La mecánica cuántica explica el rango completo de curvas de fuerza-relajación que producen los músculos, de acuerdo con un nuevo estudio.
No hace mucho tiempo los biólogos habrían jurado sin pensárselo que su disciplina nunca se vería contaminada por los extraños efectos de la mecánica cuántica. Hoy, la biología cuántica es una disciplina emergente en muchos laboratorios de todo el mundo y sólo los más osados (o estúpidos) debaten contra la idea de que los efectos cuánticos desempeñan un importante papel en el funcionamiento de las moléculas biológicas, en células completas, e incluso en el cerebro.
Hoy, los músculos se añaden a esta lista. Tieyan Si del Instituto Max Planck para Sistemas Complejos en Dresden, Alemania, ha creado un modelo cuántico del comportamiento de un músculo. Su idea es que la miosina, el motor molecular indispensable para la contracción muscular, es, básicamente, un objeto cuántico y que su comportamiento se describe mediante la mecánica cuántica.
se puede leer todo el artículo, aquí
تُبيّن دراسة جديدة بأنّ ميكانيكا الكمّ (الفيقياء) تُفسِّر مرتبة القوة – الإسترخاء، التي تنتجها العضلات.
لم يكن ليفكر علماء الأحياء حتى وقت قريب، بأن ميكانيكا الكمّ بمؤثراتها المُدهشة، يمكن أن تحضر في أبحاثهم.
لكن، في يومنا هذا، يبدو أن علم الأحياء الكمومي هو نظام معرفي ضروري في كثير من المختبرات على إمتداد العالم، والأغبياء وحدهم من يعترضون على تلك التأثيرات الكوانتية، التي تلعب دوراً مهماً في عمل الجزيئات البيولوجية، في خلايا كاملة، وحتى في الدماغ.
تنضم العضلات لتلك القائمة بيومنا هذا.
لقد خلق تيان سي (من معهد ماكس بلانك للأنظمة المعقدة في دريسدن، ألمانيا) نموذجاً كوانتياً لسلوك العضلة.
تعتبر فكرته أنّ الميوسين أو الميوزين، المحرّك الجزيئي لا غنى عنه لأجل التقلّص العضلي، بشكل أساسي هو شيء كوانتيّ، ويجري وصف سلوكه عن طريق ميكانيكا الكمّ (الكوانتيّة).
يتكوّن الجزء الهام من الليف العضلي من الأكتين، الذي يمكن تخيّله كحبل؛ والميوزين الذي يسلك كمحرك جزيئي، يعمل كفريق شدّ الحبل.
تضع الإثارة الكهربائية فرق الشدّ بحالة العمل الفعّال، فتسبّب تقلّص العضلة. القوة الحقيقية التي تُنتجها العضلة عبارة عن ناتج كثير من محركات الميوزين تلك، عبر شدّ وإسترخاء، وإن لا يكن وفق نظام بالضرورة.
يواجه الباحثون تحدياً، يتمثل بإكتشاف كيفية توليد تلك المحركات الجزيئية للقوة ومنحنيات الإسترخاء، التي نراها في العضلات الحقيقية.
هذا مدروس، بشكل جيّد، في أنظمة مختلفة، مثل عضلة القلب عند الثدييات وأجنحة الحشرات، ويعرف علماء الميكانيكا الحيوية، منذ زمن غير قليل، أنّ النماذج المختلفة للعضلات والنماذج المختلفة للأعمال العضلية:
تُنتِجُ منحنيات مختلفة للقوة.
كمثال، لدى التقلصات، التي تتحرّر بسرعة، إشارة قوة مختلفة عن تلك التقلصات التي تتحرّر ببطء. تفسير هذا الأمر عبر نظرية كلاسيكية واحدة ليس سهلاً.
المُقاربة التي يطرحها تيان سي، هي:
بحالة إفتراض أنّ كل محرك ميوزين هو شيء كوانتيّ يمكنه أخذ شكلين، ويُسبِّبُ التغيّر بين هذين الشكلين حدوث التقلّص.
بكلمات أخرى، لديه وضعين.
(يُدرَسُ نظام، للميوزين فيه ثلاثة أوضاع أيضاً).
يغيّر الميوزين من وضع لآخر ممتصاً الطاقة ويُصدرها بالاسترخاء، ويجمع التأثير بين كل التغيرات مُحدداً سلوك الألياف.
بالتالي، الليف العضلي، ببساطة، عبارة عن سلسلة من تلك الأشياء الكوانتية، ويمكن أن يقود هذا، رياضياً (من رياضيات وليس رياضة)، للشيء المعروف بإسم الهاملتوني، الذي يصف سلوكه. القضية المطروحة، من قبل تيان سي، هي إلى أيّ نموذج منحني قوّة – إسترخاء يقود الهاملتوني.
جوابه، هو:
"يعطينا نظام الهاملتوني الكوانتي العلاقة الكلاسيكية قوة – سرعة، ليس فقط لأجل تحرير سريع، بل أيضاً للبطيء ولأوضاع غير مستقرة".
يتبيّن بأنّ نظام المستويين يصوغ، بدقّة، سلوك عضلة القلب؛ بينما، يصوغ نظام الثلاث مستويات، بدقة، عضلة الطيران في الحشرة.
الامر الذي لا يُفسِّرهُ تيان سي، بوضوح، هو الأخطاء الحاصلة في النماذج المُتفق عليها في السلوك العضليّ، ولماذا يُعتبر التقريب الكوانتي أفضل.
كذلك، لا يضع تيان سي تنبُّؤات حول سلوك عضلة لا يمكنها تشكيل نموذج تقليدي.
مع هذا، هي أول خطوة رائعة نحو وصف كوانتيّ للسلوك العضليّ.
وكما يُشير تيان سي، يتبقى عمل الكثير لفهم العلاقة بين السلسلة الكوانتية والإشارات التي تطلقها، مثل الإشارات الكهربائية بطول الأوعية العصبية وتدفّق الأيونات عبر الأغشية التي تطلقها.
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق