16:10
TEDGlobalLondon

Jim Al-Khalili: How quantum biology might explain life’s biggest questions

ジム・アルカリリ: 量子生物学は生命の最大の謎を解明するか?

Filmed:

コマドリはどうやって南方へと渡っていくのでしょうか?その答えはあなたの想像以上に奇妙かもしれません。量子力学が関わっているのです。ジム・アルカリリはとても新しくかつ奇妙な分野である量子生物学に関する話をまとめました。アインシュタインが「不気味な遠隔作用」と呼んだ量子力学的作用が渡り鳥の飛行を助けたり、様々な量子効果が生物の起源そのものについても説明し得るのではないかと語ります。

- Quantum physicist
Physicist Jim Al-Khalili and co-author Johnjoe McFadden, a biologist, explore the far edges of quantum biology in their book "Life on the Edge." Full bio

I'd like to introduce you
to an emerging area of science,
最近注目されるようになってきた
科学の一分野を紹介したいと思います
00:13
one that is still speculative
but hugely exciting,
それはとても興味深い分野です
まだ確立はしていないものの
00:17
and certainly one
that's growing very rapidly.
この分野は確実にそして
急速に進歩しています
00:21
Quantum biology
asks a very simple question:
量子生物学の問いかけは
とてもシンプルです
00:25
Does quantum mechanics --
量子力学は ―
00:29
that weird and wonderful
and powerful theory
奇妙ながら素晴らしく
かつ強力な理論であり
00:30
of the subatomic world
of atoms and molecules
原子や分子を構成する
亜原子の世界を記述し
00:34
that underpins so much
of modern physics and chemistry --
現代物理学や化学の
土台となっていますが ―
00:36
also play a role inside the living cell?
この理論が生物の細胞においても
重要な働きがあるのか という問いです
00:40
In other words: Are there processes,
mechanisms, phenomena
別の言葉でいえば
量子力学によってのみ説明し得るような
00:43
in living organisms
that can only be explained
生物におけるプロセス、機構
現象といったものが
00:47
with a helping hand
from quantum mechanics?
あるのだろうか という問いかけです
00:51
Now, quantum biology isn't new;
さて 量子生物学は
新しい学問ではありません
00:55
it's been around since the early 1930s.
1930年代の前半頃に登場しました
00:57
But it's only in the last decade or so
that careful experiments --
しかし ここ十年程になって
生化学の実験室において
00:59
in biochemistry labs,
using spectroscopy --
分光学的な手法によって
精密な実験が行われ
01:03
have shown very clear, firm evidence
that there are certain specific mechanisms
量子力学によってのみ説明可能な
生体におけるある種の仕組みがあるという
01:07
that require quantum mechanics
to explain them.
とても明確で確固たる証拠が得られました
01:14
Quantum biology brings together
quantum physicists, biochemists,
量子生物学の分野においては
量子物理学者、生化学者
01:17
molecular biologists --
it's a very interdisciplinary field.
分子生物学者が
密に協力して研究が進められています
01:21
I come from quantum physics,
so I'm a nuclear physicist.
私は量子力学者
つまり核物理学を専門としています
01:24
I've spent more than three decades
30年以上の間
01:28
trying to get my head
around quantum mechanics.
量子力学について
思考を巡らせてきました
01:30
One of the founders
of quantum mechanics, Niels Bohr,
量子力学の創始者の一人
ニールス・ボーアは言っています
01:33
said, If you're not astonished by it,
then you haven't understood it.
「驚きを感じないようであれば
この理論は理解できていない」 と
01:36
So I sort of feel happy
that I'm still astonished by it.
私は今でも驚きを感じていますから
ある意味満足しています
01:40
That's a good thing.
これは良いことです
01:43
But it means I study the very
smallest structures in the universe --
さて私は物体を構成する基本ブロック―
01:44
the building blocks of reality.
宇宙における最小構造を研究しています
01:51
If we think about the scale of size,
そのスケールとはこんな感じです
01:53
start with an everyday object
like the tennis ball,
日常的なテニスボールから始め-
01:57
and just go down orders
of magnitude in size --
何桁も小さなものを見ていきます
02:00
from the eye of a needle down to a cell,
down to a bacterium, down to an enzyme --
針穴、細胞、バクテリア
そして酵素へとさかのぼり
02:03
you eventually reach the nano-world.
やがてナノの世界に辿りつきます
02:08
Now, nanotechnology may be
a term you've heard of.
ナノテクノロジーという言葉を
耳にしたこともあるでしょう
02:09
A nanometer is a billionth of a meter.
ナノメートルとは1メートルの十億分の1です
02:12
My area is the atomic nucleus,
which is the tiny dot inside an atom.
私の専門分野は原子核に関するもので
それは原子の中ではほんの一点に過ぎず
02:16
It's even smaller in scale.
もっと小さなスケールです
02:20
This is the domain of quantum mechanics,
これが量子力学のカバーする領域であり
02:22
and physicists and chemists
have had a long time
物理学者や化学者が理解を深めようと
02:24
to try and get used to it.
努めてきた分野です
02:27
Biologists, on the other hand,
have got off lightly, in my view.
一方 生物学者はこの分野からは
少し距離を置いていたと思います
02:29
They are very happy with their
balls-and-sticks models of molecules.
球と棒からなる分子模型に
十分満足していますから
02:34
(Laughter)
(笑)
02:38
The balls are the atoms, the sticks
are the bonds between the atoms.
球は原子を
棒は原子間の結合を表しています
02:39
And when they can't build them
physically in the lab,
実験室で物理的に
こういうものが作れなくても
02:42
nowadays, they have
very powerful computers
今ではパワフルなコンピューターによって
02:45
that will simulate a huge molecule.
巨大な分子のシミュレーションが可能です
02:47
This is a protein made up
of 100,000 atoms.
これは十万個の原子からなるタンパク質です
02:49
It doesn't really require much in the way
of quantum mechanics to explain it.
これを理解するのに
量子力学はほとんど必要としません
02:54
Quantum mechanics
was developed in the 1920s.
量子力学は1920年代に生まれました
02:59
It is a set of beautiful and powerful
mathematical rules and ideas
一連の美しく かつパワフルな
数学的な規則と概念によって
03:02
that explain the world of the very small.
とても微小な世界を説明します
03:09
And it's a world that's very different
from our everyday world,
何兆もの原子からなるような
日常の世界とは
03:12
made up of trillions of atoms.
かけ離れています
03:15
It's a world built
on probability and chance.
確率と偶然が支配する
03:17
It's a fuzzy world.
ファジーな世界です
03:21
It's a world of phantoms,
まるで幻影を見ているようであり
03:23
where particles can also behave
like spread-out waves.
そこでは粒子は
広がりを持った波としても振舞います
03:24
If we imagine quantum mechanics
or quantum physics, then,
量子力学 もしくは量子物理学が
03:30
as the fundamental
foundation of reality itself,
現実の世界の基本原理と考えるのならば
03:33
then it's not surprising that we say
有機化学にも量子物理学の
03:38
quantum physics underpins
organic chemistry.
影響があると考えても
不思議ではありません
03:40
After all, it gives us
the rules that tell us
つまるところ この理論によって
03:42
how the atoms fit together
to make organic molecules.
原子が一体となり有機分子が形成される
規則が説明されます
03:44
Organic chemistry,
scaled up in complexity,
有機化学は複雑さが増すことによって
03:47
gives us molecular biology,
which of course leads to life itself.
分子生物学となり そしてもちろん
生命そのものにつながります
03:50
So in a way, it's sort of not surprising.
これが想定内だと言える理由です
03:54
It's almost trivial.
そんな説明では不十分です
03:56
You say, "Well, of course life ultimately
must depend of quantum mechanics."
「もちろん とことん遡って行けば
生命の仕組みだって量子力学に依存するはずさ」
03:57
But so does everything else.
そんな理屈では
何ごとにも当てはまってしまいます
04:02
So does all inanimate matter,
made up of trillions of atoms.
無生物は何兆もの原子からなっています
04:04
Ultimately, there's a quantum level
究極的には
奇妙な現象を考えなければならない
04:08
where we have to delve into
this weirdness.
量子のレベルにたどり着くことになります
04:13
But in everyday life,
we can forget about it.
しかし 日常的な世界では
忘れても構いません
04:15
Because once you put together
trillions of atoms,
なぜなら何兆という原子が一緒になると
04:18
that quantum weirdness
just dissolves away.
量子的な奇妙さは
消し飛んでしまうからです
04:21
Quantum biology isn't about this.
でも量子生物学ではどうでしょうか
04:27
Quantum biology isn't this obvious.
量子生物学はこの点について
明らかではありません
04:29
Of course quantum mechanics
underpins life at some molecular level.
もちろん 生命をある分子のレベルで見れば
そこには量子力学の仕組みがあります
04:32
Quantum biology is about looking
for the non-trivial --
量子生物学とは
量子力学特有の
04:37
the counterintuitive ideas
in quantum mechanics --
直観に反するような作用が
露わになっていないか もしくは
04:43
and to see if they do, indeed,
play an important role
生物の各過程を説明する上で
実際に重要な役割を
04:47
in describing the processes of life.
果たしていないかを
探し求める学問です
04:50
Here is my perfect example
of the counterintuitiveness
量子の世界における
直観に反する概念を説明する
04:54
of the quantum world.
好例をお見せします
04:59
This is the quantum skier.
量子スキーヤーがいます
05:01
He seems to be intact,
he seems to be perfectly healthy,
彼は全く正常で
完全に健康であるようです
05:02
and yet, he seems to have gone around
both sides of that tree at the same time.
しかしながら木の両側を
同時に滑り抜けていくように見えます
05:05
Well, if you saw tracks like that
こんなシュプールを見たら
05:09
you'd guess it was some
sort of stunt, of course.
きっと離れ技だと思うでしょう
05:11
But in the quantum world,
this happens all the time.
しかし こんなことが
量子の世界では始終起きています
05:13
Particles can multitask,
they can be in two places at once.
粒子は同時に2か所に存在し
多重に振る舞うことが可能です
05:16
They can do more than one thing
at the same time.
同時に2つ以上のことが
できるのです
05:19
Particles can behave
like spread-out waves.
粒子は広がりのある
波のように振る舞うこともできます
05:22
It's almost like magic.
これはまるで魔法のようです
05:25
Physicists and chemists have had
nearly a century
物理学者や化学者が
この奇妙さを理解しようと
05:27
of trying to get used to this weirdness.
ほぼ1世紀近く 努力してきました
05:30
I don't blame the biologists
生物学者が量子力学を鑑みず
05:33
for not having to or wanting
to learn quantum mechanics.
学ぼうとしなかったことを
非難するつもりはありません
05:34
You see, this weirdness is very delicate;
この奇妙な現象はとても繊細で
05:37
and we physicists work very hard
to maintain it in our labs.
物理学者は 実験室でその状態を保つことに
多大な努力を払ってきました
05:40
We cool our system down
to near absolute zero,
装置を絶対零度近くに冷却し
05:45
we carry out our experiments in vacuums,
真空状態で実験を行い
05:49
we try and isolate it
from any external disturbance.
隔離して 外部からの影響を
受けないように試みます
05:51
That's very different from the warm,
messy, noisy environment of a living cell.
生細胞の中の 暖かく 無秩序で
ノイズの多い環境とはとても異なっています
05:55
Biology itself, if you think of
molecular biology,
生物学 ― 分子生物学について言えば
06:01
seems to have done very well
in describing all the processes of life
化学の言葉 つまり化学的な作用によって
あらゆる生命の仕組みを
06:04
in terms of chemistry --
chemical reactions.
とても上手く説明してきたと言えるでしょう
06:08
And these are reductionist,
deterministic chemical reactions,
それは 還元主義的で 決定論的な
化学反応論でした
06:10
showing that, essentially, life is made
of the same stuff as everything else,
生命も本質的には他の物と
同様な集合体であり
06:15
and if we can forget about quantum
mechanics in the macro world,
巨視的な世界では量子力学的な効果は
無視できるのだとすれば
06:20
then we should be able to forget
about it in biology, as well.
生物学においても無視できるに
違いありません
06:23
Well, one man begged
to differ with this idea.
しかし ここに異を唱えた人物がいます
06:27
Erwin Schrödinger,
of Schrödinger's Cat fame,
その人とは『シュレーディンガーの猫』で有名な
オーストリアの物理学者
06:32
was an Austrian physicist.
エルヴィン・シュレーディンガーです
06:35
He was one of the founders
of quantum mechanics in the 1920s.
彼は1920年代における
量子力学の創始者の一人です
06:36
In 1944, he wrote a book
called "What is Life?"
1944年に『生命とは何か?』
という本を執筆しました
06:40
It was tremendously influential.
とても影響力のある本であり
06:43
It influenced Francis Crick
and James Watson,
DNAの2重らせん構造を発見した
フランシス・クリックや
06:45
the discoverers of the double-helix
structure of DNA.
ジェームズ・ワトソンも
影響を受けました
06:48
To paraphrase a description
in the book, he says:
この本で彼は次の様なことを
述べています
06:51
At the molecular level,
living organisms have a certain order,
「分子のレベルにおいて生物は
06:55
a structure to them that's very different
ある程度の秩序と構造を有している
07:00
from the random thermodynamic jostling
of atoms and molecules
これは同程度の複雑さを持った
無生物における
07:04
in inanimate matter
of the same complexity.
原子や分子の 熱力学的な無秩序で
激しい動きとはとても異なっている」
07:08
In fact, living matter seems to behave
in this order, in a structure,
事実 生物は
無生物が絶対零度近くに冷却され
07:13
just like inanimate matter
cooled down to near absolute zero,
量子力学的効果が
顕著になったときの様に
07:18
where quantum effects
play a very important role.
秩序や構造があるように
振る舞うように見えます
07:22
There's something special
about the structure -- the order --
生細胞には構造 つまり
秩序があるという
07:26
inside a living cell.
特徴があるのです
07:30
So, Schrödinger speculated that maybe
quantum mechanics plays a role in life.
そこで シュレーディンガーは 量子力学が生物に
一定の役割を果たしていると推測したのです
07:32
It's a very speculative,
far-reaching idea,
それは不確かで遠大な構想であり
07:38
and it didn't really go very far.
ほとんど発展を見ませんでした
07:41
But as I mentioned at the start,
しかし 最初にお話したように
07:45
in the last 10 years, there have been
experiments emerging,
ここ十年において
07:47
showing where some of these
certain phenomena in biology
量子力学による説明を必要とするような
いくつもの生物学的な現象が
07:49
do seem to require quantum mechanics.
実験によって明らかになってきました
07:53
I want to share with you
just a few of the exciting ones.
その中でも 特にワクワクするようなものを
ご紹介したいと思います
07:55
This is one of the best-known
phenomena in the quantum world,
量子力学の世界で
良く知られる現象の一つに
08:00
quantum tunneling.
量子トンネル効果があります
08:03
The box on the left shows
the wavelike, spread-out distribution
左側の箱には電子のような粒子があり
08:05
of a quantum entity --
a particle, like an electron,
量子力学的な性質によって
広がりをもった波として振舞っており
08:10
which is not a little ball
bouncing off a wall.
壁で跳ね返される小球とは異なっています
08:12
It's a wave that has a certain probability
of being able to permeate
この波はある一定の確率で
硬い壁を通り抜けることが出来ます
08:16
through a solid wall, like a phantom
leaping through to the other side.
まるで反対側へとすりぬける
幽霊のようです
08:21
You can see a faint smudge of light
in the right-hand box.
右側の箱にちょっとした
光のしみが見えるでしょう
08:24
Quantum tunneling suggests that a particle
can hit an impenetrable barrier,
量子トンネル効果とは
粒子が通り抜け不可能な障害物に当たっても
08:29
and yet somehow, as though by magic,
まるで魔法の様に なぜか
08:34
disappear from one side
and reappear on the other.
一方から消え
反対側に現れることです
08:36
The nicest way of explaining it is
if you want to throw a ball over a wall,
分りやすい例をあげます
壁の反対側へとボールを投げる時
08:39
you have to give it enough energy
to get over the top of the wall.
壁を越え得るような十分なエネルギーを
与えなければなりません
08:43
In the quantum world,
you don't have to throw it over the wall,
しかし量子力学の世界では
壁の上を越えようとしなくてもよく
08:47
you can throw it at the wall,
and there's a certain non-zero probability
ただ壁に向かって投げれば
ゼロではないある確率で
08:50
that it'll disappear on your side,
and reappear on the other.
一方から消え
反対側に現れるのです
08:54
This isn't speculation, by the way.
これは憶測ではありません
08:57
We're happy -- well, "happy"
is not the right word --
我々量子物理学者はハッピーです
いや “ハッピー”はまずいですね
08:59
(Laughter)
(笑)
09:02
we are familiar with this.
我々はこの現象を良く理解しています
09:04
(Laughter)
(笑)
09:06
Quantum tunneling
takes place all the time;
量子トンネル効果は
いつだって起きています
09:08
in fact, it's the reason our Sun shines.
実際 太陽が輝いているのも
そのお陰です
09:11
The particles fuse together,
粒子の核融合反応において
09:14
and the Sun turns hydrogen
into helium through quantum tunneling.
太陽は量子トンネル効果によって
水素原子をヘリウム原子に変えます
09:16
Back in the 70s and 80s, it was discovered
that quantum tunneling also takes place
70年代から80年代にかけて
量子トンネル効果が生細胞で起きていることが
09:21
inside living cells.
発見されています
09:26
Enzymes, those workhorses of life,
the catalysts of chemical reactions --
生命における働き者の酵素 ―
これは化学反応における触媒のことで ―
09:28
enzymes are biomolecules that speed up
chemical reactions in living cells,
生細胞における化学反応の速度を
何ケタも加速させる
09:34
by many, many orders of magnitude.
生体分子です
09:38
And it's always been a mystery
how they do this.
その仕組みは
いつだって謎めいていますが
09:40
Well, it was discovered
あることが発見されました
09:43
that one of the tricks that enzymes
have evolved to make use of,
酵素がその働きを獲得した
1つのトリックは
09:44
is by transferring subatomic particles,
like electrons and indeed protons,
電子や さらに陽子などの亜原子を
量子トンネル効果によって
09:49
from one part of a molecule
to another via quantum tunneling.
ある分子から別の分子へと
移動させることです
09:54
It's efficient, it's fast,
it can disappear --
それは効果的で すばやく
10:00
a proton can disappear from one place,
and reappear on the other.
陽子は一方から消失し
反対側に再び現れます
10:03
Enzymes help this take place.
酵素はこの現象を起こし易くします
10:06
This is research that's been
carried out back in the 80s,
このような研究は80年代に
10:08
particularly by a group
in Berkeley, Judith Klinman.
特にバークレー校のジュディス・クリンマンが
率いるグループによって進められました
10:11
Other groups in the UK
have now also confirmed
英国の別のグループが
酵素のこの現象を
10:15
that enzymes really do this.
再検証しています
10:17
Research carried out by my group --
私のチームも研究を進めていますが ―
10:21
so as I mentioned,
I'm a nuclear physicist,
先ほど申し上げたように
私は核物理学者ですが ―
10:23
but I've realized I've got these tools
of using quantum mechanics
原子核を探求するための
量子力学の手法を
10:26
in atomic nuclei, and so can apply
those tools in other areas as well.
他の分野にも応用できることに
気が付きました
10:29
One question we asked
1つの疑問は
10:35
is whether quantum tunneling
plays a role in mutations in DNA.
DNAの突然変異に量子トンネル効果が
関与しているのかということです
10:37
Again, this is not a new idea;
it goes all the way back to the early 60s.
これも新しいアイデアではなく
60年代前半に遡ります
10:41
The two strands of DNA,
the double-helix structure,
2重らせん構造をもった
2本のDNAが
10:45
are held together by rungs;
it's like a twisted ladder.
横木によって結び付ついています
捩じられた梯子のようです
10:48
And those rungs of the ladder
are hydrogen bonds --
この梯子の横木に当たる部分が
水素結合であり
10:51
protons, that act as the glue
between the two strands.
陽子が2本のひも状のDNAを
結びつける役割を果たしています
10:54
So if you zoom in, what they're doing
is holding these large molecules --
もっと拡大してみてみると
これらは大型の分子ヌクレオチドを
10:58
nucleotides -- together.
結びつけていることが分ります
11:03
Zoom in a bit more.
さらに拡大すると ―
11:06
So, this a computer simulation.
コンピュータによる
シミュレーション画像ですが
11:07
The two white balls
in the middle are protons,
中央にある2つの白いボールが
陽子(水素の原子核)を表しており
11:09
and you can see that
it's a double hydrogen bond.
2対の水素結合がご覧になれます
11:13
One prefers to sit on one side;
the other, on the other side
2つの陽子がそれぞれ
ここでは示されていない
11:15
of the two strands of the vertical lines
going down, which you can't see.
縦に伸びた2つのひもの左右の
何れかに分かれて位置しようとします
11:19
It can happen that
these two protons can hop over.
この2つの陽子が
飛び跳ねることがあります
11:24
Watch the two white balls.
2つの白いボールをご覧下さい
11:27
They can jump over to the other side.
それぞれが反対側に
飛び移ることが可能です
11:29
If the two strands of DNA then separate,
leading to the process of replication,
この時 2本のDNAが分離し
複製が行われると
11:32
and the two protons
are in the wrong positions,
2つの陽子は誤った配置となり
11:37
this can lead to a mutation.
突然変異が起こります
11:41
This has been known for half a century.
これは半世紀前から知られていたことです
11:43
The question is: How likely
are they to do that,
疑問が生じます―
これはどの位の頻度で起こるのか
11:45
and if they do, how do they do it?
そしてその仕組みは?
11:47
Do they jump across,
like the ball going over the wall?
ボールが壁を超えるときのように
ジャンプするのか?
11:49
Or can they quantum-tunnel across,
even if they don't have enough energy?
それとも 量子トンネル効果のように
十分なエネルギーがなくても起こるのか?
11:52
Early indications suggest that
quantum tunneling can play a role here.
初期の研究結果によると
量子トンネル効果が起きているようです
11:57
We still don't know yet
how important it is;
その重要度については
まだ理解が進んでおらず
12:01
this is still an open question.
未解決の問題です
12:03
It's speculative,
推測の域にあります
12:06
but it's one of those questions
that is so important
これは重要な未解決問題の一つであり
12:07
that if quantum mechanics
plays a role in mutations,
量子力学が突然変異に
関わっているとすれば
12:10
surely this must have big implications,
特定のタイプの突然変異を理解する上で
12:12
to understand certain types of mutations,
とても重要な意味を持つことは確実です
12:14
possibly even those that lead
to turning a cell cancerous.
もしかすると 細胞のがん化を
引き起こしているのかもしれません
12:17
Another example of quantum mechanics
in biology is quantum coherence,
量子生物学における別の例は
量子コヒーレンスで
12:22
in one of the most
important processes in biology,
生物学において
もっとも重要な過程の一つです
12:28
photosynthesis: plants
and bacteria taking sunlight,
光合成によって
植物やバクテリアが太陽光を吸収し
12:30
and using that energy to create biomass.
そのエネルギーを使って
生体を作り上げます
12:34
Quantum coherence is the idea
of quantum entities multitasking.
量子コヒーレンスとは 量子的なものが
同時に複数の振る舞いをすることです
12:38
It's the quantum skier.
量子スキーヤーのことです
12:42
It's an object that behaves like a wave,
物体が波のように振る舞うので
12:44
so that it doesn't just move
in one direction or the other,
どちらか一方向だけに動くのではなく
12:47
but can follow multiple pathways
at the same time.
同時に複数の経路を通って
移動することができます
12:50
Some years ago,
the world of science was shocked
数年前にある実験結果を示す論文が
発表されたとき
12:54
when a paper was published
showing experimental evidence
学会は震撼しました
12:58
that quantum coherence
takes place inside bacteria,
バクテリア内部の光合成で
量子コヒーレンスが起きていることが
13:02
carrying out photosynthesis.
示されたのです
13:06
The idea is that the photon,
the particle of light, the sunlight,
こういうことです 太陽光としての
光子つまり光の粒子 もしくは
13:07
the quantum of light
captured by a chlorophyll molecule,
光の量子がクロロフィル分子によって
吸収され
13:10
is then delivered to what's called
the reaction center,
反応中心と呼ばれる場所に
送り届けられ
13:14
where it can be turned into
chemical energy.
そこで化学エネルギーへと転じます
13:16
And in getting there,
it doesn't just follow one route;
そこに至るまでに
単一の経路を通るのではなく
13:18
it follows multiple pathways at once,
同時に複数の経路を通ることによって
13:21
to optimize the most efficient way
of reaching the reaction center
熱放散されることなく
最も効率の良い方法で
13:23
without dissipating as waste heat.
反応中心へとたどり着くのです
13:28
Quantum coherence taking place
inside a living cell.
量子コヒーレンスが生物の細胞の中でも
起きているのです
13:31
A remarkable idea,
素晴らしい考えです
13:34
and yet evidence is growing almost weekly,
with new papers coming out,
この現象が確かに起きていることを示す
新たな論文が提出されており
13:36
confirming that this
does indeed take place.
ほぼ毎週のように証拠が
積み重ねられています
13:42
My third and final example
is the most beautiful, wonderful idea.
3つ目 これが最後の例になりますが
最も美しく素晴らしいアイデアです
13:45
It's also still very speculative,
but I have to share it with you.
これも未だ推論の域にありますが
是非ともご紹介したいと思います
13:50
The European robin
migrates from Scandinavia
ヨーロッパコマドリは毎秋
スカンジナビアから
13:54
down to the Mediterranean, every autumn,
地中海沿岸に渡ります
13:59
and like a lot of other
marine animals and even insects,
他の海に棲む動物
さらには昆虫と同じく
14:01
they navigate by sensing
the Earth's magnetic field.
地球の磁場を感じながら
渡る方向を探ります
14:05
Now, the Earth's magnetic field
is very, very weak;
とはいっても 地球の磁場は
とてもとても微弱で
14:10
it's 100 times weaker
than a fridge magnet,
冷蔵庫の扉に張り付ける磁石の
100分の1程度です
14:13
and yet it affects the chemistry --
somehow -- within a living organism.
それでも生物の中で
化学的な作用を及ぼします
14:15
That's not in doubt --
a German couple of ornithologists,
これには疑いの余地がありません
事実 ドイツの鳥類学者
14:21
Wolfgang and Roswitha Wiltschko,
in the 1970s, confirmed that indeed,
ウルフガング、ロズウィサ・ヴィルトシュコ夫妻は
1970年代に
14:25
the robin does find its way by somehow
sensing the Earth's magnetic field,
コマドリが何らかの方法で地球の磁場を
感じることにより
14:30
to give it directional information --
a built-in compass.
方角を知るのだということを確認しました
まるで体内方位磁針のようです
14:34
The puzzle, the mystery was:
How does it do it?
これは謎めいていました
その仕組みは?
14:37
Well, the only theory in town --
知りうる限り
考えられる理論は一つです
14:40
we don't know if it's the correct theory,
but the only theory in town --
その正否は分りませんが
唯一考えられるのは
14:43
is that it does it via something
called quantum entanglement.
「量子もつれ」といわれる現象です
14:46
Inside the robin's retina --
コマドリの網膜の中には ―
14:50
I kid you not -- inside the robin's retina
is a protein called cryptochrome,
冗談を言っている訳ではありません―
クリプトクロムという光に敏感に反応する
14:52
which is light-sensitive.
タンパク質があります
14:57
Within cryptochrome, a pair of electrons
are quantum-entangled.
クリプトクロムの中で一対の電子が
量子もつれを起こしているのです
14:58
Now, quantum entanglement
is when two particles are far apart,
量子もつれとは
2つの粒子が遠く離れていても
15:02
and yet somehow remain
in contact with each other.
何らかの方法で互いに影響を
及ぼしあうことで
15:05
Even Einstein hated this idea;
アインシュタインでさえも
この考えを嫌い
15:08
he called it "spooky action
at a distance."
「不気味な遠隔操作」と
言い放ちました
15:10
(Laughter)
(笑)
15:12
So if Einstein doesn't like it,
then we can all be uncomfortable with it.
アインシュタインが気に入らぬことには
不安が残ります
15:14
Two quantum-entangled electrons
within a single molecule
単一の分子内の
量子もつれの状態にある2つの電子は
15:17
dance a delicate dance
繊細なダンスを演じます
15:20
that is very sensitive
to the direction the bird flies
地球の磁場の影響下
鳥が飛行する方向に対し
15:22
in the Earth's magnetic field.
とても敏感に影響を受けます
15:24
We don't know if it's
the correct explanation,
これが正しい説明となるかは
定かではありませんが
15:26
but wow, wouldn't it be exciting
if quantum mechanics helps birds navigate?
量子力学的な作用が鳥の飛行に
一役買っているなんて凄いと思いませんか?
15:29
Quantum biology is still in it infancy.
量子生物学はまだ揺籃期にあります
15:35
It's still speculative.
まだ推測の域にあります
15:37
But I believe it's built on solid science.
それでも確固たる科学的な手法で
築き上げられていると信じています
15:41
I also think that
in the coming decade or so,
今後十年程度の内に
15:45
we're going to start to see
that actually, it pervades life --
量子力学的効果が生物内に
広く作用していて
15:49
that life has evolved tricks
that utilize the quantum world.
生物はそのおかげで 進化したのだと
判明するものと私は考えています
15:54
Watch this space.
この分野にご注目ください
16:00
Thank you.
どうも有難うございました
16:01
(Applause)
(拍手)
16:02
Translated by Tomoyuki Suzuki
Reviewed by Misaki Sato

▲Back to top

About the Speaker:

Jim Al-Khalili - Quantum physicist
Physicist Jim Al-Khalili and co-author Johnjoe McFadden, a biologist, explore the far edges of quantum biology in their book "Life on the Edge."

Why you should listen
A professor of physics at the University of Surrey, Jim Al-Khalili doubles as a science communicator and broadcaster. He’s the co-author with Johnjoe McFadden of Life on the Edge: The Coming of Age of Quantum Biology. The book explores this emerging -- and still largely speculative -- area of science suggesting that quantum mechanics may play a role in biology. If so, it may help us understand what drives genetic mutations that lead to cancer, or how robins fly from Scandinavia to the Mediterranean.
More profile about the speaker
Jim Al-Khalili | Speaker | TED.com