Algas activan un extraño fenómeno cuántico para la fotosíntesis

Actualizado 15/11/2016 11:23:23 CET
Imagen de criptofitas escaneadas en un microscopio de electrones
Foto: CSIRO
       

MADRID, 17 Jun. (EUROPA PRESS) -    

   Especies de algas que sobreviven en muy bajos niveles de luz son capaces de encender y apagar un extraño fenómeno cuántico que se produce durante la fotosíntesis.

   La función en las algas de este efecto cuántico, conocido como la coherencia, sigue siendo un misterio, pero se cree que podría ayudarles a cosechar la energía del sol con mucha más eficiencia, según investigadores liderados por la Universidad de Nueva Gales del Sur (Australia).

   Descifrar su papel en un organismo vivo podría conducir a avances tecnológicos, como mejores células solares orgánicas y dispositivos basados en cuántica. La investigación se publica en la revista Proceedings.

BIOLOGÍA CUÁNTICA

   Este trabajo es parte de un campo emergente llamado biología cuántica, que avala la evidencia creciente de que los fenómenos cuánticos están operando en la naturaleza, no sólo en laboratorio, e incluso pueden dar cuenta de cómo las aves pueden navegar utilizando el campo magnético de la tierra.

   "Estudiamos pequeñas algas unicelulares llamadas criptofitas que prosperan en el fondo de los charcos de agua, o bajo el hielo grueso, donde les llega muy poca luz", dice el autor principal, el profesor Paul Curmi, de la Facultad de Física de la UNSW.

   "La mayoría de criptofitas tienen un sistema captador de luz, donde la coherencia cuántica está presente. Pero hemos encontrado una clase de criptofitas donde se ha desactivado debido a una mutación genética que altera la forma de una proteína captadora de luz.

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COHERENCIA CUÁNTICA EN LA FOTOSÍNTESIS

   "Este es un hallazgo muy emocionante. Esto significa que seremos capaces de descubrir el papel de la coherencia cuántica en la fotosíntesis mediante la comparación de los organismos con dos tipos diferentes de proteínas ".

   En el extraño mundo de la física cuántica, un sistema que sea coherente - con todas las ondas cuánticas acompasadas entre sí - puede existir en muchos estados diferentes al mismo tiempo, un efecto conocido como superposición. Este fenómeno se observa por lo general sólo en condiciones de laboratorio estrictamente controladas.

   Así que el equipo, que incluye el Profesor Gregory Scholes de la Universidad de Toronto, en Canadá, se sorprendió al descubrir en 2010 que la transferencia de energía entre las moléculas en los sistemas de recolección de luz de dos especies diferentes de criptófitas era coherente. El mismo efecto se ha encontrado en bacterias verdes del azufre que también sobreviven en niveles muy bajos de luz.

   "La suposición es que esto podría aumentar la eficiencia de la fotosíntesis, permitiéndola en algas y bacterias que existen casi sin ninguna luz", dice el profesor Curmi.

   "Una vez que una proteína ha capturado la luz del sol, necesita conseguir que llegue al centro de reacción en la célula lo más rápidamente posible, donde la energía se convierte en energía química para el organismo. Se suponía que la energía llega al centro de reacción de una manera aleatoria. Pero la coherencia cuántica permitiría que la energía fuese puesta a prueba de forma simultánea por cada vía posible antes de viajar a través de la ruta más rápida".

   En el nuevo estudio, el equipo utilizó cristalografía de rayos X para resolver la estructura cristalina de los complejos captadores de luz a partir de tres especies diferentes de criptofitas.

   Encontraron que en dos especies, una mutación genética ha dado lugar a la inserción de un aminoácido extra que cambia la estructura del complejo de la proteína, lo que altera la coherencia.
"Esto demuestra que las criptofitas han desarrollado un interruptor genético para controlar la coherencia y cambiar los mecanismos utilizados para la recolección de la luz", dice el profesor Curmi.

   El siguiente paso será comparar la biología de las diferentes criptofitas y si viven en distintos nichos ambientales, para averiguar si el efecto coherencia cuántica está ayudando a su supervivencia.