Encuentran una mutación que bloquea el sistema de coherencia cuántica en la fotosíntesis.
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Se van acumulando las pruebas del uso de propiedades cuánticas en seres vivos. Tanto es así que ya se ha acuñado un nuevo término: Biología Cuántica. Hasta ahora se creía que los seres vivos eran demasiado húmedos y calientes como para poder mantener la coherencia cuántica, así que se descartaba que esto pudiera darse. Cuando los físicos realizan experimentos de laboratorio sobre entrelazamiento cuántico, u otros que exploran las extrañas propiedades de la Mecánica Cuántica, se usan temperaturas cercanas al cero absoluto y sistemas muy aislados del entorno, pues cualquier pequeña perturbación puede dar lugar a la decoherencia.
En un sistema cuántico coherente las funciones de onda pueden existir en distintos estados cuánticos a la vez, lo que se denomina superposición. Algo que no tiene análogo en el mundo clásico macroscópico. Mantener esta superposición en el laboratorio es muy difícil, pues si se realiza una medida o el sistema interacciona con el medio la función de onda colapsa a un único estado.
En estas mismas páginas hemos cubierto algunos casos biológicos en los que se dan fenómenos cuánticos complejos. Así por ejemplo, el sistema de navegación magnético de algunos pájaros parece depender de este tipo de fenómenos. También la fotosíntesis de algunos microorganismos.
La sorpresa apareció en 2010 cuando Gregory Scholes (University of Toronto) descubrió que la transferencia de energía entre moléculas del sistema de recolección de luz fotosintético de las algas cryptophyte era coherente. Este tipo de alga vive en condiciones de muy baja luminosidad. El mismo fenómeno se encontró en las bacterias verdes del azufre, que también viven en niveles bajos de luz.
Ahora, unos científicos australianos de UNSW han descubierto una excepción dentro de las cryptophyte a la coherencia cuántica.
Presumiblemente, las algas del grupo cryptophytes consiguen mantener la coherencia cuántica porque eso favorece la conversión de los escasos fotones solares que le llegan en energía, aunque este punto no está demostrado totalmente todavía.
Una vez que la proteína recolectora de luz captura fotones del sol se necesita transferir esa energía al centro de reacción lo más rápidamente posible. Allí, esa energía es convertida en energía química para que se pueda dar la fotosíntesis. La manera en la que la energía llega allí es normalmente un tanto desordenada, lo que produce pérdidas de energía. Sin embargo, en estos microorganismos la coherencia cuántica permite que se exploren todos los caminos a la vez antes de que la energía viaje de manera efectiva por el camino más corto. Lo que permite a estos seres tener una fotosíntesis más eficaz y vivir en condiciones de casi oscuridad.
Los ejemplares del grupo de las cryptophyte viven en el fondo de cuerpos de agua bajo una gruesa capa de hielo. La mayoría de las algas de este grupo usan mecanismos de coherencia cuántica. Pero estos investigadores han encontrado una clase de cryptophyte en donde este mecanismo está apagado debido a una mutación que altera la forma de la proteína que recolecta la luz del sol. Esto permite descubrir el papel de la coherencia cuántica en la fotosíntesis mediante un estudio comparativo de distintos organismos.
Los investigadores implicados han usado la cristalografía de rayos X para estudiar la estructura de las proteínas recolectoras de luz de tres especies distintas de cryptophyte. Encontraron que en dos de esas especies se daba una mutación genética que daba lugar a la inserción de un aminoácido extra que cambiaba la estructura terciaria (su forma, su plegamiento) de una proteína, lo que destruía la coherencia cuántica.
Según los investigadores esto demostraría que cryptophyte ha evolucionado hasta obtener un sistema de interruptor genético que controla la coherencia y que cambia cómo la luz es captada.
El próximo paso a dar será comparar la biología de las distintas especies de cryptophyte, sus nichos y diferentes ambientes en donde habita para saber así la posible conexión con el sistema de coherencia cuántica y como este incrementa o no, según estas circunstancias, la supervivencia.
Si se lograra desentrañar todo el mecanismo que cryptophyte usa quizás se pueda trasladar a alguna aplicación tecnológica que proporcione avances comerciales, como a células solares más eficientes o a dispositivos de electrónica cuántica.
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Fuentes y referencias:
Artículo original. [2]
Foto: CSIRO.