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

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TED


下の英語字幕をダブルクリックすると動画を再生できます。

翻訳: Tomoyuki Suzuki 校正: Misaki Sato
00:13
I'd like to introduce you to an emerging area of science,
0
13190
4528
最近注目されるようになってきた 科学の一分野を紹介したいと思います
00:17
one that is still speculative but hugely exciting,
1
17742
3943
それはとても興味深い分野です まだ確立はしていないものの
00:21
and certainly one that's growing very rapidly.
2
21709
2629
この分野は確実にそして 急速に進歩しています
00:25
Quantum biology asks a very simple question:
3
25448
4048
量子生物学の問いかけは とてもシンプルです
00:29
Does quantum mechanics --
4
29520
1350
量子力学は ―
00:30
that weird and wonderful and powerful theory
5
30894
3302
奇妙ながら素晴らしく かつ強力な理論であり
00:34
of the subatomic world of atoms and molecules
6
34220
2688
原子や分子を構成する 亜原子の世界を記述し
00:36
that underpins so much of modern physics and chemistry --
7
36932
3488
現代物理学や化学の 土台となっていますが ―
00:40
also play a role inside the living cell?
8
40444
3412
この理論が生物の細胞においても 重要な働きがあるのか という問いです
00:43
In other words: Are there processes, mechanisms, phenomena
9
43880
4079
別の言葉でいえば 量子力学によってのみ説明し得るような
00:47
in living organisms that can only be explained
10
47983
3988
生物におけるプロセス、機構 現象といったものが
00:51
with a helping hand from quantum mechanics?
11
51995
2743
あるのだろうか という問いかけです
00:55
Now, quantum biology isn't new;
12
55546
1637
さて 量子生物学は 新しい学問ではありません
00:57
it's been around since the early 1930s.
13
57207
2401
1930年代の前半頃に登場しました
00:59
But it's only in the last decade or so that careful experiments --
14
59928
3715
しかし ここ十年程になって 生化学の実験室において
01:03
in biochemistry labs, using spectroscopy --
15
63667
3464
分光学的な手法によって 精密な実験が行われ
01:07
have shown very clear, firm evidence that there are certain specific mechanisms
16
67155
6863
量子力学によってのみ説明可能な 生体におけるある種の仕組みがあるという
01:14
that require quantum mechanics to explain them.
17
74042
2511
とても明確で確固たる証拠が得られました
01:17
Quantum biology brings together quantum physicists, biochemists,
18
77674
3329
量子生物学の分野においては 量子物理学者、生化学者
01:21
molecular biologists -- it's a very interdisciplinary field.
19
81027
3641
分子生物学者が 密に協力して研究が進められています
01:24
I come from quantum physics, so I'm a nuclear physicist.
20
84692
3929
私は量子力学者 つまり核物理学を専門としています
01:28
I've spent more than three decades
21
88645
2265
30年以上の間
01:30
trying to get my head around quantum mechanics.
22
90934
2929
量子力学について 思考を巡らせてきました
01:33
One of the founders of quantum mechanics, Niels Bohr,
23
93887
2493
量子力学の創始者の一人 ニールス・ボーアは言っています
01:36
said, If you're not astonished by it, then you haven't understood it.
24
96404
3350
「驚きを感じないようであれば この理論は理解できていない」 と
01:40
So I sort of feel happy that I'm still astonished by it.
25
100237
2843
私は今でも驚きを感じていますから ある意味満足しています
01:43
That's a good thing.
26
103104
1745
これは良いことです
01:44
But it means I study the very smallest structures in the universe --
27
104873
6885
さて私は物体を構成する基本ブロック―
01:51
the building blocks of reality.
28
111782
2075
宇宙における最小構造を研究しています
01:53
If we think about the scale of size,
29
113881
3215
そのスケールとはこんな感じです
01:57
start with an everyday object like the tennis ball,
30
117120
2952
日常的なテニスボールから始め-
02:00
and just go down orders of magnitude in size --
31
120096
2901
何桁も小さなものを見ていきます
02:03
from the eye of a needle down to a cell, down to a bacterium, down to an enzyme --
32
123021
5197
針穴、細胞、バクテリア そして酵素へとさかのぼり
02:08
you eventually reach the nano-world.
33
128242
1729
やがてナノの世界に辿りつきます
02:09
Now, nanotechnology may be a term you've heard of.
34
129995
2495
ナノテクノロジーという言葉を 耳にしたこともあるでしょう
02:12
A nanometer is a billionth of a meter.
35
132841
2853
ナノメートルとは1メートルの十億分の1です
02:16
My area is the atomic nucleus, which is the tiny dot inside an atom.
36
136560
4370
私の専門分野は原子核に関するもので それは原子の中ではほんの一点に過ぎず
02:20
It's even smaller in scale.
37
140954
1932
もっと小さなスケールです
02:22
This is the domain of quantum mechanics,
38
142910
1918
これが量子力学のカバーする領域であり
02:24
and physicists and chemists have had a long time
39
144852
2516
物理学者や化学者が理解を深めようと
02:27
to try and get used to it.
40
147392
1301
努めてきた分野です
02:29
Biologists, on the other hand, have got off lightly, in my view.
41
149248
4457
一方 生物学者はこの分野からは 少し距離を置いていたと思います
02:34
They are very happy with their balls-and-sticks models of molecules.
42
154071
4331
球と棒からなる分子模型に 十分満足していますから
02:38
(Laughter)
43
158426
1082
(笑)
02:39
The balls are the atoms, the sticks are the bonds between the atoms.
44
159532
3198
球は原子を 棒は原子間の結合を表しています
02:42
And when they can't build them physically in the lab,
45
162754
2494
実験室で物理的に こういうものが作れなくても
02:45
nowadays, they have very powerful computers
46
165272
2392
今ではパワフルなコンピューターによって
02:47
that will simulate a huge molecule.
47
167688
1967
巨大な分子のシミュレーションが可能です
02:49
This is a protein made up of 100,000 atoms.
48
169679
3664
これは十万個の原子からなるタンパク質です
02:54
It doesn't really require much in the way of quantum mechanics to explain it.
49
174003
4335
これを理解するのに 量子力学はほとんど必要としません
02:59
Quantum mechanics was developed in the 1920s.
50
179695
2889
量子力学は1920年代に生まれました
03:02
It is a set of beautiful and powerful mathematical rules and ideas
51
182965
6880
一連の美しく かつパワフルな 数学的な規則と概念によって
03:09
that explain the world of the very small.
52
189869
2608
とても微小な世界を説明します
03:12
And it's a world that's very different from our everyday world,
53
192501
3372
何兆もの原子からなるような 日常の世界とは
03:15
made up of trillions of atoms.
54
195897
1519
かけ離れています
03:17
It's a world built on probability and chance.
55
197440
3557
確率と偶然が支配する
03:21
It's a fuzzy world.
56
201818
1302
ファジーな世界です
03:23
It's a world of phantoms,
57
203144
1730
まるで幻影を見ているようであり
03:24
where particles can also behave like spread-out waves.
58
204898
3348
そこでは粒子は 広がりを持った波としても振舞います
03:30
If we imagine quantum mechanics or quantum physics, then,
59
210157
2862
量子力学 もしくは量子物理学が
03:33
as the fundamental foundation of reality itself,
60
213043
5214
現実の世界の基本原理と考えるのならば
03:38
then it's not surprising that we say
61
218281
1730
有機化学にも量子物理学の
03:40
quantum physics underpins organic chemistry.
62
220035
2420
影響があると考えても 不思議ではありません
03:42
After all, it gives us the rules that tell us
63
222479
2120
つまるところ この理論によって
03:44
how the atoms fit together to make organic molecules.
64
224623
2641
原子が一体となり有機分子が形成される 規則が説明されます
03:47
Organic chemistry, scaled up in complexity,
65
227288
3239
有機化学は複雑さが増すことによって
03:50
gives us molecular biology, which of course leads to life itself.
66
230551
3322
分子生物学となり そしてもちろん 生命そのものにつながります
03:54
So in a way, it's sort of not surprising.
67
234174
1977
これが想定内だと言える理由です
03:56
It's almost trivial.
68
236175
1214
そんな説明では不十分です
03:57
You say, "Well, of course life ultimately must depend of quantum mechanics."
69
237413
4220
「もちろん とことん遡って行けば 生命の仕組みだって量子力学に依存するはずさ」
04:02
But so does everything else.
70
242141
2390
そんな理屈では 何ごとにも当てはまってしまいます
04:04
So does all inanimate matter, made up of trillions of atoms.
71
244555
3615
無生物は何兆もの原子からなっています
04:08
Ultimately, there's a quantum level
72
248501
4878
究極的には 奇妙な現象を考えなければならない
04:13
where we have to delve into this weirdness.
73
253403
2183
量子のレベルにたどり着くことになります
04:15
But in everyday life, we can forget about it.
74
255610
2416
しかし 日常的な世界では 忘れても構いません
04:18
Because once you put together trillions of atoms,
75
258404
3199
なぜなら何兆という原子が一緒になると
04:21
that quantum weirdness just dissolves away.
76
261627
2615
量子的な奇妙さは 消し飛んでしまうからです
04:27
Quantum biology isn't about this.
77
267288
2569
でも量子生物学ではどうでしょうか
04:29
Quantum biology isn't this obvious.
78
269881
2556
量子生物学はこの点について 明らかではありません
04:32
Of course quantum mechanics underpins life at some molecular level.
79
272461
4229
もちろん 生命をある分子のレベルで見れば そこには量子力学の仕組みがあります
04:37
Quantum biology is about looking for the non-trivial --
80
277254
6004
量子生物学とは 量子力学特有の
04:43
the counterintuitive ideas in quantum mechanics --
81
283282
4476
直観に反するような作用が 露わになっていないか もしくは
04:47
and to see if they do, indeed, play an important role
82
287782
3015
生物の各過程を説明する上で 実際に重要な役割を
04:50
in describing the processes of life.
83
290821
2452
果たしていないかを 探し求める学問です
04:54
Here is my perfect example of the counterintuitiveness
84
294653
5220
量子の世界における 直観に反する概念を説明する
04:59
of the quantum world.
85
299897
1446
好例をお見せします
05:01
This is the quantum skier.
86
301367
1251
量子スキーヤーがいます
05:02
He seems to be intact, he seems to be perfectly healthy,
87
302642
2640
彼は全く正常で 完全に健康であるようです
05:05
and yet, he seems to have gone around both sides of that tree at the same time.
88
305306
4127
しかしながら木の両側を 同時に滑り抜けていくように見えます
05:09
Well, if you saw tracks like that
89
309457
1663
こんなシュプールを見たら
05:11
you'd guess it was some sort of stunt, of course.
90
311144
2309
きっと離れ技だと思うでしょう
05:13
But in the quantum world, this happens all the time.
91
313477
2591
しかし こんなことが 量子の世界では始終起きています
05:16
Particles can multitask, they can be in two places at once.
92
316864
3026
粒子は同時に2か所に存在し 多重に振る舞うことが可能です
05:19
They can do more than one thing at the same time.
93
319914
2328
同時に2つ以上のことが できるのです
05:22
Particles can behave like spread-out waves.
94
322266
2643
粒子は広がりのある 波のように振る舞うこともできます
05:25
It's almost like magic.
95
325298
1599
これはまるで魔法のようです
05:27
Physicists and chemists have had nearly a century
96
327538
2749
物理学者や化学者が この奇妙さを理解しようと
05:30
of trying to get used to this weirdness.
97
330311
2646
ほぼ1世紀近く 努力してきました
05:33
I don't blame the biologists
98
333445
1350
生物学者が量子力学を鑑みず
05:34
for not having to or wanting to learn quantum mechanics.
99
334819
2635
学ぼうとしなかったことを 非難するつもりはありません
05:37
You see, this weirdness is very delicate;
100
337478
3198
この奇妙な現象はとても繊細で
05:40
and we physicists work very hard to maintain it in our labs.
101
340700
4450
物理学者は 実験室でその状態を保つことに 多大な努力を払ってきました
05:45
We cool our system down to near absolute zero,
102
345174
4204
装置を絶対零度近くに冷却し
05:49
we carry out our experiments in vacuums,
103
349402
1945
真空状態で実験を行い
05:51
we try and isolate it from any external disturbance.
104
351371
3527
隔離して 外部からの影響を 受けないように試みます
05:55
That's very different from the warm, messy, noisy environment of a living cell.
105
355602
5078
生細胞の中の 暖かく 無秩序で ノイズの多い環境とはとても異なっています
06:01
Biology itself, if you think of molecular biology,
106
361960
2787
生物学 ― 分子生物学について言えば
06:04
seems to have done very well in describing all the processes of life
107
364771
3457
化学の言葉 つまり化学的な作用によって あらゆる生命の仕組みを
06:08
in terms of chemistry -- chemical reactions.
108
368252
2486
とても上手く説明してきたと言えるでしょう
06:10
And these are reductionist, deterministic chemical reactions,
109
370762
4850
それは 還元主義的で 決定論的な 化学反応論でした
06:15
showing that, essentially, life is made of the same stuff as everything else,
110
375636
5114
生命も本質的には他の物と 同様な集合体であり
06:20
and if we can forget about quantum mechanics in the macro world,
111
380774
3060
巨視的な世界では量子力学的な効果は 無視できるのだとすれば
06:23
then we should be able to forget about it in biology, as well.
112
383858
3246
生物学においても無視できるに 違いありません
06:27
Well, one man begged to differ with this idea.
113
387706
3364
しかし ここに異を唱えた人物がいます
06:32
Erwin Schrödinger, of Schrödinger's Cat fame,
114
392062
3469
その人とは『シュレーディンガーの猫』で有名な オーストリアの物理学者
06:35
was an Austrian physicist.
115
395555
1317
エルヴィン・シュレーディンガーです
06:36
He was one of the founders of quantum mechanics in the 1920s.
116
396896
3183
彼は1920年代における 量子力学の創始者の一人です
06:40
In 1944, he wrote a book called "What is Life?"
117
400663
2707
1944年に『生命とは何か?』 という本を執筆しました
06:43
It was tremendously influential.
118
403839
1731
とても影響力のある本であり
06:45
It influenced Francis Crick and James Watson,
119
405594
2881
DNAの2重らせん構造を発見した フランシス・クリックや
06:48
the discoverers of the double-helix structure of DNA.
120
408499
2523
ジェームズ・ワトソンも 影響を受けました
06:51
To paraphrase a description in the book, he says:
121
411343
3668
この本で彼は次の様なことを 述べています
06:55
At the molecular level, living organisms have a certain order,
122
415035
5786
「分子のレベルにおいて生物は
07:00
a structure to them that's very different
123
420845
3232
ある程度の秩序と構造を有している
07:04
from the random thermodynamic jostling of atoms and molecules
124
424101
4736
これは同程度の複雑さを持った 無生物における
07:08
in inanimate matter of the same complexity.
125
428861
3706
原子や分子の 熱力学的な無秩序で 激しい動きとはとても異なっている」
07:13
In fact, living matter seems to behave in this order, in a structure,
126
433504
5014
事実 生物は 無生物が絶対零度近くに冷却され
07:18
just like inanimate matter cooled down to near absolute zero,
127
438542
3834
量子力学的効果が 顕著になったときの様に
07:22
where quantum effects play a very important role.
128
442400
3033
秩序や構造があるように 振る舞うように見えます
07:26
There's something special about the structure -- the order --
129
446280
4160
生細胞には構造 つまり 秩序があるという
07:30
inside a living cell.
130
450464
1560
特徴があるのです
07:32
So, Schrödinger speculated that maybe quantum mechanics plays a role in life.
131
452048
5293
そこで シュレーディンガーは 量子力学が生物に 一定の役割を果たしていると推測したのです
07:38
It's a very speculative, far-reaching idea,
132
458096
3425
それは不確かで遠大な構想であり
07:41
and it didn't really go very far.
133
461545
2873
ほとんど発展を見ませんでした
07:45
But as I mentioned at the start,
134
465536
1533
しかし 最初にお話したように
07:47
in the last 10 years, there have been experiments emerging,
135
467093
2799
ここ十年において
07:49
showing where some of these certain phenomena in biology
136
469916
4055
量子力学による説明を必要とするような いくつもの生物学的な現象が
07:53
do seem to require quantum mechanics.
137
473995
1763
実験によって明らかになってきました
07:55
I want to share with you just a few of the exciting ones.
138
475782
3123
その中でも 特にワクワクするようなものを ご紹介したいと思います
08:00
This is one of the best-known phenomena in the quantum world,
139
480215
3707
量子力学の世界で 良く知られる現象の一つに
08:03
quantum tunneling.
140
483946
1701
量子トンネル効果があります
08:05
The box on the left shows the wavelike, spread-out distribution
141
485671
4389
左側の箱には電子のような粒子があり
08:10
of a quantum entity -- a particle, like an electron,
142
490084
2761
量子力学的な性質によって 広がりをもった波として振舞っており
08:12
which is not a little ball bouncing off a wall.
143
492869
3637
壁で跳ね返される小球とは異なっています
08:16
It's a wave that has a certain probability of being able to permeate
144
496530
4739
この波はある一定の確率で 硬い壁を通り抜けることが出来ます
08:21
through a solid wall, like a phantom leaping through to the other side.
145
501293
3406
まるで反対側へとすりぬける 幽霊のようです
08:24
You can see a faint smudge of light in the right-hand box.
146
504723
4098
右側の箱にちょっとした 光のしみが見えるでしょう
08:29
Quantum tunneling suggests that a particle can hit an impenetrable barrier,
147
509773
4612
量子トンネル効果とは 粒子が通り抜け不可能な障害物に当たっても
08:34
and yet somehow, as though by magic,
148
514409
2460
まるで魔法の様に なぜか
08:36
disappear from one side and reappear on the other.
149
516893
2444
一方から消え 反対側に現れることです
08:39
The nicest way of explaining it is if you want to throw a ball over a wall,
150
519658
4251
分りやすい例をあげます 壁の反対側へとボールを投げる時
08:43
you have to give it enough energy to get over the top of the wall.
151
523933
3577
壁を越え得るような十分なエネルギーを 与えなければなりません
08:47
In the quantum world, you don't have to throw it over the wall,
152
527534
3058
しかし量子力学の世界では 壁の上を越えようとしなくてもよく
08:50
you can throw it at the wall, and there's a certain non-zero probability
153
530616
3407
ただ壁に向かって投げれば ゼロではないある確率で
08:54
that it'll disappear on your side, and reappear on the other.
154
534047
3323
一方から消え 反対側に現れるのです
08:57
This isn't speculation, by the way.
155
537394
1678
これは憶測ではありません
08:59
We're happy -- well, "happy" is not the right word --
156
539096
3396
我々量子物理学者はハッピーです いや “ハッピー”はまずいですね
09:02
(Laughter)
157
542516
2045
(笑)
09:04
we are familiar with this.
158
544585
1618
我々はこの現象を良く理解しています
09:06
(Laughter)
159
546227
2745
(笑)
09:08
Quantum tunneling takes place all the time;
160
548996
2294
量子トンネル効果は いつだって起きています
09:11
in fact, it's the reason our Sun shines.
161
551314
2667
実際 太陽が輝いているのも そのお陰です
09:14
The particles fuse together,
162
554655
1509
粒子の核融合反応において
09:16
and the Sun turns hydrogen into helium through quantum tunneling.
163
556188
3698
太陽は量子トンネル効果によって 水素原子をヘリウム原子に変えます
09:21
Back in the 70s and 80s, it was discovered that quantum tunneling also takes place
164
561464
5220
70年代から80年代にかけて 量子トンネル効果が生細胞で起きていることが
09:26
inside living cells.
165
566708
1192
発見されています
09:28
Enzymes, those workhorses of life, the catalysts of chemical reactions --
166
568290
6266
生命における働き者の酵素 ― これは化学反応における触媒のことで ―
09:34
enzymes are biomolecules that speed up chemical reactions in living cells,
167
574580
4166
生細胞における化学反応の速度を 何ケタも加速させる
09:38
by many, many orders of magnitude.
168
578770
1703
生体分子です
09:40
And it's always been a mystery how they do this.
169
580497
2784
その仕組みは いつだって謎めいていますが
09:43
Well, it was discovered
170
583650
1189
あることが発見されました
09:44
that one of the tricks that enzymes have evolved to make use of,
171
584863
4852
酵素がその働きを獲得した 1つのトリックは
09:49
is by transferring subatomic particles, like electrons and indeed protons,
172
589739
5228
電子や さらに陽子などの亜原子を 量子トンネル効果によって
09:54
from one part of a molecule to another via quantum tunneling.
173
594991
4661
ある分子から別の分子へと 移動させることです
10:00
It's efficient, it's fast, it can disappear --
174
600333
2851
それは効果的で すばやく
10:03
a proton can disappear from one place, and reappear on the other.
175
603208
3111
陽子は一方から消失し 反対側に再び現れます
10:06
Enzymes help this take place.
176
606343
1629
酵素はこの現象を起こし易くします
10:08
This is research that's been carried out back in the 80s,
177
608548
2683
このような研究は80年代に
10:11
particularly by a group in Berkeley, Judith Klinman.
178
611255
4037
特にバークレー校のジュディス・クリンマンが 率いるグループによって進められました
10:15
Other groups in the UK have now also confirmed
179
615316
2205
英国の別のグループが 酵素のこの現象を
10:17
that enzymes really do this.
180
617545
1411
再検証しています
10:21
Research carried out by my group --
181
621048
2549
私のチームも研究を進めていますが ―
10:23
so as I mentioned, I'm a nuclear physicist,
182
623621
2434
先ほど申し上げたように 私は核物理学者ですが ―
10:26
but I've realized I've got these tools of using quantum mechanics
183
626079
3055
原子核を探求するための 量子力学の手法を
10:29
in atomic nuclei, and so can apply those tools in other areas as well.
184
629158
5085
他の分野にも応用できることに 気が付きました
10:35
One question we asked
185
635404
1810
1つの疑問は
10:37
is whether quantum tunneling plays a role in mutations in DNA.
186
637238
4298
DNAの突然変異に量子トンネル効果が 関与しているのかということです
10:41
Again, this is not a new idea; it goes all the way back to the early 60s.
187
641843
3660
これも新しいアイデアではなく 60年代前半に遡ります
10:45
The two strands of DNA, the double-helix structure,
188
645527
2961
2重らせん構造をもった 2本のDNAが
10:48
are held together by rungs; it's like a twisted ladder.
189
648512
2823
横木によって結び付ついています 捩じられた梯子のようです
10:51
And those rungs of the ladder are hydrogen bonds --
190
651359
3507
この梯子の横木に当たる部分が 水素結合であり
10:54
protons, that act as the glue between the two strands.
191
654890
3790
陽子が2本のひも状のDNAを 結びつける役割を果たしています
10:58
So if you zoom in, what they're doing is holding these large molecules --
192
658704
4750
もっと拡大してみてみると これらは大型の分子ヌクレオチドを
11:03
nucleotides -- together.
193
663478
1607
結びつけていることが分ります
11:06
Zoom in a bit more.
194
666130
1150
さらに拡大すると ―
11:07
So, this a computer simulation.
195
667304
1916
コンピュータによる シミュレーション画像ですが
11:09
The two white balls in the middle are protons,
196
669855
3542
中央にある2つの白いボールが 陽子(水素の原子核)を表しており
11:13
and you can see that it's a double hydrogen bond.
197
673421
2299
2対の水素結合がご覧になれます
11:15
One prefers to sit on one side; the other, on the other side
198
675744
3314
2つの陽子がそれぞれ ここでは示されていない
11:19
of the two strands of the vertical lines going down, which you can't see.
199
679082
4558
縦に伸びた2つのひもの左右の 何れかに分かれて位置しようとします
11:24
It can happen that these two protons can hop over.
200
684410
3395
この2つの陽子が 飛び跳ねることがあります
11:27
Watch the two white balls.
201
687829
1436
2つの白いボールをご覧下さい
11:29
They can jump over to the other side.
202
689748
1998
それぞれが反対側に 飛び移ることが可能です
11:32
If the two strands of DNA then separate, leading to the process of replication,
203
692239
5646
この時 2本のDNAが分離し 複製が行われると
11:37
and the two protons are in the wrong positions,
204
697909
3199
2つの陽子は誤った配置となり
11:41
this can lead to a mutation.
205
701132
1763
突然変異が起こります
11:43
This has been known for half a century.
206
703204
1872
これは半世紀前から知られていたことです
11:45
The question is: How likely are they to do that,
207
705100
2343
疑問が生じます― これはどの位の頻度で起こるのか
11:47
and if they do, how do they do it?
208
707467
2378
そしてその仕組みは?
11:49
Do they jump across, like the ball going over the wall?
209
709869
3019
ボールが壁を超えるときのように ジャンプするのか?
11:52
Or can they quantum-tunnel across, even if they don't have enough energy?
210
712912
3502
それとも 量子トンネル効果のように 十分なエネルギーがなくても起こるのか?
11:57
Early indications suggest that quantum tunneling can play a role here.
211
717089
4252
初期の研究結果によると 量子トンネル効果が起きているようです
12:01
We still don't know yet how important it is;
212
721365
2124
その重要度については まだ理解が進んでおらず
12:03
this is still an open question.
213
723513
1792
未解決の問題です
12:06
It's speculative,
214
726199
1150
推測の域にあります
12:07
but it's one of those questions that is so important
215
727373
2643
これは重要な未解決問題の一つであり
12:10
that if quantum mechanics plays a role in mutations,
216
730040
2446
量子力学が突然変異に 関わっているとすれば
12:12
surely this must have big implications,
217
732510
2299
特定のタイプの突然変異を理解する上で
12:14
to understand certain types of mutations,
218
734833
2694
とても重要な意味を持つことは確実です
12:17
possibly even those that lead to turning a cell cancerous.
219
737551
3756
もしかすると 細胞のがん化を 引き起こしているのかもしれません
12:22
Another example of quantum mechanics in biology is quantum coherence,
220
742803
5299
量子生物学における別の例は 量子コヒーレンスで
12:28
in one of the most important processes in biology,
221
748126
2353
生物学において もっとも重要な過程の一つです
12:30
photosynthesis: plants and bacteria taking sunlight,
222
750503
3941
光合成によって 植物やバクテリアが太陽光を吸収し
12:34
and using that energy to create biomass.
223
754468
2954
そのエネルギーを使って 生体を作り上げます
12:38
Quantum coherence is the idea of quantum entities multitasking.
224
758215
4152
量子コヒーレンスとは 量子的なものが 同時に複数の振る舞いをすることです
12:42
It's the quantum skier.
225
762912
1604
量子スキーヤーのことです
12:44
It's an object that behaves like a wave,
226
764540
2952
物体が波のように振る舞うので
12:47
so that it doesn't just move in one direction or the other,
227
767516
2902
どちらか一方向だけに動くのではなく
12:50
but can follow multiple pathways at the same time.
228
770442
3320
同時に複数の経路を通って 移動することができます
12:54
Some years ago, the world of science was shocked
229
774708
3916
数年前にある実験結果を示す論文が 発表されたとき
12:58
when a paper was published showing experimental evidence
230
778648
3584
学会は震撼しました
13:02
that quantum coherence takes place inside bacteria,
231
782256
3776
バクテリア内部の光合成で 量子コヒーレンスが起きていることが
13:06
carrying out photosynthesis.
232
786056
1686
示されたのです
13:07
The idea is that the photon, the particle of light, the sunlight,
233
787766
3064
こういうことです 太陽光としての 光子つまり光の粒子 もしくは
13:10
the quantum of light captured by a chlorophyll molecule,
234
790854
3344
光の量子がクロロフィル分子によって 吸収され
13:14
is then delivered to what's called the reaction center,
235
794222
2591
反応中心と呼ばれる場所に 送り届けられ
13:16
where it can be turned into chemical energy.
236
796837
2064
そこで化学エネルギーへと転じます
13:18
And in getting there, it doesn't just follow one route;
237
798925
2648
そこに至るまでに 単一の経路を通るのではなく
13:21
it follows multiple pathways at once,
238
801597
2215
同時に複数の経路を通ることによって
13:23
to optimize the most efficient way of reaching the reaction center
239
803836
4337
熱放散されることなく 最も効率の良い方法で
13:28
without dissipating as waste heat.
240
808197
1721
反応中心へとたどり着くのです
13:31
Quantum coherence taking place inside a living cell.
241
811228
3309
量子コヒーレンスが生物の細胞の中でも 起きているのです
13:34
A remarkable idea,
242
814561
2120
素晴らしい考えです
13:36
and yet evidence is growing almost weekly, with new papers coming out,
243
816705
6235
この現象が確かに起きていることを示す 新たな論文が提出されており
13:42
confirming that this does indeed take place.
244
822964
2212
ほぼ毎週のように証拠が 積み重ねられています
13:45
My third and final example is the most beautiful, wonderful idea.
245
825555
4739
3つ目 これが最後の例になりますが 最も美しく素晴らしいアイデアです
13:50
It's also still very speculative, but I have to share it with you.
246
830318
4063
これも未だ推論の域にありますが 是非ともご紹介したいと思います
13:54
The European robin migrates from Scandinavia
247
834405
4612
ヨーロッパコマドリは毎秋 スカンジナビアから
13:59
down to the Mediterranean, every autumn,
248
839041
2635
地中海沿岸に渡ります
14:01
and like a lot of other marine animals and even insects,
249
841700
3373
他の海に棲む動物 さらには昆虫と同じく
14:05
they navigate by sensing the Earth's magnetic field.
250
845097
4300
地球の磁場を感じながら 渡る方向を探ります
14:10
Now, the Earth's magnetic field is very, very weak;
251
850968
2427
とはいっても 地球の磁場は とてもとても微弱で
14:13
it's 100 times weaker than a fridge magnet,
252
853419
2080
冷蔵庫の扉に張り付ける磁石の 100分の1程度です
14:15
and yet it affects the chemistry -- somehow -- within a living organism.
253
855523
5601
それでも生物の中で 化学的な作用を及ぼします
14:21
That's not in doubt -- a German couple of ornithologists,
254
861932
3806
これには疑いの余地がありません 事実 ドイツの鳥類学者
14:25
Wolfgang and Roswitha Wiltschko, in the 1970s, confirmed that indeed,
255
865762
4260
ウルフガング、ロズウィサ・ヴィルトシュコ夫妻は 1970年代に
14:30
the robin does find its way by somehow sensing the Earth's magnetic field,
256
870046
3977
コマドリが何らかの方法で地球の磁場を 感じることにより
14:34
to give it directional information -- a built-in compass.
257
874047
3327
方角を知るのだということを確認しました まるで体内方位磁針のようです
14:37
The puzzle, the mystery was: How does it do it?
258
877398
2249
これは謎めいていました その仕組みは?
14:40
Well, the only theory in town --
259
880351
3030
知りうる限り 考えられる理論は一つです
14:43
we don't know if it's the correct theory, but the only theory in town --
260
883405
3436
その正否は分りませんが 唯一考えられるのは
14:46
is that it does it via something called quantum entanglement.
261
886865
2984
「量子もつれ」といわれる現象です
14:50
Inside the robin's retina --
262
890567
2374
コマドリの網膜の中には ―
14:52
I kid you not -- inside the robin's retina is a protein called cryptochrome,
263
892965
4232
冗談を言っている訳ではありません― クリプトクロムという光に敏感に反応する
14:57
which is light-sensitive.
264
897221
1380
タンパク質があります
14:58
Within cryptochrome, a pair of electrons are quantum-entangled.
265
898625
3939
クリプトクロムの中で一対の電子が 量子もつれを起こしているのです
15:02
Now, quantum entanglement is when two particles are far apart,
266
902588
3232
量子もつれとは 2つの粒子が遠く離れていても
15:05
and yet somehow remain in contact with each other.
267
905844
2834
何らかの方法で互いに影響を 及ぼしあうことで
15:08
Even Einstein hated this idea;
268
908991
1446
アインシュタインでさえも この考えを嫌い
15:10
he called it "spooky action at a distance."
269
910461
2039
「不気味な遠隔操作」と 言い放ちました
15:12
(Laughter)
270
912524
1881
(笑)
15:14
So if Einstein doesn't like it, then we can all be uncomfortable with it.
271
914429
3443
アインシュタインが気に入らぬことには 不安が残ります
15:17
Two quantum-entangled electrons within a single molecule
272
917896
2853
単一の分子内の 量子もつれの状態にある2つの電子は
15:20
dance a delicate dance
273
920773
1471
繊細なダンスを演じます
15:22
that is very sensitive to the direction the bird flies
274
922268
2541
地球の磁場の影響下 鳥が飛行する方向に対し
15:24
in the Earth's magnetic field.
275
924833
1531
とても敏感に影響を受けます
15:26
We don't know if it's the correct explanation,
276
926848
2610
これが正しい説明となるかは 定かではありませんが
15:29
but wow, wouldn't it be exciting if quantum mechanics helps birds navigate?
277
929482
4544
量子力学的な作用が鳥の飛行に 一役買っているなんて凄いと思いませんか?
15:35
Quantum biology is still in it infancy.
278
935069
2721
量子生物学はまだ揺籃期にあります
15:37
It's still speculative.
279
937814
3484
まだ推測の域にあります
15:41
But I believe it's built on solid science.
280
941742
3849
それでも確固たる科学的な手法で 築き上げられていると信じています
15:45
I also think that in the coming decade or so,
281
945917
3809
今後十年程度の内に
15:49
we're going to start to see that actually, it pervades life --
282
949750
4841
量子力学的効果が生物内に 広く作用していて
15:54
that life has evolved tricks that utilize the quantum world.
283
954615
4596
生物はそのおかげで 進化したのだと 判明するものと私は考えています
16:00
Watch this space.
284
960026
1428
この分野にご注目ください
16:01
Thank you.
285
961478
1157
どうも有難うございました
16:02
(Applause)
286
962659
2202
(拍手)
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