Un nuevo y revolucionario estudio publicado en *Science Advances* propone que las células podrían estar utilizando mecanismos cuánticos para procesar información mucho más rápido de lo que se entendía anteriormente a través de la señalización bioquímica clásica. Esta investigación, proveniente del Laboratorio de Biología Cuántica de la Universidad Howard, identifica efectos cuánticos superradiantes dentro de estructuras proteicas que contienen triptófano, sugiriendo que las células eucariotas podrían poseer capacidades de procesamiento de información cuántica que rivalizan con los métodos avanzados de corrección de errores cuánticos.
Un estudio innovador publicado en Science Advances propone un concepto revolucionario: las células podrían procesar información utilizando mecanismos cuánticos, operando a velocidades que superan con creces la señalización bioquímica tradicional. Esta investigación, encabezada por Philip Kurian del Laboratorio de Biología Cuántica (QBL) de la Universidad Howard, identifica efectos cuánticos superradiantes dentro de estructuras proteicas que contienen triptófano, lo que permite la transferencia rápida de información en los ambientes cálidos y complejos de los organismos vivos.
El núcleo de este descubrimiento reside en el comportamiento del triptófano, un aminoácido que se encuentra en muchas proteínas. Como revela el estudio, grandes redes de triptófano dentro de estructuras celulares como los microtúbulos y las fibrillas amiloides pueden absorber luz ultravioleta y reemitirla a longitudes de onda más largas. Este proceso, conocido como superradiación, ocurre a una velocidad asombrosa: un picosegundo, o una millonésima de microsegundo.
Este hallazgo tiene profundas implicaciones. En lugar de depender únicamente de los procesos electroquímicos más lentos de la señalización bioquímica, que tardan milisegundos, las células eucariotas podrían estar utilizando estas redes de triptófano como fibra óptica cuántica. Esto les permite procesar información miles de millones de veces más rápido de lo que se entendía anteriormente. El profesor Majed Chergui de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne (Suiza) y Elettra-Sincrotrone Trieste (Italia), que apoyó el estudio experimental de 2024, enfatiza la importancia: “La biología cuántica… tiene el potencial de abrir nuevas perspectivas para comprender la evolución de los sistemas vivos, a la luz de la fotofísica”.
Las implicaciones de esta investigación se extienden más allá del ámbito de la biología celular. El trabajo de Kurian sugiere un límite superior drásticamente revisado en la capacidad computacional de la vida basada en el carbono a lo largo de la historia de la Tierra. Conecta este límite de procesamiento de información con el de toda la materia en el universo observable, sugiriendo un vínculo fundamental entre la vida y el cosmos. El profesor Marco Pettini de la Universidad Aix-Marseille y el Centro de Física Teórica del CNRS (Francia) destaca la importancia de esta conexión: “Combinado con estas premisas bastante inocuas, la notable confirmación experimental de la superradiación de un solo fotón… abre muchas nuevas líneas de investigación en óptica cuántica, teoría de la información cuántica, física de la materia condensada, cosmología y biofísica”.
Los hallazgos del estudio también desafían las comprensiones convencionales de la mecánica cuántica. Los efectos cuánticos son típicamente frágiles y sensibles a las perturbaciones ambientales, lo que requiere temperaturas extremadamente frías y sistemas aislados. Sin embargo, la investigación de Kurian demuestra que estos efectos pueden persistir y funcionar dentro del ambiente cálido y caótico de una célula biológica. Este descubrimiento abre nuevas posibilidades para los investigadores en computación cuántica, ya que sugiere nuevas plataformas y aplicaciones para la tecnología de la información cuántica. El profesor Nicolò Defenu del Instituto Federal de Tecnología (ETH) de Zúrich en Suiza, investigador cuántico, señala la intriga: “Es realmente intrigante ver una conexión vital y creciente entre la tecnología cuántica y los sistemas vivos”.
La investigación también arroja luz sobre las capacidades computacionales de los organismos aneurales, como bacterias, hongos y plantas. Estos organismos, que constituyen la gran mayoría de la biomasa de la Tierra y han existido durante mucho más tiempo que los animales, realizan cálculos sofisticados. El trabajo de Kurian sugiere que estos organismos también podrían estar utilizando mecanismos cuánticos para el procesamiento de información, contribuyendo potencialmente de manera significativa a la capacidad computacional general del planeta. Dante Lauretta, profesor de ciencia planetaria y cosmoquímica en la Universidad de Arizona y director del Centro de Astrobiología de Arizona, enfatiza el impacto potencial: “Las predicciones de Kurian proporcionan límites cuantitativos… sobre cómo los sistemas vivos superradiantes mejoran la capacidad computacional planetaria. Las notables propiedades de esta modalidad de señalización y procesamiento de información podrían cambiar las reglas del juego en el estudio de los exoplanetas habitables”.
Además, los hallazgos del estudio han llamado la atención de los investigadores en el campo de la computación cuántica. La capacidad de estos efectos cuánticos para sobrevivir en un entorno “ruidoso” es de gran interés para quienes buscan hacer que la tecnología de la información cuántica sea más robusta. Kurian ha entablado conversaciones con investigadores en computación cuántica que se sorprendieron por las conexiones con las ciencias biológicas.
El estudio también establece paralelismos entre las capacidades de procesamiento de información de los sistemas vivos y la inteligencia artificial y las computadoras cuánticas. El profesor Seth Lloyd, un pionero en el estudio de la computación cuántica y la capacidad computacional del universo, aplaude el trabajo de Kurian: “Aplaudo los esfuerzos audaces e imaginativos del Dr. Kurian para aplicar la física fundamental de la computación a la cantidad total de procesamiento de información realizado por los sistemas vivos a lo largo de la vida en la Tierra. Es bueno recordar que la computación realizada por los sistemas vivos es mucho más poderosa que la realizada por los artificiales”.
En conclusión, la investigación de Kurian ofrece un cambio de paradigma en nuestra comprensión del procesamiento de información biológica, sugiriendo que la mecánica cuántica juega un papel fundamental en el funcionamiento de la vida. Este descubrimiento tiene implicaciones para varios campos, incluyendo la biología, la computación cuántica, la cosmología y la astrobiología, y subraya la profunda conexión entre el universo y el mundo vivo.
Esta investigación propone que las células eucariotas emplean mecanismos cuánticos, específicamente efectos cuánticos superradiantes en redes de triptófano, para procesar información a velocidades de picosegundos, miles de millones de veces más rápido que la señalización bioquímica tradicional. Este descubrimiento sugiere un límite superior drásticamente revisado en la capacidad computacional de la vida en la Tierra, potencialmente rivalizando con los métodos de corrección de errores cuánticos y ofreciendo perspectivas sobre los orígenes de la vida, la capacidad computacional planetaria e incluso el desarrollo de tecnologías cuánticas más robustas. Es asombroso que podamos desempeñar un papel así.
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