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仅凭经典物理学难以解释生命的高能量效率。尽管已有许多研究尝试基于量子力学探究其机制，但由于缺乏活细胞的实验证据，相关进展仍然缓慢。在本研究中，我们将细胞、组织和线粒体实验与理论模型相结合，证实了线粒体的一种量子态，该量子态可用于调节活细胞中的 ATP 生成。我们发现，只有在活细胞和组织中才存在一种异常的 71.0 THz 振荡模式；该模式高度依赖于线粒体的完整结构，且无法归因于任何特定分子。基于实验数据，我们引入了一个光—物质耦合的量子模型，以追溯该模式的起源。计算结果表明，功能性嵴中光与脂质 CH₂ 键发生耦合，形成了功能性线粒体的量子叠加态，并使 CH₂ 键原本为 87 THz 的内禀振动模式分裂为分别位于 71 THz 和 103 THz 的两个能级。前者只能在活细胞和组织中观测到；而后者处于生物分子和水的振动范围（90–110 THz）内，因此无法加以区分。进一步实验表明，这种线粒体量子态能够作为调节 ATP 生成的有效通道。我们的研究为理解活细胞提供了一个量子力学视角；未来进一步探索这种量子态是否能够作为生命体内能量代谢乃至信息传递的通道，将十分有意义。
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仅凭经典物理学很难理解生命的高能量效率。许多研究已尝试基于量子力学探究其机制；然而，由于缺乏活细胞实验方面的证据，相关进展仍然缓慢。在本研究中，我们将细胞、组织和线粒体实验与理论模型相结合，证实了线粒体的一种量子态，该量子态可用于调节活细胞中的 ATP 生成。我们发现了一种仅存在于活细胞和组织中的异常 71.0 THz 振荡模式。该模式高度依赖于线粒体的完整结构，且无法归属于任何特定分子。基于实验数据，我们引入了一个光—物质耦合的量子模型，以追溯这一模式的起源。计算结果表明，功能性线粒体可形成一种量子叠加态，该状态由功能性嵴中光与脂质 CH₂ 键的耦合产生，并使 CH₂ 的本征振动模式（87 THz）分裂为两个能级，分别位于 71 THz 和 103 THz。前者仅能在活细胞和组织中被观测到；而后者处于生物分子和水分子振动的频率范围（90–110 THz）内，因而无法加以区分。进一步的实验表明，这种线粒体量子态能够作为高效通道调节 ATP 的生成。我们的发现为理解活细胞提供了量子力学视角；进一步探索这种量子态是否能够充当生命体能量代谢乃至信息传递的通道，将具有重要意义。
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发布于 2026 年 9 月 15 日。
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活细胞中的线粒体量子态
Yu
Yang
、
Zhenglong
Gu
、
Bo
Song
bioRxiv
2026.09.10.750628；
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.09.10.750628
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活细胞中的线粒体量子态
Yu
Yang
、
Zhenglong
Gu
、
Bo
Song
bioRxiv
2026.09.10.750628；
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.09.10.750628
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.10.750628v1?rss=1
🏷️ 线粒体量子态 量子生物学 ATP生成 光—物质耦合 活细胞能量代谢