Dünyamızı göçmen bir kuşun gözünden görmek oldukça tuhaf bir deneyim olurdu. Biyokimya ve ustalıklı bir kuantum numarası çok uzak mesafelerde yön bulmalarını sağlıyor.
Tokyo üniversitesinden bilim insanları kuşların ve diğer pek çok hayvanın, gezegen kutuplarının yönünü bulma yeteneklerinin arkasında yatan hipoteze ilişkin anahtar bir reaksiyonu ilk kez direkt olarak gözlemlediler.
Bunun önemi, kuantum fiziğinin bir hücredeki biyokimyasal reaksiyonu doğrudan etkilediğine dair bir kanıt olması. Uzun zamandır hipotezlediğimiz ama daha önce gözlemlemediğimiz bir şey.
Araştırma ekibi zayıf ışık parıltılarına duyarlı özel tasarım bir mikroskop altında, içinde manyetik alandaki değişikliklere dinamik olarak tepki veren ışığa duyarlı bir madde barındıran insan hücreleri kültürünü izlediler.
Eğer ışıma reaksiyonundan tuhaf bir kuantum etkisi sorumluysa, araştırmacıların laboratuvarda gözlemledikleri değişiklik tam da bu bekledikleri şeyle eşleşiyordu.
”…kimyasal aktiviteyi etkilediğini gözlemlediğimize dair çok kuvvetli bir delilimiz var”
Biyofizikçi Jonathan Woodward: “Bu hücreleri ne modifiye ettik ne de onlara bir şey ekledik .Biliyoruz ki saf bir kuantum mekanik sürecin hücresel düzeyde kimyasal aktiviteyi etkilediğini gözlemlediğimize dair çok kuvvetli bir delilimiz var” diyor.
Peki hücreler, özellikle de insan hücreleri nasıl oluyor da manyetik alanlara tepki verebiliyor?
Pek çok hipotez olmasına rağmen, çoğu araştırmacı bu yeteneği kriptokromlar olarak adlandırılan foto reseptörler içeren eşsiz bir kuantum reaksiyonuna bağlıyorlar.
Kriptokromlar pek çok türün hücrelerinde bulunur ve sirkadiyen saatin (günlük biyolojik ritim) düzenlenmesinde görev alırlar. Kuşlar, köpekler ve diğer göçmen türler de manyetik alanları sezmek gibi gizemli bir yetenekle ilişkilidirler.
Pek çoğumuz manyetik alanları göremesek de aslında bizim hücrelerimiz de kriptokromlar içerir ve bilinçli bir şekilde olmasa da insanların da aslında dünyanın manyetizmasını hala belirleyebilme kapasitesinde olduğuna dair kanıt var.
Hücreler parladıkça ekip değişik frekanstaki manyetik alanları pek çok kez bu hücrelerin üzerinden geçirdi
Kriptokromları iş başında görmek için, araştırmacılar kriptokrom içeren insan hücreleri kültürünü zayıf floresan yaymalarına neden olan mavi ışık içinde banyo ettiler. Hücreler parladıkça ekip değişik frekanstaki manyetik alanları pek çok kez bu hücrelerin üzerinden geçirdi.
Manyetik alanın hücreler üzerinden her geçişinde floresanlarının yaklaşık olarak yüzde 3,5 düştüğünü buldular – kesin bir yön göstermeye yetecek bir oran.
Nasıl oluyor da manyetik bir alan bir foto reseptörü etkileyebiliyor? Sebep elektronlara içkin bir özellik- spin.
Spinin manyetik alanlar tarafından ciddi bir şekilde etkilendiğini zaten biliyoruz. Bir atomun etrafında elektronları doğru bir şekilde ayarlayın, yeteri kadarını bir yerde toplayın ve bingo. Bu materyalin kitlesi bizim gezegenimizi saran zayıf manyetik alan gibi bir şey dışında hiçbir şey kullanmaya gerek kalmadan hareket için yeterli olacaktır.
Bu eğer pusula için bir iğne yapmak istiyorsanız harika ama güvercin kafataslarının içinde manyetizma duyarlı madde parçaları olmadığına dair apaçık işaretler varken fizikçiler işe sıfırdan başlamalı.
1975 yılında Max Planck Enstitüsünden bir araştırmacı olan Klaus Schultgen manyetik alanların kimyasal reaksiyonları nasıl etkileyebildiğine dair bir teori geliştirdi.
Teori radikal çift denilen bir şeyi içeriyordu.
Sıradan bir radikal, bir atomun çekirdeğinin dışında ikinci bir elektronla eşleşmemiş bir elektrondur. Bazen bu yalnız elektronlar radikal bir çift oluşturmak için başka bir atomdan bir arkadaş edinirler. Bu ikisi çiftleşmemiş elektronlardır ama paylaşılan ortak bir tarih sayesinde dolanık kabul edilirler yani kuantum terminolojisiyle söylersek birbirlerinden ne kadar uzak olurlarsa olsunlar spinleri esrarengiz bir şekilde birbirleriyle eşleşir.
Bu korelasyon cari fiziksel bağlantılarla açıklanamadığından saf bir kuantum aktivitesidir. Albert Einstein’ın bile “tuhaf” olarak saydığı bir şey..
Canlı bir hücrenin içindeki harala gürelede dolanıklık anlık olacaktır. Ama bu kısa korele spinler dahi kimyasal tepkimeye girmemiş orijinal atomların (parent atom) davranışlarına kıyasla küçük bir fark yaratmak için yeterli uzunlukta olacaktır.
Manyetik alanın hücrelerin üzerinden geçirildiği deneyde floresanda gözlenen düşme radikal çift jenerasyonun etkilenmiş olduğunu akla getiriyor.
Benzer Deneyler Araştırma İçin Başka Pencereler Açabilir
Araştırmanın ilginç bir sonucu zayıf manyetik alanların bile diğer biyolojik süreçleri nasıl dolaylı olarak etkileyebildiği olabilir. Manyetizmanın insan sağlığını etkilemesine dair kanıtlar zayıf olmasına rağmen benzer deneyler araştırma için başka pencereler açabilir.
Woodward bu duruma: “Bu araştırmadaki keyifli şey iki elektorunun spinlerindeki ilişkinin biyoloji üzerinde güçlü bir etkisi olabildiğini görmekti” diyor.
Elbette, yön bulmada manyetosferimize bel bağlayan tek hayvan kuşlar değil. Balık, solucan, böcek türleri ve hatta bazı memeliler de bu işte oldukça becerikli. Biz insanlar bile bilişsel olarak dünyanın zayıf manyetik alanından etkileniyor olabiliriz.
Bu yeteneğin evrimi başka fizikler temelli çok geniş ve farklı aksiyonlar üzerinden oluşmuş olabilir.
Bunlar arasından en azından birine dair sahip olduğumuz kanıtın kuantum dünyasının garipliğini yaşayan bir şeyin davranışıyla ilişkilendirmesi bizi başka hangi biyolojik parçaların temel fiziğin “tuhaf” derinliklerinden ortaya çıktığını meraklandırmak için yeterlidir.
Bu araştırma PNAS’ta yayımlanmıştır.
