Cu ce mă ocup
Dependența mea de muncă a devenit clară de când mi-am ales proiectul de doctorat. În trecut, mă cam enervau oamenii care erau dependenți de muncă, dar se pare că nu degeaba. Uneori, ne deranjează la alții lucrurile care nu ne plac la noi.
Din păcate, atunci când încerc să vorbesc despre ce fac, majoritatea oamenilor se disociază. Și nu îi judec. Dar am zis să-mi încerc norocul și să explic cât se poate de simplu ce fac.
O să adaug niște elemente de bază ca să nu te pierd pe drum.
Încă două concepte și mă opresc cu recapitularea.
👻 Tunelarea cuantică este un fenomen în care o particulă poate trece printr-o barieră, chiar dacă nu are suficientă energie pentru a o depăși în mod clasic. Imaginează-ți o minge care se rostogolește spre un zid, în mod normal, ar ricoșa. Dar în lumea cuantică, există o șansă ca aceasta să "tuneleze" prin zid și să apară de cealaltă parte!
🤓 Corelare cuantică – un fenomen prin care două particule rămân legate, chiar dacă sunt la distanță mare. Ca și cum ai rămâne "sincronizat" cu fostul, dar fără să-l mai vezi.
De regulă, atunci când cineva mă întreabă despre munca mea, apar cam trei opțiuni de răspuns.
I. Majoritatea oamenilor.
- Și tu cu ce te ocupi?
- Fac un doctorat în biologie cuantică.
- Aha.
<<Ce îmi imaginez că gândește persoana: mamă, nu înțeleg nimic din ce face tocilara asta>>
Și atunci vorbim despre vreme.
II. Tiparul numarul doi.
- Si tu cu ce te ocupi?
- Fac un doctorat în biologie cuantică.
- A, wow! Dar ce treabă are fizica cuantică cu biologia?
Și atunci le spun, entuziasmată, în timp ce mă uit la microexpresiile interlocutorului să văd până unde merge discuția. Și încep, bineînțeles, prin a explica mai întâi ce NU este biologia cuantică.
🔹 Nu înseamnă că punem "biologie" și "fizică cuantică" împreună ca să atragem mai mulți bani. Așa cum am văzut că unele firme vând "paturi cuantice" sau "apă restructurată cuantic", nu înseamnă că orice combinație de termeni mișto are vreun sens real.
🔹 Nu înseamnă nici că, doar pentru că suntem făcuți din atomi care respectă legile mecanicii cuantice, corpul nostru se comportă la fel de ciudat ca acești atomi. Doar pentru că inima noastră e făcută din particule cuantice, nu înseamnă că poate fi în două locuri în același timp. Poate doar dacă suntem într-o relație deschisă. Atomii fac lucruri neintuitive – dar nu vedem obiecte trecând prin pereți și nici nu rămânem corelați cu foștii, oricât ne-ar plăcea să credem asta. Dacă cineva ar spune că observă efecte cuantice la scară macroscopică, probabil că ar primi o trimitere la Odobleja.
Singurul care vede efecte cuantice în lumea clasică este Călin Georgescu.
🔬 În biologie, lucrurile par simple la prima vedere, urmând reguli clare. Chiar și legăturile chimice bazate pe mecanica cuantică (cum ar fi electronii ce ocupă orbitali) sunt efecte destul de banale în acest context. Dar biologia cuantică nu se limitează la aceste fenomene triviale. Ea explorează efecte cuantice mai subtile și impactul lor major în procese biologice esențiale, ce depășesc simpla interacțiune moleculară.
Dar ce înseamnă, de fapt, cuantic vs. clasic?
🔹 Lumea clasică este lumea în care trăim, unde obiectele au poziții clare, urmează traiectorii bine definite și nu dispar brusc pentru a reapărea în alt loc. Totul e predictibil și respectă regulile stabilite de fizica lui Newton.
🔹 Lumea cuantică, însă, funcționează după alte reguli. Particulele pot fi în mai multe locuri în același timp (superpoziție), pot trece prin bariere aparent imposibile (tunelare) și pot rămâne conectate indiferent de distanță (corelare cuantică). Am explicat mai devreme. Este o lume în care probabilitățile guvernează, iar realitatea pare să fie mai puțin deterministă.
🔹 Problema? Scara la care se întâmplă aceste fenomene. Efectele cuantice sunt vizibile în lumea atomilor și particulelor subatomice, dar în lumea noastră macroscopică ele dispar rapid din cauza decoerenței adică interacțiunii continue cu mediul. Un electron poate fi în superpoziție, dar o piatră sau un om, nu. Pe măsură ce crești în dimensiune și numărul de particule implicate devine uriaș, efectele cuantice devin aproape imposibil de menținut.
🧐 Cum rămâne cu biologia?
Biologia funcționează undeva între cele două lumi – e formată din molecule mari, dar încă incredibil de mici în comparație cu obiectele macromoleculare sau celulele întregi. De aceea, se pune întrebarea: este biologia suficient de "mică" încât să folosească efecte cuantice în mod activ? Există o scară unde ar putea fi posibil și aceea este scara nanometrică, unde este o linie neclară.
Undeva la nivelul săgeții roșii se află granița neclară între lumea clasică și cea cuantică. Aici se poate ca natura să fi dezvoltat "hackeri" cuantici - tunelarea, superpoziția și corelarea - intervenind în mod activ în procese biologice cheie. Cu toate acestea, aceste efecte cuantice sunt extrem de delicate, deseori desființate rapid de haosul mediului înconjurător, ca și sentimentele cuiva indisponibil emoțional. În tumultul unui sistem biologic viu, cu milioane de molecule interacționând, păstrarea efectelor cuantice stabile este rară.
✨ O analogie imperfectă
În mod normal, deciziile unui om obișnuit se anulează reciproc în medie – dacă iei un oraș și urmărești alegerile zilnice ale locuitorilor săi (unde mănâncă, unde merg, ce cumpără), vei vedea că, per total, fluctuațiile individuale nu schimbă radical economia.
Dar apoi vine Taylor Swift 🎤. Un singur concert al ei poate perturba întreaga economie a orașului. Brusc, hotelurile sunt suprarezervate, restaurantele sunt pline, iar rețelele de transport se blochează. Nu mai e un proces care "se echilibrează" de la sine, ci un efect non-trivial, care creează schimbări semnificative.
Deși viața se bazează pe procese fundamentale descrise de mecanica cuantică, la scară largă, efectele cuantice nu influențează direct comportamentul organismelor. Cu toate acestea, în anumite situații, natura ar putea exploata aceste efecte pentru a-și optimiza procesele biologice.
Exact cum Taylor Swift perturbă economia unui oraș, efectele cuantice ar putea, în anumite condiții, să perturbe și să îmbunătățească procese biologice esențiale.
Un exemplu relevant din biologia cuantica:
🦅 Magnetorecepția la păsări - Cum reușesc păsările să navigheze pe mii de kilometri fără GPS? O teorie populară spune că ar putea folosi efecte cuantice. Călin Georgescu probabil ar spune că le pune Bill Gates GPS în creier.
Câmpul magnetic al Pământului este de 100 de ori mai slab decât un magnet de frigider, prea slab pentru a fi detectat prin reacții chimice obișnuite. O posibilă explicație implică radicali intermediari – molecule din ochiul păsărilor care formează o pereche de electroni. Se presupune că acest câmp magnetic influențează "dansul" electronilor, oferindu-le păsărilor un fel de hartă internă.
🧐 E dovedit? Nu încă, dar e cea mai bună teorie de la sat, singura care explică sensibilitatea lor la magnetism fără a încălca legile chimiei.
Mai sunt multe, dar încerc să mă mențin concisă. Deși e greu în domeniul acesta interdisciplinar.
III. Tiparul al treilea si cel mai rar
- Și tu cu ce te ocupi?
- Fac un doctorat în biologie cuantică.
- A, wow! Și ce faci mai exact?
- Știm că litiul, în special sub formă de carbonat de litiu, este folosit frecvent în psihiatrie, mai ales pentru tratarea tulburării bipolare. Recent, cercetările sugerează că ar putea fi util și în cazurile de Alzheimer sau ADHD. Cu toate acestea, mecanismul exact prin care funcționează rămâne un mister. Eu investighez posibilitatea ca acest mecanism să fie de natură cuantică.
- Interesant! Cum ai ajuns la această ipoteză?
- Ei bine, au existat câteva indicii care m-au condus în această direcție. De exemplu, un studiu recent a propus că litiul ar putea influența dinamica recombinării unei perechi de radicali implicați în procesele oxidative din creier. Această influență ar putea depinde de izotopul de litiu utilizat, sugerând un mecanism cuantic în joc.
La care fața persoanei arată o disociere completă. De înțeles.
Și atunci, eu continui. Au existat câteva indicii care m-au condus spre o idee interesantă. O să încep prin a prezenta ce au făcut niște cercetători din Canada și apoi ce fac eu diferit.
Primul indiciu: Tulburarea bipolară este legată de stresul oxidativ. Asta înseamnă că în organism apare un dezechilibru între substanțe precum oxigenul (O₂) și peroxidul de hidrogen (H₂O₂).
Al doilea indiciu: Litiul, medicamentul folosit pentru tratarea acestei tulburări, există în două forme, numite izotopi. Practic, avem doi "tipi" de atomi de litiu: unul cu un nucleu mai ușor și unul cu un nucleu mai greu (mai greu în sensul că are un neutron în plus, adică e "mai inimos").
Experimentele pe șobolani au arătat că, după ce i-au făcut hiperactivi, litiul cu nucleul mai ușor (Litiu⁶) reduce hiperactivitatea mai eficient decât litiul cu nucleul mai greu (Litiu⁷). Acest lucru sugerează că nucleul litiului joacă un rol important.
Având aceste indicii și altele pe care nu le detaliem aici pentru a păstra esența, s-a ajuns la ideea unui mecanism numit "Mecanismul Perechii de Radicali".
Ce înseamnă asta? Pe scurt, în anumite reacții chimice se formează un intermediar: o pereche de radicali. Dacă îți amintești, radicalii sunt acei atomi sau molecule disperate care au rămas fără un electron.
Când sunt două molecule disperate, fiecare cu câte un electron singur, ele formează un sistem de doi electroni. Acești electroni "dansează" împreună într-un mod specific, iar modul în care se mișcă poate influența produsul final al reacției.
Cred că imaginea de mai jos ajută mai mult.
Cum funcționează?
Când cele două molecule se întâlnesc, ele formează un intermediar care decide cum va continua reacția. Acest intermediar este o pereche de radicali, adică doi atomi sau molecule foarte reactivi, pentru că le lipsește un electron. Dar dansul este între cei doi electroni singuri, fiecare cu molecula și trauma lui.
Ce influențează direcția reacției?
Această pereche de radicali este influențată de două lucruri esențiale:
- Câmpul magnetic al Pământului 🧲 – Radicalii sunt particule extrem de sensibile la câmpuri magnetice slabe, iar câmpul magnetic al Pământului poate schimba modul în care electronii lor interacționează, influențând rezultatul reacției.
- Tipul de litiu prezent 🐼 – Litiul vine în două variante (izotopi):
- Litiu-6 (Li6) – are un nucleu mai ușor.
- Litiu-7 (Li7) – are un nucleu mai greu, mai "gras".
Greutatea nucleului litiului afectează subtil dansul electronilor din radicali. Dar de unde vine acest dans? Atât electronii, cât și nucleii au o proprietate numită spin, care, simplu spus, este ca o rotire internă – un fel de "vibrație" proprie fiecărei particule. Așa cum oamenii au un vibe al lor și uneori ajung fie într-o relație, fie într-un situationship, la fel și spin-urile particulelor influențează modul în care interacționează.
Nucleul litiului (Li6 sau Li7) nu este doar un spectator – el are propriul său spin, iar acesta interacționează cu spin-urile electronilor. Dacă nucleul este mai greu (Li7), el poate influența felul în care electronii își "coregrafiază" dansul. Dacă nucleul este mai ușor (Li6), acest dans se schimbă, iar reacția chimică poate lua o altă direcție.
Dar nucleul nu e singurul care intervine în această coregrafie. Câmpul magnetic al Pământului 🧲 adaugă un alt strat de influență, el poate modifica ușor orientarea spin-urilor electronilor, schimbând astfel dinamica întregii reacții.
În concluzie, nu doar electronii dansează, ci și nucleii, iar acest "dans comun", influențat de câmpul magnetic al Pământului, decide rezultatul final al reacției.
Ce rezultat obținem?
În funcție de cum este influențată perechea de radicali, reacția poate merge pe două rute:
- Ruta 1 → Se formează peroxid de hidrogen (H₂O₂)
- Ruta 2 → Se formează oxigen (O₂)
Pe scurt, un efect cuantic poate influența o reacție chimică, creând un dezechilibru între substanțe care, la rândul său, poate afecta procesele biologice din organism.
De ce e important acest mecanism?
Mecanismul Perechii de Radicali, nu este doar o idee interesantă pe hârtie – ea se potrivește cu rezultatele experimentului pe șobolani despre care am vorbit. Asta înseamnă că există deja dovezi care sugerează că izotopii de litiu influențează un proces biologic, iar mecanismul propus ar putea explica de ce.
Desigur, există mai mulți factori care intră în joc. Molecula 1 nu a fost aleasă la întâmplare – ea a fost asociată cu tulburarea bipolară și se găsește într-o parte a creierului care, la rândul ei, este legată de această afecțiune.
Molecula 2 nu este nici ea un element aleatoriu, se știe deja că reacționează cu Molecula 1, ceea ce face ca această reacție să fie relevantă biologic.
- Deci ce faci tu diferit?
- Eu înlocuiesc Molecula 2 cu o altă moleculă mai cool și văd dacă este un candidat mai bun să explice experimentul cu șoareci. Nu sună prea greu dacă pun problema așa.
Din păcate, de la un punct încolo categoria a treia este doar în capul meu.
Și uite așa am ajuns să-mi măresc dioptria la ochelari (am triplat-o! ) . E un domeniu interdisciplinar, încă la început, sunt multe experimente de făcut, dar îmi place să iau piese din diferite domenii și să le pun împreună. Un doctorat nu e ușor, și să lucrezi cu unii oameni din mediul academic e cel putin interesant. (uneori plusul intelectual se compensează pe partea emoțională).
Dar să fii prima persoană care răspunde la o întrebare despre lume, asta îmi dă energie!