德国与以色列科学家联手探索量子自旋效应在能量传递中的关键作用

量子物理现象在生物界的能量吸收与转换过程中扮演着至关重要的角色。为了深入揭示这些微观机制，来自明斯特大学（University of Münster）、乌尔姆大学（Ulm University）以及耶路撒冷希伯来大学（Hebrew University of Jerusalem）的跨学科专家团队正通力合作。该研究项目名为“能量生物过程核心的量子自旋效应”，旨在探究量子效应如何精准调节生物系统内的电子运动。这项前沿研究已获得大众汽车基金会（Volkswagen Foundation）“NEXT — 量子生物学”计划的鼎力支持，资助总额超过200万欧元。

马丁·普莱尼奥（Martin Plenio）教授指出，诸如光合作用等基础生物过程的运行速度极快，仅凭经典物理学的定律已无法给出合理解释。这支跨学科研究小组致力于确定量子物理在优化和加速这些生命必需过程中的具体作用。研究的核心聚焦于电子自旋——这是电子的一种内在角动量，能够产生磁矩，进而显著影响电子在生物组织中的移动速率。

磁相互作用的强度在很大程度上取决于生物分子的空间结构，特别是其手性（Chirality）特征。手性分子在电子传输中充当了“自旋过滤器”的角色，使得具有不同自旋方向的电子在通过时面临不同的阻力，这一现象被称为“手性诱导自旋选择性”（CISS）效应。CISS效应在分子的手性对称性与电子自旋之间建立了直接联系，这对于理解生命界普遍存在的同手性现象具有深远的科学意义。

此前关于CISS效应的研究已证明其在自旋电子学及生物自旋选择过程中的应用潜力。耶路撒冷希伯来大学的科学家们进一步发现，在手性介质中，电子自旋会通过激发手性声子来影响质子传递。这种机制有效加速了质子的运动，而质子运动正是细胞生物能量学的核心环节。这一重大发现标志着质子传递研究已从纯粹的化学范畴跨越到了量子过程的崭新领域。