主题：【原创】量子生物学 I 摘要和前言 -- witten1
这是前几天在Nature Physics看到是一篇有趣综述，现在寒假时间，尝试翻译一下以作为科普。此翻译将同时在河里和茶馆里贴出，如果可能的话，可能也会在风眼推出。任何想转载的人，请注明出处，对于任何将本文用于盈利目的行为保留追诉的权利。由于本人对生物这一块不熟悉，如有错误，请务必指正。
关于量子力学，可以看我在河里的科普链接出处,及这个帖子中的系列帖子。
量子生物学 I 摘要和前言(Review on Nature Physics DOI:10.1038/NPHYS2474)
N.Lambert, Y. Chen, Y. Cheng, C.Li, G.Chen and F.Nori.
摘要：
最近的一些迹象表明许多种的有机体可能利用了一些量子特性以获得生物优势（我猜是竞争意义上的）。这些特性，不同于通常的量子效应，可能包括了在生理过程中重要的时间尺度上量子相干。在这篇回顾里我们总结了最近一些重要结果，这包括了光合作用中光子捕获的量子效应，鸟类的磁受体，以及其他几个的可能的功能性的量子生物过程。在全文之中，关于在这些系统之中量子相干是否真的扮演这一重要角色，我们将同时摆出支持和反对的看法。
前言：
在二十世纪以前，生物学和物理学几乎就是大路朝天，各走一边。由于生物系统是一个复杂的多体系统，人们通常认为很难用数学的手段的对其进行描述。毕竟，很难想象一个复杂到像生命这样的存在如何能用一组微分方程或者一些基本物理原则进行理解呢？在二十世纪早期，随着更加强大的显微镜及其他技术的出现，人们开始更深入的尝试用数学及物理的手段对微观生物系统进行描述。一些著名的例子包括了图灵模式和形态学，以及Schrodinger的系列讲座。在其著作“生命是什么”一书中，他预言了好几个DNA的功能特性。今天，这个领域的进展变得迅速起来了，许多的数学及物理分支找到了它们在生物学之中的用武之地，这包括了把数理统计应用到生物信息学中，以及观测到了在细胞内微观尺度上的类机械及类工厂的行为。
这些进展很自然的引发了这样的问题:量子力学是否也能在生物学中起着作用?从各个方面来看,答案显然是肯定的，因为每一个的化学过程都是量子过程(这样的回答显然是过于笼统的而没有技术含量的)。然而，在许多方面，量子力学对生物学来说仍然是一外来概念。最近的在运用量子力学对信息处理及加密方面的技术进展把这个问题放在了一个不同的方面：是否存在这样的生物系统，该系统要么利用了量子力学完成经典力学所不能完成的过程，要么利用了量子力学完成了比任何经典过程更有效率的过程？换句话说，是否存在这样的有机体，该有机体利用了量子过程的长处以获得对其竞争对象的优势？以往许多试图发现针对于这类现象的例子的尝试招到了来自物理学家和生物学家的狂轰烂炸。然而，在过去的十年里，一系列的实验已经表明可能是存在这样的一些生物过程，在这些过程里量子力学被用于达到生物优势。那么在怎样的情况下这些量子效应通常会出现呢？在量子信息里，一个重要的量子效应就是量子比特可以处于0和1的叠加，这是经典比特不可能实现的。在量子生物学中，量子效应的所扮演的角色会很精细，这些都会在本文所给例子之中予以详细描述。然而，我们会考虑这样的生物系统，在该生物系统之中的量子生物功能将变得极为单一纯粹----态的相干叠加被纯粹的用于一些实际的目的。我们将讨论的一些（并非所有）系统是这样的。
在本文中我们会简要回顾一些这样的例子，在这些例子之中量子效应可能辅助或者增强了生物功能。我们的目标是对每个讨论的系统给出一个基本的介绍，并且会针对这些系统列出要点以说明在怎样的方式之下量子相干或者别的量子效应会参与进来。我们也会尝试给出最近的实验证据，其中即有支持也有反对的关于量子效应是否真的起到重要作用。我们会先讨论通过光合作用传输能量中的的量子相干（室温下的）。我们将简要的总结最近的关于量子相干在细菌及植物的光合效率方面可能扮演的角色的研究进展。接着我们会讨论一个完全不同的系统：在一些鸟类里的被用于描述磁感应的radical-pair模型(这里的radical-pair不会翻)。尽管当下对候选的的radical pairs的试管实验有其独到之处，但是对raidcal-pair模型的支持证据主要是基于行为实验。一个宏观的认知体可能会对基本的量子效应有响应是惊人的，所以在完全的证实和理解这样现象的过程中小心谨慎是必需的。最终，我们讨论几个别的生物功能，在其中量子力学所起的作用可能不那么直接但是仍然很重要，这包括电子穿过蛋白质的长程隧穿以及在光受体中的快速的光异构化。这些最后的例子中的几个可能可以被看作一类生物系统中的量子现象，这些现象不依赖于量子相干只是依赖于平庸的量子性质----量子化及能级分立。我们在表I中罗列了我们挑选出的用于证实我们刚才所谈例子之中的量子效应的工作。(这个表我就不列了，还正文中会慢慢介绍)
PS：文献太多了，我也不列了，感兴趣的同学可以自己去看。这篇文章虽说一再强调“brief”，其实很长。。。所以估计需要一些时日才能完成。这篇文章的优点是没有公式，这样省心不少。
To be continued....
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🙂【原创】量子生物学 I 摘要和前言
🙂"利用量子特性以获得生物优势","激发态化学的引人入胜" 晓兵 字17844 2013-02-15 14:53:30
🙂怎么没有下一部分了？真的很有意思的一篇文章 phyzjqk 字14 2013-02-06 12:12:00
🙂下一部分可能不太合适再放在这了 witten1 字30 2013-02-07 00:00:12
🙂radical-pair应该就是“自由基对” 1 酸酸 字1193 2013-01-02 12:57:44
🙂是化学用语和物理用语差异 witten1 字145 2013-01-02 14:53:25
🙂【原创】量子生物学 IV 9 witten1 字3977 2013-01-01 15:21:49
🙂一些修正 1 phyzjqk 字128 2013-02-06 16:37:00