Bayangkan struktur-struktur di dalam sel Anda bukan hanya melindungi tubuh, tetapi juga memproses informasi dengan kecepatan dan kekuatan kuantum yang mengejutkan! Penelitian terbaru menunjukkan bahwa molekul tryptophan yang kaya akan potensi luar biasa ini bisa menjadi jembatan antara kehidupan dan teknologi kuantum.

Ketika sebuah molekul tryptophan menyerap cahaya ultraviolet, ia memancarkan cahaya lembut yang dikenal sebagai fluoresensi. Tapi, ketika banyak molekul tryptophan berkumpul dalam kluster protein yang terorganisir, cahaya yang muncul menjadi jauh lebih cerah dan lebih cepat dari yang diharapkan. Fenomena ini, yang dikenal sebagai superradiance, memiliki potensi untuk mengubah cara kita memahami kehidupan dan informasi itu sendiri.

Penelitian baru menunjukkan bahwa protein yang kaya akan tryptophan, terutama yang ditemukan di sel-sel otak, bisa berfungsi sebagai jaringan untuk komputasi kuantum. Molekul-molekul ini tampaknya melakukan lebih dari sekadar melindungi sel dari kerusakan; mereka mampu memproses dan mengirim informasi dengan kecepatan dan efisiensi yang melebihi metode biologis yang kita kenal.

Umumnya, perilaku kuantum hanya dapat ditemukan di lingkungan dingin dan tenang. Namun, Philip Kurian dan timnya dari Laboratorium Biologi Kuantum Universitas Howard telah menemukan bukti bahwa perilaku kuantum tidak hanya bertahan dalam biologi, tetapi mungkin menjadi esensial bagi kehidupan itu sendiri. Mereka menemukan bahwa jaringan padat molekul tryptophan, yang terorganisir dalam struktur seperti mikrotubulus dan sentriol, dapat bertindak seperti perangkat optik kuantum. Jaringan ini tidak hanya mengalirkan energi cahaya, tetapi juga mengelolanya dengan cara yang mirip dengan sistem kuantum canggih di luar sana.

Temuan mereka, yang dipublikasikan dalam Science Advances, menunjukkan bahwa superradiance dapat muncul dalam jaringan biologis yang hangat, bukan hanya di sistem atom yang dingin. Ini menghubungkan ilmu kuantum dengan biologi dunia nyata, menunjukkan bahwa efek yang sama yang terlihat di laboratorium fisika mungkin juga menjadi bagian dari cara tubuh kita berfungsi pada tingkat terkecil.

Kurian menyatakan, “Penelitian ini menghubungkan titik-titik antara pilar-pilar besar fisika abad ke-20—termodinamika, relativitas, dan mekanika kuantum—untuk perubahan paradigma yang besar.” Temuan ini menunjukkan bahwa alam telah lama menggunakan alat kuantum yang baru kita mulai pahami, dan mungkin telah membangun kehidupan itu sendiri di sekitar mereka.

Tryptophan bukan hanya asam amino biasa. Dengan struktur cincin indole yang unik, ia sangat baik dalam menyerap cahaya ultraviolet. Ini menjadikannya alat favorit dalam studi perilaku protein. Selain itu, tryptophan dapat ditemukan di lokasi kunci dalam sistem hidup, sering kali di antara air dan lipid dalam membran sel. Ia hadir dalam protein transmembran, fotoreseptor, hemoglobin, dan terutama di dalam struktur sitoskeletal yang kompleks di dalam sel.

Tim Kurian mempelajari jaringan mesoscale—struktur yang mengandung lebih dari 100.000 molekul tryptophan—dan menemukan bahwa mereka sering menunjukkan respons optik kolektif. Semakin teratur struktur tersebut, semakin kuat efek kuantumnya. Bahkan saat mereka memperkenalkan kekacauan, efek tersebut tetap bertahan pada suhu biologis normal.

Ketika sel bernapas menggunakan oksigen, mereka menciptakan radikal bebas yang dapat merusak DNA dan molekul penting lainnya. Jaringan tryptophan bertindak sebagai pelindung alami. Mereka menyerap cahaya berbahaya ini dan memancarkannya kembali pada energi yang lebih rendah, mengurangi kerusakan. Berkat superradiance, mereka juga dapat melakukan fungsi perlindungan ini lebih cepat dan efisien dibandingkan dengan molekul tunggal.

Kecepatan ini menjadi lebih penting di otak. Model ilmu saraf tradisional mengatakan bahwa informasi ditransmisikan antara neuron menggunakan sinyal kimia, yang memerlukan waktu milidetik untuk diselesaikan. Namun, studi Kurian menemukan bahwa transfer sinyal superradiant terjadi dalam pikodetik—sekitar satu miliar kali lebih cepat.

Dengan penemuan ini, Kurian berharap untuk menginspirasi serangkaian eksperimen baru untuk memahami bagaimana perlindungan foton kuantum berperan dalam patologi kompleks yang berkembang dalam kondisi oksidatif tinggi. “Perlindungan foton ini mungkin penting dalam memperlambat atau menghentikan penyakit degeneratif,” katanya.

Kurian juga menghitung seberapa banyak informasi yang mungkin telah diproses oleh kehidupan di Bumi sejak awal, berdasarkan hukum mekanika kuantum dan kepadatan materi di alam semesta. Ia menemukan bahwa pemrosesan informasi kehidupan—yang didorong oleh struktur seperti jaringan tryptophan—mungkin setara dengan semua materi yang dikenal dalam kosmos yang teramati.

Kurian berharap penelitian ini akan memicu penelitian lebih lanjut tentang dimensi kuantum kehidupan. “Di era kecerdasan buatan dan komputer kuantum, penting untuk diingat bahwa hukum fisik membatasi semua perilakunya,” tambahnya. “Dan meskipun batasan fisik ini juga berlaku untuk kemampuan kehidupan untuk mengetahui dan mensimulasikan alam semesta, kita masih dapat menjelajahi dan memahaminya. Menakjubkan bahwa kita dapat memainkan peran seperti itu.”