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» » » » Más evidencias de la física cuántica en la fotosíntesis

 Los físicos han encontrado la evidencia más consistente hasta ahora de que los efectos cuánticos alimentan la fotosíntesis.

Han sido muchos experimentos que en los últimos años lo han sugerido, pero era difícil estar seguro. Los efectos cuánticos estaban muy claros en las proteínas de antena de para captar la luz de las células vegetales, pero su papel exacto en el procesamiento de los fotones de entrada siguía sin quedar claro.

En un experimento publicado el 6 de diciembre en Proceedings of the National Academy of Sciences, una conexión entre la coherencia (las moléculas que interactúan como una, separadas por el espacio pero no por el tiempo) y el flujo de energía que se establece.

"Hay un disparador antes", dijo el coautor del estudio, Greg Engel, de la Universidad de Chicago, "aquí podemos ver la relación entre coherencia y transferencia de energía. Este es el primer documento que muestra que la coherencia afecta a la probabilidad de transporte. Y realmente va a cambiar la dinámica química."

Los nuevos hallazgos son los últimos de una serie que poco a poco se ha ido comprometiendo a ampliar la compresión científica de la fotosíntesis, uno de los procesos fundamentales de la vida. Hasta hace tan sólo unos años, parecía algo francamente sencillo de la química.

Luego vinieron las observaciones de la coherencia de la proteína de antena de las clorofila de las bacterias verdes del azufre. La clorofila, aunque dispersa por toda las proteínas de antena, vibraban en una entrelazada armonía mucho más tiempo de lo que nadie esperaba, el tiempo suficiente para realizar su papel funcional. No obstante, estas observaciones, al hacerse a temperaturas ultrafrías, resultaban poco realistas; mas luego se hizo a temperatura ambiente, y las proteínas de antena se hallaron en las plantas de todo el mundo .

Frente a esta inesperada coherencia, los investigadores teorizaron su papel  que permite una ultra-eficiente transferencia de energía. La energía de los fotones entrantes podrían simultáneamente explorar todas las rutas posibles de la clorofila desde la superficie de una proteína hasta el centro de reacción en su núcleo, y luego establecen el camino más corto.

Para comprobar que, efectivamente, así ocurría, el equipo dirigido por Engel y Shaul Mukamel, de la Universidad de California en Irvine, analizaron la fluctuación de los láseres, tal como pasan a través de las proteínas de antena, y en función de cómo se desplazaban, los investigadores pudieron rastrear lo que sucedía en el interior.

Encontraron una clara relación matemática entre los flujos y fluctuaciones energéticos en la coherencia de la clorofila. El vínculo fue tan clara que podía ser descrito como senos y cosenos derivados, unos conceptos matemáticos que se enseñan en trigonometría en la universidad.

"La creciente evidencia de quese pueden ver efectos cuánticos en los sistemas naturales cuando hay una excitación por láser resulta convincente", apuntaba Greg Scholes, biofísico de la Universidad de Toronto, quien encontró los primeros los efectos cuánticos de la fotosíntesis a temperatura ambiente.

Como siempre, se requieren más investigaciones para comprender en conjunto el papel de la física cuántica, añadió. "¿Cuánto podrá cambiar esto nuestro entendimiento? ¿Cuánto necesitamos?"

Engel extrae una lección sobre la importancia de las proteínas de antena en el que las moléculas de clorofila están inmersas. "La proteína hace mucho más por este sistema de lo que pensábamos", exclamó. "No es sólo un simple elemento estructural."

Los biólogos moleculares "están entrenados para buscar en las moléculas", señaló Engel. "No solemos diseñar sistemas, diseñamos moléculas. La pregunta es: ¿Qué aspectos nos esforzamos por recrear de esto? Si estamos tan interesados ​​en los principios del diseño ¿cómo podría diseñar algo de esto?"

  • Referencia: Wired.com, 6 diciembre 2011, por Brandon Keim
  • Fuente: “Direct evidence of quantum transport in photosynthetic light-harvesting complexes.” By Gitt Panitchayangkoon, Dmitri V. Voronine, Darius Abramavicius, Justin R. Caram, Nicholas Lewis, Shaul Mukamel, and Gregory S. Engel. Proceedings of the National Academy of Sciences, Vol. 108 No. 49, Dec. 6, 2011.
  • Imagen: Complejo de proteínas de antena. Las proteínas son de color gris y las moléculas de clorofila son de color verde. Imagen: Greg Engels

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