[논문 리뷰] Quantum Mechanics in Cell Microtubules: Wild Imagination or Realistic Possibility?

Nick E. Mavromatos, D.V. Nanopoulos|ArXiv.org|1998. 02. 25.

Biofield Effects and Biophysics참고 문헌 2인용 수 5

한 줄 요약

논문은 세포 내 미세소관이 미세소관 내부의 질서정렬된 물과 튜불린 이량체 간의 양자전자기 상호작용을 통해 매크로스코픽 양자코herent 상태를 지지할 수 있다고 제안하며, 프뢰리히의 솔리톤 이론에 영감을 받아 에너지 손실 없이 운반되는 메커니즘을 제시한다. 이는 마이크로초 단위의 디코herence 시간을 추정하고, 미세소관이 허브로닉 정보 처리 기능을 수행할 수 있음을 추측한다. 이는 미세소관의 잠재적 분극성 성질에 기반한다.

ABSTRACT

We focus on potential mechanisms for `energy-loss-free' transport along the cell microtubules, which could be considered as realizations of Fröhlich's ideas on the role of solitons for superconductivity and/or biological matter. In particular, by representing the MT arrangements as `cavities',we present a novel scenario on the formation of macroscopic (or mesoscopic) quantum-coherent states, as a result of the (quantum-electromagnetic) interactions of the MT dimers with the surrounding molecules of the ordered water in the interior of the MT cylinders. We present some generic order of magnitude estimates of the decoherence time in a typical model for MT dynamics. The role of (conjectured) ferroelectric properties of MT arrangements on the above quantum phenomena is emphasized. Based on these considerations, we also present a conjecture on the role of the MT in `holographic' information processing, which resembles the situation encountered in internal source X-ray holography in atomic physics.

연구 동기 및 목표

• 튜불린 이량체와 미세소관 루멘 내 질서정렬된 물 간의 양자전자기 상호작용을 통해 미세소관이 매크로스코픽 또는 메조스코픽 양자코herent 상태를 유지할 수 있는지 조사한다.
• 초전도성과 생물학적 질서를 위한 프뢰리히의 솔리톤 기반 이론에 영감을 받아, 미세소관 내 에너지 손실 없이 운반되는 것이 가능한지 평가한다.
• 질서정렬된 물과 잠재적 분극성 성질이 미세소관 내에서 양자코herence를 안정화시키는 데 미치는 역할을 검토한다.
• 미세소관의 구조를 집단적 양자 효과를 위한 '공진자'로 사용하여 새로운 양자코herence 메커니즘을 탐색한다.
• X선 허브로닉 사진학과 유사한 방식으로 미세소관의 허브로닉 정보 처리 모델을 제안한다.

제안 방법

• 튜불린 이량체의 집단적 양자 행동을 연구하기 위해 미세소관 배열을 양자 공진자로 모델링한다.
• 튜불린 이량체와 둘레의 질서정렬된 물 분자 간의 양자전자기 결합을 사용하여 매크로스코픽 양자코herence를 유도한다.
• 대략적인 추정을 적용하여 대표적인 미세소관 동역학 모델에서 디코herence 시간을 계산한다.
• 미세소관 배열의 잠재적 분극성 성질을 통합하여 양자코herence 안정성을 향상시킨다.
• 원자 물리학에서 내부 소스 X선 허브로닉 사진학과의 유사성을 활용하여 미세소관 내 정보 처리를 모델링한다.
• 이론적 프레임워크를 극성 가능한 시스템에서의 비선형 자율조직화 메커니즘인 프뢰리히의 메커니즘에 기반한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 질서정렬된 물과의 상호작용을 통해 미세소관이 매크로스코픽 양자코herent 상태를 지지할 수 있는가?
• RQ2 실제 생물학적 조건에서 미세소관 시스템 내의 양자 상태에 대한 추정된 디코herence 시간은 얼마인가?
• RQ3 미세소관 배열의 잠재적 분극성 성질이 양자코herence와 에너지 운반에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 미세소관이 집단적 양자 현상에 대한 양자공진자로 기능할 수 있는 정도는 어느 정도인가?
• RQ5 미세소관 세 cytoskeleton은 X선 허브로닉 사진학과 유사한 방식으로 허브로닉 정보 처리를 수행할 수 있는가?

주요 결과

• 논문은 디코herence 시간을 마이크로초 수준으로 추정하며, 미세소관 내에서의 양자코herence에 실현 가능한 창을 제시한다.
• 미세소관 루멘 내 튜불린 이량체와 질서정렬된 물 간의 양자전자기 상호작용은 메조스코픽 양자코herent 상태의 형성을 이끌 수 있다.
• 미세소관 배열의 잠재적 분극성 성질이 양자코herence의 안정화 및 향상에 핵심적인 역할을 할 수 있다.
• 미세소관은 자율조직화 비선형 역학을 통해 집단적 양자 행동을 가능하게 하는 천연 양자공진자로 기능할 수 있다.
• 미세소관 기반 정보 처리와 내부 소스 X선 허브로닉 사진학 사이에 새로운 유사성이 제시되며, 이는 양자 정보 저장 및 회수의 잠재적 메커니즘을 시사한다.
• 이 모델은 생물학적 시스템, 특히 세포 내 미세소관의 맥락에서 양자 효과가 가능하다는 아이디어를 뒷받침하는 이론적 프레임워크를 제공한다.