Kuantum Biyoloji, kuantum fizik ile biyoloji dallarının bir araya gelmesi ile oluşan bilim dalıdır. Biyoloji anabilim dalı tüm yaşamsal faaliyetleri kapsamaktadır. Bu yüzden kuantum biyoloji için moleküler biyoloji, genetik ve mikrobiyoloji alanlarında araştırmalar yapıldığını söylememiz yanlış olmayacaktır. Bunun yanında, kuantum fizik alanı halen belirsizliklerini koruyor olup (Heisenberg belirsizlik ilkesi) fizik laboratuvarlarında çok sayıda araştırmaların yapıldığı bilim dalıdır. Bu çalışmalar daha çok atom altı parçacıklar ve moleküllerin incelenmesidir. Bu da tıpkı biyolojideki hücresel araştırmalarda olduğu gibi mikrometre ve nanometre boyutta çalışmaların olduğunun göstergesidir. Yeni bilim dalı Kuantum Biyoloji bize demektedir ki; canlıların yaşamsal faaliyetlerini incelerken, nanometre boyutundaki olayları (süperpozisyon, tünelleme, dolaşıklık gibi) görmezden gelemeyiz ve ancak bu şekilde çok daha ileri sonuçlar elde edebileceğiz.
Kaynak: KBT Bilim Sitesi
Aşağıda daha detaylı olarak bahsedeceğimiz fotosentez, bazı hayvanların göç ederken yönlerini bulma, koku alma faaliyetleri kuantum biyoloji biliminde yapılan faydalı çalışmalara birer örnektir. Kuantum biyoloji ile ilgili ilk kitap 1932 yılında Pascual Jordan tarafından yazılan organik moleküllerin gizeminin fiziği üzerinedir [1]. O yıldan bu yana hala gizemi çözülmemiş birçok yaşamsal süreçler bulunmaktadır. Kuantum fiziğini canlılığın yaşamsal faaliyetlerinden ayrı tutmak neredeyse imkansızdır. Bir organizmada kuantum mekaniği ile açıklanabilen birçok durum söz konusudur. Birkaç örnekle bunları toparlayacak olursak;
Bitkilerdeki fotosentez olayında klorofil molekülünün daha fazla foton enerjisi yakalayabilmesi
Kollajenaz enzimlerinin peptit bağlarını kırma olayları
Hayvanlarda koku alma
Bazı hayvanların dünyanın manyetik alanına göre yön bulması
Sinirsel uyarı iletiminde nöronlardaki elektriksel değişimleri sağlayan iyon kanalları
DNA molekülünde meydana gelen çeşitli mutasyonlar [2]
Kuantum Biyoloji ve Fotosentez
Fotosentez olayını basitçe tanımlayacak olursak bitkilerin güneşten aldıkları fotoelektrik enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürerek kendi besinlerini üretmelerine denir. Peki mikro ve nano boyutlarına indiğimizde bu enerjiler nasıl açığa çıkar? Bitkiler kloroplast adı verilen bir organel bulundururlar. Bu organelin içinde bulunan klorofil moleküllerine çarpan fotonlar elektronları uyararak onların enerjilerini arttırırlar. Enerjisi artan elektronlar da yine kloroplast organelinin içinde bulunan bir reaksiyon merkezine sıçrarlar. İşte fotosentez ile enerji üretimi bu merkezde gerçekleşmiş olur. Okuduğumuzda sıralı, düzenli gibi gözüken bu mekanizmada aslında elektronların çok fazla sayıda bulunan klorofil moleküllerinden sıçrayıp kloroplastın reaksiyon merkezine ulaşması çok düşük bir ihtimaldir. Konumuzun bu kısmında devreye giren kuantum mekaniği bize bunu bir kelime ile açıklar; Süperpozisyon.
Kuantum süperpozisyon ile elektronun merkeze ulaşabilmesi için her yol ve ihtimal aynı anda gerçekleşmektedir. Bu durumda elektronumuz sağ yolu bulunuyorken aslında aynı zamanda sol taraftaki yolda da bulunmaktadır. Bu ihtimaller sonucunda elektronlar genellikle en kısa yolu takip ederek reaksiyon merkezine ulaşmış olur [3].
Kaynak: World Science Festival
Göçmen Kuşların Yeteneği
Kuantum biyoloji araştırmaları bitkilerle sınırlı kalmayıp, bazı göçmen kuşların yönlerini nasıl bulduklarıyla ilgili de araştırmalar yapılmıştır. Şu anda geçerliliği olan teori göçmen kuşların gözlerinde bulunan kriptokrom proteinleridir. Bu proteinler kuşların gözlerine gelen fotonların elektronlara enerji vererek başka kriptokrom proteinlerine geçişi ile meydana gelen proton-elektron sayısındaki değişimdir. Bunun tanımlanmasını da bizlere kuantum dolanıklık yapmaktadır. İyonize olmuş kriptokrom proteinleri, elektron spinine göre manyetik alanların şiddet ve yönüne farklı cevaplar vermiş oluyor. Sonuç olarak, göçmen kuşlar ekvatoru ve kutupları ayırt edebiliyor ve yönünü o şekilde tespit edebiliyor diyebiliriz [4].
Kuantum Biyoloji alanında yapılan çalışmalara baktığımızda en popüler iki olayı basitçe anlatmak istedim. Canlıların yaşam serüvenine artık kuantum fizik ile birlikte bakıyor olmak bizleri hızlı bir şekilde ileriye götürecektir. Faydalı çalışmalar yapabilmek için kuantum fizik konusunu güzel bir şekilde pekiştirmemiz gerekmektedir. Kuantum mekaniğinin kurucularından olan Niels Bohr şöyle söylemiştir: ‘Kuantum fiziği kafanızı karıştırmadıysa onu tam olarak anlamamışsınız demektir.’ Bilimsel çalışmalar bizi her geçen gün şaşırtmaya devam ediyor. Bilimle kalın…
KAYNAKÇA
1- Şahin, M., & Kılıç, B. (2019). Kuantum Biyolojisi. Takvim-i Vekayi , 40-50.
2- Kuantum Biyolojisi: Canlılığa Yeni Bir Bakış. (2018, Haziran). Bilimkurgu
Kulübü: https://www.bilimkurgukulubu.com/genel/bilim-teknoloji/kuantum-biyolojisi-canliliga-yeni-bir-bakis/ adresinden alındı
3- Demircan, K. (2020, Ağustos). HAYAT NEDEN VAR? KUANTUM BİYOLOJİ
SAYESİNDE. KOZANDEMİRCAN: https://khosann.com/hayat-neden-var-kuantum-biyoloji-sayesinde/#comments adresinden alındı
4- Palmer, J. (2013, Şubat). Emekleme Evresinde Bir Bilim: Kuantum Biyolojisi. Evrim
Ağacı: https://evrimagaci.org/emekleme-evresinde-bir-bilim-kuantum-biyolojisi-962 adresinden alındı