Durante años, el químico de Princeton Gregory Scholes ha defendido la idea de que las células vivas aprovechan la física cuántica a una escala diminuta. Él ahora está revirtiendo esa posición. A través de varios artículos publicados en los últimos tres años, Scholes y su equipo han demostrado que sistemas elaborados de objetos ordinarios pueden dar lugar a efectos que coinciden con el comportamiento cuántico en su descripción matemática. Los estados que estos sistemas generan no son genuinamente cuánticos; son meramente «cuánticos».
Durante décadas, los científicos han buscado signos de comportamiento cuántico en los sistemas vivos, sin éxito. La vida opera a través de enormes distancias, desde la capa que abarca el globo terráqueo de materia viva hasta los diminutos bloques de construcción dentro de las células. En su nivel más pequeño, la biología nunca llega realmente al reino cuántico, donde las partículas se comportan como ondas, se vinculan entre sí y se encuentran en varios estados a la vez. Aún así, los investigadores siguen buscando caminos por los cuales los seres vivos podrían introducir propiedades cuánticas en los dominios de espacio, tiempo y temperatura que realmente importan a la vida.
Fotosíntesis y el Debate sobre la Coherencia
La fotosíntesis ofrece uno de los ejemplos más familiares. Los seres vivos emplean pigmentos y proteínas particulares para captar la luz con una eficiencia cuántica casi perfecta, convirtiendo casi cada fotón entrante en energía química útil. En 2007, nuevas evidencias indicaron que la vida podría lograr esto a través de un fenómeno cuántico conocido como coherencia.
Un químico de la Universidad de Princeton llamado Gregory Scholes se sintió originalmente entusiasmado por ese resultado. Él y su equipo realizaron experimentos con proteínas y pigmentos fotosintéticos y llegaron a conclusiones comparables. Ahora, sin embargo, Scholes duda que los efectos cuánticos jueguen realmente un papel en los sistemas vivos. En cambio, sostiene que la vida podría simplemente imitar el comportamiento cuántico en lugar de emplearlo.
«Quizás la biología cuántica, a la mayor escala, significa usar 3 1/2 mil millones de años de evolución para averiguar cómo obtener la funcionalidad que podrías obtener de los sistemas cuánticos», dijo Scholes.
El Problema del Estado Cuántico Frágil
Un estado cuántico es frágil. Se desmorona cuando entra en contacto con cualquier cosa externa a sí mismo. La más mínima perturbación de su entorno, como el movimiento de átomos causado por el calor, puede desencadenar la decoherencia, que la transforma en un comportamiento ordinario y clásico. Dentro de una célula viva, la decoherencia debería ocurrir casi al instante — los efectos cuánticos deberían desaparecer demasiado rápido para importar en el funcionamiento de la vida.
Incluso dentro de una célula, partículas extremadamente diminutas como los átomos de hidrógeno a veces pueden «tunelar cuánticamente» a través de barreras energéticas que de otro modo las detendrían o impedirían que pasaran. Existe evidencia de que el túnel dentro de enzimas particulares podría explicar su rápido desempeño.
La nueva investigación demuestra que las redes clásicas pueden generar las mismas estructuras matemáticas que los sistemas cuánticos, lo que significa que el fenómeno es un resultado a nivel de patrón en lugar de algo específico de las partículas individuales.
Un Siglo de Biología Cuántica
La mecánica cuántica siempre ha llevado consigo una tentación de explicar los misterios de la vida a través de sus reglas extrañas, y ese impulso se remonta a los inicios del campo. Cuando el pionero cuántico Niels Bohr pronunció una conferencia en 1929, ofreció una declaración vaga pero atractiva sobre cómo la mecánica cuántica «podría quizás ser de importancia decisiva, particularmente en la discusión de la posición de los organismos vivos en nuestra imagen del mundo».
El físico Pascual Jordan dedicó gran parte de su carrera a Quantenbiologie, afirmando que los sistemas vivos poseen un poder distintivo para magnificar la naturaleza incierta del reino cuántico en dimensiones cotidianas, lo que consideraba como el fundamento del intelecto y la libre elección humanos. El genetista y biólogo evolutivo J.B.S. Haldane secundó esta opinión en una publicación de 1934, afirmando que la capacidad de elevar la incertidumbre cuántica a tamaño ordinario era precisamente lo que distinguía a la vida de otras formas de materia. La asociación de Jordan con el Partido Nazi y sus organizaciones armadas en 1933 dañó el prestigio de la biología cuántica al intentar vincularla al extremismo político.
Durante décadas, físicos que estudian los fundamentos de la mecánica cuántica han intentado reproducir partes del mundo cuántico utilizando medios clásicos, según Markus Müller, un físico del Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica en Viena. Lo que Scholes ha demostrado, dijo Müller, es que un comportamiento cualquístico puede surgir de sistemas complejos ordinarios — del tipo que existen en todas partes en la naturaleza.
«Los sistemas clásicos pueden imitar algunas de las características clave de la información cuántica», dijo Sabre Kais, un químico cuántico que desarrolla algoritmos cuánticos para sistemas complejos en la Universidad Estatal de Carolina del Norte. «Esta es una nueva y emocionante dirección.»
Lo que esto significa para el campo
Los hallazgos recientes no resuelven el debate sobre si las fuerzas cuánticas juegan un papel en los sistemas vivos. Meramente presentan otra explicación para eventos que alguna vez parecían cuánticos en la naturaleza. Si la vida logra producir las mismas configuraciones numéricas utilizando conexiones ordinarias, la lectura cuántica podría volverse superflua.
| Enfoque | Mecanismo | Escala |
|---|---|---|
| Biología cuántica | Efectos cuánticos genuinos | Nivel de partícula |
| Biología cualquística | Redes clásicas | A nivel de sistema ( |
| Tunelización ( | Partículas individuales ( | A pequeña escala ( |
Este estudio ofrece una lección más amplia sobre la investigación científica. Sugiere que la solución a un enigma no siempre reside en un nivel más fundamental de la realidad, sino más bien en un patrón más simple que parece consistente a través de vastas distancias. (
La biología cuántica aún está abierta a la exploración. Sin embargo, los hallazgos más recientes sugieren que los sistemas vivos podrían no requerir la mecánica cuántica para mostrar un comportamiento similar al cuántico. La complejidad por sí sola podría ser suficiente. (
Material de origen: “La biología podría no ser cuántica, pero su matemática lo es”, Quanta Magazine. (
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