Bu Reklamı Kapat

Kuantum Biyolojide Devrim: İlk Kez Canlı Bir Organizma (Bir Tardigrad), Elektronik Bir Devre İçinde Kuantum Dolanık Hâle Getirildi!

Kuantum Biyolojide Devrim: İlk Kez Canlı Bir Organizma (Bir Tardigrad), Elektronik Bir Devre İçinde Kuantum Dolanık Hâle Getirildi! Archy Worldys
Bu Reklamı Kapat
Çağrı Mert Bakırcı Editör Çağrı Mert Bakırcı
7 dakika
33,542 Okunma Sayısı
Notlarım
Bu Reklamı Kapat

1933'te verdiği meşhur Işık ve Yaşam derslerinde Niels Bohr'un kullandığı bir analoji, fizikçilerin atomu karakterize etme çabasıyla biyologların hücreyi karakterize etme çabasını benzeştirmekteydi. Canlı hücreler de cansızlar gibi sıradan maddeden yapılmıştır ve dolayısıyla eksiksiz bir kimyasal analiz yapılabilir. Tek sorun, canlılıkta bu madde, oldukça karmaşık ve çetrefilli bir şekilde dizilmiştir. Bohr'a göre bir hücrenin kimyasını çalışmak için, o organizmanın parçalanması ve moleküllerine ayrıştırılması gerekmekteydi; ancak canlının biyolojisini çalışmak için, kimyanın görünmez olduğu çok daha üst bir seviyede çalışmak gerekmekteydi. Bu nedenle Bohr, bir organizmanın kimyasal nitelikleri ile biyolojik organizma hiyerarşisinin eş zamanlı çalışmanın imkânsız olduğunu düşündü.

1940'lardan günümüze yapılan biyolojik ve biyokimyasal atılımlar sayesinde Bohr'un tamamen hatalı olduğunu biliyoruz; ancak geçtiğimiz günlerde Singapur'daki Nanyang Teknoloji Üniversitesi'ndeki bir grup araştırmacı, modern biyoloji, kimya ve fiziğin ötesine geçerek, bu üçünü bir arada çalışabildikleri sıra dışı bir kuantum biyolojisi deneyi gerçekleştirdiler: Tardigradlar olarak da bilinen su ayılarını, süper iletken bir kuantum bit (yani "kübit" veya "qubit" olarak da bilinen kuantum bilgi birimi) içerisine yerleştirilerek, onları bir devre içerisinde "kuantum dolanıklık" durumuna soktular.

Kuantum dolanıklık, atom altı ölçekteki iki parçacığın kuantum durumlarının birbirine bağımlı olması olgusudur. Eğer deney ortamı kusursuz (veya ona yakın bir şekilde) izole edilebilirse, atom altı seviyenin ötesindeki maddeler de (mesela atomlar ve hatta birkaç atomdan oluşan moleküller) kuantum dolanıklığa sokulabilir. Kuantum dolanıklık halindeki parçacıklardan birinin kuantum durumu ölçüldüğünde, diğerinin kuantum durumu da (aralarındaki mesafe ne olursa olsun), anında belirlenir. Bu durum, klasik fiziğin öngördüğü lokalite olgusunu yerle bir ederek, kuantum fiziğinin Evren'i bambaşka bir boyutta açıklayabilmesini sağlamıştır.

Bu Reklamı Kapat

İşte bu deney, bilim tarihinde ilk defa çok hücreli bir organizmayı temel bir kuantum olgunun konusu haline getirerek, hem fizik hem kimya hem de biyoloji alanında bir devrim yaratmayı başarmaktadır. Ayrıca deney sırasında tardigradlar, çeşitli abiyotik (pH, sıcaklık, basınç vb.) streslere bugüne dek bırakılmadıkları seviyelerde maruz bırakılmış ve ünlerine yakışır bir şekilde deneyden sağ çıkabilmeyi dahi başarmışlardır.

Tardigradlar Kuantum Deneylerinde "Model Organizma" Olabilir mi?

Tardigradlar, boyutları mikrometreler ile ölçülen, bu nedenle çıplak gözle gözlemleyemediğimiz hayvan şubelerinden biridir. Bu şube içerisinde yer alan yaklaşık 1.500 tardigrad türünün her birinin birbirinden farklı dayanıklılık değerleri olsa da şubeye adını veren tardigrad ismi dünyanın en dayanıklı hayvanı unvanını elinde barındırır.

Bu unvanı 2007 senesinde gerçekleştirilen foton-m3 projesi bünyesinde yer alan TARDIS adlı misyonda daha önce hiçbir hayvanın başaramadığı koruyucu filtresiz çıplak güneş ışığına dayanmalarına atfen verilmiştir. Dayanıklılık özelliğinin keşfinin ardından zaman içerisinde dayanıklılık mekanizmalarının aydınlatılması adına yapılan çalışmaların sayısı da artmıştır. Bu dayanıklılık ile ilgili çalışmalar birçok farklı disiplin ile ortak bir şekilde gerçekleştirilmiş, gelecekteki potansiyel uzay seyahatlerine dair bizlere yol gösterici veriler elde edilmiştir. Tardigradların dayanıklılığını aşağıdaki şekilde özetlemek mümkündür:

Bu Reklamı Kapat

  • Tun (uzuvlarını gövdesine doğru çektiği kapalı formu) formundayken atmosferik koşullarda 9-20 yıl arasında, dondurulmuş durumda 30 yıla kadar hayatta kalabilir.
  • Sıvı nitrojen ile -253oC dondurulduğunda 21 aya dayanabilmekle beraber, -272oC’de yani mutlak sıfırın sadece 1 derece üstünde bile birkaç gün dayanabildikleri bilinmektedir.
  • 151oC’de yaklaşık 15 dakika boyunca hayatta kalabilmektedir.
  • Uzay gibi aşırı düşük basınç ortamına 10 gün; 74.019 atm gibi aşırı yüksek basınç ortamlarına günlerce dayanabildikleri bilinmektedir.
  • X-ray veya ağır iyon (4He) radyasyonunda LD50 (popülasyonun yarısını öldüren değer) değerinde ulaşılan radyasyon seviyesi 5.000 Gy, gama tipli radyasyona gösterilen direnç seviyesi ise 1.000 ila 9.000 Gy arasında değişmektedir.
  • UV’ye karşı olan direnç 75-88 kJm-2 olarak tespit edilmiştir. Unutmamak gerekir ki sadece 40 Jm-2’de DNA’mızda meydana gelen timin dimeri adını verdiğimiz bozulma ciddi bir seviyede gözlemlenmeye başlanır.
  • Çoğu canlı için direkt öldürücü olan çeşitli kimyasallara (karbon dioksit, hidrojen sülfit, 1-hekzanol, metilbromid gazı, etanol) birkaç dakikalığına dayanabildiği bilinmektedir.

Tardigradlar Üzerinde Kuantum Dolanıklılık Deneyleri Nasıl Yapıldı?

İşte tüm bu özellikleri, kuantum biyolojisinde yapılacak bir devrim için tardigradları ideal aday yapıyordu. Çünkü kuantum deneylerde aşırı düşük basınç ve sıcaklıklar kullanılmaktadır ve birçok canlı, bu kadar ekstrem durumlara dayanamayacaktır. Tardigradlar içinse bu, parkta sıradan bir yürüyüş yapmak gibidir!

Evrim Ağacı'ndan Mesaj

Çalışmanın ekip lideri Rainer Dumke ve meslektaşları, deney için iki süper iletken kübit (klasik hesaplamadaki bir bitin kuantumdaki eşdeğeri) arasına tun durumunda bir tardigrad yerleştirdiler. Bu tardigradlar, Ramazzottius variornatus türü, oldukça dayanıklı hayvanlardı. Tardigrad, süper iletken bir kavşak yardımı ile bir yük kübitine (Qubit B) bağlandı. Qubit B'nin bir kavşak yardımı ile bağlanmasına karşılık, Qubit A sadece Qubit B'ye bir bir kapasitör ile bağlanmıştı.

İlgili bağlantıların ve konumlandırmaların hepsi gerçekleştirildikten sonra deneyin gerçekleşeceği ortamın olası çevresel etkenler ile müdahalede bulunup deney sonuçlarını etkilememesi için ortamın basıncı, vakum olarak adlandırılacak seviyeye, ortamın sıcaklığı ise mutlak sıfır olarak bilinen -273oC'ye indirildi. Böylece kübitler ve tardigrad üzerindeki etki edebilecek dış etkiler en aza indirilmiş oldu ve akademik literatürde bir tardigradın maruz kaldığı en ekstrem koşullar yaratılmış oldu.

Deneyde kullanılan materyallerin konumlarını gösteren bir şema.
Deneyde kullanılan materyallerin konumlarını gösteren bir şema.
Arxiv

Tardigradların halihazırda mutlak sıfıra çok yakın değerlere dayanabilmesi, onları atomların kuantum belirsizlikten ötürü olan hareketleri haricinde tamamen donmuş oldukları bu ortamda, deneğin canlı olmasından kaynaklı doğabilecek olan endişelerin önüne geçerek, deneye tamamen fizik açısından yaklaşmayı ve müdahale etmeyi mümkün kıldı.

Deney düzeneğinde tardigrad ve kübit arasında dolanıklılık durumunun elde edilip edilmediğini belirlemek için tardigrad-kübit kombinasyonunun ne sıklıkta titreştiği ölçüldü.

Deneyde Elde Edilen Sonuçlar

Deneyler gerçekleştirildikten sonra, araştırmacılar tardigradı yavaşça tekrar basınçlı ve sıcak bir ortama aldılar ve tun (korunaklı) durumundan çıkararak hayata döndürmeyi başardılar. Bu sayede tardigradlar, kendilerine ait dayanıklılık rekorunu tazeleyerek, mutlak sıfırın 0.01°C üzerinde de hayatta kalmayı başarabildiklerini ispatlamış oldular. Böylece deney, biyoloji alanında da bir başarıya imza atmış oldu.

Bu Reklamı Kapat

Deney sonucunda yapılan osilatör ölçümleri, kübit-tardigrad dolanıklığına ait durumların birbirine dik yapıda (ortogonal) olduğunu, dolayısıyla bu sistemin 3 kübit ile temsil edilebileceğini gösterilmiş oldu (Qubit A, Qubit B ve tardigrad). Bir yoğunluk matrisi kullanan uzmanlar, bu 3 parçanın da birbiriyle dolanık olduğunu göstermeyi başardılar. Böylece araştırmacılar, dünyada ilk kez bir çok hücreli organizmayı bir kuantum biti olarak, yani dolanık bir hâlde kullanmış oldular.

Sciencephile the AI

Sonuç

Bu kadar devrimsel nitelikte bir çalışmanın akıllarda yepyeni sorular oluşturması kaçınılmazdır. Özellikle tardigradın deney sırasında ametabolik bir duruma geçmesi bekleniyordu (bir anlamda kısa süreliğine canlı olmaması), çünkü herhangi bir aktif biyokimyasal işlem kuantum dolanıklılığına izin vermezdi. Bununla birlikte tardigradların metabolizmasının bu şekilde bir davranış sergilemesi, bazı uzmanlar tarafından daha şimdiden tartışmaları doğurdu. Tardigradlar üzerinde çalışmalar gerçekleştiren bazı araştırmacılar, tardigradların kuantum dolanıklılık deneyi sırasında hala metabolik aktivitesini çok düşük bir düzeyde korunduğunu dile getiriyor.

Araştırmacıların kafalarını karıştıran bir diğer soru ise, bu tür bir deneyde organizmanın hangi bölümünün dolanıklılığa katıldığıdır. Canlının tümünün devrede yer almasından dolayı böylesine bir deney düzeneğinde bunu bilmek pek kolay değildir. Bu teknik engellere rağmen Dumke ve ekibi, gelecekte diğer yaşam formları ile de bu deneyi gerçekleştirmeyi planlıyorlar.

İlk etapta meraka dayalı bir araştırma gibi gelen bu ilginç deney, tardigrad gibi büyük ve çok hücreli biyolojik bir sistemin serbestlik derecesi ile, atom altı değerlerin hakim olduğu kuantum durumunun "tutarlı" bir şekilde iletişim kurabildiğini ispatlamıştır. Bu çalışma, ileride biyolojik organizmaların kuantum sistemlere dâhil edilmesini ve kuantum sistemlerin biyolojik organizmalarla etkileşebilecek biçimde inşa edilmesini sağlayabilir. Ama araştırmacılar için her şeyden önemlisi, makalelerinin sonuç paragrafında şöyle anlatılıyor:

Bohr'un canlı organizmalarla kuantum deneyleri yapmanın imkansızlığı konusundaki iddiasını yeniden gözden geçirerek bir sonuca varmak isteriz: Mevcut araştırmamız, biyolojik maddeyi ve kuantum maddeyi günümüz teknolojisiyle mümkün olan belki de en yakın birleştirme işlemini başarmıştır. Tardigrada benzer bileşime sahip cansız bir nesnenin benzer fiziksel sonuçlar vermesi beklenebilirdi; ancak bu deneyimizde, deney sonrasında biyolojik işlevini tamamen koruyan bir organizmanın dolanıklığını gösterdiğimizi vurgulamak isteriz. Tardigrad, maruz kaldığı en aşırı ve uzun süreli koşullardan sağ çıktı ve kriptobiyozun gerçekten ametabolik olduğunu gösterdi. Bunun, hayvanın durumlarının makroskopik olarak giderek daha ayırt edilebilir olduğu deneyleri teşvik edeceğini umuyoruz. Çalışmamız, canlı madde ve kuantum bitlerinden oluşan hibrit sistemlerin yaratılacağı yepyeni ve heyecan verici bir yönde atılan ilk adımdır.
Okundu Olarak İşaretle
Bu İçerik Size Ne Hissettirdi?
  • İnanılmaz 53
  • Mmm... Çok sapyoseksüel! 18
  • Tebrikler! 15
  • Muhteşem! 14
  • Merak Uyandırıcı! 13
  • Bilim Budur! 12
  • Umut Verici! 6
  • Korkutucu! 3
  • Güldürdü 0
  • Üzücü! 0
  • Grrr... *@$# 0
  • İğrenç! 0
Kaynaklar ve İleri Okuma

Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?

Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:

kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci

Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 17/01/2022 00:46:29 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/11264

İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.

Bu Reklamı Kapat
Bu Reklamı Kapat
Size Özel (Beta)
İçerikler
Hasta
Nörobiyoloji
Yıl
Yapay Zeka
Elementler
Kalıtım
Arı
Viral Enfeksiyon
Haber
Viroloji
Yeşil
Maymun
Doğa Yasası
Şehir
Dalga
Köpekler
İnsan Türü
Genler
Eşcinsellik
Deney
Element
Depresyon
Meyve
Virüsler
Güneş
Daha Fazla İçerik Göster
Evrim Ağacı'na Destek Ol
Evrim Ağacı'nın %100 okur destekli bir bilim platformu olduğunu biliyor muydunuz? Evrim Ağacı'nın maddi destekçileri arasına katılarak Türkiye'de bilimin yayılmasına güç katmak için hemen buraya tıklayın.
Popüler Yazılar
30 gün
90 gün
1 yıl
EA Akademi
Evrim Ağacı Akademi (ya da kısaca EA Akademi), 2010 yılından beri ürettiğimiz makalelerden oluşan ve kendi kendinizi bilimin çeşitli dallarında eğitebileceğiniz bir çevirim içi eğitim girişimi! Evrim Ağacı Akademi'yi buraya tıklayarak görebilirsiniz. Daha fazla bilgi için buraya tıklayın.
Etkinlik & İlan
Bilim ile ilgili bir etkinlik mi düzenliyorsunuz? Yoksa bilim insanlarını veya bilimseverleri ilgilendiren bir iş, staj, çalıştay, makale çağrısı vb. bir duyurunuz mu var? Etkinlik & İlan Platformumuzda paylaşın, milyonlarca bilimsevere ulaşsın.
Podcast
Evrim Ağacı'nın birçok içeriğinin profesyonel ses sanatçıları tarafından seslendirildiğini biliyor muydunuz? Bunların hepsini Podcast Platformumuzda dinleyebilirsiniz. Ayrıca Spotify, iTunes, Google Podcast ve YouTube bağlantılarını da bir arada bulabilirsiniz.
Yazı Geçmişi
Okuma Geçmişi
Notlarım
İlerleme Durumunu Güncelle
Okudum
Sonra Oku
Not Ekle
Kaldığım Yeri İşaretle
Göz Attım

Evrim Ağacı tarafından otomatik olarak takip edilen işlemleri istediğin zaman durdurabilirsin.
[Site ayalarına git...]

Filtrele
Listele
Bu yazıdaki hareketlerin
Devamını Göster
Filtrele
Listele
Tüm Okuma Geçmişin
Devamını Göster
0/10000

Göster

Şifremi unuttum Üyelik Aktivasyonu

Göster

Şifrenizi mi unuttunuz? Lütfen e-posta adresinizi giriniz. E-posta adresinize şifrenizi sıfırlamak için bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Eğer aktivasyon kodunu almadıysanız lütfen e-posta adresinizi giriniz. Üyeliğinizi aktive etmek için e-posta adresinize bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Close
Geri Bildirim Gönder
Reklamsız Deneyim

Evrim Ağacı'nda reklamları 2 şekilde kapatabilirsiniz:

  1. Ücretsiz üye girişi yapmak: Sitedeki reklamların %50 kadarını kapatmak için ücretsiz bir Evrim Ağacı üyeliği açmanız ve sitemizi/uygulamamızı kullanmanız yeterli!

  2. Maddi destekçilerimiz arasına katılmak: Evrim Ağacı'nın çalışmalarına Kreosus, Patreon veya YouTube üzerinden maddi destekte bulunarak hem Türkiye'de bilim anlatıcılığının gelişmesine katkı sağlayabilirsiniz, hem de site ve uygulamamızı reklamsız olarak deneyimleyebilirsiniz. Reklamsız deneyim, sitemizin/uygulamamızın çeşitli kısımlarda gösterilen Google reklamlarını ve destek çağrılarını görmediğiniz, %100 reklamsız ve çok daha temiz bir site deneyimi sunmaktadır.

Kreosus

Kreosus'ta her 10₺'lik destek, 1 aylık reklamsız deneyime karşılık geliyor. Bu sayede, tek seferlik destekçilerimiz de, aylık destekçilerimiz de toplam destekleriyle doğru orantılı bir süre boyunca reklamsız deneyim elde edebiliyorlar.

Kreosus destekçilerimizin reklamsız deneyimi, destek olmaya başladıkları anda devreye girmektedir ve ek bir işleme gerek yoktur.

Patreon

Patreon destekçilerimiz, destek miktarından bağımsız olarak, Evrim Ağacı'na destek oldukları süre boyunca reklamsız deneyime erişmeyi sürdürebiliyorlar.

Patreon destekçilerimizin Patreon ile ilişkili e-posta hesapları, Evrim Ağacı'ndaki üyelik e-postaları ile birebir aynı olmalıdır. Patreon destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi 24 saat alabilmektedir.

YouTube

YouTube destekçilerimizin hepsi otomatik olarak reklamsız deneyime şimdilik erişemiyorlar ve şu anda, YouTube üzerinden her destek seviyesine reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. YouTube Destek Sistemi üzerinde sunulan farklı seviyelerin açıklamalarını okuyarak, hangi ayrıcalıklara erişebileceğinizi öğrenebilirsiniz.

Eğer seçtiğiniz seviye reklamsız deneyim ayrıcalığı sunuyorsa, destek olduktan sonra YouTube tarafından gösterilecek olan bağlantıdaki formu doldurarak reklamsız deneyime erişebilirsiniz. YouTube destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi, formu doldurduktan sonra 24-72 saat alabilmektedir.

Diğer Platformlar

Bu 3 platform haricinde destek olan destekçilerimize ne yazık ki reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. Destekleriniz sayesinde sistemlerimizi geliştirmeyi sürdürüyoruz ve umuyoruz bu ayrıcalıkları zamanla genişletebileceğiz.

Giriş yapmayı unutmayın!

Reklamsız deneyim için, maddi desteğiniz ile ilişkilendirilmiş olan Evrim Ağacı hesabınıza yapmanız gerekmektedir. Giriş yapmadığınız takdirde reklamları görmeye devam edeceksinizdir.

Destek Ol
Sizi Takip Ediyor

Devamını Oku
Evrim Ağacı Uygulamasını
İndir
Chromium Tabanlı Mobil Tarayıcılar (Chrome, Edge, Brave vb.)
İlk birkaç girişinizde zaten tarayıcınız size uygulamamızı indirmeyi önerecek. Önerideki tuşa tıklayarak uygulamamızı kurabilirsiniz. Bu öneriyi, yukarıdaki videoda görebilirsiniz. Eğer bu öneri artık gözükmüyorsa, Ayarlar/Seçenekler (⋮) ikonuna tıklayıp, Uygulamayı Yükle seçeneğini kullanabilirsiniz.
Chromium Tabanlı Masaüstü Tarayıcılar (Chrome, Edge, Brave vb.)
Yeni uygulamamızı kurmak için tarayıcı çubuğundaki kurulum tuşuna tıklayın. "Yükle" (Install) tuşuna basarak kurulumu tamamlayın. Dilerseniz, Evrim Ağacı İleri Web Uygulaması'nı görev çubuğunuza sabitleyin. Uygulama logosuna sağ tıklayıp, "Görev Çubuğuna Sabitle" seçeneğine tıklayabilirsiniz. Eğer bu seçenek gözükmüyorsa, tarayıcının Ayarlar/Seçenekler (⋮) ikonuna tıklayıp, Uygulamayı Yükle seçeneğini kullanabilirsiniz.
Safari Mobil Uygulama
Sırasıyla Paylaş -> Ana Ekrana Ekle -> Ekle tuşlarına basarak yeni mobil uygulamamızı kurabilirsiniz. Bu basamakları görmek için yukarıdaki videoyu izleyebilirsiniz.

Daha fazla bilgi almak için tıklayın

Önizleme
Görseli Kaydet
Sıfırla
Vazgeç
Bu Eseri Neden Tavsiye Ediyorsun?
Aşağıdaki kutuya, isimli neden tavsiye ettiğini girebilirsin. Ne kadar detaylı ve kapsamlı bir analiz yaparsan, bu eseri [OKUMAK/İZLEMEK] isteyenleri o kadar doğru ve fazla bilgilendirmiş olacaksın. Tavsiyenin faydalı bulunması halinde Evrim Ağacı kullanıcılarından daha fazla UP kazanman [UP bilgi linki] mümkün olacak. Tavsiyenin sadece negatif içerikte olamayacağını, eğer bu sistemi kullanıyorsan tavsiye ettiğin içeriğin pozitif taraflarından bahsetmek zorunda olduğunu lütfen unutma. Yapıcı eleştiri hakkında daha fazla bilgi almak için burayı okuyabilirsin.
Tavsiye Et