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odos os anos, quando o inverno chega, milhares de aves conhecidas como pisco-de-peito-ruivo (Erithacus rubecula) migram do norte da Europa para o Mediterrâneo, onde as temperaturas são mais amenas. Quando é hora de voltar para casa, eles retornam ao exato ponto de onde partiram, com precisão de GPS.
Isso é possível porque eles evoluíram um “superpoder” quântico: conseguem detectar o campo magnético da Terra, e por isso têm uma espécie de bússola interna. Essa capacidade é chamada de magnetorecepção. Só é possível explicá-la usando a física quântica, a área da física que estuda partículas muito pequenas (elétrons, prótons, fótons etc.), que se comportam de maneira esquisita, diferente do mundo macro.
Uma questão que intriga cientistas há décadas é: se o campo magnético da Terra é tão fraquinho (entre 30 e 70 microteslas na superfície, cerca de um centésimo da força de um ímã de geladeira), como esses animais conseguem detectá-lo?
No caso do pisco, o mecanismo mais provável é a chamada reação de par radical. Funciona mais ou menos assim: dentro do olho da ave, há uma proteína chamada criptocromo, que é formada (entre outras coisas) por duas partes: um aminoácido triptofano e uma molécula flavina-adenina dinucleotídeo, apelidada de FAD. Quando a luz azul incide sobre o criptocromo, seus fótons (relembrando, esse é o nome das partículas de luz) transferem energia para o sistema, fazendo com que um elétron “salte” do triptofano para o FAD.
Essa transferência de elétrons resulta na formação de dois radicais livres, ou seja, de moléculas que possuem elétrons solteiros, sem um par.
Agora entra em cena a primeira particularidade da história: o elétron que mudou de lado na proteína tinha um par próprio antes de o fóton chegar. E, mesmo depois da separação, esse casal continua conectado pelo chamado emaranhamento quântico, fenômeno bizarro do mundo quântico em que duas ou mais partículas podem estar vinculadas, de modo que o que acontece com uma afeta a outra imediatamente – mesmo que elas estejam separadas no espaço.
Os radicais, então, estão emaranhados, conectados, mesmo que separados.
A segunda parte quântica tem a ver com o chamado spin dos elétrons. O spin (“giro”, em inglês) é uma propriedade que dita como aquela partícula interage com campos magnéticos – assim como a carga elétrica rege as interações com campos elétricos. Não há um análogo óbvio para essa propriedade no nosso mundo newtoniano. Costuma-se representar o spin como uma bolinha girando, com dois valores possíveis (para um lado ou para o outro). Mas, apesar de útil, essa não é a melhor metáfora: não há, de fato, algo girando. O jeito mais correto, talvez, seria pensar que há pequenos ímãs colados na partícula, ou que a própria partícula é um ímã minúsculo.
Voltando para nossa explicação: os radicais formados podem ter spins opostos que se cancelam (↑↓), um estado conhecido como singleto, ou spins iguais (↑↑), situação que cientistas chamam de tripleto.
Quando um par radical é criado no olho do pisco, os spins dos elétrons passam a se alternar. A estrutura fica indo e vindo entre tripleto e singleto (na verdade, essa também é uma superposição, ou seja, uma combinação dos estados ao mesmo tempo, mas vamos considerar que há uma variação).
Acontece que campos magnéticos, mesmo os fraquíssimos como o da Terra, influenciam a probabilidade de atingir um estado ou outro. A proporção de singleto e tripleto varia dependendo de onde a ave está no planeta. Essa variação, por sua vez, altera as reações químicas que vão ocorrer nos olhos do pisco.
De algum modo que ainda não está claro, o desbalanceamento entre os estados tripleto e singleto causado pelo campo magnético da Terra gera um sinal que é enviado ao cérebro do pássaro e lhe diz em qual direção está o polo magnético mais próximo. É possível (mas não confirmado) que os piscos literalmente vejam o caminho em seus olhos, por meio de colorações distintas aplicadas como filtros sobre o céu à frente.
O caso dos piscos é o mais emblemático da chamada biologia quântica, um campo de estudos emergente que busca entender como fenômenos quânticos afetam diretamente os seres vivos.
Outro tema de estudo fundador dessa área foi a fotossíntese. A forma como as plantas (e bactérias e algas) obtêm energia a partir da luz é uma das reações mais estudadas da biologia há muitas décadas, mas só recentemente cientistas propuseram que ela só pode ser entendida totalmente por meio da quântica.
A questão central é o transporte de energia nas primeiras etapas da fotossíntese. Quando um fóton do Sol atinge a clorofila, sua energia excita um elétron e forma um ente quântico conhecido como éxciton. Daí, essa energia precisa ser transportada até o centro de reação fotossintético, onde ela será convertida em energia química. Mas como?
A hipótese clássica era que o éxciton fazia o percurso como uma bolinha de pingue-pongue, pulando de molécula em molécula até achar seu destino. É um caminho análogo ao de um bêbado, saindo do bar de madrugada e perambulando aleatoriamente à procura da sua casa.
Acontece que já sabemos que a eficiência do transporte de energia na fotossíntese é altíssima – mais de 99% da energia absorvida é aproveitada, uma das reações mais eficazes que conhecemos. Se o mecanismo fosse realmente sinuoso e aleatório, uma boa parte dessa energia se perderia.
Hoje, tudo indica que efeitos quânticos entram na jogada. Pense que, no mesmo bar de onde saiu nosso bêbado hipotético, há um vazamento de água gigantesco. A partir do endereço do bar as ondas de água avançam em todas as direções possíveis, para todos os lados. Dessa forma, o líquido encontra a casa do bêbado muito mais rápido que o próprio bêbado, porque ele corre para todas as direções ao mesmo tempo.
É o que provavelmente ocorre com a energia na fotossíntese: por se comportar como uma onda em superposição quântica, o éxciton explora todos os caminhos ao mesmo tempo, e descobre a rota mais provável. Isso garante que praticamente toda a energia chegue ao destino, resultando numa eficiência altíssima. É algo parecido com o modo como os computadores quânticos resolvem problemas.
Há bons indícios de que essa “caminhada quântica” ocorre na fotossíntese. Mas, se de fato é isso que acontece, muitos detalhes permanecem sem resposta. O principal: como a coerência quântica é mantida, para garantir que a superposição aconteça? Alcançar e preservar esse estado é difícil – qualquer perturbação de temperatura colapsa a função de onda. Como preservá-la no calor e bagunça de uma célula vegetal ou bacteriana? Algumas cientistas argumentam que a hipótese quântica da fotossíntese é furada justamente por causa dessa lacuna.
De qualquer forma, o caso ilustra bem como fenômenos ocorridos no mundo minúsculo das partículas afetam nosso dia a dia. Sem fotossíntese, a biosfera como conhecemos não existiria. Em última instância, a vida consiste nas interações entre as muitíssimas partículas que compõem nossos corpos. Lá no fundo, tudo é quântico.
Consultamos: livro A vida no limite – Como o mundo quântico se comporta quando ninguém está olhando, artigos “Quantum phenomena in biological systems” e “The origins of quantum biology”.
Fonte: abril
