Por Pesach Benson • 6 de mayo de 2025
Jerusalén, 6 de mayo de 2025 (TPS-IL) — Científicos descubrieron una conexión cuántica oculta dentro de las células vivas que podría inspirar nanomateriales más inteligentes que imiten la transferencia de energía biológica, abriendo nuevos caminos en medicina, energía y nanotecnología, anunciaron investigadores israelíes el lunes.
El estudio, liderado por científicos de la Universidad Hebrea de Jerusalén en colaboración con el Instituto Weizmann de Ciencias y la Universidad Ben-Gurión, muestra por primera vez que la transferencia de protones —la forma en que las células mueven energía— está directamente influenciada por el espín de los electrones, una propiedad cuántica.
Hasta ahora, los científicos creían que los protones, las diminutas partículas esenciales para la producción de energía, se movían principalmente a través de saltos químicos simples entre moléculas de agua y aminoácidos. Pero los nuevos hallazgos revelan que el movimiento de los protones también está controlado por el espín de los electrones, lo que significa que la física cuántica juega un papel activo en un proceso vital básico.
“Nuestros hallazgos muestran que la forma en que los protones se mueven en los sistemas biológicos no es solo química, sino también física cuántica”, dijo Naama Goren, una de las investigadoras principales. “Esto abre nuevas puertas para comprender cómo se transfiere la información y la energía dentro de los seres vivos”.
La investigación fue dirigida por Goren y el Prof. Yossi Paltiel del Departamento de Física Aplicada y Centro Nano de la Universidad Hebrea, junto con el Prof. Nir Keren y Oded Livnah del Instituto de Ciencias de la Vida. Trabajaron en estrecha colaboración con el Prof. Ron Naaman del Instituto Weizmann y la Prof. Nurit Ashkenasy de la Universidad Ben-Gurión. Los hallazgos del equipo fueron publicados recientemente en la revista revisada por pares PNAS.
En experimentos con cristales biológicos como la lisozima —una enzima que se encuentra en muchos organismos—, los investigadores demostraron que el espín de los electrones y el movimiento de los protones no eran independientes. Cuando se inyectaron electrones con un espín específico en los cristales, los protones se movieron con mayor facilidad. Cuando se inyectaron electrones con el espín opuesto, el movimiento de los protones se vio significativamente obstaculizado. Este acoplamiento entre el espín de los electrones y el transporte de protones nunca antes se había observado en sistemas biológicos.
El descubrimiento está relacionado con el efecto de Selectividad de Espín Inducida por Quiralidad (CISS, por sus siglas en inglés), un fenómeno en el que las moléculas quirales —aquellas con una «manualidad» específica— interactúan de manera diferente según el espín del electrón. El equipo descubrió que las vibraciones en el cristal, llamadas fonones quirales, ayudan a conectar el espín del electrón con la movilidad de los protones, vinculando los efectos cuánticos directamente al flujo de energía biológica.
“Esta conexión entre el espín de los electrones y el movimiento de los protones podría conducir a nuevas tecnologías que imiten los procesos biológicos, e incluso a nuevas formas de controlar la transferencia de información dentro de las células”, dijo Paltiel.
Al demostrar que la mecánica cuántica rige no solo a los electrones sino también a los protones en los procesos vitales, los científicos tendieron un puente importante entre la física y la biología. Esto sugiere que la transferencia de energía e información dentro de los organismos vivos es más selectiva, más ajustable y está controlada con mayor precisión de lo que se creía anteriormente.
Los hallazgos podrían conducir a nuevas tecnologías médicas que controlen el flujo de energía dentro de las células, dispositivos de energía bioinspirados más eficientes y sistemas espintrónicos avanzados para el procesamiento de información cuántica.
Una mejor comprensión y control del espín de los electrones y el movimiento de los protones podría conducir a medicamentos que se dirijan al flujo de energía dentro de las células con mayor precisión y al desarrollo de herramientas de diagnóstico capaces de detectar patrones de transferencia de energía anormales en células enfermas.
Además, aprender de cómo la naturaleza controla el movimiento de los protones con efectos cuánticos podría inspirar nuevos tipos de baterías o celdas de combustible, así como nanomateriales más inteligentes que se autoorganicen o reparen imitando cómo las células manejan la transferencia de energía.
