Ver nosso mundo através dos olhos de uma ave migratória seria uma experiência bastante assustadora. Algo em seu sistema visual permite que eles “vejam” o campo magnético de nosso planeta, um truque inteligente da física quântica e da bioquímica que os ajuda a navegar por grandes distâncias.
No início de 2021, cientistas da Universidade de Tóquio anunciaram que tinham, pela primeira vez, observado diretamente uma reação-chave, supostamente por trás do talento dos pássaros (e de muitas outras criaturas) para detectar a direção dos pólos da Terra.
É importante ressaltar que esta é uma evidência de que a física quântica afeta diretamente uma reação bioquímica em uma célula – algo que há muito imaginamos, mas não vimos em ação antes.
Usando um microscópio feito sob medida sensível a tênues flashes de luz, a equipe observou uma cultura de células humanas contendo um material especial sensível à luz responder dinamicamente às mudanças em um campo magnético.
A mudança que os pesquisadores observaram no laboratório combinou com o que seria esperado se um efeito quântico peculiar fosse responsável pela reação iluminante.
“Não modificamos ou adicionamos nada a essas células”, disse o biofísico Jonathan Woodward.
“Achamos que temos evidências extremamente fortes de que observamos um processo puramente mecânico quântico afetando a atividade química no nível celular.”
Então, como as células, particularmente as células humanas, são capazes de responder a campos magnéticos?
Embora existam várias hipóteses por aí, muitos pesquisadores pensam que a capacidade se deve a uma reação quântica única envolvendo fotorreceptores chamados criptocromos.
Os criptocromos são encontrados nas células de muitas espécies e estão envolvidos na regulação dos ritmos circadianos. Em espécies de pássaros migratórios, cães e outras criaturas, eles estão ligados à misteriosa capacidade de sentir campos magnéticos.
Na verdade, embora a maioria de nós não consiga ver os campos magnéticos, as células humanas definitivamente contêm criptocromos. E há evidências de que, embora não seja consciente, os humanos ainda são capazes de detectar o magnetismo da Terra.
Para ver a reação dentro dos criptocromos em ação, os pesquisadores banharam uma cultura de células humanas contendo criptocromos em luz azul, fazendo com que tivessem uma fluorescência fraca. Enquanto brilhavam, a equipe varreu campos magnéticos de várias frequências repetidamente sobre as células.
Eles descobriram que cada vez que o campo magnético passava sobre as células, sua fluorescência caía cerca de 3,5 por cento – o suficiente para mostrar uma reação direta.
Como um campo magnético pode afetar um fotorreceptor? Tudo se resume a algo chamado spin – uma propriedade inata dos elétrons.
Já sabemos que o spin é significativamente afetado por campos magnéticos. Organize os elétrons da maneira certa ao redor de um átomo e reúna o suficiente deles em um só lugar, e a massa de material resultante pode ser movida usando nada mais do que um campo magnético fraco como o que cerca nosso planeta.
Isso é muito bom se você quiser fazer uma agulha para uma bússola de navegação. Mas, sem sinais óbvios de pedaços de material magneticamente sensíveis dentro de crânios de pombos, os físicos tiveram que pensar menor.
Em 1975, um pesquisador do Instituto Max Planck chamado Klaus Schulten desenvolveu uma teoria sobre como os campos magnéticos podem influenciar as reações químicas.
Envolvia algo chamado par radical. Um radical comum é um elétron na camada externa de um átomo que não é associado a um segundo elétron.
Às vezes, esses elétrons solteiros podem adotar um ala em outro átomo para formar um par radical. Os dois permanecem desemparelhados, mas graças a uma história compartilhada são considerados emaranhados, o que em termos quânticos significa que seus spins corresponderão assustadoramente, não importa o quão distantes estejam.
Como essa correlação não pode ser explicada por conexões físicas contínuas, é puramente uma atividade quântica, algo que até Albert Einstein considerou “assustador”.
Na azáfama de uma cela viva, seu enredamento será passageiro. Mas mesmo esses spins brevemente correlacionados devem durar apenas o tempo suficiente para fazer uma diferença sutil na maneira como seus respectivos átomos pais se comportam.
Nesse experimento, conforme o campo magnético passava pelas células, a queda correspondente na fluorescência sugere que a geração de pares de radicais foi afetada.
Uma consequência interessante da pesquisa poderia ser como até mesmo campos magnéticos fracos podem afetar indiretamente outros processos biológicos. Embora as evidências de magnetismo afetando a saúde humana sejam fracas, experimentos semelhantes como este podem vir a ser outra via de investigação.
“O que é positivo nesta pesquisa é ver que a relação entre os spins de dois elétrons individuais pode ter um grande efeito na biologia”, disse Woodward.
É claro que os pássaros não são os únicos animais a depender da direção de nossa magnetosfera. Espécies de peixes, vermes, insetos e até mesmo alguns mamíferos têm um talento especial. Nós, humanos, podemos até ser afetados cognitivamente pelo fraco campo magnético da Terra.
A evolução dessa habilidade pode ter gerado uma série de ações muito diferentes com base em diferentes físicas.
Ter evidências de que pelo menos um deles conecta a estranheza do mundo quântico com o comportamento de uma coisa viva é o suficiente para nos forçar a nos perguntar que outras partes da biologia surgem das profundezas assustadoras da física fundamental.
Publicado em 09/10/2021 08h42
Artigo original:
Estudo original: