زیست‌شناسی کوانتومی می‌تواند ما را در مورد زندگی تغییر دهد

کوانتومی بودن در زیست‌شناسی احتمالاً واقعی است

به گزارش ایسنا و به نقل از فست کمپانی، از تلفن همراه خود برای کنترل فعالیت های سلول های بدن به منظور درمان آسیب ها و بیماری ها استفاده کنید. به نظر می‌رسد که این ایده از تخیل یک نویسنده بیش از اندازه خوشبین داستان‌های علمی-تخیلی آمده باشد، اما چنین کاری ممکن است از طریق حوزه نوظهور زیست‌شناسی کوانتومی امکان پذیر شود.

با وجود این، شیمی‌دانان برای مدت طولانی اصرار به تفاوت وجود دارد. پژوهش‌های صورت‌گرفته، واکنش‌های شیمیایی پایه‌های روی اتاق‌ها، به وضوح نشان می‌دهند که پروسه‌هایی که در مولکول‌های زیستی مانند پرورش‌ها و مواد ژنتیکی رخ می‌دهند، نتایج حاصل از کوانتومی هستند. نکته مهم این است که بتواند کوانتومی نانوسکوپی و کوتاه‌مدت را با هدایت برخی از فرآیندهای فیزیولوژیکی ماکروسکوپی که زیست‌شناسان در سلول‌ها و موجودات زنده اندازه‌گیری شده و سازگار هستند، انجام دهد. پژوهش‌ها نشان می‌دهند که کوانتومی بر عملکردهای بیولوژیکی از جمله تنظیم فعالیت‌های آنزیم، حس میدان‌های مغناطیسی، متابولیسم سلولی و انتقال الکترون در مولکول‌های زیستی تأثیرگذار می‌دهند.

پژوهش‌های حوزه مکانیک کوانتومی معمولاً به سوی فناوری جهت می‌گیرند. با وجود این، شواهد فزاینده‌ای وجود دارند که نشان می‌دهند طبیعت را می‌شناسند چگونه از مکانیک کوانتومی برای عملکرد بهینه استفاده کنند. اگر واقعاً درست باشد، معنایی که ما را در مورد زیست‌شناسی کاملاً ناقص می‌دانیم، بدانیم. همچنین، این موضوع معنی دارد که ما احتمالاً می‌توانیم فرآیندهای فیزیولوژیکی را با استفاده از خواص کوانتومی ماده بیولوژیکی کنترل کنیم.

پژوهش‌هایی که می‌توانند پیام‌های دگرگون‌کننده‌ای را برای زیست‌شناسی، پزشکی و علوم مهندسی به همراه بیاورند انجام دهند، در یک گروه همکاری نیاز دارند که به همان اندازه متحول‌کننده باشند. کار کردن در یک آزمایشگاه یکپارچه‌سازی‌شده، به رشته‌هایی که تحقیقات بسیار متفاوتی برای پژوهش‌ها دارند، کمک می‌کنند تا آزمایش‌هایی را انجام دهند که گستره زیست‌شناسی را از کوانتومی گرفته تا مولکولی، سلولی و ارگانیسمی ارزیابی می‌کنند.

از زمان همه‌گیری کوید-19، آزمایشگاه «دکتر کلاریس آیلو» (Clarice Aiello) در «دانشگاه کالیفرنیا، لس‌آنجلس» (UCLA) و «مرکز آموزش دکتری زیست‌شناسی کوانتومی» (QB-DTC) در «دانشگاه ساری» (University of Surrey) ، جلسات بیولوژیکی کوانتومی بزرگی را تشکیل دادند تا یک انجمن هفتگی غیررسمی را برای پژوهشگران ارائه دهند. هدف این است که پژوهشگران در زمینه‌هایی مانند جریان اصلی فیزیک کوانتومی با گردآوری و تخصص خود را در حوزه‌هایی مانند بیوفیزیک، پزشکی، شیمی و زیست‌شناسی به اشتراک بگذارند.

یک روش کاملا جدید برای کسب علم

کوانتومی، پدیده‌هایی هستند که بین اتم‌ها و مولکول‌ها رخ می‌دهند و با فیزیک کلاسیک توضیح می‌دهند. بیش از یک قرن است که مشخص شده قوانین مکانیک کلاسیک مانند قوانین نیوتن، در نتیجه اتمی شکسته می‌شوند. در عوض، اجسام ریز مجموعه قوانین متفاوتی که مکانیک کوانتومی نامیده می‌شود، رفتار می‌کنند.

مواردی که الکترونها جرم و بار دارند، دارای خاصیت کوانتومی به نام «اسپین» نیز هستند. اسپین، میزان الکترونها با میدان مغناطیسی را به همان ترتیبی مشخص می‌کند که بار الکتریکی، میزان الکترونها با یک میدان الکتریکی را نشان می‌دهد. آزمایش‌های کوانتومی، با هدف اعمال میدان‌های مغناطیسی مناسب برای تغییر دادن اسپین الکترون‌های ویژه صورت می‌گیرند.

وجود زیست‌شناسی کوانتومی به عنوان یک رشته نشان می‌دهد که در فرآیندهای زندگی ناقص است. بیشتر به ارائه اطلاعات در مورد این پرسش قدیمی کمک کنید که زندگی چیست، چگونه می توانم آن را کنترل کنم و چگونه می توانم برای ساخت فناوری های کوانتومی بهتر، از طبیعت یاد بگیرم.

پژوهش‌ها نشان می‌دهند که بسیاری از فرآیندهای فیزیولوژیکی، عوامل مغناطیسی ضعیف را تحت تأثیر قرار می‌دهند. این فرآیندها، رشد و بلوغ سلول‌های بنیادی، میزان تکثیر سلولی، ترمیم مواد ژنتیکی و موارد بی‌شمار دیگر را شامل می‌شوند. واکنش‌های فیزیولوژیکی به میدان‌های مغناسی، با واکنش‌های شیمیایی سازگار هستند که به اسپین‌الکترون‌های ویژه درون مولکول‌ها می‌پردازند. بنابراین، اعمال یک میدان مغناطیسی ضعیف برای تغییر دادن اسپین‌های الکترون می‌تواند نتایج نهایی یک واکنش شیمیایی را به صورت آزمایشی با پیامدهای فیزیولوژیکی مهم کنترل کند.

برای انسان‌هایی که فقط می‌توانند دنیای ماکروسکوپی را ببینند با چشم غیرمسلح را می‌فهمند، مکانیک کوانتومی می‌تواند خلاف واقع شود و تا حدودی جادویی به نظر برسد. چیزهایی که احتمالاً انتظار آنها را ندارند، ممکن است در دنیای کوانتومی اتفاق بیفتند. مانند الکترون‌هایی که در کوچک‌ترین انرژی تونل می‌زنند و بدون آسیب دیدن در طرف دیگر ظاهر می‌شوند یا قرار گرفتن هم‌زمان در مکان‌های متفاوتی که طی پدیده‌هایی به نام برهم‌نهی کوانتومی رخ می‌دهند.

پژوهشگران می‌توانند برای ساخت فناوری بهتر، در پدیده‌های کوانتومی دست ببرند. در واقع، شما در حال حاضر در دنیایی با انرژی کوانتومی زندگی می‌کنید. همه‌ی فناوری‌های کنونی از نشانگرهای لیزری گرفته‌شده تا GPS، ام‌آرآی و ترانزیستورهای موجود در رایانه شما، به کوانتومی متکی هستند.