Aunque suene esotérico, la biología cuántica es una verdadera rama de la ciencia. El ejemplo más común de ésta es cómo las aves migratorias logran “ver” el campo magnético de nuestro planeta. Ahora, por primera vez, los científicos han observado directamente una reacción que está detrás de ese poder. Los detalles fueron publicados en PNAS.
La investigación es la primera evidencia que la física cuántica afecta directamente una reacción bioquímica en una célula. Usando un microscopio hecho a medida sensible a débiles destellos de luz, el equipo de la Universidad de Tokio observó cómo un cultivo de células humanas que contenía un material especial sensible a la luz respondía dinámicamente a los cambios en un campo magnético.
El cambio observado en el laboratorio coincide exactamente con lo que se esperaría si un efecto cuántico peculiar fuera responsable de la reacción iluminadora. “Creemos que tenemos pruebas extremadamente sólidas de que hemos observado un proceso puramente mecánico cuántico que afecta la actividad química a nivel celular”, dice el biofísico Jonathan Woodward.
Criptocromos
Aún no está claro cómo las células son capaces de responder a los campos magnéticos. Si bien existen varias hipótesis, muchos investigadores creen que la habilidad se debe a una reacción cuántica única que involucra fotorreceptores llamados criptocromos.
Los criptocromos se encuentran en las células de muchas especies y participan en la regulación de los ritmos circadianos. En aves migratorias, perros y otras especies, están vinculados a la misteriosa capacidad de detectar campos magnéticos. De hecho, aunque la mayoría de nosotros no podemos ver los campos magnéticos, nuestras propias células definitivamente contienen criptocromos.
Para ver la reacción dentro de los criptocromos en acción, los investigadores bañaron un cultivo de células humanas que contenían criptocromos en luz azul. Esto hizo que tuvieran una fluorescencia débil. Mientras brillaban, el equipo barrió campos magnéticos de varias frecuencias repetidamente sobre las células.
Descubrieron que, cada vez que el campo magnético pasaba sobre las células, su fluorescencia bajaba un 3.5%, lo suficiente como para mostrar una reacción directa. La hipótesis dice que el espín, una propiedad innata de los electrones, ayuda a explicar cómo el campo magnético afecta a un fotorreceptor.
Entrelazamiento
La ciencia ya conoce que los campos magnéticos afectan significativamente el espín. Si uno acomoda los electrones de la manera correcta alrededor de un átomo y reúne suficientes de ellos en un solo lugar, la masa de material resultante se puede mover utilizando nada más que un campo magnético débil como el que rodea nuestro planeta.
Pero observar esto en el pequeño cráneo de un ave es bastante difícil. En 1975, un investigador del Instituto Max Planck llamado Klaus Schulten desarrolló una teoría sobre cómo los campos magnéticos podrían influir en las reacciones químicas. Implicaba algo llamado par radical.
Un radical común y corriente es un electrón en la capa exterior de un átomo que no está asociado con un segundo electrón. A veces, estos solitarios electrones pueden adoptar un socio en otro átomo para formar un par de radicales. Los dos permanecen sin emparejar, pero gracias a una historia compartida se entrelazan.
En términos cuánticos, esto significa que sus giros se corresponderán de manera inquietante sin importar cuán separados estén. Dado que esta correlación no se puede explicar por las conexiones físicas en curso, es puramente una actividad cuántica.
Dentro de una célula viva, ese entrelazamiento será fugaz. Pero incluso estos espines brevemente correlacionados deberían durar lo suficiente para hacer una diferencia sutil en la forma en que se comportan sus respectivos átomos padres.
En este experimento, cuando el campo magnético pasó sobre las células, la correspondiente caída de la fluorescencia sugirió que la generación de pares de radicales se vio afectada. Por supuesto, faltan más investigaciones para entender mejor el fenómeno. Pero este avance, ya es por sí mismo emocionante.