Khalili en McFadden is er geen twijfel over mogelijk dat dat wat er zo wonderbaarlijk en uniek aan is, voortkomt uit het feit dat zij, net als wij, geworteld zijn in de kwantumwereld.

“Er is de laatste jaren flink wat vooruitgang geboekt in de kwantumbiologie,” concludeert het tweetal. “Kwantumverschijnselen zoals superpositie en tunneling zijn ontdekt bij veel biologische verschijnselen, van de manier waarop planten het zonlicht opvangen tot de manier waarop al onze cellen biomoleculen aanmaken. Zelfs ons reukvermogen en de genen die wij van onze ouders erven kunnen gebaseerd zijn op die vreemde kwantumwereld. In ’s werelds meest prestigieuze wetenschappelijke tijdschriften verschijnen nu regelmatig nieuwe artikelen over onderzoek op het gebied van de kwantumbiologie; en er is een klein maar toenemend aantal onderzoekers dat met klem stelt dat aspecten van de kwantummechanica inderdaad een niet onbelangrijke, en zelfs cruciale, rol spelen bij het verschijnsel leven.”

“De grootste vraag in de wetenschap, die centraal staat in dit boek,” aldus Al-Khalili en McFadden. “Hoe kunnen inerte atomen en moleculen die in gesteente worden aangetroffen dagelijks worden omgezet in rennend, springend, vliegend, varend, zwemmend, groeiend, hatend, verlangend, vrezend, denkend, lachend, huilend, lévend materiaal. Deze buitengewone transformatie valt ons niet op omdat wij er zo aan gewend zijn, maar we moeten niet vergeten dat zelfs in deze tijd van genetische manipulatie en synthetische biologie, mensen nog nooit iets levends hebben gemaakt van louter levenloze materialen. Dat onze technologie er tot dusver niet in is geslaagd om een transformatie te bewerkstelligen die zelfs de simpelste microbe op onze planeet moeiteloos kan voltrekken, suggereert dat onze kennis van wat ervoor nodig is om leven te maken onvolledig is.”

Minstens één van de ontbrekende puzzelstukjes is te vinden in de wereld van de kwantummechanica, blijkt uit recent onderzoek. “Het leven lijkt met één been in de klassieke wereld van de dagelijkse dingen te staan, en met het andere in de vreemde, wonderlijke diepte van de kwantumwereld.” Al-Khalili en McFadden betogen dat het leven zich afspeelt op de kwantumgrens. “Het leven verschilt van levenloze objecten omdat relatief kleine aantallen bijzonder ordelijke deeltjes, zoals die in een gen of in het vogelkompas, voor een heel organisme veel kunnen uitmaken De kleur van je ogen, de vorm van je neus, aspecten van je karakter, je intelligentieniveau en zelfs je vatbaarheid voor ziektes worden feitelijk allemaal bepaald door precies zesenveertig zeer ordelijke supermoleculen: de DNA-chromosomen die je van je ouders hebt geërfd. Geen levenloos macroscopisch object in het bekende universum is zo gevoelig voor de microstructuur van de materie op het meest fundamentele niveau – een niveau waar eerder de kwantummechanica heerst dan de klassieke wetten.”

Literatuurlijst: Al-Khalili J., McFadden J. (2015) Life on the Edge | Hoe leven ontstaat – Op het snijvlak van biologie en kwantumleer, vertaling door Vernooy R. Amsterdam/Antwerpen, Uitgeverij Atlas Contact. Hoek G. Onze wereld en evolutie – Wat is kwantumbiologie? Geraadpleegd op 11 juli 2023 van  https://bijzonderewereld.nl/kwantumbiologie-verklaart-het-leven.