Conversatorios de protección Radiológica de América Latina y el Caribe. Biología cuántica
Invitados: Dr. Wladimiro Mujica, Dr. Miguel Martin, Dr. Rafael Martin,
Moderador: CEO Serofca. MsC. Omar Arias
En nuestro espacio aprendiendo + tendremos la oportunidad de conversar con el Dr. Wladimiro Mujica y los Drs. Miguel Martin y Rafael Martín sobre Biología Cuántica.
El Dr. Mujica comienza haciendo una referencia histórica comenzando en 1900 con una conferencia de Planck, que sin embargo no alcanzaba para describir los átomos y molécula, aún no se explicaba la estabilidad del átomo, en la mecánica clásica los átomos eran inestable debían colapsar, por otro lado tampoco había explicación para el enlace químico, en 1926 aparece los primer artículos de Schrödinger donde se sienta las bases de la mecánica cuántica, en donde, sí se explica el comportamiento de los átomos y moléculas, en 1943 aparece un libro de Schrödinger titulado Qué es la vida, en donde se le atribuye la aparición de la vida a los fenómenos estadístico, toda la conducta ordenada en los sistemas biológicos partía de conductas desordenadas en el mundo microscópico, lo importante eran los efectos estadísticos, de aquí en adelante se le llama efectos cuánticos triviales en biología, está basada en la vida, en la química del carbono, con el paso de los años se ha ido aceptando la idea de Schrödinger, ya en los últimos años comienzan a aparecer efectos altamente no triviales.
El Dr. Mujica prosigue: “hay un proceso específico en los sistema biológico que es de tremenda importancia que son las reacciones que se llaman de transferencia electrónica, la reacciones químicas convencional como las que nosotros estamos acostumbrados por ejemplo la formación de NaCl involucran la formación o rupturas de enlaces químicos, pero las reacciones de transferencia electrónica no involucran ruptura de enlaces, lo que involucra es una redistribución de la carga electrónica, la carga en una molécula proviene de los núcleos y los electrones, la densidad electrónica está asociado a la distribución de electrones en las moléculas, en una reacción de transferencia electrónica eso se modifica, hay carga localizada en un sector de la molécula, en la transferencia la carga se traslada a otro centro de la molécula, pero no hay ruptura de enlaces, esto tardó muchos años, décadas en entenderlo, resulta ser que estas reacciones de transferencia electrónica aunque puedan parecer una cuestión abstracta en realidad están presentes en los sistemas biológicos. Vamos a dar una pequeña lista de donde aparecen, son fundamentales en el proceso de respiración, en los procesos metabólicos, en catálisis enzimática en las células, en establecer conexiones entre neuronas y en el proceso de transporte a través de la membrana celular.”
El mecanismo fundamental en el cual se transfieren electrones en las moléculas es el efecto Túnel “eso quiere decir que los electrones se desplazan de un sitio al otro con energías insuficientes desde el punto de vista clásico, es como si abriera un hueco en la pared y los electrones pasan a través de la pared a pesar de que no tiene la energía suficiente para saltar sobre la pared pueden pasar, a eso se llama efecto Túnel y es un efecto puramente cuántico, las partículas clásicas para hacer ese tránsito tendrían que tener velocidades no física, en definitiva no lo pueden hacer” añade el Dr. Mujica.
Ese mecanismo de transporte Túnel es muy ineficiente si se compara con un mecanismo de transporte en metales, sin embargo en los metales al pasar una corriente eléctrica de electrones produce calor por efecto Joule. El aumento de temperatura es incompatible con los tejidos biológicos.
La naturaleza escogió un mecanismo de transporte que es tremendamente ineficiente, se cree que los procesos evolutivos son óptimos, sin embargo la evolución no tiene por qué producir soluciones óptimas en todos los aspectos, sino soluciones óptimas para que sobreviva un cierto material genético, optimizando una o dos cosas para la sobrevivencia de la especies, la naturaleza tiene un mecanismo como el efecto túnel por estimular la supervivencia de la especie más adaptada, es un proceso ineficiente pero es óptimo en el sentido que proactivamente no se pierde energía.
La fotosíntesis es un proceso en dos pasos la molécula absorbe un fotón y produce la excitación de un electrón , luego ese electrón por transferencia electrónica va a otro lugar en la molécula y allí ocurre una reacción química, los efectos cuánticos tienen una característica adicional además del efecto Túnel, los electrones son modelados como una onda en virtud de la dualidad onda partícula de los electrones, las ondas así descritas matemáticamente poseen fase y esto es relevante en la descripción de la fotosíntesis
A propósito de una pregunta del Dr. Rafael Martin el Dr. Mujica hace referencia a que la transferencia electrónica en moléculas es muy poco dependiente de la temperatura, aquí entra en juego el spin electrónico, que es una característica cuántica, el spin electrónico obedece a la conservación del momento angular, por lo tanto el transporte es más eficiente y prácticamente independiente de la temperatura. Entonces se tiene transferencia de electrones por efecto Túnel además de tomar en cuenta el spin electrónico.
El Dr. Mujica comenta que apareció hace un par de años en la revista Science un artículo sobre el cáncer donde se planteaba la pregunta de cuál es la causa fundamental del cáncer, un grupo de expertos propone que la razón más importante fundamental del cáncer es el azar, porque el primer evento en cáncer es una mutación. Las mutaciones son eventos fundamentalmente cuántico, es verdad que también hay variables externas que pueden impulsar la aparición de células cancerosas, pero basta una célula cancerosa para desatar la enfermedad, el sistema inmunológico puede detectar las células cancerosas sin embargo estas células tienen capacidad para enmascarar o engañar al sistema inmunológico.
El funcionamiento del cerebro es otro ejemplo en el campo de Biología cuántica, es una de las grandes fronteras del conocimiento, el cerebro posee procesos con características cuánticas, aunque no hay un modelo físico, por ejemplo que modele la conciencia, así como también la respuesta magnética del cerebro es bastante desconocida.
En teoría la de Información es otro ejemplo en el que la Biología cuántica juega un papel fundamental, si se conoce la entropía de un sistema se puede conocer el flujo energético, existen procesos que producen más o menos entropía por lo tanto tendrán más o menos flujo energético, se pueden utilizar mecanismos basados en teorías información para describir por ejemplo celdas solares para hacerlas más eficientes, para analizar cambios climáticos y evoluciones cancerosas.
A una pregunta sobre las migraciones de las aves realizadas por Omar Arias el Dr. Mujica responde que el sistema de navegación en aves está compuesto por moléculas que se activan por la influencia de la radiación solar, moléculas con electrones no apareados son sensibles al campo magnético, moléculas con electrones apareados no poseen respuesta agéntica, las moléculas con electrones excitados son los responsables de la navegación en aves, donde intervienen los radicales libres y la quiralidad molecular, las moléculas quirales son como las manos no se pueden superponer, las moléculas quirales funcionan como filtros de spin, dependiendo de la quiralidad los electrones con cierto spin podrán transportarse de un lugar a otro en la molécula, en las aves las moléculas que pueden tener sensibilidad al campo magnético terrestre son moléculas quirales.
Finalmente el Dr. Mujica explica como obtuvo el financiamiento para sus proyectos de Biología cuántica de la Fundación Keck
Para observar conversatorio ingresar al siguiente enlace de video:
