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martes, 13 de julio de 2010

Entrelazamiento cuántico en el ADN?

Un grupo de físicos sugiere en un modelo teórico que el entrelazamiento cuántico ayuda a mantener la integridad de la molécula de ADN.
La Mecánica Cuántica (MC) controla el mundo microscópico. La formación de los átomos y de sus núcleos o la formación de toda molécula puede explicarse mediante la Mecánica Cuántica.

Los chips electrónicos del ordenador con el que lee esta nota también dependen de la Mecánica Cuántica. Una vez se la conoce un poco, la Mecánica Cuántica es casi cotidiana.

De este modo, si con un trozo de CD construimos un espectroscopio casero con el que ver las líneas de emisión de un tubo fluorescente, vemos la MC en acción. Por supuesto, si no fuera por la Mecánica Cuántica tampoco habría vida, porque no se formarían moléculas orgánicas, empezando por el ADN. Así que si nos dicen que el ADN está controlado por la MC nos están diciendo una obviedad.

La Naturaleza nos contesta a las preguntas que le hacemos. La manera en la que le debemos preguntar es con un experimento y, en función de las respuesta, elaborar modelos sobre cómo funciona el Universo.

Así que si hacemos unas preguntas sobre átomos y moléculas las Naturaleza nos contesta en el lenguaje de la MC.

Una vez pasa un tiempo y nos familiarizamos con la MC nos parece lógica y natural. Los saltos de energía que determinan los espectros nos parecen de lo más lógicos, el funcionamiento de un microondas también. Incluso el efecto túnel nos parece que simplemente es un préstamo de energía a muy corto plazo que siempre se devuelve.

Pero ya dijo Feyman que aquel que dice que comprende la MC es que no la comprende en absoluto. Hay ciertos aspectos de ella que están torturando a los físicos desde su descubrimiento.

La superposición de estados, el colapso de la función de onda o las propiedades de no localidad, de no realismo y similares (por desgracia, la terminología no está del todo establecida y cada cual entiende una cosa distinta para cada término) nos dicen que el mundo de lo pequeño es muy raro para seres como nosotros que nos hemos criado en el mundo macroscópico.

Además parece ser algo intrínseco de la realidad no artefactos de la teoría. Cada vez que se ha hecho a la Naturaleza la pregunta adecuada (el experimento adecuado) nos ha dicho que el mundo microscópico se comporta a veces de manera muy extraña.

Puede que dentro de unas décadas haya ordenadores cuánticos que evidencien esto a todos los mortales, o puede que un día se descubra que nuestro cerebro no es más que un ordenador cuántico. Hasta entonces puede que todavía haya algunos que discutan la validez de la MC.

Una de las cosas que más molesta a los enemigos de la MC es el entrelazamiento cuántico, en virtud de este fenómeno dos partículas separadas están correlacionadas cuánticamente de tal modo que el colapso de la función de ondas de una de ellas determine el estado de la otra instantáneamente, aunque se encuentre a años luz de distancia.

Aunque esto no viola la causalidad relativista, porque no se transmite información, hay que admitir que es un poco incómodo.

Ahora un grupo de físicos sugiere, mediante un modelo teórico especulativo, que el entrelazamiento cuántico ayuda a mantener la integridad de la molécula de ADN
Elisabeth Rieper, de la Universidad Nacional de Singapur, y sus colaboradores se plantearon qué papel podría jugar el entrelazamiento cuántico en el ADN.

Para saberlo construyeron un modelo teórico simplificado de ADN en el que los nucleótidos consisten en una nube de electrones (de carga negativa) alrededor de una carga positiva central. Este tipo de aproximaciones se suelen realizar frecuentemente, no porque a los físicos les parezcan más bonitas, prácticas o realistas, sino porque básicamente no saben resolver otras situaciones más complicadas.

El caso es que, según el modelo, esta nube electrónica de tipo π se puede situar de tal modo en relación a la carga central que se cree un dipolo. Además, el movimiento de vaivén de esta nube puede ser igual al de un oscilador armónico (otra entidad simplificada favorita de los físicos).

Estas oscilaciones están cuantizadas y forman unas entidades a las que se denominan fonones y que actúan a modo de partículas. Cuando dos nucleótidos se unen entre sí, como el par timina-adenina o el par citosina-guanina, estas nubes oscilan en direcciones opuestas para asegurar la estabilidad de la estructura.

Estos investigadores se preguntaron entonces qué le pasarías a estas oscilaciones cuando estos pares de bases se unen hasta formar la doble hélice de ADN.

Los fonones, al ser también objetos cuánticos, pueden existir en una superposición de estados y pueden estar correlacionados al igual que los fotones o los electrones. Estos físicos vieron que a la temperatura del cero absoluto (otra situación favorita de los físicos por su simplicidad y a la que se da el estado fundamental de todo sistema cuántico) el modelo predecía que el entrelazamiento existía, algo que era de esperar.

Sin embargo, entonces vieron que también se daba a temperatura ambiente. Esto era posible porque los fonones tienen una longitud de onda similar al tamaño de la hélice de ADN, permitiéndose que se formen ondas estacionarias en un fenómeno conocido como “fonones atrapados”. Cuando sucede esto los fonones no pueden escapar fácilmente. Algo similar ocurre con los fonones atrapados en las pequeñas estructuras de los chips de silicio, causando por ello problemas.

Según Riper y sus colaboradores, el fenómeno tiene un efecto profundo en la doble hélice de ADN y no se trata de un efecto despreciable. Aunque cada base está oscilando en direcciones opuestas, esto se da en una superposición de estados, de tal modo que el movimiento promedio es cero.

En un modelo puramente clásico, sin embargo, esto no puede suceder y la doble hélice vibra hasta romperse. Por tanto, en cierto sentido, los efectos cuánticos son responsables de mantener la estabilidad de la doble hélice de ADN. El problema es cómo demostrar experimentalmente todo esto.

Al final de su artículo estos investigadores sugieren que el entrelazamiento cuántico puede que tenga influencia en la manera en la que la información es leía de la hebra de ADN y que esto quizás se pueda explotar experimentalmente, aunque no dicen cómo.
A la fotosíntesis y a la orientación magnética animal se sumaría este nuevo efecto, lo que hace de este campo algo bastante excitante. Bueno, puede que a este paso quizás haya que empezar a hablar de Biología Cuántica.

Fuente: NeoFronteras

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