Πειράματα δείχνουν ότι οι κβαντικοί μηχανισμοί μπορεί να είναι σημαντικοί για τη λειτουργία της ζωής. Τώρα, ερευνητές διερευνούν αν αυτά τα φαινόμενα μπορούν να βοηθήσουν να εξηγηθεί η επιτυχία μιας σειράς από αινιγματικές θεραπείες υγείας.
Αν σας ενδιαφέρει έστω και λίγο η υγεία σας, δεν θα αργήσετε να βρεθείτε στα social media μπροστά στο διαβόητο Q-word. Είστε σε επαφή με τα κβαντικά ενεργειακά σας πεδία; Θα σας βοηθούσε μια επίσκεψη σε έναν κβαντικό διατροφολόγο;
Η ειρωνική αντίδραση είναι απολύτως δικαιολογημένη. Όμως όλη αυτή η ομίχλη γύρω από τις «κβαντικές θεραπείες» κάνει πιο δύσκολο να μιλήσουμε για μια επιστήμη πολύ σοβαρότερη. Τα τελευταία χρόνια, κλινικές έρευνες έχουν δείξει ότι η έκθεση στο φως, αλλά και σε ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία, θα μπορούσε να βοηθήσει στη θεραπεία από την ακμή και την τριχόπτωση έως τα τραύματα και τον καρκίνο.
Αυτές οι θεραπείες δεν περιλαμβάνουν απαραίτητα την κβαντική μηχανική με ουσιαστικό τρόπο. Ωστόσο, υπάρχουν ενδείξεις από παράλληλα πειράματα σε δοκιμαστικούς σωλήνες ότι η ζωή ίσως ανταποκρίνεται στην ηλεκτρική και μαγνητική δράση μέσω κβαντικών φαινομένων — τουλάχιστον σε κάποιο επίπεδο. «Έχουμε κάτι που λειτουργεί· στην πραγματικότητα δεν ξέρουμε γιατί», λέει η Margaret Ahmad, φωτοβιολόγος στο Sorbonne University στη Γαλλία, η οποία μελετά πώς τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία επηρεάζουν τους ζωντανούς οργανισμούς.
Μπορούν κβαντικές ενδείξεις στον εγκέφαλο να αναβιώσουν μια ριζοσπαστική θεωρία για τη συνείδηση;
Όλα αυτά συνδέονται με μια παλιά συζήτηση γύρω από το αν η ζωή είναι πολύ ζεστή, υγρή και ακατάστατη ώστε τα λεπτά και εύθραυστα κβαντικά φαινόμενα να έχουν ουσιαστική σημασία στη βιολογία. «Οι ερευνητές δεν μπόρεσαν ποτέ να το αποδείξουν ή να το διαψεύσουν με απόλυτη σαφήνεια», λέει η Clarice Aiello από το Quantum Biology Institute στην Καλιφόρνια. «Αυτό είναι το κεντρικό ζήτημα στο οποίο προσπαθούμε να απαντήσουμε». Αν οι κβαντικές καταστάσεις μπορούν να επιβιώσουν αρκετά σε ζωντανά κύτταρα ώστε να έχουν σημασία, αυτό θα μπορούσε να ανοίξει έναν εντελώς νέο δρόμο για την ιατρική, συμπληρωματικό —και σε ορισμένες περιπτώσεις ίσως εναλλακτικό— στη χρήση φαρμάκων.
Για να αρχίσουμε να βγάζουμε άκρη σε αυτό το περίπλοκο μίγμα έγκυρης έρευνας, ψευδοεπιστήμης και ευσεβών πόθων, πρέπει πρώτα να καταλάβουμε τι είναι η κβαντική βιολογία. Όλη η ύλη και η ενέργεια, είτε σε ζωντανά κύτταρα είτε σε νεκρή χημεία, είναι θεμελιωδώς κβαντική. Σε αυτό το επίπεδο, ό,τι συνήθως θεωρούμε σωματίδια συμπεριφέρεται περισσότερο σαν απλωμένα νέφη πιθανών καταστάσεων, που περιγράφονται από μια κυματοσυνάρτηση, έναν μαθηματικό τύπο ο οποίος καθορίζει τις πιθανότητες να βρεθεί ένα σωματίδιο σε μια συγκεκριμένη κατάσταση όταν παρατηρείται και αναγκάζεται να «διαλέξει» έναν μόνο τρόπο ύπαρξης.
Τα κβαντικά φαινόμενα είναι όσα δεν θα συνέβαιναν αν τα κλασικά σωματίδια και τα πεδία ήταν το τέλος της φυσικής ιστορίας. Αυτός ο ορισμός είναι πολύ ευρύς και περιλαμβάνει από την ίδια την ύπαρξη των μορίων έως πιο παράξενα φαινόμενα, όπως η διεμπλοκή, όπου δύο σωματίδια ουσιαστικά συμπεριφέρονται σαν μία ενιαία συνδεδεμένη οντότητα. Αυτό κάνει επίσης δύσκολο να πει κανείς τι μετρά ως «κβαντική βιολογία» —ακόμη και για τους ίδιους τους κβαντικούς βιολόγους, λέει ο Gregory Scholes από το Princeton University. «Η κβαντική βιολογία δεν είναι απλώς ένα κουτί στο οποίο βάζεις ό,τι δεν καταλαβαίνεις».
Για να βάλει τάξη σε αυτό το χάος, η Aiello χωρίζει την κβαντική βιολογία σε μια ιεραρχία. Στο πιο στοιχειώδες επίπεδο, η κβαντική μηχανική εξηγεί πώς τα άτομα συνδέονται για να σχηματίσουν μόρια. «Μπράβο! Η βιολογία είναι κβαντική!» λέει χαριτολογώντας η Aiello. «Αυτό δεν είναι που με ενδιαφέρει, αλλά είναι ένα επίπεδο».
Στο επόμενο επίπεδο βρίσκονται κβαντικά φαινόμενα που προκύπτουν απλώς επειδή τα εμπλεκόμενα σωματίδια είναι πολύ μικρά. Για παράδειγμα, η κβαντική σήραγγα επιτρέπει σε μικρά αντικείμενα, όπως τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια, να εμφανίζονται στην άλλη πλευρά ενεργειακών φραγμών που τα κλασικά σωματίδια δεν μπορούν να περάσουν. Όσο μικρότερο είναι το σωματίδιο, τόσο πιθανότερο είναι να συμβεί η σήραγγα. Οι ερευνητές έχουν δείξει ότι η κβαντική σήραγγα βοηθά τα φυτικά ένζυμα, που επιταχύνουν βιοχημικές αντιδράσεις, να βρουν τις θέσεις πρόσδεσής τους. Αυτά είναι αναμφίβολα κβαντικά φαινόμενα, λέει ο Scholes, αλλά «νομίζω ότι όταν ζητάς από κάποιον στον δρόμο να φανταστεί την κβαντική βιολογία, θα περίμενε κάτι πολύ πιο φιλόδοξο».
Ο κόσμος της κβαντικής φυσικής: Ένας σύντομος οδηγός για τα σωματίδια που συνθέτουν την πραγματικότητα
Τα ανώτερα επίπεδα της ιεραρχίας της Aiello αφορούν πιο σύνθετες μορφές κβαντικότητας, που προκύπτουν από μακρόβιες κβαντικές καταστάσεις και δεν εμφανίζονται απλώς επειδή κάτι είναι πολύ μικρό. Σε ένα επίπεδο υπάρχει η υπέρθεση, η οποία περιγράφει πώς τα κβαντικά αντικείμενα υπάρχουν σε συνδυασμό των πιθανών καταστάσεών τους — κατά κάποιον τρόπο είναι και εδώ και εκεί ταυτόχρονα, μέχρι να παρατηρηθούν. Αυτές οι καταστάσεις υπέρθεσης αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, προστίθενται ή αλληλοαναιρούνται, όπως κύματα νερού ή ήχου που επικαλύπτονται.
Το κλασικό πείραμα της διπλής σχισμής δείχνει την υπέρθεση: αν στείλετε ένα σωματίδιο προς ένα φράγμα με δύο σχισμές, θα συμπεριφερθεί σαν κύμα —σε υπέρθεση πιθανών καταστάσεων— και θα φανεί σαν να πέρασε και από τις δύο σχισμές ταυτόχρονα. Αν όμως παρατηρήσετε το σωματίδιο τη στιγμή που περνά από μια σχισμή, η υπέρθεση καταρρέει και το βλέπετε σε ένα μόνο σημείο.
Η διεμπλοκή είναι ακόμη πιο περίπλοκη από την υπέρθεση, καθώς απαιτεί να αλληλεπιδράσουν τουλάχιστον δύο κβαντικά σωματίδια με τρόπο που αναγκάζει τις κυματοσυναρτήσεις τους να εξαρτώνται η μία από την άλλη. Αφού δύο σωματίδια διεμπλακούν, η παρατήρηση του ενός σάς λέει τι θα βλέπατε αν μπορούσατε να δείτε και το άλλο, και το αντίστροφο — ακόμη κι αν βρίσκονται σε τεράστιες αποστάσεις.
Οι κβαντικοί βιολόγοι έχουν απογοητευτεί στο παρελθόν από φαινόμενα που θεωρούνταν υψηλότερου επιπέδου. Η απίστευτη αποτελεσματικότητα της φωτοσύνθεσης κάποτε θεωρήθηκε ότι βασίζεται στην υπέρθεση, όμως η κβαντική φυσική που εμπλέκεται αποδείχθηκε πιο λεπτή, βρισκόμενη κάπου ανάμεσα στα επίπεδα της υπέρθεσης και της σήραγγας στην ιεραρχία της Aiello. Περιλαμβάνει «ψευδοσωματίδια» που λέγονται φωνόνια, τα οποία μεταφέρουν την ενέργεια των μοριακών δονήσεων. Στη φωτοσύνθεση, αυτά τα ψευδοσωματίδια βοηθούν τις πρωτεΐνες που συλλέγουν το φως να μεταφέρουν πιο αποτελεσματικά την ενέργεια που απορροφούν από την ηλιακή ακτινοβολία.
Τα μεταναστευτικά πουλιά ίσως χρησιμοποιούν κβαντικά φαινόμενα για να διαβάζουν το μαγνητικό πεδίο της Γης καθώς προσανατολίζονται.
Παρόλα αυτά, υπάρχουν ενθαρρυντικές ενδείξεις ότι κβαντικά φαινόμενα υψηλότερου επιπέδου μπορεί να παίζουν ρόλο στη ζωή. Πιστεύεται ότι τα αποδημητικά πουλιά αξιοποιούν την υπέρθεση για να προσανατολίζονται χρησιμοποιώντας το μαγνητικό πεδίο της Γης. Αυτό περιλαμβάνει μια κβαντική ιδιότητα που ονομάζεται spin και αλληλεπιδρά με μαγνητικά πεδία. Τα πουλιά διαθέτουν εξειδικευμένες πρωτεΐνες που ονομάζονται κρυπτοχρώματα στα μάτια τους και, όταν πέφτει επάνω τους φως, διεγείρει ζεύγη ηλεκτρονίων σε κβαντικές καταστάσεις υπέρθεσης ανάμεσα σε δύο πιθανότητες: να έχουν ταιριαστά spin ή μη ταιριαστά spin.
Όσο βρίσκονται σε υπέρθεση, τα ηλεκτρόνια αλληλεπιδρούν με το μαγνητικό πεδίο της Γης με τρόπους που αλλάζουν την πιθανότητα να καταλήξουν με ταιριαστά ή μη ταιριαστά spin. Τα κρυπτοχρώματα συμπεριφέρονται διαφορετικά στις χημικές αντιδράσεις ανάλογα με την κατάστασή τους, μετατρέποντας ουσιαστικά ένα μαγνητικό σήμα σε χημικό — ένα είδος εσωτερικής κβαντικής πυξίδας που λειτουργεί μόνο χάρη στην υπέρθεση.
Έτσι, υπάρχει το κβαντικό και υπάρχει το κβαντικό. Σε ποιο επίπεδο πρέπει να σκεφτόμαστε τις θεραπείες με φως; Αυτές εμφανίστηκαν στα τέλη του 19ου αιώνα, όταν ο γιατρός Niels Ryberg Finsen, που έπασχε από μια σπάνια μεταβολική πάθηση, παρατήρησε ότι τα συμπτώματά του υποχωρούσαν στον ήλιο. Ο Finsen έφερε το φως στην κλινική, όπου χρησιμοποίησε δέσμες υπεριώδους ακτινοβολίας για να θεραπεύσει δερματικές παθήσεις. Η ανακάλυψη του χάρισε Νόμπελ το 1903 — μόλις έναν χρόνο πριν από τον πρόωρο θάνατό του.
Οι θεραπευτικές ιδιότητες του ηλιακού φωτός είχαν γίνει αντιληπτές από γιατρούς πριν από περισσότερο από έναν αιώνα.
Η επιτροπή των Νόμπελ σημείωσε ότι η θεραπεία με φως είχε «ανοίξει έναν νέο δρόμο για την ιατρική επιστήμη», όμως μέχρι πρόσφατα αυτός ο δρόμος είχε μείνει σε μεγάλο βαθμό ανεκμετάλλευτος. Τώρα, αυξάνονται οι ισχυρισμοί ότι το φως μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ξαναφυτρώσουν μαλλιά, να μειώσει τα επίπεδα γλυκόζης στο αίμα, να βελτιώσει την κατάθλιψη, να ανακόψει τη νόσο Αλτσχάιμερ, να επουλώσει τραύματα, να επιταχύνει την ανάρρωση από εγκεφαλικό και ακόμη και να θεραπεύσει τη στυτική δυσλειτουργία.
Τα στοιχεία για ορισμένα είδη θεραπείας με φως, που ονομάζονται επίσης φωτοβιοτροποποίηση, είναι ισχυρότερα από άλλα. Το αδύναμο φως λέιζερ γίνεται σταδιακά καθιερωμένη θεραπεία για τη στοματική βλεννογονίτιδα, μια φλεγμονή του στόματος που προκαλείται από ορισμένες θεραπείες για τον καρκίνο. Από την άλλη πλευρά, οι ιατρικές συσκευές που βασίζονται σε LED εγκρίνονταν σχετικά εύκολα από τον Αμερικανικό Οργανισμό Τροφίμων και Φαρμάκων, επειδή θεωρούνταν ακίνδυνες, κάτι που μπορεί να δώσει κύρος σε μη αποδεδειγμένες — και μερικές φορές εντελώς αμφίβολες — θεραπείες.
«Υπάρχουν τόσοι πολλοί τσαρλατάνοι εκεί έξω», λέει η Ahmad. Ορισμένοι ερευνητές υποστηρίζουν ότι αυτές οι θεραπείες λειτουργούν επειδή συγκεκριμένα μήκη κύματος φωτός διεγείρουν μια ιδιαίτερα ευαίσθητη στο φως πρωτεΐνη στα μιτοχόνδρια, τα οποία επιτελούν πολλές σημαντικές λειτουργίες στα κύτταρα. Όμως μεσολαβούν πολλά άγνωστα βήματα ανάμεσα στο «διεγείρω τα μιτοχόνδρια» και, ας πούμε, στο «ξαναβγαίνουν μαλλιά». Η Ahmad θεωρεί απίθανο οποιοδήποτε πραγματικό αποτέλεσμα της θεραπείας με φως να οφείλεται σε μία και μόνο πρωτεΐνη, ειδικά αν αναλογιστεί κανείς πόσα διαφορετικά μήκη κύματος φωτός φέρονται να έχουν δράση.
Ηλεκτρομαγνητικές θεραπείες
Ο Scholes υποψιάζεται ότι η φωτοβιοτροποποίηση δρα σε χαμηλότερα επίπεδα κβαντικότητας — ή το πολύ στη μεσαία κβαντικότητα της φωτοσύνθεσης, που είναι μια γνωστή διεργασία με φως — ή απλώς στο επίπεδο της συνηθισμένης χημείας, και όχι στο επίπεδο της υπέρθεσης και της διεμπλοκής. Μάλιστα, εργάζεται για να δείξει ότι κλασικά συστήματα με πολλά αλληλεπιδρώντα μέρη, όπως οι οργανισμοί, μπορούν κάποιες φορές να μιμούνται κβαντικά φαινόμενα χωρίς να εμπλέκεται καθόλου πραγματική κβαντική φυσική.
Σε σύγκριση με τη φωτοβιοτροποποίηση, που επικεντρώνεται στο ορατό και στο σχεδόν ορατό φως και υπάρχει εδώ και περίπου έναν αιώνα, οι θεραπείες που βασίζονται σε ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία είναι σχετικά νεότερες. Ερευνητές στη Σιγκαπούρη αναπτύσσουν μια μαγνητική θεραπεία που προορίζεται να χρησιμοποιηθεί παράλληλα με τη χημειοθεραπεία για τη θεραπεία του καρκίνου του μαστού. Και μια συσκευή με την ονομασία Optune έχει εγκριθεί για ιατρική χρήση στις ΗΠΑ, τον Καναδά, την Ευρωπαϊκή Ένωση και την Ιαπωνία για τη θεραπεία συγκεκριμένων καρκίνων του εγκεφάλου και του πνεύμονα με ταχέως εναλλασσόμενα ηλεκτρικά πεδία. Η αποτελεσματικότητα της Optune υποστηρίζεται από αρκετές κλινικές δοκιμές — αν και πολλοί στον ιατρικό χώρο είναι σκεπτικοί για τα στοιχεία και ομάδες ασθενών έχουν εκφράσει ανησυχίες για παρενέργειες και επιπτώσεις στην ποιότητα ζωής.
Η τεκμηρίωση για τις θεραπείες με ηλεκτρικά πεδία που χρησιμοποιούνται για τον καρκίνο του εγκεφάλου παραμένει ανεπαρκής.
Η περίπτωση για υψηλότερα επίπεδα κβαντικότητας στις μαγνητικές θεραπείες είναι ίσως ισχυρότερη, χάρη στο μεγάλο σώμα έρευνας για τα πουλιά που φαίνεται να προσανατολίζονται με το μαγνητικό πεδίο της Γης και για τεχνητούς κβαντικούς αισθητήρες που λειτουργούν με παρόμοια αρχή. Η Aiello λέει ότι είναι λογικό οι θεραπείες που βασίζονται στον μαγνητισμό να αξιοποιούν έναν παρόμοιο κβαντικό μηχανισμό, που περιλαμβάνει ζεύγη κβαντικών spin σε υπέρθεση.
Ωστόσο, είναι επίσης πιθανό η κβαντική μηχανική να μην εμπλέκεται καθόλου — το να υπάρχει φως ή ηλεκτρομαγνητισμός δεν σημαίνει αυτόματα ότι κάτι είναι ουσιαστικά «κβαντικό». Ο προτεινόμενος μηχανισμός της Optune, για παράδειγμα, φαίνεται απολύτως κλασικός, λέει ο μοριακός βιολόγος Callum Jones από το University of Sheffield στο Ηνωμένο Βασίλειο. Ο Jones έχει εργαστεί σε έρευνα που χρηματοδοτήθηκε από την κατασκευάστρια εταιρεία της Optune. Τα εναλλασσόμενα ηλεκτρικά πεδία θεωρείται ότι διαταράσσουν τα ηλεκτρικά πεδία που οργανώνουν τα νημάτια πρωτεϊνών και εμπλέκονται στη διαίρεση των κυττάρων, και επειδή τα καρκινικά κύτταρα διαιρούνται γρηγορότερα από τα υγιή, μπορεί να είναι πιο ευάλωτα.
Είτε βασίζονται στο φως, είτε στον μαγνητισμό είτε στα ηλεκτρικά πεδία, οι θεραπείες έχουν ξεπεράσει ξεκάθαρα τη θεωρία, με αποτέλεσμα να έχει δημιουργηθεί μια ζούγκλα από διαφορετικές προσεγγίσεις που αναπτύχθηκαν με τη μέθοδο δοκιμής και σφάλματος. Αυτή η έλλειψη τυποποίησης μπορεί να εξηγεί τα αντικρουόμενα αποτελέσματα στις μελέτες της φωτοβιοτροποποίησης.
Η Ahmad λέει ότι ακόμη και μικροσκοπικές αλλαγές στις δόσεις που χρησιμοποιούνται σε μια θεραπεία — για παράδειγμα, να φωτίσει κανείς για 5 λεπτά αντί για 10 — μπορούν να μετατρέψουν ένα ισχυρό αποτέλεσμα σε κάτι πολύ διαφορετικό.
