{"id":26977,"date":"2021-08-07T04:05:41","date_gmt":"2021-08-07T03:05:41","guid":{"rendered":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/?p=26977"},"modified":"2021-08-07T04:05:41","modified_gmt":"2021-08-07T03:05:41","slug":"biologia-cuantica-una-ciencia-que-es-y-no-es-a-la-vez-4","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/2021\/08\/07\/biologia-cuantica-una-ciencia-que-es-y-no-es-a-la-vez-4\/","title":{"rendered":"Biolog\u00eda cu\u00e1ntica: una ciencia que es y no es a la vez"},"content":{"rendered":"

Reportaje de Prensa: En El Espa\u00f1ol.<\/h1>\n

Los cient\u00edficos estudian si los seres vivos utilizan las extra\u00f1as propiedades de la f\u00edsica cu\u00e1ntica en sus procesos biol\u00f3gicos, pero a\u00fan no lo han decidido.<\/p>\n

\"Modelo<\/div>\n
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Imagen de una estructura de ADN molecular en el Museo de Ciencias de Oxford.<\/p>\n

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<\/header>\n
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Circula por ah\u00ed un chiste sobre los ordenadores cu\u00e1nticos, esas m\u00e1quinas del futuro de las que se hablan maravillas: “Los ordenadores cu\u00e1nticos son extremadamente potentes, y al mismo tiempo a\u00fan no funcionan”, cuenta a EL ESPA\u00d1OL el f\u00edsico Franco Nori, director del Grupo de Investigaci\u00f3n en Materia Condensada Cu\u00e1ntica del Instituto RIKEN, en Jap\u00f3n. El chiste es una parodia del famoso experimento mental del\u00a0gato de Schr\u00f6dinger<\/a>, que estaba vivo y muerto al mismo tiempo.<\/p>\n

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\"Teor\u00eda<\/p>\n

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Y es que la f\u00edsica cu\u00e1ntica es as\u00ed: parad\u00f3jica, contraria a la intuici\u00f3n de los seres grandes como nosotros, que nos regimos por la l\u00f3gica de la mec\u00e1nica cl\u00e1sica y la relatividad<\/a> einsteniana. En nuestra experiencia cotidiana, algo no puede aparecer al mismo tiempo en dos estados incompatibles entre s\u00ed. Las reglas de la cu\u00e1ntica s\u00f3lo operan en lo extremadamente diminuto; e incluso a esa escala,\u00a0no siempre funcionan<\/a>. Pero sobre todo, a\u00fan no ha logrado tenderse el puente en el que los f\u00edsicos cu\u00e1nticos y los relativistas puedan darse la mano; no hay una teor\u00eda que ligue ambos ingredientes en una sola salsa.<\/p>\n

Sin embargo, es evidente que las part\u00edculas subat\u00f3micas son la base de todo, as\u00ed que podr\u00edamos decir, apunta Nori, que “todo en el universo es cu\u00e1ntico… porque todo est\u00e1 hecho de \u00e1tomos”. Pero aclara: “Sin embargo, no describimos c\u00f3mo se mueven los sat\u00e9lites o c\u00f3mo fluye el agua utilizando mec\u00e1nica cu\u00e1ntica, porque para esto no necesitamos la parte cu\u00e1ntica. Muchos \u00e1tomos se pueden describir bien cl\u00e1sicamente”. De hecho, a\u00f1ade, “pocos fotones<\/a> requieren un tratamiento de \u00f3ptica cu\u00e1ntica; no se necesita”.<\/p>\n

Y dado que lo ocurrido en los c\u00edrculos cu\u00e1nticos no deja rastro aparente en eso que los no-f\u00edsicos llamar\u00edan el\u00a0mundo real<\/em>, \u00bfC\u00f3mo podr\u00eda tener alguna importancia para la vida? Deber\u00eda quedar perfectamente zanjado que las enormes mol\u00e9culas en las que se basan los procesos biol\u00f3gicos no pueden enterarse ni de lejos de lo que sucede al min\u00fasculo nivel de los electrones<\/a> de sus \u00e1tomos, por mucho que dependan de ello. \u00bfO s\u00ed?<\/p>\n

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\u00bfQu\u00e9 es la vida?<\/h2>\n

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En 1944 Erwin Schr\u00f6dinger, el del gato, public\u00f3 un ensayo de divulgaci\u00f3n titulado\u00a0What is Life?<\/em>\u00a0(\u00bfQu\u00e9 es la vida?<\/em><\/a>), basado en una serie de conferencias p\u00fablicas que hab\u00eda pronunciado el a\u00f1o anterior en el Trinity College de Dubl\u00edn. En su obra, Schr\u00f6dinger ataba la relaci\u00f3n entre qu\u00edmica y biolog\u00eda, y por tanto entre f\u00edsica y biolog\u00eda, en una \u00e9poca en que a\u00fan no se conoc\u00eda que la herencia gen\u00e9tica resid\u00eda en una sustancia ya conocida llamada ADN.<\/p>\n

Aunque el austr\u00edaco\u00a0no fue el primero<\/a>\u00a0en suponer que la informaci\u00f3n gen\u00e9tica de los seres vivos deb\u00eda de codificarse en enlaces qu\u00edmicos, sus ideas influyeron en la posterior investigaci\u00f3n de la estructura del ADN por James Watson y Francis Crick. Pero Schr\u00f6dinger hizo algo m\u00e1s: acu\u00f1\u00f3 el t\u00e9rmino “teor\u00eda cu\u00e1ntica de la biolog\u00eda”, refiri\u00e9ndose al hecho de que las mutaciones son saltos en la herencia, del mismo modo que la energ\u00eda de las part\u00edculas salta de un valor discreto a otro (est\u00e1 cuantizada). “El mecanismo de la herencia est\u00e1 estrechamente relacionado con, o mejor dicho, est\u00e1 fundado sobre, la misma base de la teor\u00eda cu\u00e1ntica”, escrib\u00eda el f\u00edsico.<\/p>\n

Con todo, Schr\u00f6dinger se qued\u00f3 corto: adem\u00e1s de no extender su idea m\u00e1s all\u00e1 de los genes, se centr\u00f3 \u00fanicamente en c\u00f3mo la asimetr\u00eda de las mol\u00e9culas y sus m\u00faltiples formas pod\u00edan servir para codificar toda la diversidad de la informaci\u00f3n gen\u00e9tica. En cambio, neg\u00f3 expresamente que las transiciones en los \u00e1tomos pudieran tener alguna influencia en la biolog\u00eda: “La indeterminaci\u00f3n cu\u00e1ntica no juega ning\u00fan papel biol\u00f3gicamente relevante”, escribi\u00f3.<\/p>\n

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\"Biolog\u00eda\"2020<\/div>\n
\"BIOLOG\u00cdA<\/div>\n

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A la biolog\u00eda cu\u00e1ntica a\u00fan le aguardaba una larga espera. Al menos, hasta 2007. Aquel a\u00f1o, un equipo de la Universidad de California en Berkeley dirigido por el f\u00edsico Graham Fleming demostraba algo que otros cient\u00edficos llevaban tiempo barruntando: la fotos\u00edntesis, ese proceso cuasim\u00e1gico por el que muchos organismos consiguen producir ox\u00edgeno a partir del di\u00f3xido de carbono, funciona gracias a la f\u00edsica cu\u00e1ntica.<\/p>\n

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\"Chlorobium\"Rhodobacter<\/p>\n

Chlorobium tepidum<\/em><\/a>\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0\u00a0\u00a0\u00a0Rhodobacter sphaeroides<\/em><\/a><\/p>\n

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Los investigadores aislaron los centros fotosint\u00e9ticos de dos microbios, la bacteria verde del azufre\u00a0Chlorobium tepidum<\/em><\/a>\u00a0y la bacteria p\u00farpura\u00a0Rhodobacter sphaeroides<\/em><\/a>, y los bombardearon con pulsos l\u00e1ser<\/a> para estudiar c\u00f3mo la energ\u00eda de los fotones<\/a> se transfer\u00eda desde los pigmentos que recogen la luz hasta el centro de reacci\u00f3n, donde se cuece esa qu\u00edmica necesaria para la vida. Los mensajeros de esta transferencia son los electrones<\/a>, que corren alimentados por esa poci\u00f3n m\u00e1gica de la energ\u00eda fot\u00f3nica. Pero \u00bfc\u00f3mo encuentran su camino entre el desorden molecular para evitar perderse y desperdiciar esa energ\u00eda?<\/p>\n

Fleming y su equipo descubrieron que lo hacen como ondas, no como part\u00edculas. De este modo, la onda se dispersa para encontrar el mejor camino sin tener que recorrerlos todos uno a uno. Y esta capacidad de estar en distintos lugares al mismo tiempo, o de tener dos estados incompatibles entre s\u00ed, es el privilegio de la f\u00edsica cu\u00e1ntica; por fin hab\u00eda nacido la biolog\u00eda cu\u00e1ntica.<\/p>\n

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Un caos h\u00famedo y caliente<\/h2>\n

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\"Cataratas<\/p>\n

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“En uno de los lugares m\u00e1s fr\u00edos del planeta existe\u00a0una cascada de color rojo intenso\u00a0que, durante m\u00e1s de un siglo, asombr\u00f3 a los cient\u00edficos que no pod\u00edan explicar el origen de semejante maravilla: las\u00a0Cataratas de Sangre en la Ant\u00e1rtida.”<\/p><\/blockquote>\n

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Los an\u00e1lisis qu\u00edmicos y biol\u00f3gicos indican que hay un extra\u00f1o ecosistema subglacial de bacterias aut\u00f3trofas que metaboliza iones de azufre y hierro. Seg\u00fan la geo-microbi\u00f3loga Jill Mikucki, en las muestras de agua existen como m\u00ednimo 17 tipos diferentes de microbios, que viven pr\u00e1cticamente sin ox\u00edgeno. Nunca antes se hab\u00eda observado en la naturaleza el proceso metab\u00f3lico mediante el cual los microbios utilizan un sulfato como catalizador para respirar con iones f\u00e9rricos y metabolizar la materia org\u00e1nica microsc\u00f3pica atrapada con este compuesto qu\u00edmico.<\/p>\n

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Pero no tan aprisa. Fleming y su equipo llevaron a cabo sus experimentos en condiciones t\u00edpicas de la f\u00edsica cu\u00e1ntica; por ejemplo, por debajo de los 100 grados bajo cero. Y est\u00e1 claro que las bacterias no suelen vivir a esas temperaturas. Para un f\u00edsico, una c\u00e9lula es la peor de sus pesadillas: caliente, h\u00fameda, ruidosa y desordenada. En tan miserables condiciones es imposible que ninguna tarea importante pueda confiarse a la extrema levedad de los fen\u00f3menos cu\u00e1nticos. “Muchos cient\u00edficos creen que estos fen\u00f3menos son tan fr\u00e1giles que s\u00f3lo aparecen en sistemas muy simples, compuestos por muy pocas part\u00edculas y donde el ruido molecular se congela a temperaturas cercanas al cero absoluto”, resume a EL ESPA\u00d1OL el genetista molecular de la Universidad de Surrey (Reino Unido)\u00a0Johnjoe McFadden<\/a>.<\/p>\n

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\"Enzima\"Enzima<\/p>\n

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O al menos eso parec\u00eda, hasta que en 2010\u00a0dos<\/a>\u00a0estudios<\/a>\u00a0demostraron que lo dicho para la fotos\u00edntesis en el fr\u00edo glacial era v\u00e1lido tambi\u00e9n a temperatura ambiente. Pero, de hecho, \u00e9ste no es el \u00fanico sistema biol\u00f3gico en el que la f\u00edsica cu\u00e1ntica puede marcar las reglas, ni siquiera el primero en el que sospech\u00f3 algo semejante: durante d\u00e9cadas, los biof\u00edsicos intuyeron que las enzimas, esos mediadores que convencen a las mol\u00e9culas para que reaccionen, funcionan seg\u00fan un conocido mecanismo cu\u00e1ntico llamado efecto t\u00fanel que permite a una part\u00edcula, en este caso un prot\u00f3n<\/a>, pasar de un estado a otro sin saltar la barrera de energ\u00eda que los separa, excavando un t\u00fanel. En 1989\u00a0se mostr\u00f3 por primera vez<\/a>\u00a0el efecto t\u00fanel en las enzimas.<\/p>\n

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\"F\u00edsica\"\"<\/p>\n

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Con todo esto, parece que la biolog\u00eda cu\u00e1ntica deber\u00eda ser ya un miembro de pleno derecho del club de las disciplinas cient\u00edficas. Y sin embargo, ni sus propios patrocinadores se atreven a ir tan lejos. Regresando al chiste del comienzo, Nori aplica a la biolog\u00eda cu\u00e1ntica esa misma doble condici\u00f3n del gato vivo y muerto: “Es a la vez un campo excitante para estudiarlo con precauci\u00f3n en el futuro, y tambi\u00e9n en el que muchas cuestiones importantes a\u00fan no est\u00e1n demostradas”.<\/p>\n

“Muchos cient\u00edficos a\u00fan no est\u00e1n convencidos de que estos efectos requieran la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica para explicarse”, apunta a EL ESPA\u00d1OL el f\u00edsico de la Universidad de Surrey\u00a0Jim Al-Khalili<\/a>, coautor junto con McFadden del libro\u00a0Life on the Edge: The Coming of Age of Quantum Biology<\/em><\/a>\u00a0(Bantam Press, 2014). El obst\u00e1culo esencial es esa diferencia de pulcritud entre los experimentos cu\u00e1nticos y el aparente caos de una c\u00e9lula viva, que suscita el escepticismo de no pocos expertos. Para el f\u00edsico de la Universidad de Viena Markus Arndt, este es “un rasgo de la ciencia de la vida, no tan limpia como los laboratorios de f\u00edsica o los tubos de ensayo de la qu\u00edmica”. “\u00bfPueden estas acciones sobrevivir en las escalas macrosc\u00f3picas de tiempo y tama\u00f1o de los medios biol\u00f3gicos? Esta cuesti\u00f3n todav\u00eda est\u00e1 abierta”, comenta Arndt a este diario.<\/p>\n

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La br\u00fajula de las aves<\/h2>\n

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\"Las\"Escritoras<\/p>\n

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La escala temporal que menciona Arndt es uno de los factores que levantan las cejas de los f\u00edsicos. Un posible ejemplo de biolog\u00eda cu\u00e1ntica muy de actualidad es el sistema que gu\u00eda a las aves migratorias, basado en el fen\u00f3meno de\u00a0entrelazamiento cu\u00e1ntico<\/a>. Seg\u00fan estudios en el petirrojo europeo, la luz dispara en la retina un par de electrones<\/a> gemelos que responden al magnetismo terrestre, como la aguja de una br\u00fajula. Un\u00a0estudio reciente<\/a>\u00a0ha prestado nuevo cr\u00e9dito a esta hip\u00f3tesis. Pero un problema es que este entrelazamiento durar\u00eda unos pocos microsegundos. Para los f\u00edsicos, esto es una eternidad jam\u00e1s lograda ni de lejos en un laboratorio, y no digamos a una temperatura a la que el petirrojo no se convierta en un f\u00f3sil congelado.<\/p>\n

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\"Biologia\"Biolog\u00eda\"Publicado<\/p>\n

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Sin embargo, el nuevo estudio no es experimental, sino una simulaci\u00f3n por ordenador. “Todav\u00eda necesitamos pruebas experimentales de que la teor\u00eda es correcta”, dice Al-Khalili. El obst\u00e1culo principal al que se enfrenta la biolog\u00eda cu\u00e1ntica es la dificultad de llevar sus predicciones al laboratorio. “Los experimentos adecuados para evaluar estas cuestiones son complicados y dif\u00edciles de interpretar”, se\u00f1ala Nori. Otra pega es que los cient\u00edficos a\u00fan se resisten a creer que estos mecanismos cu\u00e1nticos en la biolog\u00eda tengan realmente un significado evolutivo; es decir, que existan porque los seres vivos han encontrado en la cu\u00e1ntica una ventaja aprovechable. “\u00bfPor qu\u00e9 la naturaleza habr\u00eda seleccionado estas superposiciones cu\u00e1nticas? \u00bfQu\u00e9 prop\u00f3sito tienen?”, se pregunta Nori.<\/p>\n

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\"Biolog\u00eda\"Olfato<\/div>\n<\/div>\n
\u00bfUn fino olfato cu\u00e1ntico? Hay muchas dudas. EE | Pixbay (PD)<\/div>\n

Los expertos no ven demasiado claro que las tecnolog\u00edas actuales vayan a ofrecer respuestas “en muchos a\u00f1os o unas pocas d\u00e9cadas”, estima Arndt. Y menos en casos todav\u00eda m\u00e1s aventurados y dif\u00edciles de testar: en 1996, el biof\u00edsico del University College de Londres Luca Turin lanz\u00f3 una idea que trataba de dar respuesta a un enigma cl\u00e1sico de la biolog\u00eda del olfato: \u00bfC\u00f3mo puede nuestra nariz, con un repertorio grande pero limitado de receptores olfativos, detectar\u00a0m\u00e1s de un bill\u00f3n de dolores<\/a>? La audaz\u00a0hip\u00f3tesis de Turin<\/a>\u00a0es que los receptores son capaces de distinguir las vibraciones de las mol\u00e9culas de olor mediante un mecanismo de efecto t\u00fanel, lo que ampliar\u00eda la gama olfativa. Sin embargo, la propuesta no ha ganado el aplauso general. “La mayor\u00eda de la literatura no apoya el modelo de Turin”, dice Arndt.<\/p>\n

\"Nanorobots\"Nanobots,<\/p>\n

En resumen, y pese a lo que afirman McFadden y Al-Khalili en el t\u00edtulo de su libro, realmente no parece que la biolog\u00eda cu\u00e1ntica est\u00e9 pasando a la madurez, sino sufriendo a\u00fan un largu\u00edsimo parto. Y eso que sus aplicaciones podr\u00edan ser provechosas, m\u00e1s all\u00e1 de responder a la pregunta de Schr\u00f6dinger. Por ejemplo, dominar el efecto cu\u00e1ntico de la fotos\u00edntesis permitir\u00eda dise\u00f1ar c\u00e9lulas solares m\u00e1s eficientes. Los dos autores subrayan que la manipulaci\u00f3n a nano-escala abrir\u00eda la puerta a logros como la creaci\u00f3n de nano-robots que depositen un f\u00e1rmaco en la c\u00e9lula que lo necesita.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Y c\u00f3mo no, tambi\u00e9n est\u00e1 el futuro de los ordenadores cu\u00e1nticos: lo que hace el electr\u00f3n<\/a> en la fotos\u00edntesis no es otra cosa que computar la mejor soluci\u00f3n a un problema sin tener que realizar las operaciones una por una. La naturaleza ya sabe c\u00f3mo hacerlo. Curiosamente, Arndt sugiere que los ordenadores cu\u00e1nticos, a su vez, generar\u00edan modelos detallados que dar\u00edan una respuesta definitiva a las inc\u00f3gnitas sobre biolog\u00eda cu\u00e1ntica.<\/p>\n

Por algo la ventaja de los ordenadores cu\u00e1nticos es que son extremadamente potentes. Si no fuera porque a\u00fan no funcionan.<\/p>\n

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Reportaje de Prensa: En El Espa\u00f1ol. Los cient\u00edficos estudian si los seres vivos utilizan las extra\u00f1as propiedades de la f\u00edsica cu\u00e1ntica en sus procesos biol\u00f3gicos, pero a\u00fan no lo han decidido. Imagen de una estructura de ADN molecular en el Museo de Ciencias de Oxford.   Circula por ah\u00ed un chiste sobre los ordenadores cu\u00e1nticos, […]<\/p>\n","protected":false},"author":2,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_s2mail":"yes","footnotes":""},"categories":[1],"tags":[],"_links":{"self":[{"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/26977"}],"collection":[{"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=26977"}],"version-history":[{"count":0,"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/26977\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=26977"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=26977"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=26977"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}