Éreznek a növények? A levelek féltve őrzött titkai

Míg 2010 végén még a csapból is a Arzén-lény sztorija folyt, a média, a tudomány és a közvélemény szinte észre sem vette az új évezred eddig talán legjelentősebb biológiai felfedezését.

Bár azt mindannyian tudjuk, hogy a növények nélkülözhetetlenek a földi ökoszisztémában - nélkülük nem lenne oxigén a légkörben, nem létezne a tápláléklánc, és persze mi sem - mégis, jelenlétük olyannyira közönséges és megszokott, hogy hajlamosak vagyunk megfeledkezni erről mindennapjainkban. Pedig még a legutolsó, árva kis fűszál is megannyi csodálatos és lélegzetelállító titkot őriz évmilliárdok óta, amelyek közül néhányat csak most kezdünk egyáltalán felfogni.

2010-ben legalább két független kutatócsoport is arra a következtetésre jutott, hogy a fotoszintézis során a fény felhasználásának kvantum-hatékonysága egyszerűen lehetetlenül magas - túl kicsi a hő, ill. kisugárzott fluoreszencia energia-veszteség a folyamatban.

Valami más, rejtélyes jelenség kell, hogy megalapozza a 95-98 %-os kvantum-hatékonyságot (szemben a napelemeink 10-15 %-os csúcsteljesítményével) - de mi lehet az? A tudósok elképesztő felfedezést tettek, amely egyben létrehozta a kvantum-biológia tudományágát.

De miről is van szó pontosan? A jelenség megértéséhez egy cseppnyi (klasszikus) biológiát kell némi fotokémiával kevernünk, merész ízlésvilágot tükröző kvantumfizikával fűszerezve. Ez elég egzotikusan hangzik, de ne ijedjünk meg tőle! 

A fotoszintézis fény-szakasza

A fotoszintézis legelső, ún. "fény-szakaszában" a növények és a klorofillt tartalmazó baktériumok zöld pigmentjei elnyelik a vörös és a kék fény kvantumait (a fotonokat), és az általuk hordozott energiát továbbítják azokat az ún. "reakció-centrumokba", ahol az élettani folyamatok kémiája megkezdődik.

A fény elnyelése a levél felszínén az ún. "antenna-komplexumokban" történik, amelyek végső soron maguk is a klorofill-molekulák csoportjai, de fehérjeláncaik kapcsolódásai nem teszik lehetővé, hogy egymagukban értékesítsék (közvetlenül felhasználják) a beérkező foton energiáját. Ehelyett a fényt befogó molekula elektronjai a gerjesztés hatására a környezetükénél magasabb energiaállapotba kerülnek, amelyből alapvetően háromféleképpen tudnak visszaállni eredeti állapotukba -

A) Maguk is (fluoreszcens) fényt bocsájtanak ki, és a foton kibocsájtása során az elektronjuk "visszaesik" az alacsonyabb energiaállapotú héjra,

B) Az energia-többlet hővé alakul (a növény vagy fotoszintetizáló baktérium felmelegszik),

C) A többlet-energiát átadják a szomszédos klorofill-molekuláknak, amíg az el nem jut az ún. "reakció centrumokba", ahol két speciális klorofill-molekula "csapdába ejti", kivonja a magasabb energiaállapotú elektront a folyamatból, elkülöníti azt a felszíni "antenna-komplexumoktól", így véget vet a láncreakciónak és innentől megkezdődhet a szintézis kémiai része.

Természetesen a fotoszintézis szempontjából csak a legutolsó lehetőség "hasznos", mivel élettanilag csak ebből nyerhet kémiai energiát biológiai folyamatainak fenntartásához. Éppen ezért a fotoszintézis fény-szakaszának egyik legfontosabb minőségi jellemzője, ún. "kvantum-hatékonysági mutató" - amely végső soron azt adja meg, hogy a beérkező fotonok hány %-a vált ki fotokémiai reakciót (vagyis jut el felhasználható módon az antenna-klorofillokból a reakcióközpontokba.)

A tudósokat már korábban is ámulatba ejtette, hogy milyen döbbenetesen magas a növények, ill. zöld algák, baktériumok ilyen értelemben vett "kvantum-hatékonysági mutatója" - kiderült ugyanis, hogy a beérkező (elnyelt) fotonok energiájának legalább 95-98 %-a jut el a befogástól a felhasználás első fázisáig.

Figyelembe véve, hogy milyen távol vannak a reakció-centrumok a pigmentektől (antenna-komplexumoktól), és hogy milyen kevés van belőlük a fényt elnyelő klorofill-molekulákhoz képest, szinte érthetetlennek tűnt hogy miért nem "veszik el" a fotonok energiájának döntő hányada hőként és/vagy fluoreszcens, kisugárzott fényként a továbbítás során - eddig.

Kísérleti vizsgálatok és bizonyítás

A kutatók a jelenséget az egyik legegyszerűbb és legjobban ismert kémiai felépítésű, fotoszintézist végző, zöld kénbaktériumok családjába tartozó élőlényen vizsgálták úgy, hogy az annak felszínén lévő klorofill antenna-komplexum egy-egy kiválasztott molekuláját precíziós, hihetetlenül rövid ideig tartó (femtoszekundumos) lézer-impulzussal besugározták (szimulálva a napfény hatását), és utána egy ultragyors érzékelési eljárással, az ún. kétdimenziós elektronikus spektroszkópiával vizsgálták az energiaszintek "szétterjedését", illetve átadódását a szomszédos klorofill-molekulák között.

Nem kis meglepetésükre azt tapasztalták, hogy az elnyelt foton energiája gyakorlatilag "azonnal", vagyis mérhető időkülönbség nélkül jelent meg a messzebb lévő klorofill-molekulákban is, a fénysebességet, illetve a pigmentek térbeli távolságát láthatóan figyelembe sem véve. A kutatók úgy fogalmaztak - "olyan, mintha az elnyelt foton energiája egyszerre jelent volna meg mindenhol, késleltetés nélkül" (vagyis minden környező antenna-komplexumban), noha csak az egyiküket érte a lézer-impulzus.

Mai, éppen hogy csak felismert (józan ésszel alig felfogható) fizikai ismereteink alapján mindez csak egyféleképpen lehetséges - a térben jól elkülönülő klorofill-molekulák kvantumfizikai szinten összefonódott részecskepárokból állnak, illetve ilyeneket tartalmaznak. Másképp megfogalmazva - ugyanazon részecskék manifesztációi egyszerre vannak jelen több térbeli helyen a növény vagy zöld alga (fotoszintetizáló élőlény) levelének (testének) felszínén, a fény-szakasz vizsgált biológiai felépítésében egyránt.

A fenti ábra a zöld kénbaktérium FMO stuktúrájának antenna-komplexumai közötti, fentoszekundumos felbontású (a másdperc milliárdod részének milliomod részéig terjedő időskáláján történő) kvantum-korrelációját mutatja a lézerimpulzus kibocsájtásának, ill. elnyelődésének függvényében.

Forrás és az eredeti mérés jegyzőkönyvek - "Quantum entanglement in photosynthetic light harvesting complexes", Nature Physics, 2010; DOI: 10.1038/nphys1652.

A felfedezés jelentősége

Az hogy egy részecske (fény-foton, elektron, stb.) egyszerre több, független helyen lehet jelen a térben, önmagában is nehezen felfogható, és kísérleti bizonyítása is csak a legutóbbi években sikerült. Még megdöbbentőbb - ahogy erről már korábbi cikkünkben is írtunk -  a részecskepárok bármelyikének állapotának megváltozása (pl. mérés által) azonnal annak ikertestvér-párjának megváltozásához vezet, időbeli késleltetéstől és fénysebességtől, térbeli távolságtól függetlenül.

A kísérleti bizonyítások hihetetlenül precízen és szigorúan kontrollált, labortóriumi körülmények között sikerültek, szinte tökéletesen zaj- és hőmérsékleti behatásoktól mentes (ideális) kvantum-optikai közegekben, ezért nagyon sok kutató úgy vélte - a kvantum-összefonódás és annak bizarr, józan észnek ellentmondó tulajdonságai a természetben ritkán vagy szinte soha nem fordulhatnak elő, így vizsgálatuk ugyan érdekes, ám mindez nem sok hatással lehet mindennapi életünkre.

Ennél nagyobbat láthatóan nem is tévedhettünk volna! A 2010-ben zajló kutatások vezető tudósai éppen ezt emelték ki kommentárjaikban.

"A kvantum-összefonódás ill. korreláció ilyen kimagasló aránya eddig szinte elképzelhetetlennek tűnt szobahőmérsékleten, élő biológiai közegekben, ahol a folytonosan lezajló kémiai és biológiai reakciók milliárdjai, illetve a hőmérsékleti entrópia zavaró hatásai miatt senki nem számított ilyesmire" - nyilatkozták.

Mindez végső soron úgy értelmezhető, hogy a kvantumfizikai szinten létező összefonódottság egyáltalán nem kivételes és ritka, hanem  - egyenesen természetes és gyakori jellemzője a növény-élettannak. És ha a növényekre jellemző, miért ne lenne lehetséges fejlettebb élőlények esetében is? Miért korlátozódna csupán néhány klorofill-molekulára? Lehetséges, hogy ennél sokkal többről van szó?

Mítoszok, tények és lehetőségek

A Kaliforniában élő tudós, Clive Bakster a CIA kötelékében kezdte meg még 1966-ban poligráffal (hazugságvizsgálóval) kapcsolatos kutatásait, amelyet később, pusztán kíváncsiságból kiterjesztett a növényekre is. Elméletileg ez lehetséges, hiszen a poligráf olyan hiperfinom elektromos, ill. elektrokémiai változásokat is képes érzékelni, amelyek szinte azonosan zajlanak az emberi bőrön, ill. egy levél felszínén.

Ugyanakkor a tudomány jelenlegi állása (vagyis a legtöbb tudós által elfogadott nézet szerint) a növényeknek nincsen a miénkhez hasonló idegrendszere, így nem lehetnek gondolataik, érzelmeik, és nem érezhetnek fájdalmat sem.

Clive Bakster ettől függetlenül rákapcsolta a hazugságvizsgáló egyik érzékelőjét egy kiválasztott levélre, azzal az elhatározással, hogy a növény egy másik (távolabbi) levelét öngyújtóval felperzseli.

Állítása alapján - nem kis megdöbbenésére - a poligráf hatalmas kilengést mutatott, de nem akkor, amikor meggyújtotta a lángot, hanem jóval korábban - méghozzá már akkor, amikor eldöntötte, hogy mit fog tenni néhány másodperc múlva, és melyik levéllel.

Clive Bakster ennek alapján meg van róla győződve a mai napig, hogy a növények képesek telepatikus kapcsolatba kerülni más élőlényekkel - így akár emberekkel is. Az egyik népszerű ismeretterjesztő csatornán vetített "Mythbusters" (Mítoszrombolók) c. sorozatban félig komolyan, félig mókásan megpróbálták lemásolni a kérdéses kísérleteket, amelyek először mutattak is értékelhető eredményeket, de miután a kivizsgálók eltávolodtak a növényektől és szeparált konténerbe zárták őket, a jelenség nem volt többé kimutatható.

Ahogy az várható volt, nem kevésbé "őrült" szovjet tudósok is vizsgálták a jelenséget, két egymástól elkülönített növény viszonylatában (természetesen az alábbi, igen rossz minőségű felvétel hitelességét nincs módunkban sem megerősíteni, se cáfolni)-