How Quantum Biology Might Explain Life’s Biggest Questions | Jim Al-Khalili | TED Talks

1,074,041 views ・ 2015-09-16

TED


Please double-click on the English subtitles below to play the video.

Translator: Àngels Medrano Reviewer: Josep Maria Agustí
M’agradaria presentar-vos una àrea emergent de la ciència,
una que encara és especulativa però molt emocionant,
00:13
I'd like to introduce you to an emerging area of science,
0
13190
4528
i sens dubte una que està creixent molt ràpidament.
La Biologia quàntica fa una pregunta molt senzilla:
00:17
one that is still speculative but hugely exciting,
1
17742
3943
00:21
and certainly one that's growing very rapidly.
2
21709
2629
La mecànica quàntica...
aquesta estrany i meravellosa i poderosa teoria
00:25
Quantum biology asks a very simple question:
3
25448
4048
del món subatòmic dels àtoms i les molècules
que tant sustenta la física i la química modernes --
00:29
Does quantum mechanics --
4
29520
1350
00:30
that weird and wonderful and powerful theory
5
30894
3302
també té un paper dins de la cèl·lula viva?
00:34
of the subatomic world of atoms and molecules
6
34220
2688
En altres paraules: Hi ha processos, mecanismes, fenòmens
00:36
that underpins so much of modern physics and chemistry --
7
36932
3488
en els organismes vius que només es poden explicar
00:40
also play a role inside the living cell?
8
40444
3412
00:43
In other words: Are there processes, mechanisms, phenomena
9
43880
4079
amb l’ajuda de la mecànica quàntica?
00:47
in living organisms that can only be explained
10
47983
3988
La biologia quàntica no és nova;
existeix des de principis dels anys trenta.
00:51
with a helping hand from quantum mechanics?
11
51995
2743
Però només és en l’última dècada més o menys, que experiments acurats,
00:55
Now, quantum biology isn't new;
12
55546
1637
als laboratoris de bioquímica, utilitzant l’espectroscòpia --
00:57
it's been around since the early 1930s.
13
57207
2401
han mostrat proves molt clares i fermes que hi ha mecanismes específics
00:59
But it's only in the last decade or so that careful experiments --
14
59928
3715
01:03
in biochemistry labs, using spectroscopy --
15
63667
3464
que requereixen mecànica quàntica per explicar-los.
01:07
have shown very clear, firm evidence that there are certain specific mechanisms
16
67155
6863
La biologia quàntica reuneix físics quàntics, bioquímics,
biòlegs moleculars -- és un camp molt interdisciplinari.
01:14
that require quantum mechanics to explain them.
17
74042
2511
Vinc de la física quàntica, així que soc un físic nuclear.
01:17
Quantum biology brings together quantum physicists, biochemists,
18
77674
3329
He passat més de tres dècades
01:21
molecular biologists -- it's a very interdisciplinary field.
19
81027
3641
intentant treure l’entrellat de la mecànica quàntica.
01:24
I come from quantum physics, so I'm a nuclear physicist.
20
84692
3929
Un dels fundadors de la mecànica quàntica, Niels Bohr,
va dir: si no us sorprèn, llavors no ho heu entès.
01:28
I've spent more than three decades
21
88645
2265
01:30
trying to get my head around quantum mechanics.
22
90934
2929
Així que em sento feliç que encara em sorprèn.
01:33
One of the founders of quantum mechanics, Niels Bohr,
23
93887
2493
Això és bo.
01:36
said, If you're not astonished by it, then you haven't understood it.
24
96404
3350
Però vol dir que estudio les estructures més petites de l’univers --
01:40
So I sort of feel happy that I'm still astonished by it.
25
100237
2843
01:43
That's a good thing.
26
103104
1745
els blocs de construcció de la realitat.
01:44
But it means I study the very smallest structures in the universe --
27
104873
6885
Si pensem en l’escala de mida,
comencem amb un objecte quotidià com una pilota de tennis,
01:51
the building blocks of reality.
28
111782
2075
i només baixem escales de magnitud en grandària --
01:53
If we think about the scale of size,
29
113881
3215
des de l’ull d’una agulla a una cèl·lula, fins a un bacteri, fins a un enzim...
01:57
start with an everyday object like the tennis ball,
30
117120
2952
finalment arribes al “nanomón”.
02:00
and just go down orders of magnitude in size --
31
120096
2901
Nanotecnologia pot ser un terme que ja coneixeu.
02:03
from the eye of a needle down to a cell, down to a bacterium, down to an enzyme --
32
123021
5197
Un nanòmetre és una mil milionèsima part d’un metre.
02:08
you eventually reach the nano-world.
33
128242
1729
La meva àrea de treball és el nucli atòmic que és el petit punt dins d’un àtom.
02:09
Now, nanotechnology may be a term you've heard of.
34
129995
2495
02:12
A nanometer is a billionth of a meter.
35
132841
2853
És encara més petit en escala.
És el domini de la mecànica quàntica,
02:16
My area is the atomic nucleus, which is the tiny dot inside an atom.
36
136560
4370
i físics i químics han tingut molt de temps
per intentar assumir-ho.
02:20
It's even smaller in scale.
37
140954
1932
Els biòlegs, en canvi, se n’han escapat, al meu entendre.
02:22
This is the domain of quantum mechanics,
38
142910
1918
02:24
and physicists and chemists have had a long time
39
144852
2516
Estan molt contents amb el seu models de boles i pals de molècules.
02:27
to try and get used to it.
40
147392
1301
02:29
Biologists, on the other hand, have got off lightly, in my view.
41
149248
4457
(Rialles)
Les boles són els àtoms, els pals són els enllaços entre els àtoms.
02:34
They are very happy with their balls-and-sticks models of molecules.
42
154071
4331
I quan no poden fer-los físicament al laboratori,
avui en dia, tenen ordinadors molt potents
02:38
(Laughter)
43
158426
1082
02:39
The balls are the atoms, the sticks are the bonds between the atoms.
44
159532
3198
que simularan una molècula enorme.
Aquesta és una proteïna feta de 100.000 àtoms.
02:42
And when they can't build them physically in the lab,
45
162754
2494
02:45
nowadays, they have very powerful computers
46
165272
2392
Realment no cal gran cosa de la mecànica quàntica per explicar-ho.
02:47
that will simulate a huge molecule.
47
167688
1967
02:49
This is a protein made up of 100,000 atoms.
48
169679
3664
La mecànica quàntica es va desenvolupar a la dècada de 1920.
02:54
It doesn't really require much in the way of quantum mechanics to explain it.
49
174003
4335
És un conjunt bonic i potent de regles i idees matemàtiques
02:59
Quantum mechanics was developed in the 1920s.
50
179695
2889
que expliquen el món d’allò més petit.
03:02
It is a set of beautiful and powerful mathematical rules and ideas
51
182965
6880
I és un món molt diferent del nostre món quotidià,
format per bilions d’àtoms.
És un món construït sobre la probabilitat i l’atzar.
03:09
that explain the world of the very small.
52
189869
2608
03:12
And it's a world that's very different from our everyday world,
53
192501
3372
És un món imprecís.
És un món de fantasmes,
03:15
made up of trillions of atoms.
54
195897
1519
on les partícules es poden comportar també com ones disperses.
03:17
It's a world built on probability and chance.
55
197440
3557
03:21
It's a fuzzy world.
56
201818
1302
Llavors, si ens imaginem la mecànica o la física quàntica
03:23
It's a world of phantoms,
57
203144
1730
03:24
where particles can also behave like spread-out waves.
58
204898
3348
com la base fonamental de la realitat mateixa,
aleshores no és estrany que diguem
03:30
If we imagine quantum mechanics or quantum physics, then,
59
210157
2862
que la física quàntica sosté la química orgànica.
03:33
as the fundamental foundation of reality itself,
60
213043
5214
Ja que ens dona les normes que ens diuen
com encaixen els àtoms per formar molècules orgàniques.
03:38
then it's not surprising that we say
61
218281
1730
La química orgànica, augmentada en complexitat,
03:40
quantum physics underpins organic chemistry.
62
220035
2420
03:42
After all, it gives us the rules that tell us
63
222479
2120
ens dona una biologia molecular, que porta a la vida mateixa.
03:44
how the atoms fit together to make organic molecules.
64
224623
2641
Per tant, no és d’estranyar.
03:47
Organic chemistry, scaled up in complexity,
65
227288
3239
És gairebé trivial.
Dieu: “Bé, doncs, la vida en última instància depèn de la mecànica quàntica”.
03:50
gives us molecular biology, which of course leads to life itself.
66
230551
3322
Però també ho fa tota la resta.
03:54
So in a way, it's sort of not surprising.
67
234174
1977
03:56
It's almost trivial.
68
236175
1214
Així és tota matèria inanimada, formada per bilions d’àtoms.
03:57
You say, "Well, of course life ultimately must depend of quantum mechanics."
69
237413
4220
En definitiva, hi ha un nivell quàntic
04:02
But so does everything else.
70
242141
2390
04:04
So does all inanimate matter, made up of trillions of atoms.
71
244555
3615
on hem d’aprofundir aquesta singularitat.
Però en la vida quotidiana ens en podem oblidar.
04:08
Ultimately, there's a quantum level
72
248501
4878
Perquè un cop junts bilions d’àtoms,
04:13
where we have to delve into this weirdness.
73
253403
2183
aquella raresa quàntica es dissol.
04:15
But in everyday life, we can forget about it.
74
255610
2416
04:18
Because once you put together trillions of atoms,
75
258404
3199
La biologia quàntica no tracta d’això.
04:21
that quantum weirdness just dissolves away.
76
261627
2615
La biologia quàntica no és tan obvia.
Per descomptat, la mecànica quàntica sustenta la vida a algun nivell molecular.
04:27
Quantum biology isn't about this.
77
267288
2569
La biologia quàntica és buscar allò no trivial --
04:29
Quantum biology isn't this obvious.
78
269881
2556
04:32
Of course quantum mechanics underpins life at some molecular level.
79
272461
4229
les idees contra intuïtives de la mecànica quàntica --
04:37
Quantum biology is about looking for the non-trivial --
80
277254
6004
i veure si realment tenen un paper important
en la descripció dels processos de la vida.
04:43
the counterintuitive ideas in quantum mechanics --
81
283282
4476
Aquí teniu el meu exemple perfecte de la contra intuïció
04:47
and to see if they do, indeed, play an important role
82
287782
3015
04:50
in describing the processes of life.
83
290821
2452
del món quàntic.
Un esquiador quàntic.
04:54
Here is my perfect example of the counterintuitiveness
84
294653
5220
Sembla que està intacte, que està perfectament sa,
i, tanmateix, sembla que ha passat alhora pels dos costats d’aquest arbre.
04:59
of the quantum world.
85
299897
1446
Bé, si veieu rastres així
05:01
This is the quantum skier.
86
301367
1251
05:02
He seems to be intact, he seems to be perfectly healthy,
87
302642
2640
suposareu que ha estat una mena d’acrobàcia.
Però en el món quàntic, això passa contínuament.
05:05
and yet, he seems to have gone around both sides of that tree at the same time.
88
305306
4127
Les partícules poden fer moltes tasques i estar a dos llocs.
05:09
Well, if you saw tracks like that
89
309457
1663
05:11
you'd guess it was some sort of stunt, of course.
90
311144
2309
Poden fer més d’una cosa alhora.
05:13
But in the quantum world, this happens all the time.
91
313477
2591
Les partícules poden comportar-se com ones disperses.
05:16
Particles can multitask, they can be in two places at once.
92
316864
3026
És gairebé com màgia.
05:19
They can do more than one thing at the same time.
93
319914
2328
Els físics i els químics han tingut gairebé un segle
d’intentar acostumar-se a aquesta raresa.
05:22
Particles can behave like spread-out waves.
94
322266
2643
No culpo els biòlegs
05:25
It's almost like magic.
95
325298
1599
per no haver volgut aprendre mecànica quàntica.
05:27
Physicists and chemists have had nearly a century
96
327538
2749
Ja veieu, aquesta raresa és molt delicada;
05:30
of trying to get used to this weirdness.
97
330311
2646
i els físics treballem molt dur per mantenir-la als nostres laboratoris.
05:33
I don't blame the biologists
98
333445
1350
05:34
for not having to or wanting to learn quantum mechanics.
99
334819
2635
Refredem el nostre entorn a prop del zero absolut,
05:37
You see, this weirdness is very delicate;
100
337478
3198
05:40
and we physicists work very hard to maintain it in our labs.
101
340700
4450
fem els nostres experiments al buit,
intentem aïllar-la de qualsevol pertorbació externa.
05:45
We cool our system down to near absolute zero,
102
345174
4204
Això és diferent de l’entorn càlid, desordenat i sorollós d’una cèl·lula viva.
05:49
we carry out our experiments in vacuums,
103
349402
1945
05:51
we try and isolate it from any external disturbance.
104
351371
3527
La biologia mateixa, si hi penseu la biologia molecular,
05:55
That's very different from the warm, messy, noisy environment of a living cell.
105
355602
5078
ho ha fet molt bé en la descripció dels processos de la vida
en termes de química -- reaccions químiques.
06:01
Biology itself, if you think of molecular biology,
106
361960
2787
I aquests termes són reduccionistes, reaccions químiques determinades,
06:04
seems to have done very well in describing all the processes of life
107
364771
3457
demostrant que, bàsicament, la vida es fa de les mateixes coses que tota la resta,
06:08
in terms of chemistry -- chemical reactions.
108
368252
2486
06:10
And these are reductionist, deterministic chemical reactions,
109
370762
4850
i si ens podem oblidar de la mecànica quàntica al món macro,
06:15
showing that, essentially, life is made of the same stuff as everything else,
110
375636
5114
llavors hauríem de ser capaços d’oblidar-ho també en biologia.
Bé, un home no hi va estar d’acord amb aquesta idea.
06:20
and if we can forget about quantum mechanics in the macro world,
111
380774
3060
06:23
then we should be able to forget about it in biology, as well.
112
383858
3246
Erwin Schrödinger, el del famós gat de Schrödinger,
06:27
Well, one man begged to differ with this idea.
113
387706
3364
era un físic austríac.
Va ser un dels fundadors de la mecànica quàntica als anys vint.
06:32
Erwin Schrödinger, of Schrödinger's Cat fame,
114
392062
3469
El 1944 va escriure un llibre anomenat “Què és la vida?”
06:35
was an Austrian physicist.
115
395555
1317
Va ser tremendament influent.
06:36
He was one of the founders of quantum mechanics in the 1920s.
116
396896
3183
Va influir en Francis Crick i James Watson,
descobridors de l’estructura de doble hèlix del DNA.
06:40
In 1944, he wrote a book called "What is Life?"
117
400663
2707
Parafrasejant una descripció del llibre, diu:
06:43
It was tremendously influential.
118
403839
1731
06:45
It influenced Francis Crick and James Watson,
119
405594
2881
A nivell molecular, els organismes vius tenen un cert ordre,
06:48
the discoverers of the double-helix structure of DNA.
120
408499
2523
06:51
To paraphrase a description in the book, he says:
121
411343
3668
una estructura que per a ells és molt diferent
06:55
At the molecular level, living organisms have a certain order,
122
415035
5786
de la competició termodinàmica aleatòria d’àtoms i molècules
07:00
a structure to them that's very different
123
420845
3232
en matèria inanimada de la mateixa complexitat.
07:04
from the random thermodynamic jostling of atoms and molecules
124
424101
4736
Sembla que la matèria viva es comporta en aquest ordre, com una estructura,
07:08
in inanimate matter of the same complexity.
125
428861
3706
igual que la matèria inanimada refredat a prop del zero absolut,
07:13
In fact, living matter seems to behave in this order, in a structure,
126
433504
5014
on els efectes quàntics tenen un paper molt important.
Hi ha alguna cosa especial sobre l’estructura -- l’ordre --
07:18
just like inanimate matter cooled down to near absolute zero,
127
438542
3834
dins d’una cèl·lula viva.
07:22
where quantum effects play a very important role.
128
442400
3033
Schrödinger va especular que potser la quàntica juga un paper en la vida.
07:26
There's something special about the structure -- the order --
129
446280
4160
És una idea molt especulativa de gran abast,
07:30
inside a living cell.
130
450464
1560
07:32
So, Schrödinger speculated that maybe quantum mechanics plays a role in life.
131
452048
5293
i realment no va arribar gaire lluny.
Com he comentat al principi,
07:38
It's a very speculative, far-reaching idea,
132
458096
3425
en els darrers 10 anys, hi ha hagut experiments emergents,
07:41
and it didn't really go very far.
133
461545
2873
mostrant on alguns d’aquests determinats fenòmens de la biologia
07:45
But as I mentioned at the start,
134
465536
1533
sembla que els cal mecànica quàntica.
07:47
in the last 10 years, there have been experiments emerging,
135
467093
2799
Vull compartir amb vosaltres només alguns dels més emocionants.
07:49
showing where some of these certain phenomena in biology
136
469916
4055
Aquest és un dels fenòmens més coneguts del món quàntic,
07:53
do seem to require quantum mechanics.
137
473995
1763
07:55
I want to share with you just a few of the exciting ones.
138
475782
3123
el túnel quàntic.
El quadre de l’esquerra mostra la distribució ondulada i dispersa
08:00
This is one of the best-known phenomena in the quantum world,
139
480215
3707
d’una entitat quàntica -- una partícula, com un electró,
08:03
quantum tunneling.
140
483946
1701
que no és una petita pilota rebotant contra una paret.
08:05
The box on the left shows the wavelike, spread-out distribution
141
485671
4389
És una ona que té una certa probabilitat de poder passar
08:10
of a quantum entity -- a particle, like an electron,
142
490084
2761
08:12
which is not a little ball bouncing off a wall.
143
492869
3637
a través d’una paret sòlida, com un fantasma saltant a l’altre costat.
08:16
It's a wave that has a certain probability of being able to permeate
144
496530
4739
Podeu veure una lleugera taca de llum a la casella de la dreta.
08:21
through a solid wall, like a phantom leaping through to the other side.
145
501293
3406
El túnel quàntic suggereix que una partícula pot colpejar una barrera
08:24
You can see a faint smudge of light in the right-hand box.
146
504723
4098
impenetrable, i tanmateix com per art de màgia,
desaparèixer d’un costat i reaparèixer a l’altre.
08:29
Quantum tunneling suggests that a particle can hit an impenetrable barrier,
147
509773
4612
La millor manera d’explicar-ho és, si vols llançar una pilota per sobre una paret,
08:34
and yet somehow, as though by magic,
148
514409
2460
li has de donar prou energia per superar la paret per dalt.
08:36
disappear from one side and reappear on the other.
149
516893
2444
08:39
The nicest way of explaining it is if you want to throw a ball over a wall,
150
519658
4251
En el món quàntic, no l’has de tirar per sobre de la paret,
pots tirar-la a la paret, i hi ha una certa probabilitat diferent de zero
08:43
you have to give it enough energy to get over the top of the wall.
151
523933
3577
de desaparèixer d’un costat, i reaparèixer de l’altre.
08:47
In the quantum world, you don't have to throw it over the wall,
152
527534
3058
Això no és especulació, per cert.
08:50
you can throw it at the wall, and there's a certain non-zero probability
153
530616
3407
Estem feliços, bé, “feliços” no és la paraula correcta...
08:54
that it'll disappear on your side, and reappear on the other.
154
534047
3323
(Rialles)
estem familiaritzats amb això.
08:57
This isn't speculation, by the way.
155
537394
1678
(Rialles)
08:59
We're happy -- well, "happy" is not the right word --
156
539096
3396
El túnel quàntic es dona tot el temps;
09:02
(Laughter)
157
542516
2045
de fet, és la raó per la qual brilla el nostre Sol.
09:04
we are familiar with this.
158
544585
1618
09:06
(Laughter)
159
546227
2745
Les partícules es fusionen,
i el Sol transforma l’hidrogen a heli mitjançant un túnel quàntic.
09:08
Quantum tunneling takes place all the time;
160
548996
2294
09:11
in fact, it's the reason our Sun shines.
161
551314
2667
En els anys 70 i 80, es va descobrir que també té lloc el túnel quàntic
09:14
The particles fuse together,
162
554655
1509
09:16
and the Sun turns hydrogen into helium through quantum tunneling.
163
556188
3698
a les cèl·lules vives.
Els enzims, aquests “obrers” de la vida, catalitzadors de reaccions químiques...
09:21
Back in the 70s and 80s, it was discovered that quantum tunneling also takes place
164
561464
5220
09:26
inside living cells.
165
566708
1192
Els enzims són biomolècules que acceleren reaccions químiques a les cèl·lules vives,
09:28
Enzymes, those workhorses of life, the catalysts of chemical reactions --
166
568290
6266
per molts, molts graus de magnitud.
I sempre ha estat un misteri com ho fan.
09:34
enzymes are biomolecules that speed up chemical reactions in living cells,
167
574580
4166
Bé, es va descobrir
que un dels trucs que els enzims han desenvolupat per utilitzar,
09:38
by many, many orders of magnitude.
168
578770
1703
09:40
And it's always been a mystery how they do this.
169
580497
2784
és per la transferència de partícules subatòmiques, com electrons i protons,
09:43
Well, it was discovered
170
583650
1189
09:44
that one of the tricks that enzymes have evolved to make use of,
171
584863
4852
d’una part d’una molècula a una altra, mitjançant el túnel quàntic.
09:49
is by transferring subatomic particles, like electrons and indeed protons,
172
589739
5228
És eficient, és ràpid, pot desaparèixer ...
09:54
from one part of a molecule to another via quantum tunneling.
173
594991
4661
un protó pot desaparèixer d’un lloc, i reaparèixer a un altre.
Els enzims ajuden que això passi.
10:00
It's efficient, it's fast, it can disappear --
174
600333
2851
Aquesta és la investigació que es va fer als anys 80,
especialment per part d’un grup a Berkeley, Judith Klinman.
10:03
a proton can disappear from one place, and reappear on the other.
175
603208
3111
10:06
Enzymes help this take place.
176
606343
1629
Altres grups a UK ara també ho han confirmat:
10:08
This is research that's been carried out back in the 80s,
177
608548
2683
els enzims realment ho fan.
10:11
particularly by a group in Berkeley, Judith Klinman.
178
611255
4037
La recerca realitzada pel meu grup ...
10:15
Other groups in the UK have now also confirmed
179
615316
2205
ja he comentat, que soc un físic nuclear,
10:17
that enzymes really do this.
180
617545
1411
però m’he adonat que tinc eines per usar la mecànica quàntica
en nuclis atòmics, i també es poden aplicar en altres àmbits.
10:21
Research carried out by my group --
181
621048
2549
10:23
so as I mentioned, I'm a nuclear physicist,
182
623621
2434
10:26
but I've realized I've got these tools of using quantum mechanics
183
626079
3055
Una pregunta que ens vam fer
és si el túnel quàntic té un paper en les mutacions de l’ADN.
10:29
in atomic nuclei, and so can apply those tools in other areas as well.
184
629158
5085
De nou, aquesta no és una idea nova; es remunta a principis dels anys 60.
10:35
One question we asked
185
635404
1810
10:37
is whether quantum tunneling plays a role in mutations in DNA.
186
637238
4298
Les dues cadenes d’ADN, l’estructura de doble hèlix,
es mantenen unides per graons; és com una escala retorçada.
10:41
Again, this is not a new idea; it goes all the way back to the early 60s.
187
641843
3660
I els esglaons de l’escala són ponts d’hidrogen --
10:45
The two strands of DNA, the double-helix structure,
188
645527
2961
protons, que actuen com a cola entre les dues cadenes.
10:48
are held together by rungs; it's like a twisted ladder.
189
648512
2823
Així que, si ho amplieu, el que estan fent és mantenir aquestes grans molècules...
10:51
And those rungs of the ladder are hydrogen bonds --
190
651359
3507
10:54
protons, that act as the glue between the two strands.
191
654890
3790
nucleòtids - juntes.
Amplieu una mica més.
10:58
So if you zoom in, what they're doing is holding these large molecules --
192
658704
4750
Això és una simulació per ordinador.
Les dues boles blanques al mig són protons,
11:03
nucleotides -- together.
193
663478
1607
i podeu veure que és un doble enllaç d’hidrogen.
11:06
Zoom in a bit more.
194
666130
1150
11:07
So, this a computer simulation.
195
667304
1916
Un prefereix estar a un costat; l’altre, a l’altre costat
11:09
The two white balls in the middle are protons,
196
669855
3542
del les dues cadenes de línies verticals descendents, que no podeu veure.
11:13
and you can see that it's a double hydrogen bond.
197
673421
2299
11:15
One prefers to sit on one side; the other, on the other side
198
675744
3314
Pot passar aquests dos protons poden saltar.
11:19
of the two strands of the vertical lines going down, which you can't see.
199
679082
4558
Observeu les boles blanques.
Poden saltar cap a l’altre costat.
Si les dues cadenes d’ADN se separen, conduint al procés de replicació,
11:24
It can happen that these two protons can hop over.
200
684410
3395
11:27
Watch the two white balls.
201
687829
1436
11:29
They can jump over to the other side.
202
689748
1998
i els dos protons estan en les posicions equivocades,
11:32
If the two strands of DNA then separate, leading to the process of replication,
203
692239
5646
això pot provocar una mutació.
Això se sap des de fa mig segle.
La pregunta: quina probabilitat hi ha que passi,
11:37
and the two protons are in the wrong positions,
204
697909
3199
i si passa, com ho fan?
11:41
this can lead to a mutation.
205
701132
1763
Salten com la pilota que passa per sobre la paret?
11:43
This has been known for half a century.
206
703204
1872
O poden travessar el túnel quàntic, encara que no tinguin prou energia?
11:45
The question is: How likely are they to do that,
207
705100
2343
11:47
and if they do, how do they do it?
208
707467
2378
Els primers indicis suggereixen que el túnel quàntic hi pot tenir un paper.
11:49
Do they jump across, like the ball going over the wall?
209
709869
3019
11:52
Or can they quantum-tunnel across, even if they don't have enough energy?
210
712912
3502
Encara no ho sabem com és d’important;
encara és una pregunta oberta.
11:57
Early indications suggest that quantum tunneling can play a role here.
211
717089
4252
és especulació,
però és una d’aquestes preguntes tan importants:
12:01
We still don't know yet how important it is;
212
721365
2124
si la mecànica quàntica intervé en les mutacions,
12:03
this is still an open question.
213
723513
1792
segurament això deu tenir grans implicacions,
12:06
It's speculative,
214
726199
1150
per entendre certs tipus de mutacions,
12:07
but it's one of those questions that is so important
215
727373
2643
possiblement fins i tot les que converteixen una cèl·lula en cancerosa.
12:10
that if quantum mechanics plays a role in mutations,
216
730040
2446
12:12
surely this must have big implications,
217
732510
2299
12:14
to understand certain types of mutations,
218
734833
2694
Un altre exemple de mecànica quàntica en biologia és la coherència quàntica,
12:17
possibly even those that lead to turning a cell cancerous.
219
737551
3756
en un dels processos més importants en biologia,
12:22
Another example of quantum mechanics in biology is quantum coherence,
220
742803
5299
la fotosíntesi: plantes i bacteris absorbint la llum del sol,
i utilitzant aquesta energia per crear biomassa.
12:28
in one of the most important processes in biology,
221
748126
2353
La coherència quàntica és la idea d’entitats quàntiques multitasca.
12:30
photosynthesis: plants and bacteria taking sunlight,
222
750503
3941
12:34
and using that energy to create biomass.
223
754468
2954
És l’esquiador quàntic.
És un objecte que es comporta com una ona,
12:38
Quantum coherence is the idea of quantum entities multitasking.
224
758215
4152
perquè no només es mou en una direcció o en l’altra,
sinó que pot seguir diversos camins alhora.
12:42
It's the quantum skier.
225
762912
1604
12:44
It's an object that behaves like a wave,
226
764540
2952
Fa uns anys, el món de la ciència va quedar commocionat
12:47
so that it doesn't just move in one direction or the other,
227
767516
2902
12:50
but can follow multiple pathways at the same time.
228
770442
3320
quan es va publicar un article mostrant proves experimentals
d’aquesta coherència quàntica que té lloc dins dels bacteris,
12:54
Some years ago, the world of science was shocked
229
774708
3916
realitzant la fotosíntesi.
12:58
when a paper was published showing experimental evidence
230
778648
3584
La idea és que el fotó, la partícula de llum, la llum del sol,
13:02
that quantum coherence takes place inside bacteria,
231
782256
3776
el quàntum de llum capturat per una molècula de clorofil·la,
després es lliura al que es diu el centre de reacció,
13:06
carrying out photosynthesis.
232
786056
1686
13:07
The idea is that the photon, the particle of light, the sunlight,
233
787766
3064
on es pot convertir en energia química.
13:10
the quantum of light captured by a chlorophyll molecule,
234
790854
3344
I en arribar-hi, no només segueix una ruta;
segueix diversos camins alhora,
13:14
is then delivered to what's called the reaction center,
235
794222
2591
per optimitzar de la manera més eficient i poder arribar al centre de reacció sense
13:16
where it can be turned into chemical energy.
236
796837
2064
13:18
And in getting there, it doesn't just follow one route;
237
798925
2648
dissipar-se com calor residual.
13:21
it follows multiple pathways at once,
238
801597
2215
La coherència quàntica té lloc dins d’una cèl·lula viva.
13:23
to optimize the most efficient way of reaching the reaction center
239
803836
4337
Una idea notable,
13:28
without dissipating as waste heat.
240
808197
1721
i, tanmateix, l’evidència creix gairebé setmanalment, amb nous articles que
13:31
Quantum coherence taking place inside a living cell.
241
811228
3309
13:34
A remarkable idea,
242
814561
2120
confirmen que això realment té lloc.
13:36
and yet evidence is growing almost weekly, with new papers coming out,
243
816705
6235
El meu tercer i últim exemple és la idea més bonica i meravellosa.
També és encara molt especulativa, però ho he de compartir amb vosaltres.
13:42
confirming that this does indeed take place.
244
822964
2212
13:45
My third and final example is the most beautiful, wonderful idea.
245
825555
4739
El pit-roig europeu migra des d’Escandinàvia
13:50
It's also still very speculative, but I have to share it with you.
246
830318
4063
fins al Mediterrani, cada tardor,
i com molts altres animals marins i fins i tot insectes,
13:54
The European robin migrates from Scandinavia
247
834405
4612
naveguen sentint el camp magnètic terrestre.
13:59
down to the Mediterranean, every autumn,
248
839041
2635
14:01
and like a lot of other marine animals and even insects,
249
841700
3373
El camp magnètic de la Terra és molt, molt feble; és
100 cops més feble que un imant de nevera,
14:05
they navigate by sensing the Earth's magnetic field.
250
845097
4300
i, tanmateix, afecta la química, d’alguna manera, dins d’un organisme viu.
14:10
Now, the Earth's magnetic field is very, very weak;
251
850968
2427
14:13
it's 100 times weaker than a fridge magnet,
252
853419
2080
Això no està en dubte... Una parella d’ornitòlegs alemanys,
14:15
and yet it affects the chemistry -- somehow -- within a living organism.
253
855523
5601
Wolfgang i Roswitha Wiltschko, a la dècada dels 70, va confirmar que,
14:21
That's not in doubt -- a German couple of ornithologists,
254
861932
3806
el pit-roig troba el seu camí detectant el camp magnètic terrestre,
14:25
Wolfgang and Roswitha Wiltschko, in the 1970s, confirmed that indeed,
255
865762
4260
que li dona informació direccional -- com una brúixola incorporada.
El trencaclosques, el misteri era: Com ho fa?
14:30
the robin does find its way by somehow sensing the Earth's magnetic field,
256
870046
3977
Bé, l’única teoria que tenim,
14:34
to give it directional information -- a built-in compass.
257
874047
3327
és que no sabem si és correcta, però l’única teoria de què disposem
14:37
The puzzle, the mystery was: How does it do it?
258
877398
2249
és que ho fa a través de l’anomenat entrellaçament quàntic.
14:40
Well, the only theory in town --
259
880351
3030
Dins de la retina del pit-roig ...
14:43
we don't know if it's the correct theory, but the only theory in town --
260
883405
3436
No menteixo: dins la retina del pit-roig hi ha la proteïna anomenada criptocrom,
14:46
is that it does it via something called quantum entanglement.
261
886865
2984
que és sensible a la llum.
14:50
Inside the robin's retina --
262
890567
2374
Dins del criptocrom, un parell d’electrons estan entrellaçats quànticament.
14:52
I kid you not -- inside the robin's retina is a protein called cryptochrome,
263
892965
4232
L’entrellaçament quàntic és quan dues partícules estan allunyades,
14:57
which is light-sensitive.
264
897221
1380
i tanmateix d’alguna manera romanen en contacte entre elles.
14:58
Within cryptochrome, a pair of electrons are quantum-entangled.
265
898625
3939
Einstein odiava aquesta idea;
li va dir “acció esgarrifosa a distància”.
15:02
Now, quantum entanglement is when two particles are far apart,
266
902588
3232
(Rialles)
15:05
and yet somehow remain in contact with each other.
267
905844
2834
Així que si a Einstein no li agrada, tots ens sentim incòmodes amb això.
15:08
Even Einstein hated this idea;
268
908991
1446
Dos electrons entrellaçats quànticament dins d’una molècula
15:10
he called it "spooky action at a distance."
269
910461
2039
15:12
(Laughter)
270
912524
1881
ballen una dansa delicada
que és molt sensible a la direcció en què vola l’ocell
15:14
So if Einstein doesn't like it, then we can all be uncomfortable with it.
271
914429
3443
al camp magnètic terrestre.
15:17
Two quantum-entangled electrons within a single molecule
272
917896
2853
No sabem si és l’explicació correcta,
15:20
dance a delicate dance
273
920773
1471
però, no seria emocionant si la mecànica quàntica ajudés els ocells a navegar?
15:22
that is very sensitive to the direction the bird flies
274
922268
2541
15:24
in the Earth's magnetic field.
275
924833
1531
15:26
We don't know if it's the correct explanation,
276
926848
2610
La biologia quàntica encara està en la seva infància.
15:29
but wow, wouldn't it be exciting if quantum mechanics helps birds navigate?
277
929482
4544
Encara és especulativa.
Però crec que es basa en una ciència sòlida.
15:35
Quantum biology is still in it infancy.
278
935069
2721
15:37
It's still speculative.
279
937814
3484
Jo també crec que en la propera dècada, més o menys,
15:41
But I believe it's built on solid science.
280
941742
3849
començarem a veure que en realitat, impregna la vida --
15:45
I also think that in the coming decade or so,
281
945917
3809
que la vida ha creat trucs que utilitzen el món quàntic.
15:49
we're going to start to see that actually, it pervades life --
282
949750
4841
Mira aquest programa.
Thank you.
15:54
that life has evolved tricks that utilize the quantum world.
283
954615
4596
(Aplaudiments)
16:00
Watch this space.
284
960026
1428
16:01
Thank you.
285
961478
1157
16:02
(Applause)
286
962659
2202
About this website

This site will introduce you to YouTube videos that are useful for learning English. You will see English lessons taught by top-notch teachers from around the world. Double-click on the English subtitles displayed on each video page to play the video from there. The subtitles scroll in sync with the video playback. If you have any comments or requests, please contact us using this contact form.

https://forms.gle/WvT1wiN1qDtmnspy7