¿Que tan lejanos son para ti la Biologia y la Fisica de partículas?
Si esa fisica que habla de gatos vivos y muertos, la fisica de Einstein y Planck, de Bohr y Heisenberg, de Feynman y de de Broglie y tambien de SchrÖdinger, ¿esa fisica que tiene que ver con la biologia, la ciencia que describe la vida?.
Si reflexionamos un poco, bueno la vida conocida por el hombre esta echa de sistemas moleculares, y las moléculas están compuestas de partículas que es exactamente lo que describe la fisica quantica, sin embargo no vamos por el mundo desapareciendo y apareciendo de un lado a otro, como hacen los electrones.
Los efectos de la cuántica se aprecian mejor a escalas muy pequeñas, sin embargo la mecánica cuántica tiene un limite, lo que se le denomina limite clásico de la mecánica cuántica este principio en si dice que conforme las cosas se hacen mas grandes, la mecánica cuántica al aplicarla a estos nos dará los mismos resultados que la mecánica clásica, sin embargo esto no implica que los fenómenos cuánticos ya no se presenten.
Un articulo que presenta de manera corta y clara las implicaciones que tendría dentro del desarrollo tecnologico la investigación en esta nueva rama es The Dawn of Quantum Biology donde el autor enuncia "La biologia conoce algunos trucos que nosotros no", refiriendose a estos efectos de la cuántica que la naturaleza parece utilizar en sus procesos pero que los humanos no hemos sido capaces de simular...
Esta idea no es reciente, de echo hace ya tiempo el famoso Fisico y premio nobel, Schrödinger, en un libro que recoge varios discursos de el mismo, titulado, Que es la vida? (E. Schrödinger, 1964,What its life?), hablo sobre las posibles implicaciones de la fisica quantica en el mundo biológico y sugirió su estudio, sin embargo esto no fue mas alla, tal vez debido al poco poder de computo por esas fechas, sin embargo las cosas han cambiado y hoy en dia es mas facil realizar el computo de las ecuaciones de la mecánica cuántica aplicados a sistemas de moleculares grandes. Otro contemporaneo de Schrödinger del que tengo noticia incursiono en los efectos de la cuántica en la biologia fue Per-Olov Löwdin, quien en 1963 después de dos años de incursionar en la Biofisica propuso la tunelización de protones en el ADN.
Para los curiosos, What its life?, tuvo un gran impacto en el desarrollo biologico posterior a su publicación, así que vale la pena leerle.
La Biologia Cuántica Hoy en día.
Fotosíntesis.
La fotosíntesis es la reacción bioquímica mas importante en este planeta, las plantas captan la energia proveniente del sol en forma de fotones y la transforman en energia química que los demás seres si pueden aprovechar. Aun así esta reacción aun da para investigación hoy en dia, ¿Por que?, por que esta reacción es muy eficiente (cerca del 100% de los fotones que se absorben se transforman en energia química).
Así en estos sistemas se ha encontrado que la coherencia cuántica (donde grandes masas de partículas pueden entrar en estados de excitación unitaria, es decir todas las particulas del sistema se acoplan en un mismo estado) les gobierna, permitiendo explicar así la alta eficiencia de las plantas al realizar la fotosíntesis.
La coherencia cuántica podría jugar un papel importante en esta reacción, cuando un foton llega a la antena este se convierte en energia en forma de excitación electronica, la cual se transfiera al centro de reacción BChl-a a traves de uno o varios complejos FMO, una vez que entra en el centro de la reacción el proceso es irreversible y comienza la separación de cargas para convertirse en energia química. La coherencia cuántica juega su rol dirigiendo la reacción a donde tiene que ir, evitando los minimos locales en los complejos FMO y dirigiendo las excitaciones al centro de reacción.
Navegación de las aves.
La magnetorecepción es la habilidad de algunas especies migratorias para navegar usando el campo magnetico de la tierra. El mecanismo preciso usado, varia de animal a animal, algunas bacterias usan magnetita la cual es un complejo mineral con propiedades magnéticas, sin embargo algunas aves usan otro mecanismo. Los fotones llegan al citocromo en la membrana de la retina, estos a su ves funcionan como magnetoreceptores, la luz genera pares de radicales de flavina-triptofano cuyos rendimientos de reacción están determinados por la orientación de la molécula en el campo magnetico local y como el campo magnetico varia dependiendo del lugar donde se encuentre el ave se generan distintas concentraciones lac cuales se pueden comprar a lo largo de la retina y generar un patron que imita el campo magnetico, esto ha sido confirmado para el Robin Europeo y basicamente con este mecanismo las aves pueden ver las lineas magnéticas de la tierra.
Mutación y ADN.
El ADN como lo conocemos hoy en dia esta formado en casi todos los organismos por 4 bases nitrogenadas A (Adenina) G (Guanica) T (Timina) & C (Citosina) y en algunos organismos T se encuentra sustituida por U (Uracilo) y algunas veces por J (Base J). El ADN tambien presenta alteraciones en su código (mutaciones), estas mutaciones se presentan por varios factores y tambien se presenta de manera casual, al azar.
Pero realmente son al azar y por que ocurre, esa respuesta la intenta dar la biologia cuántica desde otro fenomeno la tunelización de protones dentro del ADN, la cual se resume en que un proton o mas cambian su posición desde una posición favorable hacia otra mas favorable de forma espontánea, transforma una base normal en su forma tautomerica y esta forma solo puede formar un par con una base diferente que el par normal, lo que con el tiempo lleva a mutaciones.
Extras.
Como final agrego un video en ingles que explica muy bien las implicaciones y posibilidades de la biologia cuántica, presentado por el famoso fisico Jim Al-Khalili y una lista de reproducción sobre Biologia Cuántica.
