http://phys.org/news/2014-06-quantum-biology-algae-evolved-coherence.html
June 16, 2014
一個由 UNSW Australia 所領導的研究團隊發現，生活在非常低光度環境中的藻類能夠開關一種詭異、發生在光合作用期間的量子現象。
藻類裡面的量子效應，稱為同調性（coherence），其機能仍是個謎，不過那被認為能幫助它們以更有效率的方式從太陽那收成能量。理解其在生物體內的角色能導致科技進步，例如更好的有機太陽能電池以及基於量子的電子裝置。
這項研究已發表在 PNAS 期刊上。
那是一個新興領域，稱為量子生物學（quantum biology）的一部分，在其中有愈來愈多證據指出自然界中也有量子現象在運作，而不只限於實驗室內，而且許多這些現象甚至造就出鳥類如何能用地磁導航！
"我們研究一種微小的單細胞藻類，稱為隱藻門（cryptophytes），那在一池水的底部或是後冰層下方蓬勃發展，這些地方很少有光線抵達，" 資深作者、UNSW 物理系教授 Paul Curmi 表示。
"絕大部分的隱藻門藻類的光收成系統都具有量子同調。但我們發現有某一類隱藻門，因基因突變，改變了光收成蛋白的形狀，以至於它是關閉的。"
"這是一項非常令人振奮的發現。那意味著，藉由比較具有這二種不同類型蛋白質的生物體，我們將能揭開量子同調在光合作用中所扮演的角色。"
在量子物理學的詭異世界中，一個系統若同調（彼此的量子波全都一致），該系統能同時存在於許多不同的狀態中，一種稱為疊加（superposition）的效應。這種現象通常只在受到嚴格控制的實驗室環境中才能被觀測到。
所以這個團隊，那包括來自加拿大多倫多大學的 Gregory Scholes 教授，對於在 2010 年發現，能量在二種不同隱藻門品種之光收成系統分子間的轉移為同調，感到相當驚訝。
相同的效應也在綠硫菌（green sulphur bacteria）中被發現，那也存活在非常低光度中。
"假設是：這能增加光合作用的效率，讓藻類與細菌能夠存在於幾乎沒有光線的環境中，" Curmi 教授表示。
"一旦光收成蛋白捕捉到陽光，它需要儘快將被捕獲的能量送入細胞內的反應中心，生物體在此將能量轉換成化學能。"
"目前假設能量以一種隨機的方式進入反應中心，如同一名踉蹌回家的醉漢。但量子同調將允許能量在經由最快速的路線行進之前，先「同時」嘗試每一種可能的路徑。"
在這項新研究中，該團隊利用 X 光晶體學來理解三種不同隱藻門品種之光收成複合體的結晶結構。
他們發現有二種品種出現基因突變，那導致一個額外的胺基酸插入，改變了蛋白質複合體的結構，擾亂了同調。
"這顯示隱藻門已經演化出一種優雅但強大的基因開關，來控制同調性並改變用於光收成的機制，" Curmi 教授說。
接下來將會比較不同隱藻門藻類的生物學，例如它們是否棲息在不同的環境利基（environmental niches）中，以理解量子同調效應是否會幫助它們存活。
※ 相關報導：
＊ Single-residue insertion switches the quaternary structure and exciton states of cryptophyte light-harvesting proteins
http://www.pnas.org/content/early/2014/06/11/1402538111
Stephen J. Harrop, Krystyn E. Wilka, Rayomond Dinshaw,＊ 研究者確認光合作用中的關鍵分子
Elisabetta Collini, Tihana Mirkovic, Chang Ying Teng,
Daniel G. Oblinsky, Beverley R. Green,
Kerstin Hoef-Emden, Roger G. Hiller, Gregory D. Scholes,
and Paul M. G. Curmi.
PNAS June 16, 2014
doi: 10.1073/pnas.1402538111
＊ 「人造葉子」的藍圖模仿大自然
＊ 人造光收成方法達到100% 的能量轉移效率
＊ 研究者可利用植物的光開關來控制細胞
＊ 量子運算新材料：藍色染料銅酞菁（CuPc）
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