Ионный канал в мембране клетки — это ворота шириной в несколько атомов. Через них каждую секунду проходят миллионы заряженных частиц — ионов натрия и калия. Классическая физика говорила: чтобы пройти, иону нужно перепрыгнуть энергетический барьер, как путнику — высокий горный перевал. Но расчёты показывали, что каналы пропускают гораздо больше ионов, чем должно быть при таком перескоке.
Оказалось, ионы не перепрыгивают барьер, а проходят сквозь него. Это квантовое туннелирование — эффект, при котором частица просачивается через препятствие, как если бы человек прошёл сквозь стену, не разрушив её. Авторы работы построили модель, в которой ион туннелирует через узкий фильтр канала, и получили точные значения проводимости для натриевых и калиевых каналов — те самые, что измерены в экспериментах.
Квантовый подход меняет взгляд на живую клетку. Ионные каналы предстают не просто порами, а квантовыми проводниками. Авторы предсказывают: в таких каналах должны возникать резонансы на частотах порядка терагерц — это можно проверить экспериментально. Если предсказание подтвердится, квантовая биология получит прочный фундамент, а мы — новое понимание того, как жизнь использует законы микромира.
Ширина ионного канала — около 0,3 нанометра. Это в 300 тысяч раз тоньше человеческого волоса, и при этом канал пропускает до 100 миллионов ионов в секунду.
В романе Грега Игана «Город Перестановок» люди сканируют мозг с точностью до квантовых состояний — возможно, туннелирование в ионных каналах станет частью таких технологий.