1. 何谓量子生物学
1970年以量子物理学家Lōwdin、分子药理学家Purcell等人为核心的国际量子生物学会开始活动。这标志着量子生物学作为一门新学科的基础已经奠定。
量子生物学到底是研究什么的呢？有各式各样的定义，因人而异。“根据量子力学的原理理解生命现象的科学”，这是我过去一向下的定义。最近，国际量子生物学会举行座谈会讨论这个定义，结论是：“以量子力学为手段应用于生物学问题”。所谓量子力学，是考察基本粒子，特别是电子的科学。所以，换句话说，量子生物学也可以说是从电子水平上理解生命现象的科学。Szent-Gyōrgyi为了要表达比分子更小的电子水平的意义，因而称之为亚分子生物学，Pullman则称之为电子生物化学。
2. 发展的历史
量子生物学在目前，正处于诞生不久的幼年时期，发展历史不长。但是，如果把可称为孕育期的时间也包括在内，那么它的经历也就不太短了。量子力学的创始人之一P. Jordan早就主张“突变取决于某种量子过程”，并在1939年就用了量子生物学这样一个概念，它意味着把量子力学和生物学结合了起来。另外，量子力学的创始人薛定谔的名著：《生命是什么》（1944）一书，给许多人留下了强烈的印象：量子力学与生物学的关系是出乎意料的密切。时至今日，该书仍不失为联结物理学家和生物学家的巨大精神桥梁。
另一方面，德国学者O. Schmidt早在1938年就注意到了致癌性芳香族烃的电子分布与致癌活性的联系。但是，直到1945年以后，在以法国的Pullman、Daudel等为首的许多研究工作者的努力下，大力开展了这方面的研究工作。目前，致癌机制的电子水平的研究在量子生物学中已占重要地位。此外，50年代人们还进行了许多从电子结构理论出发以理解植物激素、维生素和各种药物等的活性的尝试。然而这都是以低近似度的单调计算为主的尝试。而60年代以后，由于量子力学近似法的发展和计算机的进步，用高近似度考察大分子已很有可能了。今天，对于组成生命体的主要物质核酸、蛋白质也开始进行了电子结构理论的研究。可以预期，这种发展趋势，今后会进一步加强。
3. 必要性
从化学看
科学的发展毫无例外地受自然法则的支配，顺应需要就发展，没有需要就衰落。量子生物学如今正处于发展途中，逐年在成长壮大。这是量子生物学发展的必要性的切实证据。那么，从电子水平考察生命现象为什么是必要的呢？关于这个问题，我们可以在化学上看到一个先例。
不带电荷的氢原子之间为什么能结合成稳定的氢分子呢？这是使化学家苦恼了长达一个世纪的大问题。Na+和Cl-可以形成NaCl。对化学家来说，带电荷的原子间的结合是容易理解的，这种结合称为离子结合。可是，对于不带电荷的原子间的引力问题，经典化学家是无法理解的。
但是在量子力学建立后的第二年，即1927年，Heitler和London指出，根据电子相互交换的量子力学原理，氢原子间的引力的本质是能够圆满地说明的。不用说，以经典物理学为基础的经典化学是提不出这个概念来的。Heitler-London的工作清楚地表明了化学现象的基础寓于量子物理学之中。量子化学的历史就是从此开始的。如今，量子化学已渗透到化学的所有领域，并且发展到了离开量子化学就无从谈现代化学的地步。今天的情况跟20几年前人们冲着量子化学家说“不摇试管，就不是化学家”的时代气氛相比，委实已有隔世之感。
从生物学看
生物学的现状，当然要比现代化学落后得多，我认为与20年前的化学界倒是差不多。有这样的批评：今天的量子生物学仅仅是对蛋白质、核酸等有机体成分的电子结构进行计算，而丝毫没有深入触及生命的本质。另外，还有这样的议论：就像无论怎样详细地研究大学的建筑物也不能了解大学的功能一样，对生物作细致的考察即使深入到电子水平，但也不能理解生命所具有的复杂机能。今天的量子生物学的确是处于这种挨批评也无可奈何的难以令人满意的阶段。但是，罗马非一日所能建成，伟业也不是一蹴可就的。科学的发展也不外乎从长远的展望出发，坚韧不拔地予以推进。研究者们并非以计算核酸、蛋白质的电子结构为终极目的，而是把它作为理解生物的一个必要步骤。
结构是理解功能的基础。认识生物组成成分结构的重要性，从Watson-Crick揭露了DNA的立体模型而给生物学带来了暴风雨般的发展一事来看，也是明显的。现代化学中的分子结构论同量子化学密切相关，甚至被视为一回事。即使从这一点看，也容易理解，认识了分子结构之后，进一步深入地搞清结构与功能的关系，就是量子力学的任务。不仅静态的分子结构论，就连动态的化学反应论，现下也都认为是建立在量子力学的原理之上的。拿生物来说，其组成成分既然不是什么神奇的东西，而是可由化学研究的分子。那么，在化学上发挥着卓著成效的量子力学同样也能成为理解生命现象本质的强有力的武器，这是不言而喻的。
虽然生物是同类分子的集合，但是同化学所处理的分子相比，却具有不可比拟的复杂性，甚至可以说是神秘性。尽管如此，还是不能赞同《昆虫记》作者法布尔批评当时生物学的论点：“不观察活的生物，而光作尸体解剖”。如果让原始人看电视和计算机，即使他们对这些不可思议的东西也会感到惊讶，但对于半导体中电子活动的原理，恐怕是极难理解了吧！对于生命所具有的和谐的美，如果我们能够表示赞美、保持谦逊，那么我们就不会做电视机前的原始人了。
4. 量子物理学的作用
那么，具体地说，量子生物学在生物学中要起什么样的作用呢？即便没有量子生物学，生物学也在发展，并且分子生物学正盛开着艳丽的花朵。在过去，没有量子生物学的确也行。但是，在分子生物学发展已告一段落的今天，事情不是已经起了变化了吗？例如，在问到生物学中像化学中形成氢分子的力的本质是什么这样一些本质问题时，就有很多问题是生物化学和分子生物学都不能回答的。
举几个例子来说：1）在DNA双螺旋链中，形成A-T、G-C这样特异性的氢键靠的是什么力量？2）规定氨基酸的三体密码的因素究竟是什么呢？比方说，色氨酸为什么只跟UGG对应，而不跟其它三体密码对应呢？3）双链DNA和蛋白质的螺旋为什么呈右旋？4）酶有那样惊人的效能是什么道理呢？这样一些问题，不由电子水平作本质的理解，恐怕是不能明了的。
这里就有量子生物学存在与发展的必然性了。关于这一点，有必要好好领会年逾七旬但仍以旺盛的热情致力于把生物学与物理学结合起来的Szent-Gyōrgyi说过的一段话：“我相信，下一个世纪将目睹生物学发生深入的革命与发展。在卢克莱修学派的生物化学的基础上，将确立起量子力学的生物化学”（日本人服部勉译为“Bioenergetics”，即指生物和能量）。
我想着重指出，现下量子生物学还没有完成其为一个学术体系，而是一个正在创建中的领域。所以作为学术体系来说，是不完备的，也许有许多缺点，甚至错误。
但是，使我鼓起勇气的，还是Szent-Gyōrgyi讲的下边这段话：“避免错误的唯一道路就是什么也不干，或不去创新。可是，这在所有错误中可能是最大的错误。”
（庚镇城、许立言译）
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① 本文原载日本《化学与生物》杂志，第11卷，第6期（1973）。作者在日本国立癌症中心研究所工作。