Observan por primera vez el misterioso «sentido cuántico» que tienen las aves

Una evidencia de que la física cuántica afecta directamente una reacción bioquímica en una célula.

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.

A principios de 2021, científicos de la Universidad de Tokio anunciaron que, por primera vez, habían observado directamente una reacción clave que, según la hipótesis, estaba detrás del talento de las aves (y de muchas otras criaturas) para detectar la dirección de los polos de la Tierra.

Es importante destacar que esta es una evidencia de que la física cuántica afecta directamente una reacción bioquímica en una célula —algo que se ha planteado durante mucho tiempo como hipótesis pero que no ha sido 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.


El cambio que los investigadores observaron en el laboratorio coincidió con lo que se esperaría si un efecto cuántico peculiar fuera responsable de la reacción iluminadora. «No hemos modificado ni agregado nada a estas células», dijo el biofísico Jonathan Woodward. «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, en particular las humanas, capaces de responder a los campos magnéticos?

Acción espeluznante

Si bien existen varias hipótesis, muchos investigadores piensan que la capacidad se debe a una reacción cuántica única que involucra fotorreceptores llamados criptocromos. Estos 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 criaturas, están vinculados a la misteriosa capacidad de detectar campos magnéticos.

De hecho, aunque la mayoría de nosotros no podemos ver los campos magnéticos, las células humanas definitivamente contienen criptocromos. Y hay evidencia de que, aunque no es consciente, los humanos todavía son capaces de detectar el magnetismo de la Tierra.

Para ver la reacción dentro de los criptocromos en acción, los investigadores bañaron un cultivo de células humanas que contenían criptocromos en 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 para mostrar una reacción directa.

Pero… ¿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 utilizando 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 Instituto Max Planck llamado Klaus Schulten desarrolló una teoría sobre cómo los campos magnéticos podrían influir en las reacciones químicas. Implicaba algo llamado par radical.

Un radical de variedad de jardín es un electrón en la capa exterior de un átomo que no está asociado con un segundo electrón. A veces, estos electrones solitarios pueden adoptar un compañero 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 inquietantemente sin importar cuán lejos estén.

Dado que esta correlación no puede explicarse por las conexiones físicas en curso, es puramente una actividad cuántica, algo que incluso Albert Einstein consideraba «espeluznante».

En el ajetreo de una célula viva, su enredo será fugaz. Pero incluso estos espines brevemente correlacionados deberían durar lo suficiente para hacer una diferencia sutil en la forma en que se comportan sus respectivos átomos padres.

Campos magnéticos afectan la biología

En este experimento, a medida que el campo magnético pasaba sobre 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 como este podrían resultar ser otra vía de investigación.

«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», dijo Woodward.

Por supuesto, las aves no son el único animal que depende de nuestra magnetosfera para su dirección. Las especies de peces, gusanos, insectos e incluso algunos mamíferos tienen una habilidad especial. Los humanos incluso podríamos 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 diferentes 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 PNAS.