Científicos de la Universidad de Chicago y de la Universidad de Washington han descubierto una bacteria que utiliza un efecto mecánico cuántico para realizar la fotosíntesis y evitar que sus sistemas sean dañados por el oxígeno del medio ambiente.
Durante su investigación, el equipo estudió un microorganismo fotosintético de la familia 'Chlorobiaceae', conocido como bacteria verde del azufre, el cual es severamente afectado por el oxígeno. Incluso cantidades mínimas de este gas podrían dañar gravemente sus sistemas de captación de luz, a partir de los cuales produce energía química.
No obstante, la bacteria previene la oxidación de sus sistemas al utilizar un efecto mecánico cuántico llamado acoplamiento vibrónico para "ajustar" su sistema de manera que pierda energía en presencia de oxígeno, evitando que este arruine su aparato fotosintético, señalan los académicos en una investigación publicada recientemente en PNAS.
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En esencia, este mecanismo consiste en que las características vibratorias y electrónicas de las moléculas de distintos elementos se acoplan entre sí de tal forma que se vuelven inseparables. Este proceso permite a la bacteria hacer coincidir la diferencia de energía entre dos estados electrónicos en un conjunto de moléculas y proteínas llamado complejo Fenna-Matthews-Olson (FMO), a través del cual dirige la energía a su centro de reacción fotosintética.
Scientists had suspected bacteria were using #quantum mechanics, but no one could prove it – until now.
A pioneering study from the lab of #UChicago Prof. Greg Engel caught them in the act: https://t.co/Xksy1zt078
— The University of Chicago (@UChicago) March 10, 2021
No obstante, de existir oxígeno alrededor de la bacteria, un par de moléculas de cisteína desarrolladas por el microbio actuarán como activadores y liberarán un protón. Esta pérdida energética afectará directamente a los mecanismos cuánticos que dan origen al complejo FMO, lo que permite al organismo redirigir la energía por vías alternas y liberarla sin comprometer su centro fotosintético.
Según explican los científicos a través de una analogía, este proceso de pérdida de energía funciona en principio como cuando se bloquean los carriles de una autopista para desviar parte del tráfico a carreteras locales en las que hay más vías de salida.
"Lo interesante de este resultado es que vemos que la proteína activa y desactiva el acoplamiento vibrónico en respuesta a los cambios ambientales de la célula. La proteína utiliza el efecto cuántico para proteger al organismo del daño de la oxidación", comentó Jake Higgins, autor principal de la investigación. "Es la primera vez que vemos que la biología explota activamente los efectos cuánticos", agregó Greg Engel, caoautor del estudio.
