Investigaciones cuánticas en el campo biológico
Durante los últimos años algunos estudios dentro del campo de la biología cuántica están revelando interesantes conclusiones; entre ellas la existencia de estados de coherencia cuántica en algunos fenómenos biológicos tales como la fotosíntesis, la orientación de las aves a través del campo magnético terrestre, incluso en nuestro cerebro, concretamente en los microtúbulos de las neuronas. Con anterioridad a estos estudios, se pensaba que eran imposibles estos estados de coherencia cuántica en ambientes de temperatura relativamente elevadas. Asimismo el tiempo de persistencia de dichos estados coherentes podría llegar al orden del picosegundo (10-12seg), bastante mayor a lo que se pensaba inicialmente. Las investigaciones dentro del estudio de la materia viva también están arrojando claves importantísimas de cómo funcionan mecanismos básicos asociados a la conciencia.
Un estado de coherencia cuántica implica que los sistemas pueden existir simultáneamente en una superposición de diferentes estados cuánticos, y que estos entran en una interacción y comunicación instantáneas de acuerdo con la no-localidad cuántica, o sea, en una sintonización exacta, al momento, explorando todos los caminos posibles.
Structure of the Fenna–Matthews–Olson pigment–protein complex that is found in green sulphur bacteria. (Courtesy: Daniel Cole, Cambridge)
Particularmente siempre me ha fascinado cómo las plantas a partir de la energía de la luz pueden convertir esta en energía química y de ahí proceder a la elaboración de complejos orgánicos, y crecer de manera tan espectacular, en bonitas formas y colores.
Al respecto, he traducido algunos fragmentos del artículo titulado Proteins boost Quantum Coherence in Bacteria, y cuya versión íntegra inglesa pueden encontrar más abajo.
Proteínas estimulan la coherencia cuántica en bacterias
Una teoría nueva de cómo la fotosíntesis implica coherencia cuántica ha sido sugerida por científicos en Gran Bretaña, Alemania y España. El último estudio está basado en el estudio de organismos que viven muy profundamente debajo del mar y que son capaces de convertir la luz solar en energía. El estudio sugiere que las vibraciones moleculares no destruyen la coherencia – tal como se pensaba anteriormente – sino que más bien perpetúan y pueden regenerar coherencia. El descubrimiento confiere un entendimiento mejor de cómo el 99% de la energía de la luz absorbida por las células fotosintéticas es transferida exitosamente a lugares en las células donde la energía eléctrica es convertida en energía química. El estudio nos abre la posibilidad de utilizar diseños inspirados en la naturaleza para dispositivos cuánticos.
Hasta hace muy poco, los sistemas vivos eran considerados demasiado “húmedos y calientes” para poder manifestar propiedades cuánticas tales como el entrelazamiento y la coherencia El problema es que estas propiedades decaen rápidamente a causa de interacciones aleatorias con cosas del mundo exterior, como las moléculas vibrantes. Sin embargo, a lo largo de la década pasada los físicos comenzaron a sospechar que las propiedades cuánticas juegan un papel importante en los procesos bioquímicos, incluido la fotosíntesis.
Este último trabajo ha sido llevado a cabo por Alex Chin (ahora en la Universidad de Cambridge) y sus colegas en el Instituto de Física Teórica en Ulm y la Universidad Técnica de Cartagena. El equipo ha estudiado unas bacterias verdes del azufre, que viven a 2000 metros bajo la superficie del océano. Ahí la luz solar es tan débil que no se pueden permitir la pérdida de un solo fotón, de hecho, y aproximadamnte el 100% de la luz que ellas absorben es transformada en comida
Cuando la luz solar llega a la superficie de la planta, la energía es transferida mediante cadenas de pigmentos al centro de reacción, donde es convertida en energía química. Estos pigmentos son sostenidos en su sitio por proteínas, los cuales juntos forman complejos proteínicos de pigmentos o PPCs. Los PPCs actúan con eficacia como pasadizos y la propia energía viaja en la forma de estados moleculares excitados, o excitones. Estos excitones son capaces de moverse a lo largo de los PPCs saltando de una molécula a la siguiente.
En 2007 Graham Fleming y sus colegas en Estados Unidos demostraron que estos excitones presentan coherencia cuántica, lo que significa que los excitones pueden existir simultáneamente en una superposición de varios estados cuánticos con diferentes probabilidades. La coherencia también comporta que el exciton explore diferentes caminos hacia el centro de reacción simultáneamente, utilizando finalmente el más rápido y eficaz. Tal como es demostrado en células fotovoltaicas, cuanto más tiempo dure este viaje, más posibilidad hay de que la energía se disipe antes de llegar a su destino.
Las proteínas en los PPCs, que confieren soporte estructural a las moléculas de pigmentos, son los que ayudan a que los estados energéticos de los excitones sobrevivan lo suficiente para asegurar la transformación de casi el 100% de la energía fotónica que los organismos absorben.
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