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Desvela los misterios de cómo funciona la vida

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Desvela los misterios de cómo funciona la vida

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Mirar la vida a escala atómica proporciona una comprensión más completa del mundo macroscópico.

La biología cuántica explora cómo los efectos cuánticos influyen en los procesos biológicos, lo que podría conducir a avances en medicina y biotecnología. A pesar de la suposición de que los efectos cuánticos desaparecen rápidamente en los sistemas biológicos, la investigación sugiere que estos efectos juegan un papel clave en los procesos fisiológicos. Esto abre la posibilidad de manipular estos procesos para crear dispositivos terapéuticos no invasivos controlados a distancia. Sin embargo, lograr esto requiere un nuevo enfoque interdisciplinario de la investigación científica.

Imagine usar su teléfono celular para monitorear la actividad de sus propias células para tratar lesiones y enfermedades. Suena como algo salido de la imaginación de un escritor de ciencia ficción demasiado optimista. Pero eso podría algún día ser una posibilidad gracias al campo emergente de la biología cuántica.

En las últimas décadas, los científicos han logrado avances increíbles en la comprensión y manipulación de sistemas biológicos a escalas cada vez más pequeñas, desde plegamiento de proteínas para Ingeniería genética. Y, sin embargo, apenas se comprende hasta qué punto los efectos cuánticos influyen en los sistemas vivos.

Los efectos cuánticos son fenómenos que ocurren entre átomos y moléculas que no pueden ser explicados por la física clásica. Se sabe desde hace más de un siglo que las reglas de la mecánica clásica, como las leyes del movimiento de Newton, descomponerse a escala atómica. En cambio, los objetos diminutos se comportan de acuerdo con un conjunto diferente de leyes conocidas como Mecánica cuántica.


La mecánica cuántica describe las propiedades de los átomos y las moléculas.

Para los humanos, que solo pueden percibir el mundo macroscópico, o lo que es visible a simple vista, la mecánica cuántica puede parecer contraria a la intuición y algo mágica. En el mundo cuántico están sucediendo cosas que no esperarías, como electrones «túneles» a través de diminutas barreras de energía y aparecer ileso en el otro lado, o estar en dos lugares diferentes al mismo tiempo en uno fenómeno llamado superposición.

estoy entrenado como ingeniero cuántico. La investigación en mecánica cuántica está generalmente orientada a la tecnología. Sin embargo, y algo sorprendente, cada vez hay más pruebas de que la naturaleza, una ingeniera con miles de millones de años de práctica, ha aprendido a utilizar la mecánica cuántica para trabajar de manera óptima. Si esto es cierto, significa que nuestra comprensión de la biología es radicalmente incompleta. También significa que posiblemente podríamos controlar los procesos fisiológicos utilizando las propiedades cuánticas de la materia biológica.

El quantismo en biología es probablemente real

Los investigadores pueden manipular los fenómenos cuánticos para crear una mejor tecnología. De hecho, ya vives en un mundo de la energía cuántica: desde punteros láser hasta[{» attribute=»»>GPS, magnetic resonance imaging and the transistors in your computer – all these technologies rely on quantum effects.

In general, quantum effects only manifest at very small length and mass scales, or when temperatures approach absolute zero. This is because quantum objects like atoms and molecules lose their “quantumness” when they uncontrollably interact with each other and their environment. In other words, a macroscopic collection of quantum objects is better described by the laws of classical mechanics. Everything that starts quantum dies classical. For example, an electron can be manipulated to be in two places at the same time, but it will end up in only one place after a short while – exactly what would be expected classically.


Los electrones pueden estar en dos lugares al mismo tiempo, pero eventualmente terminarán en un solo lugar.

En un sistema biológico complicado y ruidoso, por lo tanto, se espera que la mayoría de los efectos cuánticos se desvanezcan rápidamente, barridos en lo que el físico Erwin Schrödinger llamó el “ambiente cálido y húmedo de la célula.” Para la mayoría de los físicos, el hecho de que el mundo viviente opere a altas temperaturas y en entornos complejos implica que la física clásica puede describir de manera adecuada y completa la biología: sin cruce de barreras funky, sin presencia simultánea en varios lugares.

Los químicos, sin embargo, han suplicado durante mucho tiempo estar en desacuerdo. La investigación sobre reacciones químicas básicas a temperatura ambiente muestra sin ambigüedades que proceso que ocurre dentro de las biomoléculas como las proteínas y el material genético son el resultado de efectos cuánticos. Es importante destacar que estos efectos cuánticos nanoscópicos de corta duración son consistentes con la conducción de ciertos procesos fisiológicos macroscópicos que los biólogos han medido en células y organismos vivos. La investigación sugiere que los efectos cuánticos influyen en las funciones biológicas, incluyendo regulación de la actividad enzimática, detectar campos magnéticos, Metabolismo celular Y transporte de electrones en biomoléculas.

Cómo estudiar biología cuántica

La tentadora posibilidad de que los efectos cuánticos sutiles puedan alterar los procesos biológicos presenta una frontera emocionante y un desafío para los científicos. Estudiar los efectos de la mecánica cuántica en biología requiere herramientas capaces de medir escalas de tiempo cortas, escalas de longitud pequeñas y diferencias sutiles en los estados cuánticos que dan lugar a cambios fisiológicos, todo integrado en un entorno de laboratorio húmedo tradicional.

En mi trabajo, construyo instrumentos para estudiar y controlar las propiedades cuánticas de cosas pequeñas como los electrones. Así como los electrones tienen masa y carga, también tienen propiedad cuántica llamada espín. El espín define cómo interactúan los electrones con un campo magnético, de la misma manera que la carga define cómo interactúan los electrones con un campo eléctrico. Los experimentos cuánticos que he construido desde la escuela de doctoradoy ahora en mi propio laboratorio, pretendo aplicar campos magnéticos hechos a medida para alterar espines de electrones particulares.

La investigación ha demostrado que muchos procesos fisiológicos están influenciados por campos magnéticos débiles. Estos procesos incluyen desarrollo de células madre Y maduración, tasa de proliferación celular, reparación de material genético Y muchos otros. Estas respuestas fisiológicas a los campos magnéticos son consistentes con las reacciones químicas que dependen del giro de electrones particulares en las moléculas. La aplicación de un campo magnético débil para alterar los espines de los electrones puede controlar eficazmente los productos finales de una reacción química, con importantes consecuencias fisiológicas.


Las aves usan efectos cuánticos en la navegación.

Actualmente, la falta de comprensión de cómo funcionan estos procesos en[{» attribute=»»>nanoscale level prevents researchers from determining exactly what strength and frequency of magnetic fields cause specific chemical reactions in cells. Current cellphone, wearable and miniaturization technologies are already sufficient to produce tailored, weak magnetic fields that change physiology, both for good and for bad. The missing piece of the puzzle is, hence, a “deterministic codebook” of how to map quantum causes to physiological outcomes.

In the future, fine-tuning nature’s quantum properties could enable researchers to develop therapeutic devices that are noninvasive, remotely controlled and accessible with a mobile phone. Electromagnetic treatments could potentially be used to prevent and treat disease, such as brain tumors, as well as in biomanufacturing, such as increasing lab-grown meat production.

A whole new way of doing science

Quantum biology is one of the most interdisciplinary fields to ever emerge. How do you build community and train scientists to work in this area?

Since the pandemic, my lab at the University of California, Los Angeles and the University of Surrey’s Quantum Biology Doctoral Training Centre have organized Big Quantum Biology meetings to provide an informal weekly forum for researchers to meet and share their expertise in fields like mainstream quantum physics, biophysics, medicine, chemistry and biology.

Research with potentially transformative implications for biology, medicine and the physical sciences will require working within an equally transformative model of collaboration. Working in one unified lab would allow scientists from disciplines that take very different approaches to research to conduct experiments that meet the breadth of quantum biology from the quantum to the molecular, the cellular and the organismal.

The existence of quantum biology as a discipline implies that traditional understanding of life processes is incomplete. Further research will lead to new insights into the age-old question of what life is, how it can be controlled and how to learn with nature to build better quantum technologies.

Written by Clarice D. Aiello, Quantum Biology Tech (QuBiT) Lab, Assistant Professor of Electrical and Computer Engineering, University of California, Los Angeles.The Conversation

This article was first published in The Conversation.

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Algunas de las estrellas más antiguas del Universo acaban de ser descubiertas orbitando la Vía Láctea: ScienceAlert

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Algunas de las estrellas más antiguas del Universo acaban de ser descubiertas orbitando la Vía Láctea: ScienceAlert

Mencione la Vía Láctea y la mayoría de la gente visualizará una enorme galaxia espiral de miles de millones de años. Se cree que es una galaxia que tomó forma miles de millones de años después del Big Bang. Los estudios realizados por astrónomos han revelado que a nuestro alrededor hay ecos de épocas anteriores.

Un equipo de astrónomos del MIT encontró tres estrellas antiguas que orbitan alrededor del halo de la Vía Láctea. El equipo cree que estas estrellas se formaron cuando el Universo tenía aproximadamente mil millones de años y alguna vez fueron parte de una galaxia más pequeña que fue consumida por la Vía Láctea.

La Vía Láctea es nuestra galaxia natal, dentro de la cual se encuentra todo nuestro sistema solar y alrededor de 400 mil millones de estrellas más. Mide 100.000 años luz de lado a lado y alberga casi todo lo que podemos ver en el cielo a simple vista.

Los astrónomos del MIT han descubierto tres de las estrellas más antiguas del universo y viven en nuestro propio vecindario galáctico. Las estrellas se encuentran en el «halo» de la Vía Láctea, la nube de estrellas que envuelve el disco galáctico principal, y parecen haberse formado hace entre 12 y 13 mil millones de años, cuando estaban tomando forma las primeras galaxias. (Serge Brunier/NASA)

En una noche clara y oscura, podemos ver la luz combinada de todas las estrellas de la galaxia formando una maravillosa banda de luz nebulosa que cruza el cielo de horizonte a horizonte. Si pudieras ver la galaxia desde fuera, su forma ancha parecería dos huevos fritos pegados espalda con espalda.

La historia del descubrimiento nos lleva al año 2022 durante un nuevo curso de arqueología estelar observacional en el MIoT, cuando los estudiantes aprendían a analizar estrellas antiguas.

Luego los aplicaron a estrellas que aún no han sido analizadas. Trabajaron con datos del telescopio Magellan-Clay de 6,5 m en el Observatorio Las Campanas y buscaban estrellas que se formaron poco después del Big Bang.

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En este momento de la evolución del Universo, había principalmente hidrógeno y helio con trazas de estroncio y bario. Entonces el equipo buscó estrellas cuyos espectros indicaran estos elementos.

La fabricación de precisión es el corazón del Telescopio Gigante de Magallanes. La superficie de cada espejo debe pulirse hasta una fracción de la longitud de onda de la luz. (Organización del Telescopio Gigante de Magallanes)

Se centraron en solo tres estrellas observadas en 2013 y 2014, pero no habían sido analizadas antes y, por lo tanto, constituyeron un excelente estudio para los estudiantes.

Al final de su análisis (que tomó varios cientos de horas en la computadora), el equipo identificó que las estrellas tenían niveles muy bajos de estroncio y bario, como se esperaba si fueran estrellas antiguas.

Se estima que las estrellas estudiadas se formaron hace entre 12 y 13 mil millones de años. Lo que no estaba claro era el origen de las estrellas. ¿Cómo llegaron a la Vía Láctea si era relativamente nueva y joven?

El equipo decidió analizar las características orbitales de las estrellas para ver cómo se movían. Todas las estrellas estaban en diferentes lugares del halo de la Vía Láctea y todas estarían ubicadas a unos 30.000 años luz de la Tierra.

Comparando el movimiento con los datos del satélite astrométrico Gaia, descubrieron que las estrellas se movían en dirección opuesta a la mayoría de las otras estrellas de la Vía Láctea. A esto lo llamamos movimiento retrógrado y sugiere que las estrellas vinieron de otro lugar y no se formaron con la Vía Láctea.

Las firmas químicas de las estrellas, combinadas con su movimiento, dan gran credibilidad a la probabilidad de que estas antiguas estrellas no se hayan originado en la Vía Láctea.

Ahora que han desarrollado su método para identificar estrellas antiguas, los estudiantes quieren ampliar su búsqueda para ver si se pueden localizar otras.

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Sin embargo, con 400 mil millones de estrellas en la Vía Láctea, aún queda por encontrar un método un poco más eficiente.

Este artículo fue publicado originalmente por El universo hoy. Léelo artículo original.

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La enorme mancha solar que provocó auroras generalizadas en la Tierra ahora apunta a Marte

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La enorme mancha solar que provocó auroras generalizadas en la Tierra ahora apunta a Marte

Sí, la bestial mancha solar AR3664 vuelve a ser noticia.

Aunque la mancha solar ha desaparecido de nuestro campo de visión, sigue siendo un punto caliente, ya que provocó su llamarada solar más fuerte hasta la fecha el martes 14 de mayo. Cualquier explosión de plasma solar y campo magnético, conocidas como eyecciones de masa coronal, de AR3664 ahora se dirigirá lejos de la Tierra, pero los científicos dicen que hay otro planeta que podría experimentar los impactos de esta enorme mancha solar: Marte.

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China lanza un nuevo y misterioso satélite Shiyan (vídeo)

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China lanza un nuevo y misterioso satélite Shiyan (vídeo)

China lanzó este fin de semana el último de su serie secreta de satélites Shiyan.

Un cohete Larga Marcha 4C despegó del Centro de Lanzamiento de Satélites de Jiuquan en el desierto de Gobi, en el noroeste de China, a las 7:43 p. m. EDT del 11 de mayo (11:43 p. m. GMT, o 7:43 a. m. de Beijing, 12 de mayo). autoridades chinas reveló la carga útil de la misión será Shiyan-23 una vez que el lanzamiento se declare exitoso.

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