Hayata atomik ölçekte bakmak, makroskopik dünyanın daha kapsamlı bir şekilde anlaşılmasını sağlar.
Kuantum biyolojisi, kuantum etkilerinin biyolojik süreçleri nasıl etkilediğini keşfederek potansiyel olarak öncü tıp ve biyoteknolojideki atılımlara. Biyolojik sistemlerde kuantum etkilerinin hızla kaybolduğu varsayımına rağmen, araştırmalar bu etkilerin fizyolojik süreçlerde önemli bir rol oynadığını öne sürüyor. Bu, invaziv olmayan, uzaktan kumandalı terapötik cihazlar oluşturmak için bu süreçleri manipüle etme olasılığını açar. Ancak bunu başarmak, bilimsel araştırmaya yeni, disiplinler arası bir yaklaşım gerektirir.
Yaralanmaları ve hastalıkları tedavi etmek üzere kendi hücrelerinizin aktivitesini kontrol etmek için cep telefonunuzu kullandığınızı hayal edin. Aşırı iyimser bir bilim kurgu yazarının hayal gücünden bir şey gibi geliyor. Ancak bu, gelişmekte olan kuantum biyoloji alanı aracılığıyla bir gün bir olasılık olabilir.
Geçtiğimiz birkaç on yılda bilim adamları, protein katlanmasından biyolojik sistemleri giderek daha küçük ölçeklerde anlama ve manipüle etme konusunda inanılmaz ilerleme kaydettiler. ila genetik mühendisliği. Yine de, kuantum etkilerinin canlı sistemleri ne ölçüde etkilediği tam olarak anlaşılamıyor.
Kuantum etkileri, atomlar ve moleküller arasında meydana gelen ve klasik fizikle açıklanamayan olgulardır. Newton’un hareket yasaları gibi klasik mekaniğin kurallarının atomik ölçeklerde geçersiz olduğu bir yüzyıldan uzun süredir bilinmektedir. Bunun yerine küçük nesneler, kuantum mekaniği olarak bilinen farklı bir yasalar grubuna göre davranır.
Kuantum mekaniği, atomların ve moleküllerin özelliklerini açıklar.{4 }
Yalnızca makroskobik dünyayı veya çıplak gözle görülebilenleri algılayabilen insanlar için, kuantum mekaniği mantıksız ve biraz büyülü görünebilir. Elektronların küçük enerji bariyerlerinden “tünel” açması ve diğer tarafta zarar görmeden görünmesi veya bir olguda aynı anda iki farklı yerde olması gibi kuantum dünyasında olmasını beklemeyeceğiniz şeyler süperpozisyon denir.
Kuantum mühendisi olarak eğitildim. Kuantum mekaniğindeki araştırmalar genellikle teknolojiye yöneliktir. Bununla birlikte, biraz şaşırtıcı bir şekilde, milyarlarca yıllık deneyime sahip bir mühendis olan doğanın, en iyi şekilde çalışmak için kuantum mekaniğini nasıl kullanacağını öğrendiğine dair artan kanıtlar var. Bu gerçekten doğruysa, biyoloji anlayışımızın kökten eksik olduğu anlamına gelir. Bu aynı zamanda biyolojik maddenin kuantum özelliklerini kullanarak fizyolojik süreçleri muhtemelen kontrol edebileceğimiz anlamına da gelir.
Biyolojide kuantum olma muhtemelen gerçektir
Araştırmacılar daha iyi teknoloji oluşturmak için kuantum fenomenini manipüle edebilir. Aslında, zaten kuantumla çalışan bir dünyada yaşıyorsunuz: lazer işaretçilerden GPS’e, manyetik rezonans görüntülemeye ve bilgisayarınızdaki transistörlere kadar tüm bu teknolojiler kuantum etkilerine dayanır.
İçinde genel olarak, kuantum etkileri yalnızca çok küçük uzunluk ve kütle ölçeklerinde veya sıcaklıklar mutlak sıfıra yaklaştığında ortaya çıkar. Bunun nedeni, atomlar ve moleküller gibi kuantum nesnelerinin birbirleriyle ve çevreleriyle kontrolsüz bir şekilde etkileşime girdiklerinde “kuantumluklarını” kaybetmeleridir.Kuantumla başlayan her şey klasik olarak ölür. Örneğin, bir elektron aynı anda iki yerde olacak şekilde manipüle edilebilir, ancak kısa bir süre sonra yalnızca bir yerde son bulur – tam da klasik olarak bekleneceği gibi.
Kuşlar, navigasyonda kuantum etkilerini kullanır.
{ 2}Şu anda, bu tür süreçlerin nano ölçekte nasıl çalıştığına dair bir anlayış eksikliği, araştırmacıların hücrelerde belirli kimyasal reaksiyonlara neden olan manyetik alanların tam olarak hangi güç ve frekansta olduğunu belirlemelerini engelliyor. Mevcut cep telefonu, giyilebilir cihazlar ve minyatürleştirme teknolojileri, fizyolojiyi hem iyi hem de kötü yönde değiştiren özel, zayıf manyetik alanlar üretmek için şimdiden yeterlidir.Elektromanyetik tedaviler, potansiyel olarak beyin tümörleri gibi hastalıkları önlemek ve tedavi etmek için ve ayrıca laboratuvarda yetiştirilen et üretimini artırmak gibi biyo-üretimde kullanılabilir.
Bilim yapmanın yepyeni bir yolu
Kuantum biyolojisi, şimdiye kadar ortaya çıkan en disiplinler arası alanlardan biridir. Nasıl topluluk oluşturur ve bu alanda çalışmaları için bilim insanlarını eğitirsiniz?
Pandemiden bu yana Los Angeles, California Üniversitesi’ndeki laboratuvarım ve Surrey Üniversitesi Kuantum Biyolojisi Doktora Eğitim Merkezi Büyük Kuantum Biyolojisi toplantıları araştırmacıların ana akım kuantum fiziği, biyofizik, tıp, kimya ve biyoloji gibi alanlarda buluşup uzmanlıklarını paylaşmaları için haftalık gayri resmi bir forum sağlamak için.
Biyoloji, tıp için potansiyel olarak dönüştürücü etkileri olan araştırma ve fizik bilimleri, eşit derecede dönüştürücü bir işbirliği modeli içinde çalışmayı gerektirecektir. Tek bir birleşik laboratuvarda çalışmak, araştırmaya çok farklı yaklaşımlar benimseyen disiplinlerden bilim insanlarının, kuantumdan molekülere, hücresele ve organizmaya kadar kuantum biyolojisinin genişliğini karşılayan deneyler yürütmesine olanak tanır.
Kuantumun varlığı Bir disiplin olarak biyoloji, yaşam süreçlerine ilişkin geleneksel anlayışın eksik olduğunu ima eder. Daha fazla araştırma, hayatın ne olduğu, nasıl kontrol edilebileceği ve daha iyi kuantum teknolojileri inşa etmek için doğayla birlikte nasıl öğrenileceği gibi asırlık soruya ilişkin yeni içgörülere yol açacaktır.
Yazan: Clarice D. Aiello, Quantum Biology Tech (QuBiT) Lab, Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Yardımcı Doçenti, California Üniversitesi, Los Angeles.
Bu makale ilk olarak The Conversation‘da yayınlandı.
.