O oxigênio é vida para animais como nós. Mas, para muitas espécies de micróbios, o menor cheiro do elemento altamente reativo coloca sua delicada maquinaria química em risco de enferrujar.
A bactéria fotossintetizante Chlorobium tepidum desenvolveu uma maneira inteligente de proteger seus processos de captação de luz dos efeitos tóxicos do oxigênio, usando um efeito quântico para mudar sua linha de produção de energia para marcha lenta.
Um estudo conduzido por cientistas da Universidade de Chicago e da Universidade de Washington em St. Louis mostrou como a bactéria lança uma chave em sua ressonância quântica para “sintonizar” seu sistema de modo que perca energia na presença de oxigênio, evitando que ele se destrua seu aparelho fotossintético.
Nossa experiência cotidiana de realidade sólida parece a um milhão de quilômetros de distância da paisagem fantasma dos efeitos quânticos, onde a natureza de um objeto é uma mancha de possibilidades até que uma observação os fixe no lugar.
Longe de esferas sólidas se encaixando, as partículas que constituem nossos átomos e moléculas ressoam com possibilidade, recusando-se a se estabelecer até que os dados do acaso se acumulem alto o suficiente para que uma determinada reação se torne inevitável.
Embora tudo isso esteja claro, permanecem questões sobre a frequência com que algo tão complexo como um sistema vivo explora ativamente as características mais sutis da mecânica quântica em nome da sobrevivência.
“Antes deste estudo, a comunidade científica viu assinaturas quânticas geradas em sistemas biológicos e fez a seguinte pergunta: Esses resultados eram apenas uma consequência da biologia sendo construída a partir de moléculas, ou eles tinham um propósito?” explica o químico da Universidade de Chicago Greg Engel.
As evidências de que os efeitos quânticos podem ser integrados aos sistemas vivos vêm se acumulando há algum tempo.
Um estudo recente mostrou como as mudanças em um campo magnético influenciam o spin de um elétron em proteínas sensíveis à luz chamadas criptocromos, um fenômeno que pode explicar como alguns animais podem detectar a magnetosfera do nosso planeta.
Identificar um toque sutil de influência quântica em uma reação sensorial é uma coisa, no entanto. Observá-lo no cerne 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 gosta de ter oxigênio correndo solto em suas entranhas. O que é útil para liberar energia da glicose dentro de nossas células destrói o aparato para transformar a luz em ligações químicas dentro do micróbio.
A chave para essa cadeia de reações transformativas é um agrupamento de proteínas e pigmentos chamado complexo de Fenna-Matthews-Olson (FMO). Ele atua como um mediador entre os componentes de captação de luz do sistema e o chão de fábrica, onde a energia é convertida em química.
Pensou-se inicialmente que o FMO depende da coerência quântica para fazer seu trabalho, combinando a natureza ondulatória das partículas para facilitar a transferência de elétrons de forma eficiente.
Estudos posteriores forçaram um repensar sobre o papel desse fenômeno estritamente quântico na operação FMO, alegando que, se alguma coisa, a coerência quântica pode realmente retardar todo o processo.
Nesta última exploração da coerência quântica dentro do FMO, os pesquisadores estão levando em consideração 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 pode mudar a forma como a energia é “direcionada” dos componentes de captação de luz para o centro de reação.
Eles descobriram que um par de moléculas de cisteína estava no centro da operação, agindo como um gatilho ao liberar um próton sempre que reagiam com qualquer oxigênio que estivesse presente.
Este próton perdido afetou diretamente os mecanismos quânticos dentro do complexo FMO, efetivamente embaralhando a 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 prender a respiração até que possa estar 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 graduação no 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 todo um novo conjunto de efeitos selecionados pela natureza que ainda não conhecemos.”
Pode haver um mundo inteiro de biologia quântica apenas esperando para ser descoberto.
Publicado em 13/03/2021 15h25
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