Kuantum Biyolojisi: Canlılığa Yeni Bir Bakış

Konuk Yazar 17 Haziran 2018 Bilim & Teknoloji Bir yorum bırakın

Yaşam nedir? Canlıları, inorganik maddelerden hangi özellikler ayırır? En basit tek hücreliden, en gelişmiş memelilere kadar bütün canlıların ortak özellikleri nelerdir? Bu sorulara klasik biyoloji anlayışımız metabolizma, değişen çevreye uyum sağlama ve üreme yeteneği olarak cevap veriyor. Ancak çok yeni bir kavram olan kuantum biyolojisi, yaşamın doğasına olan anlayışımızı kökten değiştireceğe benziyor.

Modern biyoloji, canlıların çok çeşitli davranış ve metabolizma süreçlerini incelerken; moleküler süreçlere odaklanır. Canlılığın yapıtaşı olan hücrenin fizyolojik faaliyetleri, yaşamı anlamada bize çok fazla ipucu sunar. Yakın zamana kadar hücresel ve moleküler süreçler; biyokimya ve genetik gibi biyolojik temelli bakış açılarıyla inceleniyordu. Ancak son gelişmeler, daha fazlasına ihtiyacımız olacağını söylüyor.Madde, ışık ve dalgaların atom ve atomaltı düzeydeki hareketlerini inceleyen kuantum mekaniği, nihayet biyolojik süreçlere de dahil oldu.

Canlılarda Kuantum Mekaniği

Birbirinden çok farklı konularda gerçekleştirilen güncel araştırmalarda, biyolojik yapı ve süreçlerin fonksiyonlarının tam olarak anlaşılması için, kuantum mekaniğine ihtiyaç duyuluyor:

Kollajen proteinlerini parçalayan kollajenaz enziminin, peptit bağlarını kırarken görev aldığı tepkimelerde kuantumsal etkilerin de dahil olduğu gözlendi.
Yeşil bitkilere özgü fotosentez tepkimelerinde, klorofil molekülünün foton enerjisini daha verimli tutabilmeleri için kuantum vuru süreçlerinin dahil olabileceği düşünülüyor.
Kimyasal bileşikler aynı moleküllerden oluşsa bile, sol/sağ formlarına sahip(kiral moleküller) moleküller birbirlerinden çok farklı kokulara sahiptir. Hayvanların burnundaki koku reseptörlerinin, sağ/sol moleküllerden tamamen farklı kokular alması kuantum titreşim kuralıyla açıklanabilir.
Sirke sineği, kelebek, kiraz kuşu, su kaplumbağası, kızıl gergedan gibi çeşitli hayvanlar, Dünya’nın manyetik alanını algılayarak yönlerini bulabilirler. Yön duygusu için evrimleşen manyetik sensörler, ancak kuantum spin etkisini algılayarak Dünya’nın manyetik alanındaki hassas değişimleri saptayabilir.
Canlılığın dinamizmini sağlayan evrimsel adaptasyon süreçleri, genetik mutasyonlardan kaynaklanır. DNA’nın sentezlenmesi ve okunması sürecindeki hatalar, mutasyona sebep olur. Ve mutasyona sebep olan moleküler süreçlerde de, kuantum tünelleme gibi etkilerin belirleyici olabileceğine dair çalışmalar vardır.
Sinir sisteminin çalışmasındaki en temel basamak olan sinirsel uyarı iletimi, nöronlardaki elektriksel değişimlerle gerçekleşir. Elektrisel değişimleri sağlayan iyon kanalları, kuantumsal etkilere açık olabilir. Ayrıca fizikçi Penrose; nöron iskeletini oluşturan mikrotübül yapılarının, kuantumsal karmaşıklığı artıran bir basamak olduğunu düşünmektedir.

Kuantum Biyolojisi Devrimi

Günümüzde bilinen örneklerin ötesinde; canlılığın çok çeşitli davranış ve yaşamsal süreçlerinde, çok daha çeşitli kuantumsal süreçler etkili olabilir. Canlılığa bakış açımızı derinden etkileyecek bu yeni “kuantum biyolojisi devrimi” sayesinde, önümüze bambaşka ufuklar açılacaktır. Artık canlılığı incelemek yalnızca biyolojik bilimlerin sorumluluğunda kalmayacak, Evren’in nadide karmaşıklıkta yapısı olan organik canlılar, fizik biliminin de gözdesi olacaktır.

Sentetik yaşamı tasarlamaya yönelik son çalışmalarda, ilkel hücresel yapılar ve basit metabolik süreçler oluşturulabilmiştir. Ancak bu “ön-hücreler”in canlılık tanımına uyan fonksiyonları tam anlamıyla kazanabilmesi için, klasik biyokimyasal müdahalelerden fazlasına ihtiyacımız var.

Canlılık evrendeki en karmaşık, entropinin yükseldiği süreçlerden biridir. Sentetik yaşamı tasarlarken, giderek artan karmaşıklık en önemli sorunlardan biri olacaktır. Bu sebeple; canlılığı oluşturan fiziksel ve biyolojik bütün süreçlere bütünsel bir bakış açısı geliştirmemiz şarttır.

Yaşamı ve canlılığın doğasını en iyi şekilde anlayabilmemiz için, onu her adımda yeniden üretebilme yeteneği geliştirmemiz gerekiyor. Canlıları oluşturan bütün sistem ve dokuları tekrar gözden geçirmeliyiz. Hücreler, moleküller, metabolik enerji sistemleri ve yeni keşfedeceğimiz hassas süreçler; bunların hepsi kuantum etkileri açısından değerlendirilmeyi bekliyor.

7×1027(10 üssü 27) adet atomdan oluşan, ortalama 70 kg ağırlığında bir fiziksel nesneyiz. Ancak insan, bizi tek tek oluşturan atomların toplamından daha fazlasıdır. Artık bu bütünselliğin doğasını anlama zamanı geldi, Kuantum biyolojisi devrimine hazır olun.

Hazırlayan: Emre Yorgancıgil

Kaynakça: