Las plantas tienen un sistema especial que utiliza la mecánica cuántica
Si bien la mecánica cuántica puede no ser lo primero que nos viene a la mente cuando observamos un árbol, una planta o un hermoso arreglo floral, los investigadores dicen que las plantas tienen un sistema notable para utilizarla.
Un equipo colaborativo de investigadores de universidades de Alemania, Austria y el Reino Unido revela el sistema estructural de cómo las plantas utilizan la mecánica cuántica para permitir una transferencia de energía 100% eficiente durante la fotosíntesis.
De fotón a energía: ¿cómo funciona?
Durante la fotosíntesis, las plantas absorben la luz del Sol en forma de fotones (partículas que constituyen ondas de radiación electromagnética) y las utilizan en reacciones químicas con dióxido de carbono y agua, para crear oxígeno y glucosa (una reserva de energía). El proceso de fotosíntesis es 100% eficiente sin pérdida de energía, lo que es más eficiente que cualquier tecnología creada por la humanidad hasta la fecha.
Los fotones de luz ingresan a los orgánulos celulares (análogos a los órganos del cuerpo humano) llamados cloroplastos, que a su vez contienen estructuras llamadas tilacoides. Estos tilacoides se apilan, lo que concentraría los pigmentos de clorofila que contienen.
Cuando los fotones pasan rápidamente a través de la estructura del pigmento, desplazan al electrón, creando un átomo de magnesio completo con carga positiva. Este átomo con carga positiva y el electrón negativo crean un excitón. Este excitón es lo que se necesita en un centro de reacción para iniciar la producción de energía y glucosa (azúcar) en las células de las plantas.
Pero, ¿cómo llega el excitón al centro de reacción sin sufrir ninguna pérdida de energía en el proceso? Bueno, esto se reduce a un proceso conocido en mecánica cuántica como superposición.
Este proceso implica el movimiento del excitón de tal manera que toma todos los caminos posibles hacia el centro de reacción simultáneamente, eliminando la resistencia/retardo de tiempo y, en última instancia, la pérdida de energía. Los científicos lo confirmaron con pruebas láser ultrarrápidas, demostrando que los excitones actúan como ondas cuánticas en lugar de seguir un solo camino.
Hallazgos sobre la fotosíntesis
Los investigadores del presente estudio analizaron dos regiones diferentes que absorben la luz: la región B de alta energía (azul y verde) y la región Q de baja energía (amarilla y roja). La región Q exhibió acoplamiento mecánico cuántico, lo que significa que los dos estados electrónicos diferentes están vinculados.
El equipo identificó que esto es lo que es responsable de la pérdida de energía cero durante la transferencia a los centros de reacción fotosintética (o complejos de proteína de pigmento de clorofila). Los investigadores también observaron que el sistema de la región Q se enfría a sí mismo al expulsar el exceso de energía en forma de calor.
Estos hallazgos proporcionan una base sólida e intrigante desde la cual realizar investigaciones sobre sistemas de transferencia de energía como paneles solares y otras tecnologías de aprovechamiento de energía para una sociedad enfocada en la creciente independencia en el uso de fuentes de energía renovables.
Referencias de la noticia
- Reassessing the role and lifetime of Qx in the energy transfer dynamics of chlorophyll a. Chemical Science. enero, 2025. Keil, E.; Kumar, A.; Bäuml, L.; Reiter, S.; Thyrhaug, E., et al.