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

1,067,676 views ・ 2015-09-16

TED


Dubbelklicka på de engelska undertexterna nedan för att spela upp videon.

Översättare: Cecilia Melldén Granskare: Lisbeth Pekkari
00:13
I'd like to introduce you to an emerging area of science,
0
13190
4528
Jag vill introducera er för ett framväxande område inom vetenskapen,
00:17
one that is still speculative but hugely exciting,
1
17742
3943
ett som fortfarande är spekulativt men enormt spännande,
00:21
and certainly one that's growing very rapidly.
2
21709
2629
och absolut ett som växer mycket snabbt.
00:25
Quantum biology asks a very simple question:
3
25448
4048
Kvantbiologin ställer en mycket enkel fråga:
00:29
Does quantum mechanics --
4
29520
1350
Om kvantmekaniken,
00:30
that weird and wonderful and powerful theory
5
30894
3302
denna märkliga och fantastiska och kraftfulla teori
00:34
of the subatomic world of atoms and molecules
6
34220
2688
om den subatomära världen av atomer och molekyler
00:36
that underpins so much of modern physics and chemistry --
7
36932
3488
som ligger till grund för så mycket av modern fysik och kemi
00:40
also play a role inside the living cell?
8
40444
3412
även har en uppgift inuti de levande cellerna?
00:43
In other words: Are there processes, mechanisms, phenomena
9
43880
4079
Med andra ord: finns det processer, mekanismer, fenomen
00:47
in living organisms that can only be explained
10
47983
3988
i levande organismer som endast kan förklaras
00:51
with a helping hand from quantum mechanics?
11
51995
2743
med hjälp av kvantmekaniken?
00:55
Now, quantum biology isn't new;
12
55546
1637
Visst, kvantbiologin är inte ny;
00:57
it's been around since the early 1930s.
13
57207
2401
den har funnits sedan tidigt 30-tal.
00:59
But it's only in the last decade or so that careful experiments --
14
59928
3715
Men det är endast under det senaste decenniet som noggranna experiment
01:03
in biochemistry labs, using spectroscopy --
15
63667
3464
på biokemiska laboratorier, med hjälp av spektroskopi
01:07
have shown very clear, firm evidence that there are certain specific mechanisms
16
67155
6863
tydligt har visat säkra bevis på att där finns vissa specifika mekanismer
01:14
that require quantum mechanics to explain them.
17
74042
2511
där kvantmekaniken behövs för att förklara dem.
01:17
Quantum biology brings together quantum physicists, biochemists,
18
77674
3329
Kvantbiologi för samman kvantfysiker, biokemister,
molekylärbiologer - det är ett väldigt ämnesöverskridande område.
01:21
molecular biologists -- it's a very interdisciplinary field.
19
81027
3641
01:24
I come from quantum physics, so I'm a nuclear physicist.
20
84692
3929
Jag kommer från kvantfysiken, jag är kärnfysiker.
01:28
I've spent more than three decades
21
88645
2265
Jag har ägnat mer än tre årtionden
01:30
trying to get my head around quantum mechanics.
22
90934
2929
med att söka förståelse om kvantmekanik.
01:33
One of the founders of quantum mechanics, Niels Bohr,
23
93887
2493
En av grundarna till kvantmekaniken, Niels Bohr,
01:36
said, If you're not astonished by it, then you haven't understood it.
24
96404
3350
sa: om du inte förbluffas av det, så har du inte förstått det.
01:40
So I sort of feel happy that I'm still astonished by it.
25
100237
2843
Så jag är faktiskt glad över att jag fortfarande förbluffas.
01:43
That's a good thing.
26
103104
1745
Det är härligt.
01:44
But it means I study the very smallest structures in the universe --
27
104873
6885
Det innebär att jag studerar de absolut minsta strukturerna i universum,
01:51
the building blocks of reality.
28
111782
2075
verklighetens byggblock.
01:53
If we think about the scale of size,
29
113881
3215
Om vi tänker oss en storleksskala
01:57
start with an everyday object like the tennis ball,
30
117120
2952
som utgår från ett vardagligt föremål som en tennisboll
02:00
and just go down orders of magnitude in size --
31
120096
2901
och går ner i storleksordning
02:03
from the eye of a needle down to a cell, down to a bacterium, down to an enzyme --
32
123021
5197
från ett nålsöga ner till en cell, ner till en bakterie, ner till ett enzym
02:08
you eventually reach the nano-world.
33
128242
1729
kommer man så småningom ner till nanovärlden.
02:09
Now, nanotechnology may be a term you've heard of.
34
129995
2495
Nanoteknik är säkert en term som du hört talas om.
02:12
A nanometer is a billionth of a meter.
35
132841
2853
En nanometer är en miljarddels meter.
02:16
My area is the atomic nucleus, which is the tiny dot inside an atom.
36
136560
4370
Mitt område är atomkärnan som är den lilla pricken inuti en atom.
02:20
It's even smaller in scale.
37
140954
1932
Den är till och med ännu mindre.
02:22
This is the domain of quantum mechanics,
38
142910
1918
Detta är kvantmekanikens domän,
02:24
and physicists and chemists have had a long time
39
144852
2516
och fysiker och kemister har haft gott om tid
02:27
to try and get used to it.
40
147392
1301
att vänja sig vid det.
02:29
Biologists, on the other hand, have got off lightly, in my view.
41
149248
4457
Biologer har å andra sidan klarat sig lindrigt undan, som jag ser det.
02:34
They are very happy with their balls-and-sticks models of molecules.
42
154071
4331
De är nöjda med sina molekylmodeller med kulor och pinnar.
02:38
(Laughter)
43
158426
1082
(Skratt)
02:39
The balls are the atoms, the sticks are the bonds between the atoms.
44
159532
3198
Kulorna är atomer, pinnarna är bindningarna mellan atomerna.
02:42
And when they can't build them physically in the lab,
45
162754
2494
Och när de inte kan bygga dem fysiskt i labbet,
kan de idag ta till kraftfulla datorer
02:45
nowadays, they have very powerful computers
46
165272
2392
02:47
that will simulate a huge molecule.
47
167688
1967
som simulerar en väldigt stor molekyl.
02:49
This is a protein made up of 100,000 atoms.
48
169679
3664
Detta är ett protein som byggs upp av 100 000 atomer.
02:54
It doesn't really require much in the way of quantum mechanics to explain it.
49
174003
4335
Det behövs inte så mycket kvantmekanik för att förklara det.
02:59
Quantum mechanics was developed in the 1920s.
50
179695
2889
Kvantmekaniken utvecklades på 1920-talet.
03:02
It is a set of beautiful and powerful mathematical rules and ideas
51
182965
6880
Det är en uppsättning av vackra och kraftfulla matematiska lagar och idéer
03:09
that explain the world of the very small.
52
189869
2608
som förklarar den minsta av världar.
03:12
And it's a world that's very different from our everyday world,
53
192501
3372
Och det är en värld som är väldigt olik den vanliga världen,
03:15
made up of trillions of atoms.
54
195897
1519
bestående av biljontals atomer.
03:17
It's a world built on probability and chance.
55
197440
3557
Det är en värld som är byggd på sannolikheter och slumpen.
03:21
It's a fuzzy world.
56
201818
1302
Det är en diffus värld.
03:23
It's a world of phantoms,
57
203144
1730
Det är en värld av spöken,
03:24
where particles can also behave like spread-out waves.
58
204898
3348
där partiklar också kan uppföra sig som vågor som sprids.
03:30
If we imagine quantum mechanics or quantum physics, then,
59
210157
2862
Om vi tänker oss kvantmekanik eller kvantfysik,
som grunden för själva verkligheten,
03:33
as the fundamental foundation of reality itself,
60
213043
5214
03:38
then it's not surprising that we say
61
218281
1730
då är det inte konstigt att vi säger att kvantfysik
03:40
quantum physics underpins organic chemistry.
62
220035
2420
är grunden till den organiska kemin.
03:42
After all, it gives us the rules that tell us
63
222479
2120
Den ger ju oss de regler som beskriver
03:44
how the atoms fit together to make organic molecules.
64
224623
2641
hur atomer passar ihop för att bilda organiska molekyler.
03:47
Organic chemistry, scaled up in complexity,
65
227288
3239
Organisk kemi som skalas upp i komplexitet,
03:50
gives us molecular biology, which of course leads to life itself.
66
230551
3322
ger oss molekylärbiologi, som ger upphov till själva livet.
03:54
So in a way, it's sort of not surprising.
67
234174
1977
Så på ett sätt är det inte förvånande.
03:56
It's almost trivial.
68
236175
1214
Det är nästan trivialt.
03:57
You say, "Well, of course life ultimately must depend of quantum mechanics."
69
237413
4220
Ni säger, "Ja, självklart är livet ytterst beroende av kvantmekanik."
04:02
But so does everything else.
70
242141
2390
Men det är ju allting annat också.
04:04
So does all inanimate matter, made up of trillions of atoms.
71
244555
3615
Det är all livlös materia, som består av biljoner atomer.
04:08
Ultimately, there's a quantum level
72
248501
4878
Ytterst finns det en kvantnivå
04:13
where we have to delve into this weirdness.
73
253403
2183
där vi måste ta tag i dessa konstigheter.
04:15
But in everyday life, we can forget about it.
74
255610
2416
Men i det dagliga livet kan vi strunta i det.
04:18
Because once you put together trillions of atoms,
75
258404
3199
Eftersom då du väl har satt ihop biljontals atomer,
04:21
that quantum weirdness just dissolves away.
76
261627
2615
kommer de konstiga kvantgrejerna att bli oviktiga.
04:27
Quantum biology isn't about this.
77
267288
2569
Kvantbiologi handlar inte om detta.
04:29
Quantum biology isn't this obvious.
78
269881
2556
Kvantbiologin är inte det här uppenbara.
04:32
Of course quantum mechanics underpins life at some molecular level.
79
272461
4229
Naturligtvis ligger kvantmekaniken till grund för livet på molekylärnivå.
04:37
Quantum biology is about looking for the non-trivial --
80
277254
6004
Kvantbiologi söker efter det som inte är trivialt,
04:43
the counterintuitive ideas in quantum mechanics --
81
283282
4476
de bakvända idéerna i kvantmekaniken,
04:47
and to see if they do, indeed, play an important role
82
287782
3015
och för att se om de faktiskt spelar en viktig roll
04:50
in describing the processes of life.
83
290821
2452
i beskrivningen av livsprocesserna.
04:54
Here is my perfect example of the counterintuitiveness
84
294653
5220
Här är mitt perfekta exempel på bakvändhet
04:59
of the quantum world.
85
299897
1446
i kvantvärlden.
05:01
This is the quantum skier.
86
301367
1251
Här är en kvantskidåkare.
05:02
He seems to be intact, he seems to be perfectly healthy,
87
302642
2640
Han verkar vara intakt, han verkar vara helt frisk.
05:05
and yet, he seems to have gone around both sides of that tree at the same time.
88
305306
4127
men ändå ser det ut som om han har rundat trädet på båda sidor på en gång.
05:09
Well, if you saw tracks like that
89
309457
1663
Om du såg spår som detta,
05:11
you'd guess it was some sort of stunt, of course.
90
311144
2309
skulle du förstås tro att det var ett trick.
05:13
But in the quantum world, this happens all the time.
91
313477
2591
Men i kvantvärlden händer detta hela tiden.
05:16
Particles can multitask, they can be in two places at once.
92
316864
3026
Partiklar kan multitaska och vara på två ställen samtidigt
05:19
They can do more than one thing at the same time.
93
319914
2328
De kan göra mer än en sak samtidigt.
05:22
Particles can behave like spread-out waves.
94
322266
2643
Partiklar kan bete sig som spridda vågor.
05:25
It's almost like magic.
95
325298
1599
Det är nästan magiskt.
05:27
Physicists and chemists have had nearly a century
96
327538
2749
Fysiker och kemister har haft nästan ett århundrade
05:30
of trying to get used to this weirdness.
97
330311
2646
med att försöka vänja sig vid dessa konstigheter.
05:33
I don't blame the biologists
98
333445
1350
Jag förstår att biologerna
05:34
for not having to or wanting to learn quantum mechanics.
99
334819
2635
varken behöver eller vill lära sig kvantmekanik.
05:37
You see, this weirdness is very delicate;
100
337478
3198
De här konstigheterna är mycket känsliga,
05:40
and we physicists work very hard to maintain it in our labs.
101
340700
4450
och vi fysiker jobbar hårt för att kunna ha dem i våra labb.
05:45
We cool our system down to near absolute zero,
102
345174
4204
Vi kyler ner våra system till nära absoluta nollpunkten,
05:49
we carry out our experiments in vacuums,
103
349402
1945
vi utför våra experiment i vaakum,
05:51
we try and isolate it from any external disturbance.
104
351371
3527
vi försöker isolera dem från alla yttre störningar.
05:55
That's very different from the warm, messy, noisy environment of a living cell.
105
355602
5078
Helt skilt från den varma, stökiga, högljudda miljön i en levande cell.
06:01
Biology itself, if you think of molecular biology,
106
361960
2787
Biologin, om du tänker på molekylärbiologi,
06:04
seems to have done very well in describing all the processes of life
107
364771
3457
verkar ha klarat sig bra med att beskriva alla livets processer
06:08
in terms of chemistry -- chemical reactions.
108
368252
2486
med kemiska termer, kemiska reaktioner.
06:10
And these are reductionist, deterministic chemical reactions,
109
370762
4850
Och detta är reduktionistiska, determiniska kemiska reaktioner,
06:15
showing that, essentially, life is made of the same stuff as everything else,
110
375636
5114
som visar att livet är uppbyggt av samma saker som allting annat,
06:20
and if we can forget about quantum mechanics in the macro world,
111
380774
3060
och om vi kan strunta i kvantmekaniken i makrovärlden,
06:23
then we should be able to forget about it in biology, as well.
112
383858
3246
så borde vi kunna strunta i den inom biologin också.
06:27
Well, one man begged to differ with this idea.
113
387706
3364
Men en man såg annorlunda på saken.
06:32
Erwin Schrödinger, of Schrödinger's Cat fame,
114
392062
3469
Erwin Schrödinger, med sin berömda Schrödingers katt,
06:35
was an Austrian physicist.
115
395555
1317
var en österrikisk fysiker.
06:36
He was one of the founders of quantum mechanics in the 1920s.
116
396896
3183
Han var en av grundarna av kvantmekaniken på 1920-talet.
06:40
In 1944, he wrote a book called "What is Life?"
117
400663
2707
1944 skrev han en bok som heter "What is life?"
06:43
It was tremendously influential.
118
403839
1731
Den var oerhört inflytelserik.
06:45
It influenced Francis Crick and James Watson,
119
405594
2881
Den influerade Francis Crick och James Watson,
06:48
the discoverers of the double-helix structure of DNA.
120
408499
2523
de som upptäckte DNA:s dubbelhelix-struktur.
06:51
To paraphrase a description in the book, he says:
121
411343
3668
För att citera en beskrivning i boken, säger han:
På molekylärnivå har levande organismer en speciell ordning,
06:55
At the molecular level, living organisms have a certain order,
122
415035
5786
07:00
a structure to them that's very different
123
420845
3232
en egen struktur som är väldigt olik
07:04
from the random thermodynamic jostling of atoms and molecules
124
424101
4736
den slumpvisa termodynamiska trängseln av atomer och molekyler
07:08
in inanimate matter of the same complexity.
125
428861
3706
i icke levande material av samma komplexitet.
07:13
In fact, living matter seems to behave in this order, in a structure,
126
433504
5014
Faktum är att levande materia verkar bete sig på det här sättet, i en struktur,
07:18
just like inanimate matter cooled down to near absolute zero,
127
438542
3834
precis som livlös materia som är nerkyld till nära absoluta nollpunkten,
07:22
where quantum effects play a very important role.
128
442400
3033
där kvantmekaniska effekter spelar en viktig roll.
07:26
There's something special about the structure -- the order --
129
446280
4160
Det är något speciellt med strukturen, ordningen
07:30
inside a living cell.
130
450464
1560
inuti levande celler.
07:32
So, Schrödinger speculated that maybe quantum mechanics plays a role in life.
131
452048
5293
Så, Schrödinger spekulerade i att kvantmekaniken kanske påverkade livet.
07:38
It's a very speculative, far-reaching idea,
132
458096
3425
Det är en väldigt spekulativ, långtgående idé,
07:41
and it didn't really go very far.
133
461545
2873
och den kom inte så långt.
07:45
But as I mentioned at the start,
134
465536
1533
Men som jag nämnde i början,
under de senaste 10 åren, har det utvecklats experiment.
07:47
in the last 10 years, there have been experiments emerging,
135
467093
2799
07:49
showing where some of these certain phenomena in biology
136
469916
4055
som visar var några av dessa speciella biologiska fenomen
07:53
do seem to require quantum mechanics.
137
473995
1763
faktiskt verkar behöva kvantmekanik.
07:55
I want to share with you just a few of the exciting ones.
138
475782
3123
Jag vill dela med mig av några få spännande exempel.
08:00
This is one of the best-known phenomena in the quantum world,
139
480215
3707
Detta är ett av de mest välkända fenomenen inom kvantvärlden,
08:03
quantum tunneling.
140
483946
1701
tunneleffekt.
08:05
The box on the left shows the wavelike, spread-out distribution
141
485671
4389
Lådan till vänster visar den våglika, spridningsfördelningen
08:10
of a quantum entity -- a particle, like an electron,
142
490084
2761
av en kvantenhet, en partikel, som en elektron,
08:12
which is not a little ball bouncing off a wall.
143
492869
3637
som inte är en liten boll som studsar mot väggen.
08:16
It's a wave that has a certain probability of being able to permeate
144
496530
4739
Det är en vågrörelse som har en speciell sannolikhet av att kunna passera
08:21
through a solid wall, like a phantom leaping through to the other side.
145
501293
3406
igenom en fast vägg, som ett spöke som glider igenom till andra sidan.
08:24
You can see a faint smudge of light in the right-hand box.
146
504723
4098
Ni kan se en svag ljusfläck i den högra lådan.
08:29
Quantum tunneling suggests that a particle can hit an impenetrable barrier,
147
509773
4612
Tunneleffekt innebär att en partikel kan stöta på en ogenomtränglig barriär,
08:34
and yet somehow, as though by magic,
148
514409
2460
och ändå på något sätt, som magi,
08:36
disappear from one side and reappear on the other.
149
516893
2444
försvinna från en sida och dyka upp på den andra.
08:39
The nicest way of explaining it is if you want to throw a ball over a wall,
150
519658
4251
Det bästa sättet att förklara det på är om du vill kasta en boll över en mur,
08:43
you have to give it enough energy to get over the top of the wall.
151
523933
3577
så måste du ge den tillräckligt med energi för att nå över krönet.
08:47
In the quantum world, you don't have to throw it over the wall,
152
527534
3058
I kvantvärlden behöver du inte kasta den över muren,
08:50
you can throw it at the wall, and there's a certain non-zero probability
153
530616
3407
du kan kasta den mot muren, och det finns en viss icke-noll sannolikhet
att den försvinner på din sida och dyker upp på den andra.
08:54
that it'll disappear on your side, and reappear on the other.
154
534047
3323
08:57
This isn't speculation, by the way.
155
537394
1678
Detta är inga gissningar.
08:59
We're happy -- well, "happy" is not the right word --
156
539096
3396
Vi är glada - "glada" är kanske inte rätt ord -
09:02
(Laughter)
157
542516
2045
(Skratt)
09:04
we are familiar with this.
158
544585
1618
vi känner till detta väl.
09:06
(Laughter)
159
546227
2745
(Skratt)
09:08
Quantum tunneling takes place all the time;
160
548996
2294
Tunneleffekt sker hela tiden;
09:11
in fact, it's the reason our Sun shines.
161
551314
2667
faktum är att det är orsaken till att vår sol lyser.
09:14
The particles fuse together,
162
554655
1509
Partiklarna går ihop,
09:16
and the Sun turns hydrogen into helium through quantum tunneling.
163
556188
3698
och solen omvandlar väte till helium med hjälp av tunneleffekt.
09:21
Back in the 70s and 80s, it was discovered that quantum tunneling also takes place
164
561464
5220
På 70- och 80-talet, upptäcktes det att tunneleffekt också sker
09:26
inside living cells.
165
566708
1192
inuti levande celler.
09:28
Enzymes, those workhorses of life, the catalysts of chemical reactions --
166
568290
6266
Enzymer, dessa livets arbetsmyror, katalysatorer av kemiska reaktioner,
09:34
enzymes are biomolecules that speed up chemical reactions in living cells,
167
574580
4166
enzymer är biomolekyler som snabbar på kemiska reaktioner i levande celler,
09:38
by many, many orders of magnitude.
168
578770
1703
många, många gånger om.
09:40
And it's always been a mystery how they do this.
169
580497
2784
Och hur de gör det, har alltid varit ett mysterium.
09:43
Well, it was discovered
170
583650
1189
Men man upptäckte
09:44
that one of the tricks that enzymes have evolved to make use of,
171
584863
4852
att ett av tricken som enzymerna har utvecklat,
09:49
is by transferring subatomic particles, like electrons and indeed protons,
172
589739
5228
är att förflytta subatomära partiklar, som elektroner och faktiskt även protoner,
09:54
from one part of a molecule to another via quantum tunneling.
173
594991
4661
från en del av molekylen till en annan genom att tunnla.
10:00
It's efficient, it's fast, it can disappear --
174
600333
2851
Det är effektivt, det är snabbt, den kan försvinna,
10:03
a proton can disappear from one place, and reappear on the other.
175
603208
3111
en proton kan försvinna från en plats, och dyka upp på en annan.
10:06
Enzymes help this take place.
176
606343
1629
Enzymer hjälper till med detta.
10:08
This is research that's been carried out back in the 80s,
177
608548
2683
Detta är forskning som pågått sedan 80-talet,
10:11
particularly by a group in Berkeley, Judith Klinman.
178
611255
4037
speciellt av ett team i Berkeley, Judith Klinman.
10:15
Other groups in the UK have now also confirmed
179
615316
2205
Andra team i Storbritannien har nu bekräftat
10:17
that enzymes really do this.
180
617545
1411
att enzymer verkligen gör så.
10:21
Research carried out by my group --
181
621048
2549
Forskning som gjorts av mitt team,
10:23
so as I mentioned, I'm a nuclear physicist,
182
623621
2434
som jag sa tidigare, jag är kärnfysiker,
10:26
but I've realized I've got these tools of using quantum mechanics
183
626079
3055
men jag inser att jag kan använda kvantmekaniken som verktyg
10:29
in atomic nuclei, and so can apply those tools in other areas as well.
184
629158
5085
i atomkärnan, och kan även använda dessa verktyg på andra områden.
10:35
One question we asked
185
635404
1810
En fråga som vi ställde
10:37
is whether quantum tunneling plays a role in mutations in DNA.
186
637238
4298
är huruvida tunneleffekten spelar en roll vid mutationer i DNA.
10:41
Again, this is not a new idea; it goes all the way back to the early 60s.
187
641843
3660
Återigen, detta är ingen ny idé; den dateras tillbaka till tidigt 60-tal.
10:45
The two strands of DNA, the double-helix structure,
188
645527
2961
De två DNA-strängarna, dubbel helix-strukturen,
10:48
are held together by rungs; it's like a twisted ladder.
189
648512
2823
hålls ihop av stegpinnar; det är som en spiralvriden stege.
10:51
And those rungs of the ladder are hydrogen bonds --
190
651359
3507
Alla dessa stegpinnar i stegen är vätebindningar,
10:54
protons, that act as the glue between the two strands.
191
654890
3790
protoner, som fungerar som limmet mellan de två strängarna.
10:58
So if you zoom in, what they're doing is holding these large molecules --
192
658704
4750
Så om du zoomar in, det de gör är att hålla ihop dessa stora molekyler,
11:03
nucleotides -- together.
193
663478
1607
nukleotider.
11:06
Zoom in a bit more.
194
666130
1150
Zooma in lite till.
11:07
So, this a computer simulation.
195
667304
1916
Detta är ju en datorsimulation.
11:09
The two white balls in the middle are protons,
196
669855
3542
De två vita kulorna i mitten är protoner,
11:13
and you can see that it's a double hydrogen bond.
197
673421
2299
och ni kan se att det är dubbla vätebindningar.
11:15
One prefers to sit on one side; the other, on the other side
198
675744
3314
En föredrar att vara på den ena sidan, och en på den andra sidan
11:19
of the two strands of the vertical lines going down, which you can't see.
199
679082
4558
av de två strängarna i den vertikala linjen som sträcker sig nedåt, som du ser.
11:24
It can happen that these two protons can hop over.
200
684410
3395
Det kan inträffa att dessa två protoner hoppar över.
11:27
Watch the two white balls.
201
687829
1436
Titta på dessa två vita kulor.
11:29
They can jump over to the other side.
202
689748
1998
De kan hoppa över till andra sidan.
11:32
If the two strands of DNA then separate, leading to the process of replication,
203
692239
5646
Om dessa två DNA-strängar separerar, och inleder replikationsprocessen,
11:37
and the two protons are in the wrong positions,
204
697909
3199
och de två protonerna befinner sig på fel ställe,
11:41
this can lead to a mutation.
205
701132
1763
kan detta leda till en mutation.
11:43
This has been known for half a century.
206
703204
1872
Detta har varit känt i 50 år.
Frågan är: Hur stor är sannolikheten att de gör det,
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
och om de gör det, hur gör de det?
11:49
Do they jump across, like the ball going over the wall?
209
709869
3019
Hoppar de över, som bollen som tar sig över muren?
11:52
Or can they quantum-tunnel across, even if they don't have enough energy?
210
712912
3502
Eller tunnlar de igenom, även om de inte har tillräckligt med energi?
11:57
Early indications suggest that quantum tunneling can play a role here.
211
717089
4252
Tidiga indikationer tyder på att tunneleffekten kan ha betydelse här.
12:01
We still don't know yet how important it is;
212
721365
2124
Vi vet fortfarande inte hur viktigt det är;
12:03
this is still an open question.
213
723513
1792
det är fortfarande en öppen fråga.
12:06
It's speculative,
214
726199
1150
Det är spekulativt,
12:07
but it's one of those questions that is so important
215
727373
2643
men det är en av dessa frågor som är så viktiga
för om kvantmekanik påverkar mutationer,
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
så måste detta ha stora konsekvenser,
12:14
to understand certain types of mutations,
218
734833
2694
för att kunna förstå vissa typer av mutationer,
12:17
possibly even those that lead to turning a cell cancerous.
219
737551
3756
möjligtvis även de som gör celler till cancerceller.
12:22
Another example of quantum mechanics in biology is quantum coherence,
220
742803
5299
Ett annat exempel på kvantmekanik i biologi är kvantkoherens,
12:28
in one of the most important processes in biology,
221
748126
2353
i en av de viktigaste biologiska processerna,
12:30
photosynthesis: plants and bacteria taking sunlight,
222
750503
3941
fotosyntes; växter och bakterier tar solljus,
12:34
and using that energy to create biomass.
223
754468
2954
och använder energin till att skapa biomassa.
12:38
Quantum coherence is the idea of quantum entities multitasking.
224
758215
4152
Kvantkoherens är idén om att kvantenheter kan göra flera saker samtidigt.
12:42
It's the quantum skier.
225
762912
1604
Det är kvantskidåkaren.
12:44
It's an object that behaves like a wave,
226
764540
2952
Det är ett föremål som beter sig som en våg,
12:47
so that it doesn't just move in one direction or the other,
227
767516
2902
så den inte rör sig i endast en riktning,
12:50
but can follow multiple pathways at the same time.
228
770442
3320
utan den kan följa flera vägar samtidigt.
12:54
Some years ago, the world of science was shocked
229
774708
3916
För några år sedan chockades den vetenskapliga världen
12:58
when a paper was published showing experimental evidence
230
778648
3584
när en artikel publicerades som visade på experimentella bevis
13:02
that quantum coherence takes place inside bacteria,
231
782256
3776
för att kvantkoherens skedde inuti bakterier,
13:06
carrying out photosynthesis.
232
786056
1686
då de utförde fotosyntes.
13:07
The idea is that the photon, the particle of light, the sunlight,
233
787766
3064
Idén var att fotonen, ljuspartikeln, solljuset,
13:10
the quantum of light captured by a chlorophyll molecule,
234
790854
3344
ljuskvanten som fångas av klorofyllmolekylen,
13:14
is then delivered to what's called the reaction center,
235
794222
2591
levereras till ett så kallat reaktionscenter,
13:16
where it can be turned into chemical energy.
236
796837
2064
där den kan omvandlas till kemisk energi.
13:18
And in getting there, it doesn't just follow one route;
237
798925
2648
Och när den tar sig dit följer den inte en enda väg;
13:21
it follows multiple pathways at once,
238
801597
2215
den följer multipla vägar samtidigt,
13:23
to optimize the most efficient way of reaching the reaction center
239
803836
4337
för att optimera den mest effektiva vägen för att nå reaktionscentrat
13:28
without dissipating as waste heat.
240
808197
1721
utan att bli till spillvärme.
13:31
Quantum coherence taking place inside a living cell.
241
811228
3309
Kvantkoherens sker inuti en levande cell.
13:34
A remarkable idea,
242
814561
2120
En anmärkningsvärd idé,
13:36
and yet evidence is growing almost weekly, with new papers coming out,
243
816705
6235
och ändå så växer bevismängden varje vecka med nya publiceringar,
13:42
confirming that this does indeed take place.
244
822964
2212
som bekräftar att detta verkligen händer.
13:45
My third and final example is the most beautiful, wonderful idea.
245
825555
4739
Mitt tredje och sista exempel är den vackraste och mest underbara idén.
13:50
It's also still very speculative, but I have to share it with you.
246
830318
4063
Den är fortfarande väldigt spekulativ, men jag måste berätta den för er.
13:54
The European robin migrates from Scandinavia
247
834405
4612
Den europeiska rödhaken flyttar från Skandinavien
13:59
down to the Mediterranean, every autumn,
248
839041
2635
ner till Medelhavet varje höst,
14:01
and like a lot of other marine animals and even insects,
249
841700
3373
och precis som flera andra marina djur och även insekter,
14:05
they navigate by sensing the Earth's magnetic field.
250
845097
4300
så navigerar de genom att känna av jordens magnetfält.
14:10
Now, the Earth's magnetic field is very, very weak;
251
850968
2427
Nu är jordens magnetfält väldigt, väldigt svagt;
14:13
it's 100 times weaker than a fridge magnet,
252
853419
2080
ca 100 gånger svagare än en kylskåpsmagnet,
14:15
and yet it affects the chemistry -- somehow -- within a living organism.
253
855523
5601
och ändå så påverkar det kemin på något sätt, inuti levande organismer.
14:21
That's not in doubt -- a German couple of ornithologists,
254
861932
3806
Det ifrågasätts inte; ett par tyska ornitologer,
14:25
Wolfgang and Roswitha Wiltschko, in the 1970s, confirmed that indeed,
255
865762
4260
Wolfgang och Roswitha Wiltschko, bekräftade på 70-talet att
14:30
the robin does find its way by somehow sensing the Earth's magnetic field,
256
870046
3977
rödhakarna hittar genom att på något sätt känna av jordens magnetfält,
för att få information om riktningen, en inbyggd kompass.
14:34
to give it directional information -- a built-in compass.
257
874047
3327
14:37
The puzzle, the mystery was: How does it do it?
258
877398
2249
Mysteriet var: hur gör den det?
14:40
Well, the only theory in town --
259
880351
3030
Nå, den enda teorin som finns,
14:43
we don't know if it's the correct theory, but the only theory in town --
260
883405
3436
vi vet inte om det är den rätta teorin, men det är den enda,
14:46
is that it does it via something called quantum entanglement.
261
886865
2984
är att det sker med så kallad kvantmekanisk sammanflätning.
14:50
Inside the robin's retina --
262
890567
2374
Inuti rödhakens näthinna,
14:52
I kid you not -- inside the robin's retina is a protein called cryptochrome,
263
892965
4232
jag skojar inte, inuti rödhakens näthinna finns ett protein, kryptokrom,
14:57
which is light-sensitive.
264
897221
1380
som är ljuskänsligt.
14:58
Within cryptochrome, a pair of electrons are quantum-entangled.
265
898625
3939
I kryptokrom finns ett elektronpar som är kvantmekaniskt sammanflätat.
15:02
Now, quantum entanglement is when two particles are far apart,
266
902588
3232
Kvantmekanisk sammanflätning är när två partiklar är ifrån varandra,
15:05
and yet somehow remain in contact with each other.
267
905844
2834
men ändå på något sätt är i kontakt med varandra.
15:08
Even Einstein hated this idea;
268
908991
1446
Einstein avskydde den här idén,
15:10
he called it "spooky action at a distance."
269
910461
2039
han kallade det "kuslig verkan på avstånd."
15:12
(Laughter)
270
912524
1881
(Skratt)
15:14
So if Einstein doesn't like it, then we can all be uncomfortable with it.
271
914429
3443
Så om Einstein inte gillar det, då får vi alla vara obekväma med det.
15:17
Two quantum-entangled electrons within a single molecule
272
917896
2853
Två kvantmekaniskt sammanflätade elektroner i en molekyl
15:20
dance a delicate dance
273
920773
1471
dansar en delikat dans
15:22
that is very sensitive to the direction the bird flies
274
922268
2541
som är väldigt känslig för fågelns flygriktning
15:24
in the Earth's magnetic field.
275
924833
1531
i jordens magnetfält.
15:26
We don't know if it's the correct explanation,
276
926848
2610
Vi vet inte om det är den rätta förklaringen,
15:29
but wow, wouldn't it be exciting if quantum mechanics helps birds navigate?
277
929482
4544
men oj, skulle det inte vara spännande om kvantmekaniken hjälpte fåglar att navigera?
15:35
Quantum biology is still in it infancy.
278
935069
2721
Kvantbiologin är fortfarande i sin linda.
15:37
It's still speculative.
279
937814
3484
Den är fortfarande spekulativ.
15:41
But I believe it's built on solid science.
280
941742
3849
Men jag tror att den är grundad i solid vetenskap.
15:45
I also think that in the coming decade or so,
281
945917
3809
Jag tror också att under det kommande årtiondet eller så,
15:49
we're going to start to see that actually, it pervades life --
282
949750
4841
kommer vi att börja se att det faktiskt genomsyrar livet,
15:54
that life has evolved tricks that utilize the quantum world.
283
954615
4596
att livet har utvecklat knep för att utnyttja kvantvärlden.
Håll ögonen på det här området.
16:00
Watch this space.
284
960026
1428
16:01
Thank you.
285
961478
1157
Tack.
16:02
(Applause)
286
962659
2202
(Applåder)
Om denna webbplats

På den här webbplatsen hittar du YouTube-videor som är användbara för att lära sig engelska. Du kommer att få se engelska lektioner som ges av förstklassiga lärare från hela världen. Dubbelklicka på de engelska undertexterna som visas på varje videosida för att spela upp videon därifrån. Undertexterna rullar i takt med videouppspelningen. Om du har några kommentarer eller önskemål kan du kontakta oss via detta kontaktformulär.

https://forms.gle/WvT1wiN1qDtmnspy7