Probablemente hayan visto recientemente la nueva serie Star Trek: Discovery, en cuya temática se muestra un dispositivo que emplea un propulsor de esporas para el desplazamiento de la nave, mezclando la biología y la cuántica. ¿Es esto posible?
Si estuviéramos diseñando la vida desde cero, probablemente desearíamos evitar los caprichos de la teoría cuántica. Las partículas cuánticas como los átomos y los electrones hacen cosas extrañas, pueden estar en dos lugares diferentes a la vez o verse afectados por las mediciones realizadas. Se extienden como ondas fantasmales, atraviesan barreras impenetrables e incluso poseen conexiones instantáneas que se extienden a través de vastas distancias. Su formulación matemática se completó en la década de 1920 y nos ha dado una idea notablemente completa del mundo de los átomos y sus componentes aún más pequeños.
Por ejemplo, la capacidad de la mecánica cuántica para describir la forma en que los electrones se organizan dentro de los átomos sustenta la totalidad de la química, la ciencia de los materiales y la electrónica, y está en el corazón de los recientes avances tecnológicos. Sin el éxito de las ecuaciones de la mecánica cuántica al describir cómo los electrones se mueven a través de materiales como los semiconductores, no habríamos desarrollado el transistor de silicio y, más tarde, el microchip y la computadora. Sin embargo, fue inesperado que los efectos cuánticos jugaran algún papel dentro del cálido, húmedo y desordenado mundo de las células vivas. ¿Pero qué tiene que ver esta ciencia con las plantas, las aves migratorias y el olor?
Eso también se lo preguntó el físico Erwin Schrödinger, quien sugirió en su libro, What is Life?, que la vida tenía que construirse a una escala que evitara todos los extraños efectos cuánticos. Pero Schrödinger estaba equivocado. Las plantas, por ejemplo, usan la teoría cuántica para recolectar energía del sol. Los experimentos realizados con algas han demostrado que pueden canalizar la energía del sol usando la “superposición”, en la que la energía viaja a través del organismo usando muchos caminos a la vez.
Este truco busca simultáneamente todos los caminos posibles, y encuentra la ruta más rápida, siendo más eficiente. Eso significa que la energía llega al centro de almacenamiento de la planta antes que se disipe. Mientras, las enzimas son los caballos de batalla de la vida. Aceleran las reacciones químicas para que los procesos que de otro modo tardarían miles de años transcurran en segundos dentro de las células vivas.
Los experimentos en las últimas décadas, han demostrado que las enzimas hacen uso de un truco notable llamado “efecto túnel” para acelerar estas reacciones. Esencialmente, la enzima “alienta” a los electrones a desaparecer de una posición en una biomolécula e instantáneamente volver a materializarse en otra, sin pasar por el espacio intermedio, una especie de “teletransportación cuántica”. Las enzimas han creado cada biomolécula en las células y en cada célula de cada criatura viviente del planeta, por lo que son ingredientes esenciales de la vida, se sumergen en el mundo cuántico para ayudarnos a mantenernos vivos. Y antes que levanten las manos con incredulidad, debe destacarse que el «efecto túnel» es un proceso muy familiar en el mundo subatómico y es responsable de procesos tales como la desintegración radiactiva de los átomos e incluso la razón por la que brilla el sol.
También hay indicios de que el olfato es un sentido cuántico. Nuestras narices parecen detectar las frecuencias de vibración de los enlaces entre los átomos en las moléculas. Esas frecuencias determinan si un receptor de olor está encendido y envía una señal al cerebro. La mejor explicación para las observaciones experimentales involucra a un electrón que usa el «efecto túnel» a través de una barrera aparentemente impenetrable. Esencialmente, toma prestada energía del universo para saltar a través de un espacio vacío en los receptores de olores y desencadenar el sentido del olfato en el cerebro.
Un artículo publicado en Plos One esta semana, explica que somos capaces de diferenciar dos moléculas de idéntica forma pero con diferentes vibraciones.
Por otra parte, Jim Al-Khalili, está investigando la posibilidad de que el «efecto túnel» se produzca durante mutaciones en nuestro ADN, una pregunta que puede ser relevante para comprender la evolución de la vida misma o para la lucha contra el cáncer. Si descubrimos que el efecto túnel está presente en las mutaciones, existe la posibilidad de que la física cuántica pueda explicar por qué una célula se vuelve cancerosa.
Luego está el truco de navegación que las aves usan en la migración. Cada año, más o menos en esta época, miles de Tigüi-Tigüe Grande (Tringa melanoleuca) escapan del inminente invierno en el hemisferio norte y se dirigen a las cálidas costas venezolanas. ¿Cómo encuentran su camino infaliblemente en este viaje de 3.000 kilómetros? Es una de las verdaderas maravillas del mundo natural. Se encuentran entre un grupo selecto de animales que usan un notable sentido de navegación, notable por dos razones: La primera es que son capaces de detectar pequeñas variaciones en la dirección del campo magnético de la Tierra, asombroso en sí mismo, dado que este campo magnético es 100 veces más débil que un imán de nevera. El segundo es que los Tigüi-Tigüe parecen ser capaces de “ver” el campo magnético de la Tierra a través de un proceso que Albert Einstein denominó como “espeluznante”.
En los últimos años, el Tigüi-Tigüe, y su cuántico “sexto sentido”, ha surgido como un nuevo campo de investigación, uno que reúne al mundo viviente maravillosamente complejo y desordenado y el etéreo pero extrañamente ordenado mundo de los átomos y partículas elementales, en una colisión de disciplinas que es tan sorprendente e inesperado como emocionante. ¡Bienvenidos todos a la biología cuántica! Aunque es una disciplina tentativa y especulativa, de continuar creciendo, podría revolucionar el desarrollo de nuevos medicamentos, computadoras y perfumes o incluso contribuir a la lucha contra el cáncer.
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