在生命演变过程中，生命来源之谜一直成为重要的研究对象，比如生命来源于太空彗星、陨石，还是外星文明，或者是地球生命的自我演化，都需要有充足的证据。事实上，生命来源应该是多方式的。生命在极端环境下的表现，证明了量子领域参与了生命的保持与演化。在物质向生命演化过程中存在很多的疑问，需要更多的证据来解释生命的诞生以及与物质的联系。生命在极端环境中，比如太空、地下、海底、过热、过冷、干旱、含盐量多的湖泊中生存，甚至有的跨越几十万年照样能够复活。这种极端环境下，生物所保持的生命密码，也必然会在原子层面里得到印证。科学家在海洋地壳的最深层发现了一个全新生态系统，这是首次在地壳辉长岩层发现细菌。这项发现暗示生命可能存在于地球更深处，甚至是地幔。科学家们经过研究发现，碳循环甚至可以深达地下700公里深处。 我们所生活着的地球，“生命无所不在”这一观点已一次次得到证实。无论是在温度极高的火山口附近，还是在南极洲异常寒冷的冰天雪地中，无论是在太空边缘，还是在深深的在地下，科学家们都发现了生命的存在。人们也一直把目光投向地球之外的宇宙，去寻找那些“隐藏最深”的生命。下面的这些例子，正是通过生命在极端环境下的存在，来证明生命在宇宙中普遍存在的可能。而极端下的生命现象，也表明了生命深层次中量子的作用。 试管婴儿是一种辅助生育，为了保持成功几率，就会多些“备选胚胎”，而产生的“备选胚胎”绝大多数被冷冻起来。保存剩余胚胎的作用在于，可以将冷冻胚胎解冻后再次进行胚胎移植，这些“备选胚胎”大多保存在相关医院的“辅助生殖技术实验室”。在这些房间里，胚胎被在-196℃的液氮保存，并被冰封在一排半米多高的白色大罐子中，这就是“生命的种子”休眠的“冰箱”，在这个温度下冻存胚胎和卵子，理论上能保存十年，这种方法降温速度快，冷冻后的胚胎像玻璃一样透明清澈，即“玻璃化”冷冻。传统的慢速冷冻胚胎的复苏率只有70%，而玻璃化冷冻复苏概率达到了90%以上，同期的胚胎，在在-196℃的情况下，胚胎的代谢几乎处于静止状态。只要解冻后胚胎质量合格，就能移植进母体。解冻越早，胚胎质量越好。 我们不禁要问，被冷冻到“玻璃化”状态的胚胎，是生命吗？如果不是，那是物质吗，如果是物质，解冻后如何变成生命的呢？回答是与否的问题，确实是当今世界最大的哲学问题！这需要生物学、物理学、实验，来进行综合系统的回答，我们可以从两个角度思考，来回答在下面例子中会发现很多极端下的生命现象，也包括对所有生命现象的探索。这两个角度是：一，生命隐藏于量子中吗？ 二，生命来源于量子的有机结构吗？这个答案会贯穿于本书之中，也会在第三章找到科学的量子逻辑。 第一节 生命极端环境下的量子特征 被封存亿万年的生命意识 大自然总是呈现出奇特的一面。目前地球上最大的植物应是美国加利福尼亚红杉国家公园中一棵绰号“谢尔曼将军”的巨大美洲杉，它的树干体积约有1500立方米。地球上最高的树同样生长在美国加利福尼亚州，这棵绰号“亥伯龙神” 的红杉高达115米，此前地球上只有另一棵已经倒掉的桉树的高度曾经超过它。那棵名叫“罗宾逊”的桉树曾经长在澳大利亚维多利亚省的波波山，它在1889年被人发现时，高度达到143米。专家相信，从理论上说这几乎是一棵树木能够长到的极限高度，因为再高的话，高处的树叶就很难通过毛细管作用从根部往上吸水。 寿命似乎是生命的一种追求，尤其对人来说，但是聪明的人类似乎总是在某一方面斗不过一些生物的。地球最大的有机生物体是美国俄勒冈州马胡尔国家公园中一种绰号“巨型蘑菇”的蜜环菌，这个学名为奥氏蜜环菌的巨型真菌是在1998年被发现的，它占地965公顷，至少相当于1350个标准足球场。科学家猜测，它的实际年龄可能高达8650岁，所以它也可能是地球上最老的生物之一。地球上最老的树是一棵绰号“普罗米修斯”的美国狐尾松，它在1964年倒下前，估计已有5000岁。 乌龟的寿命可以达到几百年，弓头鲸能存活几个世纪，2007年一些阿拉斯加渔民杀死了一只鲸鱼，在它体内惊奇的发现了另一个年代的手工制品。这只鲸鱼至少生活了117年。龙虾不会变老，只会变大，根据《吉尼斯世界纪录》记载，人们在1977年曾经捕获一只19.95公斤的龙虾，1926年在缅因州曾经捕获一只23.36公斤的龙虾，人们不知道这些龙虾真正的寿命是多少。 与龙虾一样，蛤蚌寿命非常长，年龄越大，体现就越大。它们惊人的长寿与“缓慢的细胞复制过程”有关，这些蛤蚌一旦到性成熟期，它们体内的酶就会在大约150年内保持稳定。 硅质海绵拥有僵硬的骨骼，这些生物估计能够存活长达1.5万年，这就使它们成为地球上最古老的活体动物。 说到生命的寿命能保持多久的问题，2013年5月，来自阿尔伯塔大学Catherine La Farge博士等，在加拿大北极高地的泪滴冰川附近探索时获得了样本。400年前的苔藓植物样本已经在实验室条件下开始“复活”，揭示了生态系统如何从长期的冰川覆盖中恢复过来。 2012年2月，俄罗斯考古学家在西伯利亚科雷马河的永冻层发现了冰冻了30000年的种子，科学家竟然把它复活了。俄细胞生物物理研究院的团队用这枚种子种出了一棵水果树苗，创下复活最古老植物种子的纪录。 一开始科学家将其中一颗种子带回实验室，企图让它发芽，结果失败了，后来科学家利用水果中一种“胎盘组织”成份，在培养皿中成功令这枚已经封冻了30000年的种子复活。英国千年种子银行的专家说，这是验证高等植物生命“韧性”之强最“极端”的例子。 对于细菌来说，似乎在生命耐力方面总是比植物能获得更长的寿命，比如科学家在美国加利福尼亚州沙漠死亡谷地下盐晶体中微小的**腔里，发现34000年前仍然存活的远古细菌。负责该研究的美国夏威夷大学副教授布赖恩-舒伯特（Brian Schubert）说：“这是一项令人非常惊讶的重大发现！它们仍存活着，但它们已不使用任何能量游动，不具有繁殖生育能力。它们除了维持生存之外再不做任何事情。”他指出，这种细菌将收缩变小，并处于冬眠状态。它们之所以能够在34000万年中存活下来是由于它们依赖于一种水藻提供食物。纽约宾汉姆顿大学地质系蒂姆-洛文斯廷（Tim Lowenstein）教授称，这项研究表明此类现象也存在于现代盐湖，这些细菌永久性地密封在盐晶体中，就像被保存在时间舱里。 据英国《新科学家》文章研究，一个有哥本哈根大学教授埃斯科·韦勒斯利领导的小组，在俄罗斯西伯利亚地区永久冻结带的一个地下10米深冰芯中，发现了一种含有活性DNA的古老细菌，DNA分析结果显示它们的年龄在40万岁到60万岁之间。 科学家早就知道，随着时间的流逝，所有的活细胞最终都会消亡，DNA也会碎成片段。但是研究人员所收集到的一些细胞DNA却能在很长时间内保持完好，证明这些细胞能更好地延迟老化和死亡过程，甚至有些有机体还具有再生能力，可以修复损伤的细胞。 大多数科学家认为除了地球，太阳系的其他行星没有生命存在，但是这次发现的微生物却能在如此恶劣的环境下存活如此长的时间，而火星上温度更低、更稳定，因此这类生命可能更适合在火星上存活。 另一些研究人员在美国加利福尼亚死亡谷地底下发现了一种远古细菌，它们在过去34000年中仅仅以藻类的几个细胞为生。这种细菌非常微小，长度大约只有1微米，呈现假死状态，除了吸吮藻类的营养外，它们几乎停止了所有的活动。它们靠吸吮藻类的营养来修复自己慢慢损坏的DNA。一个小小的藻类细胞就足够维持古菌生存长达1200万年。 早在20世纪90年代，人们便已经知道，某些微生物可以在海底沉积物中存活数百万年，该取样地点都位于北太平洋环流覆盖下方洋底以下数十米深处的淤泥沉积物中。 2012年5月，丹麦奥胡斯大学的汉斯·罗伊领导的小组发现了深埋在海底下长达8600万年之久的一个细菌菌落仍然存活着。由于这些微生物生存的环境极端贫瘠，其繁殖也相应地变得极端缓慢，这和其他种类的细菌DNA非常不同，很多细菌体在短短几天之内就能从一个分裂成数百万个，但是这些细菌大约每数百年至数千年才繁殖一次。 Bdelloids是一种生活在淡水中的微生物，离开水也能存活几年时间，它们8000万年都不会进行**。许多科学家都认为一个物种通过无性繁殖无法存活很长时间，科学家们发现它们是一种“遗传嵌合体”，一只Bdelloids就拥有500多个不同物种的DNA。很显然，它们从周围找到外来的DNA并且连接到它们自己的DNA上。 研究人员培养激活了4千万年前密闭在琥珀中蜜蜂体内的细菌后，又有人在2.5亿年前的结晶盐中找到了处于假死状态的细菌。而美国佐治亚理工学院实验室在一项实验中成功复活5亿年前“细菌”。研究人员将5亿年前细菌基因注入现代大肠杆菌中，这种“弗兰肯斯坦”类型基因能够顽强地存活下来，目前该嵌合体大肠杆菌现已繁衍了1000多代。 科学家希望发现这种“远古”细菌是否能够延续古老基因方式进化，或者出现新的生物体进化方式。美国宇航局天体生物学博士后贝图尔-卡卡尔（Betul Kacar）说：“这非常像倒回和重播生命分子录音带，实验中的新型嵌合体细胞能够快速突变，一些细菌比现代基因更加强壮和健康。”基于这种现代细胞体可以从现代生物体中观察远古基因，从而让我们分析远古进化轨迹是否能够重复进行，或者生命体是否能够适应不同的进化路径。卡卡尔说：“这种已改变的生物体并不是完全健康体，或者适应于现代进化方式，至少在研究初期是这样的。这种发生基因改变的生物体在未来的突变进化中将逐渐适应环境。到目前为止这些远古基因尚未进化突变，而是这种嵌合体细菌发现一种新的进化轨迹来增强适应性。 长生不老是自古以来人们的梦想，但在海洋中的灯塔水母却实现了这种愿望，具有“返老还童”的能力，可以说掌握着永生不死的奥秘。 灯塔水母长约4~5毫米。通常情况下，水母繁殖完下一代后就会死亡，但灯塔水母性成熟之后却可以“返老还童”，重新回到幼虫状态，然后继续成长，开始另一次生命历程。从理论上来说，灯塔水母可以无限制地进行这种“返老还童”的循环周期，从而达到永生不死的状态。 极端冷热下的生命 北极生活着能抵御寒冷的北极熊，他们会在冬天冬眠来抵御过度的寒冷。 很多生物会选择利用低温冬眠来减少能量的消耗，用延迟生活节奏的方法抵御寒冬，根据最新研究，人似乎也存在这种冬眠机制。加拿大埃尔斯米尔岛的灯蛾毛虫堪称是地球上最极端的耐寒动物之一，能在-70℃的低温状态下冬眠，即使它们的血液和任何其他细胞外**都处于结冰状态，仍能存活下来。灯蛾毛虫能够产生抗冻剂来保护身体最重要的部分，在极寒的环境中，它们可以任由自身细胞的细胞浆结成冰，但却 能让细胞核和其他细胞器官处于非结冰状态。南极有着极端的天气， 只有冬夏两个季节，内陆冬天最冷的时候可达-70℃。美国宇航局研究小组，在黑暗冰冻的南极200多米冰层下放置摄像机，首次发现一种类似虾的生物在水中游动，同时还发现0.3米长、带有触须的水母物种，这是一种类似虾的片脚类动物。 这些生物不是从某远处海域游过来的，因为他们距离开放海域至少19.4公里。目前，科学家置疑，类似复杂的片脚类动物是否能够像一些细菌能够在海洋中以化学物质为食。 南极“泰勒冰川”与海洋隔离150万年以上，在冰盖下400米封闭着一个超级盐湖，含盐量是海水的数倍，在没有氧气与阳光的冰川湖泊下竟然发现有奇特的微生物群落。在夏季，温度升高后，融化的水流使冰川内部露出红色，这些深红色海水由于富含铁元素而形成，该现象被称为“血瀑”。 科举家发现在冰川之下近0.5千米生活着微生物与细菌，由于冰川封闭，没有阳光射入，细菌不是依赖阳光生活，而是依靠硫磺代谢反应获得能量。细菌利用硫磺化合物作为化学催化剂导致封闭冰川湖泊中的有机化合物的能量电子释放，使围绕湖泊周围基岩中的铁元素沥滤出来。研究人员认为这些微生物进化演变懂得使用硫酸盐“呼吸”水中含铁物质，它们以水中非常少数量的有机物质为食。说到以铁为生的细菌，研究者在泰坦尼克号锈迹斑斑的残骸上发现了食锈菌的踪迹，这些食锈菌会黏附在钢铁和锈斑表面，借助其他微生物的帮助，吞噬沉船的金属。如果一直腐蚀下去，这些细菌会将泰坦尼克号吞噬得一干二净。研究者认为，这些细菌可以用来解释为什么其他一些海底沉船会被分解。 在另一例子中，在南极冰盖以下约20米深处的一个叫维达湖（Lake Vida）盐水湖中，科学家发现湖中的微生物生命与外部世界隔绝了近3000年。维达湖没有阳光、缺乏氧气，高盐的湖水呈弱酸性，温度约为-13℃。碳定年法表明，这一不适合生命生存的盐水湖已经存在了超过2800年。此研究发表于《美国科学院院刊》上。美国伊利诺伊大学地球与环境科学系教授彼得·T·多伦（Peter T Doran）说“这一发现扩展了生命的极限条件，湖水本身的低温、高盐条件就已经是很大的限制，考虑到没有太阳能和其他大气物质的输入，湖中环境对生命来说极其艰难。” 早在2002年，对维达湖盐水的研究已经发现了古老微生物的存在，然而奇怪的是这些盐水需要在温度升高之后才会出现生命活动的迹象。最近的研究发现，维达湖中存在着以细菌占主导的、多样化且代谢活跃的生态系统。维达湖位于南极洲的边缘，为了研究湖中的生命，研究团队采集了冰芯中的盐水样品，结果发现，化合物和氧化物的含量很低，氢分子的含量则较高。地球化学分析表明，盐水和底质之间的化学反应会产生一氧化二氮和氢分子，氢分子可能为微生物提供了必需的能量。 “泰勒冰川”下盐水湖与维达湖中的生态系统不仅为冰冷极地的生态学提供了有价值的信息，而且提示着在地球大气层外的其他星球冰冷环境中，也可能存在着类似的生命。 这些研究表明这种极端恶劣的环境并非之前所认为的没有阳光和营养物质，就无法孕育生命体的说法，而事实证明一些生命依靠铁，氢中的能量，做出了生命的循环与繁殖。这说明实际上这里仍存在着复杂的生命结构。我们要问那么冰冻的木卫一表面之下是否也能存在生命？ 在6~8亿年前，地球上几乎到处都是冰雪覆盖，这一时期被称为“雪球地球”。当时的环境与以上的冰川湖泊形成的条件十分类似。被困在冰川之下的湖泊环境中长达数百万年。这项发现具有重要意义，在地球之外的其他星体上也存在着类似的环境，目前科学家知道南极冰川密闭的湖泊中可孕育生存着微生物，那么可以进一步推测类似这样的生命体也可能存活于其他星球极端的生存环境，也就是说某些星球上即使没有氧气和光线，也可能孕育奇特的生命形式。 2013年5月，科学家在加拿大北极地区永久冻土地带发现一种细菌，尽管温度仅有-15℃，但能保持兴旺生长。奇特的细菌对于理解火星或者土卫二可能存在的生命提供重要线索。研究负责人加拿大麦吉尔大学的莱尔-怀特和研究小组发现，这种细菌能够适应寒冷和盐水环境，这是由于它们的细胞结构、适应寒冷的蛋白质，类似防冻剂的高含量化合物。怀特指出，我们从该细菌特征洞悉太阳系其他星球也可能存在的类似微生物。这种细菌生活在盐水纹理之中，它们之所以能够幸存下来是由于盐阻止纹理中的水结冻，并且它们在-25℃的永久冻土地。 永久冻土地带生活照嗜冷微生物，一些顽强的微生物生存在西伯利亚和南极洲的冰层之下，这里的温度在-20℃~-5℃之间。智利南极科考队近日宣布，他们发现了一批生存在极端环境下的微生物，超过300种，约70%属于新种类，包括许多嗜冷菌、嗜盐菌、嗜酸菌和嗜碱菌。嗜冷菌的最佳生长环境在-15℃以下，嗜盐菌最适合生长在高浓度盐水中，嗜酸菌和嗜碱菌则适应于极端的PH值环境。 除此之外，他们还发现了大量嗜热菌和超嗜热菌，尽管这些微生物终其一生都生活在冰层里，但它们却更喜欢在50℃以上的环境中生存，其中一种微生物甚至在95℃时仍能生存。另一项重大成果是发现了奇异球菌，它们可能是世界上最强悍的细菌。这种奇异球菌生活在15米深的极地永久冻土下，能够承受的γ射线强度比已知其他任何细菌高5000倍。这种超强抵抗力从何而来还是个谜，甚至有人推测它们来自太空。对此科学家布莱梅表示，它们超强抵抗能力的分子机制是什么以及这种机制能在哪些方面得到应用，表明这种极端恶劣的环境并非之前所认为的没有阳光和营养物质，就无法孕育生命体，但实际上这里仍存在着复杂的生命结构。 一项实验显示，微生物“Strain121”在实验室中被加热到121℃时仍能照样生存，即使在130℃的环境中，这种微生物仍能维持生命，只不过无法复制繁衍。 科学曾经发现，细胞内带有一个细胞核的真核生物，没有一种能够在60℃的高温中幸运存活，除了一种生活在海底热液喷口附近的蠕虫外，这种蠕虫的尾巴通常会粘附在80℃高温的热液喷口岩壁上。 开曼群岛海底，数千只新种虾环绕在间歇泉四周，栖息地温度超过450℃。 英国科学家发现一种新的深海虾种群，栖息地深度超过此前最极端的深海火山喷口地区发现的其他任何虾种群。这种虾生活在加勒比海海底的沸腾热泉，水温可能超过450℃。 耐旱、耐盐的生命体 一种被称作水熊虫的小型无脊椎动物堪称是地球上生命力最顽强的动物了。 研究显示，水熊虫在没水喝的情况下可以通过这种“特殊手段”存活120年。 如图024中的金属盐样品是美国威斯康辛大学史蒂芬角分校的化学家迈克尔·扎克在一次前往位于加利福尼亚死亡峡谷国家公园的旅行中收集的。 当他把水加到这些样品中时，休眠于此的微生物们苏醒过来，在背景中纷纷蠕动，当水分蒸发完毕后，扎克拍摄了这张照片，捕捉到了光线在新生成晶体上的反射。这种微生物分泌一种化学物质，能够阻止金属盐晶体的形成，从而保证自己在高盐、酸性环境的生存。 西班牙和智利的研究人员在智利阿塔卡马沙漠地下两米的疏水基底发现一个“微生物的绿洲”。 该团队科学家在这个沙漠下的“绿洲”发现了栖息的细菌和古生菌（原始微生物），西班牙天体生物学中心研究员维克托解释说，微生物得以栖息是因为这里蕴含可吸附水分的岩盐和其他高吸湿化合物，如硬石膏和高氯酸盐。此外，基底下的微生物易潮解，这意味着它们可以吸收有限空气中的水分，凝结于盐晶体表面，从而形成了几微米厚的薄膜。这些物种与其他类似的在多盐环境下生长的种类没有什么不同，只是奇特的是，它们竟被发现在没有任何氧气或阳光的地下2米至3米深处生存。维克托强调，如果火星上有类似的微生物或有相似的环境，在这个红色星球上已发现含盐水的沉积物，因此其底土有可能存在多盐的环境。 而这种高浓度的盐具有双重作用，既可吸收晶体的水，又可降低冰点，使其能够在零下几摄氏度到20摄氏度形成薄盐膜。 死海是一个以高盐度著称的内陆海，很多生物无法生存。最新一项研究显示，死海并非死亡之海，在贫瘠底部存在着数十个喷涌新鲜水的凹坑，这里涌现出新的生命形式，德国马克斯-普朗克协会海洋微生物学家丹尼—约内斯库（Danny Ionescu）是研究小组成员之一，他说：“2010年，首支死海潜水勘测队发现死海湖底凹坑涌泉是‘奇特的生命热点’，这些湖底凹坑覆盖着薄膜，有时令人吃惊地聚集着新细菌物种。”这些体积微小的细菌群体聚集在水下涌泉的新鲜水流附近，此前研究人员曾误将涌出的新鲜水流当成死海表面奇特的涟漪。湖泊的高含盐性意味着像鱼类和青蛙等大型生物无法幸存于死海，但是高浓度镁的存在性使得死海存在着大量的微生物。2010年死海水下勘测绘制出湖底凹坑大约有30个，这种地质结构并不存在于地球其他区域，死海凹坑收集样本的初步分析显示涌泉中的细菌群体存在较大的多样性，涌泉顶部的岩石覆盖着绿色生物膜，它可同时与阳光和硫化物发生反应，除此之外吞食硫化物的细菌覆盖在岩石底部。 在阿根廷加兰火山口的狄亚曼特湖研究人员在缺氧的湖水中发现数百万只活跃的超级细菌。狄亚曼特湖含有大量的砷，是安全用水的2万倍，咸度是普通海水的5倍，碱度非常高，水温常常处于摄氏零度以下，不会结冰。细菌的DNA已经变异，可以承受高海拔稀薄的氧气及高紫外线辐射。该情况透露了外星生命的可能性，这群细菌的栖息环境类似远古时代的地球，当时能呼吸的生物尚未得到地球大气层包覆的保护。从理论上来说，如果这些细菌可以在这种环境中存活，那么它们也可以在类似火星的环境中生存。 第二节 太空与地下的生命圈 科学家曾思考，如果没有氧气，那么维系现代复杂生命生存的主要物质将是什么。我们发现了很多不依赖氧气生活的细菌，但是对于多细胞动物来说，没有氧气是无法想象的，生物世界永远会有很多的未知之谜。最近科学家发现世界第一种无需氧气的多细胞动物，它们能够生存在病毒细菌和古生菌都无法生存的地中海海底数千米以下沉积层中，并且它的周围还存在着有毒的硫化氢物质，这种后生动物可以生存于持续缺氧状态下，也不需要新陈代谢后的含氧物质。 这是由意大利和丹麦科学家组成的研究小组负责的研究， 科学家从1998—2008年对地中海3000米下的极端环境进行了3次海洋勘测，才在位于希腊南部海域拉塔兰特海盆的地层中发现了这种新生物。这种类型的深海含盐有毒海盆形成于550万年前矿物质沉积洪流中，该海盆内浓密的含盐卤水层厚达60多米。这一卤水层相当于自然障碍，可以阻止海水和沉积物质之间的氧交换作用，使海盆完全不存在氧气。除此之外，拉塔兰特海盆富含甲烷和硫化氢气体。 这种后生动物是铠甲门物种之一，体长不足1毫米，主要生活在海底沉积物中。这一新物种与其他后生动物最显著的区别是，它体内并没有使用氧气和糖生成细胞所需要能量的线粒体。而对于这一新物种，它非常类似于氢化酶体，氢化酶体通过一些单细胞属真核细胞产生能量，期间无需氧气供给。研究人员称，这项研究证实栖息于有毒海盆的这种铠甲门物种是世界上第一种无需氧气生存的动物，它们能够适应厌氧代谢。我们将重新审定动物的生存方式，进一步分析动物的进化过程。 地下生命圈 在四万公里长度的大洋海底有很多高一般为2~5米、上细下粗圆筒状、口径约15厘米的黑色烟囱状的怪物，它们以每秒几米的速度向外喷出与海水不一样的**，这些**一开始澄清，与周围的海水混合后沉淀变为“黑烟”。“黑烟” 形成的原因是新生大洋地壳或海底裂谷地壳的温度较高，海水沿裂隙向下渗透可达几千米，在地壳深部加热升温后，然后再淋滤并溶解岩石中多种金属元素后，又沿着裂隙对流上升并喷发在海底。由于矿液与海水成分、温度的差异，形成浓密的黑烟，海底及其浅部通道内则堆积这些硫化物的颗粒沉积。在喷出热泉的“黑烟囱”周围，虽然水温高达250℃-350℃，水压为265帕，但活跃着蠕虫类、蛤类、蟹类、虾类、蔓足类、鱼类和硫细菌等各类生物种群，在世界各大洋都发现了这种热水生物群。 因为在热液口，温度的梯度大，刚喷出的热液是300℃，而海底的水温是2℃-4℃，而且这个地方PH值和氧化还原点也有极大的梯度，在这种时候最容易形成和进行化合作用，很多人判断“黑烟囱”上面有各种各样的矿物质，生命起源很有可能就在这里。 深海热液生物群表明，地球上存在着不需要光合作用、不需要植物作为食品链的生命系统。 另外，在大陆坡、深海区分布着天然气水合物，即可燃冰。海底升温或减压，就会释放出大量的甲烷，可以在海水中形成一种被科学家称为冷泉的甲烷柱。在冷泉附近生存着依赖冷泉的生物群，被称为“碳氢化合物生物群落”。这些天然气水合物释放区的生物群也是独立生态系统，其食物链低层生物也是一种管状蠕虫，依靠甲烷细菌提供能量。 据美国《大众科学》杂志报道，国外科考人员日前首次在地壳辉长岩层发现了生命，同时还找到了能够证明有生命存在于更深地底的证据。研究人员在大西洋中部海底，一个非常活跃的厚度只有70米玄武岩层断层地块进行钻探，在钻探1300多米后到达了地壳辉长岩层，这里的温度超过了海平面沸点属于高温高压，但是这里存活着大量生命，主要是细菌种，经过长时间的进化以甲烷等碳氢化合物为食，与在油藏层发现的细菌相类似。这一发现表明，细菌可能并不是在辉长岩层进化，而是从上方的地层向下迁移。在海床下方深处发现以碳氢化合物为食的生命表明，研究人员有可能在更深的区域，也就是在地幔发现生命。 继续向地球深处探索，地壳下3000米即所谓的地表下岩石圈，这些厚重岩石的温度超过了40℃，由于缺乏氧气而能够使大多数人们熟悉的生物窒息，在这里科学家们发现大量的名为生物膜的一些细菌和其他微生物，并且在这个地狱般的环境中首次发现多细胞生物——线虫。这些线虫身长约半毫米，以细菌为食，通过单性生殖方式不经**来繁殖，能忍受生活环境中的高温，多细胞生物在如此恶劣环境中的生存能力对于研究宇宙生物学也有参考价值。 科学家们估计，地球半数生命藏在地下，地球的近半数活的物质隐藏在海洋或陆地的岩石、土壤、树根、矿藏、油井、湖泊和蓄水层中，他们把它叫做“地下生物圈”或者“地球的地下室”。在这个地下世界里，没有阳光，生命往往生活在极端环境之中，从地球表面延伸到地下数百米或者数千米。这一环境中的生物体的总量可能相当于地球表面所有生物的量。 20世纪90年代后，人们用石油钻探和大洋钻探分别在北海和太平洋底下探索深度地层的各类岩样，在玄武岩火山玻璃中都发现了微生物，有时候每立方厘米沉积物中就有1000多万个活细菌。经计算，地球下的生物量竟达到地球表层的1/10，占全球微生物总量的2/3。显然，在地下深层存在一个覆盖全球的深部生物圈。这些在极端环境下的微生物，新陈代谢极端缓慢，长期处于休眠状态，极少消耗能量，都是些极其高龄的生物。有人对4000万年前密闭在琥珀中蜜蜂体内的细菌培养后，细菌居然活了过来；又有人在新墨西哥州地下600米处，2.5亿年前的结晶盐中找到了处于假死状态的细菌。 能够生存于太空环境下的生命 科学家们在英国一条河流中发现了通常生活在高空中的细菌种类，这种细菌名为“同温层芽孢杆菌”，其通常存活于距离地面20英里（32公里）的高空。在河中发现它们可能是因为大气循环被带下来的。这一大气循环让水汽上升，并再次落下。这种生命力顽强的特殊细菌可以被用在微生物燃料电池（MFC）当中，用以将废水转变为电力和洁净水。 欧洲航天局发表公报说，为了探寻太空中生命存在的迹象，该机构在国际空间站的“哥伦布”实验舱内进行了一系列实验，其中包括在舱外悬挂12个手提箱大小的盒子。这些盒子里被放入664种生物和生物化学样品，观测时间为期18个月。研究人员发现一些生物存活下来，比如水熊、卤虫和一种多足摇蚊的幼虫，水熊能够继续存活，其中适应能力最强是地衣植物丽石黄衣。 生物如果想适应太空生活，不仅仅要面临着恶劣的环境，而且最难以忍受的应该是太空辐射了。美国科学家已破译了“超级细菌”的全部基因的遗传密码。 “超级细菌”名叫异常球菌，已有20亿岁的高龄，是地球上存在的最早的生命形式。它以超强的抗辐射能力而被誉为“世上最坚韧的生物体”，即使原子弹爆炸也奈何不了它。“超级细菌”可用于保护核设施附近的环境，解除重金属、放射性核废料和其他有害物质对土壤和地下水的侵蚀。 在一般的情况下，人在5戈瑞（辐射强度的计量单位）的辐射下只能存活1小时（广岛和长崎原子弹爆炸的辐射剂量即相当于10戈瑞）；普通细菌2000—5000戈瑞的辐射下也会全部死亡；但是从2003年起，新疆农业科学院微生物应用研究所在科技部支持下，对新疆高放射性污染土壤进行了耐辐射微生物资源研究。获得了耐10000—30000戈瑞辐射的各类细菌、放线菌、真菌（含酵母菌），并初步确定耐辐射微生物新科1个，新属10个，新种20多个。其中耐辐射放线菌和耐辐射真菌是世界上首次被发现和分离出来的。 美国俄勒冈州大学科学家从该州山区海拔1524米左右的熔岩管内的冰中发现了细菌，这些细菌以橄榄石中的铁为食，能够在氧量较低、温度接近零度和完全没有有机食物存在情况下生存。在火星岩石中，科学家同样发现了橄榄石，这次发现的细菌拥有惊人的生存能力，而火星环境与其非常类似，能够在类似火星的环境下繁衍生息。 科学家证实，经过长时间的进化，这种细菌能够适应严酷的生存环境。在室温和正常的氧水平条件下，这种细菌以糖等有机物质为食。在移除这些食物同时将温度降至接近零度和降低氧水平后，这种细菌开始以在熔岩管中发现的橄榄石作为能量之源。橄榄石是存在于地球和火星火山岩中的常见矿物。火星地下可能存在类似环境，细菌能够在这种环境下生存。科学家曾对来自火星的一颗陨石进行分析，结果发现了细菌新陈代谢的迹象。 目前，微生物可以通过吞噬硫化物进行生存已经被证实。个体的大小只有千万分之一米的长度。而且他们的形状和群落显示出并不一致的特征。根据相关的科学家介绍：在这些微生物化石上还检测到了铁和硫的化合物，这可通过硫和硫酸盐代谢的产生。 而嗜硫细菌在今天的地球上仍然是非常普遍的，我们可以在臭水沟或者土壤中找到它们，也可以在更加极端的环境中生存，例如深海热泉特殊生态系统。从这个角度可以推测，火星上也存在着如此极端恶劣的环境，同样有理由想象，或许在地球上，一些微生物可以以火山喷发出的硫化物分子为能量来源而生存。从本质上讲，它们“食用”这些硫化物就相当于人类呼吸氧气。那么在该星球大气层中探测到硫化物分子，将有助于判断该星球是否有生命存在。 如果这种“影子生物圈”的确存在——生命真的在地球上进化过不止一次，这将表明生命并不是如此的特别，它可以相当容易地扎根于某个地方。这样一来，宇宙中其他世界存在生命的几率将大大增加，这拓宽了科学家对各种新的可能性的认识，表明生命能够以比以前想象的更多形式存在，生活在更为广泛的地方。 古细菌 我们前面提到的很多在极端环境下生活的细菌，被列入古细菌的行列之中。 古细菌常生活于热泉水、缺氧湖底、盐水湖等极端环境中的原核生物。具有一些独特的生化性质，如膜脂由醚键而不是酯键连接。在能量产生与新陈代谢方面与真细菌有许多相同之处，而复制、转录和翻译则更接近真核生物。古核生物与真核生物可能共有一个由真细菌的祖先歧化而来的共同祖先，现今最古老的生物群，为地球原始大气缺氧时代生存下来的活化石，为单细胞生物，并无真正的核。染色体含有组蛋白，RNA聚合酶组成比细菌的复杂，翻译时以甲硫氨酸为蛋白质合成的起始氨基酸，细胞壁中无肽聚糖，不同于真细菌，核糖体蛋白与真核细胞的类似。许多种类生活在极端严酷的环境中，与真核生物、原核生物并列构成现今生物三大进化谱系。 古细菌多生活在极端的生态环境中，具有原核生物的某些特征，如无核膜及内膜系统；具有环状DNA结构以及细胞产能、也有真核生物的特征，如以甲硫氨酸起始蛋白质的合成、核糖体对氯霉素不敏感、RNA聚合酶和真核细胞的相似、DNA具有内含子并结合组蛋白；此外还具有既不同于原核细胞也不同于真核细胞的特征，如：细胞膜中的脂类是不可皂化的；细胞壁不含肽聚糖，有的以蛋白质为主，有的含杂多糖，有的类似于肽聚糖，但都不含胞壁酸，D型氨基酸等。 古菌细胞有各种形状，如球形、杆形、螺旋形、叶状或方形，它们具有多种代谢类型。值得注意的是，盐杆菌可以利用光能制造ATP，尽管古菌不能像其他利用光能的生物一样利用电子链传导实现光合作用。一些人认为真核生物起源于一个古菌和细菌的融合，二者分别成为细胞核和细胞质。这解释了很多基因上的相似性，但在解释细胞结构上存在困难。 以上很多事实说明，生物体会以各种方式生活在极端环境之中，其中包含大量的多细胞生物，而古细菌在极端环境下更具有代表性，古细菌分为如下几种：极端嗜热菌：能生长在90℃以上的高温环境。有的最适宜生长温度为100℃，80℃以下即失活，在意大利海底发现的一族古细菌，能生活在110℃以上高温中，最适生长温度为98℃，降至84℃即停止生长；美国的J.A.Baross发现一些从火山口中分离出的细菌可以生活在250℃的环境中。嗜热菌的营养范围很广，多为异养菌，其中许多能将硫氧化以取得能量。 嗜盐细菌：它能在极端地盐环境下生长和繁殖，特别是在天然地盐湖和太阳蒸发盐池中生存。由渗透势原理可知，高盐溶液中的细胞将失去更多的水分，会变成脱水细胞。而嗜盐细菌可产生大量的内溶质或保留从外部取得溶质的方式来维持自身的生存，如嗜盐杆菌在其细胞质内浓缩了高浓度的氯化钾，其中有一种酶只有在高浓度的氯化钾中，才有活性，才能发挥其功能。而与环境中盐类接触的盐杆菌，其细胞质中的蛋白质需要有高浓度氯化钠才能发挥作用。这是古细菌种的一种。 极端嗜酸菌能生活在pH值1以下的环境中，往往也是嗜高温菌，生活在火山地区的酸性热水中，能氧化硫，硫酸作为代谢产物排出体外。 极端嗜碱菌：生活在盐碱湖或碱湖、碱池中，生活环境PH值可达11.5以上，最适PH值为8～10。 产甲烷菌：是严格厌氧的生物，能利用CO2使H2氧化，生成甲烷，同时释放能量。CO2+4H2→CH4+2H2O+能量。 由于古细菌所栖息的环境和地球发生的早期有相似之处，如：高温、缺氧，而且由于古细菌在结构和代谢上的特殊性，它们可能代表最古老的细菌。它们保持了古老的形态。 第三节 生命中的量子力学效应 细菌中的量子现象 人们一般都不会把量子世界与生命世界联系起来，不过很多研究证明，量子一直参与并左右着生命世界。从生命诞生的必然角度分析，生命一开始就是一个量子事件，生物体是个量子集合，人体有7x1027个原子组成，子中大部分的质量都集中在原子核上，如果原子核假如是葡萄（20毫米）大小，那么整个原子的范围应该在200米左右。从微观角度讲，人体大部分空间正是电磁场。我们应该更多从量子角度审视生命。 生命活动中量子效应广泛存在，从植物的光合作用到鱼类，鸟儿对电磁方向的感知，包括人类的大脑活动，都有量子的参与。目前很多国家及科学家投入到量子在生命中如何参与的研究中。 通常来说，量子效应通常只在分子，原子级别层级被观察到，或者多分子在极端环境下比如高真空，超低温和严格控制程序的实验室中表现出量子效应。而生命世界因为处于温暖、潮湿、混乱的宏观世界中而无法表现出量子性。但越来越多的实验证明，量子现象恰恰是生命的主要活力机制所在与内在的驱动力。比如有科学家研究发现量子“相干性”（在量子层级里，整个系统每个部分的波型保持一致）在细胞混乱的生命体内，响应时间不超过1微秒。现在下面举几个例子： 近日，哈佛大学维斯生物工程研究所的一群研究人员尝试将一本大约有5.34万个单词的书籍编码到不到一沙克（亿万分之一克）的DNA微芯片中，连同文字一起的还有11张图片和一段Java程序。这是迄今为止人类使用DNA遗传物质储存数据量最大的一次实验，“今后，拇指大小的设备就能存下整个互联网的信息”。该项目首席研究员、哈佛大学遗传学家乔治·丘奇（George Church）说。 这项实验被刊登在《科学》期刊上。 从二进制到碱基对编码DNA是生物数据库，它的主要功能就是存储包含各种指令的生物信息。DNA有G（鸟嘌呤）、T（胸腺嘧啶）、A（腺嘌呤）、C（胞嘧啶）四种碱基，共同构成了相互缠绕的双链阶梯状的螺旋结构。通过这四种碱基不同顺序的编码，存储了生物所有的遗传信息。1克DNA即能储存上千亿个千兆字节，相当于1000亿张DVD光盘的内容。 细胞内的酶可以在一秒钟内催化数百万个反应。有一些酶它们的催化产物动力学速率甚至高于分子扩散速率，这种现象无法用目前公认的理论来解释。 有多种理论模型被提出来解释这类现象。一种理论模型引入了基于量子理论的穿隧效应，即质子或电子可以穿过激活能垒（就如同穿过隧道一般）。有报道发现色胺中质子存在量子穿隧效应，因此，有研究者相信在酶催化中也存在着穿隧效应，可以直接穿过反应能垒，而不是像传统理论模型的方式通过降低能垒达到催化效果。 美国明尼苏达大学研究人员最近拍摄到电子在细胞蛋白质中移动的分子图像。电子在细胞内移动产生的能量是生物体生存的基本能量来源之一，由此产生的能量被人体用来生成蛋白质、脱氧核糖核酸等复杂分子。这些复杂分子是促进生物体生长、维持生命和储存能量的基石。伊恩·威尔莫特等人利用Ｘ射线晶体技术获得的图像将加深对这一过程的理解。 生物体在诞生及进化过程中利用电流的历史久远，微生物学家德里克·洛维利、物理学家马克·托米勒在《自然·纳米技术》发表文章指出，他们首次发现，硫还原泥土杆菌体内的微生物纳米线（菌丝网）能长距离地传导电子。穿越这种杆菌生物膜的菌丝网由数十亿个细胞内聚而成，这些丝网让其生物膜具有了与广泛应用于电子工业的人造导电聚合物相媲美的导电性。科学家们称，这是他们首次观察到电荷沿着蛋白微丝传导，以前科学家们认为，这样的传导需要细胞色素蛋白质的参与，细胞色素让电子进行短距离“旅行”。而最新研究表明，这种细菌的蛋白微丝就像真正的金属导线一样，即便没有细胞色素，电子也能进行“长途旅行”。 英国东英吉利亚大学和美国西北太平洋国家实验室的科研人员，对一种生存在无氧环境中的沙雷菌进行了研究，结果发现其能通过纳米线将电子运送到体内的氧化铁（其对该细菌的作用就像氧气对人一样）。该报告主要作者东英吉利亚大学的克拉克说：“我们应该可以利用这一发现，从细菌身上获取更多电力，一切有生命的物体都会发电，人类就是利用电能来维持心脏跳动和大脑思考。沙雷菌会利用它们的导线来释放过多的电力，如果它们出现电荷阻塞，一切就会停止”，而这包括进食和呼吸。” 该研究说明在细菌领域，获得能量的来源是多样性的，而不仅仅是像人类一样依靠氧气，在后面例子中会有很多不依靠氧气而生存的细菌。而这也恰恰说明量子在生物领域的重要作用。 以上表明，有机生命世界，有其强大内在的量子规律，不为现代科学所知的强大的内在量子物理规律在决定生命的规则。在物理学部分，我们讲到多层聚合，聚合不仅仅是宇宙诞生的来源，也是银河系，太阳系，分子诞生的来源。现代科技也证明，分子级别的多层聚合，拥有很多神奇的效应，从细胞的结构，到有机分子官能团，从蛋白质结构，生物酶的结构，再到碳的多分子结构，包括现代试验室的低温分子的量子神奇效应。而多层聚合也恰恰是从物质的宇宙诞生到生命的意识诞生的贯穿，聚合也是生命形成的重要因素。 光在生物界的量子效应 量子与生命的关系，最重要的体现在光与生命的联系中，光合作用恰恰需要量子力学的帮助。研究人员一致认为，光合作用的生物体内表现着量子力学事件，比如电子等粒子表现出波一样的行动。光子击中一个天线分子，会激起一波一波带能量的粒子——应激子，就像石头落入水中激起的波纹一样。这些应激子会从一个分子“旅行”到另一个分子，直到到达反应中心，这种路径是随机的。 很多科学家指出，这些应激子可能是相关的，它们的波纹会延展到多个分子，然后同时，它们也会保持彼此同步并且互相加强。 2010年5月，美国科学家首次记录并量化了光合作用中的量子纠缠。研究表明，在绿色植物中的光合作用中，量子纠缠是量子力学效应的一种自然属性，量子纠缠能够在一个生物系统中存在并且持续一段时间。该论文发表在《自然·物理学》杂志上。 通过光合作用，绿色植物可以将太阳能接近100%的转化。这么高效率的关键在于传递速度，而如何完成近乎瞬间的能量转移仍然是个未解之谜。加州大学化学家格雷汉姆·弗莱明的研究团队曾在2009年的《物理化学年鉴》上指出，植物通过光合作用得到的量子力学效应是一种关键能力，植物可以瞬时将捕光复合物分子中的光子能量传输给光电反应中心的复合物分子，完成能量的转移。包括弗莱明在内的研究小组确定，在光合作用中，绿色植物中的量子纠缠是量子力学效应的一种自然属性。原来科学家认为，量子纠缠是一种非常脆弱的状态，很难获得并持续，而现在证明，量子纠缠可以在一个生物系统中存在而且还能持续一段时间。 研究人员在大量FMO复合物（FMO是绿硫细菌的一个分子聚合物）中发现，量子纠缠能持续时间一般为几皮秒，并会持续穿过大约30埃（大约氢原子的直径）的距离，直到激发能被反应中心捕捉到。这是科学家首次在真正的生物系统中捕获和量化量子纠缠。研究人员表示，这样的纠缠也会出现在如紫色光合细菌LH1和LH2等更大的捕光化合物中。而更大的捕光化合物也能够制造和支持更多的激发能来获得更多样的纠缠状态。 该研究团队还发现量子纠缠持续地存在于离散的捕光复合物的分子之间，而且温度对纠缠程度的影响微乎其微。 另一篇发表在英国《自然》杂志上的文章结论是：相干量子波能同时以两种或多种状态存在，具有相干性的应激子一次能以两种或多种路径穿过天线分子组成的“森林”。事实上，它们能同时探测到多个可能的路径，并自动选择最有效的方式到达反应中心。 美国化学家格拉汉姆·弗莱明领导下两个团队在做出研究，其中一个团队利用一系列极短的激光脉冲来探测绿色硫细菌的光合作用器官。他们使用固态氮把样本冷却到-196℃，探测到了清晰的相干应激态存在的证据。第二个团队以紫细菌为研究对象，同样在-93℃下发现了一样的量子相干性。这表明，量子相干除了在低温下，也可能在常温下生物内的光合作用中非常重要。 加拿大多伦多大学化学家格雷戈里·斯科尔斯等人的研究表明——在常温下，能进行光合的普通海洋藻类身上证明也具有量子相干性。研究人员在室温下实现了海藻5-纳米宽的光合作用蛋白上电子激发的量子相干共享，证实了量子效应可能在其中发挥作用的理论。研究显示这些蛋白内相距较远的单元被量子相干连接在一起，以增强集光效率。他们研究了两种藻类在常温下的光吸收机制：一种称为捕光复合体的特殊蛋白会将捕捉到的光能量注入光反应中心。研究人员使用飞秒激光脉冲让蛋白模拟吸收阳光的行为，发现被吸收光同时出现在了两个地方，呈现出了量子叠加态。这表明，即使在常温下，量子力学的随机性也表现在生物体内，而不仅仅是非生命的存量子级别的物质中。 量子力学家认为，量子传播过程中，可以有很多路线，而人走路只能选择一条，比如你想去某地，而对量子来讲，多条路线可以同步走，达到最短路径。在很多酶催化反应中，光子通过量子隧道效应从一个分子移到另一个分子。还有人认为，气味源于分子振动的生化感应，这个过程涉及到气味负责的分子和鼻子中的接受器之间的电子隧穿。 量子力学在动物界的应用 为了寻找食物，繁衍后代，很多鸟一年要迁徙几千到几万公里。科学家一直想弄明白鸟是如何倚靠地球电磁场定位的。这种量子辅助的磁感应可能广泛存在。不仅鸟类，许多动物（从鸟类到狐狸甚至可能包括人类）身上存在着磁场接收器，某些昆虫甚至植物都对磁场表现出了生理反应，例如，磁场可能也采用同自由基机制一样的方式出现的磁场来缓和蓝光对开花植物阿拉伯芥生长的抑制作用。 虹鳟鱼在大海里畅游三年时间，虽然离家有300公里，但是它们依然能回到最初的孵化地。一般来说，虹鳟鱼跟随着溪流游弋，很少出现方向性的错误。科学家认为虹鳟鱼似乎是依赖地球磁场完成它们长距离旅程的。 虹鳟鱼的磁场细胞中，磁性微粒 紧邻细胞膜，而非细胞核。 现在，路德维希-马克西米利 安-慕尼黑大学地球科学家Michael Winklhofer领衔的研究小组分离出了这种鱼体内的磁场细胞，这种磁场细胞所占的比例可能不到万分之一。为将磁场细胞分离出来，Winklhofer和同事们在显微镜下放置了悬浮的虹鳟鱼细胞，显微镜上也装置了磁铁。研究人员认为，这样一来，所有含有磁性的细胞将会慢慢围绕磁铁旋转。用这种方法，研究人员从虹鳟鱼的鼻部分离出了磁场细胞。在每个虹鳟鱼的嗅觉组织中，他们发现有1到4个细胞围绕旋转磁场转动，并且每个细胞中磁性微粒紧挨着细胞膜。每个细胞的磁力比研究人员预想的大上百倍。这说明，鱼类不仅有能力觉察基本方向，而且其对磁场强度的感知能力能给它们提供更为精确的经纬度信息。 2013年9月，科学家发现了两种能发电并导航的鱼类。它们生活在巴西亚马孙河流域的“流动草地”，该水域有许多植物，新发现的新物种鱼类使用电流在浑浊的水中进行导航。这两种鱼类外型奇特，被称为钝头刀鱼。它们从尾部特殊的发电器官释放几百毫伏电脉冲，发电器官能够探测到电场中任何物体导致的电场扭曲，像蝙蝠和海豚进行回声定位导航，它们使用电子定位系统探测周围环境。 科学家猜测鸟的磁场感应器被射入鸟视网膜上的光所激活，每个入射光子沉积的能量会制造一对自由基——高度反应的分子，每个自由基拥有一个未被配对的电子，每个未配对电子拥有一个内在的角动量—自旋，这个自旋的方向能被磁场重新定位。随着自由基分开，一个自由基上未配对的电子主要受到原子核附近磁场的影响，然而，另一个自由基上未配对的电子则会远离原子核，只感受地球的磁场，磁场差异改变了两个具有不同化学反应能力的量子状态之间的自由基对。剑桥大学的物理学家西蒙·本杰明表示：“有种想法认为，当系统处于一种状态而不是另一种状态时，某种化学物质在鸟类的视网膜细胞中被合成，其浓度反映了地球磁场的方向。2008年，科学家们进行了一个人工光化学反应，发现磁场影响了自由基的寿命，从而证明了这种想法的合理性。”本杰明和同事之前认为，吸收单个光子会制造出的这两个未配对的电子以量子纠缠状态而存在，量子纠缠是量子相干的一种形式，在量子纠缠状态中，不管自由基移动得多远，一个自旋方向同另一个自旋方向密切相关。量子纠缠状态在室温下通常非常脆弱，但是，科学家们推测，它至少能在鸟的指南针中持续几十微秒。 2013年5月，奥地利和澳大利亚科学家David Keays等博士领导的小组发现，在鸟类的羽毛下似有一个内部导航系统，大多数动物的毛细胞参与听觉与平衡功能中，在鸟类的耳朵中有一种名为毛细胞，负责探测声音和重力的感觉神经元，每一个细胞都在同一个位置有一个单一的铁球。研究人员认为这种铁球非常类似于指南针，能够帮助鸟类了解方向、太阳的位置并且帮助它们找到路线。 美国贝勒医学院的吴乐清和戴维·迪克曼在美国《科学》周刊上发表文章，鸽子脑部的神经元为地球磁场方向编码，让这种鸟类拥有与生俱来的内置全球定位系统（GPS）。他们发现了鸽子的脑细胞是怎样记录了从地球磁场中感知到的详细导航信息。科学家将一些鸽子置于黑暗的环境下，并对它们的脑部进行监测，接着调高了磁场的强度，并对其范围、高度和其他变量进行调节。他们用基因标记来确定神经元被激活的时间点，而且把关注的重点放在用来处理此类信息的神经区域。最终，他们在鸽子的脑干部位确定了活动性大大提高的53个神经元。而且，这些脑细胞与相对应的人工磁场范围最为敏感。他们的发现揭示：鸽子脑部一种称为神经元的单细胞可以将磁场方位、强度和极性信息编制成密码。 研究人员发现，当鸽子内耳中某一区域处于变化的磁场中时，这些脑部的神经元就会做出反应。那么信号从何而来？吴和迪克曼认为磁场信息通过内耳发送到神经元，不过喙部和视网膜接收器也有可能在其中发挥了作用。这就是鸽子神经系统的全球定位系统。有证据表明，这些神经元属于一个接收器网络，接收器可以发现并向脑部的其他部位发送有关地球磁场方位和强度的信息。他们猜测，脑部的其他区域把新收到的磁场数据与脑中的地球表面三维图像相对照，这让鸟类拥有惊人的导航能力。 不仅鸽子有“GPS定位系统”，科学家证实人类大脑也同样存在“内置GPS”。科学家早就发现，当老鼠处于一个特定的场所时，会激活海马中的位置神经细胞，不久后人类也被发现拥有这种细胞。2005年科学家们在老鼠体内发现了定位细胞，后来在蝙蝠和猴子体内也发现了定位细胞，这些定位细胞为位置细胞提供信息输入。2013年8月，科学家利用磁共振成像研究表明，定位细胞存在于人类体内，这次的研究证明了它们存在的确凿证据。这项研究的研究员，费城德雷塞尔大学的Joshua Jacobs说道：“定位细胞会告诉人们所处环境的位置，而在动物中这些细胞会为导航提供一种测量工具。” 生命在极端环境下的表现，证明了量子领域参与了生命的保持与演化。在物质向生命演化过程中有很多的疑问，需要很多的问题来解释生命的诞生以及与物质的联系。 在我们生活着的地球，“生命无所不在”这一观点已一次次得到证实。无论是在温度极高的火山口附近，还是在南极洲异常寒冷的冰天雪地中，无论是在太空边缘，还是深在地下，科学家们都发现了生命的存在。人们也一直把目光投向地球之外的宇宙之中，去寻找那些“隐藏最深”的生命。 目前来说，科学家一直认为量子效应在生物体系统内的作用是自然选择的结果，而事实上从生命诞生开始，量子就参与了生命的构成与运作。恰恰是量子本身的特性，使生命诞生及表达有了可能。人们必须从量子角度，在量子结构角度去理解生命。我们从生命的角度解读量子物质，从量子与生命的关系中，寻找几十亿年来，生命的物质基础的演化过程。 就生命本质来讲，生命本身就是量子的表达，从生命解读量子，不仅仅能够促进对生命的研究，也会推动物理学本身的发展。