KVANTUMBIOLÓGIAI TUDOMÁNYOK

 

(A kvantumbiológia helye és szerepe a tudományok rendszerében)

 

Általánosan elfogadott szemlélet, hogy jólétünk alapját a tudományos ismereteinknek köszönhetjük. Nem múlik el nap úgy, hogy ne kapnánk hírt valamilyen új tudományos szenzációról, felfedezésről, vagy annak eredményéről.

A részletes tudománytörténeti feldolgozást mellőzve megállapíthatjuk, hogy az emberiség elmúlt két évszázadában a tudományos szemlélet jelentősen változott. A tudományos kutatások és az arra épülő eredmények az elmúlt kétszáz évben, kirobbanó változást idéztek elő egész bolygónkon.

A természettudományokban a leglátványosabb a változás. A természettudományok művelésére jellemző, hogy folyamatosan újabb és újabb szakirányokban kezdik el a kutatásokat.

Egyre több ismeretünk van a világegyetemről, kémiai és fizikai folyamatokról, valamint úgy gondoljuk, hogy az élettudományokban, a biológiában is kellő jártasságot szereztünk.

A fizikai és a kémiai tudományok, a kvantumelmélettel kiegészülve megváltoztatták mindennapi életünket. Kevesen gondolnak arra, hogy a kvantumelmélet megalkotása kevesebb, mint 100 éve történt. Napjainkban már az általános iskolában is említést tesznek a kvantummechanika, kvantumfizika, és kvantumkémia tudományról.

Meglepő módon, az élettudományokban a kvantum folyamatokról kevés szó esik, és ha mégis találunk erről szóló kutatási beszámolót, vagy tanulmányt, akkor azok csak és kizárólagosan egy életfolyamat atomi, molekuláris vagy sejtszintű elemzésére korlátozódnak.

Ezért állíthatjuk, hogy a kvantumbiológia, mint komplex interdiszciplináris tudomány jelenleg nem létezik. Természetesen vannak egyetemek, ahol kvantumfolyamatok biológiai alkalmazásával foglalkoznak.

A Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetemen 40 évvel ezelőtt kezdődtek olyan élettudományi (egészség, sport és orvostudományi) kutatások, amelyek során figyelembe vették a biofizikai és biokémiai folyamatoknál a kvantum jelenségeket, sőt a kvantumfolyamatok fontosságára is felhívták a figyelmet. Ezek a kutatások kellően szilárd alapokra épültek. Említhetnénk Erwin Schrödinger, Richard P. Feynman, James D. Watson nevét és sorolhatnánk hosszasan mindazoknak a jeles tudósoknak a névsorát, akik munkásságukkal a kvantumelméletet megalkották, vagy integrálni próbálták az élettudományokba.

Erwin Schrödinger What is Life? című tanulmányát 1944-ben tette közzé Dublin-ban., amit később a Macmillan Company (USA) adott ki könyv formában. Ebben a műben a következőket írja:

“Ma már hála a biológusok, elsősorban a genetikusok leleményes kutatásainak, amelyeket az utóbbi harminc-negyven év során végeztek, elég sokat tudunk az élő szervezet valódi anyagi szerkezetéről és működéséről. De további válaszokat és magyarázatokat várunk arra, hogy pontosan meg mondhassuk a mai fizika és kémia miért nem tud magyarázatot adni arra, ami történik az élő szervezetek belsejében térben és időben.”

Leegyszerűsítve, szinte minden fizikus, vagy kémikus, aki a kvantumelméletet szerette volna adaptálni az élővilág folyamataira, megrettent a biológiai sokféleségektől, főleg attól, hogy az életfolyamatokban nincs statikus állapot. Azt a nézetet vallották, hogy az élővilágban “nagy a rendezetlenség”. Ezért írja Schrödinger a könyvében, hogy “… a hallgatókat az elején figyelmeztettem, hogy a tárgykör nehéz, az előadások nem nevezhetőek népszerűnek, annak ellenére sem, hogy a fizikusok legfélelmetesebb fegyverét, a matematikai levezetéseket nem nagyon alkalmazom. Ennek nem az volt az oka, hogy a tárgykör elég egyszerű ahhoz, hogy matematika nélkül is el lehessen magyarázni, hanem éppen az, hogy túlságosan bonyolult volta miatt nem lehetett matematikával hozzáférni.”

Az elmúlt évtizedekben kvantumbiológiai kutatásaim során, ezzel a ténnyel folyamatosan szembesülni kellett. A lehető legegyszerűbb életfolyamatokat is nehéz, vagy szinte lehetetlen matematikailag levezetni. Attól, hogy az életjelenségek akár legegyszerűbb biokémiai folyamatait sem tudjuk leírni (nem beszélve a kvantum biokémiai folyamatokról), attól az életfolyamatok zajlanak a természeti törvényeknek megfelelően. Ezt felismerte Schrödinger és nem is erőltette a “biomatematikát”.

Teljesen új megközelítés alapján érvelt és ráutalt arra, hogy minden élőlény atomi halmaz:

“az atomoknak az élő szervezeteknek életfontosságú részeiben való elrendeződése és az atomrendszerek közötti kölcsönhatások alapvető módon különböznek azoktól az atomszerkezetektől, amelyek a fizikusok és kémikusok kísérleti és elméleti kutatásainak eddig tárgyai voltak.”.

Egy utolsó idézettel lehet alátámasztani, hogy a 21. század új tudományát, a kvantumbiológiát milyen módon alapozta meg Schrödinger.

“ az élő sejtnek fontosabb részét nyugodtan nevezhetjük aperiodikus kristálynak. A fizikában mindeddig csak periodikus kristályokat tanulmányoztunk. Az egyszerű fizikus elméje számára ezek nagyon érdekes és bonyolult tárgyak. A kristály az egyik legizgalmasabb és legösszetettebb anyagi struktúra, amely elméjét töprengésre készteti. Ámde az aperiodikus kristályokhoz képest a periodikus kristályok igen egyszerűek és érdektelenek.”

Felmerül, hogy a fenti rövid kivonatos részletekből, valamint a negyven éves kutatási eredményekből vajon milyen következtetéseket vonhatunk le. Továbbá keressük a választ arra is, hogy ez elégséges ismereteket tartalmaz ahhoz, hogy a kvantumbiológiát önálló tudományként fogadjuk el.

Foglaljuk össze, milyen eredmények születtek!

• A kutatás korai szakaszában bizonyítható volt Schrödinger aperiodikus kristály elmélete.

• Az élettudományok esetében kimondható (Al-Khalili), hogy az életfolyamatok minden részletét kvantum szabályok határozzák meg.

• A kvantumbiológiai kutatások kitértek a teljes élővilágra. Fontos volt meghatározni, hogy az élővilág minden szereplője a bolygónkon található természetesen előforduló elemek (atomok) speciális halmazai.

• A kvantumbiológia egységesen képes értelmezni az anyag és az élet körforgásának minden részletét.

• A kvantumbiológia csak akkor válhat önálló tudománnyá, ha átlátható és értelmezhető módon rendszerbe foglalható. Kézenfekvő, hogy mivel az élővilág minden szereplője pontosan meghatározható atomokból áll és nem volt és jelenleg sincs és várhatóan a jövőben sem lesz soha azonos “atomi halmaz” ezért szükséges volt a kvantumbiológiai rendszertan elméletét megalkotni.

• A kvantumbiológiai rendszertan (a Hármas Elmélet) tézis szinten fogalmazza meg az új kvantum taxonomiai besorolási elveket, az élőlények atomi aperiodikus kristályszerkezetének bizonyítását, a biológiai felezési időt, valamint a kvantumfolyamatokra jellemző fotonok jelenlétét (pl. humán radiáció).

• A kvantumbiológiai kutatások lehetővé tették, hogy az egyes eredményeket a gyakorlatban és a mindennapokban azonnal használni lehessen.

A kvantumbiológia tudománya, ha lassan is, de meg fogja találni helyét a tudományok között. A Műegyetemi kvantumbiológiai kutatások és eredmények lehetővé tették, hogy megalakuljon “az első önálló kvantumbiológiai iskola”. Négy egyetem támogatja a kvantumbiológia egységes oktatási és kutatási programjait. Az elmúlt évtizedekben a Műegyetem tudományos szervezete és annak alapítványa támogatta a kutatásokat. A egyetemi tudományos intézmény, a nemzetközi érdeklődést is figyelembe véve, 8 magán személy támogatásával megalapította az Élettudományi Kvantumbiológiai szervezetét (QUB). A szervezet elsősorban a tudományos munkák koordinációival és természetesen kutatásokkal foglalkozik.

Mivel a kvantumbiológia alapkutatásai, de az alkalmazott kutatások jelenleg nem részesülnek hazai támogatásban, így azokat várhatóan külföldi tudományos intézményekben, egyetemeken fogják elvégezni a QAB irányításával.

A kvantumbiológiai kutatások rendkívül sokszínűek és változatosak, erre most csak két rövid példát adunk, mindkettő a kvantumbiológia alapkutatásaihoz sorolható. Az alapkutatások végzése általában is nélkülözhetetlen, de a kvantumbiológiai alapkutatások eredményei azonnal hasznosíthatók pl. a mindennapok életminőségének javítására, az ökoszisztémák optimalizálására, a civilizációs betegségek oki tényezőinek felderítésére stb. tehát igen sokrétűen lehet az eredményeket közhasznúvá tenni.

1. Az egyik fontos kutatási terület az élet fennmaradásának és az élet körforgásának kvantumbiológiai alapja, ahol az élet megújul és biztosítja az élőlények fennmaradását (Kvantumbiológiai rendszertan). Az élet megújulása csak meghatározott körülmények között biztosított. Szükséges hozzá víz, gáz, minerália és nem utolsó sorban foton (elektromágneses sugárzás, fény). Sok olvasó azonnal tudja, hogy a szén körforgását (karbon ciklust) írtam le, ami nem más, mint a fotoszintézis. Egy kvantumbiológiai iskola (Surrey egyetem) is említést tesz róla, de ennek a kvantumfolyamatnak az összetettségét már nem boncolgatja. A kutatásainkkal magyarázatot keresünk arra, hogy az anyag és az élet körforgásában a szervetlen, szerves és élő anyag átmeneteknél melyek azok a kvantum folyamatok, amelyekről még semmit nem tudunk. Elmélet és kísérletek is bizonyították, hogy a foton energia segítségével a gáznemű széndioxid nyílt és zárt szénláncú vegyületeket alkot úgy, hogy egyben a foton energiát akkumulálja. A foton energiát akkumuláló élőlények tartják fenn bolygónkon a sokszínű élővilágot. Ahhoz, hogy ezt az egy alapkutatási területet teljes mértékben leírjam több száz oldalra volna szükség, a kvantum biofizikai és biokémiai elemzésekről és törvényszerűségekről még nem is beszélve. Mindösszesen egy molekulát mutatok be, amit ismerünk. Ez a molekula egy folyamat része, de jelenleg fogalmunk sincs róla, hogy milyen kvantumfolyamatnak köszönhetjük létrejöttét. Nem bonyolítva a leírást, arról sincs fogalmunk, hogy ez a molekula milyen utat jár be az élet körforgásában és mikor mennyi energiát ad le, milyen molekulákkal egyesül és végül milyen f
   
   olyamatok eredményezik az alapállapotra való visszatérést.

2) A másik felderítendő terület az elektromágneses sugárzás összetett vizsgálata az élő szervezetekben, különös tekintettel az élet körforgására és az életfolyamatokra gyakorolt hatására, az élőlények kvantum biokémiai folyamatainak elemzése, fotonok, exitonok, kvantumpöttyök. (A kvantumpöttyök olyan anyagi részek (például félvezető anyagokban), amelyekben az exitonok mérete a tér mindhárom irányában lecsökkent. Ennek következtében ezek az anyagok a tömbi félvezetőkre és a különálló molekulákra jellemző elektronikai tulajdonságokhoz képest köztes jelleggel bírnak. Egyszerűen fogalmazva a kvantumpöttyök olyan félvezetők, amelyek elektronikai viselkedése szorosan függ az egyes kristályok méretétől és alakjától. Általában minél kisebb a kristály mérete, annál nagyobb a tiltottsáv-szélesség, azaz annál nagyobb az energiakülönbség a legnagyobb energiájú valenciasáv és a legalacsonyabb energiájú vezetési sáv között. Emiatt nagyobb energia szükséges a kvantumpötty gerjesztéséhez, és hasonlóképp nagyobb energia szabadul fel akkor, amikor a kristály visszatér az alapállapotba.). A kutatás része az elektromágneses sugárzások érzékelése, vizsgálata különös tekintettel a szenzorokra. A kvantumbiológia értelmezése szerint minden idők legtökéletesebb foton szenzora a szem. Ideális kvantumbiológiai kutatási terület, fotonokat érzékel nagy felbontásban. Az elektromágneses sugárzás egy részecskéjét fotonnak nevezik, ez a sugár elemi részecskéje, amit a szem érzékel, optikailag rendez, és a jeleket átalakítja bioelektromos jellé, amit valós képként érzékelünk. A fotonos sugárzásnak van hullámhossza és frekvenciája. A szem a 380nm-780nm közötti hullámhosszúságú elektromágneses sugárzásra érzékeny, és ebben a tartományban a legtökéletesebb szenzor.

 

A kvantumbiológiai tudománya tehát megérett arra, hogy önálló tudománynak ismerjék el. Érezhető, hogy egyre nagyobb az igény a kvantumbiológiai kutatásokra. Egységes és komplex kvantumbiológiai kutatásokat csak olyan tudományos intézményekben lehet elkezdeni, ahol biztosítottak az alap intézményi háttér és támogatottság (mint pl. Élettudományi Városok).

A kvantumbiológiát nem tekinthetjük egy tudományos projektnek. A kvantumbiológiai kutatás az előzetes felmérések szerint is szinte azonnal jelentős “innovációs” eredményeket produkálhatnak. Fontos megjegyezni, hogy csak módszeresen lehet a kvantumbiológiai kutató helyeket felépíteni. A javasolt sorrendiség a következő:

1. A kvantumbiológiai taxonomia rendszer elmélete első változatának kidolgozása.

2. A kvantumbiológiai tudományterület módszertanának leírása.

3. Az élővilág atomi aperiodikus kristályszerkezetének vizsgálata, a vizsgálati eredmények összegzésének eredményeinek rendszerbe foglalása (a genetikához hasonlatosan).

4. A kvantumbiológia tudományának oktatási anyagának elkészítése.

5. Az elért kvantumbiológiai kutatási eredmények innovációs hasznosítása.

Biztató, hogy kínai egyetemek figyelemmel kísérik a szerény hazai kvantumbiológiai kutatásokat. Túl az érdeklődésen, számos kínai tudományos intézményben a kvantumbiológiai tudományok komplex bevezetését is elképzelhetőnek tartják.

 

Szacsky Mihály

Irodalom: www.pannonpalatinus.hu