Ogni anno, quando l’inverno si avvicina, migliaia di uccelli conosciuti come il pettirosso (Erithacus rubecula) intraprendono un viaggio dal nord Europa fino al Mediterraneo, dove il clima è più mite. La cosa sorprendente è che, al ritorno, questi uccelli riescono a trovare lo stesso luogo da cui sono partiti, come se avessero un GPS interno.
Questo straordinario fenomeno è dovuto a un “superpotere” quantistico che consente loro di rilevare il campo magnetico della Terra, noto come magnetorecezione. Ma come è possibile che, nonostante questo campo sia così debole (tra 30 e 70 microtesla), questi uccelli possano usarlo a loro favore? La risposta risiede nella fisica quantistica.
La magia dell’occhio del pettirosso
Nel caso del pettirosso, si crede che il meccanismo che utilizzano per orientarsi si basi sulla reazione di coppia radicale. Nell’occhio di questi uccelli, esiste una proteina chiamata criptocromo, composta da un amminoacido chiamato triptofano e una molecola nota come FAD. Quando la luce blu colpisce il criptocromo, i fotoni trasferiscono energia, provocando un salto di un elettrone da un lato all’altro, generando così radicali liberi.
Questi radicali, una volta formati, rimangono intrecciati attraverso il fenomeno dell’entanglement quantistico, dove particelle che erano unite continuano a essere collegate, anche a distanza. Questa connessione è fondamentale, poiché influisce su come i radicali rispondono ai campi magnetici.
Inoltre, lo spin degli elettroni gioca un ruolo fondamentale in questa storia. Questo concetto, che può sembrare complicato, si riferisce a come gli elettroni interagiscono con i campi magnetici. A seconda della loro orientazione, i radicali possono trovarsi in uno stato di singletto o tripletto, e i campi magnetici, anche i più deboli, possono influenzare la probabilità che si trovino in uno o nell’altro stato.
Così, alterando l’equilibrio tra questi stati, il campo magnetico della Terra invia segnali al cervello dell’uccello, indicandogli la direzione del polo magnetico più vicino. Ci sono teorie che suggeriscono che i pettirossi vedano queste direzioni attraverso cambiamenti nella luce che attraversa i loro occhi.
La fotosintesi e i suoi segreti quantistici
La biologia quantistica non si ferma solo alla migrazione degli uccelli; è anche cruciale per comprendere la fotosintesi. Questo processo, che consente a piante, alghe e alcune batteri di convertire la luce in energia, è stato oggetto di studio per decenni. Tuttavia, ricerche recenti suggeriscono che la sua comprensione completa sia possibile solo attraverso la quantistica.
La chiave sta nel modo in cui l’energia viene trasportata nelle fasi iniziali della fotosintesi. Quando un fotone del sole colpisce la clorofilla, attiva un elettrone, creando un eccitone. L’energia generata deve essere trasferita al centro di reazione per diventare energia chimica. Ma come avviene questo trasporto?
In passato, si pensava che l’eccitone si muovesse in modo casuale, come una pallina da ping-pong. Tuttavia, è stato scoperto che l’efficienza di questo processo è straordinariamente alta, con oltre il 99% dell’energia assorbita utilizzata. Questo suggerisce che il trasporto non sia così caotico come si pensava.
È stato proposto che l’eccitone si comporti come un’onda in superposizione quantistica, esplorando tutti i percorsi possibili contemporaneamente e trovando la via più efficiente verso la sua destinazione. Questo è simile a come un computer quantistico risolve problemi.
Sebbene ci siano indizi che questa “camminata quantistica” abbia luogo, rimangono molte domande senza risposta. Come si mantiene la coerenza quantistica nelle condizioni caotiche di una cellula? Questo è uno dei grandi misteri che la scienza continua a cercare di svelare.
La biologia quantistica ci mostra come ciò che accade nel mondo minuscolo delle particelle influisca sulla nostra vita quotidiana. Senza la fotosintesi, la nostra biosfera sarebbe molto diversa. In fondo, tutto è interconnesso ed è quantistico.