La biología cuántica que está surgiendo con fuerza está empezando a entender a través de sus mecanismos básicos, fenómenos biológicos tan transcendentales tales como la enorme eficacia de la fotosíntesis, la magnetorrecepción, la acción enzimática así como el sentido del olfato entre otros. Todavía cuesta imaginarnos cómo en la fotosíntesis, en una fracción muy pequeña de segundo, un electrón excitado por un fotón de luz es capaz de tomar varios caminos a la vez a través del laberinto clorofílico, escogiendo el camino más eficiente y rápido para que no se disipe la energía al llegar al centro de reacción y aprovechar así al máximo la energía absorbida por el Sol. Es altamente significativo el elevado rendimiento de aprovechamiento solar (cerca del 99 %) por parte de una planta o simplemente por parte de una bacteria fotótrofa. Esta enorme capacidad de estar en varios lugares a la vez nos puede parecer absurda, pero bien sabemos que los ordenadores cuánticos se sustentan sobre este principio tan básico, como es el Principio de Superposición. Este principio nos dice que antes de cualquier medición u observación un sistema cuántico (partícula subatómica, átomo, molécula, macromolécula) puede estar en varios estados a la vez, como, por ejemplo, estar en dos lugares simultáneamente o poseer dos estados energéticos distintos al mismo tiempo.
Si centramos la atención en el olfato, la física cuántica nos tiene mucho qué decir al respecto. Si bien se estima que podemos diferenciar miles de olores diferentes, desde el punto de vista científico el olfato es un sentido todavía no entendido del todo. Aunque esto nos pueda parecer un número muy elevado, los animales tienen una capacidad olfativa mucho más desarrollada y este hecho es muy útil para su supervivencia. Un paisaje de olores se extiende delante de estos, y que les sirven de guía para aparejarse o para alejarse de posibles depredadores.
La pregunta de cómo cada receptor odorífero (por ejemplo en el ser humano la superficie olfativa es de solo unos 5 cm2) reconoce e identifica su propio conjunto de moléculas odoríferas sigue siendo un objeto de debate, pero hay algunas investigaciones interesantes al respecto. Según el mecanismo de llave y cierre (teoría basada en la forma o estructura), moléculas que tendrían la misma forma habrían de oler igual; mientras que moléculas de formas distintas, olerían de forma distinta. Pero esto no siempre pasa, se ha comprobado que moléculas con la misma estructura pueden oler de forma distinta. Esto significaba que tiene que haber un proceso adicional en el reconocimiento de los olores.
Realizando experimentos con la mosca de la fruta, se ha demostrado precisamente que la forma y la estructura de las moléculas odoríferas no es suficiente en el reconocimiento de los olores. Por ejemplo, sustituyendo en las moléculas receptoras, el átomo de hidrógeno por el átomo de deuterio (isótopo del hidrógeno con un neutrón y protón) y aunque las dos moléculas tienen la misma forma, el olor cambia, lo que hace sospechar otro tipo de reconocimiento en la detección de las moléculas odoríferas. De este modo surgió la teoría vibracional del olfato según la cual el olor de una molécula es determinado por su espectro vibracional, en otras palabras, tiene lugar un reconocimiento frecuencial, o sea, por frecuencias específicas.
La teoría vibracional del olfato fue propuesta por primera vez en la década de los años treinta del pasado siglo por Malcolm Dyson y elaborado por Robert H. Wright en la década de los sesenta. Dyson propuso que el sentido del olfato tenía que ver con el reconocimiento vibracional de los enlaces moleculares. Podemos oler de forma diferente moléculas de una geometría similar, pero con un espectro de frecuencias diferente.
Más tarde, en 1996, Luca Turin, biofísico y también investigador en el sector de la alta perfumería, propuso la teoría de que las vibraciones de los enlaces químicos se detecta mediante un mecanismo denominado tunelamiento inelástico de los electrones por resonancia. El término inelástico se refiere a que los electrones antes y después de realizar el efecto de tunelamiento no tienen la misma energía. La energía liberada entre una molécula donante a una molécula receptora se utiliza para excitar algunos de los enlaces químicos aumentando el estado de vibración mediante resonancia y así dar lugar a un mecanismo de reconocimiento, como una especie de huella dactilar, ya que la diferencia energética entre ambos estados igualaría la energía vibracional de la molécula odorífera.
Pero un modelo exclusivamente vibracional también se iba quedando limitado. Un ejemplo típico es el del dipenteno y del limoneno. Son compuestos que tienen la misma estructura química y el mismo espectro de absorción, y sin embargo, huelen diferente. La diferencia estriba en la ordenación espacial de las moléculas, haciendo que pueda haber moléculas quirales. La quiralidad se refiere a que la imagen de un objeto, en este caso una molécula, no corresponde a su imagen especular (no se superponen la imagen con la imagen especular). En el caso del limoneno (que huele a cítrico) el enlace C-C de la parte inferior está dirigido hacia dentro del papel, mientras que en el caso del dipenteno (con olor a trementina) el enlace estaría orientado hacia fuera. Estas moléculas tienen la misma estructura química, el mismo patrón vibracional, pero se distinguen por la orientación espacial.
R.H. Wright propuso que no solamente pueden ser quirales las moléculas odoríferas, sino también los propios receptores odoríferos, así, por ejemplo, los receptores odoríferos quirales pueden detectar las frecuencias vibracionales de los enlaces químicos solamente si los enlaces están en la posición correcta. De ahí surge una teoría emergente, llamada la de la tarjeta electrónica. Es un simil muy útil para entender un poco mejor cómo funciona la detección de los olores. Propone a nivel metafórico una especie de llave con información codificada en ella. En primer lugar, la molécula odorífera (la llave) tiene que ser estructuralmente compatible con el receptor correspondiente con el fin de encajar (cierre), y en segundo lugar, esto provoca un canal de tunelamiento electrónico inelástico entre el donante y el receptor correspondiente a la energía vibracional específica como he comentado antes, y así es detectado y olido. Así podemos establecer una analogía con el hecho de introducir una tarjeta bancaria en la ranura, teniendo en cuenta que ha de estar en la posición correcta, por lo tanto, no solo tiene que encajar la forma (modelo de llave y cierre) sino también el lado por el que introducimos la tarjeta (quiralidad molecular) para que encaje correctamente (receptores también quirales).
De este modo los modelos más recientes apuntan que en el reconocimiento de los olores intervienen tres factores: la composición y estructura del enlace químico, la vibración de los enlaces y la ordenación espacial de los componentes.
Todas estas investigaciones son muy útiles para diseñar compuestos sintéticos aromáticos basados en materiales biológicos o simplemente para acercarnos un poco más a la perfumería, los aceites esenciales o la aromaterapia que desde siempre nos han cautivado. Por ejemplo, los aceites esenciales son unos excelentes aliados para cuidar nuestra salud, belleza y bienestar. Incluso podemos crear nuestro propio botiquín con algunas esencias puras tales como la del árbol del té, lavanda, clavo, romero, algún cítrico como el limón o la mandarina, el Ylang-ylang o eucalipto entre muchas otras.
©Teresa Versyp, agosto 2021
