Ciência Dura

Cientistas confirmam resposta quântica ao magnetismo nas células

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

Os cientistas suspeitam que os efeitos quânticos estão por trás da capacidade dos animais de realizar navegação geomagnética.
Acredita-se que a navegação geomagnética seja baseada na luz.
Os pesquisadores observam como as mudanças quânticas induzidas por ímãs afetam a luminescência das células.

Sabemos neste momento que existem espécies que podem navegar usando o campo magnético da Terra. As aves usam essa habilidade em suas migrações de longa distância, e a lista dessas espécies continua cada vez maior, agora incluindo ratos-toupeira, tartarugas, lagostas e até cães. Mas exatamente quão eles podem fazer isso permanece obscuro.

Os cientistas observaram pela primeira vez mudanças no magnetismo provocando 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 de que nós mesmos podemos ter o que é preciso para nos locomover usando o campo magnético do planeta.

A pesquisa é publicada em PNAS .

Pesquisadores Jonathan Woodward e Noboru Ikeya em seu laboratórioCrédito: Xu Tao, CC BY-SA

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

A ideia de Shulten tinha a ver com pares radicais. Um radical é um átomo ou molécula com pelo menos um elétron desemparelhado. Quando dois desses elétrons pertencentes a moléculas diferentes ficam emaranhados, eles formam um par de radicais. 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 um com o outro ou exatamente opostos um ao outro. No primeiro caso, as reações químicas são lentas. Neste último caso, eles são mais rápidos.

Células HeLa (esquerda), mostrando fluorescência causada pela luz azul (centro), close-up de fluorescência (direita)Crédito: Ikeya e Woodward, CC POR , publicado originalmente no PNAS DOI: 10.1073/pnas.2018043118

Pesquisas anteriores revelaram que certas células animais contêm criptocromos , proteínas que são sensíveis a campos magnéticos. Existe um subconjunto deles chamado flavinas , moléculas que brilham, ou autofluorescem, quando expostas à luz azul. Os pesquisadores trabalharam com células humanas HeLa (células humanas de câncer do colo do útero), 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 em que quanto mais lenta a rotação dos pares, menos moléculas ficam desocupadas e disponíveis para fluorescência.

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

Como o magnetismo pode afetar o spin dos elétrons, a cada quatro segundos os cientistas varriam um ímã sobre as células. Eles observaram que sua fluorescência diminuía cerca de 3,5% cada vez que faziam isso, conforme 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, retardando as reações químicas na célula, de modo que havia menos moléculas disponíveis para produzir fluorescência.

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

A Universidade de Tóquio Jonathan Woodward , autor do estudo com o doutorando Noboru Ikeya, explica o que é tão emocionante sobre o experimento:

A coisa alegre sobre esta pesquisa é ver que a relação entre os spins de dois elétrons individuais pode ter um efeito importante 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.

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