آیا افکار ما توسط مکانیک کوانتم کنترل میشود؟ (بخش سوم)
10 اسفند 1387
نقبی برای بویایی
لوسا تورین، فیزیکدان زیستی، که نخستین بار فرضیه بحث انگیز خود را در سال 1996 هنگام تدریس در دانشگاه کالج لندن منتشر نمود، میگوید که فیزیک کوانتومی، احتمالا، حس اسرار آمیز بویایی را نیز میتواند توضیح دهد. در آن زمان نیز، مانند امروز، تصور رایج این بود که احساس بوهای مختلف وقتی ایجاد میگردد که ملکولهای معطر (
odorants)، با گیرنده هایی درون حفره بینی، درست شبیه قطعات یک پازل سه بعدی، جفت و جور میشوند. مشکل این طرز تفکر، از دیدگاه تورین، این بود که ملکولهایی با شکل یکسان، لزوما بوی مشابه ندارند. برای نمونه، پینانتیول (
Pinanethiol) با فرمول
[C10H18S]بوی تندی شبیه گریپ فروت دارد، حال آنکه جفت نزدیک آن پینانول (
pinanol) با فرمول
[C10H18O] بویی شبیه برگ سوزنی درخت کاج دارد. وی چنین نتیجه گیری کرد که تحریک احساس بویایی، باید توسط معیار دیگری علاوه بر شکل ملکولهای معطر صورت پذیرد.
حباب بویایی موش بالغ (که در این تصویر با بزرگنمایی 800 برابر نشان داده شده)، احتمالا حس بویایی را با استفاده از ارتعاشات کوانتومی فراهم میکند. |
طبق فرضیه تورین، آنچه واقعا روی میدهد این است که با ورود یک ملکول معطر جدید به حفره بینی و رسیدن آن به عصب بویایی، حدود 350 نوع گیرنده بویایی در بینی انسان شروع به انجام عمل نقب سازی کوانتومی (quantum tunneling) میکنند. پس از اتصال ملکول معطر به یکی از گیرنده های عصب بویایی، الکترونهای این گیرنده از میان ملکول معطر نقب زده و آن را به لرزش درمی آورند. با این نگرش، آنچه که سبب میشود گل رز بوی گل رز و ماهی تازه بوی ماهی تازه بدهد، همانا الگوی ارتعاش منحصر به فرد هر ملکول معطر است.
در جهان کوانتوم، یک الکترون میتواند از یک ملکول زیستی به ملکول زیستی دیگر جهش کند، هر چند قوانین کلاسیک فیزیک آن را مجاز نمی شمارد.
در سال 2007 چهار فیزیکدان از دانشگاه کالج لندن در مقاله ای به دفاع از تورین و فرضیه اش پرداختند (تورین اکنون مدیر فنی ارشد شرکت فلکسیترال، طراح مواد معطر، در چانتیلی از ایالت ویرجینیا میباشد). این اثر که در مجله Physical Review Letters به چاپ رسید، توضیح میداد که فرآیند نقب سازی بویایی چگونه میتواند عمل کند. با نزدیک شدن یک ملکول معطر، الکترونهای رها شده از یک سمت گیرنده، به شیوه مکانیک کوانتومی، از درون ملکول معطر نقب زده و به سمت دیگر گیرنده میرسند. وقتی که ملکولهای پینانتیول و پینانول در معرض یک چنین جریان الکتریکی قرار میگیرند، پینانتیول که سنگینتر است در مقایسه با هم شکل خود، پینانول، ارتعاش متفاوتی نشان خواهد داد.
آ. مارشال استونهام، استاد بازنشسته افتخاری فیزیک و یکی از نویسندگان مقاله مذکور، این مکانیزم بویایی را، مدل کارت رمز مغناطیسی (swipe-card model) نامیده و میگوید که فقط کارتی که به اندازه کافی مناسب باشد از یکی از گیرنده ها بصورت موفقیت آمیز عبور خواهد کرد. اما در نهایت، آنچه که بوی ملکول را تعیین میکند، فرکانس ارتعاش آن است، نه شکل آن.
( ادامه دارد... )
منبع: DiscoverMagazine.com , January 13, 2009
مترجم: بهزاد مقصودی