Observan en la fotosíntesis efectos de la mecánica cuántica

Moléculas de microorganismos que están implicadas en la fotosíntesis exhiben los mismos efectos cuánticos que la materia de objetos inanimados. Esta es la fascinante conclusión a la que ha llegado un equipo internacional de científicos, que incluye al físico teórico Thomas la Cour Jansen, de la Universidad de Groninga en los Países Bajos.

Es la primera vez que se demuestra de manera inequívoca la existencia de un comportamiento de mecánica cuántica en sistemas biológicos que están implicados en la fotosíntesis. La interpretación detallada de estos efectos cuánticos en la fotosíntesis podría ayudar en el desarrollo de dispositivos de captación y aprovechamiento de la luz inspirados en la naturaleza.

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Desde hace varios años, ha existido un debate sobre los efectos cuánticos en los sistemas biológicos. La idea básica es que los electrones en ellos pueden estar en dos estados a un tiempo, hasta que son observados. Esto puede compararse con la paradoja que a menudo se usa para ilustrar el efecto de la superposición cuántica y que se conoce como "el gato de Schrödinger". Ese supuesto gato se halla encerrado en una caja junto a, por ejemplo, un frasco que contiene una sustancia muy tóxica. Si el frasco está provisto con un tapón cuántico, podría estar simultáneamente abierto y cerrado, así que el gato se halla en una mezcla de los estados "muerto" y "vivo", hasta que abrimos la caja y observamos el sistema. Este es precisamente el aparente comportamiento de los electrones.

En una investigación previa, ya se encontraron señales que sugerían una clase de conducta de mecánica cuántica en moléculas de captación de luz en bacterias. Pero no llegó a demostrarse que fuese tal cosa.

En esta ilustración, se muestra una representación del complejo fotosintético de las bacterias verdes del azufre, y los círculos verde y amarillo simbolizan la superposición cuántica de energía en dos moléculas. (Imagen: Thomas la Cour Jansen / University of Groningen)

En sus experimentos, los autores del nuevo estudio trabajaron con microorganismos del tipo conocido popularmente como bacterias verdes del azufre. Estos microbios poseen un complejo fotosintético que consta de siete moléculas sensibles a la luz. La acción simultánea de un fotón sobre dos de estas moléculas ha resultado tener características propias del efecto de superposición cuántica. Cuando en un sistema así se da una de estas superposiciones, el examen espectroscópico debería revelar una señal oscilante específica, tal como argumenta Jansen. Y eso es lo que efectivamente él y sus colegas han observado.

Los autores del nuevo estudio midieron además la duración del efecto cuántico y resultó durar tanto como lo que podríamos esperar de acuerdo con la teoría. Los investigadores argumentan que esto demuestra que ocurre una superposición cuántica de energía en dos moléculas simultáneamente. En definitiva, y tal como subraya Jansen, los sistemas biológicos son capaces de exhibir los mismos efectos cuánticos que los no biológicos.

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