Kuantum Biyolojisi, Yaşamın Nasıl Çalıştığına Dair Anlayışımızı Devrim Yapabilir

Yaralanmaları ve hastalıkları tedavi etmek için 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, bir gün gelişmekte olan kuantum biyoloji alanı aracılığıyla bir olasılık olabilir.

Son birkaç on yılda, bilim adamları biyolojik sistemleri giderek daha küçük ölçeklerde anlama ve manipüle etme konusunda inanılmaz ilerleme kaydettiler. protein katlanması için genetik mühendisliği. Yine de, kuantum etkilerinin canlı sistemleri ne ölçüde etkilediği tam olarak anlaşılamamıştır.

Kuantum etkileri, klasik fizik tarafından açıklanamayan atomlar ve moleküller arasında meydana gelen olaylardır. Yüzyılı aşkın bir süredir, Newton'un hareket yasaları gibi klasik mekaniğin kurallarının, atomik ölçeklerde parçalanmak. Bunun yerine, küçük nesneler olarak bilinen farklı bir yasalar dizisine göre davranırlar. Kuantum mekaniği.

Yalnızca makroskobik dünyayı veya çıplak gözle görülebilenleri algılayabilen insanlar için, kuantum mekaniği mantıksız ve biraz büyülü görünebilir. Kuantum dünyasında olmasını beklemeyeceğiniz şeyler, örneğin içinden "tünel" geçen elektronlar minik enerji bariyerleri ve diğer tarafta zarar görmemiş görünmek veya aynı anda iki farklı yerde olmak süperpozisyon denilen olay.

olarak eğitildim kuantum mühendisi. Kuantum mekaniğindeki araştırmalar genellikle teknolojiye yöneliktir. Bununla birlikte, biraz şaşırtıcı bir şekilde, doğanın -milyarlarca yıllık deneyime sahip bir mühendisin- nasıl yapılacağını öğrendiğine dair artan kanıtlar var. en iyi şekilde çalışmak için kuantum mekaniğini kullanın. Bu gerçekten doğruysa, biyoloji anlayışımızın kökten eksik olduğu anlamına gelir. Bu aynı zamanda biyolojik maddenin kuantum özelliklerini kullanarak fizyolojik süreçleri kontrol edebileceğimiz anlamına da geliyor.

Biyolojide Kuantumluk Muhtemelen Gerçektir

Araştırmacılar, daha iyi teknoloji oluşturmak için kuantum fenomenini manipüle edebilir. Aslında zaten yaşıyorsun kuantumla çalışan dünya: lazer işaretçilerden GPS'e, manyetik rezonans görüntülemeye ve bilgisayarınızdaki transistörlere kadar tüm bu teknolojiler kuantum etkilerine dayanır.

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 "kuantumluklarını" kaybetmek birbirleriyle ve çevreleriyle kontrolsüz bir şekilde etkileşime girdiklerinde. Başka bir deyişle, kuantum nesnelerinin makroskobik bir koleksiyonu, klasik mekanik yasalarıyla daha iyi tanımlanır. Kuantumla başlayan her şey klasik olarak ölür. Örneğin, bir elektron aynı anda iki yerde olması için manipüle edilebilir, ancak kısa bir süre sonra yalnızca bir yerde sona erecektir - tam olarak klasik olarak bekleneceği gibi.

Bu nedenle, karmaşık, gürültülü bir biyolojik sistemde, çoğu kuantum etkisinin, fizikçi Erwin Schrödinger'in "hücrenin sıcak, nemli ortamı” Çoğu fizikçiye göre, yaşayan dünyanın yüksek sıcaklıklarda ve karmaşık ortamlarda faaliyet göstermesi, biyolojinin klasik fizik tarafından yeterince ve tam olarak tanımlanabileceği anlamına gelir: Korkak bariyer geçişleri yok, aynı anda birden fazla yerde bulunma yok.

Bununla birlikte, kimyagerler uzun bir süredir aynı fikirde değiller. Oda sıcaklığındaki temel kimyasal reaksiyonlar üzerine yapılan araştırmalar, kesin olarak şunu göstermektedir: biyomoleküller içinde meydana gelen süreçler proteinler ve genetik materyal gibi kuantum etkilerinin sonucudur. Daha da önemlisi, bu tür nanoskopik, kısa ömürlü kuantum etkileri, biyologların canlı hücrelerde ve organizmalarda ölçtüğü bazı makroskopik fizyolojik süreçlerin yürütülmesiyle tutarlıdır. Araştırmalar, kuantum etkilerinin biyolojik fonksiyonları etkilediğini öne sürüyor. enzim aktivitesinin düzenlenmesi, manyetik alanları algılama, hücre metabolizması, ve biyomoleküllerde elektron taşınması.

Kuantum Biyolojisi Nasıl Çalışılır?

İnce kuantum etkilerinin biyolojik süreçleri ince ayarlayabilme olasılığı, bilim adamlarına hem heyecan verici bir sınır hem de bir meydan okuma sunuyor. Biyolojide kuantum mekaniği etkilerini incelemek, fizyolojik değişikliklere yol açan kısa zaman ölçeklerini, küçük uzunluk ölçeklerini ve kuantum hallerindeki ince farkları ölçebilen ve tümü geleneksel bir ıslak laboratuvar ortamına entegre edilmiş araçlar gerektirir.

Benim işimde, Elektronlar gibi küçük şeylerin kuantum özelliklerini incelemek ve kontrol etmek için aletler yapıyorum. Elektronların kütlesi ve yükü olduğu gibi, aynı zamanda spin denilen kuantum özelliği. Spin, elektronların bir manyetik alanla nasıl etkileştiğini tanımlar, tıpkı yükün elektronların bir elektrik alanıyla nasıl etkileştiğini tanımladığı gibi. Yaptığım kuantum deneyleri yüksek okuldan berive şimdi kendi laboratuvarımda, belirli elektronların dönüşlerini değiştirmek için uyarlanmış manyetik alanlar uygulamayı hedefliyorum.

Araştırmalar, birçok fizyolojik sürecin zayıf manyetik alanlardan etkilendiğini göstermiştir. Bu süreçler şunları içerir: kök hücre gelişimi ve olgunlaşma, hücre çoğalma oranları, genetik materyal onarımı, ve sayısız diğerleri. Manyetik alanlara verilen bu fizyolojik tepkiler, moleküller içindeki belirli elektronların dönüşüne bağlı olan kimyasal reaksiyonlarla tutarlıdır. Elektron dönüşlerini değiştirmek için zayıf bir manyetik alan uygulamak, böylece önemli fizyolojik sonuçlarla birlikte bir kimyasal reaksiyonun nihai ürünlerini etkili bir şekilde kontrol edebilir.

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 frekansını belirlemesini engellemektedir. Mevcut cep telefonu, giyilebilir teknolojiler ve minyatürleştirme teknolojileri üretim için zaten yeterli. fizyolojiyi değiştiren uyarlanmış, zayıf manyetik alanlar, hem iyi hem de kötü için. Dolayısıyla yapbozun eksik parçası, kuantum nedenlerinin fizyolojik sonuçlara nasıl eşleneceğine dair "deterministik bir kod kitabı"dır.

Gelecekte, doğanın kuantum özelliklerine ince ayar yapmak, araştırmacıların invaziv olmayan, uzaktan kontrol edilen ve bir cep telefonuyla erişilebilen terapötik cihazlar geliştirmelerini sağlayabilir. Elektromanyetik tedaviler potansiyel olarak hastalıkları önlemek ve tedavi etmek için kullanılabilir, örneğin BEYİn tümörübiyoüretimde olduğu gibi, örneğin laboratuarda yetiştirilen et üretimini artırmak.

Bilim Yapmanın Yepyeni Bir Yolu

Kuantum biyoloji şimdiye kadar ortaya çıkan en disiplinlerarası alanlardan biridir. Nasıl topluluk oluşturursunuz ve bu alanda çalışacak bilim insanlarını nasıl eğitirsiniz?

Pandemiden bu yana Los Angeles, California Üniversitesi'ndeki laboratuvarım ve Surrey Üniversitesi Kuantum Biyoloji Doktora Eğitim Merkezi organize etti Büyük Kuantum Biyoloji toplantıları araştırmacıların ana akım kuantum fiziği, biyofizik, tıp, kimya ve biyoloji gibi alanlarda buluşup uzmanlıklarını paylaşmaları için resmi olmayan haftalık bir forum sağlamak.

Biyoloji, tıp ve fizik bilimleri için potansiyel olarak dönüştürücü etkileri olan araştırmalar, eşit derecede dönüştürücü bir işbirliği modeli içinde çalışmayı gerektirecektir. Tek bir birleşik laboratuvarda çalışmak, araştırmaya çok farklı yaklaşımlar benimseyen disiplinlerden bilim adamlarının, kuantumdan molekülere, hücresele ve organizmaya kadar kuantum biyolojisinin genişliğini karşılayan deneyler yürütmesine izin verecektir.

Kuantum biyolojinin bir disiplin olarak varlığı, yaşam süreçlerine ilişkin geleneksel anlayışın eksik olduğunu ima eder. Daha fazla araştırma, yaşamın ne olduğu, nasıl kontrol edilebileceği ve daha iyi kuantum teknolojileri inşa etmek için doğayla nasıl öğrenileceği gibi asırlık soruya dair yeni içgörülere yol açacaktır.

Bu makale şu adresten yeniden yayınlandı: Konuşma Creative Commons lisansı altında. Okumak Orijinal makale.

Resim Kredi: ANIRUDH / Unsplash

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoAiStream. Web3 Veri Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• Adryenn Ashley ile Geleceği Basmak. Buradan Erişin.
• PREIPO® ile PRE-IPO Şirketlerinde Hisse Al ve Sat. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://singularityhub.com/2023/05/19/quantum-biology-could-revolutionize-our-understanding-of-how-life-works/