Científicos de Alemania e Israel investigan el papel de los efectos de espín cuántico en la transferencia de energía biológica

Los fenómenos de la física cuántica desempeñan un papel fundamental en los procesos biológicos esenciales, especialmente en aquellos relacionados con la absorción de luz y la transferencia de energía. En un esfuerzo conjunto sin precedentes, un equipo interdisciplinario de investigadores pertenecientes a la Universidad de Münster, la Universidad de Ulm y la Universidad Hebrea de Jerusalén ha decidido profundizar en cómo estos efectos cuánticos modulan el movimiento de los electrones dentro de los sistemas vivos. Este ambicioso proyecto, titulado «Efectos de espín cuántico en la base de los bioprocesos energéticos», ha recibido un respaldo financiero significativo por parte de la Fundación Volkswagen, superando los dos millones de euros bajo el marco del programa de vanguardia «NEXT — Biología Cuántica».

El profesor Martin Plenio ha destacado que procesos biológicos fundamentales, como la fotosíntesis, ocurren a una velocidad que resulta imposible de justificar basándose únicamente en los postulados de la física clásica. Por esta razón, el grupo de expertos busca determinar con exactitud la función de la física cuántica en la optimización y aceleración de estos mecanismos vitales para la existencia. Un componente central de esta investigación es el espín del electrón, definido como su momento angular intrínseco, el cual genera un momento magnético capaz de influir directamente en la velocidad y eficiencia del desplazamiento electrónico a través de las estructuras biológicas.

La intensidad de las interacciones magnéticas en estos sistemas depende de manera crítica de la arquitectura espacial de las biomoléculas, específicamente de su quiralidad o propiedad de «lateralidad». Las moléculas quirales actúan de forma similar a un filtro de espín, permitiendo que los electrones con diferentes orientaciones de espín atraviesen la materia con distintos grados de facilidad, un fenómeno técnico conocido como selectividad de espín inducida por quiralidad (CISS, por sus siglas en inglés). Este efecto establece un vínculo directo y profundo entre la simetría quiral y el espín del electrón, lo que ofrece nuevas perspectivas para comprender la naturaleza homoquiral que caracteriza a la vida en la Tierra.

Las investigaciones previas relacionadas con el efecto CISS ya habían demostrado su enorme potencial en el campo de la espintrónica, así como su relevancia para entender los procesos selectivos de espín en la biología. Científicos de la Universidad Hebrea de Jerusalén han logrado determinar que el espín de los electrones también ejerce una influencia notable en el transporte de protones dentro de entornos quirales. Este fenómeno se vincula con la excitación de fonones quirales, los cuales aceleran el movimiento de los protones, elementos que resultan cruciales para la bioenergética celular. Gracias a este descubrimiento, la transferencia de protones deja de ser vista como un proceso puramente químico para integrarse plenamente en el dominio de los procesos cuánticos complejos.

Este estudio no solo redefine nuestra comprensión de la eficiencia energética en la naturaleza, sino que también abre la puerta a innovaciones tecnológicas inspiradas en la biología. Al descifrar cómo la evolución ha perfeccionado el uso de los efectos cuánticos a lo largo de millones de años, los científicos esperan aplicar estos principios en el desarrollo de nuevos dispositivos electrónicos y sistemas de energía más sostenibles. La colaboración entre las instituciones alemanas e israelíes marca un hito en la biotecnología moderna, consolidando la biología cuántica como un campo esencial para resolver los enigmas más profundos de la materia viva y su interacción con la energía a escala subatómica.