Öz-birleşme, yaşamı ve çevresini atom-atom inşa eden süreçtir. Şimdi, Türkiye’de bir grup bilim insanı, birkaç atom büyüklüğündeki kuantum noktalarından yaklaşık 100 trilyon atom büyüklüğündeki insan hücrelerine kadar uzanan bir dizi malzemeye etki eden evrensel öz-birleşme sürecinin temel ilkelerini göstermiştir.
Araştırmacılar yıllarca, bir hücreyi (karmaşık biyolojik organizma) ve aynı zamanda bir kristali (çok daha basit inorganik malzeme) inşa edebilen öz-birleşme sürecinin çalışma prensiplerini araştırdılar.
Şimdi, Türkiye’de bir grup bilim insanı, birkaç atom büyüklüğündeki kuantum noktalarından yaklaşık 100 trilyon atom büyüklüğündeki insan hücrelerine kadar uzanan bir dizi malzemeye etki eden evrensel öz-birleşme sürecinin temel ilkelerini göstermiştir. Yöntemleri Nature Physics dergisinde yayınlanmıştır.
“Öz-birleşme sürecini başlatmak için ya sistemi belirli bir sonuç vermeye zorlarsınız ya da evrensel sonuçlar için sistemin iç dinamiklerini kendi avantajınıza kullanırsınız. Biz, ikinci yaklaşımı izledik” diyor Bilkent Üniversitesi-UNAM’dan Dr. Öğr. Üyesi Serim Ilday.
Araştırmacılar, büyüklük ve kütleleri birbirlerinden dört kat farklı olan, hem basit inorganik hem de karmaşık biyolojik sistemlerin aynı dinamikler çerçevesinde öz-birleştiklerini gösterdiler. Bu dinamiklerinin hepsi de S-eğrisi olarak da bilinen sigmoid fonksiyonunda bir araya geldi. İlginç bir şekilde, S-eğrilerinden sapmaların, çeşitli, sosyal, ekonomik ve fiziksel sistemlerde ortaya çıkan Tracy-Widom dağılımı istatistiklerini takip ettiğini de gözlemlediler.
Makalenin yazarlarından Bilkent Üniversitesi-UNAM, Fizik ve Elektrik-Elektronik Mühendisliği’nden Doç. Dr. F. Ömer Ilday “Serim ile, bu dağılımı ilk kez bir matematik seminerinde gördük. Serim bana baktı ve şöyle dedi, “işte bu; bu dağılımı sistemde aramamız gerekiyor.” dedi. Seminer, makalenin bir başka yazarı Bilkent Üniversitesi-Matematik Bölümünden Dr. Öğr. Üyesi Gökhan Yıldırım tarafından veriliyordu ve Dr. Yıldırım “Seminerden sonra Serim ve Ömer benimle konuştular. Fikir büyüleyiciydi ve hemen üzerinde çalışmaya başladık.” dedi. Makalenin ilk yazarı Dr. Ghaith Makey ise “Bugün bizi motive eden şey Tracy-Widom evrenselliğindeki yeni sistem örneklerini tahmin etmek ve incelemek. Bunun, neden çok farklı sistemlerde ortaya çıktığını anlamak.” dedi.
Ekip ayrıca yöntemlerinin pratik uygulamalar için nasıl yararlı olabileceğini de gösterdi. “Kullanım alanları inanılmaz geniş. Örneğin, bir hastanenin yoğun bakım ünitesinde bilinmeyen bir enfeksiyon tespit edildi. Suçlu patojeni tanımlamak için saatler veya günler beklemek yerine, dakikalar içinde bir numune alabilir, aday ilaçlar ekleyebilir ve bu ilaçların enfeksiyona son verip vermediklerini görebilirsiniz.” diye ekledi makale yazarlarından ve Ankara Üniversitesi Biyoteknoloji Enstitüsü’nden Dr. Öğr. Üyesi E. Doruk Engin. Makalenin bir başka yazarı ve Bilkent Üniversitesi Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü ve Güney Carolina Üniversitesi’nden Doç. Dr. Özgür Şahin ise “Canlı organizmaların saniyeler içinde ne kadar kolay manipüle edilebileceğini görmek inanılmazdı.” diyor. Yine makale yazarlarından ve Bilkent Üniversitesi-UNAM, Fizik, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümleri ve NTU Singapore’dan Prof. Dr. Hilmi Volkan Demir ise “küçük hızlı kuantum malzemeler üzerinde bu tür anlık kontrol kabiliyeti mevcut teknolojinin çok üzerinde. Yöntemin nanoteknoloji üzerinde gerçek bir etkisi olabilir.” diye ekledi.
Araştırmacılar, bu gelişmenin kesinlikle hikayenin sonu olmadığını, Doğanın kullandığı öz-birleşme süreçlerinin ana prensiplerini keşfetmek ve uygulamak için araştırmacıların önünde daha çok uzun ve zorlu bir yol olduğunu vurguladılar. Dr. Serim Ilday, “Olası pratik kullanımlar bir yana, yöntemimiz, yönlendiriliş sistemlerin termal dengeden uzak koşullarda nasıl evrimleştiğinin fiziğini keşfetmek için harika bir araç. Bu kategori içerisine salgın hastalıklar da giriyor; aslında, COVID-19 verileri üzerinde yapmış olduğumuz ön analizlerimiz, dalgalanmalarının rapor ettiğimiz sistem gibi Tracy-Widom istatistiklerini takip edebileceğini gösteriyor.” dedi. Dr. F. Ömer Ilday ekledi, “Daha ilginç olarak, bizim analitik modelimiz COVID verilerine S-eğrisinden daha iyi uyuyor. Tüm bunları görünce, salgının fiziğini derhal araştırmaya karar verdik.”