Las algas tienen un interruptor genético que cambia los mecanismos utilizados para recolectar la luz

La función en las algas de este efecto cuántico, conocido como coherencia, sigue siendo un misterio, pero se cree que podría ayudarles cosechar la energía del sol con mucha más eficiencia. Detectar esta función en un organismo vivo puede conducir a avances tecnológicos, como mejores células solares orgánicas y dispositivos basados en la cuántica.

Un equipo liderado por investigadores de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW, por sus siglas en inglés), en Australia, ha descubierto cómo las algas que sobreviven en muy bajos niveles de luz son capaces de encender y apagar un extraño fenómeno cuántico que se produce durante la fotosíntesis.

La función en las algas de este efecto cuántico, conocido como coherencia, sigue siendo un misterio, pero se cree que podría ayudarles cosechar la energía del sol con mucha más eficiencia. Detectar esta función en un organismo vivo puede conducir a avances tecnológicos, como mejores células solares orgánicas y dispositivos basados ??en la cuántica.

Esta investigación, publicada en ‘Proceedings of the National Academy of Sciences’, forma parte de un campo emergente llamado biología cuántica, en el cual está creciendo la evidencia de los fenómenos cuánticos que operan en la naturaleza, no sólo en el laboratorio, y puede explicar cómo las aves vuelan usando el campo magnético de la tierra.

«Estudiamos pequeñas algas unicelulares llamadas criptofitas que se desarrollan en la parte inferior de las concentraciones de agua o bajo el hielo grueso, donde les llega muy poca luz», explica el autor principal, el profesor Paul Curmi, de la Facultad de Física de la UNSW.

«La mayoría de las criptofitas tienen un sistema captador de luz en el que está presente la coherencia cuántica. Pero hemos encontrado una clase de criptofitas en las que se apaga debido a una mutación genética que altera la forma de una proteína captadora de luz. Es un hallazgo muy emocionante. Significa que seremos capaces de descubrir el papel de la coherencia cuántica en la fotosíntesis comparando organismos con los dos tipos diferentes de proteínas», detalla

El equipo de este trabajo, que incluye al profesor Gregory Scholes, de la Universidad de Toronto, en Canadá, se sorprendió al descubrir en 2010 que la transferencia de energía entre las moléculas en los sistemas de recolección de luz de dos especies criptófitas diferentes fue coherente. Se ha encontrado el mismo efecto en bacterias verdes del azufre que sólo viven en niveles muy bajos de luz.

«Se supone que esto podría aumentar la eficiencia de la fotosíntesis, permitiendo a las algas y las bacterias existir en ausencia casi de luz», dice el profesor Curmi. «Una vez que una proteína captadora de luz ha recogido luz solar, necesita llevar esa energía rápidamente al centro de recepción de la célula, donde la energía se convierte en energía química para el organismo», agrega.

«Se pensaba que la energía llegaba al centro de reacción de una manera aleatoria, como una casa tambaleándose borracha. Pero la coherencia cuántica permitiría a la energía analizar cada posible vía simultáneamente antes de viajar por la ruta más rápida», argumenta.

En el nuevo estudio, el equipo utilizó cristalografía de rayos X para determinar la estructura cristalina de los complejos captadores de luz a partir de tres especies diferentes de criptofitas. De esta forma, encontró en dos especies que una mutación genética lideró la inserción de un aminoácido extra que cambia la estructura del complejo de la proteína, alterando la coherencia.

«Esto demuestra que las criptofitas han desarrollado un elegante pero poderoso interruptor genético de gran alcance para controlar la consistencia y cambiar los mecanismos utilizados para recolectar la luz», sentencia el profesor Curmi. El siguiente paso del equipo será comparar la biología de las diferentes criptofitas, por ejempo, si habitan diferentes nichos ambientales, para calcular si el efecto de la coherencia cuántica influye en su supervivencia.

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