[論文レビュー] Quantum Mechanics in Cell Microtubules: Wild Imagination or Realistic Possibility?

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

Biofield Effects and Biophysics参考文献 2被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、微小小管内のチュブリンジマーと微小小管腔内の秩序だてられた水分子との間の量子電磁気的相互作用を通じて、細胞内の微小小管が巨視的量子状態を支える可能性を提案している。これは、フローリヒのソリトン理論にインspiredされたエネルギー損失のない輸送のメカニズムを示唆する。論文は、デ coherent 時間をマイクロ秒スケールと推定し、微小小管がホログラフィック情報処理を担う可能性を提唱している。これは、その仮説上の強誘電性特性に起因する。

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.

研究の動機と目的

• チュブリンジマーと周囲の秩序だてられた水分子との間の量子電磁気的相互作用を通じて、微小小管が巨視的またはミクロスコピックの量子コherent状態を維持できるかどうかを調査すること。
• 超伝導性および生物学的秩序のフローリヒのソリトン理論に基づくインスピレーションを受けて、微小小管におけるエネルギー損失のない輸送の可能性を評価すること。
• 秩序だてられた水分子と仮説上の強誘電性特性が、微小小管内での量子コherenceの安定化に果たす役割を検討すること。
• 微小小管構造を「集団的量子効果のキャビティ」として機能させる、新しい量子コherenceのメカニズムを検討すること。
• X線ホログラフィーと類似した微小小管のホログラフィック情報処理モデルを提唱すること。

提案手法

• チュブリンジマーの集団的量子的挙動を研究するために、微小小管の配置を量子キャビティとしてモデル化する。
• チュブリンジマーと周囲の秩序だてられた水分子との間の量子電磁気的結合を用いて、巨視的量子コherenceを誘導する。
• 代表的な微小小管ダイナミクスモデルにおいて、デ coherent 時間を数量的見積もりで計算する。
• 微小小管アレイに想定される強誘電性特性を組み込み、量子コherenceの安定性を向上させる。
• 原子物理学における内部光源X線ホログラフィーに類似したアナロジーを用いて、微小小管内の情報処理をモデル化する。
• 理論的枠組みを、極性化可能な系における非線形自己組織化のフローリヒのメカニズムに基づく。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 微小小管は、秩序だてられた水分子との相互作用を通じて巨視的量子コherent状態を支えることができるか？
• RQ2 現実的な生物学的条件下における微小小管系の量子状態の推定デ coherent 時間はどの程度か？
• RQ3 微小小管アレイに想定される強誘電性特性は、量子コherenceおよびエネルギー輸送にどのように影響するか？
• RQ4 微小小管は、集団的量子現象のための量子キャビティとしてどの程度機能できるか？
• RQ5 微小小管の細胞骨格は、X線ホログラフィーに類似したホログラフィック情報処理を実行できるか？

主な発見

• 論文は、デ coherent 時間をマイクロ秒スケールと推定しており、微小小管における量子コherenceの現実的な時間窓を示唆している。
• 微小小管腔内のチュブリンジマーと秩序だてられた水分子との間の量子電磁気的相互作用は、ミクロスコピックの量子コherent状態の形成に寄与する可能性がある。
• 微小小管アレイに想定される強誘電性特性は、量子コherenceの安定化および強化に重要な役割を果たす可能性がある。
• 微小小管は自然な量子キャビティとして機能し、自己組織化された非線形ダイナミクスを通じて集団的量子挙動を可能にする可能性がある。
• 微小小管に基づく情報処理と内部光源X線ホログラフィーとの間の新しい類似性が提示され、量子情報の保存および回収の可能性のあるメカニズムを示唆している。
• このモデルは、特に細胞内の微小小管の文脈において、生物学的系における量子効果の可能性を支持する理論的枠組みを提供している。