آخرین اخبار
برای اولین بار مشاهده شد: یک مولکول زیستی طبیعی که شبیه یک موج کوانتومی رفتار می‌کند

برای اولین بار مشاهده شد: یک مولکول زیستی طبیعی که شبیه یک موج کوانتومی رفتار می‌کند

فیزیک‌دانان، خودتداخلی یک زنجیره‌ی پانزده‌تایی آمینواسیدها را در یک آزمایش مشاهده کرده‌اند. این پژوهش، راه را برای عصر جدیدی از زیست‌شناسی کوانتومی هموار می‌کند.

یکی از بزرگ‌ترین معماهای غیرشهودی مکانیک کوانتومی، دوگانگی موج-ذره است. پدیده‌ای که در آن، اشیا هم مانند ذره و هم مانند موج رفتار می‌کنند. آزمایش‌های متعددی نشان داده‌اند که یک ذره‌ی تنها، مثلا یک الکترون یا یک فوتون، می‌تواند با خودش تداخل کند، دقیقا مانند یک موج. آزمایش دو شکاف یانگ که در آن، یک ذره بطور همزمان از دو شکاف عبور می‌کند، مصداق این پدیده است. از آنجایی که تمام اشیا، اساسا طبیعت کوانتومی دارند، پس یک طول‌موج مربوطه نیز دارند. بنابراین، اصولا اشیای ماکروسکوپی نیز باید این رفتار دوگانگی موج-ذره را از خود نشان دهند که مشاهده‌ی این پدیده، نیاز به یک آزمایش به اندازه‌ی کافی حساس دارد.

فیزیک‌دانان هنوز روشی برای اندازه‌گیری طبیعت موج‌گونه‌ی اشیای بسیار بزرگ، طراحی نکرده‌اند، اما جاه‌طلبی آن‌ها، همواره در حال افزایش است. آن‌ها در سال 1999 موفق شدند دوگانگی موج-ذره مولکول‌های فولرن را ثابت کنند. پس از آن، گروه‌های دیگری نیز، این پدیده را حتی برای مولکول‌های بزرگ‌تر نیز نشان دادند.

اکنون این سوال جذاب پرسیده می‌شود که دانشمندان تا کجا می‌توانند پیش بروند؟ آیا آن‌ها برای مثال، خواهند توانست ویژگی‌های کوانتومی ملکول‌های حیات را نیز اندازه بگیرند؟

اکنون فیزیک‌دانان، به لطف کار آرمین شایقی (Armin Shayeghi) و همکارانش در دانشگاه وین می‌توانند به این سوال پاسخ دهند. آرمین به همراه همکارانش، موفق شد برای اولین بار، تداخل کوانتومی را در مولکول‌های گرامیسیدین (gramicidin)، (آنتی‌بیوتیک طبیعی متشکل از 15 آمینواسید)، اثبات کرده و نشان دهد. این کار آن‌ها، راه را برای مطالعه‌ی ویژگی‌های کوانتومی مولکول‌های زیستی هموار می‌کند و به آزمایش‌هایی که به منظور بهره‌برداری از ماهیت کوانتومی آنزیم‌ها، DNA و حتی شاید روزی اَشکال ساده‌ی حیات مانند ویروس‌ها طراحی می‌شوند، کمک شایانی می‌نماید.

آزمایش شایقی و همکارانش در اصل، ساده است. روش آن‌ها، ایجاد پرتویی از مولکول‌های گرامیسیدین مافوق‌سرد و سپس اندازه‌گیری الگوی تداخلی ایجاد شده در زمان تداخل این پرتوی مولکولی با خودش است. الگوی تداخلی بدست آمده، بطور واضح ماهیت موج‌گونه‌ی مولکول‌ها را نشان می‌دهد. البته گفتن آن بسیار آسان‌تر از انجام دادن آن است. اولین مشکل در انجام این آزمایش، ایجاد پرتویی از مولکول‌های مجزاست که بسیار شکننده هستند و به راحتی از یکدیگر جدا می‌شوند.

شایقی و همکارانش، اینکار را از طریق پوشاندن لبه‌ی یک چرخ دوار با لایه‌ی نازکی از گرامیسیدین انجام دادند. سپس، یک سری پالس‌های کوتاه لیزری را به چرخ دوار پرتاب کردند. هدف آن‌ها از پرتاب اشعه‌ی لیزر، کندن مولکول‌های گرامیسیدین از سطح بود. پالس‌های لیزر باید به اندازه‌ی کافی کوتاه (فقط به طول چند فمتوثانیه) می‌بودند تا بدون وارد کردن صدمه‌ای به مولکول‌های زیستی، فقط به آن‌ها ضربه بزند.

سپس، مولکول‌های گرامیسیدینی که آزادانه، شناور هستند، در یک پرتو از اتم‌های آرگونی که با سرعت 600 متر بر ثانیه حرکت می‌کنند، جمع می‌گردند. گرامیسیدن در این پرتو، طول‌موجی برابر با 350 فمتومتر دارد. مرحله‌ی آخر، اندازه‌گیری الگوی ایجاد شده از طریق تداخل موجی با خودش است.

این مرحله، شاید سخت‌ترین قسمت کار باشد. طول‌موج پرتو تقریبا یک هزارم طول ‌موج خود مولکول‌های زیستی است، بنابراین محققان نیاز به روشی داشتند که بتواند الگوها را در آن مقیاس اندازه بگیرد. اینجاست که تداخل‌سنجی وارد کار می‌شود. اعضای گروه، از یک روش بسیار حساس به نام تداخل‌سنجی تالبوت-لاو (Talbot-Lau interferometry) برای اندازه‌گیری ابعاد الگوی تداخلی استفاده کردند و نتایج نیز متقاعدکننده بود.

همدوسی ملکولی، حدود ۲۰ برابر اندازه ملکول، ناجایگزیده شد. اگر مولکول‌های گرامیسیدین، ذرات خالصی بودند، این نوع نفوذ مولکول‌های زیستی، امری غیر ممکن می‌شد. اینکار تنها با تداخل موج‌گونه امکان‌پذیر است.

محققان دیگر، دوگانگی موج-ذره را برای مولکول‌های بزرگ‌تر نیز اندازه‌گیری کرده‌اند، اما آن‌ها از روش‌هایی استفاده کرده‌اند که می‌تواند باعث پاره‌شدن ساختار مولکول‌های ظریف زنده شود. این روش جدید، امکان مطالعه‌ی دقیق‌تر ویژگی‌های کوانتومی مولکول‌های زیستی را فراهم می‌کند.

این پژوهش جالب و پیشرو در حوزه‌ی زیست‌شناسی کوانتومی، برای کالبدشکافی فرایندهای بسیار پیچید‌ه‌ای که در قلب داستان حیات جریان دارند، دارای اهمیت بالقوه‌ی زیادی است.
 


منبع: technologyreview
كلمات كليدي :
زیست شناسی کوانتومی , تداخل ملکول های زیستی
 
امتیاز دهی
 
 

نظر شما
نام  
پست الكترونيک
وب سایت
متنی که در تصویر می بینید عینا تایپ نمایید
نظر