第二章 生命中的量子特征
在生命演變過程中，生命來源之謎一直成為重要的研究對象，比如生命來源於太空彗星、隕石，還是外星文明，或者是地球生命的自我演化，都需要有充足的證據。事實上，生命來源應該是多方式的。生命在極端環境下的表現，證明了量子領域參與了生命的保持與演化。在物質向生命演化過程中存在很多的疑問，需要更多的證據來解釋生命的誕生以及與物質的聯係。生命在極端環境中，比如太空、地下、海底、過熱、過冷、幹旱、含鹽量多的湖泊中生存，甚至有的跨越幾十萬年照樣能夠複活。這種極端環境下，生物所保持的生命密碼，也必然會在原子層麵裏得到印證。科學家在海洋地殼的最深層發現了一個全新生態係統，這是首次在地殼輝長岩層發現細菌。這項發現暗示生命可能存在於地球更深處，甚至是地幔。科學家們經過研究發現，碳循環甚至可以深達地下700公裏深處。
我們所生活著的地球，“生命無所不在”這一觀點已一次次得到證實。無論是在溫度極高的火山口附近，還是在南極洲異常寒冷的冰天雪地中，無論是在太空邊緣，還是在深深的在地下，科學家們都發現了生命的存在。人們也一直把目光投向地球之外的宇宙，去尋找那些“隱藏最深”的生命。下麵的這些例子，正是通過生命在極端環境下的存在，來證明生命在宇宙中普遍存在的可能。而極端下的生命現象，也表明了生命深層次中量子的作用。
試管嬰兒是一種輔助生育，為了保持成功幾率，就會多些“備選胚胎”，而產生的“備選胚胎”絕大多數被冷凍起來。保存剩餘胚胎的作用在於，可以將冷凍胚胎解凍後再次進行胚胎移植，這些“備選胚胎”大多保存在相關醫院的“輔助生殖技術實驗室”。在這些房間裏，胚胎被在-196℃的液氮保存，並被冰封在一排半米多高的白色大罐子中，這就是“生命的種子”休眠的“冰箱”，在這個溫度下凍存胚胎和卵子，理論上能保存十年，這種方法降溫速度快，冷凍後的胚胎像玻璃一樣透明清澈，即“玻璃化”冷凍。傳統的慢速冷凍胚胎的複蘇率隻有70%，而玻璃化冷凍複蘇概率達到了90%以上，同期的胚胎，在在-196℃的情況下，胚胎的代謝幾乎處於靜止狀態。隻要解凍後胚胎質量合格，就能移植進母體。解凍越早，胚胎質量越好。
我們不禁要問，被冷凍到“玻璃化”狀態的胚胎，是生命嗎？如果不是，那是物質嗎，如果是物質，解凍後如何變成生命的呢？回答是與否的問題，確實是當今世界最大的哲學問題！這需要生物學、物理學、實驗，來進行綜合係統的回答，我們可以從兩個角度思考，來回答在下麵例子中會發現很多極端下的生命現象，也包括對所有生命現象的探索。這兩個角度是：一，生命隱藏於量子中嗎？
二，生命來源於量子的有機結構嗎？這個答案會貫穿於本書之中，也會在第三章找到科學的量子邏輯。
第一節
生命極端環境下的量子特征
被封存億萬年的生命意識
大自然總是呈現出奇特的一麵。目前地球上最大的植物應是美國加利福尼亞紅杉國家公園中一棵綽號“謝爾曼將軍”的巨大美洲杉，它的樹幹體積約有1500立方米。地球上最高的樹同樣生長在美國加利福尼亞州，這棵綽號“亥伯龍神”
的紅杉高達115米，此前地球上隻有另一棵已經倒掉的桉樹的高度曾經超過它。那棵名叫“羅賓遜”的桉樹曾經長在澳大利亞維多利亞省的波波山，它在1889年被人發現時，高度達到143米。專家相信，從理論上說這幾乎是一棵樹木能夠長到的極限高度，因為再高的話，高處的樹葉就很難通過毛細管作用從根部往上吸水。
壽命似乎是生命的一種追求，尤其對人來說，但是聰明的人類似乎總是在某一方麵鬥不過一些生物的。地球最大的有機生物體是美國俄勒岡州馬胡爾國家公園中一種綽號“巨型蘑菇”的蜜環菌，這個學名為奧氏蜜環菌的巨型真菌是在1998年被發現的，它占地965公頃，至少相當於1350個標準足球場。科學家猜測，它的實際年齡可能高達8650歲，所以它也可能是地球上最老的生物之一。地球上最老的樹是一棵綽號“普羅米修斯”的美國狐尾鬆，它在1964年倒下前，估計已有5000歲。
烏龜的壽命可以達到幾百年，弓頭鯨能存活幾個世紀，2007年一些阿拉斯加漁民殺死了一隻鯨魚，在它體內驚奇的發現了另一個年代的手工製品。這隻鯨魚至少生活了117年。龍蝦不會變老，隻會變大，根據《吉尼斯世界紀錄》記載，人們在1977年曾經捕獲一隻19.95公斤的龍蝦，1926年在緬因州曾經捕獲一隻23.36公斤的龍蝦，人們不知道這些龍蝦真正的壽命是多少。
與龍蝦一樣，蛤蚌壽命非常長，年齡越大，體現就越大。它們驚人的長壽與“緩慢的細胞複製過程”有關，這些蛤蚌一旦到性成熟期，它們體內的酶就會在大約150年內保持穩定。
矽質海綿擁有僵硬的骨骼，這些生物估計能夠存活長達1.5萬年，這就使它們成為地球上最古老的活體動物。
說到生命的壽命能保持多久的問題，2013年5月，來自阿爾伯塔大學Catherine La Farge博士等，在加拿大北極高地的淚滴冰川附近探索時獲得了樣本。400年前的苔蘚植物樣本已經在實驗室條件下開始“複活”，揭示了生態係統如何從長期的冰川覆蓋中恢複過來。
2012年2月，俄羅斯考古學家在西伯利亞科雷馬河的永凍層發現了冰凍了30000年的種子，科學家竟然把它複活了。俄細胞生物物理研究院的團隊用這枚種子種出了一棵水果樹苗，創下複活最古老植物種子的紀錄。
一開始科學家將其中一顆種子帶回實驗室，企圖讓它發芽，結果失敗了，後來科學家利用水果中一種“胎盤組織”成份，在培養皿中成功令這枚已經封凍了30000年的種子複活。英國千年種子銀行的專家說，這是驗證高等植物生命“韌性”之強最“極端”的例子。
對於細菌來說，似乎在生命耐力方麵總是比植物能獲得更長的壽命，比如科學家在美國加利福尼亞州沙漠死亡穀地下鹽晶體中微小的**腔裏，發現34000年前仍然存活的遠古細菌。負責該研究的美國夏威夷大學副教授布賴恩-舒伯特（Brian Schubert）說：“這是一項令人非常驚訝的重大發現！它們仍存活著，但它們已不使用任何能量遊動，不具有繁殖生育能力。它們除了維持生存之外再不做任何事情。”他指出，這種細菌將收縮變小，並處於冬眠狀態。它們之所以能夠在34000萬年中存活下來是由於它們依賴於一種水藻提供食物。紐約賓漢姆頓大學地質係蒂姆-洛文斯廷（Tim Lowenstein）教授稱，這項研究表明此類現象也存在於現代鹽湖，這些細菌永久性地密封在鹽晶體中，就像被保存在時間艙裏。
據英國《新科學家》文章研究，一個有哥本哈根大學教授埃斯科·韋勒斯利領導的小組，在俄羅斯西伯利亞地區永久凍結帶的一個地下10米深冰芯中，發現了一種含有活性DNA的古老細菌，DNA分析結果顯示它們的年齡在40萬歲到60萬歲之間。
科學家早就知道，隨著時間的流逝，所有的活細胞最終都會消亡，DNA也會碎成片段。但是研究人員所收集到的一些細胞DNA卻能在很長時間內保持完好，證明這些細胞能更好地延遲老化和死亡過程，甚至有些有機體還具有再生能力，可以修複損傷的細胞。
大多數科學家認為除了地球，太陽係的其他行星沒有生命存在，但是這次發現的微生物卻能在如此惡劣的環境下存活如此長的時間，而火星上溫度更低、更穩定，因此這類生命可能更適合在火星上存活。
另一些研究人員在美國加利福尼亞死亡穀地底下發現了一種遠古細菌，它們在過去34000年中僅僅以藻類的幾個細胞為生。這種細菌非常微小，長度大約隻有1微米，呈現假死狀態，除了吸吮藻類的營養外，它們幾乎停止了所有的活動。它們靠吸吮藻類的營養來修複自己慢慢損壞的DNA。一個小小的藻類細胞就足夠維持古菌生存長達1200萬年。
早在20世紀90年代，人們便已經知道，某些微生物可以在海底沉積物中存活數百萬年，該取樣地點都位於北太平洋環流覆蓋下方洋底以下數十米深處的淤泥沉積物中。
2012年5月，丹麥奧胡斯大學的漢斯·羅伊領導的小組發現了深埋在海底下長達8600萬年之久的一個細菌菌落仍然存活著。由於這些微生物生存的環境極端貧瘠，其繁殖也相應地變得極端緩慢，這和其他種類的細菌DNA非常不同，很多細菌體在短短幾天之內就能從一個分裂成數百萬個，但是這些細菌大約每數百年至數千年才繁殖一次。
Bdelloids是一種生活在淡水中的微生物，離開水也能存活幾年時間，它們8000萬年都不會進行**。許多科學家都認為一個物種通過無性繁殖無法存活很長時間，科學家們發現它們是一種“遺傳嵌合體”，一隻Bdelloids就擁有500多個不同物種的DNA。很顯然，它們從周圍找到外來的DNA並且連接到它們自己的DNA上。
研究人員培養激活了4千萬年前密閉在琥珀中蜜蜂體內的細菌後，又有人在2.5億年前的結晶鹽中找到了處於假死狀態的細菌。而美國佐治亞理工學院實驗室在一項實驗中成功複活5億年前“細菌”。研究人員將5億年前細菌基因注入現代大腸杆菌中，這種“弗蘭肯斯坦”類型基因能夠頑強地存活下來，目前該嵌合體大腸杆菌現已繁衍了1000多代。
科學家希望發現這種“遠古”細菌是否能夠延續古老基因方式進化，或者出現新的生物體進化方式。美國宇航局天體生物學博士後貝圖爾-卡卡爾（Betul Kacar）說：“這非常像倒回和重播生命分子錄音帶，實驗中的新型嵌合體細胞能夠快速突變，一些細菌比現代基因更加強壯和健康。”基於這種現代細胞體可以從現代生物體中觀察遠古基因，從而讓我們分析遠古進化軌跡是否能夠重複進行，或者生命體是否能夠適應不同的進化路徑。卡卡爾說：“這種已改變的生物體並不是完全健康體，或者適應於現代進化方式，至少在研究初期是這樣的。這種發生基因改變的生物體在未來的突變進化中將逐漸適應環境。到目前為止這些遠古基因尚未進化突變，而是這種嵌合體細菌發現一種新的進化軌跡來增強適應性。
長生不老是自古以來人們的夢想，但在海洋中的燈塔水母卻實現了這種願望，具有“返老還童”的能力，可以說掌握著永生不死的奧秘。
燈塔水母長約4~5毫米。通常情況下，水母繁殖完下一代後就會死亡，但燈塔水母性成熟之後卻可以“返老還童”，重新回到幼蟲狀態，然後繼續成長，開始另一次生命曆程。從理論上來說，燈塔水母可以無限製地進行這種“返老還童”的循環周期，從而達到永生不死的狀態。
極端冷熱下的生命
北極生活著能抵禦寒冷的北極熊，他們會在冬天冬眠來抵禦過度的寒冷。
很多生物會選擇利用低溫冬眠來減少能量的消耗，用延遲生活節奏的方法抵禦寒冬，根據最新研究，人似乎也存在這種冬眠機製。加拿大埃爾斯米爾島的燈蛾毛蟲堪稱是地球上最極端的耐寒動物之一，能在-70℃的低溫狀態下冬眠，即使它們的血液和任何其他細胞外**都處於結冰狀態，仍能存活下來。燈蛾毛蟲能夠產生抗凍劑來保護身體最重要的部分，在極寒的環境中，它們可以任由自身細胞的細胞漿結成冰，但卻
能讓細胞核和其他細胞器官處於非結冰狀態。南極有著極端的天氣， 隻有冬夏兩個季節，內陸冬天最冷的時候可達-70℃。美國宇航局研究小組，在黑暗冰凍的南極200多米冰層下放置攝像機，首次發現一種類似蝦的生物在水中遊動，同時還發現0.3米長、帶有觸須的水母物種，這是一種類似蝦的片腳類動物。
這些生物不是從某遠處海域遊過來的，因為他們距離開放海域至少19.4公裏。目前，科學家置疑，類似複雜的片腳類動物是否能夠像一些細菌能夠在海洋中以化學物質為食。
南極“泰勒冰川”與海洋隔離150萬年以上，在冰蓋下400米封閉著一個超級鹽湖，含鹽量是海水的數倍，在沒有氧氣與陽光的冰川湖泊下竟然發現有奇特的微生物群落。在夏季，溫度升高後，融化的水流使冰川內部露出紅色，這些深紅色海水由於富含鐵元素而形成，該現象被稱為“血瀑”。
科舉家發現在冰川之下近0.5千米生活著微生物與細菌，由於冰川封閉，沒有陽光射入，細菌不是依賴陽光生活，而是依靠硫磺代謝反應獲得能量。細菌利用硫磺化合物作為化學催化劑導致封閉冰川湖泊中的有機化合物的能量電子釋放，使圍繞湖泊周圍基岩中的鐵元素瀝濾出來。研究人員認為這些微生物進化演變懂得使用硫酸鹽“呼吸”水中含鐵物質，它們以水中非常少數量的有機物質為食。說到以鐵為生的細菌，研究者在泰坦尼克號鏽跡斑斑的殘骸上發現了食鏽菌的蹤跡，這些食鏽菌會黏附在鋼鐵和鏽斑表麵，借助其他微生物的幫助，吞噬沉船的金屬。如果一直腐蝕下去，這些細菌會將泰坦尼克號吞噬得一幹二淨。研究者認為，這些細菌可以用來解釋為什麽其他一些海底沉船會被分解。
在另一例子中，在南極冰蓋以下約20米深處的一個叫維達湖（Lake Vida）鹽水湖中，科學家發現湖中的微生物生命與外部世界隔絕了近3000年。維達湖沒有陽光、缺乏氧氣，高鹽的湖水呈弱酸性，溫度約為-13℃。碳定年法表明，這一不適合生命生存的鹽水湖已經存在了超過2800年。此研究發表於《美國科學院院刊》上。美國伊利諾伊大學地球與環境科學係教授彼得·T·多倫（Peter T Doran）說“這一發現擴展了生命的極限條件，湖水本身的低溫、高鹽條件就已經是很大的限製，考慮到沒有太陽能和其他大氣物質的輸入，湖中環境對生命來說極其艱難。”
早在2002年，對維達湖鹽水的研究已經發現了古老微生物的存在，然而奇怪的是這些鹽水需要在溫度升高之後才會出現生命活動的跡象。最近的研究發現，維達湖中存在著以細菌占主導的、多樣化且代謝活躍的生態係統。維達湖位於南極洲的邊緣，為了研究湖中的生命，研究團隊采集了冰芯中的鹽水樣品，結果發現，化合物和氧化物的含量很低，氫分子的含量則較高。地球化學分析表明，鹽水和底質之間的化學反應會產生一氧化二氮和氫分子，氫分子可能為微生物提供了必需的能量。
“泰勒冰川”下鹽水湖與維達湖中的生態係統不僅為冰冷極地的生態學提供了有價值的信息，而且提示著在地球大氣層外的其他星球冰冷環境中，也可能存在著類似的生命。
這些研究表明這種極端惡劣的環境並非之前所認為的沒有陽光和營養物質，就無法孕育生命體的說法，而事實證明一些生命依靠鐵，氫中的能量，做出了生命的循環與繁殖。這說明實際上這裏仍存在著複雜的生命結構。我們要問那麽冰凍的木衛一表麵之下是否也能存在生命？
在6~8億年前，地球上幾乎到處都是冰雪覆蓋，這一時期被稱為“雪球地球”。當時的環境與以上的冰川湖泊形成的條件十分類似。被困在冰川之下的湖泊環境中長達數百萬年。這項發現具有重要意義，在地球之外的其他星體上也存在著類似的環境，目前科學家知道南極冰川密閉的湖泊中可孕育生存著微生物，那麽可以進一步推測類似這樣的生命體也可能存活於其他星球極端的生存環境，也就是說某些星球上即使沒有氧氣和光線，也可能孕育奇特的生命形式。
2013年5月，科學家在加拿大北極地區永久凍土地帶發現一種細菌，盡管溫度僅有-15℃，但能保持興旺生長。奇特的細菌對於理解火星或者土衛二可能存在的生命提供重要線索。研究負責人加拿大麥吉爾大學的萊爾-懷特和研究小組發現，這種細菌能夠適應寒冷和鹽水環境，這是由於它們的細胞結構、適應寒冷的蛋白質，類似防凍劑的高含量化合物。懷特指出，我們從該細菌特征洞悉太陽係其他星球也可能存在的類似微生物。這種細菌生活在鹽水紋理之中，它們之所以能夠幸存下來是由於鹽阻止紋理中的水結凍，並且它們在-25℃的永久凍土地。
永久凍土地帶生活照嗜冷微生物，一些頑強的微生物生存在西伯利亞和南極洲的冰層之下，這裏的溫度在-20℃~-5℃之間。智利南極科考隊近日宣布，他們發現了一批生存在極端環境下的微生物，超過300種，約70%屬於新種類，包括許多嗜冷菌、嗜鹽菌、嗜酸菌和嗜堿菌。嗜冷菌的最佳生長環境在-15℃以下，嗜鹽菌最適合生長在高濃度鹽水中，嗜酸菌和嗜堿菌則適應於極端的PH值環境。
除此之外，他們還發現了大量嗜熱菌和超嗜熱菌，盡管這些微生物終其一生都生活在冰層裏，但它們卻更喜歡在50℃以上的環境中生存，其中一種微生物甚至在95℃時仍能生存。另一項重大成果是發現了奇異球菌，它們可能是世界上最強悍的細菌。這種奇異球菌生活在15米深的極地永久凍土下，能夠承受的γ射線強度比已知其他任何細菌高5000倍。這種超強抵抗力從何而來還是個謎，甚至有人推測它們來自太空。對此科學家布萊梅表示，它們超強抵抗能力的分子機製是什麽以及這種機製能在哪些方麵得到應用，表明這種極端惡劣的環境並非之前所認為的沒有陽光和營養物質，就無法孕育生命體，但實際上這裏仍存在著複雜的生命結構。
一項實驗顯示，微生物“Strain121”在實驗室中被加熱到121℃時仍能照樣生存，即使在130℃的環境中，這種微生物仍能維持生命，隻不過無法複製繁衍。
科學曾經發現，細胞內帶有一個細胞核的真核生物，沒有一種能夠在60℃的高溫中幸運存活，除了一種生活在海底熱液噴口附近的蠕蟲外，這種蠕蟲的尾巴通常會粘附在80℃高溫的熱液噴口岩壁上。
開曼群島海底，數千隻新種蝦環繞在間歇泉四周，棲息地溫度超過450℃。
英國科學家發現一種新的深海蝦種群，棲息地深度超過此前最極端的深海火山噴口地區發現的其他任何蝦種群。這種蝦生活在加勒比海海底的沸騰熱泉，水溫可能超過450℃。
耐旱、耐鹽的生命體
一種被稱作水熊蟲的小型無脊椎動物堪稱是地球上生命力最頑強的動物了。
研究顯示，水熊蟲在沒水喝的情況下可以通過這種“特殊手段”存活120年。
如圖024中的金屬鹽樣品是美國威斯康辛大學史蒂芬角分校的化學家邁克爾·紮克在一次前往位於加利福尼亞死亡峽穀國家公園的旅行中收集的。
當他把水加到這些樣品中時，休眠於此的微生物們蘇醒過來，在背景中紛紛蠕動，當水分蒸發完畢後，紮克拍攝了這張照片，捕捉到了光線在新生成晶體上的反射。這種微生物分泌一種化學物質，能夠阻止金屬鹽晶體的形成，從而保證自己在高鹽、酸性環境的生存。
西班牙和智利的研究人員在智利阿塔卡馬沙漠地下兩米的疏水基底發現一個“微生物的綠洲”。
該團隊科學家在這個沙漠下的“綠洲”發現了棲息的細菌和古生菌（原始微生物），西班牙天體生物學中心研究員維克托解釋說，微生物得以棲息是因為這裏蘊含可吸附水分的岩鹽和其他高吸濕化合物，如硬石膏和高氯酸鹽。此外，基底下的微生物易潮解，這意味著它們可以吸收有限空氣中的水分，凝結於鹽晶體表麵，從而形成了幾微米厚的薄膜。這些物種與其他類似的在多鹽環境下生長的種類沒有什麽不同，隻是奇特的是，它們竟被發現在沒有任何氧氣或陽光的地下2米至3米深處生存。維克托強調，如果火星上有類似的微生物或有相似的環境，在這個紅色星球上已發現含鹽水的沉積物，因此其底土有可能存在多鹽的環境。
而這種高濃度的鹽具有雙重作用，既可吸收晶體的水，又可降低冰點，使其能夠在零下幾攝氏度到20攝氏度形成薄鹽膜。
死海是一個以高鹽度著稱的內陸海，很多生物無法生存。最新一項研究顯示，死海並非死亡之海，在貧瘠底部存在著數十個噴湧新鮮水的凹坑，這裏湧現出新的生命形式，德國馬克斯-普朗克協會海洋微生物學家丹尼—約內斯庫（Danny Ionescu）是研究小組成員之一，他說：“2010年，首支死海潛水勘測隊發現死海湖底凹坑湧泉是‘奇特的生命熱點’，這些湖底凹坑覆蓋著薄膜，有時令人吃驚地聚集著新細菌物種。”這些體積微小的細菌群體聚集在水下湧泉的新鮮水流附近，此前研究人員曾誤將湧出的新鮮水流當成死海表麵奇特的漣漪。湖泊的高含鹽性意味著像魚類和青蛙等大型生物無法幸存於死海，但是高濃度鎂的存在性使得死海存在著大量的微生物。2010年死海水下勘測繪製出湖底凹坑大約有30個，這種地質結構並不存在於地球其他區域，死海凹坑收集樣本的初步分析顯示湧泉中的細菌群體存在較大的多樣性，湧泉頂部的岩石覆蓋著綠色生物膜，它可同時與陽光和硫化物發生反應，除此之外吞食硫化物的細菌覆蓋在岩石底部。
在阿根廷加蘭火山口的狄亞曼特湖研究人員在缺氧的湖水中發現數百萬隻活躍的超級細菌。狄亞曼特湖含有大量的砷，是安全用水的2萬倍，鹹度是普通海水的5倍，堿度非常高，水溫常常處於攝氏零度以下，不會結冰。細菌的DNA已經變異，可以承受高海拔稀薄的氧氣及高紫外線輻射。該情況透露了外星生命的可能性，這群細菌的棲息環境類似遠古時代的地球，當時能呼吸的生物尚未得到地球大氣層包覆的保護。從理論上來說，如果這些細菌可以在這種環境中存活，那麽它們也可以在類似火星的環境中生存。
第二節 太空與地下的生命圈
科學家曾思考，如果沒有氧氣，那麽維係現代複雜生命生存的主要物質將是什麽。我們發現了很多不依賴氧氣生活的細菌，但是對於多細胞動物來說，沒有氧氣是無法想象的，生物世界永遠會有很多的未知之謎。最近科學家發現世界第一種無需氧氣的多細胞動物，它們能夠生存在病毒細菌和古生菌都無法生存的地中海海底數千米以下沉積層中，並且它的周圍還存在著有毒的硫化氫物質，這種後生動物可以生存於持續缺氧狀態下，也不需要新陳代謝後的含氧物質。
這是由意大利和丹麥科學家組成的研究小組負責的研究， 科學家從1998—2008年對地中海3000米下的極端環境進行了3次海洋勘測，才在位於希臘南部海域拉塔蘭特海盆的地層中發現了這種新生物。這種類型的深海含鹽有毒海盆形成於550萬年前礦物質沉積洪流中，該海盆內濃密的含鹽鹵水層厚達60多米。這一鹵水層相當於自然障礙，可以阻止海水和沉積物質之間的氧交換作用，使海盆完全不存在氧氣。除此之外，拉塔蘭特海盆富含甲烷和硫化氫氣體。
這種後生動物是鎧甲門物種之一，體長不足1毫米，主要生活在海底沉積物中。這一新物種與其他後生動物最顯著的區別是，它體內並沒有使用氧氣和糖生成細胞所需要能量的線粒體。而對於這一新物種，它非常類似於氫化酶體，氫化酶體通過一些單細胞屬真核細胞產生能量，期間無需氧氣供給。研究人員稱，這項研究證實棲息於有毒海盆的這種鎧甲門物種是世界上第一種無需氧氣生存的動物，它們能夠適應厭氧代謝。我們將重新審定動物的生存方式，進一步分析動物的進化過程。
地下生命圈
在四萬公裏長度的大洋海底有很多高一般為2~5米、上細下粗圓筒狀、口徑約15厘米的黑色煙囪狀的怪物，它們以每秒幾米的速度向外噴出與海水不一樣的**，這些**一開始澄清，與周圍的海水混合後沉澱變為“黑煙”。“黑煙”
形成的原因是新生大洋地殼或海底裂穀地殼的溫度較高，海水沿裂隙向下滲透可達幾千米，在地殼深部加熱升溫後，然後再淋濾並溶解岩石中多種金屬元素後，又沿著裂隙對流上升並噴發在海底。由於礦液與海水成分、溫度的差異，形成濃密的黑煙，海底及其淺部通道內則堆積這些硫化物的顆粒沉積。在噴出熱泉的“黑煙囪”周圍，雖然水溫高達250℃-350℃，水壓為265帕，但活躍著蠕蟲類、蛤類、蟹類、蝦類、蔓足類、魚類和硫細菌等各類生物種群，在世界各大洋都發現了這種熱水生物群。
因為在熱液口，溫度的梯度大，剛噴出的熱液是300℃，而海底的水溫是2℃-4℃，而且這個地方PH值和氧化還原點也有極大的梯度，在這種時候最容易形成和進行化合作用，很多人判斷“黑煙囪”上麵有各種各樣的礦物質，生命起源很有可能就在這裏。
深海熱液生物群表明，地球上存在著不需要光合作用、不需要植物作為食品鏈的生命係統。
另外，在大陸坡、深海區分布著天然氣水合物，即可燃冰。海底升溫或減壓，就會釋放出大量的甲烷，可以在海水中形成一種被科學家稱為冷泉的甲烷柱。在冷泉附近生存著依賴冷泉的生物群，被稱為“碳氫化合物生物群落”。這些天然氣水合物釋放區的生物群也是獨立生態係統，其食物鏈低層生物也是一種管狀蠕蟲，依靠甲烷細菌提供能量。
據美國《大眾科學》雜誌報道，國外科考人員日前首次在地殼輝長岩層發現了生命，同時還找到了能夠證明有生命存在於更深地底的證據。研究人員在大西洋中部海底，一個非常活躍的厚度隻有70米玄武岩層斷層地塊進行鑽探，在鑽探1300多米後到達了地殼輝長岩層，這裏的溫度超過了海平麵沸點屬於高溫高壓，但是這裏存活著大量生命，主要是細菌種，經過長時間的進化以甲烷等碳氫化合物為食，與在油藏層發現的細菌相類似。這一發現表明，細菌可能並不是在輝長岩層進化，而是從上方的地層向下遷移。在海床下方深處發現以碳氫化合物為食的生命表明，研究人員有可能在更深的區域，也就是在地幔發現生命。
繼續向地球深處探索，地殼下3000米即所謂的地表下岩石圈，這些厚重岩石的溫度超過了40℃，由於缺乏氧氣而能夠使大多數人們熟悉的生物窒息，在這裏科學家們發現大量的名為生物膜的一些細菌和其他微生物，並且在這個地獄般的環境中首次發現多細胞生物——線蟲。這些線蟲身長約半毫米，以細菌為食，通過單性生殖方式不經**來繁殖，能忍受生活環境中的高溫，多細胞生物在如此惡劣環境中的生存能力對於研究宇宙生物學也有參考價值。
科學家們估計，地球半數生命藏在地下，地球的近半數活的物質隱藏在海洋或陸地的岩石、土壤、樹根、礦藏、油井、湖泊和蓄水層中，他們把它叫做“地下生物圈”或者“地球的地下室”。在這個地下世界裏，沒有陽光，生命往往生活在極端環境之中，從地球表麵延伸到地下數百米或者數千米。這一環境中的生物體的總量可能相當於地球表麵所有生物的量。
20世紀90年代後，人們用石油鑽探和大洋鑽探分別在北海和太平洋底下探索深度地層的各類岩樣，在玄武岩火山玻璃中都發現了微生物，有時候每立方厘米沉積物中就有1000多萬個活細菌。經計算，地球下的生物量竟達到地球表層的1/10，占全球微生物總量的2/3。顯然，在地下深層存在一個覆蓋全球的深部生物圈。這些在極端環境下的微生物，新陳代謝極端緩慢，長期處於休眠狀態，極少消耗能量，都是些極其高齡的生物。有人對4000萬年前密閉在琥珀中蜜蜂體內的細菌培養後，細菌居然活了過來；又有人在新墨西哥州地下600米處，2.5億年前的結晶鹽中找到了處於假死狀態的細菌。
能夠生存於太空環境下的生命
科學家們在英國一條河流中發現了通常生活在高空中的細菌種類，這種細菌名為“同溫層芽孢杆菌”，其通常存活於距離地麵20英裏（32公裏）的高空。在河中發現它們可能是因為大氣循環被帶下來的。這一大氣循環讓水汽上升，並再次落下。這種生命力頑強的特殊細菌可以被用在微生物燃料電池（MFC）當中，用以將廢水轉變為電力和潔淨水。
歐洲航天局發表公報說，為了探尋太空中生命存在的跡象，該機構在國際空間站的“哥倫布”實驗艙內進行了一係列實驗，其中包括在艙外懸掛12個手提箱大小的盒子。這些盒子裏被放入664種生物和生物化學樣品，觀測時間為期18個月。研究人員發現一些生物存活下來，比如水熊、鹵蟲和一種多足搖蚊的幼蟲，水熊能夠繼續存活，其中適應能力最強是地衣植物麗石黃衣。
生物如果想適應太空生活，不僅僅要麵臨著惡劣的環境，而且最難以忍受的應該是太空輻射了。美國科學家已破譯了“超級細菌”的全部基因的遺傳密碼。
“超級細菌”名叫異常球菌，已有20億歲的高齡，是地球上存在的最早的生命形式。它以超強的抗輻射能力而被譽為“世上最堅韌的生物體”，即使原子彈爆炸也奈何不了它。“超級細菌”可用於保護核設施附近的環境，解除重金屬、放射性核廢料和其他有害物質對土壤和地下水的侵蝕。
在一般的情況下，人在5戈瑞（輻射強度的計量單位）的輻射下隻能存活1小時（廣島和長崎原子彈爆炸的輻射劑量即相當於10戈瑞）；普通細菌2000—5000戈瑞的輻射下也會全部死亡；但是從2003年起，新疆農業科學院微生物應用研究所在科技部支持下，對新疆高放射性汙染土壤進行了耐輻射微生物資源研究。獲得了耐10000—30000戈瑞輻射的各類細菌、放線菌、真菌（含酵母菌），並初步確定耐輻射微生物新科1個，新屬10個，新種20多個。其中耐輻射放線菌和耐輻射真菌是世界上首次被發現和分離出來的。
美國俄勒岡州大學科學家從該州山區海拔1524米左右的熔岩管內的冰中發現了細菌，這些細菌以橄欖石中的鐵為食，能夠在氧量較低、溫度接近零度和完全沒有有機食物存在情況下生存。在火星岩石中，科學家同樣發現了橄欖石，這次發現的細菌擁有驚人的生存能力，而火星環境與其非常類似，能夠在類似火星的環境下繁衍生息。
科學家證實，經過長時間的進化，這種細菌能夠適應嚴酷的生存環境。在室溫和正常的氧水平條件下，這種細菌以糖等有機物質為食。在移除這些食物同時將溫度降至接近零度和降低氧水平後，這種細菌開始以在熔岩管中發現的橄欖石作為能量之源。橄欖石是存在於地球和火星火山岩中的常見礦物。火星地下可能存在類似環境，細菌能夠在這種環境下生存。科學家曾對來自火星的一顆隕石進行分析，結果發現了細菌新陳代謝的跡象。
目前，微生物可以通過吞噬硫化物進行生存已經被證實。個體的大小隻有千萬分之一米的長度。而且他們的形狀和群落顯示出並不一致的特征。根據相關的科學家介紹：在這些微生物化石上還檢測到了鐵和硫的化合物，這可通過硫和硫酸鹽代謝的產生。
而嗜硫細菌在今天的地球上仍然是非常普遍的，我們可以在臭水溝或者土壤中找到它們，也可以在更加極端的環境中生存，例如深海熱泉特殊生態係統。從這個角度可以推測，火星上也存在著如此極端惡劣的環境，同樣有理由想象，或許在地球上，一些微生物可以以火山噴發出的硫化物分子為能量來源而生存。從本質上講，它們“食用”這些硫化物就相當於人類呼吸氧氣。那麽在該星球大氣層中探測到硫化物分子，將有助於判斷該星球是否有生命存在。
如果這種“影子生物圈”的確存在——生命真的在地球上進化過不止一次，這將表明生命並不是如此的特別，它可以相當容易地紮根於某個地方。這樣一來，宇宙中其他世界存在生命的幾率將大大增加，這拓寬了科學家對各種新的可能性的認識，表明生命能夠以比以前想象的更多形式存在，生活在更為廣泛的地方。
古細菌
我們前麵提到的很多在極端環境下生活的細菌，被列入古細菌的行列之中。
古細菌常生活於熱泉水、缺氧湖底、鹽水湖等極端環境中的原核生物。具有一些獨特的生化性質，如膜脂由醚鍵而不是酯鍵連接。在能量產生與新陳代謝方麵與真細菌有許多相同之處，而複製、轉錄和翻譯則更接近真核生物。古核生物與真核生物可能共有一個由真細菌的祖先歧化而來的共同祖先，現今最古老的生物群，為地球原始大氣缺氧時代生存下來的活化石，為單細胞生物，並無真正的核。染色體含有組蛋白，RNA聚合酶組成比細菌的複雜，翻譯時以甲硫氨酸為蛋白質合成的起始氨基酸，細胞壁中無肽聚糖，不同於真細菌，核糖體蛋白與真核細胞的類似。許多種類生活在極端嚴酷的環境中，與真核生物、原核生物並列構成現今生物三大進化譜係。
古細菌多生活在極端的生態環境中，具有原核生物的某些特征，如無核膜及內膜係統；具有環狀DNA結構以及細胞產能、也有真核生物的特征，如以甲硫氨酸起始蛋白質的合成、核糖體對氯黴素不敏感、RNA聚合酶和真核細胞的相似、DNA具有內含子並結合組蛋白；此外還具有既不同於原核細胞也不同於真核細胞的特征，如：細胞膜中的脂類是不可皂化的；細胞壁不含肽聚糖，有的以蛋白質為主，有的含雜多糖，有的類似於肽聚糖，但都不含胞壁酸，D型氨基酸等。
古菌細胞有各種形狀，如球形、杆形、螺旋形、葉狀或方形，它們具有多種代謝類型。值得注意的是，鹽杆菌可以利用光能製造ATP，盡管古菌不能像其他利用光能的生物一樣利用電子鏈傳導實現光合作用。一些人認為真核生物起源於一個古菌和細菌的融合，二者分別成為細胞核和細胞質。這解釋了很多基因上的相似性，但在解釋細胞結構上存在困難。
以上很多事實說明，生物體會以各種方式生活在極端環境之中，其中包含大量的多細胞生物，而古細菌在極端環境下更具有代表性，古細菌分為如下幾種：極端嗜熱菌：能生長在90℃以上的高溫環境。有的最適宜生長溫度為100℃，80℃以下即失活，在意大利海底發現的一族古細菌，能生活在110℃以上高溫中，最適生長溫度為98℃，降至84℃即停止生長；美國的J.A.Baross發現一些從火山口中分離出的細菌可以生活在250℃的環境中。嗜熱菌的營養範圍很廣，多為異養菌，其中許多能將硫氧化以取得能量。
嗜鹽細菌：它能在極端地鹽環境下生長和繁殖，特別是在天然地鹽湖和太陽蒸發鹽池中生存。由滲透勢原理可知，高鹽溶液中的細胞將失去更多的水分，會變成脫水細胞。而嗜鹽細菌可產生大量的內溶質或保留從外部取得溶質的方式來維持自身的生存，如嗜鹽杆菌在其細胞質內濃縮了高濃度的氯化鉀，其中有一種酶隻有在高濃度的氯化鉀中，才有活性，才能發揮其功能。而與環境中鹽類接觸的鹽杆菌，其細胞質中的蛋白質需要有高濃度氯化鈉才能發揮作用。這是古細菌種的一種。
極端嗜酸菌能生活在pH值1以下的環境中，往往也是嗜高溫菌，生活在火山地區的酸性熱水中，能氧化硫，硫酸作為代謝產物排出體外。
極端嗜堿菌：生活在鹽堿湖或堿湖、堿池中，生活環境PH值可達11.5以上，最適PH值為8～10。
產甲烷菌：是嚴格厭氧的生物，能利用CO2使H2氧化，生成甲烷，同時釋放能量。CO2+4H2→CH4+2H2O+能量。
由於古細菌所棲息的環境和地球發生的早期有相似之處，如：高溫、缺氧，而且由於古細菌在結構和代謝上的特殊性，它們可能代表最古老的細菌。它們保持了古老的形態。
第三節 生命中的量子力學效應
細菌中的量子現象
人們一般都不會把量子世界與生命世界聯係起來，不過很多研究證明，量子一直參與並左右著生命世界。從生命誕生的必然角度分析，生命一開始就是一個量子事件，生物體是個量子集合，人體有7x1027個原子組成，子中大部分的質量都集中在原子核上，如果原子核假如是葡萄（20毫米）大小，那麽整個原子的範圍應該在200米左右。從微觀角度講，人體大部分空間正是電磁場。我們應該更多從量子角度審視生命。
生命活動中量子效應廣泛存在，從植物的光合作用到魚類，鳥兒對電磁方向的感知，包括人類的大腦活動，都有量子的參與。目前很多國家及科學家投入到量子在生命中如何參與的研究中。
通常來說，量子效應通常隻在分子，原子級別層級被觀察到，或者多分子在極端環境下比如高真空，超低溫和嚴格控製程序的實驗室中表現出量子效應。而生命世界因為處於溫暖、潮濕、混亂的宏觀世界中而無法表現出量子性。但越來越多的實驗證明，量子現象恰恰是生命的主要活力機製所在與內在的驅動力。比如有科學家研究發現量子“相幹性”（在量子層級裏，整個係統每個部分的波型保持一致）在細胞混亂的生命體內，響應時間不超過1微秒。現在下麵舉幾個例子：
近日，哈佛大學維斯生物工程研究所的一群研究人員嚐試將一本大約有5.34萬個單詞的書籍編碼到不到一沙克（億萬分之一克）的DNA微芯片中，連同文字一起的還有11張圖片和一段Java程序。這是迄今為止人類使用DNA遺傳物質儲存數據量最大的一次實驗，“今後，拇指大小的設備就能存下整個互聯網的信息”。該項目首席研究員、哈佛大學遺傳學家喬治·丘奇（George Church）說。
這項實驗被刊登在《科學》期刊上。
從二進製到堿基對編碼DNA是生物數據庫，它的主要功能就是存儲包含各種指令的生物信息。DNA有G（鳥嘌呤）、T（胸腺嘧啶）、A（腺嘌呤）、C（胞嘧啶）四種堿基，共同構成了相互纏繞的雙鏈階梯狀的螺旋結構。通過這四種堿基不同順序的編碼，存儲了生物所有的遺傳信息。1克DNA即能儲存上千億個千兆字節，相當於1000億張DVD光盤的內容。
細胞內的酶可以在一秒鍾內催化數百萬個反應。有一些酶它們的催化產物動力學速率甚至高於分子擴散速率，這種現象無法用目前公認的理論來解釋。
有多種理論模型被提出來解釋這類現象。一種理論模型引入了基於量子理論的穿隧效應，即質子或電子可以穿過激活能壘（就如同穿過隧道一般）。有報道發現色胺中質子存在量子穿隧效應，因此，有研究者相信在酶催化中也存在著穿隧效應，可以直接穿過反應能壘，而不是像傳統理論模型的方式通過降低能壘達到催化效果。
美國明尼蘇達大學研究人員最近拍攝到電子在細胞蛋白質中移動的分子圖像。電子在細胞內移動產生的能量是生物體生存的基本能量來源之一，由此產生的能量被人體用來生成蛋白質、脫氧核糖核酸等複雜分子。這些複雜分子是促進生物體生長、維持生命和儲存能量的基石。伊恩·威爾莫特等人利用Ｘ射線晶體技術獲得的圖像將加深對這一過程的理解。
生物體在誕生及進化過程中利用電流的曆史久遠，微生物學家德裏克·洛維利、物理學家馬克·托米勒在《自然·納米技術》發表文章指出，他們首次發現，硫還原泥土杆菌體內的微生物納米線（菌絲網）能長距離地傳導電子。穿越這種杆菌生物膜的菌絲網由數十億個細胞內聚而成，這些絲網讓其生物膜具有了與廣泛應用於電子工業的人造導電聚合物相媲美的導電性。科學家們稱，這是他們首次觀察到電荷沿著蛋白微絲傳導，以前科學家們認為，這樣的傳導需要細胞色素蛋白質的參與，細胞色素讓電子進行短距離“旅行”。而最新研究表明，這種細菌的蛋白微絲就像真正的金屬導線一樣，即便沒有細胞色素，電子也能進行“長途旅行”。
英國東英吉利亞大學和美國西北太平洋國家實驗室的科研人員，對一種生存在無氧環境中的沙雷菌進行了研究，結果發現其能通過納米線將電子運送到體內的氧化鐵（其對該細菌的作用就像氧氣對人一樣）。該報告主要作者東英吉利亞大學的克拉克說：“我們應該可以利用這一發現，從細菌身上獲取更多電力，一切有生命的物體都會發電，人類就是利用電能來維持心髒跳動和大腦思考。沙雷菌會利用它們的導線來釋放過多的電力，如果它們出現電荷阻塞，一切就會停止”，而這包括進食和呼吸。”
該研究說明在細菌領域，獲得能量的來源是多樣性的，而不僅僅是像人類一樣依靠氧氣，在後麵例子中會有很多不依靠氧氣而生存的細菌。而這也恰恰說明量子在生物領域的重要作用。
以上表明，有機生命世界，有其強大內在的量子規律，不為現代科學所知的強大的內在量子物理規律在決定生命的規則。在物理學部分，我們講到多層聚合，聚合不僅僅是宇宙誕生的來源，也是銀河係，太陽係，分子誕生的來源。現代科技也證明，分子級別的多層聚合，擁有很多神奇的效應，從細胞的結構，到有機分子官能團，從蛋白質結構，生物酶的結構，再到碳的多分子結構，包括現代試驗室的低溫分子的量子神奇效應。而多層聚合也恰恰是從物質的宇宙誕生到生命的意識誕生的貫穿，聚合也是生命形成的重要因素。
光在生物界的量子效應
量子與生命的關係，最重要的體現在光與生命的聯係中，光合作用恰恰需要量子力學的幫助。研究人員一致認為，光合作用的生物體內表現著量子力學事件，比如電子等粒子表現出波一樣的行動。光子擊中一個天線分子，會激起一波一波帶能量的粒子——應激子，就像石頭落入水中激起的波紋一樣。這些應激子會從一個分子“旅行”到另一個分子，直到到達反應中心，這種路徑是隨機的。
很多科學家指出，這些應激子可能是相關的，它們的波紋會延展到多個分子，然後同時，它們也會保持彼此同步並且互相加強。
2010年5月，美國科學家首次記錄並量化了光合作用中的量子糾纏。研究表明，在綠色植物中的光合作用中，量子糾纏是量子力學效應的一種自然屬性，量子糾纏能夠在一個生物係統中存在並且持續一段時間。該論文發表在《自然·物理學》雜誌上。
通過光合作用，綠色植物可以將太陽能接近100%的轉化。這麽高效率的關鍵在於傳遞速度，而如何完成近乎瞬間的能量轉移仍然是個未解之謎。加州大學化學家格雷漢姆·弗萊明的研究團隊曾在2009年的《物理化學年鑒》上指出，植物通過光合作用得到的量子力學效應是一種關鍵能力，植物可以瞬時將捕光複合物分子中的光子能量傳輸給光電反應中心的複合物分子，完成能量的轉移。包括弗萊明在內的研究小組確定，在光合作用中，綠色植物中的量子糾纏是量子力學效應的一種自然屬性。原來科學家認為，量子糾纏是一種非常脆弱的狀態，很難獲得並持續，而現在證明，量子糾纏可以在一個生物係統中存在而且還能持續一段時間。
研究人員在大量FMO複合物（FMO是綠硫細菌的一個分子聚合物）中發現，量子糾纏能持續時間一般為幾皮秒，並會持續穿過大約30埃（大約氫原子的直徑）的距離，直到激發能被反應中心捕捉到。這是科學家首次在真正的生物係統中捕獲和量化量子糾纏。研究人員表示，這樣的糾纏也會出現在如紫色光合細菌LH1和LH2等更大的捕光化合物中。而更大的捕光化合物也能夠製造和支持更多的激發能來獲得更多樣的糾纏狀態。
該研究團隊還發現量子糾纏持續地存在於離散的捕光複合物的分子之間，而且溫度對糾纏程度的影響微乎其微。
另一篇發表在英國《自然》雜誌上的文章結論是：相幹量子波能同時以兩種或多種狀態存在，具有相幹性的應激子一次能以兩種或多種路徑穿過天線分子組成的“森林”。事實上，它們能同時探測到多個可能的路徑，並自動選擇最有效的方式到達反應中心。
美國化學家格拉漢姆·弗萊明領導下兩個團隊在做出研究，其中一個團隊利用一係列極短的激光脈衝來探測綠色硫細菌的光合作用器官。他們使用固態氮把樣本冷卻到-196℃，探測到了清晰的相幹應激態存在的證據。第二個團隊以紫細菌為研究對象，同樣在-93℃下發現了一樣的量子相幹性。這表明，量子相幹除了在低溫下，也可能在常溫下生物內的光合作用中非常重要。
加拿大多倫多大學化學家格雷戈裏·斯科爾斯等人的研究表明——在常溫下，能進行光合的普通海洋藻類身上證明也具有量子相幹性。研究人員在室溫下實現了海藻5-納米寬的光合作用蛋白上電子激發的量子相幹共享，證實了量子效應可能在其中發揮作用的理論。研究顯示這些蛋白內相距較遠的單元被量子相幹連接在一起，以增強集光效率。他們研究了兩種藻類在常溫下的光吸收機製：一種稱為捕光複合體的特殊蛋白會將捕捉到的光能量注入光反應中心。研究人員使用飛秒激光脈衝讓蛋白模擬吸收陽光的行為，發現被吸收光同時出現在了兩個地方，呈現出了量子疊加態。這表明，即使在常溫下，量子力學的隨機性也表現在生物體內，而不僅僅是非生命的存量子級別的物質中。
量子力學家認為，量子傳播過程中，可以有很多路線，而人走路隻能選擇一條，比如你想去某地，而對量子來講，多條路線可以同步走，達到最短路徑。在很多酶催化反應中，光子通過量子隧道效應從一個分子移到另一個分子。還有人認為，氣味源於分子振動的生化感應，這個過程涉及到氣味負責的分子和鼻子中的接受器之間的電子隧穿。
量子力學在動物界的應用
為了尋找食物，繁衍後代，很多鳥一年要遷徙幾千到幾萬公裏。科學家一直想弄明白鳥是如何倚靠地球電磁場定位的。這種量子輔助的磁感應可能廣泛存在。不僅鳥類，許多動物（從鳥類到狐狸甚至可能包括人類）身上存在著磁場接收器，某些昆蟲甚至植物都對磁場表現出了生理反應，例如，磁場可能也采用同自由基機製一樣的方式出現的磁場來緩和藍光對開花植物阿拉伯芥生長的抑製作用。
虹鱒魚在大海裏暢遊三年時間，雖然離家有300公裏，但是它們依然能回到最初的孵化地。一般來說，虹鱒魚跟隨著溪流遊弋，很少出現方向性的錯誤。科學家認為虹鱒魚似乎是依賴地球磁場完成它們長距離旅程的。
虹鱒魚的磁場細胞中，磁性微粒
緊鄰細胞膜，而非細胞核。
現在，路德維希-馬克西米利
安-慕尼黑大學地球科學家Michael Winklhofer領銜的研究小組分離出了這種魚體內的磁場細胞，這種磁場細胞所占的比例可能不到萬分之一。為將磁場細胞分離出來，Winklhofer和同事們在顯微鏡下放置了懸浮的虹鱒魚細胞，顯微鏡上也裝置了磁鐵。研究人員認為，這樣一來，所有含有磁性的細胞將會慢慢圍繞磁鐵旋轉。用這種方法，研究人員從虹鱒魚的鼻部分離出了磁場細胞。在每個虹鱒魚的嗅覺組織中，他們發現有1到4個細胞圍繞旋轉磁場轉動，並且每個細胞中磁性微粒緊挨著細胞膜。每個細胞的磁力比研究人員預想的大上百倍。這說明，魚類不僅有能力覺察基本方向，而且其對磁場強度的感知能力能給它們提供更為精確的經緯度信息。
2013年9月，科學家發現了兩種能發電並導航的魚類。它們生活在巴西亞馬孫河流域的“流動草地”，該水域有許多植物，新發現的新物種魚類使用電流在渾濁的水中進行導航。這兩種魚類外型奇特，被稱為鈍頭刀魚。它們從尾部特殊的發電器官釋放幾百毫伏電脈衝，發電器官能夠探測到電場中任何物體導致的電場扭曲，像蝙蝠和海豚進行回聲定位導航，它們使用電子定位係統探測周圍環境。
科學家猜測鳥的磁場感應器被射入鳥視網膜上的光所激活，每個入射光子沉積的能量會製造一對自由基——高度反應的分子，每個自由基擁有一個未被配對的電子，每個未配對電子擁有一個內在的角動量—自旋，這個自旋的方向能被磁場重新定位。隨著自由基分開，一個自由基上未配對的電子主要受到原子核附近磁場的影響，然而，另一個自由基上未配對的電子則會遠離原子核，隻感受地球的磁場，磁場差異改變了兩個具有不同化學反應能力的量子狀態之間的自由基對。劍橋大學的物理學家西蒙·本傑明表示：“有種想法認為，當係統處於一種狀態而不是另一種狀態時，某種化學物質在鳥類的視網膜細胞中被合成，其濃度反映了地球磁場的方向。2008年，科學家們進行了一個人工光化學反應，發現磁場影響了自由基的壽命，從而證明了這種想法的合理性。”本傑明和同事之前認為，吸收單個光子會製造出的這兩個未配對的電子以量子糾纏狀態而存在，量子糾纏是量子相幹的一種形式，在量子糾纏狀態中，不管自由基移動得多遠，一個自旋方向同另一個自旋方向密切相關。量子糾纏狀態在室溫下通常非常脆弱，但是，科學家們推測，它至少能在鳥的指南針中持續幾十微秒。
2013年5月，奧地利和澳大利亞科學家David Keays等博士領導的小組發現，在鳥類的羽毛下似有一個內部導航係統，大多數動物的毛細胞參與聽覺與平衡功能中，在鳥類的耳朵中有一種名為毛細胞，負責探測聲音和重力的感覺神經元，每一個細胞都在同一個位置有一個單一的鐵球。研究人員認為這種鐵球非常類似於指南針，能夠幫助鳥類了解方向、太陽的位置並且幫助它們找到路線。
美國貝勒醫學院的吳樂清和戴維·迪克曼在美國《科學》周刊上發表文章，鴿子腦部的神經元為地球磁場方向編碼，讓這種鳥類擁有與生俱來的內置全球定位係統（GPS）。他們發現了鴿子的腦細胞是怎樣記錄了從地球磁場中感知到的詳細導航信息。科學家將一些鴿子置於黑暗的環境下，並對它們的腦部進行監測，接著調高了磁場的強度，並對其範圍、高度和其他變量進行調節。他們用基因標記來確定神經元被激活的時間點，而且把關注的重點放在用來處理此類信息的神經區域。最終，他們在鴿子的腦幹部位確定了活動性大大提高的53個神經元。而且，這些腦細胞與相對應的人工磁場範圍最為敏感。他們的發現揭示：鴿子腦部一種稱為神經元的單細胞可以將磁場方位、強度和極性信息編製成密碼。
研究人員發現，當鴿子內耳中某一區域處於變化的磁場中時，這些腦部的神經元就會做出反應。那麽信號從何而來？吳和迪克曼認為磁場信息通過內耳發送到神經元，不過喙部和視網膜接收器也有可能在其中發揮了作用。這就是鴿子神經係統的全球定位係統。有證據表明，這些神經元屬於一個接收器網絡，接收器可以發現並向腦部的其他部位發送有關地球磁場方位和強度的信息。他們猜測，腦部的其他區域把新收到的磁場數據與腦中的地球表麵三維圖像相對照，這讓鳥類擁有驚人的導航能力。
不僅鴿子有“GPS定位係統”，科學家證實人類大腦也同樣存在“內置GPS”。科學家早就發現，當老鼠處於一個特定的場所時，會激活海馬中的位置神經細胞，不久後人類也被發現擁有這種細胞。2005年科學家們在老鼠體內發現了定位細胞，後來在蝙蝠和猴子體內也發現了定位細胞，這些定位細胞為位置細胞提供信息輸入。2013年8月，科學家利用磁共振成像研究表明，定位細胞存在於人類體內，這次的研究證明了它們存在的確鑿證據。這項研究的研究員，費城德雷塞爾大學的Joshua Jacobs說道：“定位細胞會告訴人們所處環境的位置，而在動物中這些細胞會為導航提供一種測量工具。”
生命在極端環境下的表現，證明了量子領域參與了生命的保持與演化。在物質向生命演化過程中有很多的疑問，需要很多的問題來解釋生命的誕生以及與物質的聯係。
在我們生活著的地球，“生命無所不在”這一觀點已一次次得到證實。無論是在溫度極高的火山口附近，還是在南極洲異常寒冷的冰天雪地中，無論是在太空邊緣，還是深在地下，科學家們都發現了生命的存在。人們也一直把目光投向地球之外的宇宙之中，去尋找那些“隱藏最深”的生命。
目前來說，科學家一直認為量子效應在生物體係統內的作用是自然選擇的結果，而事實上從生命誕生開始，量子就參與了生命的構成與運作。恰恰是量子本身的特性，使生命誕生及表達有了可能。人們必須從量子角度，在量子結構角度去理解生命。我們從生命的角度解讀量子物質，從量子與生命的關係中，尋找幾十億年來，生命的物質基礎的演化過程。
就生命本質來講，生命本身就是量子的表達，從生命解讀量子，不僅僅能夠促進對生命的研究，也會推動物理學本身的發展。