Araştırmacılar Nature Communications dergisinde bugün yayınlanan bir makalede bitkilerin ışık enerjisi kullanarak organik bileşikler ürettiği fotosentez olayında kuantum etkilerinin ilk kesin teorik kanıtlarını bilim dünyasına bildirdiler. Bu makaleye göre bitki hücrelerinde ışık toplayan makromoleküller klasik fizikle açıklanamayan ancak kuantum fiziğine ait fiziksel kavramlarla açıklanan moleküler titreşimlerin avantajını kullanarak enerjiyi aktarabilmektedir.
Işık toplayan makromoleküllerin büyük çoğunluğu renkli moleküllerden sorumlu olan proteinlere bağlı koromoforlardan oluşmaktadır. Kromoforlar fotosentezin ilk adımını gerçekleştirirler: güneş ışığını yakalamak ve yüksek verimlilikte enerjinin aktarılması. Önceki deneyler enerjinin bir kuantum olgunun kullanıldığı bir dalga benzeri bir şekilde aktarıldığını gösteriyordu. Ancak kritik bir biçimde, klasik fizik kullanılarak bu olgunun açıklamasının yapıldığı gibi klasik olmayan bir açıklamanın kesin ispatı henüz öne sürülmemişti.
Genellikle, kuantum mekaniksel olgu sistemlerini kullanmak veya gözlemlemek amacıyla bu sistemlerin çok düşük sıcaklıklara soğutulması gerekir. Bu normal sıcaklıklarda bile kuantum özelliklerin görüldüğü bazı biyolojik sistemlerde mümkün değil gibi görünüyor. Şimdilerde ise, Londra Üniversitesi’nde bir araştırma grubu kuantum fiziğinin etkilerinin olabileceği bu tür biyolojik sistemlerin özelliklerini tespit etmeye çalışıyorlar.
Işık toplayan makromoleküllerdeki enerji aktarımı kromoforların özel titreşim hareketleri ile desteklenmektedir. Araştırmacılar ise fotosentez sırasında enerji aktarımına yardımcı olan bazı kromofor titreşimlerinin özelliklerinin klasik fizik yasaları ile asla tanımlanamayacaklarını buldular ve buna ilaveten, bu klasik olmayan davranışın enerji aktarımındaki verimliliği artırdığı sonucunu da elde ettiler.
Moleküler titreşimler bir moleküldeki atomların periyodik hareketleridir ve bu tıpkı bir yaya bağlı kütlenin hareketine benzemektedir. İki kromoforun toplam titreşim enerjisi bu kromoforların elektronik geçişleri arasındaki enerji farkına eşit olduğunda bir rezonans olayı meydana gelir ve serbest elektronik ile titreşimsel dereceler arasında verimli bir enerji alışverişi gerçekleşir.
Titreşimle ilişkili enerjinin sıcaklık skalasından daha yüksek olmasının sağlanması sadece bir birimlik enerji kuantumu yani enerji kuantasının değiş tokuşunu sağlar. Sonuç olarak, enerji bir kromofordan diğerine aktarıldıkça, toplam titreşim klasik olmayan özellikler gösterir.
Klasik fizikte olasılık dağılımları her zaman pozitiftir. Bu araştırma grubu ise klasik olmayan bir sistemin en belirgin imzası olarak belirli bir göreli konuma ve momentuma sahip olan kromoforların bulunma olasılığının negatif olduğunu buldular. Kromoforlarla ilgili sistemin bulunma olasılık dağılımlarının negatif değerlerde olması kuantum özelliğe sahip olduklarının işareti olarak yorumlandı.
Bu araştırmanın sonuçları biyolojik süreçlerde titreşim dinamiklerinin daha yakından incelenmesi ile başka klasik olmayan olguların kullanıldığı biyolojik sistemlerin ortaya çıkmasında yardımcı olabilir.
Kaynak
Kaynak
0 yorum:
Yorum Gönder