Ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Yossi Paltiel von der Hebräischen Universität Jerusalem und einem Forschungsteam von Weizmann und IST in Österreich führte kürzlich eine Studie durch, die den erheblichen Einfluss des Kernspins auf biologische Aktivitäten aufdeckte. Die Entdeckung stellt lang gehegte Annahmen in Frage und eröffnet spannende Möglichkeiten für Fortschritte in der Biotechnologie und Quantenbiologie.
Forscher haben einen erheblichen Einfluss des Kernspins auf biologische Prozesse entdeckt, insbesondere auf die Sauerstoffdynamik in chiralen Umgebungen. Dieser Durchbruch wird die Biotechnologie, die Quantenbiologie, die Isotopentrennung und die Kernspinresonanztechnologie revolutionieren. Quelle: Proceedings of the National Academy of Sciences
Wissenschaftler glauben seit langem, dass der Kernspin keinen Einfluss auf biologische Prozesse hat. Neuere Forschungen haben jedoch gezeigt, dass sich bestimmte Isotope je nach Kernspin unterschiedlich verhalten. Das Forschungsteam konzentrierte sich auf stabile Sauerstoffisotope (16O, 17O, 18O) und fand heraus, dass der Kernspin einen erheblichen Einfluss auf die Dynamik von Sauerstoff in chiralen Umgebungen hat, insbesondere während des Sauerstofftransports.
Die in den renommierten Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlichten Ergebnisse haben potenzielle Auswirkungen auf die kontrollierte Isotopentrennung und könnten die Kernspinresonanztechnologie (NMR) revolutionieren.
Der leitende Forscher Professor Yossi Paltiel zeigte sich begeistert über die Auswirkungen dieser Ergebnisse. Er sagte: „Unsere Studie zeigt, dass der Kernspin eine entscheidende Rolle in biologischen Prozessen spielt, was darauf hindeutet, dass die Manipulation des Kernspins zu bahnbrechenden Anwendungen in der Biotechnologie und Quantenbiologie führen könnte. Dies hat das Potenzial, den Isotopenfraktionierungsprozess zu revolutionieren und neue Möglichkeiten für Bereiche wie die Kernspinresonanz zu eröffnen.“
Forscher haben das „seltsame“ Verhalten winziger Partikel in Lebewesen untersucht. Beispielsweise könnte die Untersuchung von Quanteneffekten in der Vogelnavigation einigen Vögeln helfen, sich auf langen Reisen zurechtzufinden. In Pflanzen unterliegt die effiziente Nutzung des Sonnenlichts zur Energiegewinnung Quanteneffekten.
Diese Verbindung zwischen der Welt der winzigen Teilchen und der Lebewesen reicht wahrscheinlich Milliarden von Jahren zurück, als Leben zu entstehen begann und Moleküle mit besonderen Formen, die als Chiralität bekannt sind, geboren wurden. Chiralität ist wichtig, da nur Moleküle mit der richtigen Form in lebenden Organismen ihre Aufgaben erfüllen können.
Die Verbindung zwischen Chiralität und Quantenmechanik findet sich im „Spin“, der wie eine winzige Form des Magnetismus wirkt. Chirale Moleküle können abhängig von ihrem Spin unterschiedlich mit Teilchen interagieren, was als „chiralitätsinduzierte Spinselektivität“ (CISS) bezeichnet wird.
Wissenschaftler haben herausgefunden, dass der Spin winzige Teilchen wie Elektronen in Lebensprozessen mit chiralen Molekülen beeinflusst. Sie wollten untersuchen, ob der Spin auch größere Partikel wie Ionen und Moleküle beeinflusst, die die Grundlage des biologischen Transports sind. Deshalb führten sie Experimente mit Wasserteilchen mit unterschiedlichen Spins durch. Die Ergebnisse zeigen, dass der Spin das Verhalten von Wasser in Zellen beeinflusst, wobei Wasser mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten in die Zellen eindringt und auf einzigartige Weise reagiert, wenn chirale Moleküle beteiligt sind.
Diese Studie unterstreicht die Bedeutung des Spins in Lebensprozessen. Das Verständnis und die Kontrolle des Spins könnten erhebliche Auswirkungen auf die Funktionsweise von Lebewesen haben. Es kann auch dazu beitragen, die medizinische Bildgebung zu verbessern und neue Wege zur Behandlung von Krankheiten zu schaffen.