Kwantowe rośliny. Czy soczewica porozumiewa się światłem?

Ukraiński biolog nie zdawał sobie sprawy, że zagadka, którą odkrył, pozostanie niewyjaśniona przez stulecie. W 1923 roku Oleksandr Gurwicz badał podział komórek roślinnych. Odkrył, że kiedy umieścił blisko siebie dwa rosnące korzenie cebuli, tempo, w jakim dzieliły się ich komórki, gwałtownie przyspieszało. Uznał, że rośliny muszą w jakiś sposób komunikować się ze sobą. To korzystne, bo roślina, która czuje, że w pobliżu kiełkują inne, wie, że znalazła się w żyznej glebie. 

Ale w jaki sposób rosnące cebule “rozmawiały" ze sobą? Gurwicz przeprowadził serię eksperymentów, umieszczając między roślinami różnego rodzaju bariery. Drewno, metal, czy szkło, odgradzające od siebie korzenie cebuli sprawiały, że tempo ich rozwoju spadało do prędkości takiej, jaką obserwowano u roślin rosnących samotnie. Ale gdy naukowiec umieścił między korzeniami przegrodę z kwarcu, tempo podziału komórek ponownie przyspieszyło. 

Badacz uznał, że kluczowe jest to, że kwarc, w porównaniu z innymi materiałami, przepuszcza znacznie więcej promieni ultrafioletowych. Doszedł do wniosku, że przyczyną zjawiska musi być jakiś rodzaj słabej emisji promieniowania UV.

Fakt, że żywe istoty komunikują się za pomocą światła, nie podlega wątpliwości. Świetliki, meduzy, a nawet grzyby emitują światło, aby odstraszyć wrogów lub przyciągnąć partnera. Jednak te sygnały, znane jako bioluminescencja, różnią się od efektu, który odkrył Gurwicz. Biofotony to światło o bardzo małej intensywności, niewidoczne gołym okiem. Biofotony emitowane przez rośliny są tak słabe, że dopiero w 1954 r. udało się opracować aparaturę na tyle czułą, że naukowcom udało się potwierdzić hipotezę ukraińskiego biologa. 

Wiemy już, w jaki sposób rośliny produkują promieniowanie. Podczas normalnego metabolizmu reakcje chemiczne zachodzące w komórkach kończą się przemianą biomolekuł w stan, który badacze nazywają stanem wzbudzonym, w którym elektrony są podnoszone do wyższych poziomów energii. Następnie elektrony w naturalny sposób opadają do stanu podstawowego i emitują przy tym foton. Ponieważ kiełkujące nasiona, takie jak soczewica, szybko spalają energię, aby rosnąć, emitują więcej biofotonów.

Nie było jednak pewne, czy te błyski mają jakiekolwiek praktyczne zastosowanie dla roślin, czy są jedynie interesującym efektem ubocznym ich wzrostu. 

Pomysł, że rośliny “rozmawiają" za pomocą fotonów nie jest tak dziwny, jak mogłoby się wydawać. Naukowcy wiedzą dobrze, że rośliny komunikują się ze sobą na wiele sposobów. Zapach skoszonej trawy jest chemicznym sygnałem dającym innym roślinom znak, że znalazły się w niebezpieczeństwie. Niektóre rośliny emitują nawet w stresie ultradźwiękowe piski. Taka komunikacja pozwala kontrolować wzrost roślin, ostrzegać się przed atakiem owadów czy przyciągać zapylacze. Rośliny są też w stanie wykrywać fotony - to niezbędne dla efektywnego prowadzenia przez nie fotosyntezy. 

Część badaczy podejrzewa jednak, że w korzeniach roślin dzieje się coś więcej. A słabe, fotonowe sygnały mogą skrywać bardzo złożoną formę komunikacji. Taką, której ludzkość dopiero się uczy. Komunikację kwantową. 

Istnieją już przesłanki wskazujące na to, że istoty żywe wykorzystują zjawiska kwantowe. Mogą one między innymi brać udział w procesie fotosyntezy, mogą także stanowić element “kompasu" kierującego lotem ptaków. Wykorzystanie efektów kwantowych w komunikacji roślin byłoby jednak najbardziej zaskakującym przypadkiem występowania takich zjawisk w biologii. 

Cząstki kwantowe, do których zaliczają się fotony, zachowują się zgodnie z zasadami teorii kwantowej. Ich zachowanie często wydaje się sprzeczne z tym, jak “na zdrowy rozsądek" powinna zachowywać się materia. Na przykład fotony mogą istnieć jednocześnie w wielu stanach - tzw. superpozycji kwantowej. Mówi się wtedy, że fotony wykazują spójność kwantową.

Wykorzystanie efektów kwantowych przez rośliny emitujące biofotony mogłoby mieć kilka potencjalnych zastosowań. Z jednej strony, mogłoby pozwolić im na przesyłanie większej ilości “danych" do sąsiadów, podobnie jak komputery kwantowe, wykorzystujące zupełnie inne efekty fizyczne od komputerów klasycznych, nadają się do rozwiązywania zupełnie innych problemów. Możliwe jest też, że komunikacja kwantowa pozwalałaby roślinom na przesyłanie wiadomości nawet w bardzo “głośnym" środowisku. Jeśli wszystkie otaczające rośliny emitują swoje biofotony, sygnały pojedynczej rośliny mogłyby zostać zagłuszone przez sygnały z otoczenia. Spójność kwantowa mogłaby pozwolić na “nadawanie" mimo szumu tła. 

To wszystko na razie hipotezy, ale badacze zaczęli już pierwsze eksperymenty mające bliżej przyjrzeć się tajemniczemu zjawisku. Narodowe Laboratorium Frascati, czołowy ośrodek badań fizycznych we Włoszech, wykorzystuje zaawansowaną aparaturę badawczą do badania... pudełka z ziarenkami soczewicy. Superczułe detektory mają wyłapywać niezwykle słabe sygnały wysyłane przez kiełkujące rośliny. 

Pierwsze badania dały bardzo interesujące rezultaty. W 2021 roku włoski zespół ustalił, że wysyłane przez soczewicę sygnały zmieniają się w zależności od tego, na jakim etapie kiełkowania jest roślina. Fakt, że emisja fotonów przez soczewicę nie jest przypadkowa może wskazywać na to, że rzeczywiście roślina wykorzystuje je jako formę komunikacji. Co ciekawe, złożoność drugiej fazy emisji jest matematycznie powiązana z równaniami mechaniki kwantowej. A to może sugerować, że sygnały wykazujące spójność kwantową mogą rzeczywiście odgrywać rolę w kierowaniu kiełkowaniem soczewicy.

Badacze przyznają jednak, że na razie nie są w stanie z jakąkolwiek pewnością stwierdzić, czy rośliny rzeczywiście rozmawiają za pomocą fotonów, ani tym bardziej, o czym mówią. “Coś tam się dzieje, ale nie możemy powiedzieć, że wiemy na pewno, co" mówi magazynowi “New Scientist" Cătălina Curceanu z Narodowego Laboratorium Frascati. 

Następnym etapem pracy zespołu będzie zastosowanie nowego detektora, dającego stukrotnie lepszą czułość. To może pomóc podsłuchać, o czym szepcze soczewica.