Kuantum Biyolojisi Nedir?

[™ Admin]

Kuantum Biyolojisi Nedir?

Kuantum biyolojisi, canlı organizmalardaki klasik fizik yasalarıyla doğru bir şekilde tanımlanamayan süreçleri inceleyen çalışma alanıdır. Bu, bu süreçleri anlamak için kuantum teorisinin uygulanması gerektiği anlamına gelir.

Canlı madde de dahil olmak üzere tüm maddeler fizik yasalarına tabidir. Biyoloji ve biyolojik süreçler genellikle bir hücrenin veya makromoleküler bir sistemin farklı bölümleri arasında sürekli olarak aktarılan elektronlar ve protonlarla ilgilenir. Bu aktarım süreçleri yalnızca sistem çevresiyle moleküler titreşimler ve fononlar şeklinde enerji alışverişinde bulunduğunda gerçekleşebilir. Böyle bir sisteme 'açık kuantum sistemi' denir ve buna özel fizik yasaları uygulanır.

Kuantum etkilerinin görülebildiği biyolojik süreçlere iyi örnekler, fotosentez, solunum, görme, kataliz, koku alma ve temelde diğer tüm biyolojik taşıma süreçlerinde elektron ve protonların taşınmasıdır. Diğer örnekler arasında elektronik ve/veya titreşim enerjisinin aktarımı ve elektron aktarımı ve kuş göçündeki manyetik alan etkileri yer alır.

Kuantum etkileri, karakteristik bir sıcaklık bağımlılığı, manyetik alan etkileri, süperpozisyon (veya delokalize) durumların katılımı, rezonans etkileri vb. ile uzun mesafeli etkiler (elektron ve proton tünellemesinde olduğu gibi) olarak kendini gösterir. Kuantum biyolojisinin amacı, tüm bu fenomenleri açıklayan tutarlı bir açık kuantum sistemleri modeli geliştirmektir.

Kuantum biyolojisi neden önemli bir alandır?

Elektronlar, protonlar, uyarımlar, kimyasal bağlar ve elektronik yükler tanım gereği kuantumdur ve bunların dinamiklerinin anlaşılması kuantum mekaniğini gerektirir. Dahası, bu temel varlıklar büyük ölçüde biyolojik sistemlerdeki bir sonraki organizasyon seviyesinin özelliklerini belirler - birbirleriyle ve çevreleriyle etkileşimleri genellikle kuantum biyolojisinin yasaları dikkate alınmadan doğru bir şekilde tanımlanamayan biyomoleküler komplekslerinki.

Ayrıca, biyolojide genellikle çevre, biyomoleküler bir sürecin sonucunda önemli bir rol oynar. Fotosentez ve görme iki önemli örnektir. Bu nedenle, biyolojiyi ve biyolojik süreçlerin şaşırtıcı seçiciliğini gerçekten anlamak için kuantum biyolojisine ihtiyacımız var.

Kuantum biyolojisi ayrıca algılama, sağlık, çevre ve bilgi teknolojileri de dahil olmak üzere çok sayıda teknoloji üzerinde potansiyel olarak büyük bir etkiye sahip olabilir. Örneğin, enerji teknolojileri biyolojik olarak ilham alan güneş hücreleri tarafından devrim yaratabilir ve kimyasal, manyetik ve biyolojik algılama teknolojileri doğal eşdeğerlerde bulunan prensipler uygulandığında yeni bir seviyeye taşınabilir.

İkiniz de bu alana nasıl ilgi duymaya başladınız?

Prof. van Grondelle: Fotosentezde enerji ve elektron transferi üzerine yaptığım çalışmalar sayesinde. Bunlar ultra hızlı süreçlerdir ve 10-13–10-11 saniyelik bir zaman ölçeğinde gerçekleşir ve bunları ultra kısa lazer darbeleri kullanarak inceledim; ve zaten uzun yıllardır tutarlılıklar ve yerel olmayan durumlar gözlemlenebiliyordu.

Gözlemlenen olguları anlamak ve yüksek başarılarını açıklamak için kuantum mekanik modellerinin gerekli olduğunu ancak on yıl kadar önce fark ettim.

Dr. Krüger: Fizik ve biyolojik bilimlerin iki ayrı bilim alanı olduğu fikriyle büyüdüm, ta ki lisans eğitimim sırasında fizik yasalarının canlı madde de dahil olmak üzere her türlü maddenin davranışını desteklediğini fark edene kadar.

Yaşamın temel süreçlerini anlamak için kuantum mekaniğinin önemi, Rienk van Grondelle'nin gözetiminde doktora yaparken aklıma geldi. Kuantum mekaniğinin fotosentez sürecinin ve sonuç olarak temelde tüm yaşamın ne kadar önemli bir bileşeni olduğunu keşfetmek şaşırtıcıydı.

Bu Başlık İncelemesinin amacı nedir?

Aralık 2014'te, kuantum biyolojisini ve araştırma alanının bizi nereye götürebileceğini tartışmak için bir çalıştay düzenledik. Yaklaşık 25 katılımcı vardı; bunların yarısı, bir şekilde biyolojik sistemlerdeki kuantum etkileriyle ciddi şekilde ilgilenen köklü bilim insanlarıydı, diğer yarısı ise ilgili araştırma gruplarının öğrencileri ve doktora sonrası araştırmacılarıydı.

Üç gün boyunca sunumlar, tartışmalar, öğrencilerin soruları ve yüz yüze görüşmeler yoluyla biyolojideki kuantum etkilerini yoğun bir şekilde tartıştık. Sonunda, 'kuantum biyolojisinin geleceği' hakkında bir inceleme makalesi yazmaya karar verdik.

Makalenin ana taslağı, katılımcı öğrenciler tarafından yazılacaktı ve takip aşamasında, daha kıdemli bilim insanlarının da dahil olması bekleniyordu. Amaç, kuantum biyolojisinin mevcut durumunu ve gelecekteki gelişimini nasıl öngördüğümüzü açıkça belirten bir el yazması üretmekti.

Bu tür bir incelemede, kuantum biyolojisinin kapsadığı geniş kapsamın tüm yönlerini ele almak imkansızdır. Bu nedenle, güncel bilgilere göre biyolojide önemsiz olmayan kuantum etkilerine dair en güçlü kanıtı gösterdiğine inandığımız konuları, alandaki güncel tartışmaların yoğunlaştığı konuları ve teknolojik potansiyel gösteren konuları seçmeye karar verdik.

Kuantum biyolojisinin geleceği nedir?

Bilim insanları, yaşamın ve yaşam süreçlerinin açık kuantum sistemlerinin fiziğine güçlü bir şekilde bağlı olduğunu giderek daha fazla fark edecekler.

Kuantum mekaniğinin yasaları olmadan yaşamı ve yaşam süreçlerini anlayamayız. Zorluk, ıslak ve gürültülü bir ortamda (örneğin bir protein, bir zar, bir hücre ve tüm bir organizma) kuantum fiziğinin 'mükemmel' yasalarının nasıl hayatta kaldığını anlamaktır.

Yakın gelecekte, örneğin güçlü manyetik alanların, tek molekül/sistem analizinin ve femtosaniye tutarlı mikroskopinin etkilerini inceleyecek yeni deneyler göreceğiz. Zorluklardan biri, işlevsel tanımlamanın belirli bir düzeyinde açıkça görülen kuantum etkilerinin daha yüksek bir karmaşıklık düzeyindeki gözlemlere nasıl çevrildiğini anlamaktır.

Nöronlar, sinir ağları ve belki de tüm beyin gibi yeni sistemlerin araştırıldığını göreceğiz. Yaşama dair daha ileri anlayışımızla kuantum bilişimi, kuantum hesaplama, yapay zeka ve diğer çeşitli teknolojilere dair anlayışımız arasında daha yakın bir bağlantı göreceğiz.

Kaynak: Sciencephile the AI