Podemos ter descoberto como seres vivos usam comunicao quntica

Informtica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 22/04/2025

Biologia quntica

A cincia hoje acredita que os organismos vivos funcionam com base na troca de informaes por meio de sinais bioqumicos e bioeltricos, como os potenciais de ao entre neurnios, sinapses eltricas, sinapses qumicas, hormnios e algumas outras molculas que participam da comunicao intercelular.

Mas h um problema fundamental nessa explicao: A velocidade e o alcance dessas comunicaes variam amplamente, mas no so capazes de explicar uma srie de observaes, das respostas fisiolgicas a estmulos (como a liberao de hormnios em situaes de estresse ou reaes imunolgicas) e da comunicao no localizada (comunicao ou influncia entre partes do organismo que parecem no estar conectadas por vias bioqumicas ou bioeltricas conhecidas) at os comportamentos coordenados de grandes grupos, como cardumes de peixes e bandos de pssaros, com mudanas de direo ocorrendo de forma quase instantnea e sincronizada, mesmo a grandes distncias.

Isto fez surgir um campo novo de estudos, envolvendo a possibilidade da ocorrncia de fenmenos qunticos na biologia. Por exemplo, fenmenos como o entrelaamento quntico, essencial para a computao quntica, podem desempenhar um papel na transferncia de informaes nos sistemas biolgicos de modos que a bioqumica e a bioeletricidade clssicas no conseguem explicar.

Inicialmente houve muito ceticismo sobre isso entre os fsicos sobretudo porque o mundo biolgico parece ter todas as condies que os fenmenos qunticos mais odeiam, como calor, umidade, interaes moleculares contnuas, complexidade estrutural e dinmica etc – os sistemas qunticos so extremamente sensveis a interaes com o ambiente circundante porque essas interaes causam a perda da coerncia quntica, incluindo fenmenos como o entrelaamento e a superposio, que tipicamente so estudados prximos ao zero absoluto, quando tudo est “parado”. por isso que os computadores qunticos devem ser mantidos em temperaturas mais frias que o espao sideral, e normalmente apenas objetos pequenos, como tomos e molculas, apresentam propriedades qunticas – e mesmo clulas so enormes em comparao com eles.

Fenmeno quntico na biologia

A equipe do professor Philip Kurian, da Universidade Howard, nos EUA, ganhou destaque recentemente nesse campo da biologia quntica ao descobrir um efeito distintamente quntico em polmeros de protenas em soluo aquosa, que sobrevive s condies desafiadoras na escala de micrmetros. O trabalho inclusive demonstra que esse efeito pode representar uma maneira que o crebro tem de se proteger de doenas degenerativas, como Alzheimer e outras demncias.

A molcula-chave que permite essas propriedades notveis o triptofano, um aminocido encontrado em muitas protenas que absorve luz ultravioleta e a reemite em um comprimento de onda maior. Isso envolve a ocorrncia da chamada superradincia, um fenmeno regido pela mecnica quntica que ocorre quando um grupo de tomos alcana o entrelaamento, passando a se comportar de “modo coletivo”, emitindo luz ao mesmo tempo – especificamente, a equipe documentou a ocorrncia da superradincia de fton nico em ambiente biolgico em equilbrio termal.

Agora, baseando-se naquela descoberta seminal, Kurian foi alm, e demonstrou que a capacidade computacional da vida muito maior do que qualquer estimativa anterior.

Alm dos neurnios

Grandes redes de triptofano se formam em microtbulos, fibrilas amiloides, receptores transmembrana, capsdeos virais, clios, centrolos, neurnios e outros complexos celulares.

A confirmao da superradincia quntica nos filamentos do esqueleto celular (citoesqueleto) tem a consequncia profunda de que todos os organismos eucariticos podem usar esses sinais qunticos para processar informaes. Todos os sistemas fsicos processam informaes, incluindo o Universo e todos os organismos nele contidos, e agora temos a confirmao de que os sistemas biolgicos tambm fazem isso, ou seja, eles podem ser considerados como realizando clculos – ou fazendo computaes, como queira.

At agora, o elemento considerado fundamental para o processamento de informaes biolgicas era o neurnio. Contudo, isso ignora o fato de que organismos aneurais – incluindo bactrias, fungos e plantas, que formam a maior parte da biomassa da Terra – realizam computaes sofisticadas, sem terem neurnios. E, como esses organismos esto em nosso planeta h muito mais tempo do que os animais, eles constituem a vasta maioria da computao baseada em carbono da Terra.

Capacidade computacional da vida

Kurian agora usou a possibilidade concreta de uma troca de informaes por meios qunticos nos seres vivos para recalcular a capacidade total dessa comunicao. Para o pesquisador, como os polmeros contm emissores qunticos, eles devem ser tratados como processadores qunticos, e esses emissores so encontrados em toda a vida eucaritica e algumas espcies bacterianas.

O resultado final em um aumento por um fator de 10²⁰ na capacidade computacional da vida. Com isto, o nmero de operaes lgicas elementares que podem ter sido realizadas pelo Universo “aproximadamente o quadrado do nmero de operaes que podem ter sido realizadas por todos os reinos da vida na Terra em toda a existncia do nosso planeta,” disse Kurian.

Isto cria um novo patamar para a cincia da computao, incluindo a cincia da computao quntica, alm de tambm poder ajudar a avaliar o desempenho futuro da computao quntica. Mas Kurian entusiasma-se ainda mais, e afirma que seus clculos tambm levantam a questo: “Se a vida e o Universo esto realizando computaes sofisticadas, quais so exatamente as funes e os propsitos da sua computao?”

“Este trabalho conecta os pontos entre os grandes pilares da fsica do sculo XX – termodinmica, relatividade e mecnica quntica – para uma grande mudana de paradigma nas cincias biolgicas, investigando a viabilidade e as implicaes do processamento de informaes qunticas em ambientes midos em temperatura ambiente,” disse Kurian. “Fsicos e cosmlogos devem mergulhar nessas descobertas, especialmente quando consideram as origens da vida na Terra e em outros lugares do Universo habitvel, evoluindo em conjunto com o campo eletromagntico.”

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