◆ 中文版序 踏上探索之旅，感受量子生物学的澎湃
>> 活细胞中数以千计的生化反应无时无刻不在进行，由酶、其他蛋白质和大分子参与的复杂过程在生物体中执行着各类不可思议的任务。
>> 化学家们认为，当深入到生命体的分子层面时，观察到遵循量子力学规律的现象不足为奇。他们认为，如果挖掘得足够深入，一切事物都是量子的。
◆ 动物大迁徒
>> 知更鸟：它们能感知到地球磁场的方向与强度。这种能力被称为磁感应（magnetoreception）。
>> 发热体表面的物质在以一定的离散频率振动，导致热能只能通过微小而离散的能量团进行辐射，而且这些能量团不可以再分，被称为“量子”。
>> “电子具有波的性质”这一发现直接催生了电子显微镜的发明。
>> 德国科学家马克斯·克诺尔（Max Knoll）和恩斯特·鲁斯卡（Ernst Ruska）发现，因为电子产生的波长（指任一波中连续两个波峰或波谷之间的距离）比可见光的波长要短得多，因此基于电子成像的显微镜会比普通的光学显微镜捕捉到更多的细节。
>> 如果要让两个质子靠近到足以聚变，那么两个质子必须要有能力穿越一堵亚原子尺度的“砖墙”：一个明显不可穿透的能量壁垒。
>> 叠加态现象指粒子可以同时完成两件、100件甚至100万件事情。
>> 在大爆炸之后，宇宙诞生，彼时的空间中充斥着单一的原子，即以最简单的形式存在的氢原子——由一个带正电荷的质子和一个带负电荷的电子构成。
>> 在充满氢的恒星内部，可以利用氢的另一种形态来生成这些更重的元素。氢的这种更重的形态叫作氘或重氢。而氘原子之所以能存在，多少要归功于量子的魔法。
>> 合成的第一步是两个氢原子核，也就是质子，通过量子隧穿效应靠得足够近时，释放一些能量。
>> 第二步，两个质子必须结合在一起，这个过程并不容易，因为两个质子间的作用并不能提供足够的黏合力。所有的原子核其实由两种粒子构成：质子和电中性的中子。
>> 量子力学的原理就认为原子核内的平衡会重新调整，部分多余的粒子会转变为另一种粒子：质子变成中子或是中子变成质子。这种转变的过程被称为β衰变（beta-decay）。两个质子结合时所发生的事情正是如此：两个质子不能共存，其中之一会β衰变为中子。剩余的质子与新生成的中子会结合形成一种新的物质氘核（氢的同位素[插图]氘的原子核），之后，氘核会进一步发生核反应，合成更加复杂的、重于氢的原子核，从氦（两个质子加一个或两个中子）到碳、氮、氧，以此类推。
>> 我们能够存在，是因为质子和中子以反直觉的量子方式存在着。
>> 量子纠缠是指，曾经在一起的粒子，无论分开多么遥远的距离，都能保持瞬时的、近乎魔法般的联系。
◆ 神奇的生命
>> 事实上，几乎所有能使世界发生变化的非生物过程（物理的和化学的）都遵循热力学原理，“混乱”拥有不可阻挡的力量。
>> 分子随机碰撞（及其化学反应）产生的自由能被用来维持生命体并复制生命体。
>> 每条DNA链都由一串由磷、氧原子及叫作脱氧核糖的糖类分子组成，在分子链上还像念珠一样分布着叫作核苷酸的化学结构。核苷酸“念珠”有四种变体：腺嘌呤（adenine，缩写为A）、鸟嘌呤（guanine，缩写为G）、胞嘧啶（cytosine，缩写为C）和胸腺嘧啶（thymine，缩写为T）。
>> 生命的第一个谜题是在每个活细胞内生化反应的极度复杂性。
>> 生命的另一个谜题是死亡。
>> 玻尔认为，电子并不能自由地占据原子核外的任意轨道，而是只能占据某些固定的或量子化的轨道。电子只能从一个轨道跃迁到下一个较低的轨道，并释放与两个轨道的能级差完全相同的一团电磁能（一个光子），也就是量子。相应地，如果电子跃迁到一个更高的轨道上，就需要吸收一个具有相应能级差的光子的能量。
>> 量子力学的基本性质之一，那就是频率与能量紧密相关。
>> 海森堡相信，如果不去测量，我们完全不可能画出电子的肖像，而薛定谔则更喜欢将没有被观测的电子想象成一个真实的物质波，只不过我们一观测，就会“塌缩”为一个离散的粒子。
>> 量子波动方程覆盖整个空间，这意味着在描述电子时，我们所能做的极限就是算出一个数集来描述电子同时存在于空间中各点的概率，而不是在一个单一的位置找到电子。
>> 量子概率并不意味着我们的知识存在缺陷，我们也无法通过获得更多的信息来弥补这一“缺陷”，因为量子概率本身就是自然界在微观层面的根本性质之一。
>> 热力学的原理正是如此：大量分子的平均行为是可预测的，而单一分子的行为却不可预测。
>> “生命有机体似乎是一个宏观系统，该系统的一部分倾向于某种行为……所有的系统在当温度趋近绝对零度且分子的无序状态消除时，都将趋向于这种行为。”
>> 随机分子运动会干扰精心排列的量子系统，这种现象被称为“退相干”（decoherence）。正是这种现象快速地抵消掉了宏观非生命物体奇特的量子效应。
◆ 02 酶是生命的引擎
>> 酶是生命的引擎。所有的生命都依赖酶。我们体内的每一个细胞中都填充着数百甚至数千个这样的分子机器，无时无刻不在“帮助”细胞组装和回收利用生物分子，使之持续不停地运转下去。这个过程，就是我们所说的“活着”
◆ 生死攸关的酶
>> 几千年前，我们的祖先可以通过添加酵母使谷子变成啤酒、葡萄汁变成红酒，而酵母本质上就是一包以细菌为包装的酶
>> 几百个这样扭曲的氨基酸分子会串在一起形成蛋白质，就像一串颗颗形状各异的念珠。每个念珠通过“肽键”与下一颗念珠连接，肽键连接了一个氨基酸中的碳原子与下一个氨基酸中的氮原子。
>> 肽键可是让霸王龙体内的胶原蛋白纤维紧密结合6 800万年！胶原蛋白是一种特别稳固的蛋白质，这对于其作为内部纽带维持生命组织形状与结构的角色至关重要。
>> 凝乳酶在小牛犊体内的本来作用是使牛犊摄入的牛奶凝结，以便牛奶能在其消化道留存更久，从而为吸收留下更长的时间。
>> 胶原蛋白是一串氨基酸，每一个氨基酸通过碳原子与氮原子间的肽键（在图2-3中以C与N之间的粗线表示）与下一个氨基酸相连。肽键仅仅是分子内能将原子结为一体的几种化学键之一。它的本质是一对由碳氮原子共享的电子。这对由碳氮原子共享的带有负电荷的电子会吸引肽键两端带有正电的原子核，因此，就像一种电力粘胶一样将肽键两端的原子结合在一起。这类化学键也被称为共价键。
>> 肽键很稳定，因为通过迫使共用电子对分离使肽键断裂需要很高的“活化能”
>> 胶原蛋白之类的蛋白质由氨基酸链组成，而氨基酸链又由碳（C）、氮（N）、氧（O）、氢（H）等原子组成，并通过肽键连接（见a）。图中的肽键用粗线表示。肽键可以被一个水分子（H 2O）水化，从而使肽键断裂（见c）。但在断裂之前必须要先经过不稳定的过渡态，此状态至少包括两种可以互相转化的不同结构（见b）。
>> 实际上，在非酸非碱的中性溶液中，要让一个蛋白质分子中一半的肽键断裂所需的时间，也就是该反应的半衰期，要超过500年。
>> 酶通过使过渡态更加稳定来加速像肽键断裂之类的化学过程，从而提高形成最终产物的概率。
>> 酶在干什么？答案很显然：酶在分子内或分子间操控着单个的原子、质子和电子。
>> 氧化反应的本质是电子由供体分子到受体分子的移动。以煤的燃烧为例，来自碳原子的高能电子转移向氧原子，形成低能的化学键，从而产生了二氧化碳。剩余的能量以炭火热量的形式释放。
>> 如我们所见，对地球上的生命来说，量子隧穿效应可谓生死攸关，因为在太阳内部氢核聚变生成氦的反应中，它让一对对带正电的氢原子核得以融合，从而使太阳释放出巨大的能量。
>> 然而，直到最近，人们还认为量子隧穿效应并不存在于任何生命过程中。
>> 粒子越轻，隧穿便越容易，这是量子力学的特性之一。
>> 除了促进电子转移，胶原蛋白酶的关键活动还包括移动质子以促使胶原蛋白断裂（见图2-4）。之前已经提过，这类反应是酶操纵粒子最常见的手段。
>> 质子数相同而中子数不同的同一元素的不同核素互为同位素。
>> 最常见的氢的同位素是最轻的一种，由一个质子和一个电子构成，称为氕（H）。氕是氢元素最广泛的存在形式。但是，氢元素还有其他两种更重也更稀有的同位素：氘（D）和氚（T）。氘核中有一个质子、一个中子，氚核中有一个质子、两个中子。元素的化学性质主要由其核外电子数决定。
>> 动态同位素效应测量的是某种元素轻重不同的同位素在某化学反应中不同的敏感度，其定义为较重同位素的反应率与较轻同位素的反应率的比值。
>> 增加质量让粒子的行为更像粒子而更不像“波”，同时更难穿透能量壁垒。
>> 酶参与了每一个活着或死去的细胞中的每一个生物分子的合成与分解。与其他生命要素一样，酶之于生命，生死攸关。有的酶，或者说可能所有的酶，其工作原理是使处于空间中某一点的粒子去物质化，然后几乎同时在空间中的另一点重新物质化。这一发现为我们探寻生命之谜提供了全新的视角。
>> 酶可以精确操纵基本粒子的运动，并能借此深入到量子世界中利用其奇异的法则。这一切共同铸就了酶非凡的催化能力。
◆ 双缝实验，切中量子力学的内涵
>> 构成树的主要元素是碳，这些碳元素从何而来呢？答案是空气，树中的碳元素来自空气中的二氧化碳。古人看见树木拔地而起，就理所当然地认为构成树的物质来自于土壤。但是这个问题真正的答案是……树来自于空气……来自于二氧化碳，是树木吸收了二氧化碳并且转化了它，留下了碳，排出了氧。如今我们知道二氧化碳中的氧原子和碳原子结合得非常紧密……那么为什么树木可以将两者不费吹灰之力地分离？……阳光，氧原子在阳光的照射下与碳原子分离……留下的碳元素，加上水，就有了一棵参天大树！——理查德·费曼
>> 量子计算机的计算能力和效率比当今绝大多数计算机要高得多（原因在于传统计算机的运算依赖每个比特0或者1的电子逻辑，而量子计算机则可以同时处理0和1两个逻辑，这种并行运算允许量子计算机一次性进行所有可能的运算）。
>> 波峰与波峰或者波谷与波谷相遇，波峰与波峰叠加成更高的波峰，而波谷与波谷则融合为更低的波谷，这就是相长干涉。波与波的融合形成了强度更高的光波，在光屏上表现为明亮的光带。
>> 两条缝隙的光以相反的相位相遇，波峰与波谷相互抵消，在光屏上表现为黑色的暗带，也就是相消干涉。
>> 光屏其余点上相遇的两道波介于完全的“同相”（in phase）和“反相”（out of phase）之间，所以第二块光屏上出现的并非边界清晰的明暗条带，而是由明到暗的平滑渐变，以最高亮度和最低亮度作为间隔的标志，这就是我们所说的干涉条纹。
>> 双缝实验的一个关键要素是必须使用单色光（也就是单一波长的光）。
>> 我们必须借助波粒二象性来理解它们的行为：如果我们不清楚它们会从哪条缝隙中穿过，它们的运动将符合波的性质，而当我们对它们的运动进行观察，它们的运动则符合粒子的性质。
>> 量子力学对双缝实验的解释是，在一个给定的时间点，每一个原子在空间内所在的位置都必须由一系列概率来描述。
>> 当我们采取任何针对原子位置信息的检测手段时，原子的波函数塌缩为一个唯一的可能性。
>> 物体的体积越大，复杂程度越高，它们的波动性就越弱。
>> 每一个经典的宏观物体内都会发生退相干——虽然构成宏观物体的原子和分子都具有量子性质，但是这些粒子时刻发生的热振动以及周围其他粒子的撞击，使它们失去了相干性和波动性。
>> 如果我们把几块石头投入一个平静的池塘，要看清它们涟漪之间的交叠应该不算太难。但是如果把这些石头投进尼亚加拉大瀑布，它们激起的任何干涉波纹都将瞬间被瀑布混乱的波涛掩盖。量子系统周围喧嚣混乱的粒子运动正如同波涛汹涌的尼亚加拉大瀑布，瞬间就能抹除粒子的相干性。
>> 各种量子力学现象，比如波动性现象，同时具有多种状态的叠加态、精心排列的量子系统等被称为“量子相干性”；相对的，相干性丧失，量子现象变为经典现象的物理过程则被称为“退相干”。
>> 二磷酸核酮糖羧化酶（RuBisCO），它很可能是地球上含量最高的蛋白质，因为它的任务无比艰巨：合成世界上几乎所有的有机质。这种酶把从二氧化碳里获得的碳原子连接到一种名为二磷酸核酮糖（ribulose-1，5-bisphosphate）的五碳糖上而得到六碳糖。
>> 动物和植物都需要碳，植物可以利用空气中的碳，而动物则需要从有机物中获得，比如通过摄食植物。动物和植物也都需要电子来合成生物化学分子：动物通过“燃烧”有机质以获得电子，而植物则利用光“燃烧”水来获得电子。此外，两者都需要能量：动物通过高能电子在呼吸链中传递释放的势能获取能量；而植物则从太阳释放的光子中捕获能量。
◆ 异常灵敏的嗅觉
>> 视觉或听觉通过来自物体的电磁波或声波间接获取信息
>> 味觉和嗅觉则与之不同，它们通过直接接触物体（分子）接收信息，截获“来自物质实在”的信号。
>> 鼻子本身并不能闻到气味，只能把空气输送至鼻腔后部的嗅觉上皮（见图4-1）。人的嗅觉上皮大约只有3平方厘米
>> 布满了分泌黏液的腺体和数百万嗅觉神经元。嗅觉神经元之于嗅觉，就像视杆细胞与视锥细胞之于视觉。
>> 鼻腔中的上皮组织，而那里排列着约1 000万嗅觉神经元。
>> 整个过程的关键步骤是嗅觉神经元捕获气味分子。
>> 嗅觉表位理论提出，嗅觉受体识别的是这些亚结构的形状，而非整个分子。
>> 图林提出了新的分子机制，尽管只是猜测性的解释，但也言之有理。该机制指出，生物分子能够通过电子的量子隧穿来探测化学键的振动。
>> 含硫氢基团的化合物通常有强烈的臭鸡蛋味儿，而且它们都含有一条硫氢键，振动频率约为76太赫兹（每秒76万亿次振动）。图林用自己的理论明确预测：任何其他分子，无论形态如何，若含有以76太赫兹的频率振动的化学键，应该也会有臭鸡蛋的气味。
>> 图林检索了大量光谱学文献，只为发现一种具有相同振动频率的分子。功夫不负有心人，他终于发现，硼烷类化合物中的硼氢键，其振动频率中值约为78太赫兹，与硫氢键76太赫兹的振动频率非常接近。
>> 后来证明，硼烷类化合物是目前已知唯一不含硫却和硫化氢一样有臭鸡蛋味儿的分子——比如癸硼烷，仅由硼原子和氢原子构成，分子式为B 10H 14。
◆ 帝王蝶的迁徙之谜
>> 与许多其他迁徙动物一样，蝴蝶利用多种感官进行导航，例如视觉、嗅觉以及太阳罗盘。动物和植物体内的生化过程具有接近24小时的生物节律，这种与白天黑夜循环相对应的节律被称为生物钟。蝴蝶在白天的迁徙中可以根据生物钟并参照太阳的位置来修正前进的方向。
>> 帝王蝶的太阳罗盘通过比较太阳高度和一天中的时间——两者反映了帝王蝶所处的维度和经度——来辨别方向。
>> 昆虫的触角包含的感官本来就多得惊人，触角具有嗅觉和听觉，能够感受气压甚至重力。
>> 作为鸟类王牌领航员的信鸽体内检测到了磁石晶体，它们位于信鸽上喙中的神经元内，
>> 由于电子处于量子世界，所以在没有被观察的时候，电子可以同时朝这两个方向自旋。我们称电子这种自旋状态为自旋向上和自旋向下的叠加态。
>> 1998年，科学家在果蝇的眼睛里发现了隐花色素，这种物质最终被证实与光诱导的生物节律有关。重点在于，隐花色素是一类在光的激发下能够产生自由基的蛋白分子。这一点被舒尔滕和合作者牢牢抓住，他们认为隐花色素就是鸟类化学指南针的光受体分子。
>> 磁感应产生的第一步是，位于隐花色素分子中心的光敏色素分子（FAD）首先吸收一个蓝光光子。
>> 它在吸收光子的能量后激发自身分子内某个原子的电子，电子激发留下一个空的轨道。空出的电子轨道会接收来自FAD分子内某个色氨酸残基纠缠态电子对的其中一个电子。
>> 分离电子对中的两个电子依旧保持纠缠态，而它们所组成的电子对则同时具有自旋单态和自旋三重态。自旋叠加态的电子对正是克劳斯·舒尔滕研究中对磁场极度敏感的化学反应体系。
◆ 06 量子基因
>> DNA复制的错误率往往小于十亿分之一，极高的复制精度，得以让生命一代一代传下去。
◆ 遗失的世界
>> 配对DNA双链间的弱结合顺理成章地为基因复制提供了一种机理：双链解旋分开成为两条单链，每一条单链可以作为模板，分别在自身的基础上形成互补的新链，使最初的一条双链变为两条，完成复制。
>> 这正是细胞分裂时基因复制的过程。
◆ 意识是什么
>> 我们假设，思维是对大脑中复杂信息的整合，以塑造对我们有意义的概念，
>> 感官信息的整合形成了有意义的概念，而概念的整合则产生了意识。意识驱动大脑进行思维活动，思维活动继而驱使身体发生物理运动。
>> 我们描述的完全是一种机械的因果关联：感官信息的输入决定运动信息的输出，其中某些信息还要经过大脑内的记忆中心。
>> 大多数神经生物学家都青睐于一元论：他们认为心智与肉体实际上是同一种东西。比如，神经科学家马塞尔·金斯波兰尼（Macel Kinsbourne）认为，“意识是一种具有交互式功能的特殊神经电路”。
>> 量子计算机的运算能力以指数级的方式随着量子位数目的增加而增长。
>> 即使与环境发生极其微弱的相互作用，量子位之间的相干性也会受到严重影响：量子位之间的量子连接被切断、纠缠态丧失，量子位的运动变为传统的比特位。
>> 哥德尔的第一不完全性定理指出，在每一个逻辑体系中，比如自然语言和数学中，都存在该逻辑体系自身无法证明真伪的命题。
>> 下面要说的这一点很重要：哥德尔的定理并不意味某些命题无法被证明，而是强调能够证明这些命题的逻辑存在于产生它们的逻辑体系之外。
>> 彭罗斯与亚利桑那大学的麻醉学与心理学教授斯图尔特·哈梅罗夫（Stuart Hameroff）[插图]合作，两人宣称神经元里一种叫微管（microtubules）的结构相当于量子计算机的量子位。
>> 微管是由微管蛋白组成的链状结构。哈梅罗夫和彭罗斯提出这种微管蛋白——组成微管的蛋白珠——至少可以在伸展和收缩这两种形状之间进行转换。最重要的是作为量子物体，微管蛋白可以同时具有伸张或者收缩的状态，这一点让它类似于量子位。
>> 最新的研究暗示，量子力学可能的确参与了意识的过程。
>> 神经元细胞膜上的离子通道，是大脑中存在量子力学现象的可能位置。
>> 离子通道只有大约10-9米（大约1.2纳米）长，而宽度不到长度的一半，所以离子只能一个一个通过。尽管如此，离子穿过通道的速度非常快，达到了大约每秒1亿个。除了速度快之外，离子通道还具有选择性
>> ，钾离子通道中每穿过1万个钾离子，才有可能错漏过一个钠离子。
>> 高效的离子转运速度以及超凡的离子选择能力，让离子通道成为动作电位快速传播的保证，动作电位快速传播得以在大脑形成我们迅捷的思维。
>> 2012年，萨尔茨堡大学的神经科学家古斯塔夫·波洛伊德（Gustav Bernroider）与维也纳科技大学原子研究所的约翰·萨姆哈默（Johann Summhammer）合作完成一个量子力学模拟实验
>> 研究团队最后总结认为，量子相干性在神经离子通道传导离子的过程中“不可或缺”，换句话说，量子相干性是思维的必要条件。
◆ 08 生命的起源
>> 弗雷德·霍伊尔说过，随机化学过程创造出生命的概率，就像龙卷风吹过垃圾场，然后纯属意外地造出了一架大型客机。他的话生动形象地说明，我们今天所知的细胞生命体太过复杂有序，不可能起源于纯粹的偶然，在此之前一定有更简单的自复制体。量子相干性一定在生命起源中扮演了重要角色。
◆ 米勒-尤里实验
>> 通常认为，宇宙的起源、生命的起源和意识的起源是科学中的三大谜题。
>> 量子力学与第一个问题紧密相关，我们也已经讨论过它与第三个问题之间可能存在的联系。我们很快会发现，量子力学对解释第二个问题可能也会有帮助。
>> “奥巴林-霍尔丹假说”（Oparin-Haldane hypothesis）。他们两人都认为，在早期的地球上，大气中富含氢气、甲烷和水蒸气，这些物质在暴露于闪电、太阳辐射或火山引起的高热后，会结合形成简单有机物的混合物。他们提出，这些有机物随后会在原始海洋中积累，形成温热、稀释的有机浆汤。这些有机物在汤中冲刷了几百万年，或许还曾流经伊苏的泥火山，最终在各种机缘巧合下形成一种新的分子。该分子具有一种非凡的性质：进行自我复制的能力。
>> 霍尔丹和奥巴林提出，就我们目前所知，原始复制体（primordial replicator）的出现是生命起源的关键事件。
>> 为了再现早期地球上生命初生时的条件，米勒在模拟原始大气时，只是简单地加了一瓶水来模拟原始海洋，并在装置中加入了一些可能出现在原始大气中的气体：甲烷、氢气、氨气和水蒸气。随后，他又通过周期性地释放电火花来模拟电闪雷鸣。在电击“原始大气”仅仅一周之后，米勒就在装置瓶中发现了数量显著的氨基酸——蛋白质的基本构成单位。
>> 基因不仅可以通过DNA进行编码，还可以通过RNA进行编码。
>> 原始的化学合成过程制造出了同时具有基因和酶的功能的RNA分子，最初的复制过程产生出许多变异体，这些不同的变异体互相竞争，在分子层面展开优胜劣汰。随着时间的推移，这些RNA复制体上添加了蛋白质来提供复制的效率，并由此产生了DNA和第一个活细胞。
>> 在DNA和细胞出现以前，世界属于自复制RNA分子——这个想法几乎已经成为研究生命起源的基本信条。
>> RNA分子由三个部分组成：编码遗传信息的RNA碱基（与编码DNA遗传信息的DNA碱基类似）、一个磷酸基团和一个叫作核糖的单糖。
◆ 量子生物学的新发现
>> 物理学的世界可以被分为三个层次（见图C-1）。表面的第一层是宏观世界，这个世界里的日常物体，比如足球、火车和植物等，它们的行为遵循牛顿运动力学法则，我们可以用速度、加速度、动量和力等熟悉的概念来描述它们。在此之下，是描述液体、气体行为的热力学世界。在这一层里牛顿的经典法则依旧适用，但是我们在第1章里说过，薛定谔指出，这种适用性是基于对万亿个各自进行无序运动粒子的统计学处理，是“来自无序的有序”。热力学法则旨在描述类似气体受热如何膨胀、蒸汽如何做功驱动火车这样的现象。最深的第三层，也就是物理学的基石：量子世界。在这个维度里，原子、分子以及组成它们的所有成分粒子都遵循精确而有序的量子规则，经典力学的影响已经鞭长莫及。
>> 我们已经看到生命现象里有诸多的例外：生命的根须穿透牛顿力学的土壤，贯穿浑浊的热力学地下河，深深植根于量子力学的地底岩层内。宏观的生物体内仍然存在量子相干性、叠加态、隧穿和纠缠态现象。
>> 科学家对量子力学如何参与生命过程依然疑惑重重，其中最主要的困惑是，生物体如何能够在温暖、潮湿的细胞内保持粒子的相干性。
>> 光合作用的第一步始于叶绿素分子捕获光子并将其能量保留在震荡的激子中，光子的能量以激子的形式横扫过整片的叶绿素之林，最终到达反应中心。
>> 光合作用反应中心里有两种特殊的分子噪音，它们不仅不会破坏相干性，反而有助于维持反应粒子的相干性。
>> 第一种噪音的强度相对较弱，某些地方把它称为“白噪音”（white noise）
>> 白噪音是周围环境中粒子热力学振动的结果，在活细胞里，这些“环境中的粒子”包括了水分子和金属离子等。而第二种噪音有时被称为“有色噪音”（coloured noise），这种噪音更“响”而且仅限于特定范围的波段，就像彩色（可见）光只代表整个电磁波谱上极其狭窄的一段频率范围。
>> 在光合作用复合体中，活细胞内嘈杂的分子环境可能在其他生物系统中也同样有助于量子运动以及相干性维持，而不是破坏量子相干性。
>> 自然选择倾向于将量子系统具有的相干性调整到“正好”能获得最大效率的水平。
>> 卡诺循环解释了热机如何在冷却过程中利用释放的一部分热量做有用功的原理。具体地说，蒸汽机把水蒸气从锅炉转移到冷凝器，在冷凝器内水蒸气放热，蒸汽机将水蒸气放热过程中释放的一部分热能转化，用作水蒸气推动气缸活塞运动的机械能，活塞运动推动火车头的车轮转动。冷凝的水被送回锅炉，准备再次被加热成为水蒸气，执行新一轮的卡诺循环。
>> 量子热机的主要问题是，跃迁电子具有的能量会以热能的形式迅速耗散，严重限制了这种量子热机的能量转化效率。
>> 当碳在空气中燃烧时，碳原子外层轨道的电子成为它与氧气中的氧原子共用的电子对，共用电子对也就是二氧化碳中的碳氧键。由于碳的外层电子结合相对来说非常疏松，所以在燃烧反应中，这些电子容易被其他原子共享。然而在植物和微生物光合作用的反应中心，激子的能量被用于将水分子中的电子剥脱出来，要知道水分子中电子结合的牢固程度远远超过了碳原子的外层电子。一般来说，在反应中心，一对水分子会被分解为一个氧分子、四个带正电的氢离子和四个电子。也就是说，水分子在反应中失去了电子，因此，反应中心是我们在自然界已知的、唯一一个能够“氧化”水的地方。
>> 分子噪音与量子相干性之间微妙的协作，减少了量子热机的热能耗散，让它的能量效率可以超越卡诺极限。
>> 酶是生命的引擎，这个星球上每一个活细胞中的每一个分子都是由酶催化合成的。有益的震荡可能对维持我们的生命至关重要。
>> 正如20世纪30年代帕斯夸尔·约尔旦预测的，生命的动力学系统经过了精巧的设置与平衡，量子水平的变化能够对宏观世界的事件造成影响。量子范畴内发生的变化引起宏观世界的效应是生命独有的特征，正是生命宏观现象对量子世界的敏感性，让诸如隧穿、相干性和纠缠态等量子现象造就了宏观的我们。
>> 生命就像一艘船，狭窄的龙骨植根于量子岩层，因此它可以利用量子现象，比如量子隧穿或者量子纠缠维持自身的存在。在这种情况下，热力学风暴（也就是分子噪音）有助于活细胞维持与量子世界的联系，而不是破坏它的量子相干性。图C-2 生命航行在经典与量子世界交界的边缘上
>> 生命就像一台复杂的分子机器。生命有序性的自我维持需要依靠酶、色素、DNA、RNA和其他生化分子的协同合作，而这些生化分子的性质则多数建立在诸如隧穿、相干性和纠缠态等量子现象上。
>> 死亡可能意味着生命丧失了有序的量子力学性质，生命之舟在海上徒劳地抵抗着热力学的风暴。图C-3 生命的死亡
>> 没有了这种联系，量子相干性、纠缠态、隧穿以及叠加态都无法再对细胞的宏观行为施加影响，与量子世界失联的细胞将沉入热力学海洋动荡的洋流里，最终变成彻头彻尾的经典物体。
>> 我们的身体可以通过不断地更新、替换和修复损伤或破旧的组织维持自我稳定。我们一生都可以维持身体的自我可持续性。
