Nature重磅：量子生物学重大突破

来源一直奇怪2026 年 3 月 18 日斯坦福大学的研究人员在国际顶尖学术期刊 Nature 上发表了题为Magnetic resonance control of spin-correlated radical pair dynamics in vivo 的研究论文。该研究首次在活体多细胞动物中利用磁共振技术精准调控自旋相关自由基对SCRP的动力学过程成功架起量子物理学与生物学之间的桥梁为生物分子过程的远程、非侵入式操控开辟了全新路径。长期以来科学家们一直好奇微弱磁场如何影响生命系统候鸟迁徙时如何借助地球磁场导航数千公里这些自然现象背后始终隐藏着量子力学的神秘密码。自旋相关自由基对SCRP作为一类特殊的分子实体由两个带有未配对电子的自由基组成其电子自旋状态存在量子相干叠加特性使得这类自由基对的反应路径对外部磁场具有极高的敏感性。此前磁场对SCRP的调控研究仅局限于体外实验或分离生物分子层面如何在复杂的活体多细胞生物体内构建工程化的量子敏感系统并实现精准调控一直是困扰该领域科学家的核心难题。本次研究由斯坦福大学多学科团队合作完成研究人员来自物理系、化学系、电气工程系、生物系、结构生物学系等多个领域还联合了SLAC国家加速器实验室及Calico生命科学公司的科研人员形成了跨学科的研究合力。研究团队以秀丽隐杆线虫为实验模型通过基因工程手段构建了一套基于红色荧光蛋白RFP与黄素辅因子的工程化系统成功实现了活体动物内SCRP动力学的磁共振调控。实验设计的核心的是构建具有磁场响应特性的生物传感器。研究团队选择红色荧光蛋白尤其是mScarlet型号作为报告分子这类蛋白是生物学研究中常用的“明星工具”其发光强度可直接反映分子反应的动态变化同时选用细胞内天然存在的黄素辅因子作为配对分子黄素的未配对电子可与红色荧光蛋白中的特定氨基酸残基形成自旋相关自由基对。当受到光照激发时这两种分子会形成量子纠缠的“自由基对双胞胎”其自旋状态的变化会直接影响红色荧光蛋白的发光效率为研究人员提供了可视化的观测指标。利用射频磁场对荧光蛋白:黄素系统中红色荧光蛋白的荧光进行调控为了实现对活体动物内SCRP的精准调控研究团队设计了一套精密的磁共振实验装置。该装置由两组亥姆霍兹线圈和一个环形谐振器组成前者用于产生稳定的静态磁场后者则产生频率约450 MHz的射频磁场两者协同作用构成了一套可精准调控的量子“遥控器”。研究人员通过宽场荧光成像技术实时监测秀丽隐杆线虫体内红色荧光蛋白的发光强度变化以此追踪SCRP的量子状态和化学反应产率。实验结果取得了令人振奋的突破当施加合适强度的静态磁场时线虫体内红色荧光蛋白的发光强度下降了约6%而当在静态磁场基础上叠加特定频率的射频磁场时发光强度又会显著回升且这种变化精准发生在电子自旋共振频率附近完全符合量子理论预测。更重要的是研究人员检测到这些自由基对的量子相干时间超过4纳秒——在室温、潮湿且复杂的生物体内量子相干现象曾被认为过于脆弱而无法持续这一发现彻底打破了传统认知证明了量子效应在活体生物系统中不仅可以存在还能被精准控制和利用。研究中还发现了一个具有重要意义的现象磁场对SCRP的调控效果在不同组织中存在差异其中在肠道组织中观察到的效应最强而在神经元组织中相对较弱。这一差异可能与不同组织中黄素辅因子的浓度不同有关也反映了不同组织微环境的氧化还原状态对量子过程的影响为未来实现组织特异性的量子调控提供了重要线索。该研究不仅验证了量子效应在复杂生物体内的可操控性更搭建起量子技术与生命系统之间的桥梁为后续开发变革性的生物医学技术提供了全新思路。阅读最新前沿科技趋势报告请访问21世纪关键技术研究院的“未来知识库”未来知识库是“21世纪关键技术研究院”建立的在线知识库平台收藏的资料范围包括人工智能、脑科学、互联网、超级智能数智大脑、能源、军事、经济、人类风险等等领域的前沿进展与未来趋势。目前拥有超过8000篇重要资料。每周更新不少于100篇世界范围最新研究资料。欢迎扫描二维码或访问https://wx.zsxq.com/group/454854145828进入。截止到2月28日 ”未来知识库”精选的百部前沿科技趋势报告加入未来知识库全部资料免费阅读和下载牛津未来研究院 《将人工智能安全视为全球公共产品的影响、挑战与研究重点》麦肯锡超级智能机构赋能人们释放人工智能的全部潜力AAAI 2025 关于人工智能研究未来研究报告斯坦福2025 斯坦福新兴技术评论十项关键技术及其政策影响分析报告191 页壳牌2025 能源安全远景报告能源与人工智能57 页盖洛普 牛津幸福研究中心2025 年世界幸福报告260 页Schwab 2025 未来共生以集体社会创新破解重大社会挑战研究报告36 页IMD2024 年全球数字竞争力排名报告跨越数字鸿沟人才培养与数字法治是关键214 页DS 系列专题DeepSeek 技术溯源及前沿探索50 页 ppt联合国人居署2024 全球城市负责任人工智能评估报告利用 AI 构建以人为本的智慧城市86 页TechUK2025 全球复杂多变背景下的英国科技产业战略韧性与增长路径研究报告52 页NAVEX Global2024 年十大风险与合规趋势报告42 页《具身物理交互在机器人 - 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