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| Kateryna Kon/Science Photo Library/Getty Images |
Oxigênio é vida para animais assim como é para nós. Mas para muitas espécies de micróbios, o menor cheiro do elemento altamente reativo coloca suas delicadas máquinas químicas em risco de enferrujar.
A bactéria fotossintetizante Chlorobium tepidum evoluiu uma maneira inteligente de proteger seus processos de colheita de luz dos efeitos venenosos do oxigênio, usando um efeito quântico para mudar sua linha de produção de energia para baixa engrenagem.
Um estudo conduzido por cientistas da Universidade de Chicago e da Universidade de Washington em St. Louis mostrou como a bactéria joga uma chave inglesa em sua ressonância quântica para "sintonizar" seu sistema para que ele perca energia na presença de oxigênio, impedindo-a de destruir seu aparelho fotossintético.
Nossa experiência cotidiana de realidade sólida parece um milhão de milhas de distância da paisagem fantasma dos efeitos quânticos, onde a natureza de um objeto é uma mancha de possibilidade até que uma observação os bloqueie no lugar.
Longe de esferas sólidas clicando juntas, as partículas que compõem nossos átomos e moléculas ressoam com possibilidade, recusando-se a se estabelecer até que os dados de acaso se acumulam alto o suficiente para que uma reação particular se torne inevitável.
Embora isso seja claro, ainda há dúvidas sobre quantas vezes algo tão complexo como um sistema vivo explora ativamente as características mais finas da mecânica quântica em nome da sobrevivência.
"Antes deste estudo, a comunidade científica viu assinaturas quânticas geradas em sistemas biológicos e fez a pergunta: esses resultados eram apenas uma consequência da biologia ser construída a partir de moléculas, ou elas tinham um propósito?" explica O químico da Universidade de Chicago Greg Engel.
Evidências de que efeitos quânticos podem ser tecidos em sistemas vivos vem sendo construídas há algum tempo.
Um estudo recente mostrou como as mudanças em um campo magnético influenciam o giro de um elétron em proteínas sensíveis à luz chamadas criptocromatos, um fenômeno que pode explicar como alguns animais podem detectar a magnetosfera do nosso planeta.
Identificar um sutil empurrão de influência quântica em uma reação sensorial é uma coisa, no entanto. Observá-lo no núcleo da sobrevivência de um organismo é outra coisa.
"Esta é a primeira vez que vemos a biologia explorando ativamente os efeitos quânticos", diz Engel.
Como uma bactéria estritamente anaeróbica, C. tepidum não está interessado em ter oxigênio correndo desenfreado através de suas entranhas. O que é útil na liberação de energia da glicose dentro de nossas células destrói o aparelho por transformar luz em ligações químicas dentro do micróbio.
A chave para essa cadeia de reações transformadoras é um aglomerado de proteínas e pigmentos chamado complexo Fenna-Matthews-Olson (FMO). Atua como mediador entre os componentes de colheita de luz do sistema e o chão de fábrica onde a energia é convertida em química.
Inicialmente se pensava que o FMO se baseia na coerência quântica para fazer seu trabalho, combinando com a natureza das partículas em forma de onda, a fim de facilitar a transferência de elétrons de forma eficiente.
Estudos posteriores forçaram uma repensar sobre o papel deste fenômeno estritamente quântico na operação FMO, alegando que, se alguma coisa,a coerência quântica poderia realmente retardar todo o processo.
Nesta última exploração da coerência quântica dentro da FMO, os pesquisadores estão levando em conta o efeito que o oxigênio pode ter em todo o sistema.
Usando uma técnica de espectroscopia a laser ultrarrápida para capturar detalhes sobre a atividade do complexo, a equipe mostrou como a presença de oxigênio poderia mudar a forma como a energia era "direcionada" dos componentes de colheita de luz para o centro de reação.
Eles encontraram um par de moléculas de cisteína sentadas no centro da operação, agindo como um gatilho liberando um próton sempre que eles reagiram com qualquer oxigênio que estava presente.
Este próton perdido afetou diretamente os mecanismos quânticos dentro do complexo FMO, efetivamente embaralhando energia para longe de áreas que de outra forma estariam abertas à oxidação.
Embora signifique que a bactéria está temporariamente privada de energia, a interrupção quântica força a célula a segurar sua respiração até que possa ficar livre dos efeitos tóxicos do oxigênio.
"A simplicidade do mecanismo sugere que ele pode ser encontrado em outros organismos fotossintéticos em toda a paisagem evolutiva", diz o autor principal Jake Higgins, um estudante de pós-graduação do Departamento de Química da Universidade de Chicago.
"Se mais organismos forem capazes de modular dinamicamente acoplamentos mecânicos quânticos em suas moléculas para produzir mudanças maiores na fisiologia, pode haver um novo conjunto de efeitos selecionados por natureza que ainda não conhecemos."
Pode haver um mundo inteiro de biologia quântica esperando para ser descoberto.
A pesquisa foi publicada na PNAS.
Fonte: ScienceAlert