Ilmuwan Jerman dan Israel Selidiki Peran Efek Spin Kuantum dalam Transfer Energi Biologis

Fenomena fisika kuantum kini semakin nyata perannya dalam berbagai proses biologis yang kompleks, terutama yang berkaitan erat dengan penyerapan cahaya serta mekanisme transfer energi. Dalam sebuah inisiatif proyek lintas disiplin yang sangat ambisius, para peneliti terkemuka dari Universitas Münster, Universitas Ulm, dan Universitas Ibrani Yerusalem (Hebrew University of Jerusalem) telah menyatukan kekuatan untuk membedah bagaimana efek kuantum ini secara spesifik memodulasi pergerakan elektron di dalam sistem makhluk hidup.

Studi mendalam yang bertajuk "Efek Spin Kuantum sebagai Dasar Bioproses Energi" ini telah berhasil mendapatkan pengakuan internasional serta dukungan finansial yang sangat signifikan. Yayasan Volkswagen, melalui program inovatif bertajuk "NEXT — Biologi Kuantum", telah mengucurkan dana bantuan penelitian yang jumlahnya melampaui angka dua juta euro untuk mendukung keberlangsungan riset mutakhir ini di tingkat global.

Profesor Martin Plenio, salah satu tokoh kunci dalam penelitian ini, menekankan bahwa proses biologis yang sangat fundamental seperti fotosintesis berlangsung dengan efisiensi dan kecepatan yang luar biasa. Kecepatan tersebut dinilai mustahil untuk dijelaskan secara akurat jika hanya mengandalkan hukum-hukum fisika klasik semata. Oleh karena itu, tim peneliti bertujuan untuk memetakan peran pasti fisika kuantum dalam mengoptimalkan serta mempercepat proses-proses yang menjadi penopang utama kehidupan tersebut.

Fokus utama dari penyelidikan ilmiah ini terletak pada spin elektron, yang merupakan momentum sudut internal yang menghasilkan momen magnetik unik. Momen magnetik inilah yang memiliki kemampuan untuk memengaruhi kecepatan dan arah perpindahan elektron dalam jaringan biologis. Intensitas interaksi magnetik tersebut sangat bergantung pada konfigurasi spasial dari biomolekul, terutama pada sifat kiralitas atau "tangan" (handedness) yang dimiliki oleh molekul tersebut.

Molekul kiral dalam sistem biologis bertindak layaknya sebuah filter spin yang sangat canggih, di mana elektron dengan orientasi spin tertentu dapat melintas dengan lebih mudah dibandingkan dengan yang lainnya. Fenomena ini dikenal luas dalam dunia sains sebagai efek selektivitas spin yang diinduksi oleh kiralitas atau Chiral-Induced Spin Selectivity (CISS). Efek CISS ini menciptakan hubungan langsung antara simetri kiral dan spin elektron, yang memberikan wawasan baru yang mendalam mengenai asal-usul sifat homokiral dari kehidupan.

Sebelumnya, penelitian mengenai efek CISS telah menunjukkan kegunaannya yang luas, mulai dari pengembangan teknologi spintronik hingga pemahaman yang lebih baik tentang proses selektif spin dalam biologi. Para ilmuwan di Universitas Ibrani Yerusalem juga telah membuktikan bahwa spin elektron memengaruhi transfer proton dalam media kiral melalui eksitasi fonon kiral. Penemuan ini mempercepat pergerakan proton yang sangat krusial bagi bioenergetika sel, sekaligus menggeser paradigma transfer proton dari sekadar reaksi kimia biasa menjadi fenomena kuantum yang terorganisir.