Китайские учёные обнаружили в митохондриях необычный сигнал, который может иметь квантовую природу
Китайские исследователи обнаружили в живых клетках и тканях необычный колебательный сигнал на частоте 71 терагерц, который исчезал после разрушения структуры митохондрий. Теоретическая модель связывает этот сигнал с возможным квантовым состоянием, возникающим при взаимодействии света с колебаниями липидов внутренней мембраны митохондрий. В отдельном эксперименте воздействие инфракрасного излучения на частотах 71 и 87 терагерц увеличило образование АТФ в культивируемых клетках примерно на 10%. Работа пока опубликована только как препринт и не прошла рецензирование.
Исследование провели Юй Ян и Чжэнлун Гу из Центра митохондриальной генетики и здоровья Института точной медицины Большого залива и Бо Сун из Шанхайского университета науки и технологий. Учёные изучали человеческие клетки HEK-293T, ткани почек, печени, сердца и скелетных мышц мышей, а также изолированные митохондрии.
Для анализа использовали инфракрасную спектроскопию с преобразованием Фурье, позволяющую определять характерные частоты колебаний молекул и более крупных структур. Во всех живых образцах исследователи зарегистрировали выраженный сигнал около 71 терагерц. Он сохранялся и в изолированных митохондриях с неповреждённой структурой, но исчезал после высушивания и измельчения образцов.
Авторам не удалось связать частоту 71 терагерц с колебаниями какой-либо одной известной молекулы. Поэтому они рассмотрели возможность того, что сигнал возникает благодаря коллективному процессу в складках внутренней мембраны митохондрий — кристах.
В мембранах находится множество липидов с группами CH₂, характерная частота колебаний которых составляет около 87 терагерц. Согласно предложенной модели, электромагнитное поле внутри митохондрии может сильно взаимодействовать с этими молекулярными колебаниями и образовывать гибридное состояние света и вещества — поляритон.
Расчёты показали, что такое взаимодействие должно расщеплять исходную частоту около 87 терагерц на два уровня — примерно 71 и 103 терагерца. Первый совпадает с обнаруженным экспериментальным сигналом. Второй находится в диапазоне сильных колебаний воды и биологических молекул, поэтому выделить его на их фоне значительно сложнее.
Исследователи также обнаружили, что размеры активно работающих митохондрий сопоставимы с длиной волны излучения соответствующей частоты внутри биологической среды. В предложенной модели митохондрия поэтому может играть роль микроскопической резонансной структуры, усиливающей взаимодействие электромагнитного поля с липидами мембраны.
Чтобы проверить возможную связь этого явления с энергетическим обменом клетки, учёные в течение десяти минут воздействовали слабым средним инфракрасным излучением на живые клетки HEK-293T. При частоте 71 терагерц количество АТФ увеличилось на 10,3%, а при 87 терагерцах — на 10,1%. Воздействие контрольного излучения с частотой 53,7 терагерца не вызвало статистически значимого изменения. В каждой экспериментальной группе использовалось восемь образцов.
АТФ, или аденозинтрифосфат, служит основным переносчиком химической энергии в клетках. Большая его часть образуется в митохондриях при клеточном дыхании. Авторы предполагают, что обнаруженное состояние может быть связано с процессами энергетического обмена и влиять на эффективность образования АТФ.
Само существование квантового состояния внутри митохондрий пока непосредственно не подтверждено. Экспериментально зарегистрирован сигнал на частоте 71 терагерц и изменение образования АТФ при облучении определёнными частотами, тогда как поляритонное состояние получено из теоретической модели, согласующейся с этими наблюдениями.
Также пока не измерена предполагаемая передача энергии через состояние на частоте 87 терагерц непосредственно внутри работающей митохондрии. Эксперимент с АТФ выполнен на одной линии культивируемых человеческих клеток, поэтому тот же механизм ещё предстоит проверить в других клетках, тканях и живых организмах.
Исследование в виде препринта на bioRxiv.