Emekleme Evresinde Bir Bilim: Kuantum Biyolojisi

Bir yerde kaybolup başka bir yerde belirmek... Aynı anda iki yerde bulunabilmek... Işıktan daha hızlı bilgi iletimi...

Tüm bunların ne anlama geldiği henüz anlaşılmamış olsa da, bu konuların fizikteki karşılığı olan kuantum mekaniği, laboratuvarlarda kapsamlı olarak çalışılıyor. Ama bunun taze çiçeklerle, göçmen kuşlarla ve ya çürük yumurtanın kokusuyla ne ilgisi var?

Kuantum biyolojisinin sınırlarına hoş geldiniz.

Hala belirsiz, hatta eğitimi teorik olarak yapılabiliyor; ancak bilim insanlarının emekleme evresindeki bu bilimden öğrendiği şey, ilaçların, parfümlerin ya da bilgisayarların geliştirilmesinde devrim niteliğinde fikirler ortaya çıkabilecek olması – hatta kansere karşı savaşta bile! 

Yakın zamana kadar, kuantum mekaniği ile öngörülen maddenin hassas hâlleri, çok itinalı araştırmalar sayesinde elde edilebildi: Uzayın derinliklerini temsil eden, düşük basınç veya sıcaklıklarda izole edilen parçacıklar...

Ortalama bir fizikçiye göre inanılmaz derecede ılık, ıslak ve karmaşık olan biyolojinin bu gibi durumlara ev sahibi yapması gerektiği düşüncesi, neredeyse her çevre tarafından "yaygın olarak kabul edilen doktrinlere karşı" olarak görülen bir konuydu.

Yunanistan’daki Fleming Enstitüsü'nden Luca Turin'in elde ettiği birkaç kanıt parçası, bu fikri biraz daha olası ve yaygın hale getirmeye başladı. Dr. Turin BBC'ye şunları söylüyor:

Açıkça kuantum sınırlarında olan üç saha var. Bu üç saha, kuantum mekaniğinin biyoloji hakkında bir şey söyleyemeyeceği fikrini çürütüyor.

Saha 1: Fotosentez

Bu üçünün en belirgin olanı fotosentez, yani bitkilerin ve bazı bakterilerin gün ışığından faydalanarak ihtiyaçları olan besinleri ürettiği, son derece kullanışlı olan işlem. Fotosentezde süper-pozisyon denen durumu, yani aynı anda birden fazla yerde bulunabilme durumuyla karşılaşılmakta. İşleme yakından bakıldığında birçok küçük enerji paketlerinin aynı anda mümkün olan tüm yollardan geçerek en kazançlı olanında karar kıldıkları görülüyor. Glasgow Üniversitesinden Richard Codgell BBC’ye şöyle diyor:

Biyoloji bu sinsi yöntemleri ılık ve ıslak bir ortamda kullanıp hala süper pozisyonu koruyabiliyor. Nasıl yaptığını ise hala bilemiyoruz.

Saha 2: Hayvanlarda Navigasyon

Sürprizler bitkilerle sınırlı kalmayabilir; hayvanların da bu tarz hilelere başvurduğuna dair sağlam ipuçları var: Ülkeleri ve kıtaları aşan ve hatta kutuptan kutba uçabilen kuşların yön bulma yetenekleri de merak uyandırıcı bir davranış modeli sunuyor.

Deneyler, Avrupa Kızılgerdanları'nın göç yönlerini ışığın belli renklerine göre belirlediğini ve çok zayıf radyo dalgalarının bu yön duygusunu bozabileceğini gösterdi. Biyologların kuşların hücrelerinde taşıdıklarına inandıkları biyolojik pusulayı hiçbirinin bozamaması gerekirdi.

Dolanıklık adı verilen kuantum etkisi ise bunu açıklayabilir. Kuantum kuralları altında, “dolanık” çift parçacıkların birbirinden ne kadar uzağa düşmüş olurlarsa olsunlar, birbirlerinin ne yaptığını "biliyorlar" ve hatta birbirlerine ışıktan daha hızlı bilgi aktarımı yapabiliyorlar.

Deneyler kuşların gözlerindeki her bir molekülde bu durumun gözlendiğini gösteriyor ve Londra Üniversitesinden John Morton, kuşların bunu nasıl algıladığının hala bir bilinmeyen olduğunu söylüyor.

Bunu, pilotların da kullandığı ‘uyarı göstergesi’ olarak düşünebilirsiniz: Gördükleri manyetik alanın görüntüsüyle çevrelerinin görüntüsünü birleştiriyorlar.

Bu fikir hala tartışmalı; tıpkı burnunuzun da birazcık kuantum biyolojisi kullanıyor olması fikrinin tartışmalı olması gibi:

Saha 3: Koku Duyusu

Çoğu koku araştırmacısı koku alma duyumuzun yalnızca koku moleküllerinin burnumuzdaki reseptörlere uyumluluğu ile çalıştığını söylüyor. Ama Dr. Turin koku moleküllerinin titreşim ve salınımlarının etkili olduğunu düşünüyor – tünelleme olarak bilinen bir kuantum etkisi.

Bu fikir elektronların burunlarımızdaki reseptörlerin bir yanlarından kaybolup diğer yanlarında belirdiğini ve bu işlem sırasında geride bir parça enerji bıraktığını söylüyor.

PLoS One’da yayınlanan bir makaleye göre insanların titreşimleri farklı ama şekilleri aynı olan iki molekülü ayırt edebiliyorlar; yani molekül şekli koku almada etkili olan tek faktör değil. Araştırmacıları bu projeye çeken şey ise doğada bilmediğimiz ne kadar kuantum hilesi olabileceği.

Bu üç alan buzdağının görünen kısmı mı yoksa devamı yok mu?” diyor Dr. Turin. “Henüz bilmiyoruz ve araştırana dek de bilemeyeceğiz.

"Son Derecede Önemli"

Bu soru küresel bir araştırmayı ateşledi. 2012'de Avrupa Bilim Vakfı, kuantum biyolojisinin büyük bir rol oynadığı bir Avrupa çapında bir araştırma iskeleti oluşturmak amacıyla Farguest Programını yayımladı.

Amerika Savunma Araştırmaları Ajansı, DARPA, 2010'dan beri ülke çapında bir kuantum biyolojisi araştırma ağı yürütmekte. Konuyla ilgili bölümler Almanya’dan Hindistan’a dek uzanan bir skalada ülkelere sıçramaktadır.

Kokuyu daha iyi kavramak yeni ve güzel kokuların üretiminin şansa bağlı olmasındansa daha amaca yönelik olmasını sağlayabilir ve doğanın hilelerini öğrenmek yeni nesil kuantum bilgisayarların üretilmesinde yardımcı olabilir.

Ancak kuantum biyologlarının buldukları, sandığımızdan da önemli olabilir.

Simon Gane, Kraliyet Ulusal Kulak, Burun, Boğaz Hastanesinde bir araştırmacı ve PLoS One gazetesinde başyazar, burnumuzdaki küçük reseptörler aslında G-proteinine bağlı reseptörler olduğunu söylüyor.

Bedenimizdeki her hücrede bulunan reseptörlerin, ki bunların çoğu ilaç geliştirme araştırmasında hedef olan reseptörlerdir, alt ailesine mensuplar. Ama – ve bu çok büyük bir ama- ya çok önemli bir reseptör-ilaç etkileşimi varsa ve biz kuantum etkisine bakmadığımız için gözden kaçırıyorsak? Bunun ilaç keşfinde, düzenlenmesinde ve geliştirilmesinde çok büyük etkileri olurdu.

Surrey Üniversitesinden Jim Al-Khalili kanser araştırmalarıyla ya da hayatın evrimi ile ilgili olabilecek bir soruyu - tünellemenin DNAlarımızdaki mutasyonlar sırasında olup olmadığını araştırıyor.

Eğer kuantum tünelleme mutasyonlarda önemli bir mekanizma ise kuantum mekanikleri hücrelerin kanserleşmesi ile ilgili soruların birkaçına cevap verebilecek mi? Ve aniden ‘Vay!’ diyorsunuz. Kuantum mekaniği delice bir yan etki ya da bazı insanların acayip fikirler aradığı bir sınır bilim değil. Eğer bilimdeki büyük soruların birazına cevap verecekse, kuantum mekaniği son derece önemli.