Temel bilimler hiyerarşisi, tabanında matematiğin, tepesinde biyolojinin yer aldığı bir piramitle temsil edilebilir. Matematiğin hemen üstünde fiziğin ve onun üstünde kimyanın yer aldığı bu dört katmanlı piramitte her katman, altındaki diğer katmanlara dayanır. Haliyle canlıları konu alan biyoloji, diğer disiplinlerin hepsini içermesi yönüyle aslında “en karmaşık bilim dalı” olma özelliğini taşır. Canlılar kimya yasaları ile açıklanırken, kimya kurallarının, etrafında elektronların döndüğü atom fiziğine, atom fiziğinin de matematiğin çokça kullanıldığı kuantum alan teorilerine indirgendiği bir devirde bilim insanlarının, “Kuantum fiziğinin biyolojide rolü nedir?” sorusunu sormaları gayet makul.

Kuantum Penceresinden Biyoloji

Matematik

Fizik

Kimya

Biyoloji

Zeynep Ünalan

Dr, Bilimsel Programlar Uzmanı, TÜBİTAK Bilim ve Teknik Dergisi

26

Temelleri fizik yasalarına daya-nan X-ışın kristelografisi, nükle-er manyetik rezonans gibi buluş-

ların biyoloji ve tıpta yıllardır kullanılı-yor olması fiziğe “Fizik, biyoloji için alet yapımıdır” tanımını getirse de, fizikçile-rin çoğu moleküler etkileşmelerden na-sıl olup da biyolojik hayatın doğduğu gi-bi daha temel soruların cevaplanmasın-da kritik rollerinin olduğunu düşünüyor. Sonuçta moleküller arası Vander Waals kuvvetlerini, proteinleri, DNA’nın dina-miğini tarif eden kurallar fizik yasaları-na ve kuantum mekaniğine dayanıyor.

Bohr, Delbrück ve Schrödinger bi-yoloji biliminin gelişimini etkileyen 20. yüzyıl fizikçilerinden. O dönemin fizik-çileri kuantumun, mad-denin yapısına ilişkin başarılı açıklamalarının büyüsüyle biyolojik ha-yata da açıklama geti-receğini düşünmüşler. Ünlü kuantum fizikçi-si Erwin Schrödinger’in bu düşünceden hareket-le kaleme aldığı Yaşam Nedir? adlı kitap DNA sarmalının yapısının keşfine ışık tutan teorik tanımlamalar-la dolu. Schrödinger’in bu çalışması Ja-mes D. Watson ve Francis Crick ikilisi-nin genetik çalışmalarının teorik daya-nağı olarak gösteriliyor. O zamanlardan bu yana moleküler biyolojide çok mesa-fe kat edilmiş. 20. yüzyılın başlarında fi-zik altın çağını yaşarken, 21. yüzyıl biyo-lojinin altın çağı olarak nitelendiriliyor. Bunda fen bilimleri piramidinin tepesi-ne, tabanından bakabilen bilim insanla-rının hatırı sayılır bir katkısı var. Bu ba-kış açısının biyolojik sistemlere getirdiği açıklamalardan popüler olan birkaç ta-nesine değinelim.

Kuantum TünellemeDüz bir yol boyunca ilerleyen bir top

düşünelim. Bu top, kendi hareket enerji-sinden yüksek bir potansiyel engeli, ör-neğin bir tepeyle karşılaşınca engeli aşa-maz. Benzer şekilde çukur bir kâse içine

koyduğumuz bir bilyenin kâsenin kenar-larını aşıp dışarı çıkabilmesi bunun için yeterli miktarda enerjiyi gerektirir. An-cak bilyenin hapsolma durumu sadece klasik fizikte geçerli. Bilye yerine iki pro-ton ve iki nötrondan oluşan bir alfa par-çacığı, çukur kâse yerine de atom çekir-değini koyarsak sonuç değişir. İki proton ve iki nötrondan oluşan alfa parçacığı çekirdekten bir çeşit tünel açarak dışarı çıkabilir. Nükleer fisyon denen bu olayı tüm kuantum parçacıklarına genişlete-biliriz. Kuantum parçacıklarının engelin diğer tarafında da görünme olasılığına “kuantum tünelleme etkisi” denir. En-gel tanımayışın temelinde her kuantum parçacığına bir olasılık dalga fonksiyo-

nunun eşlik etmesi yatmaktadır. Parça-cığın belli bir zamanda belli noktada bu-lunma olasılığını gösteren bu matema-tiksel dalga fonksiyonu, parçacık bir ku-tu içine hapsedilse bile kutunun hemen dışında sıfır değerini almaz; daha yalın bir ifadeyle, parçacığın kutunun dışında bulunma olasılığı vardır.

EnzimlerCanlı organizmalarda sürekli ola-

rak milyarlarca kimyasal bağ kurulu-yor ve bozuluyor. Bu kimyasal tepkime-lerde katalizör vazifesi görerek tepkime-yi milyonlarca kez hızlandıran enzimle-rin işleyiş mekanizmasını açıklayan te-oriler var. Bunlardan en eski ve geçer-li olanı anahtar-kilit modeli. Enzimler özelleşmiş ve karmaşık proteinler. Bel-li enzimler belli tepkimelere katılıp belli moleküllere (substratlara) etki ediyorlar. Anahtar-kilit varsayımına göre, enzim

substrat ikilisi arasında, anahtar-kilit gi-bi geometrik bir uyum olmalı ki enzim üzerine düşen görevi yapabilsin.

Ancak tepkimenin gerçekleşmesi-ni engelleyen bir etken var: Tepkime-ye giren ve çıkan moleküller arasında-ki potansiyel engeli. (Yukarıdaki çukur kâse içindeki bilye örneğini hatırlayı-nız). Bu potansiyel engeli kimyada akti-vasyon enerjisi olarak da adlandırılıyor. Enzimlerin aktivasyon enerjisini düşü-rerek (kâsenin duvarlarını alçaltarak) tepkimeyi hızlandırdığı söyleniyor. An-cak bu mekanizmanın nasıl olup da tep-kime hızını olağanüstü düzeyde arttıra-bileceği anlaşılamıyor. Bir diğer olası-lık da engelin aniden kuantum tünelle-

mesiyle aşılması. Bu ko-nudaki ilk deneysel veri 1989’da Y. Cha ve mes-lektaşlarından geliyor. Alkol dehidrogenaz en-zimi kullanılan tepki-mede proton tünellen-mesini gözlemliyorlar. Çok daha yakın tarihte, Bristol ve Manchester üniversitelerinden bir ekip aromatik amin de-

hidrogenaz enzimi kullandıkları deney-lerini kuantum mekanik modelleri işle-yen bilgisayar simulasyonuna aktarıyor-lar. Ve enzimin substrat ile birleştiği ak-tif bölgelerde substrat molekülünden ka-çan protonlar gözlüyorlar.

Kuantum tünellemesinin gerçekleş-me olasılığı, potansiyel engelinin genişlik ve yüksekliğine bağlı olduğu kadar ka-çan parçacığın kütle ve enerjisine de bağ-lı. Parçacık ne kadar ağırsa kaçma ola-sılığı o kadar az. Bu gerçekten hareket-le yukarıda bahsi geçen her iki deneyde de bir protondan oluşan hidrojen yerine bir proton ve bir nötrondan oluşan dö-teryum kullanılıyor. Sonuçta, atom küt-lesi hidrojenin iki katı olan döteryumun, beklenildiği gibi daha az tünelleme ger-çekleştirdiği ve tepkime hızında da azal-ma görülüyor. Aynı nedenden ötürü ku-antum tünelleme etkisi elektron proton seviyesinde incelenebilirken, aminoasit protein seviyesinde gözlemlenemiyor.

Kuantum Penceresinden Biyoloji

Bilim ve Teknik Temmuz 2010

>>>

27

Kuantum Penceresinden Biyoloji

MutasyonlarKuantum tünelleme etkisinin aktif

bir rolünün olup olmadığı merak edi-len bir başka biyolojik olgu mutasyonlar. DNA’nın iplikçikleri üzerinde bulunan dört nükleoit bazı Adenin(A), Timin (T), Guanin (G) ve Sitozin(C); ancak A ile T ve C ile G karşılıklı gelecek şekilde dü-zenleniyor ve bu eşlemenin farklı olma-sı durumu mutasyonla sonuçlanıyor. A-T baz çifti iki, C-G baz çifti ise üç hidrojen bağı ile bir arada tutuluyor. Hidrojen çe-kirdeğindeki protonun, kuantum tünel-leme sonucu potansiyel engelini aşarak üçlü hidrojen bağının ikili bağa dönüş-tüğü, bununsa baz çiftlerinin yanlış eşle-mesine neden olduğu düşünülüyor. Mu-tasyonlardaki rastgelelik ve kuantum fi-

ziğinin ayrılmaz parçacı olan olasılık he-sapları bu iki konuyu birbirine yakınlaş-tıran temel bir etken.

Moleküler biyoloji çalışmalarında be-lirlenen diğer kuantum tünelleme örnek-leri protondan çok daha küçük elektro-na ait. Elektron tünellemesi fotosentez-de, hücre solunumunda ve DNA boyun-ca elektron taşınımında da rol oynuyor.

SpinTemel bir kuantum kavramı olan ve

klasik fizikte karşılığı olmayan spin, bir parçacığın bulunabileceği kuantum du-rumunu ifade eden niceliklerden biri. Genelde bir cismin kendi ekseni etrafın-da dönme özelliğine benzetiliyor. Bu ben-zetmenin temelinde cismin dönme hare-ketinden kaynaklanan ataletsizlik olarak tanımlayabileceğimiz açısal momentum hesapları yer alıyor. Bir kuantum parça-cığının, örneğin elektronun, toplam açı-sal momentumu, yörüngesindeki hareke-tinden doğan açısal momentum ile spini-nin toplamı olarak hesaplanıyor. Bu top-lama işlemi büyük cisimlerin, örneğin bir gezegenin yörüngesel açısal momentum ile kendi ekseni etrafındaki dönüş hareke-

tine de uygulanıyor. Matematik hesaplar-daki paralellikten yola çıkılarak spini, ku-tup ekseni etrafında dönen gezegenle bi-rebir eşlemek pek de doğru değil. Her şey-den önce bir gezegen bu dönüşü, üye ol-duğu gezegen sisteminin oluşumu sıra-sında kazanıyor. Ayrıca büyük bir gökta-şı çarpması, Güneş ve Ay’ın etkisi gibi ne-denlerle dönüş hızı değişebiliyor. Öte yan-dan atomaltı bir parçacığın spini, parçacı-ğın ortaya çıkışı ile eş zamanlı olarak var olan bir nicelik ve hep sabit. Üstelik elekt-ron gibi içyapısı olmayan noktasal kuan-tum parçacıkları var. Bu parçacıklara bir eksen atfedilemediğinden kendi etrafında döndüğü de varsayılamıyor. Ancak ben-zetmenin haklı nedenlerinden biri, geze-genin manyetik alanının oluşmasında ku-tup ekseni etrafındaki dönüşünün etkili olması gibi spin de bir kuantum parçacı-ğına manyetik kimliğini kazandırıyor.

Hayalimizde canlandıramadığımız bu niceliği yine de cismin kendi ekseni etra-fında dönmesi olarak resmetmek işe yarı-yor. Bu şekilde, vektörel (yönlü) bir nice-lik olan spinin yönünü, parçacığın ekse-ninden geçen bir ok ile gösterebiliyor, de-ğişik spin durumlarını okun yönünü aşağı yukarı değiştirerek resmedebiliyoruz.

28

>>>Bilim ve Teknik Temmuz 2010

MRI

Bizlerin daha çok manyetik rezonans görüntüleme (MRI) ile tıptaki uygula-masından bildiğimiz nükleer manyetik rezonans (NMR) spin kavramına daya-nıyor. Zarar veren radyasyon içerdiği iz-lenimi verdiğinden MRI isminin başın-da nükleer kelimesi kullanılmıyor. As-lında X ışını testleri, PET/CT tarama-larının aksine radyo dalga frekansında çalıştığı için radyasyon riski taşımıyor. Nükleer ifadesinin tek nedeni çalışma il-kesinin atom çekirdeğiyle ile ilgili kav-ramlara dayanması. MRI’da atom çekir-değindeki protonların spin özelliği kul-lanılıyor.

Başta hidrojen ve oksijen olmak üze-re değişik bir sürü atomdan oluşan vü-cudumuzda en büyük proton kaynağı-mız hidrojen atomlarımız. Pusula ib-resinin dünyanın manyetik alanı için-de kuzey güney doğrultusunu alması gi-bi proton spini de kuvvetli bir manyetik alan içine yerleştirildiğinde alan doğrul-tusunu alıyor. Normalde vücudumuzda rastgele yönlenmiş mini pusulalar ola-rak düşünebileceğimiz proton spinleri, MRI makinesinin içinde manyetik alan uygulanınca, alan doğrultusu etrafında, bir topacın yalpalanma hareketine ben-zer şekilde dönmeye başlıyorlar. Kulla-nılan atoma göre bu dönme hareketinin frekansı farklı. Hidrojen atomu için bu frekans 42,58 MHz/Tesla. MRI makinesi tam bu frekansta elektromanyetik dalga gönderdiğinde hidrojen atomlarındaki protonların spinleri bu enerjiyi soğura-rak takla atıyor. Yani daha yüksek ener-jili kuantum seviyesine geçerek bu sefer alana zıt doğrultuda dönmeye başlıyor. Dönme frekansına eşit frekansta ener-ji soğurarak kuantum sıçraması yapma-ya rezonans deniyor. Yayılan radyo dal-gası kesildiğinde protonlar gerisin geri-ye düşük enerjili durumlarına dönerken ışıma yapıyor ve bu ışıma enerjisi bir bil-gisayar sistemine gönderilerek görüntü-ye dönüştürülüyor. Sağlıklı ve hastalıklı kısımlardan gelen sinyaller farklı olduğu için hastalıklı kısmın görüntüsü ayrıştı-rılabiliyor.

Göçmen Kuşlar

Manyetik alanın biyolojik bir sistem tarafından algılanması söz konusu ol-duğunda bir kısmımızın aklına MRI’dan önce göçmen kuşlar gelir. Bilim insanları uzun yıllardır, göçmen kuşların dünya-nın manyetik alanını hisseden pusulalar olduğunu düşünüyorlar ve değişik mo-deller sunuyorlar. Bu ilginç modellerden birine göre ışık fotonu, kuşun retinasın-daki ışığa duyarlı fotoreseptöre çarpınca, fotoreseptör molekülü zıt elektrik yüklü iki iyona ayrılıyor. Spinleri zıt yönlü iyon elektronları, manyetik alan içinde aynı spin durumunu alıyor ve tekrar birleşi-

yorlar. Bu birleşme ile kuşun manyetik alanı algılamasına olanak sağlayan bir dizi kimyasal tepkime tetikleniyor. Teo-rinin kabulüne en büyük engel, iyonların birleşme işleminin, elektron spinlerinin dünyanın manyetik alanından etkilen-me süresinden çok daha çabuk gerçek-leşmesi. Bu ikilemi kuantum zeno etki-siyle açıklayanlar var. Kuantum dünyası-nın garipliklerinden biri olan zeno etki-si, bir kuantum sistemi üzerinde art arda gözlemler yapıldığında sistemin, gözlen-diğini hissedermiş gibi davranıp gözlem süresince kuantum durumunu değiştir-memesi olarak tanımlanıyor. Gözlemci,

kuantum ölçeğinde gerçekleşen olaylar-da sisteminin gelişme sürecini etkileye-biliyor. Bu tür modeller kuşların manye-tik alan algısına açıklama getirse de kuş-ların bu algıyı nasıl yön bilgisine çevir-dikleri bilinmiyor.

Madde Dalgaları-Eşevreli GirişimTünelleme etkisi ve spin dışında ku-

antum biyoloji konularında sıkça günde-me gelen bir diğer kavram eşevrelilik (eş-fazlılık). Bu kavram üzerinden anlatılan fotosenteze geçmeden önce, parçacık-dalga ikilemini ortaya koyduğu kadar eşevreli girişimin önemini de vurgulayan ünlü Young deneyine göz atalım.

Bir ışık demeti, önünde birbirine çok yakın iki küçük deliğin olduğu bir engel ve bu engelin arkasına yerleştirilmiş bir ekrandan oluşan bir deney düzeneği dü-şünelim. Işık demeti deliklerden geçecek şekilde gönderildiğinde, arkadaki ekran-da karanlık ve aydınlık çizgilerden olu-şan bir girişim deseni görülür. Bu desen elektromanyetik dalgaların üst üste gel-mesiyle (süperpozisyon) açıklanır. Garip olan, düzenekte ufak değişiklikler yapa-rak deneyi ışık yerine elektron, proton gibi kuantum parçacıkları kullanarak tekrar ettiğimizde yine aynı deseni görü-yor olmamız. Maddenin dalga özelliğini ortaya koyan bu deneyde girişim deseni-nin ortaya çıkması için dalgalar arasında eşevreliliğin sağlanması gerekmektedir. Bunun için deliklerden çıkan iki dalga-nın dalga tepelerinin birbiriyle ve çukur-ların birbiriyle üst üste gelmesi gerekir. Her bir dalg anın aynı zaman diliminde çıkış noktasından eşit mesafede uzaklaş-ması sağlanarak eşevreli girişim gerçek-leştirilebilir. Girişim deseninin iki dalga-nın üst üste gelmesiyle oluşması gibi, bir kuantum sistemi de birden çok kuantum durumunun üst üste binmesinden mey-dana gelir. Gözlem yapıldığında sistem üst üste gelmelerin içerdiği herhangi bir kuantum durumunu seçer. Bir diğer de-yişle üst üste gelme özelliği gösteren her bir durumun gerçekleşme olasılığı var-dır. Sistemin seçebileceği kuantum du-

29

rumlarını, rulet çarkında üzerlerinde rakamların yazılı olduğu ceplere, çark döndürme işlemini ise gözlem yapmaya benzetebiliriz. Topun, ceplerin her birin-de durma olasılığı vardır. Fakat çark dur-duğunda top bir tane cepte konumlanır.

FotosentezOldukça karmaşık bir mekanizma-

sı olan fotosentez, yeşil bitkiler ve bir-çok bakterinin güneş enerjisini kimya-sal enerjiye dönüştürdükleri bir süreç. Kromofor adı verilen pigment molekül-leri güneş enerjisini tepkime merkezleri-ne öyle hızlı taşıyor ki arada hiç ısı kaybı olmadığından güneş enerjisinin hemen hemen hepsi kimyasal enerjiye dönüşü-yor. En etkin güneş panellerinin verimi-nin bile %50 olduğunu hatırlarsak, foto-sentezdeki enerji taşıma mekanizması-nın anlaşılmasıyla teknolojik uygulama-larının da geleceğinden hiç kuşkumuz olmamalı.

Bu mekanizma birkaç sene öncesine kadar elektronların yarı klasik bir sıç-rama hareketiyle anlatılırdı. Gelen ışık, enerjisini bir pigment molekülünde-ki elektrona aktararak onu yörüngeden koparır. Kopan elektron yakın molekül-leri uyarır ve molekülden moleküle at-layan elektron uyarımı kimyasal ener-jiye dönüşümün gerçekleşeceği tepki-me merkezine ulaşır. Bu mekanizma na-

sıl oluyor da moleküller arası mesafede ısıya dönüşen enerji kaybı olmadan ger-çekleşiyor? Bunun tatminkâr bir cevabı bulunamadığı için yetmiş yılı aşkın bir süredir fotosentezdeki enerji iletimin-de kuantum salınımlarının etkili oldu-ğu düşünülmüş. Bu konudaki ilk deney-sel kanıt, 2007’de Kaliforniya, Berkeley Üniversitesi’nden Graham Fleming baş-kanlığındaki araştırma ekibinden geli-yor. Ekip, enerji iletiminin, pigment mo-leküllerinin kuantum dalgalarının eşev-reli girişimi ile gerçekleştiğini gözlemiş.

Berkeley ekibi, fotosentez yapan bak-teri hücrelerinde uyarılan her pigment molekülünden ayrı ayrı merkeze taşınan bir enerji taşınımı olmadığını, bunun ye-rine yaylarla birbirine bağlı bir grup sar-kaçtan oluşan sistemin yaptığı titreşim hareketi gibi, pigment moleküllerinin de ortaklaşa hareket ettiklerini belirti-yor. Kuantum ölçeğinde bu durumu şöy-le ifade etmek daha doğru: Uyarılan pig-ment moleküllerinin kuantum durum-ları eşevreli şekilde üst üste binerek hep birlikte bir kuantum durumunda bulu-nuyorlar. Sistem bu konumunu birkaç yüz femtosaniye (saniyenin milyar çar-pı on binde biri) koruyabildiği için araş-tırmacılar enerjinin moleküler yapı için-deki hareketini femtosaniye lazeri kul-lanarak takip edebilmişler. Sistem ener-ji iletimi için tüm olası yolları değerlen-diriyor ve en verimli yola karşılık gelen

kuantum durumunu seçiyor. Mekaniz-ma, ayıklanmamış bir sürü bilginin bu-lunduğu veritabanından istenilen bilgi-ye en hızlı şekilde ulaşımı öngören Gro-ver algoritmasına benzetiliyor. Biyolo-jik sistemlerde eşevreli girişimi gözlem-lemek oldukça zor. Bunun en büyük ne-denlerinden biri sıcaklık. Sıcaklık arttık-ça moleküllerin ortaklaşa hareketi, ya-ni eşevreli girişimi daha hızlı bozuluyor. Bundan dolayı ekip deneyi 77 Kelvin sı-caklıkta gerçekleştirmiş. Elisabette Col-lini ve arkadaşlarının, benzer bir dene-yi bu sefer çok daha yüksek sıcaklıklar-da foton-yankı spektroskopi kullanarak gözlemeyi başardıkları çalışma bu yılın şubat ayında çıkan Nature makalesin-de ele alınıyor. Araştırmacıların belirtti-ği bir başka nokta pigment moleküllerin dizilişinin eşevreli kuantum girişimine olanak verecek şekilde olduğu. Molekül-ler ne birbirinden çok uzak ne de yörün-geleri çakışacak şekilde çok yakın.

Beynimizin Bir Parçası: Gözİlginç bir başka deneyle, beynimizin

bir parçası sayılan göz retinasında kuan-tum eşevreliliğin gerçekleştiği saptanı-yor. Bundan sekiz sene önce P. Ht. Hi-laire ve D. Bierman tarafından hazırla-nan deneyde gönüllü insanlar kullanılı-yor. Göz retinasında yer alan rod ve koni fotoreseptör hücreleri üzerine lazer atı-şı yapılıyor. Zarar vermemesi için düşük enerjili lazerin kullanıldığı deneyde ki-şiler sadece bir ışık çakması algılıyorlar. Lazer ışını rod ve koni hücrelerindeki rodopsin moleküllerini uyarıyor ve mo-leküllere eşlik eden dalgalar eşevreli ola-rak üst üste biniyorlar. Eşevrelilik bozul-madan aynı noktaya ikinci bir lazer atışı yapıldığında bazı atomlar eski kuantum seviyelerine inerek fazla enerjiyi foton olarak salıyorlar. Foton-yankı spektros-kopisi denen bu yöntemle gerçekleştiri-len deneyde bahsi geçen foton salınımı kuantum optik aletlerle saptanmış.

Roger Penrose ve Stuart Hameroff bu deneyi “kuantum bilinci” varsayımla-rına kanıt olarak gösteriyor. Penrose ve Hameroff ’a göre canlı cansız her şey ku-

Kuantum Penceresinden Biyoloji

30

<<<Bilim ve Teknik Temmuz 2010

antum durumlarının eşevreli şekilde üst üste bin-mesinden meydana geliyor ve bu durumu uzun sü-re koruyabilmesi halinde bilinç kazanabiliyor. Yani her şey bilinçli olmaya aday. Ancak bunun gerçek-leşmesi için bir eşik zaman değeri var. Varsayıma göre, elektron bile çevreden yalıtılarak on milyon yıl beklerse bilinçli hale gelebiliyor. Çevreden yalı-tılmış olmanın önemi büyük, çünkü fotosentez ko-nusunda bahsettiğimiz sıcaklık gibi çevreyle etki-leşim de eşevreliliği bozan büyük bir etken. Sistem büyüdükçe çevreden yalıtım zorlaştığı için eşik za-man değeri artıyor. Sistem, büyüdükçe eşevreli gi-rişime dahil olan kuantum durumlarından birini seçmeye zorlanıyor. Penrose’a göre bunda kütle çe-kiminin rolü de var. Pek rağbet edilmeyen bu görü-şe göre beynimizdeki nanogram ağırlığındaki pro-teinler ve sinir hücreleri arasındaki mikrotüpçük-ler çok özel bir yapıya sahip ve bu yapılar için bahsi geçen eşik zaman değeri 25 milisaniye. Yani 25 mi-lisaniye kuantum eşevreliliklerini koruyabiliyorlar. Ve bu, bilincin kazanılması için yeterli bir zaman.

Kuantum Etkilerini Biyolojik Sistemlerde Saptamanın ZorluğuKuantum dünyası ile bildiğimiz dünya arasın-

daki geçişin merkezinde yer alan kuantum eşevre-lilik, birçok biyolojik mekanizmada rol aldığı dü-şünülen ama gözlemi zor bir kuantum kavramı. Eşevreliliğe dayanan girişim değişen çevre koşul-ları ve sıcaklıktaki dalgalanmalarla hemen bozulu-

yor. Bu etkenler kuantum gerçekliğine körlüğümü-zün en büyük sebebi olarak gösteriliyor. Çok sisli bir havada önümüzü göremememiz gibi kimyasal ve fiziksel çevre ile etkileşim ve sıcaklık kuantum garipliklerini görmemize engel oluyor. Asla kurtu-lamayacağımız bu sis, gözlemek istediğimiz sistem büyüdükçe (dalga boyu küçüldükçe) daha da yo-ğunlaşıyor. Bunun temel nedeniyse Plank sabitinin değerinin çok küçük olması.

Madde dalgasının dalga boyu ile enerji arasın-daki bağıntıdan yörüngesini değiştiren elektronun yaptığı ışımanın denklemine kadar tüm kuantum denklemlerinde yer alan Plank sabiti 6,6 ×10-34 Jo-ule saniye. Bu durumda örneğin saniyede 1 met-re hızla hareket eden bir insana eşlik eden madde dalgasının dalga boyu 10-35 metre. Bu kadar küçük bir niceliği ne gözümüz ne de aletlerimiz algılaya-biliyor. Neyse ki kuantum biyoloji koca bir insa-nı, kurbağayı ya da bitkiyi değil, bunların çok daha küçük alt birimlerini ele alıyor. Ancak gözlem bi-yolojik mekanizmayı elden kaçırmamak için atom altı seviyeye indirilmiyor.

Kısaca biyolojik ölçekte gerçekleşen kuantum etkilerini gözlemlemek için çok özel bir ölçüm se-viyesi ve özel koşullar gerekiyor. Düşük sıcaklık, mükemmel yalıtım gibi koşulların sağlanması ge-rekliliği “kuantum biyoloji”ye gerçek dışı bir çalış-ma alanı olarak bakılmasına neden olsa da gittik-çe daha çok bilim insanı temel bilimler piramidine tabandan bakmaya çalışıyor. Özellikle kuantum bi-yoloji alanında çıkan ve sayısı gittikçe artan akade-mik makaleler bunun başarılabildiğinin bir kanıtı.

31