Her gün ortalama 20.000'den fazla nefes alıp veririz; bu otomatik eylem, hayatta kalmamız için temel bir fonksiyondur. Oksijen alırken, aynı zamanda azot, bakteri ve virüs gibi çeşitli moleküller de vücudumuza dahil olur. Bu karmaşık karışım, çevremiz hakkında zengin bilgiler taşır ve bu bilgiyi işlemek için özel bir duyumuz bulunur: koku alma duyusu. Koku alma sayesinde, gözlerimiz kapalıyken bile tanıdık yüzleri ayırt edebilir, yaklaşan tehlikelerden kaçınabilir veya çocukluk anılarına geri dönebiliriz. Peki, burnumuzdaki bu hassas algılayıcı nasıl çalışır?
Klasik koku teorisine göre, burun boşluğunun derinliklerindeki reseptör proteinleri dışarıdan gelen molekülleri yakalar. Bir molekül doğru reseptöre bağlandığında, beyin tarafından bir koku olarak yorumlanan bir sinyal tetiklenir. Bu açıklama, 2004 Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü'nü kazanan Linda Buck ve Richard Axel'in çalışmalarıyla desteklenmiştir. Ancak, bu model her zaman tüm olguları açıklamakta yetersiz kalır. Benzer yapısal özelliklere sahip olup tamamen farklı kokan moleküllerin varlığı, sadece molekül şeklinin kokuyu belirlemede tek etken olmadığını düşündürmektedir. Örneğin, bir alkol molekülü taze biçilmiş çimen kokarken, oksijen yerine kükürt atomu içeren ve geometrisi aynı kalan bir molekül çürük yumurta kokusuna sahip olabilir.
Bu gizemi çözmek amacıyla, biyofizikçi Luca Turin ve MIT'deki ekibinin çalışmaları alternatif bir açıklama sunmaktadır. 1996'da önerilen bu teoriye göre, burnumuz molekülün şeklini değil, kuantum titreşimlerini algılar. Moleküllerin oda sıcaklığında sürekli titreştiği prensibinden yola çıkan Turin, bu titreşimlerin rastgele olmadığını, kuantize olduğunu yani yalnızca belirli titreşim modlarının mümkün olduğunu ve her birinin kendine özgü bir enerjiye sahip olduğunu vurgular. Su molekülü bu duruma iyi bir örnektir; bu basit molekülün üç farklı titreşim modu bulunur ve her birinin belirli bir enerji seviyesi vardır. Eğer su molekülü çevresinden yeterli enerji alırsa, farklı bir titreşim moduna geçerek daha yüksek bir enerji seviyesine ulaşabilir. Ağır su (deuterize su) ise normal su ile aynı yapıya sahip olmasına rağmen, hidrojen atomlarının yerine daha ağır olan döteryum atomlarını içerir. Bu ağırlık farkı, titreşim modları arasındaki enerji geçişlerini değiştirir, böylece molekülün şekli aynı kalsa bile titreşimleri farklılaşır.
Turin, koku algısının titreşimlere dayandığı hipotezinden yola çıkarak, su ve ağır su arasındaki farkın algılanabileceğini öne sürmüştür. Bu hipotezi test etmek için meyve sinekleri üzerinde deneyler gerçekleştirilmiş ve sonuçlar dikkat çekici bulunmuştur; sinekler suya doğru çekilirken ağır sudan uzaklaşmıştır. Bu bulgu, insan burnunun bu kuantum fenomenini nasıl algıladığı sorusunu gündeme getirmiştir. Bu ilginç deneyden esinlenerek "kuantum burun tüneli" kavramı geliştirilmiştir. Bu mekanizma, elektronların kuantum özelliklerini kullanarak molekülleri titreşimlerine göre ayırt eder; bu süreç, laboratuvarlarda kullanılan inelastik elektron tünelleme spektroskopisine (IETS) benzerlik gösterir. Mevcut teoriye göre, bir molekül proteine bağlandığında, bir elektrondan diğerine enerji transferi gerçekleşir. Bu enerji transferi, beyne bir sinyal göndererek kokunun algılanmasını sağlar. Eğer bir molekülün daha yüksek bir titreşim moduna geçmesi için gereken enerji, bir elektronun hareket ederken yaydığı enerjiyle tam olarak eşleşirse, transfer gerçekleşir ve beyinde bir koku algısı oluşur. Enerjiler uyumlu değilse, transfer gerçekleşmez ve koku algılanmaz.
Bilimsel merakın ötesinde, Luca Turin bu koku titreşim teorisini, parfüm endüstrisine yönelik Flexitral şirketini kurarak ticari alana da taşımıştır. Moleküllerin titreşim modlarını hesaplayarak, parfüm üreticilerinin tercih ettiği pahalı bileşenler yerine, benzer titreşimlere sahip ve dolayısıyla aynı kokuyu veren daha ekonomik alternatifler sunabilmiştir. Elixabete Rezabal, Naukas Bilbao 2025'teki sunumunda, kuantum mekaniğinin günlük yaşamımızda düşündüğümüzden çok daha fazla rol oynadığını belirtmiştir. Koku alma duyusu özelinde, mevcut tüm kanıtlar titreşimin bu algıdaki kilit rolüne işaret etmektedir. Bu anlayış, kokuların yalnızca kimyasal yapılarla değil, aynı zamanda moleküllerin kuantum düzeyindeki dinamik etkileşimleriyle de şekillendiğini ortaya koymaktadır. Bu durum, duyularımızın işleyişine dair daha derin bir kavrayış sunarken, aynı zamanda gelecekteki teknolojik uygulamalar için de yeni ufuklar açmaktadır.