El Extraño Mundo De La Física Cuántica Puede Gobernar La Vida

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Las extrañas leyes de la mecánica cuántica pueden ser aprovechadas en sistemas biológicos como nuestro sentido del olfato.

NUEVA YORK - A menudo se piensa que las extrañas reglas de la física cuántica están restringidas al micromundo, pero los científicos ahora sospechan que pueden desempeñar un papel importante en la biología de la vida.

La evidencia está creciendo para la participación de la mecánica cuántica en una amplia gama de procesos biológicos, incluida la fotosíntesis, la migración de aves, el sentido del olfato y, posiblemente, el origen de la vida.

Estos y otros misterios fueron el tema de una conferencia del 1 de junio celebrada aquí en el Kaye Playhouse en el Hunter College, parte del quinto Festival anual mundial de la ciencia.

La mecánica cuántica se refiere al extraño conjunto de reglas que gobiernan el comportamiento de las partículas subatómicas, que pueden viajar a través de las paredes, comportarse como ondas y permanecer conectadas a lo largo de vastas distancias. [Impresionantes fotos de los muy pequeños]

"La mecánica cuántica es rara, esa es su característica definitoria. Es funky y extraña", dijo el ingeniero mecánico del MIT, Seth Lloyd.

Estas rarezas generalmente no afectan los objetos macroscópicos cotidianos, que se consideran demasiado calientes y húmedos para que los estados cuánticos delicados resistan. Pero parece que la naturaleza puede haber encontrado formas de aprovechar la mecánica cuántica para alimentar algunos de sus sistemas más complejos y vitales.

"La vida está hecha de átomos y los átomos se comportan de forma mecánica", dijo el cosmólogo Paul Davies, de la Universidad Estatal de Arizona. "La vida ha existido durante mucho tiempo, al menos 3.500 millones de años en este planeta, y hay mucho tiempo para aprender algunos trucos cuánticos si confiere una ventaja".

Cerebros de aves

Un área donde las pistas están implicando a la mecánica cuántica son los compases internos de las aves y otros animales migratorios. Muchas especies de aves migran miles de millas cada año para regresar no solo a la misma región, sino al mismo lugar de reproducción.

Durante siglos, los científicos han desconcertado cómo las aves podrían lograr tal proeza de navegación, asumiendo que poseen alguna capacidad para detectar la dirección basada en el campo magnético de la Tierra.

"Vemos claramente que pueden detectar el campo magnético", dijo el biofísico Thorsten Ritz, de la Universidad de California en Irvine. "Lo que no podemos hacer es decir: 'Este es el órgano magnético'".

La creciente evidencia ahora sugiere que las aves pueden confiar en el entrelazamiento cuántico: la extraña capacidad de las partículas para compartir propiedades incluso cuando están separadas, de modo que si una acción se realiza en una, la otra siente sus consecuencias.

Los científicos creen que el proceso es posible gracias a una proteína dentro de las células del ojo de las aves llamada criptocromo.

Cuando la luz verde pasa al ojo del pájaro, llega al criptocromo, lo que le da un impulso de energía a uno de los electrones de un par enredado, separándolo de su compañero. En su nueva ubicación, el electrón experimenta una magnitud ligeramente diferente del campo magnético de la Tierra, y esto altera el giro del electrón. Las aves pueden usar esta información para construir un mapa interno del campo magnético de la Tierra para determinar su posición y dirección.

"Es ciertamente muy plausible", dijo Lloyd. "Parecía un poco loco cuando lo escuché por primera vez. No tenemos evidencia experimental directa, pero tiene sentido".

La teoría obtuvo el apoyo de un experimento reciente con moscas de la fruta, que también contiene criptocromo. Cuando esta proteína de detección de luz se extrajo de las moscas de la fruta, perdieron su sensibilidad magnética y se volvieron a desmoronar.

Olfateando aromas

Otro caso donde la mecánica cuántica puede venir al rescate es el sentido del olfato. Al principio, los biólogos pensaron que comprendían el olor a través de un modelo simple: las moléculas de olor flotan en la nariz y las moléculas receptoras se unen a estas moléculas y las identifican según su forma particular.

Pero los científicos se dieron cuenta de que algunas moléculas de olor que tienen formas idénticas tienen olores completamente diferentes, debido a un pequeño cambio químico, como un átomo de hidrógeno en la molécula que es reemplazado por una versión más pesada de hidrógeno llamada deuterio. Si bien esto afecta el peso de la molécula, no cambia su forma, por lo que todavía encaja en la molécula receptora exactamente de la misma manera.

¿Cómo, entonces, pueden los sistemas olfativos sentir la diferencia? La respuesta puede estar en la capacidad de las partículas cuánticas para actuar como ondas.

"La teoría es que incluso si la forma de la molécula es la misma, porque tiene una pequeña diferencia, vibra de una manera diferente", dijo Lloyd. "Y este tipo de naturaleza de onda, que es un tipo de efecto puramente cuántico, de alguna manera este receptor es capaz de sentir esta diferencia vibratoria".

Piezas perdidas

Los físicos están investigando más y más misterios sin resolver de la biología, esperando que la mecánica cuántica proporcione la pieza faltante del rompecabezas. Incluso tienen la esperanza de que pueda arrojar luz sobre una de las preguntas más difíciles de toda la biología: ¿Cómo comenzó la vida? [7 teorías sobre el origen de la vida]

"Queremos saber '¿Cómo se convirtió la no vida en vida?'", Dijo Davies. "La vida es claramente un estado distintivo de la materia. Lo que nos gustaría saber es si esa distinción es fundamentalmente mecánica cuántica".

Pero en su entusiasmo por probar la clave cuántica en los bloqueos de la biología, algunos científicos desconfían de la exageración.

"La mecánica cuántica es extraña y misteriosa", dijo Lloyd. "Los orígenes de la vida son extraños y misteriosos. Eso no significa que todos sean lo mismo.Creo que uno debería tener cuidado al decir que todas las cosas extrañas y misteriosas tienen el mismo origen ".

Puede seguir a la escritora senior de WordsSideKick.com, Clara Moskowitz en Twitter @ClaraMoskowitz. Para más noticias científicas, sigue a WordsSideKick.com en twitter @viveza.


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