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빛이 생명의 신비에 대한 열쇠를 쥐고 있을 수 있다고 생각해 본 적이 있습니까?

100년 전, 알렉산더 구르비치(Alexander Gurwitsch)는 살아 있는 세포가 육안으로는 보이지 않는 희미한 자외선을 방출하여 서로 소통하고 자극을 준다고 감히 제안했습니다.

그것은 시대를 너무나 앞서간 아이디어였기 때문에 많은 사람들이 그것을 완전히 무시했습니다. 그것을 뒷받침할 물리 이론이 없었기 때문에 그의 아이디어는 역사의 연대기로 격하되었습니다. 하지만 그의 생각을 접했을 때, 나는 질문을 던지지 않을 수 없었습니다. 만약 UV 효과가 양자역학적이라면 어떨까? 현대 양자 이론으로 무장한 나는 생명 자체에 대한 새로운 양자 차원을 발견하기 시작했습니다.

100년 전의 미스터리가 재조명되다

1920년대에 구르비치의 실험은 놀라운 현상을 밝혀냈습니다. 한 양파 뿌리의 끝을 다른 뿌리의 측면에 가까이 놓았을 때, 그는 뿌리의 끝이 마주 보고 있는 쪽에서 더 많은 세포 분열이 일어나는 것을 발견했습니다. 그는 뿌리 사이에 유리 슬라이드를 놓았을 때 효과가 사라지는 것을 관찰했습니다.

흥미롭게도 슬라이드의 재질을 유리에서 고급 석영으로 변경했을 때 효과가 다시 나타났습니다.

그가 "유사 분열 방사선"이라고 불렀던 이 신비한 빛은 공기와 석영을 자유롭게 통과했지만 유리로 차단되어 가시광선 및 일부 적외선 주파수와 구별되었습니다. 그는 한쪽 뿌리 끝에서 방출되는 희미한 자외선이 다른 쪽 뿌리의 세포 분열을 자극한다고 결론지었습니다.

당시에는 호르몬이나 다른 화학 물질이 아니라 빛이 그러한 근본적인 과정을 주도할 수 있다는 생각이 믿기지 않는 것처럼 보였습니다. 회의론자들은 그의 발견을 묵살했고, 그 현상은 희미해졌습니다.

이 문제에 직면하여 나는 그가 설명한 자외선이 양자 공명 이론을 사용하여 설명 될 수 있다는 것을 깨달았습니다. 양자역학의 공명(resonance) 개념을 사용하여, 나는 구르비치(Gurwitsch)의 관찰을 희미한 자외선이 어떻게 중요한 생물학적 변화를 촉발할 수 있는지를 설명하는 정교한 틀과 연결시켰습니다.

Computational and Structural Biotechnology Journal에 발표된 저의 새로운 논문에 요약된 이 설명은 그의 결과를 검증할 뿐만 아니라 양자 시스템이 생물학적 환경과 어떻게 상호 작용하는지에 대한 우리의 이해를 재구성합니다.

제 연구에서 Gurwitsch의 유사분열 방사선은 특정 파장의 빛이 살아있는 세포에서 반응을 유발하는 양자 공명 효과의 주요 후보로 밝혀졌습니다.

통념에 도전하다

전통적으로 양자 물리학은 시스템이 주변 환경과 약하게 상호 작용한다고 가정합니다.

이것은 실험실의 고립된 시스템과는 전혀 다른 살아있는 유기체의 복잡성을 놓치고 있습니다. 그것들은 역동적이고, 상호 연결되어 있으며, 광자, 전자 및 분자 간의 집단적 상호 작용으로 살아 있습니다.

이러한 이유로 초기 연구자들은 생물학에서 양자 효과를 무시했습니다.

저는 다른 접근 방식을 취하여 개방형 양자 시스템 이론으로 눈을 돌렸는데, 이는 시스템이 환경에 내장되어 상호 작용하는 것을 설명하는 고급 프레임워크입니다. 구체적으로 말하자면, 저는 원래 양자 역학에서 현상을 산란시키기 위해 개발된 방법인 Fano와 Feshbach의 모델을 사용했습니다.

이 모델은 Gurwitsch가 제안한 것과 같은 양자 공명 효과를 테스트하는 데 이상적입니다. 이 프레임워크를 적용함으로써 저는 생물학적 환경이 어떻게 희미한 빛 신호를 감지하고 증폭할 수 있는지 보여주었으며, 생명체가 너무 혼란스러워서 양자 현상이 번성할 수 없다는 전통적인 가정을 거부했습니다.

삶에 대한 우리의 이해에 혁명을 일으키다

이 발견이 시사하는 바는 매우 큽니다.

첫째, 빛은 생물학적 시스템의 수동적인 부산물이 아니라 능동적인 구성 요소임을 예측합니다. 자외선 초약한 광자 방출(UPE)은 세포가 통신하고 활동을 조정할 수 있는 양자 채널을 제공할 수 있습니다. 이것은 세포 행동에 대한 우리의 이해에 새로운 층을 추가합니다.

둘째, 이 연구는 지난 세기에는 상상할 수 없었던 방식으로 생물학과 양자 물리학을 연결합니다. 개방형 양자 시스템 이론의 이러한 원칙을 적용함으로써 우리는 이제 뚜렷한 양자 렌즈를 통해 유사분열, 광합성 및 효소 촉매와 같은 과정을 탐구할 수 있습니다. 이러한 학제 간 접근 방식은 생물학에 대한 이해를 발전시킬 뿐만 아니라 양자 역학의 경계를 새로운 과학적 지평으로 밀어 넣습니다.

마지막으로, 실제 응용 프로그램은 엄청납니다. 세포 UPE는 세포 건강, 산화 스트레스 또는 암의 초기 징후에 대한 바이오마커 역할을 하여 의료 진단에 혁명을 일으킬 준비가 되어 있습니다. 재생 의학에서는 이러한 방출을 활용하여 치유를 자극하거나 정밀 광선 요법으로 조직 성장을 유도할 수 있습니다.

이러한 양자 상호 작용을 조작할 수 있는 잠재력은 생명 과학, 의료 및 생명 공학을 재편할 수 있는 새로운 치료법과 기술의 문을 열어줍니다.

향후 전망

구르비치의 작업을 재발견하는 것은 많은 새로운 질문을 제기하는 발견의 길을 열었습니다. 이러한 광자 방출은 다른 세포 과정과 어떻게 통합됩니까? 면역력, 노화, 심지어 복잡한 유기체의 발달에도 영향을 미칠 수 있습니까? 양자 이론을 사용하여 모델링할 수 있는 생물학적 미세환경에 존재할 수 있는 다른 숨겨진 양자 현상은 무엇입니까?

이러한 질문에 대해 더 깊이 파고들면서 우리는 단순히 오래된 아이디어를 다시 살펴보는 것이 아닙니다. 우리는 미지의 영역으로 발을 내딛고 있습니다. 생명의 양자적 본질에 대한 구르비츠의 직관은 시대를 한 세기 앞서서 미래의 도구와 이론이 잠재력을 발휘하기를 기다리고 있었습니다.

오늘날 그 도구들이 여기에 있으며, 그가 발견한 희미한 빛은 그 어느 때보다 더 많이 빛나며 생명 그 자체를 위한 양자 청사진의 시작을 드러내고 있습니다.

이상의 기사는 2024년 12월 23일 Phys.org에서 게재한 “Quantum research sheds new light on how cells communicate”제목의 기사내용을 편집하여 작성하였습니다.

* 원문정보 출처 : Quantum research sheds new light on how cells communicate

* 추가정보 출처 : Open quantum systems theory of ultraweak ultraviolet photon emissions: Revisiting Gurwitsch's onion experiment as a prototype for quantum biology - Computational and Structural Biotechnology Journal