L'intrication quantique maintient l'ADN ensemble, disent les physiciens

Il fut un temps, il n'y a pas si longtemps, où les biologistes juraient noir et bleu que la mécanique quantique ne pouvait jouer aucun rôle dans les systèmes chauds et humides de la vie.

Depuis lors, la discipline de la biologie quantique est devenue l'un des nouveaux domaines scientifiques les plus passionnants. Il commence à sembler que les effets quantiques sont cruciaux dans un certain nombre de processus biologiques, tels que la photosynthèse et la navigation aviaire que nous avons examinés ici et ici .

Aujourd'hui, un groupe de physiciens affirme que les lois étranges de la mécanique quantique pourraient être plus importantes pour la vie que les biologistes n'auraient jamais pu l'imaginer. Leur nouvelle idée est que l'ADN est maintenu ensemble par l'intrication quantique.

Cela vaut la peine de le détailler plus en détail. L'intrication est le processus quantique étrange dans lequel une seule fonction d'onde décrit deux objets séparés. Lorsque cela se produit, ces objets partagent effectivement la même existence, quelle que soit leur distance.

La question qu'Elisabeth Rieper de l'Université nationale de Singapour et quelques amis ont posée est quel rôle pourrait jouer l'enchevêtrement dans l'ADN. Pour le savoir, ils ont construit un modèle théorique simplifié d'ADN dans lequel chaque nucléotide est constitué d'un nuage d'électrons autour d'un noyau central positif. Ce nuage négatif peut se déplacer par rapport au noyau, créant un dipôle. Et le mouvement de va-et-vient du nuage est un oscillateur harmonique.

Lorsque les nucléotides se lient pour former une base, ces nuages ​​doivent osciller dans des directions opposées pour assurer la stabilité de la structure.

Rieper et ses collègues se demandent ce qu'il advient de ces oscillations, ou phonons comme les appellent les physiciens, lorsque les paires de bases sont empilées en une double hélice.

Les phonons sont des objets quantiques, c'est-à-dire qu'ils peuvent exister dans une superposition d'états et s'entremêler, tout comme les autres objets quantiques.

Pour commencer, Rieper et co imaginent l'hélice sans aucun effet de la chaleur extérieure. Il est clair que la chaîne d'oscillateurs harmoniques couplés est enchevêtrée à température nulle, disent-ils. Ils montrent ensuite que l'intrication peut également exister à température ambiante.

C'est possible parce que les phonons ont une longueur d'onde dont la taille est similaire à celle d'une hélice d'ADN, ce qui permet la formation d'ondes stationnaires, un phénomène connu sous le nom de piégeage de phonons. Lorsque cela se produit, les phonons ne peuvent pas facilement s'échapper. Un type similaire de piégeage de phonons est connu pour causer des problèmes dans les structures de silicium de même taille.

Cela aurait peu d'importance si cela n'avait pas d'effet global sur l'hélice. Mais le modèle développé par Rieper and co suggère que l'effet est profond.

Bien que chaque nucléotide d'une paire de bases oscille dans des directions opposées, cela se produit comme une superposition d'états, de sorte que le mouvement global de l'hélice est nul. Dans un modèle purement classique, cependant, cela ne peut pas se produire, auquel cas l'hélice vibrerait et se secouerait.

Donc, dans ce sens, ces effets quantiques sont responsables de la cohésion de l'ADN.

La question est bien sûr de savoir comment le prouver. Ils disent qu'une preuve est qu'une analyse purement classique de l'énergie requise pour maintenir l'ADN ensemble ne correspond pas. Cependant, leur modèle quantique comble le fossé. C'est intéressant, mais ils devront trouver quelque chose de convaincant expérimentalement pour persuader les biologistes de ces idées.

Une suggestion alléchante à la fin de leur article est que l'enchevêtrement peut avoir une influence sur la façon dont l'information est lue sur un brin d'ADN et qu'il peut être possible d'exploiter cela expérimentalement. Comment, ils ne le disent pas.

Travail spéculatif mais potentiellement explosif.

Réf : arxiv.org/abs/1006.4053 : La pertinence de l'intrication variable continue dans l'ADN

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