El fenómeno cuántico de la magnetorrecepción - image canada-geese-g771e432ef_1920 on https://equantum.org

Un fenómeno especialmente estudiado dentro del campo de la biología cuántica es la orientación de las aves a través del campo magnético terrestre.

Es increíble que aunque el campo geomagnético es extremadamente débil (0,5 Gauss en promedio) y la energía involucrada es menor que una billonésima parte de la energía necesaria para romper o crear un enlace químico, puede haber un efecto significativo a nivel metabólico de los seres vivos.

Además de las aves migratorias estaríamos hablando de las tortugas marinas, delfines, tiburones, mariposas monarca, salmones e incluso insectos como las abejas y las moscas, la mosca de la fruta, por ejemplo, incluso bacterias. Por ejemplo, las mariposas monarca son capaces de recorrer miles de quilómetros de distancia desde Canadá y Estados Unidos hasta México.

Se pensaba que el mecanismo responsable radicaba en la presencia de magnetita en algunas especies, como, por ejemplo, en las palomas, aunque recientemente se ha visto que la magnetita presente no necesariamente juega un papel en la orientación magnética. Por otro lado, una pregunta esencial para la biología gira en torno al hecho de que especies de animales que no contienen componentes magnéticos en forma de nano o micropartículas ferromagnéticas en su organismo puedan orientarse a través del campo magnético terrestre. Algunos mamíferos distinguen entre el sur y norte magnéticos (a modo de brújula de polaridad), mientras que las aves y reptiles poseen una brújula de inclinación (detectan el ángulo de inclinación entre la superficie terrestre y las líneas de campo magnéticas), además de detectar la intensidad y el gradiente del campo magnético.

Recientemente ha habido estudios acerca de los zorros y también de los perros que utilizan la dirección del campo magnético; los primeros en sus saltos al atrapar las presas, muy eficiente en dirección noreste, y los segundos para encontrar el camino de vuelta a casa tal como muestran algunos estudios muy interesantes por parte de investigadores checos.

Especialmente, los petirrojos europeos han sido objeto interesante de estudio, así como otras especies como la curruca mosquitera, por ejemplo. El petirrojo europeo emigra cada otoño desde Escandinavia hasta el Mediterráneo y viaja hacia las mismas áreas geográficas exactas cada año. Tienen un sentido magnético que actúa de brújula, pero que no indica la polaridad sino el grado de inclinación de las líneas magnéticas en relación con la superficie terrestre. Está comprobado que el sentido de navegación está basado en un fotorreceptor. El responsable podría ser el criptocromo, una proteína antena encontrada en una amplia variedad de plantas y animales. Es responsable de regular los ritmos circadianos y se parece en gran medida a la enzima fotoliasa, enzima de reparación del ADN cuando este es dañado por la exposición a la luz ultravioleta. Por ejemplo, se han identificado cuatro diferentes tipos de criptocromo en los ojos de las aves migratorias. Incluso, en la planta Arabidopsis thaliana se han observado recientemente (Maeda, K. et al., 2012) reacciones sensitivas al campo magnético en el criptocromo extraída de esta planta. Se ha detectado también el criptocromo en fotorreceptores de carnívoros caninos, como el perro y el lobo, así como en algunos primates. Incluso se han realizado experimentos en relación al criptocromo humano, revelando su función como magnetosensor dependiente de la luz en el sistema magnetorreceptor de la Drosophila[1].

Para que la magnetorrecepción química proporcione información direccional, las reacciones han de variar según la dirección en que se mueve el animal. La retina con sus numerosos fotorreceptores proporciona una serie ordenada de moléculas receptoras con este propósito. De alguna forma la activación del criptocromo por la adecuada orientación del campo magnético permitiría a los animales “ver” el campo magnético.

Por otra parte, se ha demostrado que el sentido de navegación se interrumpe por pulsos magnéticos y campos magnéticos oscilantes de radiofrecuencia externos muy débiles. Esto ha sido minuciosamente estudiado a partir de los años setenta por el equipo de Klaus Schulten, del grupo de biofísica teórica y computacional de la Universidad de Illinois. Schulten y su equipo propusieron un mecanismo cuántico de par radical.

¿Estaríamos hablando de un fenómeno cuántico?

Los pares radicales pueden mediar reacciones químicas que son sensibles al campo magnético y a la luz. Un par radical es típicamente un par de moléculas ligadas que tiene un electrón desapareado. Estas parejas de electrones del par radical están entrelazadas por el spin, en otras palabras, los dos electrones están correlacionados cuánticamente y forman un estado entrelazado, cuya función de onda es la superposición de un estado singlete y triplete de spin[2]. De hecho se produce un estado de superposición de dichos estados de spin (coherencia cuántica), oscilando el par radical entre ambos durante un tiempo significativamente importante (decenas de microsegundos, V.Vedral, 2011). Resulta que dichos estados son sensitivos al ángulo del campo geomagnético externo, o sea, hay un delicado balance entre ambos, y con ello la diferencia asociada al estado energético es altamente sensitivo respecto a cualquier campo magnético externo. El sistema de entrelazamiento cuántico de ambos electrones interactúa con el campo geomagnético por resonancia. La resonancia bombea energía en el sistema lo cual rompe el balance crítico entre los estados singlete y triplete.  A continuación, los pares radicales en estado singlete y triplete se recombinan mediante reacciones químicas para dar lugar a sus productos químicos respectivos, dependiente del ángulo de inclinación. Todos estos procesos conducen a la interpretación neuronal modulando el sentido de la vista, produciendo por ejemplo zonas más brillantes u oscuras en el campo visual del ave.

Hemos de tener en cuenta que estos procesos se basan en cálculos teóricos y simulaciones computacionales a partir de experimentos observacionales de diversa índole. Se han simulado dichas panorámicas de la vista del ave, incluso superponiendo imágenes según una visión normal del ave y la de una visión magnética con sus zonas de luz y sombra según la inclinación del campo magnético.

El modelo de par radical es un excelente marco teórico para explicar esta habilidad de navegación. Estudios más profundos y extensos de la interacción del criptocromo con el campo magnético terrestre podrán conducir a un entendimiento mejor de otros procesos biológicos en organismos más complejos. Estamos tan solo en los albores de la biología cuántica la cual acabará por cambiar la manera que tenemos de ver la Vida e incluso el mundo tal como afirma la universidad pionera en Biología Cuántica, la Universidad de Surrey en Reino Unido. Ya hace muchísimos años el físico Erwin Schrödinger se cuestionaba qué era la vida y intuía que se trataba de un estado sumamente organizado, ordenado y eficiente. Hemos de tener en cuenta que el organismo no es tan solo un conjunto de células, órganos y tejidos independientes, sino que estos están finamente y exquisitamente coordinados por una red de interacción energética además de química. Esperemos en las próximas décadas saber un poco más acerca de esta magnífica sincronización.

©Teresa Versyp, julio 2022

 

[1] L.E. Foley, R.J. Gegear and S.M. Reppert: Human Cryptochrome exhibits light-dependent magnetosensitivity, Nature Communications, 2011

[2] Estado singlete: los spines electrónicos tienen direcciones opuestas (antiparalelo) y dan lugar a un spin total nulo.

Estado triplete: los spines pueden tener la misma dirección (paralelo) pudiendo dar lugar a un spin total neto (S=1).