Митохондриите са малки структури, намиращи се в клетките на човешкото тяло. Те участват в един от най-важните процеси на живота – преобразуването на енергията. Обикновено се описват като енергийните централи на клетката.

Но какво се случва вътре в тях на най-малките мащаби? Възможно ли е процеси, свързани с квантовата физика, да участват в начина, по който клетките използват енергията?

През септември 2026 г. екип от китайски учени съобщава за необичаен сигнал с честота 71 терахерца, наблюдаван в живи клетки и тъкани. Изследователите предполагат, че зад него може да стои специфично квантово състояние, свързано със структурата на митохондриите.

Те установяват и още нещо: при определени условия въздействието със слаба инфрачервена светлина води до увеличение на измереното количество ATP (аденозинтрифосфат) – основния енергоносител в клетката, чрез който тя използва енергията за множество биологични процеси.

Резултатите са любопитни, защото поставят въпроси за връзката между физичните процеси на микроскопично ниво и работата на живите системи. Изследването обаче все още не е преминало научно рецензиране, а предложеното квантово обяснение предстои да бъде проверено независимо.

Какво означава сигнал с честота 71 трилиона трептения в секунда?

Един терахерц означава един трилион трептения в секунда. Следователно честота от 71 терахерца съответства на 71 трилиона трептения за една секунда. Това е изключително висока честота. За да изследват подобни явления, учените използват специализирани методи за измерване на взаимодействието между светлината и материята.

В изследването на Ю Янг, Джънлун Гу и Бо Сонг е регистриран необичаен сигнал около 71 THz в човешки клетки, в различни тъкани на мишки и в изолирани митохондрии.

Интересно е, че сигналът се наблюдава в живите проби, но не и например в изсушени проби, при които първоначалната структура е нарушена.

Това предполага, че явлението е свързано не просто с наличието на определена молекула, а с начина, по който молекулите са организирани в митохондриите. Самият сигнал е експериментално наблюдение, но произходът му все още не е окончателно установен. Фактът, че той зависи от запазването на структурата, не доказва сам по себе си, че причината е квантова.

Митохондриите – където клетката преобразува енергията

Клетките се нуждаят от енергия, за да поддържат жизнените си функции, да изграждат нови молекули и да реагират на промените в средата.

Голяма част от тази енергия се осигурява чрез ATP. Можем да си представим молекулата й като своеобразна разменна единица за енергия в клетката – тя позволява на клетката да използва енергията, когато й е необходима.

Митохондриите имат ключова роля в образуването на ATP чрез поредица от химични реакции. Важна част от този процес протича във вътрешната им мембрана, която образува множество гънки, наречени кристи.

Тези гънки увеличават площта, върху която са разположени молекулите и белтъците, участващи в преобразуването на енергията.

Именно тази сложна организация привлича вниманието на учените. Те предполагат, че начинът, по който са подредени молекулите в мембраната, може да има значение за наблюдаваното явление.

Но каква е възможната връзка с квантовата физика?

Как светлината може да бъде свързана с квантово състояние в митохондриите?

За да обяснят необичайния сигнал, изследователите предлагат модел, в който светлината взаимодейства с молекулите във вътрешната мембрана на митохондриите.

Тук се появява понятието поляритон. Най-общо казано, поляритонът е особено състояние, което възниква при силно взаимодействие между светлината и материята. При определени условия те вече не могат да бъдат разглеждани напълно отделно, а образуват свързана система.

Според модела на учените подобно състояние може да възниква при взаимодействието на светлината с вибрациите на молекулите в митохондриалната мембрана.

Основната идея е, че начинът, по който са организирани молекулите в една клетъчна структура, може да има значение за взаимодействието им със светлината. Така могат да възникнат физични явления, които не могат да бъдат обяснени добре, ако се разглежда всяка съставна част отделно.

Ако бъде потвърден, моделът би могъл да разшири разбирането ни за взаимодействието между светлината и живата материя.

Може ли светлината да повлияе на енергията в клетката?

Една от най-интересните части на изследването е свързана с експерименти, при които човешки клетки са изложени на слаба инфрачервена светлина с различни честоти.

След десет минути въздействие с честота около 71 THz учените измерват приблизително 10,3% повече ATP спрямо контролните проби.

Какво точно означава измереното увеличение?

То не доказва непременно, че митохондриите произвеждат с 10% повече ATP благодарение на предложения квантов механизъм. Измереното количество ATP зависи както от образуването му, така и от използването му в клетката.

Освен това резултатът е получен при конкретни лабораторни условия и в определен вид клетъчна култура. Той не доказва, че подобно въздействие би имало същия ефект в човешкото тяло.

Затова засега не може да се говори за нов метод за увеличаване на енергията, забавяне на стареенето или лечение на заболявания. Това са възможни бъдещи посоки за изследване, а не установени приложения.

Резултатите обаче поставят въпрос, който заслужава по-нататъшно проучване: възможно ли е определени физични процеси в клетките да влияят върху начина, по който те използват енергията?

Квантовата физика ли е в основата на живота?

Тук можем да погледнем отвъд конкретното откритие. Всичко, от което сме изградени – атомите, молекулите, клетъчните мембрани, белтъците и ДНК – принадлежи към физичния свят, който описваме чрез природните закони. Квантовата физика е необходима, за да разберем как се държат атомите, как се образуват химичните връзки и как материята взаимодейства със светлината.

В този смисъл квантовата физика е част от фундаменталната основа на живота.

Но това не означава, че всеки процес в клетката се управлява от някакъв специален квантов механизъм. Много биологични процеси могат да бъдат обяснени чрез химични реакции и взаимодействия между молекулите. Фактът, че те се подчиняват на физичните закони, не означава, че всеки от тях изисква отделно квантово обяснение.

Същевременно учените изследват дали определени квантови явления могат да имат конкретна роля в биологичните процеси. Тази област, известна като квантова биология, търси отговор на въпроса дали и как такива явления участват във функционирането на живите системи.

Изследването на митохондриите се вписва в тази посока. То поставя въпроса дали взаимодействието между светлината и молекулите в клетъчните структури може да има значение за енергийния метаболизъм.

Но дори да разберем по-добре тези механизми, ще сме ли по-близо до разбирането на самия произход на живота?

От молекулите към живота

В тялото ни процесите са свързани на много нива. Атомите изграждат молекули, молекулите участват в химични реакции, а тези реакции поддържат работата на клетките. Клетките изграждат тъкани и органи, които непрекъснато си взаимодействат.

Живото тяло не е просто сбор от отделни части. То е организирана система, в която различните нива си влияят взаимно. Можем да разберем как работи една молекула, без непременно да разбираме напълно как функционира цялата клетка. По същия начин познаването на отделните клетки не е достатъчно, за да обясним всички процеси в организма.

Това не означава, че на по-високите нива физичните закони престават да действат. Означава, че за да разберем една сложна система, трябва да изследваме не само нейните съставни части, но и начина, по който те взаимодействат и се организират.

Подобен въпрос стои и пред изследванията на произхода на живота. Учените проучват как простите химични вещества на ранната Земя може да са образували по-сложни молекули, как са възникнали системи, способни да съхраняват и предават информация, и как постепенно са се появили структури, които могат да поддържат собствените си химични процеси.

Кой е първоизточникът?

Да се върнем към митохондриите и необичайния сигнал, който учените са регистрирали в тях.

Представете си, че бъдещи изследвания потвърдят, че предложеното квантово състояние действително съществува и участва в преобразуването на енергията в клетката.

Това би било важно откритие. Ще разбираме по-добре един от механизмите, свързани с работата на живата материя.

Но то няма автоматично да отговори на въпроса защо материята е организирана по този начин, как е възникнала първата жива система или защо природата се подчинява на законите, които наблюдаваме.

Дали квантовият свят е първоизточникът на всичко останало? Или квантовата физика описва най-фундаменталното ниво на реалността, до което сме достигнали, без това да означава, че сме отговорили на всички въпроси за нейната природа?

От научна гледна точка квантовата теория е основополагаща за разбирането на материята. Но въпросът защо съществува самата физична реалност и защо тя има именно тези свойства няма общоприет окончателен отговор.

И още, когато разглеждаме процесите в тялото, винаги ли трябва да търсим причината на най-малкото възможно ниво? Или организацията на цялата система също има съществено значение за поведението на отделните ѝ части?

В биологията виждаме, че различните нива на организация си влияят взаимно. Сигналите от организма могат да променят активността на клетките, а промените в клетките могат да повлияят върху работата на тъканите и органите. Затова разбирането на живота изисква да изследваме както отделните механизми, така и връзките между тях.

 

Източници:

Yang, Y., Gu, Z., Song, B. (2026). A quantum state of mitochondria in the living cell. bioRxiv,

Arndt, M., Juffmann, T., Vedral, V. (2009). Quantum physics meets biology