El entrelazamiento cuántico mantiene unido al ADN, dicen los físicos

Hubo un tiempo, no hace mucho, cuando los biólogos juraron en negro y azul que la mecánica cuántica no podía desempeñar ningún papel en los sistemas de vida calientes y húmedos.





Desde entonces, la disciplina de la biología cuántica se ha convertido en uno de los campos nuevos más interesantes de la ciencia. Está empezando a parecer que los efectos cuánticos son cruciales en una serie de procesos biológicos, como la fotosíntesis y la navegación aviar, que hemos analizado aquí y aquí .

Ahora, un grupo de físicos dice que las extrañas leyes de la mecánica cuántica pueden ser más importantes para la vida de lo que los biólogos podrían haber imaginado. Su nueva idea es que el ADN se mantiene unido por entrelazamiento cuántico.

Vale la pena desglosarlo con más detalle. El entrelazamiento es el extraño proceso cuántico en el que una sola función de onda describe dos objetos separados. Cuando esto sucede, estos objetos comparten efectivamente la misma existencia, sin importar qué tan lejos estén.



La pregunta que han hecho Elisabeth Rieper de la Universidad Nacional de Singapur y un par de amigos es qué papel podría desempeñar el entrelazamiento en el ADN. Para averiguarlo, han construido un modelo teórico simplificado de ADN en el que cada nucleótido consiste en una nube de electrones alrededor de un núcleo positivo central. Esta nube negativa puede moverse en relación con el núcleo, creando un dipolo. Y el movimiento de la nube hacia adelante y hacia atrás es un oscilador armónico.

Cuando los nucleótidos se unen para formar una base, estas nubes deben oscilar en direcciones opuestas para asegurar la estabilidad de la estructura.

Rieper y sus colegas preguntan qué sucede con estas oscilaciones, o fonones, como los llaman los físicos, cuando los pares de bases se apilan en una doble hélice.



Los fonones son objetos cuánticos, lo que significa que pueden existir en una superposición de estados y enredarse, al igual que otros objetos cuánticos.

Para empezar, Rieper y compañía imaginan la hélice sin ningún efecto del calor exterior. Claramente, la cadena de osciladores armónicos acoplados está enredada a temperatura cero, dicen. Luego continúan mostrando que el entrelazamiento también puede existir a temperatura ambiente.

Eso es posible porque los fonones tienen una longitud de onda que es similar en tamaño a una hélice de ADN y esto permite que se formen ondas estacionarias, un fenómeno conocido como atrapamiento de fonones. Cuando esto sucede, los fonones no pueden escapar fácilmente. Se sabe que un tipo similar de captura de fonones causa problemas en estructuras de silicio del mismo tamaño.



Eso tendría poca importancia si no tuviera un efecto general en la hélice. Pero el modelo desarrollado por Rieper y compañía sugiere que el efecto es profundo.

Aunque cada nucleótido en un par de bases oscila en direcciones opuestas, esto ocurre como una superposición de estados, de modo que el movimiento general de la hélice es cero. En un modelo puramente clásico, sin embargo, esto no puede suceder, en cuyo caso la hélice vibraría y se sacudiría.

Entonces, en este sentido, estos efectos cuánticos son responsables de mantener unido el ADN.



La cuestión, por supuesto, es cómo probar esto. Dicen que una línea de evidencia es que un análisis puramente clásico de la energía requerida para mantener unido el ADN no cuadra. Sin embargo, su modelo cuántico cubre la brecha. Eso es interesante, pero tendrán que encontrar algo experimentalmente convincente para persuadir a los biólogos de estas ideas.

Una sugerencia tentadora al final de su artículo es que el entrelazamiento puede tener una influencia en la forma en que se lee la información de una hebra de ADN y que puede ser posible explotar esto experimentalmente. Cómo, no dicen.

Trabajo especulativo pero potencialmente explosivo.

Ref: arxiv.org/abs/1006.4053 : La relevancia del entrelazamiento variable continuo en el ADN

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