¿Se imaginan poder «ver» el campo magnético de la Tierra? Las aves pueden hacerlo, gracias a un «sentido cuántico», han descubierto un grupo de científicos.
Ver nuestro mundo a través de los ojos de un ave migratoria sería una experiencia bastante espeluznante. Algo en su sistema visual les permite «ver» el campo magnético de nuestro planeta, un ingenioso truco de física cuántica y bioquímica que les ayuda a navegar grandes distancias.
Ahora, por primera vez en la historia, los científicos de la University of Tokyo han observado directamente una reacción clave que, según la hipótesis, está detrás de los talentos de las aves y de muchas otras criaturas para detectar la dirección de los polos del planeta.
Es importante destacar que esta es una evidencia de que la física cuántica afecta directamente una reacción bioquímica en una célula, algo que hemos planteado durante mucho tiempo como hipótesis pero que no hemos visto en acción antes.
Usando un microscopio hecho a medida sensible a débiles destellos de luz, el equipo observó cómo un cultivo de células humanas que contenía un material especial sensible a la luz respondía dinámicamente a los cambios en un campo magnético.
La fluorescencia de una célula se atenúa cuando un campo magnético pasa sobre ella. Crédito: Ikeya y Woodward / Wikimedia Commons CC BY 4.0
El cambio que los investigadores observaron en el laboratorio coincide exactamente con lo que se esperaría si un efecto cuántico peculiar fuera responsable de la reacción iluminadora.
Jonathan Woodward, biofísico de la University of Tokyo, dijo en un comunicado:
“No hemos modificado ni agregado nada a estas células. Creemos que tenemos pruebas extremadamente sólidas de que hemos observado un proceso puramente mecánico cuántico que afecta la actividad química a nivel celular”.
Entonces, ¿cómo son las células, especialmente las humanas, capaces de responder a los campos magnéticos?
Si bien existen varias hipótesis, muchos investigadores creen que la capacidad se debe a una reacción cuántica única que involucra fotorreceptores llamados criptocromos.
Los criptocromos se encuentran en las células de muchas especies y participan en la regulación de los ritmos circadianos. En especies de aves migratorias, perros y otras especies, están vinculados a la misteriosa capacidad de detectar campos magnéticos.
De hecho, aunque la mayoría de nosotros no podemos ver los campos magnéticos, nuestras propias células definitivamente contienen criptocromos. Y hay evidencia de que, aunque no es consciente, los humanos todavía son capaces de detectar el magnetismo de la Tierra.
Crédito: Hans / Pixabay
Para ver la reacción dentro de los criptocromos en acción, los investigadores bañaron un cultivo de células humanas que contenían criptocromos con luz azul, lo que hizo que tuvieran una fluorescencia débil. Mientras brillaban, el equipo barrió campos magnéticos de varias frecuencias repetidamente sobre las células.
Descubrieron que cada vez que el campo magnético pasaba sobre las células, su fluorescencia bajaba alrededor del 3.5 por ciento, lo suficiente como para mostrar una reacción directa.
Entonces, ¿cómo puede afectar un campo magnético a un fotorreceptor?
Todo se reduce a algo llamado espín, una propiedad innata de los electrones.
Ya sabemos que los campos magnéticos afectan significativamente el giro. Organice los electrones de la manera correcta alrededor de un átomo y reúna suficientes de ellos en un solo lugar, y la masa de material resultante se puede mover usando nada más que un campo magnético débil como el que rodea nuestro planeta.
Todo esto está muy bien si quieres hacer una aguja para una brújula de navegación. Pero sin signos obvios de trozos de material magnéticamente sensibles dentro de los cráneos de palomas, los físicos han tenido que pensar más pequeño.
En 1975, un investigador del Max Planck Institute llamado Klaus Schulten desarrolló una teoría sobre cómo los campos magnéticos podrían influir en las reacciones químicas.
Implicaba algo llamado un par radical.
Se trata de un electrón en la capa exterior de un átomo que no está asociado con un segundo electrón.
A veces, estos electrones únicos pueden adoptar otra partícula en otro átomo para formar un par de radicales. Los dos permanecen sin emparejar, pero gracias a una historia compartida se consideran entrelazados, lo que en términos cuánticos significa que sus giros se corresponderán de manera inquietante sin importar cuán separados estén.
Dado que esta correlación no se puede explicar por las conexiones físicas en curso, es puramente una actividad cuántica, algo que incluso Albert Einstein consideraba «espeluznante».
En el ajetreo de una celda viva, su enredo será fugaz. Pero incluso estos espines brevemente correlacionados deberían durar el tiempo suficiente para marcar una diferencia sutil en la forma en que se comportan sus respectivos átomos padres.
En este experimento, a medida que el campo magnético pasaba por las células, la correspondiente caída de la fluorescencia sugiere que la generación de pares de radicales se había visto afectada.
Una consecuencia interesante de la investigación podría ser cómo incluso los campos magnéticos débiles podrían afectar indirectamente a otros procesos biológicos. Si bien la evidencia de que el magnetismo afecta la salud humana es débil, experimentos similares podrían resultar ser otra vía de investigación.
Crédito: Alistair Dent / Unsplash
Woodward dijo:
“Lo bueno de esta investigación es ver que la relación entre los espines de dos electrones individuales puede tener un efecto importante en la biología”.
Por supuesto, las aves no son el único animal que depende de nuestra magnetósfera para orientarse. Las especies de peces, gusanos, insectos e incluso algunos mamíferos tienen una habilidad especial. Los humanos podríamos incluso ser afectados cognitivamente por el débil campo magnético de la Tierra.
La evolución de esta habilidad podría haber generado una serie de acciones muy diferentes basadas en diferencias físicas.
Tener evidencia de que al menos uno de ellos conecta la rareza del mundo cuántico con el comportamiento de un ser vivo es suficiente para obligarnos a preguntarnos qué otros fragmentos de biología surgen de las espeluznantes profundidades de la física fundamental.
Esta investigación fue publicada en Proceedings of the National Academy of Sciences.
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