Net om darem ‘n definisie te hê sal ek Gerald Edelman, direkteur van neurobiologie by die Scripps Research Institute in San Diego, se beskrywing aanvaar, naamlik (so ietwat oorvereenvoudig) dat bewussyn ‘n proses is en dat dit beteken dat iemand bewus is van sy bewustheid. Dit is waarskynlik ‘n sienswyse waarmee almal kan saamstem sonder om te veel oor fynere besonderhede te vit (of so hoop ek).

Meeste neurobioloë aanvaar dat bewussyn ‘n suiwer biologiese fenomeen is, gesetel in die brein en afhanklik van natuurlike prosesse, alhoewel Noë die saak vanuit ‘n effens ander hoek benader. Oor presies watter biologiese meganismes bewussyn ten grondslag lê is daar egter aansienlike meningsverskil: soveel navorsers, soveel opinies.

Dit wil voorkom asof ‘n ietwat aweregse teorie wat ‘n verwantskap toon tussen kwantumfisika en neuronale aktiwiteit onlangs ‘n hupstootjie gekry het as gevolg van navorsing oor ‘n helemaal ander biologiese proses: fotosintese.

Aanvanklike besware teen hierdie teorie was dat dit uiters onwaarskynlik is dat die beginsels van kwantumteorie, wat beskou is dat dit net vir subatomiese partikels geld, ’n invloed kan hê op die breinsubstans (ook genoem die “natware”, of (in Engels) “wetware”) en dat die golf-partikel dualiteit van subatomiese partikels enigsins op breinfunksie van toepassing kan wees.

Lig, asook subatomiese deeltjies soos elektrone, toon eienskappe van sowel partikels as golwe, afhangende van die eksperimentele toestande waaronder hierdie eienskappe ondersoek word. Hierdie was maar die eerste van talle paradokse wat in die kwantumfisika gevind is. Daar is ook gevind dat partikels wat volgens alle bekende beginsels van die klassieke fisika nie genoeg energie behoort te hê om sekere maneuvers uit te voer nie, dit tog kan doen in ‘n verskynsel bekend as tonneling.

Kwantumteorie vertel ons verder dat enige gegewe partikel ‘n moontlikheid het om in ‘n hele verskeidenheid plekke gevind te word en dat dit dus gelyktydig in al daardie plekke bestaan. Fisici beskryf kwantumteorie in terme van vergelykings wat hulle ‘n golf-funksie noem. Hierdie vergelykings is ‘n aanduiding van al die verskillende maniere waarop ‘n kwantumsisteem deur tyd kan verander. Totdat so ‘n sisteem ondersoek word kan ‘n partikel in veelvuldige plekke bestaan, maar wanneer die sisteem aan meting onderwerp word, dan moet die partikel ‘n spesifieke plek “kies” en die ander “ontruim”.

Dit is belangrik om daarop te let dat “meting” in hierdie opsig nie noodwendig die intrede van ‘n menslike wetenskaplike beteken nie. Wanneer ‘n subatomiese partikel ‘n impak maak op ‘n sisteem (biologies of andersins) tot so ‘n mate dat dit daardie sisteem op een of ander wyse beïnvloed, dan word die partikel ook “gemeet”.

Op daardie tydstip, so vertel kwantumfisici ons, verander die golf-funksie sodanig dat rimpels van “sekerheid” deur tydruimte gestuur word. Fisici noem hierdie verander die kollaps van die golf-funksie. Die plasing van sekerheid op so ‘n partikel kan die kenmerke van ander deeltjies waarmee dit in aanraking was oombliklik verander, of hierdie deeltjies ligjare of mikrometers van mekaar verwyder is. Hierdie konsep, verstrengeldheid (“entanglement” in Engels) het meteens ‘n belangrike begrip in die studie van bewussyn geword. Dit is belangrik om te onthou dat verstrengeldheid al in die laat tagtigerjare van die vorige eeu eksperimenteel deur die Fransman Alain Aspect en sy medewerkers waargeneem is.

Die eerste aanduiding dat kwantumteorie nie net op subatomiese deeltjies van toepassing is nie, het enkele jare gelede gekom toe Anton Zeilinger van die universiteit van Wene in Oostenryk gevind het dat ‘n molekuul buckminsterfullerene wat bestaan het uit 60 koolstofatome dieselfde tweeslagtige partikel-golf gedrag as ‘n foton of elektron kan toon. Alhoewel dit geensins ondersteuning was vir die kwantum-bewussyn teorie nie, was dit wel ‘n aanduiding dat die bisarre aspekte van kwantumfisika nie tot subatomiese partikels beperk moet wees nie en het Zeilinger se bevinding ‘n taamlike opskudding veroorsaak.

Sou kwantumteorie van toepassing wees op biologiese verskynsels sal dit verreikende gevolge hê. In die wêreld van die makrofisika kan ‘n bal nooit vanself oor ‘n muur spring nie, maar in die kwantumwêreld kan ‘n elektron vanaf een biologiese molekuul na ‘n ander een spring, alhoewel die wette van klassieke fisika dit verbied – die ekwivalent van ‘n bal wat spontaan oor ‘n muur wip.

Wanneer plante fotosintese gebruik om organiese verbindings soos suikers uit CO2 te sintetiseer word elektrone tussen molekules oorgedra. Dit het sommige navorsers laat spekuleer dat kwantumfisika dalk by hierdie proses betrokke kan wees.

Graham Fleming en kollegas by die universiteite van Kalifornië (Berkeley) en Washington het inderdaad ook vasgestel dat die dryfkrag van ‘n belangrike stap in fotosintese op kwantumbeginsels berus : elektrone maak “ontoelaatbare” spronge tussen biomolekules en kom ook gelyktydig in meer as een plek voor.

Fleming en sy medewerkers het fotosinterende bakterieë ondersoek om vas te stel hoe chlorosome, die proteïnraamwerk wat sonlig kollekteer, energie oordra na reaksiesentra in die binneste van die selle. Hierdie oordrag is verstommend doeltreffend met ‘n energieverlies van slegs 5%, in vergelyking met kragdrade wat 20% energie verloor.

Die navorsers het die chlorosome bestraal met laserlig wat slegs femtosekondes geduur het. Een femtosekonde is 0.0000000000000001 sekonde, of anders gestel : een femtosekonde staan teenoor een sekonde soos een sekonde teenoor nagenoeg 32 miljoen jaar! (Meer oor femtosekonde HIER

Tydens hierdie paar femtosekondes het die navorsers die pad van die ligenergie gekarteer, vanaf die chlorosome tot by die reaksiesentra waar energie-oordrag plaasgevind het.

Die resultate was verstommend. Die elektrone het nie op ‘n lukrake wyse van een verbindingskanaal tot die volgende beweeg soos voorspel deur klassieke fisika nie: dit het tegelykertyd in verskillende rigtings beweeg, eers wanneer dit die einde van die reeks verbindings bereik het, het dit ‘n doeltreffende baan retrospektiewelik gevind! Op daardie tydstip het die golf-funksie ineengestort en het die elektrone se energie die enkel mees effektiewe baan gevolg!

Kwantumteorie, daardie vreemde, onsigbare en byna magiese faset van fisika is dus grondliggend tot ‘n biologiese proses wat fundamenteel is tot feitlik alle lewe op aarde.

Terwyl fotosintese die biologiese proses is wat die beste ondersoek is in terme van kwantumteorie is dit nie die enigste een nie. Die reuksintuig, wat ook by meer komplekse organismes soos soogdiere voorkom, mag dalk op kwantumbeginsels berus. Tot onlangs was die aanvaarde teorie dat die sensasie van verskillende reuke waargeneem word wanneer molekules bekend as odorante (“odorants” in Engels) soos sleutels pas in die “slotte” van reseptore in die neus en dan daardie reseptore aktiveer.

‘n Probleem vir hierdie teorie is dat molekules met byna eenderse strukture nie noodwendig min of meer eenderse reuke het nie –trouens, hulle reuke kan soos dag en nag verskil. Kritici van die teorie hierbo genoem is van mening dat ander eienskappe as molekulêre vorm die aard van die reuk verantwoordelik moet wees.

Luca Turin, destyds van die University College van Londen, het gepostuleer dat die nagenoeg 350 verskillende tipes menslike reukreseptore in staat is om kwantumtonneling uit te voer wanneer ‘n odorant by die reseptor aanheg. Na aanhegting by die reseptor tonnel elektrone vanaf die reseptor deur die odorant en veroorsaak ‘n unieke patroon vibrasies eie aan die odorant. Hierdie vibrasiepatroon word dan waargeneem as die reuk van sigaretrook, vanielje of rooiwyn.

Turin het sy teorie in 1996 gepubliseer sedertdien ondersteuning gekry van fisici by sy voormalige universiteit. Hulle het in 2007 gevind dat ‘n reukreseptor elektrone vrystel wat dwarsdeur die odorant tonnel tot by die teenoorgestelde kant van die reukreseptor en in die proses kenmerkende vibrasies in die odorant tot gevolg het. Of dit inderdaad die sensasie van ‘n spesifieke reuk veroorsaak is na die beste van my wete nog nie vasgestel nie, maar dat die kwantumverskynsel van tonneling wel hier aan die werk is, is onbetwisbaar.

Jawellnofine hoor ek u sê, maar wat het dit nou eintlik met bewussyn te doen?

Stuart Hameroff is ‘n narkotiseur en direkteur van die Centre for Consciousness Studies by die universiteit van Arizona. Die manipulasie van bewussyn is een van die primêre take van narkotiseurs en as sulks is hy dus uitstekend toegerus om navorsing oor hierdie onderwerp te doen.

Narkose, so argumenteer hy, is ‘n uitstekende voorbeeld van waarom bewussyn ‘n kwantumproses moet wees. Wanneer iemand onder narkose is hou sy brein nie op om te werk nie, maar daar is nie meer ‘n bewussyn betrokke nie. Hoe kry narkosemiddels dit reg om bewussyn “af te skakel”? Lesers mag dalk verras wees om te verneem dat ons maar min weet oor hoe narkosemiddels nou eintlik werk. Korrelate kan getrek word tussen die strukture van narkosemiddels en hul effektiwiteit, maar daar is geen oorkoepelende verklaring (of selfs eers ‘n goeie idee) oor hoe hierdie middels die verlies van bewussyn teweeg bring nie.

Hameroff spekuleer dat narkosemiddels ‘n delikate kwantumproses in die brein se neurone omverwerp. Elke neuron bevat honderde lang, tubulêre proteïnstrukture, genaamd mikrotubules, wat optree as ‘n sellulêre raamwerk en wat betrokke is by neuronale integriteit en funksie. Volgens hom los narkosemiddels op in klein, olierige gedeeltes van die mikrotubules en beïnvloed daardeur die vloei van elektrone in die tubules.

Hy spekuleer dat wanneer sekere elektrone in een “deel” (noem dit maar aan die “linkerkant”) van die tubules is, word daardie gedeelte saamgepers, in ‘n ander “deel” (noem dit maar die “regterkant”) van die tubule mag die elektrone ‘n verlenging van die tubules tot gevolg hê. Kwantumteorie laat egter toe dat elektrone sowel “links” as “regs” mag wees, en derhalwe dat die mikrotubules in sowel verlengde as saamgepersde toestande kan bestaan. Elke deel van die aanhoudend veranderende sisteem beïnvloed die res van die stelsel, onder andere deur verstrengeldheid.

Hier, so vertel Hameroff, hier is bewussyn gesetel. Die spel tussen elektrone, die gepostuleerde vinniger-as-lig kommunikasie tussen verstrengelde partikels in ons breine is dit wat ons bewus maak van ons bewussyn, van ons menswees, en wanneer narkosemiddels inmeng met hierdie dans word bewussyn afgeskakel.

Is Hameroff reg? Dat sy hipotese uitdagend is, is gewis. Dat hy ten minste ‘n mate van teoretiese steun daarvoor kan monster is onteensegbaar, maar baie navorsing moet nog gedoen word voordat sy idees algemene inslag sal vind.

Dalk is die wete van ons wete ‘n gevolg van spookagtige interaksies tussen entiteite wat vlietend huiwer tussen partikel en golf…..