我们身体里的每一个细胞都像一个个微型发电站。
线粒体将食物中的能量转化为ATP，ATP是细胞几乎所有活动的能量来源。
而线粒体把食物能量转成 ATP 的效率据说能到约 90%，这已经超出了经典热力学的常规框架。
所以它们究竟是怎么做到如此高的效率转化的？
最近，一支由复旦大学和上海理工大学等单位组成的科研团队，给出了一个大胆的猜测：线粒体的高效能量转换，可能与量子物理效应直接相关。
他们在活细胞和新鲜组织里，捕捉到一种只有线粒体结构完整时才出现的特殊振动，并提出这是光与分子振动耦合形成的量子态，它能够直接调控细胞ATP的生成效率。
这项研究于26年9月15日发表在预印本平台 ，还未经过同行评审。
在这次研究中，研究团队借助红外光谱技术展开探测，这种技术好比给分子调频收音：每种分子与结构都有专属的振动频率，会在特定红外波段产生共振信号，以此就能反推样本内部的结构信息。
他们对比了活细胞、新鲜组织和烘干磨碎的干燥样本，意外发现了一个反常现象：在每秒振动71万亿次（71太赫兹）的位置，活样品里多出了一个小小的特征峰，可一旦样本被干燥、研磨，生物结构被彻底破坏，这个峰就会立刻消失。
一层层排查后，研究人员锁定了线粒体：把线粒体从细胞里单独提取出来，只要结构完好，这个肩峰就还在；一旦线粒体结构破损，信号同步消失。
也就是说，这个神秘的振动，只属于结构完整、正在工作的线粒体。
但为什么偏偏是线粒体？
答案藏在它内部的褶皱里。
线粒体内部有一层层叠起来的薄膜，叫嵴，膜的主要成分是脂质分子，分子长链上整齐排着很多碳氢键，这些键本身有个天然的振动频率，大约87太赫兹。
研究团队据此建了一个量子模型：线粒体工作时，内部的能量反应会释放光子；而线粒体的长度刚好和87太赫兹光在生物体内的波长相匹配，像个微型回音壁，光子在里面来回反射，与周围高密度有序排列的碳氢键振动发生强烈的共振。
共振强到一定程度，光和分子振动就不再是相互独立的两个事物，而是融合成一种同时带光和分子属性的量子叠加态，它同时具备光的波动属性与分子的振动属性，研究团队称它为“线粒体极化子”。
这就像两根频率接近的琴弦靠在一起共振，原本一个音调会分裂成一高一低两个音。
原本87太赫兹的振动能级，分裂成了两个：低的那个对应71太赫兹，就是实验里看到的神秘肩峰；高的那个对应103太赫兹，刚好和水、蛋白质的振动信号混在一起，所以之前一直没被发现。
一旦线粒体的褶皱结构散掉，碳氢键的有序排列被打乱，共振条件没了，这个量子态便会随之瓦解，特征峰也就消失了。
如果这个量子态真实存在，它会不会真的影响线粒体的核心功能——生产ATP？
为了验证这一点，研究人员用极其微弱的中红外光照射活细胞，功率密度仅为每平方毫米10微瓦，比光遗传实验常用的功率弱数百倍，基本不会产生热效应，排除了温度干扰。
实验结果十分明确：用71太赫兹的光照射细胞10分钟，ATP产量提升了10.3%；用87太赫兹的光照射，ATP产量同样提升了10.1%。
而换用一个不相关的对照频率照射时，ATP产量没有出现显著变化。
这说明特定频率的红外光确实可以通过共振效应调控线粒体的能量产出，且这种效应严格依赖频率，并非普通的热作用。
研究团队认为，这为线粒体量子态参与能量代谢提供了支持性证据，它就像一条高效的能量通道，能精准调节ATP的生产效率。
不过现在就说线粒体靠量子效应工作还太早。
一方面这只是预印本，需要更多实验室重复验证；另一方面，71太赫兹的信号是实验直接观测到的，但量子叠加态是理论模型的解释，不是直接观测到的，还不能排除其他可能。
而且实验只在培养的细胞里做过，人体内是不是也这样、这种效应在整体代谢里占多大分量，都还不清楚。
但无可否认的是，这项研究带来了极具冲击力的新视角。
曾几何时，我们总认为量子效应只存在于极端低温、超高真空的实验室环境里，温暖、潮湿、嘈杂的活细胞中，分子热运动早就该把脆弱的量子相干性冲散。
可越来越多的证据表明，生命在几十亿年的演化中，早已学会了巧妙利用量子规则：从光合作用的超高效能量传递，到神经信号的精准调控，再到如今线粒体的能量工厂。
在我们身体的最深处，在一个个微米大小的线粒体里，量子世界的奇妙法则，正在默默支撑着生命的每一次呼吸、每一分能量。
热门跟贴