Biología cuántica: ¿en qué consiste?
La biología cuántica es una nueva disciplina de la biología que acopla los principios de la mecánica cuántica, o física cuántica, con los procesos biológicos. Su historia se puede remontar a los inicios de la propia mecánica cuántica, y libros como What Is Life? The Physical Aspect of the Living Cell (1944) de Erwin Schrödinger contribuyeron a su popularización. Revisamos sus postulados, investigaciones recientes y su futuro.
En la actualidad el término biología cuántica se utiliza para aludir a fenómenos específicos de la física, la química y la biología. En concreto, se centra en el papel no trivial que la mecánica cuántica tiene en los procesos celulares. Aunque es verdad que se trata de un campo emergente, hay varios indicios positivos que incentivar abordar dichos procesos desde esta perspectiva.
Breve historia de la biología cuántica
Además del libro citado de Erwin Schrödinger, otros como Physics and the Secret of Organic Life sentaron la base para la biología cuántica. Publicado por Pascual Jordan, el autor intentó popularizar el término quantenbiologie a lo largo de la década de 1930.
El interés no fue gratuito, ya que para entonces ocurrieron una serie de descubrimientos en microbiología, genética y teoría cromosómica; así como avances en los equipos médicos y tecnológicos en general (rayos X, microscopios y demás).
Este fue el caldo de cultivo para que varios de los físicos cuánticos trasladaran sus ideas al campo de la biología, y que al mismo tiempo los biólogos y los químicos se interesaran por los postulados de la mecánica cuántica. Tal y como advierten los expertos en una publicación en Proceedings of the Royal Society, su nacimiento también fue una consecuencia de la escuela filosófica conocida como organicismo.
Los organicistas afirmaban que, aun cuando aceptaban el carácter misterioso en la vida, dicho misterio podía explicarse a través de las leyes de la física y la química. Estas leyes estaban aún por descubrir, o en todo caso recién se estaba desarrollando. Muchos científicos se adhirieron a sus principios, como por ejemplo Max Delbrück, Niels Bohr y los ya citados Pascual Jordan y Erwin Schrödinger (entre muchos otros).
En 1932 se funda el Club de Biología Teórica de Cambridge. Aquí participaron biólogos y científicos notables de la época como Frederick Gowland Hopkins, Joseph Woodger, Dorothy Wrinch, Conrad Waddington y muchos otros. En el transcurso del siglo XX aparecieron otros clubes, trabajos, conferencias y estudios que fomentaron lo que la biología cuántica es en la actualidad.
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Características de la biología cuántica
La biología cuántica es la aplicación de la teoría cuántica a los aspectos de la biología en los que la física clásica no logra dar una descripción 100 % precisa. En general, el paradigma de la biología actual se fundamenta en los modelos clásicos de la física y la química. Sin embargo, hoy sabemos que todo aquello que forma parte de la vida se construye sobre un sistema cuántico.
Toda materia sigue los principios de la física cuántica a nivel subatómico. En esencia, la biología cuántica intenta desentrañar de qué manera las interacciones a nivel subatómico juegan un papel en la biología general. Por ejemplo, y siguiendo a los expertos, intenta responder a las siguientes preguntas:
- ¿Cómo cataliza una enzima una reacción bioquímica esencial?
- ¿Cómo maneja el cerebro con neuronas organizadas en una escala subnanométrica una cantidad tan asombrosa de información? (esto ha dado lugar al estudio la consciencia cuántica).
- ¿Cómo funcionan la replicación y la expresión del ADN?
- ¿Cómo funcionan la visión y la fotosíntesis a nivel molecular y en una escala de tiempo ultrarrápida?
Estos son solo algunos ejemplos de las preguntas que intenta resolver la biología cuántica. De momento, el interés de los científicos se ha centrado en procesos como la fotosíntesis y otras reacciones químicas de absorción de la luz. Es importante recordar que las interacciones cuánticas son muy difíciles de analizar teniendo en cuenta las variables de tiempo y de lugar debido a las escalas macroscópicas.
Por tanto, lo que en realidad estudia la biología cuántica es la interacción entre estas escalas de tiempo y longitud; y no propiamente estas por como entes individuales. Por supuesto, siempre contextualizadas en un espacio intermolecular. En última instancia, su objetivo es dar respuesta a las grandes cuestiones que aún permanecen bajo la sombra alrededor de la vida en general, el cerebro y la conciencia (entre otros).
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Estudios recientes sobre biología cuántica
Para contextualizar lo comentado en apartados anteriores citaremos tres estudios recientes que parten de los postulados de la biología cuántica. Un artículo publicado en 2017 en la revista Proceedings se propuso dilucidar los efectos cuánticos en los procesos biológicos de las enzimas, el olfato, la fotosíntesis y la magnetodetección. Los investigadores concluyeron que el efecto túnel, la superposición y el entrelazamiento son hipótesis que pueden explicar fenómenos que hoy permanecen como un misterio.
Analicemos con mayor detalle un trabajo que ha llamado la atención los últimos años. Un estudio publicado en Small en 2017 puso a prueba el entrelazamiento de bacterias utilizando partículas de luz. En el experimento utilizaron bacterias de azufre verde fotosintéticas que situaron entre dos espejos. La distancia entre ellas se redujo de manera progresiva hasta alcanzar unos pocos cientos de nanómetros.
En el proceso los investigadores hacían rebotar un haz de luz blanca entre los espejos. La hipótesis era que, con base en el entrelazamiento cuántico, las moléculas fotosintéticas de las bacterias interactuarían de alguna manera con la luz. Al final del experimento, hasta seis bacterias parecían manifestar la interacción esperada según las reglas de la mecánica cuántica.
Poco después, un estudio publicado en Journal of Physics Communications en 2018 corroboró el experimento, solo que esta vez con resultados más sustanciales que apuntan a un entrelazamiento. Por citar otro ejemplo, se ha sugerido que los procesos cuánticos también están detrás del mecanismo de migración tan preciso de algunas aves.
La importancia de la biología cuántica
La biología cuántica se ha tomado en serio científicamente desde hace solo una o dos décadas, de manera que aún queda mucho por descubrir al respecto. Pese a ello, propone un terreno para explicar fenómenos que sabemos que existen a escala microscópica y la manera en la que inciden en procesos biológicos elementales.
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- Marletto, C., Coles, D. M., Farrow, T., & Vedral, V. (2018). Entanglement between living bacteria and quantized light witnessed by Rabi splitting. Journal of Physics Communications, 2(10), 101001. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2399-6528/aae224/meta.
- McFadden, J., Al-Khalili, J. (2018). The origins of quantum biology. Proc Math Phys Eng Sci, 474(2220), 20180674. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30602940/.
