نوشته پساخ بنسون • ۶ مه ۲۰۲۵
اورشلیم، ۶ مه ۲۰۲۵ (TPS-IL) — پژوهشگران اسرائیلی روز دوشنبه اعلام کردند که دانشمندان یک ارتباط کوانتومی پنهان را درون سلولهای زنده کشف کردهاند که میتواند الهامبخش مواد نانوی هوشمندتر برای تقلید از انتقال انرژی بیولوژیکی باشد و مسیرهای جدیدی را در پزشکی، انرژی و فناوری نانو باز کند.
این مطالعه که توسط دانشمندان دانشگاه عبری اورشلیم با همکاری موسسه علوم وایزمن و دانشگاه بن گوریون هدایت شده است، برای اولین بار نشان میدهد که انتقال پروتون – روشی که سلولها انرژی را منتقل میکنند – مستقیماً تحت تأثیر اسپین الکترون، یک ویژگی کوانتومی، قرار دارد.
تاکنون، دانشمندان معتقد بودند که پروتونها، ذرات کوچکی که برای تولید انرژی ضروری هستند، عمدتاً از طریق جهشهای شیمیایی ساده بین مولکولهای آب و اسیدهای آمینه حرکت میکنند. اما یافتههای جدید نشان میدهند که حرکت پروتون همچنین توسط اسپین الکترونها کنترل میشود، به این معنی که فیزیک کوانتوم نقش فعالی در یک فرآیند اساسی زندگی ایفا میکند.
نعمه گورن، یکی از پژوهشگران اصلی، گفت: «یافتههای ما نشان میدهند که نحوه حرکت پروتونها در سیستمهای بیولوژیکی فقط شیمی نیست، بلکه فیزیک کوانتوم نیز هست. این امر درهای جدیدی را برای درک چگونگی انتقال اطلاعات و انرژی در درون موجودات زنده باز میکند.»
این تحقیق توسط گورن و پروفسور یوسی پالتیل از دپارتمان فیزیک کاربردی و مرکز نانوی دانشگاه عبری، همراه با پروفسور نیر کرین و عودد لیوناه از موسسه علوم زیستی هدایت شد. آنها از نزدیک با پروفسور ران نعمان از موسسه وایزمن و پروفسور نوریت آشنزی از دانشگاه بن گوریون همکاری کردند. یافتههای این تیم اخیراً در مجله معتبر PNAS منتشر شده است.
در آزمایشهایی با بلورهای بیولوژیکی مانند لیزوزیم – آنزیمی که در بسیاری از موجودات یافت میشود – پژوهشگران نشان دادند که اسپین الکترون و حرکت پروتون مستقل از هم نیستند. هنگامی که الکترونهایی با اسپین خاص به بلورها تزریق شدند، پروتونها راحتتر حرکت کردند. هنگامی که الکترونهایی با اسپین مخالف تزریق شدند، حرکت پروتون به طور قابل توجهی مختل شد. این جفتشدگی بین اسپین الکترون و انتقال پروتون قبلاً در سیستمهای بیولوژیکی مشاهده نشده بود.
این کشف با اثر انتخاب اسپین القایی کایرال (CISS) مرتبط است، پدیدهای که در آن مولکولهای کایرال – آنهایی که “دستسانی” خاصی دارند – بسته به اسپین الکترون به طور متفاوتی تعامل میکنند. این تیم دریافت که ارتعاشات در بلور، که فونونهای کایرال نامیده میشوند، به اتصال اسپین الکترون به تحرک پروتون کمک میکنند و اثرات کوانتومی را مستقیماً به جریان انرژی بیولوژیکی پیوند میدهند.
پالتیل گفت: «این ارتباط بین اسپین الکترون و حرکت پروتون میتواند منجر به فناوریهای جدیدی شود که فرآیندهای بیولوژیکی را تقلید میکنند و حتی راههای جدیدی برای کنترل انتقال اطلاعات در درون سلولها ایجاد کند.»
دانشمندان با نشان دادن اینکه مکانیک کوانتومی نه تنها الکترونها بلکه پروتونها را نیز در فرآیندهای زندگی هدایت میکند، شکاف بزرگی بین فیزیک و زیستشناسی ایجاد کردند. این نشان میدهد که انتقال انرژی و اطلاعات در درون موجودات زنده انتخابیتر، قابل تنظیمتر و با دقت بیشتری کنترل میشود تا آنچه قبلاً تصور میشد.
این یافتهها میتواند منجر به فناوریهای پزشکی جدیدی شود که جریان انرژی را در درون سلولها کنترل میکنند، دستگاههای انرژی الهامگرفته از زیست با کارایی بیشتر، و سیستمهای اسپینترونیک پیشرفته برای پردازش اطلاعات کوانتومی شود.
درک و کنترل بهتر اسپین الکترون و حرکت پروتون میتواند منجر به داروهایی شود که جریان انرژی را در درون سلولها با دقت بیشتری هدف قرار میدهند و به توسعه ابزارهای تشخیصی قادر به تشخیص الگوهای غیرطبیعی انتقال انرژی در سلولهای بیمار منجر شود.
علاوه بر این، یادگیری از نحوه کنترل طبیعت بر حرکت پروتون با اثرات کوانتومی میتواند الهامبخش انواع جدیدی از باتریها یا سلولهای سوختی، و همچنین مواد نانوی هوشمندتر که با تقلید از نحوه مدیریت انتقال انرژی توسط سلولها، خود را سازماندهی یا ترمیم میکنند، باشد.
