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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

HOYOS DE CONEJO EN LA LUNA

El LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter) está emitiendo de nuevo las imágenes de profundas cavernas de cientos de metros de profundidad. Señas a seguir por Científicos.

Estas imágenes de Kaguya muestran hoyos en las colinas Marius en el contexto de un sistema de meandros de rilles volcánicas. Debido a que el pozo se encuentra en medio de un canal lunar, probablemente representa un colapso en el techo de un tubo de lava. Crédito: JAXA / SELENE

"Podrían ser las entradas a un país de las maravillas geológicas", dice Mark Robinson de la Universidad Estatal de Arizona, investigador principal de la cámara LRO.

"Creemos que los agujeros gigantes son como claraboyas que se formaron cuando los techos de los tubos de lava subterráneos se derrumbó."

La nave espacial japonesa Kaguya fotografión por primera vez el año pasado enormes cavernas. Ahora la poderosa Cámara Orbitador de Reconocimiento Lunar (LROC, la misma cámara que fotografió aterrizadores Apolo y las pistas de los astronautas en el polvo lunar) nos está dando atractivas imágenes de alta resolución de las entradas de las cavernas y sus alrededores.

A la izquierda, esta caverna en Mare Ingenii es casi dos veces el tamaño de la una, en las colinas Marius. Crédito: NASA

Ya en la década de 1960, antes de que los seres humanos en pisen la Luna, los investigadores propusieron la existencia de una red de túneles, reliquias de los ríos de lava fundida, debajo de la superficie lunar.

Basaron su teoría en las primeras fotografías orbitales que reveló cientos de tiempo, los canales estrechos llamados rilles liquidación a través de vastas llanuras lunares.

Los científicos creían que estas rilles ser pruebas de la superficie de los túneles por debajo del suelo a través del cual fluía la lava miles de millones de años atrás.

"Es emocionante que hemos confirmado ahora esta idea", dice Robinson. "El Kaguya y las fotos del LROC demuestran que estas cavernas son claraboyas de los tubos de lava, así que sabemos como puede existir túneles intactos al menos en segmentos pequeños después de que varios millones de años."

Los tubos de lava se forman cuando la capa superior de la lava que fluye de un volcán comienza a enfriarse, mientras que por debajo de la lava sigue fluyendo en los canales tubulares.

La lava endurecida por encima de aísla por debajo de la lava fundida, lo que le permite conservar su calor y líquido siga fluyendo. Los tubos de lava que se encuentran en la Tierra pueden variar desde un simple tubo de un complejo laberinto que se extiende por millas.

Si los túneles que llevan fuera de los lucernarios han resistido la prueba del tiempo y todavía están abiertas, que podría algún día proporcionar protección a visitantes humanos de los meteoroides entrantes y otros peligros.

"Los túneles ofrecen un blindaje perfecto contra las radiaciones y un ambiente térmico muy benigno", dice Robinson. "Una vez que te pones a 2 metros bajo la superficie de la Luna, la temperatura se mantiene bastante constante, probablemente en torno a -30 a -40 grados C."

A la izquierda, una foto de un hoyo en la década de Marius Hills, en la Luna que es lo suficientemente grande como para ajustarse a la Casa Blanca por completo en su interior. Crédito: NASA / LROC / ASU

Esta cifra puede parecer fría, pero sería una buena noticia para los exploradores que buscaban escapar de los extremos de temperatura de la superficie lunar. En el ecuador de la Luna, las temperaturas del medio día se elevan a 100 º C y luego se hunde a una frígida -150 grados C por la noche.

Paul Spudis del Instituto Lunar y Planetario está de acuerdo en que los tubos de lava lunar y las cámaras tienen ventajas potenciales para los futuros exploradores pero dice, "Hold fuera de la reserva de sus próximas vacaciones en el Hilton Lunar Carlsbad. Muchos de los Túneles pueden haber rellenado con sus propios lava solidificada. "

"Simplemente no puedo decir, con nuestros instrumentos a distancia, a lo que las cavernas lucernarias pueda conducir. Para saber a ciencia cierta, tendríamos que ir a la Luna y hacer algo de espeleología.

He tenido mi parte de sorpresas en espeleología. Hace varios años, estaba ayudando a un mapa flujo de lava en Hawai. Tuvimos un buen conjunto de rejillas de ventilación, una especie de estos tragaluces. Resultó que había todo un sistema nueva cueva que no era evidente a partir de imágenes aéreas. "

Puede ser algo similar para las claraboyas lunares?

"¿Quién sabe?" dice Spudis. "La Luna continuamente me sorprende."

Fuente: Ciencia@Nasa