细菌也懂得利用量子力学吗？

科学家发现，绿硫细菌会主动利用量子效应来调节光合作用进程。

太阳是地球上万千生命的生长源泉，通过光合作用，太阳光被转化成化学能。作为生物界规模最大的有机物合成过程，光合作用可以说是对生命最重要的化学反应。

能进行光合作用的生物，除了我们常见的绿色植物之外，还有一些光合细菌，例如，绿硫细菌(Chlorobium tepidum)！

最近，美国科学家发现，绿硫细菌能利用量子力学效应来调节光合作用的进程。“我们第一次看到生物主动利用量子效应。”论文作者Greg Engel如此说。

绿硫细菌是世界上最古老的光合细菌之一，早在遥远的三十多亿年前，它就诞生了。早期的地球极端缺氧，绿硫细菌是一类厌氧型光合细菌。

研究人员研究了有氧和无氧环境下绿硫细菌的光合作用表现：在光合蛋白中，能量是如何转移的？又是什么控制了能量转移途径的选择？

电子振动耦合（vibronic coupling）这一量子效应，是问题的关键！它引导能量向哪里转移。

“vibronic”一词源于vibrational(振动的)和electronic(电子的)，指的是这样一种概念：在分子中，电子运动和核振动相互牵连——两者深深的交织在一起，浑然不分。

在绿硫细菌体内，一种叫做FMO的复合物，用于捕获光能；而菌绿素，就像植物叶绿素一样，是光合作用发生的场所。

在无氧状态下，FMO的两个电子态的能级之差和菌绿素分子的振动能量一致。于是，通过电子振动耦合，开启了一条能量转移的“高速公路”，能量畅行无阻地直通光合作用的“反应中心”，那里充满了菌绿素分子。

当环境中富含氧时，情况就变得很不一样了。FMO复合物中的一对半胱氨酸残基和环境中的氧发生反应，各自失去一个质子。这打破了电子态能级和分子振动能的和谐。

电子振动耦合被破坏，能量传输的“高速公路”也就被中断了，能量转而走通往各处的其他道路，在那里，能量被不断损耗。这一机制是生物进化的选择，绿硫细菌虽然损失了能量，但却免受了氧化性损伤，得以“保全小命”。

通过调控量子效应来实现生存选择，这给生物学研究带来启示。对分子中的量子力学耦合进行动态调节，这一简单机制如果存在于更多生物演化中，那么，可能有一套我们还不知道、全新的自然选择法则。