How Quantum Biology Might Explain Life’s Biggest Questions | Jim Al-Khalili | TED Talks

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TED


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Tradutor: Rafael Galupa Revisora: Margarida Ferreira
00:13
I'd like to introduce you to an emerging area of science,
0
13190
4528
Gostava de vos apresentar um campo emergente da ciência,
00:17
one that is still speculative but hugely exciting,
1
17742
3943
que é ainda especulativo mas extremamente excitante,
00:21
and certainly one that's growing very rapidly.
2
21709
2629
e que está certamente a crescer muito depressa.
00:25
Quantum biology asks a very simple question:
3
25448
4048
A biologia quântica faz uma pergunta muito simples:
00:29
Does quantum mechanics --
4
29520
1350
"Poderá a mecânica quântica,
00:30
that weird and wonderful and powerful theory
5
30894
3302
"essa teoria estranha, maravilhosa e poderosa
00:34
of the subatomic world of atoms and molecules
6
34220
2688
"do mundo subatómico, dos átomos e moléculas
00:36
that underpins so much of modern physics and chemistry --
7
36932
3488
"que sustenta tanta da física e química modernas,
00:40
also play a role inside the living cell?
8
40444
3412
"poderá ser também importante dentro de uma célula viva?"
00:43
In other words: Are there processes, mechanisms, phenomena
9
43880
4079
Por outras palavras:
"Haverá processos, mecanismos, fenómenos
00:47
in living organisms that can only be explained
10
47983
3988
"nos organismos vivos que só possam ser explicados
00:51
with a helping hand from quantum mechanics?
11
51995
2743
"com uma ajudinha da mecânica quântica?"
00:55
Now, quantum biology isn't new;
12
55546
1637
A biologia quântica não é nova.
00:57
it's been around since the early 1930s.
13
57207
2401
Já existe desde o início dos anos 30.
00:59
But it's only in the last decade or so that careful experiments --
14
59928
3715
Mas foi só na última década que experiências cuidadosas,
01:03
in biochemistry labs, using spectroscopy --
15
63667
3464
em laboratórios de bioquímica, usando a espectroscopia,
01:07
have shown very clear, firm evidence that there are certain specific mechanisms
16
67155
6863
mostraram evidência firme e muito clara de que há certos mecanismos específicos
01:14
that require quantum mechanics to explain them.
17
74042
2511
que requerem a mecânica quântica para os explicar.
01:17
Quantum biology brings together quantum physicists, biochemists,
18
77674
3329
A biologia quântica junta físicos quânticos, bioquímicos,
01:21
molecular biologists -- it's a very interdisciplinary field.
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81027
3641
biólogos moleculares — é um campo muito interdisciplinar.
01:24
I come from quantum physics, so I'm a nuclear physicist.
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84692
3929
Eu venho da física quântica, por isso sou um físico nuclear.
01:28
I've spent more than three decades
21
88645
2265
Passei mais de três décadas
01:30
trying to get my head around quantum mechanics.
22
90934
2929
a tentar compreender a mecânica quântica.
01:33
One of the founders of quantum mechanics, Niels Bohr,
23
93887
2493
Niels Bohr, um dos fundadores da mecânica quântica, disse:
01:36
said, If you're not astonished by it, then you haven't understood it.
24
96404
3350
"Se ela não vos maravilhou, então é porque não a compreenderam."
01:40
So I sort of feel happy that I'm still astonished by it.
25
100237
2843
Por isso sinto-me feliz por ainda me sentir maravilhado.
01:43
That's a good thing.
26
103104
1745
Não é mau!
01:44
But it means I study the very smallest structures in the universe --
27
104873
6885
Mas isto significa que eu estudo as mais pequeninas estruturas do universo,
01:51
the building blocks of reality.
28
111782
2075
os blocos construtores da realidade.
01:53
If we think about the scale of size,
29
113881
3215
Se pensarmos numa escala de tamanho,
01:57
start with an everyday object like the tennis ball,
30
117120
2952
comecemos com um objeto quotidiano, como uma bola de ténis,
02:00
and just go down orders of magnitude in size --
31
120096
2901
e decresçamos por ordem de tamanho:
02:03
from the eye of a needle down to a cell, down to a bacterium, down to an enzyme --
32
123021
5197
do buraco duma agulha para uma célula, para uma bactéria, para uma enzima,
02:08
you eventually reach the nano-world.
33
128242
1729
até acabarem por chegar ao nano-mundo.
02:09
Now, nanotechnology may be a term you've heard of.
34
129995
2495
Talvez já tenham ouvido falar de nanotecnologia.
02:12
A nanometer is a billionth of a meter.
35
132841
2853
Um nanómetro é um milésimo de milionésimo de um metro.
02:16
My area is the atomic nucleus, which is the tiny dot inside an atom.
36
136560
4370
A minha área é o núcleo atómico, que é um pontinho dentro do átomo.
02:20
It's even smaller in scale.
37
140954
1932
É ainda mais pequeno na escala.
02:22
This is the domain of quantum mechanics,
38
142910
1918
Este é o domínio da mecânica quântica.
02:24
and physicists and chemists have had a long time
39
144852
2516
Físicos e químicos têm passado muito tempo
02:27
to try and get used to it.
40
147392
1301
a tentar habituar-se a isso.
02:29
Biologists, on the other hand, have got off lightly, in my view.
41
149248
4457
Acho que os biólogos, no entanto, se têm saído com mais facilidade.
02:34
They are very happy with their balls-and-sticks models of molecules.
42
154071
4331
Estão satisfeitos com os seus modelos de moléculas com bolinhas e pauzinhos.
02:38
(Laughter)
43
158426
1082
(Risos)
02:39
The balls are the atoms, the sticks are the bonds between the atoms.
44
159532
3198
As bolas são os átomos, os pauzinhos as ligações entre eles.
02:42
And when they can't build them physically in the lab,
45
162754
2494
E se não conseguem construí-las fisicamente no laboratório,
02:45
nowadays, they have very powerful computers
46
165272
2392
têm hoje computadores muito potentes
02:47
that will simulate a huge molecule.
47
167688
1967
que simulam moléculas enormes.
02:49
This is a protein made up of 100,000 atoms.
48
169679
3664
Isto é uma proteína feita de 100 000 átomos.
02:54
It doesn't really require much in the way of quantum mechanics to explain it.
49
174003
4335
Não requer a mecânica quântica para a explicar.
02:59
Quantum mechanics was developed in the 1920s.
50
179695
2889
A mecânica quântica foi desenvolvida nos anos 20.
03:02
It is a set of beautiful and powerful mathematical rules and ideas
51
182965
6880
É um conjunto de belas e poderosas regras e ideias matemáticas,
03:09
that explain the world of the very small.
52
189869
2608
que explicam o mundo do muito pequeno.
03:12
And it's a world that's very different from our everyday world,
53
192501
3372
É um mundo que é muito diferente do nosso mundo do dia-a-dia,
03:15
made up of trillions of atoms.
54
195897
1519
feito de biliões de átomos.
03:17
It's a world built on probability and chance.
55
197440
3557
É um mundo feito de probabilidades e possibilidades.
03:21
It's a fuzzy world.
56
201818
1302
É um mundo confuso.
03:23
It's a world of phantoms,
57
203144
1730
É um mundo de fantasmas,
03:24
where particles can also behave like spread-out waves.
58
204898
3348
em que partículas podem também comportar-se como ondas.
03:30
If we imagine quantum mechanics or quantum physics, then,
59
210157
2862
Se imaginarmos a mecânica quântica, ou a física quântica,
03:33
as the fundamental foundation of reality itself,
60
213043
5214
como os alicerces fundamentais da própria realidade,
03:38
then it's not surprising that we say
61
218281
1730
então não é surpreendente, se dissermos
03:40
quantum physics underpins organic chemistry.
62
220035
2420
que a física quântica sustenta a química orgânica.
03:42
After all, it gives us the rules that tell us
63
222479
2120
Afinal, dá-nos as regras que nos dizem
03:44
how the atoms fit together to make organic molecules.
64
224623
2641
como é que os átomos se agrupam para formar moléculas orgânicas.
03:47
Organic chemistry, scaled up in complexity,
65
227288
3239
Subindo na escala de complexidade, a química orgânica
03:50
gives us molecular biology, which of course leads to life itself.
66
230551
3322
dá-nos a biologia molecular, que obviamente nos leva à vida.
Por isso, de certa maneira, não é surpreendente.
03:54
So in a way, it's sort of not surprising.
67
234174
1977
03:56
It's almost trivial.
68
236175
1214
É quase trivial.
03:57
You say, "Well, of course life ultimately must depend of quantum mechanics."
69
237413
4220
Dizemos: "Bem, claro que, no limite, a vida depende da mecânica quântica."
04:02
But so does everything else.
70
242141
2390
Mas tudo o resto também.
04:04
So does all inanimate matter, made up of trillions of atoms.
71
244555
3615
Toda a matéria inanimada, feita de biliões de átomos.
04:08
Ultimately, there's a quantum level
72
248501
4878
No limite, há um nível quântico
04:13
where we have to delve into this weirdness.
73
253403
2183
em que temos de aprofundar esta estranheza.
04:15
But in everyday life, we can forget about it.
74
255610
2416
Mas na vida do dia-a-dia, podemos esquecê-la.
04:18
Because once you put together trillions of atoms,
75
258404
3199
Porque, quando juntamos biliões de átomos,
04:21
that quantum weirdness just dissolves away.
76
261627
2615
a estranheza quântica acaba por se dissolver.
04:27
Quantum biology isn't about this.
77
267288
2569
A biologia quântica não é isto.
04:29
Quantum biology isn't this obvious.
78
269881
2556
A biologia quântica não é assim tão óbvia.
04:32
Of course quantum mechanics underpins life at some molecular level.
79
272461
4229
Claro que a vida, a um nível molecular, se baseia na mecânica quântica.
04:37
Quantum biology is about looking for the non-trivial --
80
277254
6004
A biologia quântica é procurar o não-trivial,
04:43
the counterintuitive ideas in quantum mechanics --
81
283282
4476
as ideias contraintuitivas da mecânica quântica,
04:47
and to see if they do, indeed, play an important role
82
287782
3015
e determinar se, na verdade, são importantes
04:50
in describing the processes of life.
83
290821
2452
para descrever os processos da vida.
04:54
Here is my perfect example of the counterintuitiveness
84
294653
5220
Este é o meu exemplo perfeito do contraintuitivo
04:59
of the quantum world.
85
299897
1446
do mundo quântico.
05:01
This is the quantum skier.
86
301367
1251
Este é um esquiador quântico.
05:02
He seems to be intact, he seems to be perfectly healthy,
87
302642
2640
Parece estar intacto, parece perfeitamente saudável,
05:05
and yet, he seems to have gone around both sides of that tree at the same time.
88
305306
4127
e, ainda assim, parece ter passado pelos dois lados da árvore ao mesmo tempo.
05:09
Well, if you saw tracks like that
89
309457
1663
Bem, se vissem trilhos como estes
05:11
you'd guess it was some sort of stunt, of course.
90
311144
2309
com certeza pensariam tratar-se de um duplo.
05:13
But in the quantum world, this happens all the time.
91
313477
2591
Mas, no mundo quântico, isto está sempre a acontecer.
05:16
Particles can multitask, they can be in two places at once.
92
316864
3026
As partículas são multifacetadas, podem estar em dois sítios ao mesmo tempo.
05:19
They can do more than one thing at the same time.
93
319914
2328
Podem fazer mais do que uma coisa ao mesmo tempo.
05:22
Particles can behave like spread-out waves.
94
322266
2643
As partículas podem comportar-se como ondas que se propagam.
05:25
It's almost like magic.
95
325298
1599
É quase como magia.
05:27
Physicists and chemists have had nearly a century
96
327538
2749
Os físicos e os químicos já há quase um século
05:30
of trying to get used to this weirdness.
97
330311
2646
que tentam habituar-se a esta maluquice.
05:33
I don't blame the biologists
98
333445
1350
Não culpo os biólogos
05:34
for not having to or wanting to learn quantum mechanics.
99
334819
2635
por não quererem ou não terem de aprender mecânica quântica.
05:37
You see, this weirdness is very delicate;
100
337478
3198
Sabem, este mundo estranho é muito delicado.
05:40
and we physicists work very hard to maintain it in our labs.
101
340700
4450
Nós, físicos, trabalhamos muito para conseguir estudá-lo nos laboratórios.
05:45
We cool our system down to near absolute zero,
102
345174
4204
Arrefecemos os nossos sistemas quase até ao zero absoluto,
05:49
we carry out our experiments in vacuums,
103
349402
1945
fazemos as nossas experiências no vácuo,
05:51
we try and isolate it from any external disturbance.
104
351371
3527
e tentamos mantê-las isoladas de qualquer perturbação externa.
05:55
That's very different from the warm, messy, noisy environment of a living cell.
105
355602
5078
O que é muito diferente do ambiente desarrumado, quente e barulhento
de uma célula viva.
06:01
Biology itself, if you think of molecular biology,
106
361960
2787
A biologia, se pensarmos na biologia molecular,
06:04
seems to have done very well in describing all the processes of life
107
364771
3457
parece ter avançado muito na descrição de todo os processos da vida
06:08
in terms of chemistry -- chemical reactions.
108
368252
2486
em termos químicos, de reações químicas.
06:10
And these are reductionist, deterministic chemical reactions,
109
370762
4850
Estas são reações químicas reducionistas, determinísticas,
06:15
showing that, essentially, life is made of the same stuff as everything else,
110
375636
5114
que mostram que, no fundo, a vida é feita do mesmo que tudo o resto.
06:20
and if we can forget about quantum mechanics in the macro world,
111
380774
3060
Se podemos esquecer a mecânica quântica no macromundo,
06:23
then we should be able to forget about it in biology, as well.
112
383858
3246
então devemos poder esquecê-la também na biologia.
06:27
Well, one man begged to differ with this idea.
113
387706
3364
Mas houve um homem que suplicou por uma ideia diferente.
06:32
Erwin Schrödinger, of Schrödinger's Cat fame,
114
392062
3469
Erwin Schrödinger, famoso pelo gato de Schrödinger,
06:35
was an Austrian physicist.
115
395555
1317
foi um físico austríaco.
06:36
He was one of the founders of quantum mechanics in the 1920s.
116
396896
3183
Foi um dos fundadores da mecânica quântica nos anos 20.
06:40
In 1944, he wrote a book called "What is Life?"
117
400663
2707
Em 1944, escreveu um livro chamado "O que é a Vida?".
06:43
It was tremendously influential.
118
403839
1731
Foi extremamente influente.
06:45
It influenced Francis Crick and James Watson,
119
405594
2881
Influenciou Francis Crick e James Watson,
06:48
the discoverers of the double-helix structure of DNA.
120
408499
2523
que descobriram a estrutura em dupla hélice do ADN.
06:51
To paraphrase a description in the book, he says:
121
411343
3668
Vou parafrasear uma descrição no seu livro:
06:55
At the molecular level, living organisms have a certain order,
122
415035
5786
"Ao nível molecular, os organismos vivos têm uma certa ordem,
07:00
a structure to them that's very different
123
420845
3232
"uma estrutura própria que é muito diferente
07:04
from the random thermodynamic jostling of atoms and molecules
124
424101
4736
"da aleatoriedade termodinâmica dos átomos e moléculas
07:08
in inanimate matter of the same complexity.
125
428861
3706
"em matéria inanimada da mesma complexidade.
07:13
In fact, living matter seems to behave in this order, in a structure,
126
433504
5014
"Na verdade, a matéria viva parece comportar-se numa ordem, numa estrutura,
07:18
just like inanimate matter cooled down to near absolute zero,
127
438542
3834
"semelhante à da matéria inanimada quando perto do zero absoluto,
07:22
where quantum effects play a very important role.
128
442400
3033
"onde os efeitos quânticos desempenham um papel muito importante.
07:26
There's something special about the structure -- the order --
129
446280
4160
"Há algo de especial nesta estrutura, nesta ordem,
07:30
inside a living cell.
130
450464
1560
"dentro de uma célula viva."
07:32
So, Schrödinger speculated that maybe quantum mechanics plays a role in life.
131
452048
5293
Schrödinger especulava que talvez a mecânica quântica tivesse um papel na vida.
07:38
It's a very speculative, far-reaching idea,
132
458096
3425
É uma ideia muito especulativa, de longo alcance,
07:41
and it didn't really go very far.
133
461545
2873
mas não chegou muito longe.
07:45
But as I mentioned at the start,
134
465536
1533
Mas como eu disse no início,
07:47
in the last 10 years, there have been experiments emerging,
135
467093
2799
nos últimos 10 anos tem havido experiências
07:49
showing where some of these certain phenomena in biology
136
469916
4055
a mostrar que alguns dos fenómenos da biologia
07:53
do seem to require quantum mechanics.
137
473995
1763
requerem mesmo a mecânica quântica.
07:55
I want to share with you just a few of the exciting ones.
138
475782
3123
Quero partilhar convosco apenas alguns dos mais empolgantes.
08:00
This is one of the best-known phenomena in the quantum world,
139
480215
3707
Este é o fenómeno mais conhecido do mundo quântico,
08:03
quantum tunneling.
140
483946
1701
o efeito túnel.
08:05
The box on the left shows the wavelike, spread-out distribution
141
485671
4389
A caixa à esquerda mostra uma distribuição dispersa, do tipo onda,
08:10
of a quantum entity -- a particle, like an electron,
142
490084
2761
de uma entidade quântica — uma partícula, como um eletrão,
08:12
which is not a little ball bouncing off a wall.
143
492869
3637
que não é uma pequena bola a ricochetear na parede.
08:16
It's a wave that has a certain probability of being able to permeate
144
496530
4739
É uma onda com uma certa probabilidade de ser capaz de se difundir
08:21
through a solid wall, like a phantom leaping through to the other side.
145
501293
3406
através de uma parede sólida, como um fantasma a passar para o outro lado.
08:24
You can see a faint smudge of light in the right-hand box.
146
504723
4098
Conseguimos ver uma esbatida marca de luz na caixa à direita.
08:29
Quantum tunneling suggests that a particle can hit an impenetrable barrier,
147
509773
4612
O efeito túnel sugere que uma partícula pode ir contra uma barreira impenetrável
08:34
and yet somehow, as though by magic,
148
514409
2460
e, de alguma maneira, como por magia,
08:36
disappear from one side and reappear on the other.
149
516893
2444
desaparecer de um lado e reaparecer do outro lado.
08:39
The nicest way of explaining it is if you want to throw a ball over a wall,
150
519658
4251
A melhor maneira de vos explicar isto é: se quiserem que a bola atravesse a parede,
08:43
you have to give it enough energy to get over the top of the wall.
151
523933
3577
têm de a atirar com energia suficiente para que ela passe por cima da parede.
08:47
In the quantum world, you don't have to throw it over the wall,
152
527534
3058
No mundo quântico, não precisam de atirá-la por cima da parede,
08:50
you can throw it at the wall, and there's a certain non-zero probability
153
530616
3407
podem atirá-la contra a parede, porque há uma probabilidade diferente de zero
08:54
that it'll disappear on your side, and reappear on the other.
154
534047
3323
de que ela desapareça no vosso lado para aparecer no outro.
08:57
This isn't speculation, by the way.
155
537394
1678
Isto não é especulação, já agora.
08:59
We're happy -- well, "happy" is not the right word --
156
539096
3396
Estamos contentes — bem, "contentes" não é a palavra certa...
09:02
(Laughter)
157
542516
2045
(Risos)
09:04
we are familiar with this.
158
544585
1618
... estamos familiarizados com isto.
09:06
(Laughter)
159
546227
2745
(Risos)
09:08
Quantum tunneling takes place all the time;
160
548996
2294
O efeito túnel está sempre a acontecer.
09:11
in fact, it's the reason our Sun shines.
161
551314
2667
Na verdade, é a razão por que o sol brilha.
09:14
The particles fuse together,
162
554655
1509
As partículas fundem-se
09:16
and the Sun turns hydrogen into helium through quantum tunneling.
163
556188
3698
e o sol transforma hidrogénio em hélio a partir do efeito túnel.
09:21
Back in the 70s and 80s, it was discovered that quantum tunneling also takes place
164
561464
5220
Nos anos 70 e 80, descobriu-se que o efeito túnel também acontece
09:26
inside living cells.
165
566708
1192
dentro das células vivas.
09:28
Enzymes, those workhorses of life, the catalysts of chemical reactions --
166
568290
6266
As enzimas, que são os burros de carga da vida, catalisam as reações químicas.
09:34
enzymes are biomolecules that speed up chemical reactions in living cells,
167
574580
4166
As enzimas são biomoléculas que aceleram as reações químicas dentro das células
09:38
by many, many orders of magnitude.
168
578770
1703
em muitas, muitas ordens de magnitude.
09:40
And it's always been a mystery how they do this.
169
580497
2784
E foi sempre um mistério como é que o fazem.
09:43
Well, it was discovered
170
583650
1189
Ora, descobriu-se
09:44
that one of the tricks that enzymes have evolved to make use of,
171
584863
4852
que um dos truques que as enzimas evoluíram para utilizar
09:49
is by transferring subatomic particles, like electrons and indeed protons,
172
589739
5228
é transferir partículas subatómicas, como os eletrões e até os protões,
09:54
from one part of a molecule to another via quantum tunneling.
173
594991
4661
de uma parte da molécula para outra, através do efeito de túnel.
10:00
It's efficient, it's fast, it can disappear --
174
600333
2851
É eficiente, é rápido e pode desaparecer:
10:03
a proton can disappear from one place, and reappear on the other.
175
603208
3111
um protão pode desaparecer de um sítio e reaparecer noutro.
10:06
Enzymes help this take place.
176
606343
1629
As enzimas ajudam a que isto aconteça.
10:08
This is research that's been carried out back in the 80s,
177
608548
2683
Estas experiências foram realizadas já nos anos 80,
10:11
particularly by a group in Berkeley, Judith Klinman.
178
611255
4037
mais especificamente pelo grupo de Judith Klinman, em Berkeley.
10:15
Other groups in the UK have now also confirmed
179
615316
2205
Outros grupos no Reino Unido vieram agora confirmar
10:17
that enzymes really do this.
180
617545
1411
que as enzimas fazem realmente isto.
10:21
Research carried out by my group --
181
621048
2549
A investigação que o meu grupo faz...
10:23
so as I mentioned, I'm a nuclear physicist,
182
623621
2434
Como vos disse, sou um físico nuclear
10:26
but I've realized I've got these tools of using quantum mechanics
183
626079
3055
mas apercebi-me de que tenho estas ferramentas para estudar mecânica quântica
10:29
in atomic nuclei, and so can apply those tools in other areas as well.
184
629158
5085
nos núcleos atómicos e que também posso aplicar estas ferramentas noutras áreas.
10:35
One question we asked
185
635404
1810
Uma das questões que temos
10:37
is whether quantum tunneling plays a role in mutations in DNA.
186
637238
4298
é se o efeito túnel é importante para as mutações no ADN.
10:41
Again, this is not a new idea; it goes all the way back to the early 60s.
187
641843
3660
E, novamente, esta não é uma ideia nova, já vem dos anos 60.
10:45
The two strands of DNA, the double-helix structure,
188
645527
2961
Na sua estrutura de dupla hélice, as duas cadeias do ADN
10:48
are held together by rungs; it's like a twisted ladder.
189
648512
2823
mantêm-se ligadas por uns "degraus", como um escadote torcido.
10:51
And those rungs of the ladder are hydrogen bonds --
190
651359
3507
Esses degraus do escadote são ligações de hidrogénio,
10:54
protons, that act as the glue between the two strands.
191
654890
3790
protões que servem de cola entre as duas cadeias.
10:58
So if you zoom in, what they're doing is holding these large molecules --
192
658704
4750
Se fizermos zoom, o que estão a fazer é a manter juntas
11:03
nucleotides -- together.
193
663478
1607
estas grandes moléculas: os nucleótidos.
11:06
Zoom in a bit more.
194
666130
1150
Um pouco mais de zoom.
11:07
So, this a computer simulation.
195
667304
1916
Isto é uma simulação por computador.
11:09
The two white balls in the middle are protons,
196
669855
3542
As duas bolas brancas no meio são protões.
11:13
and you can see that it's a double hydrogen bond.
197
673421
2299
Conseguimos ver a ligação de hidrogénio dupla.
11:15
One prefers to sit on one side; the other, on the other side
198
675744
3314
Uma prefere estar deste lado, e a outra por trás das duas cadeias,
11:19
of the two strands of the vertical lines going down, which you can't see.
199
679082
4558
das linhas verticais que descem, por isso não a veem.
11:24
It can happen that these two protons can hop over.
200
684410
3395
Pode acontecer que estes dois protões troquem de lugar.
11:27
Watch the two white balls.
201
687829
1436
Observem as duas bolas brancas.
11:29
They can jump over to the other side.
202
689748
1998
Podem saltar para o outro lado.
11:32
If the two strands of DNA then separate, leading to the process of replication,
203
692239
5646
Se as duas cadeias de ADN se separarem, para que se dê o processo de replicação,
11:37
and the two protons are in the wrong positions,
204
697909
3199
e os dois protões estiverem no sítio errado,
11:41
this can lead to a mutation.
205
701132
1763
podem originar-se mutações.
11:43
This has been known for half a century.
206
703204
1872
Já se sabe isto há meio século.
11:45
The question is: How likely are they to do that,
207
705100
2343
A questão é: quão provável é que isso aconteça
11:47
and if they do, how do they do it?
208
707467
2378
e, nesse caso, como é que eles o fazem?
11:49
Do they jump across, like the ball going over the wall?
209
709869
3019
Saltam por cima, como a bola por cima da parede?
11:52
Or can they quantum-tunnel across, even if they don't have enough energy?
210
712912
3502
Ou podem atravessar por efeito túnel, mesmo se não tiverem energia suficiente?
11:57
Early indications suggest that quantum tunneling can play a role here.
211
717089
4252
Observações preliminares sugerem que o efeito túnel pode ser importante aqui.
12:01
We still don't know yet how important it is;
212
721365
2124
Ainda não sabemos quão importante é,
12:03
this is still an open question.
213
723513
1792
ainda é uma pergunta em aberto.
12:06
It's speculative,
214
726199
1150
É especulativo,
12:07
but it's one of those questions that is so important
215
727373
2643
mas é uma das questões que são tão importantes.
Se a mecânica quântica está envolvida nas mutações,
12:10
that if quantum mechanics plays a role in mutations,
216
730040
2446
12:12
surely this must have big implications,
217
732510
2299
então claro que isso terá grandes implicações,
12:14
to understand certain types of mutations,
218
734833
2694
para compreender certos tipos de mutações,
12:17
possibly even those that lead to turning a cell cancerous.
219
737551
3756
talvez mesmo aquelas que podem tornar uma célula cancerosa.
12:22
Another example of quantum mechanics in biology is quantum coherence,
220
742803
5299
Outro exemplo da mecânica quântica em biologia é a coerência quântica,
12:28
in one of the most important processes in biology,
221
748126
2353
num dos mais importantes processos biológicos: a fotossíntese.
12:30
photosynthesis: plants and bacteria taking sunlight,
222
750503
3941
As plantas e as bactérias captam a energia solar
12:34
and using that energy to create biomass.
223
754468
2954
e usam essa energia para criar biomassa.
12:38
Quantum coherence is the idea of quantum entities multitasking.
224
758215
4152
A coerência quântica é a ideia de entidades quânticas multitarefas.
12:42
It's the quantum skier.
225
762912
1604
É o esquiador quântico.
12:44
It's an object that behaves like a wave,
226
764540
2952
É um objeto que se comporta como uma onda
12:47
so that it doesn't just move in one direction or the other,
227
767516
2902
e por isso não se movimenta só numa ou noutra direção,
12:50
but can follow multiple pathways at the same time.
228
770442
3320
mas pode seguir múltiplos caminhos ao mesmo tempo.
12:54
Some years ago, the world of science was shocked
229
774708
3916
Há uns anos, a comunidade científica ficou chocada
12:58
when a paper was published showing experimental evidence
230
778648
3584
com a publicação de um artigo que mostrava evidência experimental
13:02
that quantum coherence takes place inside bacteria,
231
782256
3776
de que a coerência quântica acontece dentro de uma bactéria,
13:06
carrying out photosynthesis.
232
786056
1686
permitindo a fotossíntese.
13:07
The idea is that the photon, the particle of light, the sunlight,
233
787766
3064
A ideia é que o fotão, a partícula da luz, da luz solar,
13:10
the quantum of light captured by a chlorophyll molecule,
234
790854
3344
a luz quântica capturada pela molécula de clorofila,
13:14
is then delivered to what's called the reaction center,
235
794222
2591
é depois transferida para o chamado centro de reação,
13:16
where it can be turned into chemical energy.
236
796837
2064
onde será transformada em energia química.
13:18
And in getting there, it doesn't just follow one route;
237
798925
2648
E, para lá chegar, não segue apenas um caminho,
13:21
it follows multiple pathways at once,
238
801597
2215
segue vários ao mesmo tempo,
13:23
to optimize the most efficient way of reaching the reaction center
239
803836
4337
para otimizar a maneira mais eficiente de chegar ao centro de reação
13:28
without dissipating as waste heat.
240
808197
1721
sem desperdiçar energia em calor.
13:31
Quantum coherence taking place inside a living cell.
241
811228
3309
A coerência quântica a acontecer dentro de uma célula viva.
13:34
A remarkable idea,
242
814561
2120
Uma ideia marcante
13:36
and yet evidence is growing almost weekly, with new papers coming out,
243
816705
6235
e que continua a acumular evidências, com novos artigos a sair semanalmente,
13:42
confirming that this does indeed take place.
244
822964
2212
confirmando que está mesmo a acontecer.
13:45
My third and final example is the most beautiful, wonderful idea.
245
825555
4739
O meu terceiro e último exemplo é a mais bonita e maravilhosa ideia.
13:50
It's also still very speculative, but I have to share it with you.
246
830318
4063
Também é muito especulativa, mas tenho de a partilhar convosco.
13:54
The European robin migrates from Scandinavia
247
834405
4612
O pisco-de-peito-ruivo migra da Escandinávia
13:59
down to the Mediterranean, every autumn,
248
839041
2635
até ao Mediterrâneo todos os outonos
14:01
and like a lot of other marine animals and even insects,
249
841700
3373
e, tal como muitos animais marinhos e até insetos,
14:05
they navigate by sensing the Earth's magnetic field.
250
845097
4300
orienta-se por deteção do campo magnético da Terra.
14:10
Now, the Earth's magnetic field is very, very weak;
251
850968
2427
Mas o campo magnético da Terra é muito, muito fraco,
14:13
it's 100 times weaker than a fridge magnet,
252
853419
2080
100 vezes mais fraco do que o de um íman de frigorífico,
14:15
and yet it affects the chemistry -- somehow -- within a living organism.
253
855523
5601
e ainda assim, de alguma maneira, afeta a química de um organismo vivo.
14:21
That's not in doubt -- a German couple of ornithologists,
254
861932
3806
E não há dúvidas disso.
Um casal de ornitólogos alemães, Wolfgang e Roswitha Wiltschko,
14:25
Wolfgang and Roswitha Wiltschko, in the 1970s, confirmed that indeed,
255
865762
4260
no anos 70, confirmaram que, de facto, o pisco-de-peito-ruivo encontra o caminho
14:30
the robin does find its way by somehow sensing the Earth's magnetic field,
256
870046
3977
guiando-se pelo campo magnético da Terra,
14:34
to give it directional information -- a built-in compass.
257
874047
3327
que lhe dá informação direcional — tem uma bússola incorporada.
14:37
The puzzle, the mystery was: How does it do it?
258
877398
2249
O puzzle, o mistério, era: como é que se faz isso?
14:40
Well, the only theory in town --
259
880351
3030
Bem, a única teoria que existe
14:43
we don't know if it's the correct theory, but the only theory in town --
260
883405
3436
— não sabemos se a teoria é correta, mas é a única que existe —
14:46
is that it does it via something called quantum entanglement.
261
886865
2984
é que o faz através de algo chamado emaranhamento quântico.
14:50
Inside the robin's retina --
262
890567
2374
Dentro da retina do pisco
14:52
I kid you not -- inside the robin's retina is a protein called cryptochrome,
263
892965
4232
— não estou a brincar! — há uma proteína chamada criptocromo
14:57
which is light-sensitive.
264
897221
1380
que é sensível à luz.
14:58
Within cryptochrome, a pair of electrons are quantum-entangled.
265
898625
3939
Dentro do criptocromo, há um par de eletrões quanticamente emaranhados.
15:02
Now, quantum entanglement is when two particles are far apart,
266
902588
3232
Emaranhamento químico é quando duas partículas estão à distância
15:05
and yet somehow remain in contact with each other.
267
905844
2834
mas, de alguma maneira, permanecem ligadas uma à outra.
15:08
Even Einstein hated this idea;
268
908991
1446
Até Einstein detestava esta ideia:
15:10
he called it "spooky action at a distance."
269
910461
2039
chamava-lhe "ação fantasma à distância".
15:12
(Laughter)
270
912524
1881
(Risos)
15:14
So if Einstein doesn't like it, then we can all be uncomfortable with it.
271
914429
3443
Se nem Einstein gostava dela, então podemos estar todos à vontade.
15:17
Two quantum-entangled electrons within a single molecule
272
917896
2853
Dois eletrões quanticamente emaranhados dentro da mesma molécula
15:20
dance a delicate dance
273
920773
1471
dançam uma dança delicada
15:22
that is very sensitive to the direction the bird flies
274
922268
2541
que é muito sensível à direção em que o pássaro voa
15:24
in the Earth's magnetic field.
275
924833
1531
relativamente ao campo magnético da Terra.
15:26
We don't know if it's the correct explanation,
276
926848
2610
Não sabemos se é essa a explicação,
15:29
but wow, wouldn't it be exciting if quantum mechanics helps birds navigate?
277
929482
4544
mas não seria espetacular
se a mecânica quântica ajudasse os pássaros a orientarem-se?
15:35
Quantum biology is still in it infancy.
278
935069
2721
A biologia quântica ainda está na sua infância.
15:37
It's still speculative.
279
937814
3484
Ainda é especulativa.
15:41
But I believe it's built on solid science.
280
941742
3849
Mas acredito que é construída sobre ciência sólida.
15:45
I also think that in the coming decade or so,
281
945917
3809
Também penso que na próxima década
15:49
we're going to start to see that actually, it pervades life --
282
949750
4841
vamos começar a ver que, na verdade, ela impregna a vida,
15:54
that life has evolved tricks that utilize the quantum world.
283
954615
4596
que a vida desenvolveu truques que utilizam o mundo quântico.
16:00
Watch this space.
284
960026
1428
Mantenham-se atentos.
16:01
Thank you.
285
961478
1157
Obrigado.
16:02
(Applause)
286
962659
2202
(Aplausos)
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