El entrelazamiento cuántico mantiene unido el ADN

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ADN entrelazadoUn nuevo modelo teórico sugiere que el entrelazamiento cuántico ayuda a prevenir que las moléculas de la vida se rompan.

Hubo un tiempo, no hace mucho, en el que los biólogos juraban y perjuraban que la mecánica cuántica no podía jugar ningún papel en los sistemas calientes y húmedos de la vida.

Desde entonces, la disciplina de la biología cuántica ha emergido como uno de los campos más excitantes en la ciencia. Parece como si los efectos cuánticos fueran cruciales en algunos procesos biológicos, tales como la fotosíntesis y la navegación de las aves.

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 hayan podido imaginar. Su nueva idea es que el ADN se mantiene unido por el entrelazamiento cuántico.

Merece la pena verlo con más detalle. El entrelazamiento es el extraño proceso cuántico en el que una función de onda describe dos objetos separados. Cuando esto ocurre, estos objetos comparten de forma efectiva la misma existencia, sin importar lo lejos que puedan estar el uno del otro.

La cuestión que Elisabeth Rieper, de la universidad nacional de Singapur, y dos colegas suyos se han preguntado es qué papel podría desempeñar el entrelazamiento en el ADN. Para encontrarlo, han construído un modelo teórico simplificado de ADN en el que cada nucleótido consta de una nube de electrones en torno a un núcleo central positivo. Esta nube negativa puede moverse respecto del núcleo, creando un dipolo. Y el movimiento de la nube es del tipo de un oscilador armónico.

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

Rieper y cía. se preguntan qué sucede a estas oscilaciones, o fonones, como las llaman los físicos, cuando los pares base tienen una estructura de doble hélice.

Los fonones son objetos cuánticos, lo que significa que pueden existir en una superposición de estados y entrelazarse, como cualquier otro objeto cuántico.

Para empezar, Rieper y cía. imaginan la hélice sin ningún efecto externo. “Claramente, la cadena de osciladores armónicos está entrelazada a temperatura cero”, dicen. Entonces continúan demostrando que el entrelazamiento también puede existir a temperatura ambiente.

Esto es posible porque los fonones tienen una longitud de onda similar en tamaño a la de una hélice de ADN, lo que permite la formación de 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 fonón causa problemas en estructuras de silicio del mismo tamaño.

Esto sería poco importante si no tuviera ningún efecto global en la hélice. Pero el modelo desarrollado por Rieper y cía. sugiere que el efecto es profundo.

Aunque cada nucleótido en un par base está oscilando en direcciones opuestas, esto ocurre como una superposición de estados, así que el movimiento global de la hélice es nulo. En un modelo puramente clásico, sin embargo, esto no puede suceder, en cuyo caso la hélice vibraría y se rompería.

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

La pregunta, por supuesto, es cómo probar esto. Ellos dicen que una línea de evidencia es que un análisis puramente clásico de la energía requerida para mantener el ADN unido no funciona. Sin embargo, su modelo cuántico hace encajar las piezas. Esto es interesante, pero necesitan tener 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 el modo en que la información es leída en una cadena de ADN, y que esto puede ser explotado experimentalmente. Pero no dicen cómo.

Un trabajo especulativo, pero potencialmente explosivo.


Artículo de Referencia: arxiv.org/abs/1006.4053: The Relevance Of Continuous Variable Entanglement In DNA

Fecha Original: 28 de junio de 2010
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