Cada vez tenemos una mejor idea sobre cómo los organismos utilizan los efectos cuánticos para sobrevivir. Un equipo de investigadores encontró una bacteria que ha desarrollado una forma inteligente de proteger sus procesos de recolección de luz de los efectos venenosos del oxígeno. Los resultados fueron publicados en PNAS.

El oxígeno es esencial para nosotros. Pero para muchas especies de microbios, la más sutil presencia de este elemento pone en riesgo de oxidación a su delicada maquinaria química. Es el caso de la bacteria Chlorobium tepidum que usa un efecto cuántico para cambiar su línea de producción de energía a una velocidad baja.

El estudio, realizado por científicos de la Universidad de Chicago y la Universidad de Washington, ha demostrado cómo la bacteria lanza una señal a su resonancia cuántica para “sintonizar” su sistema de modo que pierda energía en presencia de oxígeno. De esta manera evita que se rompa su aparato fotosintético.

El problema del oxígeno

La evidencia de que los efectos cuánticos se pueden entrelazar en los sistemas vivos se ha ido acumulando durante algún tiempo. Una investigación reciente mostró cómo las aves se aprovechan de esta estrategia para “ver” el campo magnético de nuestro planeta.

Identificar una sutil interacción cuántica en una reacción sensorial es una cosa; pero, observarlo en el centro de la supervivencia de un organismo es algo muy diferente. “Esta es la primera vez que vemos a la biología explotar activamente los efectos cuánticos”, comenta el químico Greg Engel de la Universidad de Chicago.

Como bacteria estrictamente anaeróbica, C. tepidum no debe permitir demasiado oxígeno en su interior. Lo que es útil para liberar energía de la glucosa dentro de nuestras células, termina por destruir dentro del microbio su aparato para convertir la luz en enlaces químicos.

FMO

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 la fábrica donde la energía se convierte en química.

Inicialmente se pensó que el FMO se basaba en la coherencia cuántica para hacer su trabajo, igualando la naturaleza ondulatoria de las partículas para facilitar la transferencia de electrones de manera eficiente. No obstante, estudios posteriores obligaron a repensar el papel de este fenómeno estrictamente cuántico.

Ahora se afirma que, en todo caso, la coherencia cuántica podría ralentizar todo el proceso. En esta última exploración sobre ella dentro del FMO, los investigadores están teniendo en cuenta el efecto del oxígeno en todo el sistema.

Nueva medición

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 hacia el centro de reacción.

Encontraron un par de moléculas de cisteína en el centro de la operación. Éstas actúan como un disparador al liberar un protón luego de reaccionar con cualquier oxígeno que estuviera presente. El protón perdido afectó directamente a los mecanismos cuánticos dentro del complejo FMO, alejando eficazmente la energía de las áreas que de otro modo estarían abiertas a la oxidación.

Dicho proceso nos muestra a una bacteria temporalmente privada de energía. Sin embargo, la interrupción cuántica obliga a la célula a “contener la respiración” hasta que pueda estar libre de los efectos tóxicos del oxígeno.

El descubrimiento es importante y nos plantea si el mecanismo podría encontrarse en otros organismos. Finalmente, el proceso es tan elegante y simple que da para pensar.