کوانٹم بیالوجی ہماری سمجھ میں انقلاب لا سکتی ہے کہ زندگی کیسے کام کرتی ہے۔

کوانٹم بیالوجی ہماری سمجھ میں انقلاب لا سکتی ہے کہ زندگی کیسے کام کرتی ہے۔

ٹائم سٹیمپ: 19 مئی 2023 صبح 10:00 بجے

زخموں اور بیماری کے علاج کے لیے اپنے سیلز کی سرگرمی کو کنٹرول کرنے کے لیے اپنے سیل فون کا استعمال کرنے کا تصور کریں۔ یہ ایک حد سے زیادہ امید پرست سائنس فکشن مصنف کے تخیل کی طرح لگتا ہے۔ لیکن یہ ایک دن کوانٹم بائیولوجی کے ابھرتے ہوئے میدان کے ذریعے ایک امکان ہوسکتا ہے۔

پچھلی چند دہائیوں کے دوران، سائنس دانوں نے حیاتیاتی نظام کو تیزی سے چھوٹے پیمانے پر سمجھنے اور ان میں ہیرا پھیری کرنے میں ناقابل یقین ترقی کی ہے۔ پروٹین فولڈنگ کرنے کے لئے جینیاتی انجینئرنگ. اور پھر بھی، جس حد تک کوانٹم اثرات زندہ نظاموں پر اثر انداز ہوتے ہیں وہ بمشکل سمجھ میں آتا ہے۔

کوانٹم اثرات ایسے مظاہر ہیں جو ایٹموں اور مالیکیولز کے درمیان پائے جاتے ہیں جن کی وضاحت کلاسیکی طبیعیات سے نہیں کی جا سکتی۔ یہ بات ایک صدی سے زیادہ عرصے سے مشہور ہے کہ کلاسیکی میکانکس کے قواعد، جیسے نیوٹن کے قوانین حرکت، جوہری ترازو پر ٹوٹ جاتا ہے۔. اس کے بجائے، چھوٹی چیزیں مختلف قوانین کے مطابق برتاؤ کرتی ہیں جس کے نام سے جانا جاتا ہے۔ کوانٹم میکینکس.

انسانوں کے لیے، جو صرف میکروسکوپک دنیا کو ہی دیکھ سکتے ہیں، یا جو کچھ ننگی آنکھ سے نظر آتا ہے، کوانٹم میکانکس متضاد اور کسی حد تک جادوئی لگ سکتے ہیں۔ کوانٹم دنیا میں جن چیزوں کی آپ توقع نہیں کر سکتے ہیں، جیسے الیکٹران "سرنگ" کے ذریعے توانائی کی چھوٹی رکاوٹیں اور دوسری طرف بغیر کسی نقصان کے ظاہر ہونا، یا ایک ہی وقت میں دو مختلف جگہوں پر ہونا رجحان جسے سپرپوزیشن کہتے ہیں۔.

میں بطور تربیت یافتہ ہوں۔ کوانٹم انجینئر. کوانٹم میکانکس میں تحقیق عام طور پر ٹیکنالوجی کی طرف جاتی ہے۔ تاہم، اور کسی حد تک حیرت انگیز طور پر، اس بات کے بڑھتے ہوئے ثبوت ہیں کہ فطرت - اربوں سال کی مشق کے ساتھ ایک انجینئر - نے سیکھا ہے کہ بہترین طریقے سے کام کرنے کے لیے کوانٹم میکینکس کا استعمال کریں۔. اگر یہ واقعی درست ہے تو اس کا مطلب ہے کہ حیاتیات کے بارے میں ہماری سمجھ بنیادی طور پر نامکمل ہے۔ اس کا مطلب یہ بھی ہے کہ ہم ممکنہ طور پر حیاتیاتی مادے کی کوانٹم خصوصیات کو استعمال کرکے جسمانی عمل کو کنٹرول کرسکتے ہیں۔

حیاتیات میں مقدار غالباً حقیقی ہے۔

محققین بہتر ٹیکنالوجی کی تعمیر کے لیے کوانٹم مظاہر کو جوڑ سکتے ہیں۔ درحقیقت، آپ پہلے ہی ایک میں رہتے ہیں۔ کوانٹم سے چلنے والی دنیا: لیزر پوائنٹرز سے لے کر GPS تک، مقناطیسی گونج امیجنگ اور آپ کے کمپیوٹر میں ٹرانزسٹرز - یہ تمام ٹیکنالوجیز کوانٹم اثرات پر انحصار کرتی ہیں۔

عام طور پر، کوانٹم اثرات صرف بہت چھوٹی لمبائی اور بڑے پیمانے پر ظاہر ہوتے ہیں، یا جب درجہ حرارت مطلق صفر تک پہنچ جاتا ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ کوانٹم اشیاء جیسے ایٹم اور مالیکیول اپنی "مقداریت" کھو دیں جب وہ بے قابو ہوکر ایک دوسرے اور اپنے ماحول کے ساتھ تعامل کرتے ہیں۔ دوسرے الفاظ میں، کوانٹم اشیاء کے میکروسکوپک مجموعہ کو کلاسیکی میکانکس کے قوانین کے ذریعے بہتر طور پر بیان کیا گیا ہے۔ ہر وہ چیز جو کوانٹم سے شروع ہوتی ہے کلاسیکی مر جاتی ہے۔ مثال کے طور پر، ایک الیکٹران کو ایک ہی وقت میں دو جگہوں پر رکھنے کے لیے جوڑ توڑ کیا جا سکتا ہے، لیکن یہ تھوڑی دیر کے بعد صرف ایک ہی جگہ پر ختم ہو جائے گا — بالکل وہی جو کلاسیکی طور پر توقع کی جاتی ہے۔

ایک پیچیدہ، شور مچانے والے حیاتیاتی نظام میں، اس طرح یہ توقع کی جاتی ہے کہ زیادہ تر کوانٹم اثرات تیزی سے ختم ہو جائیں گے، جسے طبیعیات دان ایرون شروڈنگر نے "سیل کا گرم، گیلا ماحول" زیادہ تر طبیعیات دانوں کے نزدیک یہ حقیقت کہ زندہ دنیا بلند درجہ حرارت اور پیچیدہ ماحول میں کام کرتی ہے اس کا مطلب یہ ہے کہ حیاتیات کو کلاسیکی طبیعیات کے ذریعہ مناسب اور مکمل طور پر بیان کیا جا سکتا ہے: کوئی فنکی رکاوٹ عبور نہیں، بیک وقت متعدد مقامات پر ہونا۔

تاہم، کیمسٹ ایک طویل عرصے سے اختلاف کرنے کی درخواست کر رہے ہیں۔ کمرے کے درجہ حرارت پر بنیادی کیمیائی رد عمل پر تحقیق سے یہ بات واضح طور پر ظاہر ہوتی ہے۔ بائیو مالیکیولز کے اندر ہونے والے عمل جیسے پروٹین اور جینیاتی مواد کوانٹم اثرات کا نتیجہ ہیں۔ اہم بات یہ ہے کہ اس طرح کے نینوسکوپک، قلیل المدت کوانٹم اثرات کچھ میکروسکوپک فزیولوجیکل عمل کو چلانے کے ساتھ مطابقت رکھتے ہیں جنہیں ماہرین حیاتیات نے جاندار خلیوں اور جانداروں میں ناپا ہے۔ تحقیق سے پتہ چلتا ہے کہ کوانٹم اثرات حیاتیاتی افعال کو متاثر کرتے ہیں، بشمول انزائم کی سرگرمی کو منظم کرنا, مقناطیسی شعبوں کو محسوس کرنا, سیل میٹابولزم، اور بائیو مالیکیولز میں الیکٹران کی نقل و حمل.

کوانٹم بیالوجی کا مطالعہ کیسے کریں۔

یہ امکان ہے کہ لطیف کوانٹم اثرات حیاتیاتی عمل کو موافقت دے سکتے ہیں سائنس دانوں کے لیے ایک دلچسپ محاذ اور ایک چیلنج دونوں پیش کرتا ہے۔ حیاتیات میں کوانٹم مکینیکل اثرات کا مطالعہ کرنے کے لیے ایسے آلات کی ضرورت ہوتی ہے جو مختصر وقت کے پیمانے، چھوٹے لمبائی کے پیمانے، اور کوانٹم ریاستوں میں لطیف فرقوں کی پیمائش کر سکیں جو جسمانی تبدیلیوں کو جنم دیتے ہیں — یہ سب ایک روایتی گیلے لیب ماحول میں مربوط ہیں۔

میرے کام میںمیں الیکٹران جیسی چھوٹی چیزوں کی کوانٹم خصوصیات کا مطالعہ اور کنٹرول کرنے کے لیے آلات بناتا ہوں۔ اسی طرح جس طرح الیکٹرانوں کا ماس اور چارج ہوتا ہے، ان کا بھی ایک ہوتا ہے۔ کوانٹم پراپرٹی کو سپن کہتے ہیں۔. سپن اس بات کی وضاحت کرتا ہے کہ الیکٹران مقناطیسی میدان کے ساتھ کس طرح تعامل کرتے ہیں، اسی طرح چارج اس بات کی وضاحت کرتا ہے کہ الیکٹران برقی میدان کے ساتھ کیسے تعامل کرتے ہیں۔ کوانٹم تجربات جو میں بنا رہا ہوں۔ گریجویٹ اسکول کے بعد سے، اور اب میری اپنی لیب میں، خاص الیکٹران کے گھماؤ کو تبدیل کرنے کے لیے موزوں مقناطیسی فیلڈز کو لاگو کرنے کا مقصد۔

تحقیق نے ثابت کیا ہے کہ بہت سے جسمانی عمل کمزور مقناطیسی شعبوں سے متاثر ہوتے ہیں۔ ان عملوں میں شامل ہیں۔ سٹیم سیل کی ترقی اور پختگی, سیل کے پھیلاؤ کی شرح, جینیاتی مواد کی مرمت، اور بے شمار دوسرے. مقناطیسی شعبوں کے یہ جسمانی ردعمل کیمیائی رد عمل کے ساتھ مطابقت رکھتے ہیں جو مالیکیولز کے اندر مخصوص الیکٹرانوں کے گھماؤ پر منحصر ہوتے ہیں۔ الیکٹران کے گھماؤ کو تبدیل کرنے کے لیے کمزور مقناطیسی فیلڈ کا استعمال اس طرح اہم جسمانی نتائج کے ساتھ، کیمیائی رد عمل کی حتمی مصنوعات کو مؤثر طریقے سے کنٹرول کر سکتا ہے۔

فی الحال، نانوسکل کی سطح پر اس طرح کے عمل کیسے کام کرتے ہیں اس کی سمجھ کی کمی محققین کو یہ تعین کرنے سے روکتی ہے کہ مقناطیسی شعبوں کی کیا طاقت اور تعدد خلیات میں مخصوص کیمیائی رد عمل کا باعث بنتی ہے۔ موجودہ سیل فون، پہننے کے قابل، اور چھوٹے بنانے والی ٹیکنالوجیز پہلے ہی پیدا کرنے کے لیے کافی ہیں۔ موزوں، کمزور مقناطیسی میدان جو فزیالوجی کو تبدیل کرتے ہیں۔اچھے اور برے دونوں کے لیے۔ اس پہیلی کا گمشدہ ٹکڑا، اس لیے ایک "عدم کوڈ بک" ہے کہ کوانٹم کی وجہ سے جسمانی نتائج کا نقشہ کیسے بنایا جائے۔

مستقبل میں، فطرت کی کوانٹم خصوصیات کو ٹھیک کرنے سے محققین کو ایسے علاج کے آلات تیار کرنے میں مدد مل سکتی ہے جو غیر حملہ آور، دور سے کنٹرول شدہ، اور موبائل فون کے ساتھ قابل رسائی ہوں۔ برقی مقناطیسی علاج ممکنہ طور پر بیماری کی روک تھام اور علاج کے لیے استعمال کیے جا سکتے ہیں، جیسے دماغ کے ٹیومر، نیز بائیو مینوفیکچرنگ میں، جیسے لیبارٹری سے تیار شدہ گوشت کی پیداوار میں اضافہ.

سائنس کرنے کا ایک مکمل نیا طریقہ

کوانٹم بیالوجی اب تک ابھرنے والے سب سے زیادہ بین الضابطہ شعبوں میں سے ایک ہے۔ آپ کمیونٹی کیسے بناتے ہیں اور سائنسدانوں کو اس علاقے میں کام کرنے کی تربیت کیسے دیتے ہیں؟

اس وبا کے بعد سے، یونیورسٹی آف کیلیفورنیا، لاس اینجلس میں میری لیب اور یونیورسٹی آف سرے کے کوانٹم بائیولوجی ڈاکٹریٹ ٹریننگ سینٹر نے اس کا اہتمام کیا ہے۔ بڑی کوانٹم بیالوجی میٹنگز مرکزی دھارے میں شامل کوانٹم فزکس، بائیو فزکس، میڈیسن، کیمسٹری اور بیالوجی جیسے شعبوں میں اپنی مہارت سے ملنے اور ان کا اشتراک کرنے کے لیے محققین کو ایک غیر رسمی ہفتہ وار فورم فراہم کرنا۔

حیاتیات، طب، اور طبعی علوم کے لیے ممکنہ طور پر تبدیلی کے مضمرات کے ساتھ تحقیق کے لیے تعاون کے یکساں طور پر تبدیل کرنے والے ماڈل کے اندر کام کرنے کی ضرورت ہوگی۔ ایک متحد لیبارٹری میں کام کرنے سے سائنس دانوں کو ایسے شعبوں کے سائنس دانوں کی اجازت ملے گی جو تحقیق کے لیے بہت مختلف انداز اختیار کرتے ہیں تاکہ وہ تجربات کر سکیں جو کوانٹم سے مالیکیولر، سیلولر اور آرگنزم تک کوانٹم بائیولوجی کی وسعت کو پورا کرتے ہیں۔

ایک نظم و ضبط کے طور پر کوانٹم بائیولوجی کا وجود اس بات کا مطلب ہے کہ زندگی کے عمل کی روایتی تفہیم نامکمل ہے۔ مزید تحقیق زندگی کیا ہے، اسے کیسے کنٹرول کیا جا سکتا ہے، اور بہتر کوانٹم ٹیکنالوجیز بنانے کے لیے فطرت کے ساتھ کیسے سیکھا جائے، اس پرانے سوال میں نئی ​​بصیرت کا باعث بنے گی۔گفتگو

یہ مضمون شائع کی گئی ہے گفتگو تخلیقی العام لائسنس کے تحت. پڑھو اصل مضمون.

تصویری کریڈٹ: انیرود / Unsplash سے

ٹائم اسٹیمپ:

سے زیادہ یکسانیت مرکز