Chaque année, lorsque l’hiver se profile, des milliers d’oiseaux connus sous le nom de rouge-gorge (Erithacus rubecula) entreprennent un voyage du nord de l’Europe vers la Méditerranée, où le climat est plus clément. Ce qui est surprenant, c’est qu’en revenant, ces oiseaux parviennent à retrouver le même endroit d’où ils sont partis, comme s’ils avaient un GPS interne.
Ce phénomène incroyable est dû à un « superpouvoir » quantique qui leur permet de détecter le champ magnétique de la Terre, ce que l’on appelle la magnetoréception. Mais comment est-il possible que, malgré la faiblesse de ce champ (entre 30 et 70 microteslas), ces oiseaux puissent l’utiliser à leur avantage ? La réponse réside dans la physique quantique.
La magie de l’œil du rouge-gorge
Dans le cas du rouge-gorge, on pense que le mécanisme qu’ils utilisent pour s’orienter repose sur la réaction de paire radicale. Dans l’œil de ces oiseaux, il existe une protéine appelée cryptochrome, composée d’un acide aminé appelé tryptophane et d’une molécule connue sous le nom de FAD. Lorsque la lumière bleue frappe le cryptochrome, les photons transfèrent de l’énergie, provoquant le saut d’un électron d’un côté à l’autre, générant ainsi des radicaux libres.
Ces radicaux, une fois formés, restent enchevêtrés grâce au phénomène de l’intrication quantique, où des particules qui étaient liées restent connectées, même à distance. Cette connexion est clé, car elle affecte la façon dont les radicaux réagissent aux champs magnétiques.
De plus, le spin des électrons joue un rôle fondamental dans cette histoire. Ce concept, qui peut sembler compliqué, se réfère à la manière dont les électrons interagissent avec les champs magnétiques. Selon leur orientation, les radicaux peuvent être dans un état de singulet ou de triplet, et les champs magnétiques, même les plus faibles, peuvent influencer la probabilité qu’ils se trouvent dans l’un ou l’autre état.
Ainsi, en altérant l’équilibre entre ces états, le champ magnétique de la Terre envoie des signaux au cerveau de l’oiseau, lui indiquant la direction du pôle magnétique le plus proche. Il existe des théories suggérant que les rouge-gorges voient ces directions à travers des changements dans la lumière qui traverse leurs yeux.
La photosynthèse et ses secrets quantiques
La biologie quantique ne s’arrête pas à la migration des oiseaux ; elle est également cruciale pour comprendre la photosynthèse. Ce processus, qui permet aux plantes, algues et certaines bactéries de convertir la lumière en énergie, a été étudié pendant des décennies. Cependant, des recherches récentes suggèrent que sa compréhension complète n’est possible que grâce à la quantique.
La clé réside dans la manière dont l’énergie est transportée lors des étapes initiales de la photosynthèse. Lorsqu’un photon du soleil frappe la chlorophylle, il active un électron, créant un exciton. L’énergie générée doit être transférée au centre de réaction pour se transformer en énergie chimique. Mais comment se produit ce transport ?
Auparavant, on pensait que l’exciton se déplaçait de manière aléatoire, comme une balle de ping-pong. Cependant, il a été découvert que l’efficacité de ce processus est étonnamment élevée, avec plus de 99 % de l’énergie absorbée étant utilisée. Cela suggère que le transport n’est pas aussi chaotique qu’on le pensait.
Il a été proposé que l’exciton se comporte comme une onde en superposition quantique, explorant tous les chemins possibles en même temps et trouvant la route la plus efficace vers sa destination. Cela ressemble à la manière dont un ordinateur quantique résout des problèmes.
Bien qu’il existe des indices que cette « marche quantique » a lieu, de nombreuses questions restent sans réponse. Comment la cohérence quantique est-elle maintenue dans les conditions chaotiques d’une cellule ? C’est l’un des grands mystères que la science continue d’essayer de percer.
La biologie quantique nous montre comment ce qui se passe dans le monde minuscule des particules affecte notre vie quotidienne. Sans la photosynthèse, notre biosphère serait très différente. Au fond, tout est interconnecté et est quantique.