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Os cientistas confirmam a resposta quântica ao magnetismo nas células

Cientistas da Universidade de Tóquio observam efeitos bioquímicos quânticos previstos nas células.

Sabemos neste ponto que existem espécies que podem navegar usando o campo magnético da Terra. Pássaros usam essa habilidade em suas migrações de longa distância, e a lista dessas espécies está cada vez mais longa, agora incluindo ratos-toupeira, tartarugas, lagostas e até cachorros . Mas exatamente Como as eles podem fazer isso permanece obscuro.

Os cientistas observaram pela primeira vez mudanças no magnetismo, levando a uma reação biomecânica nas células. E se isso não for legal o suficiente, as células envolvidas na pesquisa eram células humanas, dando suporte a teorias que nós mesmos possamos ter o que é preciso para usar o campo magnético do planeta.

A pesquisa é publicada em PNAS .

Pares radicais

O fenômeno observado por cientistas da Universidade de Tóquio correspondeu às previsões de uma teoria apresentada em 1975 por Klaus Schulten do Instituto Max Planck. Schulten propôs o mecanismo pelo qual até mesmo um campo magnético muito fraco - como o do nosso planeta - poderia influenciar as reações químicas em suas células, permitindo que os pássaros percebessem as linhas magnéticas e navegassem como parecem fazer.

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A ideia de Shulten tinha a ver com pares radicais. Um radical é uma molécula com um número ímpar de elétrons. Quando dois desses elétrons pertencentes a moléculas diferentes ficam emaranhados, eles formam um par radical. Como não há conexão física entre os elétrons, seu relacionamento de curta duração pertence ao reino da mecânica quântica.

Por mais breve que seja sua associação, é longa o suficiente para afetar as reações químicas de suas moléculas. Os elétrons emaranhados podem girar exatamente em sincronia entre si ou exatamente opostos um ao outro. No primeiro caso, as reações químicas são lentas. No último caso, eles são mais rápidos.

Pesquisadores Jonathan Woodward e Noboru Ikeya em seu laboratório

Crédito: Xu Tao, CC BY-SA

Criptocromos e flavinas

Pesquisas anteriores revelaram que certas células animais contêm criptocromos , proteínas que são sensíveis a campos magnéticos. Existe um subconjunto desses chamados ' flavinas , 'moléculas que brilham, ou autofluoresce, quando expostas à luz azul. Os pesquisadores trabalharam com células humanas HeLa (células humanas do câncer cervical), porque são ricas em flavinas. Isso os torna de especial interesse porque parece que a navegação geomagnética é sensível à luz .

Quando atingidas pela luz azul, as flavinas brilham ou produzem pares de radicais - o que acontece é um ato de equilíbrio no qual quanto mais lento o giro dos pares, menos moléculas ficam desocupadas e disponíveis para fluorescência.

Células HeLa (esquerda), mostrando fluorescência causada pela luz azul (centro), close da fluorescência (direita)

Crédito: Ikeya e Woodward, CC BY , publicado originalmente em PNAS DOI: 10.1073 / pnas.2018043118

O experimento

Para o experimento, as células HeLa foram irradiadas com luz azul por cerca de 40 segundos, causando fluorescência. As expectativas dos pesquisadores eram que essa luz fluorescente resultasse na geração de pares de radicais.

Como o magnetismo pode afetar o spin dos elétrons, a cada quatro segundos os cientistas passaram um ímã sobre as células. Eles observaram que sua fluorescência diminuía em cerca de 3,5 por cento cada vez que faziam isso, como mostrado na imagem no início deste artigo.

A interpretação deles é que a presença do ímã fez com que os elétrons nos pares de radicais se alinhassem, desacelerando as reações químicas na célula de modo que houvesse menos moléculas disponíveis para a produção de fluorescência.

A versão curta: o ímã causou uma mudança quântica nos pares de radicais que suprimiu a capacidade de fluorescência da flavina.

Da Universidade de Tóquio Jonathan Woodward , que foi o autor do estudo com o estudante de doutorado Noboru Ikeya, explica o que é tão empolgante sobre o experimento:

'O que é bom nessa pesquisa é ver que a relação entre os spins de dois elétrons individuais pode ter um grande efeito na biologia.'

Ele observa: 'Não modificamos ou adicionamos nada a essas células. Achamos que temos evidências extremamente fortes de que observamos um processo puramente mecânico quântico afetando a atividade química no nível celular. '