Jérusalem, 6 mai 2025 (TPS-IL) — Des scientifiques ont découvert une connexion quantique cachée à l’intérieur des cellules vivantes qui pourrait inspirer des nanomatériaux plus intelligents imitant le transfert d’énergie biologique, ouvrant de nouvelles voies dans la médecine, l’énergie et la nanotechnologie, ont annoncé des chercheurs israéliens lundi.
L’étude, menée par des scientifiques de l’Université hébraïque de Jérusalem en collaboration avec l’Institut Weizmann des sciences et l’Université Ben Gourion, montre pour la première fois que le transfert de protons — la façon dont les cellules déplacent l’énergie — est directement influencé par le spin électronique, une propriété quantique.
Jusqu’à présent, les scientifiques pensaient que les protons, les minuscules particules essentielles à la production d’énergie, se déplaçaient principalement par simple saut chimique entre les molécules d’eau et les acides aminés. Mais les nouvelles découvertes révèlent que le mouvement des protons est également contrôlé par le spin des électrons, ce qui signifie que la physique quantique joue un rôle actif dans un processus vital de base.
« Nos découvertes montrent que la façon dont les protons se déplacent dans les systèmes biologiques n’est pas seulement une question de chimie — c’est aussi de la physique quantique », a déclaré Naama Goren, l’une des chercheuses principales. « Cela ouvre de nouvelles perspectives pour comprendre comment l’information et l’énergie sont transférées à l’intérieur des êtres vivants. »
La recherche a été dirigée par Goren et le professeur Yossi Paltiel du Département de physique appliquée et du Nano Center de l’Université hébraïque, en collaboration avec le professeur Nir Keren et Oded Livnah de l’Institut des sciences de la vie. Ils ont travaillé en étroite collaboration avec le professeur Ron Naaman de l’Institut Weizmann et le professeur Nurit Ashkenasy de l’Université Ben Gourion. Les conclusions de l’équipe ont récemment été publiées dans la revue spécialisée PNAS.
Lors d’expériences avec des cristaux biologiques tels que la lysozyme — une enzyme présente dans de nombreux organismes — les chercheurs ont montré que le spin électronique et le mouvement des protons n’étaient pas indépendants. Lorsque des électrons avec un spin spécifique étaient injectés dans les cristaux, les protons se déplaçaient plus facilement. Lorsque des électrons avec le spin opposé étaient injectés, le mouvement des protons était significativement entravé. Ce couplage entre le spin électronique et le transport des protons n’avait jamais été observé auparavant dans les systèmes biologiques.
La découverte est liée à l’effet de Sélectivité de Spin Induite par le Chiral (CISS), un phénomène où les molécules chirales — celles ayant une « chiralité » spécifique — interagissent différemment en fonction du spin électronique. L’équipe a découvert que les vibrations dans le cristal, appelées phonons chiraux, aident à relier le spin électronique à la mobilité des protons, liant directement les effets quantiques au flux d’énergie biologique.
« Cette connexion entre le spin électronique et le mouvement des protons pourrait conduire à de nouvelles technologies imitant les processus biologiques, et même à de nouvelles façons de contrôler le transfert d’informations à l’intérieur des cellules », a déclaré Paltiel.
En montrant que la mécanique quantique régit non seulement les électrons mais aussi les protons dans les processus vitaux, les scientifiques ont comblé un fossé majeur entre la physique et la biologie. Cela suggère que le transfert d’énergie et d’informations à l’intérieur des organismes vivants est plus sélectif, plus réglable et plus précisément contrôlé que ce qui était précédemment cru.
Les découvertes pourraient conduire à de nouvelles technologies médicales contrôlant le flux d’énergie à l’intérieur des cellules, à des dispositifs énergétiques bio-inspirés plus efficaces, et à des systèmes spintroniques avancés pour le traitement de l’information quantique.
Une meilleure compréhension et maîtrise du spin électronique et du mouvement des protons pourraient conduire à des médicaments ciblant plus précisément le flux d’énergie à l’intérieur des cellules et au développement d’outils de diagnostic capables de détecter des schémas anormaux de transfert d’énergie dans les cellules malades.
De plus, en apprenant comment la nature contrôle le mouvement des protons avec des effets quantiques, cela pourrait inspirer de nouveaux types de batteries ou de piles à combustible, ainsi que des nanomatériaux plus intelligents capables de s’auto-organiser ou de se réparer en imitant la manière dont les cellules gèrent le transfert d’énergie.
