¿Qué tiene que ver la física cuántica con la respiración? La explicación, en el libro ‘Biología cuántica’

Este es el número 105 de la colección de divulgación ‘¿Qué sabemos de?’, editada por el CSIC y Los Libros de la Catarata

Fecha de noticia: 
Tuesday, 9 July, 2019

 

En el mundo de lo muy pequeño, el comportamiento de la naturaleza desafía a la física clásica y al sentido común. La mecánica cuántica da cuenta de fenómenos desconcertantes, como que los entes microscópicos –un electrón, por ejemplo– pueden encontrarse en varios estados a la vez (superposición de estados) o atravesar obstáculos infranqueables para un objeto macroscópico (efecto túnel).

En su libro Biología cuántica, el investigador del CSIC Salvador Miret describe los efectos cuánticos que podrían explicar procesos vitales tan variopintos como la fotosíntesis, la respiración, la genética y la epigenética, la migración aviar o el olfato. “Aunque los mecanismos cuánticos que subyacen a estos procesos vitales están aún sujetos a debate, parece que no hay ninguna duda de que la mecánica cuántica está detrás de todos ellos y de muchos más. Si logramos entender mejor estos mecanismos, podremos diseñar computadores cuánticos a imagen y semejanza de los organismos vivos, prevenir y curar enfermedades mediante nuevas terapias cada vez más sofisticadas y mejorar nuestra calidad de vida a nivel energético y tecnológico”, afirma el autor.

Miret, actual director del Instituto de Física Fundamental del CSIC, destaca a Erwin Schrödinger como uno de los primeros científicos en relacionar la biología con la mecánica cuántica en su libro de 1944 What’s Life? En esta obra, de cuya publicación se cumple el 75 aniversario en 2019, el Nobel de Física lanzó una hipótesis provocadora para su época al plantear que en la herencia y las mutaciones debía de haber procesos cuánticos. No obstante, hubo que esperar a 2007 para que un experimento de la Universidad de California sobre la fotosíntesis confirmara la existencia de mecanismos cuánticos en el ámbito de la vida.

El ensayo demostró que en las células fotosintéticas los electrones de las moléculas de clorofila excitados por la luz solar recorren de forma cuántica el camino hasta el centro de reacción donde son almacenados. “Hasta hace poco tiempo, se pensaba que este transporte electrónico tenía lugar completamente al azar dentro del bosque de moléculas de clorofila, con la consiguiente disipación o pérdida de energía. La imagen que mejor se ajusta a este transporte es el llamado caminante aleatorio: un borracho con su paso zigzagueante. Pero este mecanismo no encajaba con la extraordinaria eficiencia de la fotosíntesis”, apunta el investigador.

Las observaciones realizadas por el grupo de investigación de Graham Fleming revelaron que la excitación, en lugar de deambular de una molécula a otra, oscilaba entre los diferentes caminos o alternativas posibles. El mecanismo concreto por el que se produce este proceso es aún objeto de debate, pero el hallazgo supuso el resurgimiento de la biología cuántica y desde entonces numerosos grupos de investigación de todo el mundo están llevando a cabo estudios sobre la implicación de esta disciplina en los organismos vivos. 

Coherencia cuántica en un entorno turbulento

Según Miret, la mayor dificultad de esta nueva área de investigación es “comprender cómo la coherencia cuántica puede mantenerse en un medio o entorno caliente, húmedo y turbulento como el que está presente en cualquier organismo vivo”. La interpretación estándar de la mecánica cuántica establece que la interacción de un sistema cuántico con un aparato de medida o con el entorno hace que aparezca la decoherencia y que el mundo clásico emerja: las partículas dejan de estar en una superposición de estados y adoptan una de las posibles alternativas. “Lo sorprendente es que [en los experimentos sobre la fotosíntesis] la duración de la coherencia cuántica ha llegado a medirse incluso en el rango de los picosegundos (1 picose­gundo = 10-12 segundos)”, enfatiza.

Además de dar cuenta de las hipótesis y evidencias que se han recogido hasta ahora sobre los efectos cuánticos que intervienen en diversos procesos vitales, el investigador del CSIC repasa algunos conceptos básicos de la mecánica cuántica, como los lati­dos cuánticos, el entrelazamiento o la resonancia estocástica. Asimismo, en las páginas finales se pregunta por tres grandes interrogantes de la ciencia, el origen del universo, de la vida y de la mente/consciencia, desde el reconocimiento de que las causas de estos hechos singula­res quedan aún muy lejos de conocerse. “Es como si en el proceso evolutivo, que sugiere un proceso continuo, de repente hubiera habido tres saltos de una importancia capital”, señala.

Por último, el epílogo incluye una muestra muy variada de investigaciones recientes relacionadas con los temas abordados en el libro, desde la búsqueda de exoplanetas a las investigaciones sobre el envejecimiento, pasando por los últimos avances en neurociencia. “Mi intención es poner de manifiesto lo importante que son la investigación y sus aplicaciones, y con­cienciarnos de que la mecánica cuántica tiene mucho que de­cir en otros campos como, de alguna manera, ya apuntaba Schrödinger en su libro”, aclara el autor.

Integrado en la colección de divulgación ¿Qué sabemos de?, el libro puede adquirirse tanto en librerías como en las páginas web de Editorial CSIC y Los Libros de la Catarata. Con esta obra, la colección suma ya 105 títulos que acercan la actualidad científica y tecnológica al conjunto de la sociedad.

Sobre el autor

Salvador Miret Artés es profesor de investigación del CSIC y actual director del Instituto de Física Fundamental en Madrid. Su interés científico se centra actualmente en el estudio de procesos estocásticos en física, química, biolo­gía y economía y en los fundamentos de la mecánica cuántica. Ha publicado más de 225 artículos científicos nacionales e internacionales y es coautor de 8 libros.

portada Biología cuántica