Mecánica cuántica en sistemas biológicos
La biología cuántica puede considerarse como
la evolución natural de la biofísica, esa rama que estudia el comportamiento y
la dinámica de las moléculas y estructuras más elementales de los seres vivos
(Ej.: el plegamiento de las proteínas, la elasticidad del ADN, la fuerza protón
motora, las cadenas transportadora de electrones, la fluidez de la membrana
celular, la naturaleza de los impulsos eléctricos, la percepción de los
colores, etc.).
Brújula biológica
Un ejemplo del efecto cuántico en los
sistemas biológicos se da en el sistema de navegación de ciertas aves, tortugas
y hasta en la mosca de la fruta (magnetorrecepción). Los criptocromos son unos
fotorreceptores que capturan la luz de longitudes de onda que van de 380 a
450nm (entre la UV y la azul). Por un mecanismo aún desconocido, cada vez que
un fotón de esta longitud de onda golpea los criptocromos se genera un par de
electrones con espines (momento angular o rotación) entrelazados, una propiedad
típica de la mecánica cuántica.
Fotosíntesis cuántica
En
el 2007, se descubrieron los primeros indicios del efecto cuántico en la
fotosíntesis. Cuando dispararon brevísimos pulsos de rayos láser al complejo
Fenna-Matthews-Olson (FMO) —un proteína presente en bacterias verdes del azufre
como Chlorobium tepidum que se encarga de recolectar la energía de los fotones
de luz y transferirlos a los centros de reacción fotosintética— se observó que
la energía se transfería por coherencia cuántica.
Se dice que es una evolución natural porque
la biofísica actual aún se basa en los principios establecidos por la mecánica
newtoniana, algo que como vimos párrafos atrás ya no puede ser aplicado a un
nivel tan elemental como es el mundo de las moléculas y los átomos.
Sentido del olfato
Nadie
podía explicar cómo podemos ser capaces de reconocer miles de olores diferentes
con menos de 400 receptores olfatorios. ¿Será que la mecánica cuántica vuelva a
tener la respuesta?. De manera sencilla, la principal teoría que explica cómo
olemos nos dice que cada molécula o parte de ella (odotipos) es reconocida en
base a su forma (disposición de sus átomos) por un receptor en particular,
formando un mecanismo del tipo ‘llave-cerradura’. La combinación de receptores
activados genera un determinado olor.
Lamentablemente
esta hipótesis ‘colapsa’ cuando se le pregunta: ¿por qué diferentes moléculas
pueden tener el mismo olor o moléculas similares pueden tener olores
diferentes?. Un pequeño grupo de ‘herejes’ piensan que el olor no depende de la
forma de la molécula sino de la vibración de sus enlaces, un fenómeno explicado
por la mecánica cuántica.
Esta
teoría de las vibraciones fue introducido allá por 1930 pero fue reforzada
experimentalmente por Luca Turín en 1996. De manera sencilla dice que la
vibración de las moléculas se empalman con los estados de energía de los
electrones de los receptores olfatorios a través de un fenómeno conocido como
túnel de electrón inelástico. La energía cinética del electrón no es lo
suficiente como para atravesar un determinado estado de energía, así que excava
un ‘túnel’ a través de él permitiendo activar el receptor olfatorio.
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