El oxígeno es vida para animales como nosotros. Pero para muchas especies de microbios, el más mínimo olor a elemento altamente reactivo pone su delicada maquinaria química en riesgo de oxidarse.
La bacteria fotosintetizadora Clorobio ha desarrollado una forma inteligente de proteger sus procesos de recolección de luz de los efectos venenosos del oxígeno, utilizando un efecto cuántico para cambiar su línea de producción de energía a una velocidad baja.
Un estudio realizado por científicos de la Universidad de Chicago y la Universidad de Washington en St. Louis ha demostrado cómo la bacteria lanza una llave a su resonancia cuántica para ‘sintonizar’ su sistema de modo que pierda energía en presencia de oxígeno, evitando que se rompa. su aparato fotosintético.
Nuestra experiencia cotidiana de la realidad sólida parece estar a un millón de millas del paisaje fantasma de los efectos cuánticos, donde la naturaleza de un objeto es una mancha de posibilidad hasta que una observación los fija en su lugar.
Lejos de que las esferas sólidas hagan clic entre sí, las partículas que forman nuestros átomos y moléculas resuenan con la posibilidad, negándose a asentarse hasta que los dados del azar se apilan lo suficiente como para que una reacción particular se vuelva inevitable.
Si bien esto está claro, quedan dudas sobre la frecuencia con la que algo tan complejo como un sistema vivo explota activamente las características más finas de la mecánica cuántica en nombre de la supervivencia.
«Antes de este estudio, la comunidad científica vio firmas cuánticas generadas en sistemas biológicos y se hizo la pregunta: ¿Estos resultados eran solo una consecuencia de la biología construida a partir de moléculas, o tenían un propósito?» explica El químico Greg Engel de la Universidad de Chicago.
La evidencia de que los efectos cuánticos se pueden entrelazar en los sistemas vivos se ha ido acumulando durante algún tiempo.
Un estudio reciente mostró cómo los cambios en un campo magnético influyen en el giro de un electrón en proteínas sensibles a la luz llamadas criptocromos, un fenómeno que podría explicar cómo algunos animales pueden detectar la magnetosfera de nuestro planeta.
Sin embargo, identificar un empujón sutil de influencia cuántica en una reacción sensorial es una cosa. Observarlo en el centro de la supervivencia de un organismo es otra cosa.
«Esta es la primera vez que vemos a la biología explotando activamente los efectos cuánticos». dice Engel.
Como bacteria estrictamente anaeróbica, C. tibio; no está interesado en que el oxígeno corra desenfrenado por sus entrañas. Lo que es útil para liberar energía de la glucosa dentro de nuestras células destruye el aparato para convertir la luz en enlaces químicos dentro del microbio.
La clave de esta cadena de reacciones transformadoras es un grupo de proteínas y pigmentos llamado Complejo Fenna-Matthews-Olson (FMO). Actúa como un mediador entre los componentes de captación de luz del sistema y el piso de la fábrica donde la energía se convierte en química.
Fue inicialmente pensado en el que se basa FMO coherencia cuántica para hacer su trabajo, igualando la naturaleza ondulatoria de las partículas para facilitar la transferencia de electrones de manera eficiente.
Estudios posteriores obligaron a repensar el papel de este fenómeno estrictamente cuántico en la operación FMO, alegando que, en todo caso, la coherencia cuántica podría ralentizar todo el proceso.
En esta última exploración de la coherencia cuántica dentro de FMO, los investigadores están teniendo en cuenta el efecto que el oxígeno podría tener en todo el sistema.
Usando una técnica de espectroscopia láser ultrarrápida para capturar detalles sobre la actividad del complejo, el equipo mostró cómo la presencia de oxígeno podría cambiar la forma en que la energía se ‘dirigía’ desde los componentes que captan la luz a la reacción. centrar.
Encontraron un par de moléculas de cisteína en el centro de la operación, actuando como un disparador al liberar un protón cada vez que reaccionaban con cualquier oxígeno que estuviera presente.
Este protón perdido afectó directamente a los mecanismos cuánticos dentro del complejo FMO, barajando efectivamente la energía de las áreas que de otro modo estarían abiertas a la oxidación.
Si bien significa que la bacteria está temporalmente privada de energía, la interrupción cuántica obliga a la célula a contener la respiración hasta que pueda estar libre de los efectos tóxicos del oxígeno.
«La simplicidad del mecanismo sugiere que podría encontrarse en otros organismos fotosintéticos a lo largo del paisaje evolutivo». dice el autor principal Jake Higgins, estudiante de posgrado en la los Departamento de Química de la Universidad de Chicago.
«Si más organismos son capaces de modular dinámicamente los acoplamientos de la mecánica cuántica en sus moléculas para producir cambios más grandes en la fisiología, podría haber un conjunto completamente nuevo de efectos seleccionados por la naturaleza que aún no conocemos».
Podría haber todo un mundo de biología cuántica esperando ser descubierto.
Esta investigación fue publicada en PNAS.
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