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 este libro, 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 titulado 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.
Recorrido cuántico
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.
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 este libro, 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 titulado 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.
Recorrido cuántico
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
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 cuántica 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 (oscilaciones), el entrelazamiento cuántico o la resonancia estocástica (situaciones en las que el ruido tiene un papel constructivo).
Tres grandes interrogantes
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.
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 cuántica 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 (oscilaciones), el entrelazamiento cuántico o la resonancia estocástica (situaciones en las que el ruido tiene un papel constructivo).
Tres grandes interrogantes
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.