Featured Video Play Icon

Kuantum Biyoloji: Organik Yaşamın Anahtarı

Roger Penrose Us Nerede? Kralın Yeni Usu isimli kitabında “beyin kuantum fiziği yasalarına dayanarak çalışır ve gerçekte bir kuantum bilgisayaridır” der.

Olağanüstü bir çalışma alanının en beylik laflarından biridir bu. Hayatın, yaşamın sırlarına dair çok şey şey barındıran bir iddia. Ve büyük ihtimalle yaşam denen olgunun tüm bilinmeyenlerini ortaya çıkarabilecek en önemli alan desek çok da yanlış olmaz.

Kuantum Biyolojisi.

Kuantum fiziği serisine başladığımızda da söylediğimiz gibi kuantum mekaniğinin tüm garipliklerini makro düzeyde, günlük yaşamda görmüyor, gözlemlemiyoruz ancak bildiğimiz ve bilmediğimiz, gördüğümüz veya görmediğimiz her şeyi oluşturan bu parçacıkların yasaları bunlar. Yapıtaşında bu denli garipliklerin olduğu süperpozisyonun, mesafeler arası korkunç olayın yani dolanıklığın, gözlemci paradoksunun olduğu bir evrende doğru baktığımız zaman etkilerini mutlaka gözlemleyebileceğimiz bir olgu bu. Belki de bu garipliklerin gücünü kullanarak inanılmaz gelişmelere imza atabileceğimiz bir alan.

Ve aslında çok da uzağa, çok da derine bakmamıza gerek yok. İlkokulda öğrendiğimiz fotosentezde kuantumu görebiliriz. Binlerce km yol giden kuşların manyetik alan algısında. Ve daha birçok yerde. Bildiğimizi sandığımız birçok yerde görebiliriz kuantumu.

Öyleyse.

Kuantum evrenine bir dalış daha yapalım mı birlikte?

Hikaye 15 Ağustos 1935’te başlıyor.

Arkasında yine tanıdık bir isim var. Fiziğin asi dehası Niels Bohr.

Kopenhag’ta garip bir konferansta bir konuşma yapacaktı o gün. Uluslararası Işık Tedavisi Konferansında.

Konuşmasının başlığı da “Işık ve Yaşam”dı.

 Önceki 10 yılda farklı isimlerle birlikte kuantum mekaniğinin temellerini atmış bu adam bu olguyu orada bırakmamaya kararlıydı.

Spot ışıklarını farklı yönlere çevirmeye, biyolojiye de ışık tutmaya çalışacaktı.

Elbette kendisi bir biyolog değildi ancak basit bir soru soruyordu orada. “Çalışmak için kuantum mekaniğine ihtiyaç duyan biyolojik süreçler olabilir mi?”

İşte bu bir kıvılcım olacaktı. Genelde yeni bir alan olarak bilinen Kuantum Biyoloji alanının fitilini ateşleyen bir kıvılcım.

Biz de bu kıvılcımın hikayesine, kuantum biyolojinin hikayesine bir göz atalım. Nereden geldik ve nereye gidiyoruz bir görelim.

Öncelikle bu alan ile ilgili en büyük karşı çıkışlardan birisi şuydu. Kuantum fiziğinin garip olgularını yani kuantum dolanıklığı, kuantum tünelleme ve süperpozisyon gibi olguları ancak kusursuz bir laboratuvar ortamında, izole edilmiş ve neredeyse mutlak sıfıra yakın bir sıcaklıkta bulunan parçacıklarda gözlemleyebileceğimiz düşünülüyordu. O nedenle özellikle yaşamı oluşturan sistemlerde bu olguları gözlemlemenin imkansız olduğuna inanılıyordu. Fakat özellikle son 20-30 yılda inanılmaz bulgular ve ihtimaller karşımıza çıkmaya başladı.

Başta da bahsettiğim gibi fotosentez sırasında enerjinin aktarımında gözlemlenen kuantum uyumluluğu dediğimiz olgu ile ya da enzim katalizinde elektron ve protonların gösterdiği kuantum tünelleme özelliklerinde ya da kuşların göç sırasında yön bulma konusunda kuantum dolanıklığını kullandığının ileri sürülmesi ile bu konunun popülerliği giderek artıyor.

Peki.

Öncelikle. Nereden geldik?

Niels Bohr dışında genellikle Kuantum Biyolojisinin çıkış noktası olarak Erwin Schrödinger’in Türkçe’ye de çevrilmiş olan Yaşam Nedir kitabı gösterilir.

Ancak 1944’te yazılan bu kitaptan bir yıl önce de Alman Fizikçi “Pascual Jordan’ın Physics and the Secret of Organic Life yani Fizik ve Organik Yaşamın Gizemleri isimli kitabı yayımlanmış ve Jordan da burada şu sorunun cevabını arıyordu “Atom ve kuantum fiziği yasaları yaşam için önemli mi?”

Jordan aslında kitabı yazmadan önce de çok uzun süredir bu sorunun cevabını arıyordu ve Kuantum Biyoloji terimini de literatüre kazandırmıştı.

Fakat Jordan ile ilgili bir dipnot olarak özellikle birçok Yahudi bilim insanı ile yakın dost olmasına rağmen Nazi Partisine duyduğu sempati ve hatta üzerine orduya katılmış ve nazi partisine hizmet etmiştir. Yani bir nevi müthiş bir potansiyel, dehayı yanlış yönde kullanan bir örnek olarak tarihe geçmiştir.

Ancak. Yine kuantum fiziğinin liderlerine baktığımızda, Bohr, Heisenberg, Pauli, Dirac, Born, Fermi ve diğerleri ile birlikte atomik evrenin gizemleri bir bir keşfedilmeye başlanmış, bilimde yeni bir keşif çağı başlamıştı. Henüz genetik, kromozom teorisi gibi alanlarla ilgili neredeyse hiçbir araştırma yapılmamıştı. Yavaş yavaş biyofizikçiler ve biyokimyacılar gözünü daha küçüğün, parçacıkların evrenine dikmişlerdi. Yani Jordan’ın sorduğu soru karşılık bulmaya başlamıştı. Bu yeni alanın yaşam ile ilgili söyleyecekleri olabilir miydi?

Bununla birlikte 17. Yüzyılda mikroskobu inanılmaz geliştirerek hayatımıza kazandıran Robert Hooke’un açtığı pencereden bakan deneysel fizikçiler de yeni yeni sorular ortaya çıkarmaya başlamıştı. 19. Yüzyılın başlarında yine bilimsel keşifler çağı kapsamında bu pencereden bakan bilim insanları moleküler biyolojiyi de canlandırmaya başlayacaktı. Bu keşiflerin arasında 1927’de H.J. Muller’in X ışını mutajenezi yani X ışınının genetik mutasyona neden olduğunu keşfetmesi vardı. Ayrıca Theodor Svedberg yine aynı tarihlerde ünlü ultrasantrifüjünü kullanarak proteinlerin atomik ağırlıklarını ölçecekti. Bunun ardından 1935’te W.M Stanley bir virüsü ilk kez kristalize ederek bir virüsün tam yapısının keşfedilmesine ön ayak olacaktı.

Bu denli küçük parçacıkların incelenmesi ile birbiri ardına gelen bu keşifler sonrasında herkesin aklında kuantum mekaniğinin tüm sorulara cevap bulacağı fikri yerleşmeye başlamıştı.

Ancak işte tekrar Niels Bohr’un konferanstaki konuşmasına dönersek bir kelebek etkisini göreceğiz burada tekrar.

Niels Bohr’un söylediklerinden ziyade onu dinleyenler arasındaki bir adam her şeyi başlatacaktı. Max Delbrück isimli bir fizikçi Bohr’un söylediklerinden çok etkilenecek, genetiğin fiziksel ve kimyasal doğasına dair araştırmalarına başlayacaktı. Tekrar hatırlatayım genetiğin moleküler yönü ile ilgili hiçbir şey bilinmiyordu o zamanlarda. Genlerin bir canlı topluluğunda nasıl değişime uğradığını anlamaya başlamışlardı ancak gen ne demek kimse bilmiyordu neredeyse.

1937’de işte Delbrück bakteri ve virüslerin genetiğini araştırmaya koyulacak ve sonunda virüslerin nasıl çoğaldığı ile ilgili yaptığı çalışmalarla Nobel Ödülü de alacaktı. Bu çalışması ile genetiği bilgi alışverişi ile ilgili bir bilim dalı olarak belirleyecekti. Ancak domino etkisi devam edecek ve Nazi rejiminden kaçarak Dublin’e yerleşen başka bir ismin aklında da bir kıvılcım yakacaktı. Erwin Schrödinger’in. Daha önce de bahsettiğimiz Yaşam Nedir? Kitabını yazacaktı Schrödinger ve burada özellikle atomik düzeyde bir genin moleküler yapısında gerçekleşen kuantum mekaniği ile tetiklenen bir mutasyonun canlı bir organizmanın görünümünde nasıl kalıcı ve görünür bir değişime neden olduğunu inceleyecekti.

Ve Schrödinger şunu iddia edecekti. Gen dediğimiz şey bir “düzensiz kristal”di. Yani atomların rasgele olmayan ancak tekrar etmeyen bir yapı ile dizilmesi ile ortaya çıkan bir yapı. Bu tarif ettiği ya da etmeye çalıştığı şey neydi biliyor musunuz?

Evet.

DNA’dan bahsediyordu Schrödinger.

Hiçkimse DNA’nın ne olduğunu bilmiyorken anlatmaya çalıştığı şey çift sarmallı yapı ile ortaya çıkan DNA’dan başkası değildi.

Bunu kanıtlayacak yani DNA’yı bulacak olan kişiler ise yine Delbrück’ün virüsün çoğalması ile ilgili çalışmasından etkilenen Francis Crick ve James Dewey Watson isimli iki bilim insanı olacaktı. Bu çalışmaları ve keşifleri ile de Nobel Ödülü alacaklardı.

Hikayenin güzelliğine bakar mısınız? Niels Bohr’un bir konferansta kurduğu bir cümle ile birlikte başlattığı etki sonucunda gelen keşifler, Nobel ödülleri…

Muhteşem.

Ve tüm bu çalışmaların sonucunda bugün bildiğimiz haliyle Moleküler Biyoloji alanının temelleri atılmış olacaktı.

Yani her şey birbirine bağlı diyorum ya hep. Kuantum fiziği çalışmaları daha önce bahsettiğim tüm teknolojik gelişmelerin de ötesinde modern biyolojinin temelini de atmış, her şeyi başlatmıştır.

Aslında bu hikayenin buraya geleceği de şuradan belliydi.

Niels Bohr atom modelini açıkladığında şunu da açıklamaya çalışmıştı.

Atomlar nasıl birbirlerine tutunurlar. Nasıl bağ oluştururlar. Nasıl proteinleri, molekülleri, DNA ve RNA’yı oluştururlar. Yaşamı oluşturan yapıtaşlarını nasıl inşa ederler.

Bu bağlamda Kuantum Mekaniği nasıl şu anda bulunduğunuz yerde ve durumda olduğunuzu da açıklayabilir. O nedenle kuantum fiziğine yaklaşımımızı tekrar gözden geçirmemiz gerekiyor. Feynman’ın da dediği gibi evet merak etmeyin kimse kuantum mekaniğini anlamıyor, anladığınızı düşünüyorsunuz o halde kesin anlamamışsınızdır ancak sorun kuantum fiziğinin kendisinde değil. Ne anlama geldiğini anlamakta olay.

Ve işte bu noktada Kuantum Biyolojinin derinlerine doğru yol almadan önce son olarak bir felsefi akımdan bahsetmek gerekiyor. Biyolojide özellikle Fransız filosoz Descartes’a kadar dayandırılabilecek mekanizm akımı vardır. Bu akıma göre tüm canlılar bir makinedir. Bildiğiniz sanayi devrimini başlatan makineler gibi. Belki daha karmaşık ama temelde aynı. Bütün dediğimiz şey onu oluşturan parçaların bir toplamından ibarettir. Bu akımı savunanlara göre yaşam dediğimiz şey onu oluşturan yapı taşları ve kuvvetler ile açıklanabilir. Bunun karşısında ise vitalism yani dirimselcilik de diyebileceğimiz antik dinler ve antik çağın efsanelerine dayanan bir akım vardı. Bu akıma göre de canlı makine değildir, arkasındaki gizemleri ancak daha büyük bir gizemle açıklayabiliriz.

İşte bu ikisinin ortasını bulmaya çalışan yeni bir akım ortaya çıkacaktı. Örgenselcilik ya da organisizm diyebileceğmiz bir akım. Evet canlı organizmalar bir makine gibidir ancak arkasında bir gizem olduğu da kabul edilmelidir. Ve bu gizemi de ancak ve ancak fizik ve kimya ile açıklayabiliriz. Bunun için de yeni yasalara ve yeni bir anlayışa ihtiyaç duyulur.

İşte kuantum mekaniği ihtiyaç duyulan bu açıklamayı getirmeye en yakın çalışma alanı olacaktı.

Peki yaşamı açıklamaya ne kadar yaklaştık? Kuantum biyolojide neler keşfettik ve şu anda neredeyiz?

İsterseniz devamını bir sonraki videomuzda konuşalım.

Ve her zaman olduğu gibi.

Tekrar görüşene dek.

İyi ki varsınız!

Sevgiler…

Kaynaklar:

https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsif.2018.0640

https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspa.2018.0674

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir