生物學中的量子效應

asoud Mohseni

在宏觀條件下，生物系統受環境波動的影響，它們的量子特征一般都被抑制了，因為環境的波動比較慢，來不及影響生物過程。但是在分子和蛋白質量級，主要生物過程大多在皮秒或納秒的時間范圍內發生，因此它們的量子現象顯現出來了。譬如生物體系中的電子隧道以及酶中的質子隧道效應等等。量子力學能精細地描述我們周圍的世界。2009年以來量子生物學發展很快，相關的國際學術會議及論著數量猛增。目前研究的熱點是量子力學與生物學之間的界面問題。本書采用實驗與理論相結合的方法，探討了受量子現象強烈影響的一些生物學領域。這些領域包括：光合作用中光捕獲時的相干能量轉換，禽流感中的自旋相干，以及嗅覺中的分子識別問題等。

本書分成三大部分共15章：第一部分 引言，包括第1-4章：1.量子生物學：引言；2.用開放量子系統來探討生物系統；3.廣義Frster共振能的轉換；4.多維電子光譜的原理。第二部分 在微生物光合成能量轉換中的量子效應，包括第5-7章：5.顏料—蛋白質復合物的結構、函數和量子動力學；6.量子相干性的直接觀測；7.在環境輔助下的量子輸運。第三部分 高級生物體中的量子效應及其應用，包括第8-15章：8.光合作用中激發能的轉換及能量守恒；9.蛋白質中的電子傳輸：根據量子力學的隧道效應，生物體內的電子能直接穿過蛋白質的骨架，這種電子隧道是生物體內能量傳遞的主要途徑；10.用于鳥類導航的化學指南針；11.視網膜的量子生物學；12.嗅覺的量子振動效應；13.從某個視角來看生物體系中可能出現的糾纏；14.仿生量子材料的設計和應用；15.碳納米管中的相干激發。本書目錄的后面有各章作者的簡介。書的末尾有參考書目和主題索引。

本書第一編著Masoud Mohseni是谷歌公司資深的研究科學家，他開發了以量子動力學為理論基礎的機器學習算法。他在研究量子輸運、量子測量以及開放量子體系在生物學中的應用方面做出了突出貢獻。

本書是一本適合物理系、生物系和化學系高年級大學生以及研究生用來了解量子力學在生物學中應用的理想的參考書，也是對量子生物學感興趣的青年科學家和博士后的有益參考書。

劉克玲，退休研究員

（中國科學院過程工程研究所）