A mediados del siglo pasado, el físico austriaco Erwin Schrödinger fue el primero en intentar explicar el fenómeno de la vida utilizando la mecánica cuántica. Ahora se han acumulado suficientes datos para construir hipótesis sobre cómo surgen los efectos cuánticos en el cuerpo y por qué son necesarios allí. RIA Novosti habla sobre los últimos avances en biología cuántica.
El gato de Schrödinger está bastante vivo
En su libro ¿Qué es la vida desde el punto de vista de la física ?, publicado en 1945, Schrödinger describe el mecanismo de la herencia, mutaciones a nivel de átomos y moléculas a través de la mecánica cuántica. Esto contribuyó al descubrimiento de la estructura del ADN y empujó a los biólogos a crear su propia teoría basada en principios físicos estrictos y datos experimentales. Sin embargo, la mecánica cuántica todavía está fuera de su alcance.
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Sin embargo, la dirección cuántica en biología continúa desarrollándose. Sus seguidores buscan activamente efectos cuánticos en las reacciones de la fotosíntesis, el mecanismo físico del olfato y la capacidad de las aves para detectar el campo magnético de la Tierra.
Fotosíntesis
Las plantas, las algas y muchas bacterias obtienen su energía directamente de la luz solar. Para ello, disponen de una especie de antenas en las membranas celulares (complejos captadores de luz). A partir de ahí, un cuanto de luz ingresa al centro de reacción dentro de la célula y comienza una cascada de procesos que finalmente sintetizan la molécula de ATP, el combustible universal en el cuerpo.
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Los científicos prestan atención al hecho de que la transformación de los cuantos de luz es muy eficiente: todos los fotones caen de las antenas al centro de reacción que consta de proteínas. Hay muchos caminos que conducen allí, pero ¿cómo eligen los fotones el mejor? ¿Quizás usan todos los caminos a la vez? Esto significa que es necesario admitir la superposición de diferentes estados de fotones entre sí: superposición cuántica.
Se han realizado experimentos con sistemas vivos en tubos de ensayo, excitados por un láser, para observar la superposición cuántica e incluso algún tipo de "bit cuántico", pero los resultados son inconsistentes.
Efectos cuánticos en biología / Ilustración de RIA Novosti / Alina Polyanina, Depositphotos.
Brújula de pájaro
Un pájaro llamado "chal pequeño" hace un vuelo sin escalas desde Alaska a Nueva Zelanda a través del Océano Pacífico: 11 mil kilómetros. El más mínimo error en la dirección le costaría la vida.
Se ha establecido que las aves se guían por el campo magnético terrestre. Algunas especies migratorias que cantan perciben la dirección del campo magnético dentro de los cinco grados.
Para explicar las habilidades de navegación únicas, los científicos plantearon una hipótesis sobre la brújula de un pájaro incorporada, que está compuesta de partículas de magnetita en el cuerpo.
Según otro punto de vista, en la retina del ojo de pájaro hay proteínas receptoras especiales que se activan con la luz solar. Los fotones eliminan los electrones de las moléculas de proteínas, convirtiéndolos en radicales libres. Aquellos adquieren una carga y, como los imanes, reaccionan a un campo magnético. Su cambio es capaz de cambiar un par de radicales entre dos estados que existen como si fueran simultáneamente. Se supone que los pájaros perciben la diferencia en estos "saltos cuánticos" y corrigen su curso.
Oler
Una persona distingue miles de olores, pero los mecanismos físicos del olfato no se conocen por completo. Una vez en la membrana mucosa, una molécula de una sustancia olorosa se encuentra con una molécula de proteína que de alguna manera la reconoce y envía una señal a las células nerviosas.
Hay aproximadamente 390 tipos de receptores olfativos humanos que combinan y perciben todos los posibles olores. Se cree que la sustancia olorosa abre la cerradura del receptor como una llave. Sin embargo, la molécula de olor no cambia químicamente. ¿Cómo lo reconoce el receptor? Aparentemente, siente algo más en esta molécula.
Los científicos han sugerido que los electrones hacen un túnel (atraviesan barreras de energía sin energía adicional) a través de moléculas de olor y transportan algún código de información a los receptores. Los intentos de los experimentos correspondientes con moscas de la fruta y abejas aún no han dado resultados inteligibles.
“El comportamiento de cualquier sistema complejo, en particular una célula viva, está determinado por procesos microscópicos (química), y tales procesos solo pueden describirse mediante la mecánica cuántica. Simplemente no tenemos otra alternativa. Otra pregunta es qué tan efectiva es esta descripción hoy. La mecánica cuántica de sistemas complejos, esto se llama informática cuántica, está todavía en su infancia”, comenta Yuri Ozhigov a RIA Novosti, un empleado del Departamento de Supercomputadoras e Informática Cuántica de la Facultad de Matemática Computacional y Cibernética de la Universidad Estatal Lomonosov de Moscú.
El profesor cree que el progreso en la biología cuántica se ve obstaculizado por el hecho de que los dispositivos físicos modernos están afilados para objetos inanimados, es problemático realizar experimentos en sistemas vivos con su ayuda.
“Espero que sean dificultades temporales”, concluye.
Tatiana Pichugina
