Un nuevo descubrimiento científico ha revelado que la transferencia de energía dentro de las células vivas está regulada no solo por reacciones químicas, sino también por procesos cuánticos relacionados con el espín del electrón. Esta investigación, liderada por la Universidad Hebrea de Jerusalén, marca un punto de inflexión en la comprensión del funcionamiento biológico a escala microscópica y fue publicada en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS).
Los científicos demostraron que los protones —partículas fundamentales para el metabolismo celular y la producción de energía— no se trasladan de manera aleatoria o puramente química. En cambio, su movimiento está profundamente influenciado por el espín de los electrones, una propiedad cuántica que convierte a los electrones en pequeños imanes. Esto se comprobó en cristales biológicos como la lisozima, una enzima común en muchos organismos vivos.
“Nuestros hallazgos demuestran que la forma en que se mueven los protones en los sistemas biológicos no se limita a la química, sino también a la física cuántica
”, afirmó Naama Goren, autora principal del estudio. Los experimentos mostraron que, al inyectar electrones con espín alineado, los protones fluían con mayor facilidad. En cambio, un espín opuesto obstaculizaba su desplazamiento, debido a interacciones con fonones quirales —vibraciones específicas dentro de la estructura cristalina.
Este fenómeno, conocido como efecto de Selectividad de Espín Inducida por Quiralidad (CISS), vincula directamente la geometría molecular con la física subatómica. Implica que las proteínas y otras estructuras quirales actúan como filtros, facilitando o bloqueando el transporte de energía e información dependiendo del espín electrónico.
“Esta conexión podría llevar al desarrollo de tecnologías bioinspiradas que imiten los mecanismos naturales de transferencia energética en las células”, explicó el profesor Yossi Paltiel, del Departamento de Física Aplicada de la Universidad Hebrea. Esto incluye desde dispositivos moleculares hasta soluciones en medicina o computación cuántica.
El estudio fue una colaboración internacional entre instituciones líderes como el Instituto Weizmann, la Universidad Ben Gurion del Néguev y la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL). Los investigadores trabajaron con cristales de lisozima y técnicas avanzadas de microscopía y espectroscopía para mapear la interacción entre protones, electrones y fonones en entornos quirales reales.
Hasta ahora, se asumía que los protones se desplazaban saltando entre moléculas de agua y aminoácidos. Pero este estudio demuestra que dicho movimiento es mucho más sofisticado y puede estar sujeto a control cuántico. “Estamos abriendo nuevas puertas hacia una visión integradora de la vida que une bioquímica, física y nanotecnología”, señala Paltiel.
Además de su valor teórico, el hallazgo tiene potencial para transformar áreas aplicadas como la transmisión controlada de señales en tejidos vivos, el diseño de sensores biomoleculares o incluso nuevas formas de manipular reacciones químicas en tiempo real.
Este avance destaca la creciente importancia de las ciencias interdisciplinarias y pone de manifiesto cómo conceptos abstractos de la mecánica cuántica, como el espín, influyen directamente en los mecanismos fundamentales de la vida.
Referencias: Universidad Hebrea de Jerusalén – huji.ac.il
