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Als Biostreber hat es mich fasziniert bei Vorgängen immer mehr ins Detail zu gehen. Irgendwann konnte ich alle Signaltransduktions Wege auswendig und der mTOR-Komplex bot oberflächlich betrachtet nichts spannendes mehr, so ging ich immer tiefer in die Materie hinein (klar als Arbeitsloser/Student hat man die Zeit :D) und irgendwann je tiefer man ins Detail geht, kommt man an einen Bereich an dem man selbst in der Biologie den Bereich der klassischen Physik (auf dem alles was wir so machen aufbaut, die gesamte Medizin, all unsere Pharmaka, jeder chirurgische Eingriff) verlässt und sich in der Quanten-Physik wiederfindet.

Olfaktion ist ein Quanten-Phänomen! ...also vielleicht :D

Olfaktion ist unser Geruchswahrnehmung. Wie bei jeder Rezeption geht man davon aus, dass ein Molekül (Geruchsstoff) an einen Rezeptor bindet und das Signal induziert, welches dann als Geruch weiter verarbeitet wird. Schlüssel-Schloss-Prinzip wie man es in der Schule lernt. Was aber, wenn es gar keinen Kontakt zwischen Molekül und Rezeptor geben muss und das ganze eher wie kontaktlose Kreditkartenzahlung funktioniert?...das wäre scheiße für unsere gesamte Theorie der Rezeption/Wahrnehmung.

[unsere Fellnasen-Sammlung <3]

Was als vage Theorie Anfang des 21. Jahrhundert begann (Brookes et al. 2006), hat mittlerweile einen immer größer werdenden Evidenzkörper (Solovyov et al. 2012), (Maniati 2017), (Tirandaz et al. 2017). Das Hauptargument gegen die Quanten-Theorie bei der Geruchsrezeption war, dass wir zwischen chiralen Molekülen unterschieden können.

Das sind Moleküle die gleich aufgebaut sind aber nicht Deckungsgleich. Wenn ihr euren Schlüssel fotografiert und dieser spiegelverkehrt nachgebaut wird, dann werdet ihr die Tür nicht öffnen können. Blöderweise ist das kein wirkliches Argument gegen die Quanten-Theorie, da die Chiralität auch unterschiedliches Schwingungsverhalten der Moleküle bedeutet. Mittlerweile hat man Indizien für Quanten-Phänomene in vielen bereichen des Lebens gefunden, der Vogelzug, die Kognition (wie unser Hirn funktioniert), die Retina, die Enzymatische-Funktion (Brookes et al. 2017), (Jedlicka 2017). Sicher man sollte nicht zwanghaft versuchen überall Quanten-Phänomene hinein zu interpretieren, man sollte sich aber auch nicht stur anstellen.

Die Biologen sträuben sich gegen den Einzug der Quanten-Physik in ihre heilige Biochemie, wie die Politiker gegen Bitcoin oder die Kirche gegen das Heliozentrische Weltbild...und sie dreht sich doch :D.

Warum hat es die Quantentheorie auch in der Physik eigentlich so schwer?

Naja das liegt vielleicht daran, dass sie allem widerspricht, was wir so für wahr gehalten haben, dass sie komplett kontra-intuitiv und strange ist. Teilchen die durch Wände gehen, zu einer bestimmten Wahrscheinlichkeit vor der Wand sind und zu einer anderen hinter der Wand und auch beides (Quantum-Tunneling)

[By Yuvalr - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=20060010]

Teilchen in uns die auf mysteriöse Art und Weise mit anderen Teilchen irgendwo auf der anderen Seite des Planeten, der Galaxie, wo auch immer, wie Siamesische-Zwillinge verbunden sind (Quantenverschränkung/Entanglement) obwohl Informationen doch nur mit Lichtgeschwindigkeit reisen können was das ganze eigentlich unmöglich machen sollte.

"Ist das denn alles echt? Ich mein wir sehen solche Dinge doch im Alltag nicht!"

Naja, es gibt Anwendungsbereiche in den Quantenmechanik eine Rolle spielt (den Quantencomputer lass ich hier mal raus), aber z.B. Quantenkryptographie. Über zwei mit einander verschränkte Photonen kann so Kommuniziert werden ohne dass die Verbindnung abgehört werden kann (klassisch Physikalisch wird da ja schließlich nichts übermittelt...)

So wurde in Wien bereits 2004 ein Quantenkryptographie basierter Banktransfer ausgelöst (Universität Wien, Prof. Zeilinger 2004)...ist das mehr Magie a la David Copperfield oder tatsächlich machbar? Das überlasse ich euch, da ich hier nicht zu sehr in die Physik abdriften möchte. Aber wenn Quanten-Hacker etwas erfolgreich geknackt haben, dass es nicht gibt, dann müssen diese ziemlich gut sein (Artikel im Nature, Merali 2010) und die Biologen die Quantenbiologie betreiben ziemlich schlecht

Fazit

ob spontane Biophotenen Emission wo man nicht weis was sie zu sagen haben oder gar Quantenphänomene, ich denke in einer Wissenschaft wie der Biologie, die sich mit dem Leben (Bios) beschäftigt aber noch nicht weis was Leben ist, wird es immer wieder Überraschungen geben, die daran zweifeln lassen, dass man Dinge verstanden hat. Obwohl wir so viele Projekte zu Bigdata haben bei denen wir Protein-Interaktions Netzwerke kartieren, die einen wahnsinnigen Umfang haben, kommen wir doch recht schnell an Grenzen bei dem all unsere detaillierten Notizen nichts mehr aussagen. Ich kann hier nur vermuten, dass wir vielleicht niemals zu sicher sein sollten, weder zu Gunsten unserer etablierten und bewährten Modelle, noch zu Gunsten neuer revolutionärer Theorien.

*Bildquelle: Chiralität: Von Chirality with hands.jpg: Unbekanntderivative work: -- πϵρήλιο ℗ - Chirality with hands.jpg, Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=17071045
Quantum-Tunneling GIF: By The original uploader was Jean-Christophe BENOIST at French Wikipedia - Transferred from fr.wikipedia to Commons., CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=653747

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Quantum-Biology is olfaction a quantum phenomenon?

Olfaction is the process of smelling. As we may have learned in school, there is a molecule with a certain szise and there is a receptor in our body recepting the molecule. Simple Key-Lock Mechanism. But what if there is no need for a key and its more like a NFC-Credit-card?...well this would be challenging for our theory of rezeption

What began as a vague theory at the beginning of the 21st century (Brookes et al., 2006) , has now become an ever-expanding body of evidence (Solovyov et al., 2012) , (Maniati 2017) , (Tirandaz et al., 2017) . The main argument against the quantum theory in the odor reception was, that we can distinguish between chiral molecules.

These are molecules that are chemicaly build the same but are mirrored. When you take your key and copey it mirrored, you will not be able to open the door. But this is not a real argument against the quantum theory, since the chirality also means different vibrational behavior of the molecules. In the meantime, evidence for quantum phenomena has been found in many areas of life, such as bird migration, cognition (how our brain works), retina, enzymatic function (Brookes et al., 2017) , (Jedlicka 2017) . Sure, you should not compulsively try to interpret quantum phenomena everywhere, but you should not be stubborn only because they are potentialy disruptive.

The biologists fight the migration of quantum physics to their sacred biochemistry, the same as the politicians are against Bitcoin or the Church was (and still is?) against the heliocentric worldview ... And yet it moves :D

Why does quantum theory have such a hard time in physics, too?

Well, maybe that's because it contradicts everything we thought was true, and because it's completely counter-intuitive and strange . Particles that pass through walls and are to a certain probability in front of the wall and to another behind the wall and also are both the same time (Quantum-Tunneling)

[By Yuvalr - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=20060010]

Particles in us, that mysteriously correlate with other particles somewhere on the other side of the planet, the galaxy, wherever, like Siamese twins (quantum entanglement), although information can only travel at the speed of light... which should actually make that impossible.

"Is that all real? I mean we do not see such things in everyday life!"

Well, there are applications in quantum mechanics (I'll let out the quantum computer here), but Quantum cryptography. It is thus possible to communicate via two interlinked photons without the connection being able to be intercepted (in the sense of newtonian physics, nothing is transmitted after all ...)

For example, quantum cryptography-based bank transfer was initiated in Vienna in 2004 (University of Vienna, Prof. Zeilinger 2004) ... is that more magic a la David Copperfield or actually doable? I leave that to you, because I do not want to drift too much into physics here. But if quantum hackers have cracked something that does not exist, they must be pretty good I guess (Nature Magazine article, Merali 2010) and biologists doing quantum biology pretty bad...

Conclusion

Wether it is spontaneous biophoton emission or even stranger things like quantum-phenomena, for biologists thinks can become realy wired out there.
Although we have so many bigdata projects mapping protein-interaction-networks, that are insane in size, we are reaching a limit quite quickly where all our detailed notes and data become useless. I have no real conclusion here but never become to confident, neither in favor for current state of the art, nor for new "revolutionary" things.