Con base en el uso de herramientas de la teor\u00eda cu\u00e1ntica para el estudio de fen\u00f3menos que involucran a los organismos vivos, la biolog\u00eda cu\u00e1ntica se ha constituido como un campo de investigaci\u00f3n esencialmente interdisciplinario. El sost\u00e9n de sus estudios se basa, sobre todo, en la cooperaci\u00f3n que establecieron profesionales de la biolog\u00eda, la qu\u00edmica y la f\u00edsica, con la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica y la qu\u00edmica te\u00f3rica como elementos centrales de su producci\u00f3n cient\u00edfica.<\/p>\n
\u201cEl intento de entender y controlar aspectos estructurales de los sistemas biol\u00f3gicos ha llamado la atenci\u00f3n de los cient\u00edficos hacia el estudio de los fen\u00f3menos cu\u00e1nticos, esto es, eventos que no pueden explicarse bas\u00e1ndose en la f\u00edsica cl\u00e1sica del mundo macrosc\u00f3pico\u201d, explica Fernando Semi\u00e3o, del Laboratorio de Ciencia y Tecnolog\u00eda en Informaci\u00f3n Cu\u00e1ntica de la Universidad Federal del ABC (UFABC), donde adem\u00e1s de la biolog\u00eda cu\u00e1ntica, tambi\u00e9n se llevan a cabo estudios sobre informaci\u00f3n cu\u00e1ntica pura, termodin\u00e1mica cu\u00e1ntica e investigaci\u00f3n experimental en \u00f3ptica cu\u00e1ntica. En Brasil, sin embargo, los estudiantes de posgrado que deciden realizar investigaciones en el \u00e1rea no disponen de trayectos institucionales, lo que hace necesario un mayor esfuerzo para la obtenci\u00f3n, generalmente en forma aut\u00f3noma, de dichos conocimientos. \u201cSi bien es un campo de investigaci\u00f3n prometedor, aqu\u00ed a\u00fan son pocas las instituciones que desarrollan ese tipo de estudios\u201d, analiza Semi\u00e3o.<\/p>\n
Las primeras menciones a la biolog\u00eda cu\u00e1ntica se remontan a mediados del siglo XX. En el libro intitulado O que \u00e9 a vida? O aspecto f\u00edsico da c\u00e9lula viva<\/em> [\u00bfQu\u00e9 es la vida?<\/em>] (editorial Unesp, 1997),publicado originalmente en 1944 por el f\u00edsico austr\u00edaco Erwin Schr\u00f6dinger (1887-1961), se introducen conceptos importantes para la constituci\u00f3n de la biolog\u00eda cu\u00e1ntica como campo de estudio, basado principalmente en la complejidad de la materia viva. \u201cSin embargo, los cient\u00edficos de aquella \u00e9poca no estaban preparados para enfrentarse a ese reto\u201d, dice Carlos Alberto dos Santos, del Instituto de F\u00edsica de la Universidad Federal de Alagoas (IF-Ufal). Al exponer las posibilidades de estudio de la termodin\u00e1mica de sistemas biol\u00f3gicos, la obra comenz\u00f3 gradualmente a movilizar a los f\u00edsicos y bi\u00f3logos.<\/p>\n En la base Web of Science, el primer trabajo con las palabras quantum biology<\/em> se remonta a 1956. La producci\u00f3n seguir\u00eda siendo peque\u00f1a hasta principios de este siglo. El cambio de rumbo sobrevino en 2007, con la publicaci\u00f3n del art\u00edculo intitulado \u201cEvidence for wavelike energy transfer through quantum coherence in photosynthetic systems<\/em>\u201d, en la revista Nature<\/em>. En ese trabajo, un grupo de cient\u00edficos encabezados por el qu\u00edmico brit\u00e1nico Graham Fleming, de la Universidad de California en Berkeley, Estados Unidos, obtuvo pruebas de que las macromol\u00e9culas involucradas en la fotos\u00edntesis presentan oscilaciones electr\u00f3nicas que s\u00f3lo pueden describirse a trav\u00e9s de la f\u00edsica cu\u00e1ntica. Desde entonces, el n\u00famero de art\u00edculos cient\u00edficos se ha disparado. \u201cEs cierto que el campo de estudios comienza a consolidarse a partir de este per\u00edodo\u201d, a\u00f1ade Dos Santos.<\/p>\n <\/div>\n Desde la publicaci\u00f3n de los estudios del grupo Fleming, la fotos\u00edntesis se ha convertido en el primer fen\u00f3meno biol\u00f3gico considerado como un resultado leg\u00edtimo de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica. Este fen\u00f3meno se describe como un proceso biol\u00f3gico en el que ciertas bacterias, algas y plantas obtienen energ\u00eda, a partir de los fotones, con absorci\u00f3n de energ\u00eda, que es transportada por diversas prote\u00ednas y transformada en energ\u00eda qu\u00edmica. \u201cEl transporte de esta energ\u00eda ocurre por medio de un efecto denominado coherencia cu\u00e1ntica\u201d, explica Guilherme Menegon Arantes, del Instituto de Qu\u00edmica de la Universidad de S\u00e3o Paulo (IQ-USP), quien recurre a la simulaci\u00f3n por computadora para investigar los fen\u00f3menos cu\u00e1nticos que involucran biomol\u00e9culas. La eficiencia de la conversi\u00f3n de la energ\u00eda solar en energ\u00eda qu\u00edmica durante el proceso de la fotos\u00edntesis es algo que siempre ha desconcertado a los cient\u00edficos. Hasta entonces, los efectos cu\u00e1nticos se caracterizaban por ser fen\u00f3menos ultrarr\u00e1pidos que s\u00f3lo se producen en entornos controlados y a temperaturas muy bajas.<\/p>\n Interfaz y colaboraci\u00f3n<\/strong> Entre las hip\u00f3tesis aportadas por los preceptos de la biolog\u00eda cu\u00e1ntica se encuentra la que estipula que la alteraci\u00f3n del esp\u00edn \u2013una propiedad intr\u00ednseca de las part\u00edculas microsc\u00f3picas, tales como los electrones, protones y \u00e1tomos\u2013 puede estar relacionada con los procesos redox. Laurindo destaca dos hip\u00f3tesis que surgen de esa perspectiva. La primera est\u00e1 relacionada con los procesos celulares habituales que generan minicampos magn\u00e9ticos en el interior de la c\u00e9lula y pueden afectar su reacci\u00f3n ante determinados est\u00edmulos. En este caso, el fen\u00f3meno cu\u00e1ntico ser\u00eda un mediador de las respuestas celulares. La segunda ser\u00eda que los campos magn\u00e9ticos externos, como los que generan las antenas de telefon\u00eda, los tel\u00e9fonos celulares y la televisi\u00f3n, entre otros, podr\u00edan interferir en las respuestas adaptativas intracelulares.<\/p>\n La senda de la investigaci\u00f3n<\/strong> Hay instituciones europeas y estadounidenses que ya ofrecen asignaturas que propician la profundizaci\u00f3n en ese campo. En la Universidad de Surrey, en Inglaterra, por ejemplo, un programa de posgrado en el Leverhulme Quantum Biology Doctoral Training Centre (QB-DTC) permite la formaci\u00f3n en temas tales como magnetorrecepci\u00f3n, biofot\u00f3nica cu\u00e1ntica, tunelaje cu\u00e1ntico en el ADN, efectos cu\u00e1nticos en la fotos\u00edntesis y decoherencia y ruidos en los sistemas biol\u00f3gicos. En el Center for Quantum Bio-Sciences del Instituto de F\u00edsica Te\u00f3rica de la Universidad de Ulm, en Alemania, los estudios de biolog\u00eda cu\u00e1ntica incluyen la fotos\u00edntesis y el transporte de electrones y est\u00e1n entrelazados con las investigaciones sobre las tecnolog\u00edas cu\u00e1nticas y la ciencia de la informaci\u00f3n cu\u00e1ntica, tales como la mec\u00e1nica estad\u00edstica cu\u00e1ntica y el procesamiento de se\u00f1ales cu\u00e1nticas.<\/p>\n En su 12\u00aa edici\u00f3n, la conferencia intitulada Quantum Effects in Biological Systems Workshops (QuEBS) congrega anualmente a los interesados en los estudios de los fen\u00f3menos de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica en sistemas biol\u00f3gicos en \u00e1reas tales como f\u00edsica, qu\u00edmica, biolog\u00eda, ciencia de materiales y ciencia de la informaci\u00f3n cu\u00e1ntica. La edici\u00f3n de este a\u00f1o, que estaba prevista para llevarse a cabo en el mes de septiembre, en Grecia, tuvo que ser reprogramada debido a la pandemia de covid-19. Al reunir un promedio de cien investigadores en torno a esos temas, la biolog\u00eda cu\u00e1ntica pone de manifiesto que, aunque peque\u00f1a, viene afianz\u00e1ndose como un campo de estudios emergente.<\/p>\n\n
\nLa biolog\u00eda cu\u00e1ntica ha cobrado importancia en el campo de la biomedicina. \u201cEl hecho de entender mejor c\u00f3mo ocurren los fen\u00f3menos cu\u00e1nticos puede impactar e influir en nuestra comprensi\u00f3n de los mecanismos de las enfermedades\u201d, afirma Francisco Laurindo, del Instituto del Coraz\u00f3n de la Facultad de Medicina de la Universidad de S\u00e3o Paulo (InCor-FMUSP), quien ve la posibilidad, de momento todav\u00eda te\u00f3rica, de una integraci\u00f3n de conocimientos entre la biolog\u00eda cu\u00e1ntica y la biolog\u00eda redox, un \u00e1rea de estudio ya consolidada y dedicada al estudio de los procesos biol\u00f3gicos que implican reacciones de intercambio de electrones en las biomol\u00e9culas de los seres vivos. \u201cNuestras investigaciones en biomedicina redox se han centrado en el estudio de c\u00f3mo responden las c\u00e9lulas vasculares ante distintos tipos de lesiones y c\u00f3mo los procesos de oxirreducci\u00f3n, es decir, de transferencia de electrones, pueden configurar estos procesos\u201d, explica Laurindo.<\/p>\n
\nCuando la investigadora Nicole De March decidi\u00f3 realizar estudios en el campo de la biolog\u00eda cu\u00e1ntica en el Instituto de F\u00edsica de la Universidad Federal de R\u00edo Grande do Sul (IF-UFRGS), tuvo que convencer a sus directores acerca de la pertinencia de sus investigaciones. \u201cAunque pertenezco al \u00e1rea de la f\u00edsica, para poder avanzar en mi investigaci\u00f3n de maestr\u00eda y doctorado tuve que entender conceptos de la biolog\u00eda\u201d, explica. Los descubrimientos resultantes de los avances en la biolog\u00eda cu\u00e1ntica podr\u00edan, en el futuro, aumentar su proximidad con los campos de la f\u00edsica y la qu\u00edmica, con la consiguiente instauraci\u00f3n de disciplinas que contemplen m\u00e1s espec\u00edficamente esa tem\u00e1tica. \u201cEl estudio de los fen\u00f3menos cu\u00e1nticos que surgen como nexo entre estas \u00e1reas del conocimiento puede transformar los planes de estudio de las carreras de grado\u201d, dice Sandra Denise Prado, de la IF-UFRGS.<\/p>\n