一篇新發表的論文，對長久以來存在爭論的「量子光合作用」概念進行了重新審視。
我們知道，亞原子粒子的運動遵循著一套奇怪的數學規則，它們的一些屬性只能擁有特定的值，而且它們有時還可以在同一時間擁有多個不同的值，或者這些值都糾纏在一起，我們把這些奇怪的現象稱為量子效應。
而很長一段以來，一部分科學家一直想知道，這種奇異的量子現象是否在生物學中也扮演著某種重要的角色？尤其是在提高光合作用效率方面？其實，科學家對量子生物學的研究可以追溯到量子力學的早期（詳見：），但直到近年來它才作為一個可被科學驗證的概念站在了科研領域的舞臺上。
在過去十年中，對量子生物學的研究有了長足的進展，科學家從量子生物學的角度對許多生物系統進行了研究，從視覺到光合作用，再到鳥類的導航等等。2007年，著名的《自然》雜誌刊登了一篇論文，在這篇論文中，研究人員描述了他們從實驗中發現量子相干性在光合生物系統的能量轉移過程中起到了關鍵作用。這一結果已經發表，便引發了頗多爭議。
○ 2007年，《自然》雜誌刊登了一項研究，表明植物的能量產生過程與量子相干性有關。| 圖片來源：Nature
2007年，來自加州大學伯克利分校、華盛頓大學聖路易斯分校和勞倫斯伯克利國家實驗室的一組科學家對一種名為FMO複合物（Fenna-Matthews-Olson）的光合細菌進行了測量。FMO複合物是一種細菌葉綠素，它由色素和蛋白質分子組成，我們可以在綠色硫細菌中找到它們的身影。它就像是一根「能源」電線，可以將細胞中收集陽光的部分與光合作用的反應中心串連起來。
○ FMO複合物。| 圖片來源：Julian Adolphs / Wikimedia Commons
在實驗中，研究人員將這種FMO複合物冷卻到零下196℃，然後測量了它在雷射脈衝的刺激下的反應，結果觀測到了一種振蕩模式，他們將這種振蕩歸因為電子的量子相干性，並因此認為這表明光合生物系統為了找到最有效的能量傳遞路徑，呈現出了多個電子態的相干疊加。
在這一實驗被發表之後，掀起了一場量子生物學的研究熱潮。科學家們紛紛開始探索，奇異的量子效應會如何出現在生物學中，以及這些效應會以一種怎樣的形式顯現出來。
與此同時，自這篇論文被發表以來，還有一部分科學家對這種振蕩模式是否真的由量子相干導致的持懷疑態度。他們懷疑光合作用是否真的需要量子相干才能達到最高效率。
德國馬克斯·普朗克物質結構和動力學研究所的Dwayne Miller就是質疑聲音中的其中一員。4月3日，Miller作為通訊作者，在《科學進展》雜誌刊登的一篇綜述性論文中，對FMO複合物所呈現的振蕩模式的量子解釋給予了反駁。
○ 2020年4月3日，《科學進展》刊登了一篇綜述性論文，對發表於2007年的研究進行了駁斥。| 圖片來源：Science Advances
論文綜合了從過去多項實驗中收集的證據，來論證這種電子的量子相干性說法是錯誤的。他們指出，原子振動也能呈現出這樣的相關行為，產生相似的觀測結果。而這種觀測結果究竟是由哪種機製造成的是很難區分的。
此外，新論文還指出，2007年的實驗是在零下196℃這樣的較為極端的溫度下進行的。而從那些在室溫下進行的同類實驗來看，FMO複合物在雷射刺激下所表現出的量子相干性只能持續幾十飛秒（1飛秒 = 10秒）的時間。而這麼短的時間是根本不足以影響光合作用的能量傳遞效率的。
因此新論文總結道，這種生物中的能量轉移過程只是一個非相干的「跳躍」過程，是一個由陽光引發的激發態在分子間跳躍的過程，而不是由量子力學的奇異性所主導的過程。
加州大學伯克利分校的化學教授Graham Fleming是2007年那篇論文的作者之一。他表示，新論文中所提到的那種原子振動並不能重現他們在另一種光合捕光複合物身上得到的觀測結果；而且現在，他們已經開始採用更為先進的光譜技術來分析這些分子的振動光譜。但是Miller堅持認為，Fleming的論文沒有表明這種光合生物系統的能量轉移過程是一個量子相干過程。
然而，這並不意味著量子生物學就走到了終點，因為生物系統中仍有可能出現量子力學的宏觀表現。例如，有研究表明量子過程是鳥類導航系統背後的原理。還有人推測我們的視覺和嗅覺可能也與量子生物學有關。這些都是仍然需要更多探索才能給出答案的問題。但是從這篇新的綜述論文來看，光合作用似乎並不像一些科學家所想像的那樣具有奇異的量子性。
參考來源：
https://advances.sciencemag.org/content/6/14/eaaz4888/tab-pdf
https://gizmodo.com/are-plants-quantum-1842734189
https://www.nature.com/articles/nature05678
封面圖來源：geralt / Piaxabay
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