Imprescindibles mitocondrias

Los siete reinos de la biosfera están formados por seres que contienen una o varias células: dos reinos -bacterias y arqueas- están formados por células simples; los otros cinco -protozoos, algas, hongos, animales y plantas- por células complejas. Las segundas contienen un núcleo y orgánulos celulares, las primeras carecen de ambos. Un orgánulo celular imprescindible, al menos desde que existe oxígeno en la atmósfera, es la mitocondria, antigua bacteria que, devorada por una arquea, no fue digerida, sino que ambas establecieron una colaboración para, juntas, formar el precursor de una célula compleja; célula de la que descendemos todos los seres pluricelulares. Aún ahora podemos observar vestigios de la lejana -sucedió hace más de mil quinientos millones de años- unión entre ambas células: la membrana externa mitocondrial es similar a la membrana celular, mientras que la membrana interna mitocondrial es similar a una membrana bacteriana -incluso tiene lípidos, como la cardiolipina, característicos de las bacterias-. La antigua bacteria, que ahora llamamos mitocondria, se encuentra en las células complejas, y su labor es esencial pues se encarga de sintetizar ATP, la molécula que proporciona la energía necesaria para que se realicen todas las reacciones químicas que ocurren en un organismo. ¿Cómo lo hace? La unión del oxígeno con los átomos de hidrógeno procedentes de los azúcares, ácidos grasos y aminoácidos contenidos en los alimentos proporciona la energía necesaria para que funcione la máquina molecular sintetizadora de ATP.
Pero las mitocondrias también tienen otras funciones: desprenden calor, si no se sintetiza ATP con la energía procedente de la unión de los hidrógenos y el oxígeno; sintetizan las hormonas sexuales, la hormona procedente de la vitamina D y las hormonas de la corteza suprarrenal; e intervienen en un mecanismo de protección, el suicidio celular, operativo cuando han dañado a la célula.
Las células del cuerpo humano no podrían vivir sin ATP, o sea, sin mitocondrias. ¿Todas las células humanas tienen estos orgánulos? No. De las treinta billones de células que contiene una persona de setenta kilos, veinticinco billones son glóbulos rojos transportadores del oxígeno y casi billón y medio (1,47) son plaquetas encargadas de coagular la sangre. Sorpréndase el sabio lector, aquéllos carecen de núcleo y mitocondrias, éstas sí tienen mitocondrias, aunque no núcleo. El sorprendido escritor, que sabe que el núcleo es esencial para la duplicación celular, se pregunta, ¿qué es más imprescindible para la célula el núcleo o las mitocondrias?

La Luna y la prosperidad de la vida

La Tierra, con su clima templado y estaciones repetibles, es un oasis en el sistema solar. ¿La estabilidad climática de nuestro planeta es fruto de la casualidad? No, en absoluto, se debe a la existencia de la Luna. Nuestro satélite no sólo es responsable de las mareas, es el ancla que ha estabilizado el eje de rotación de la Tierra durante miles de millones de años, lo que posibilitó la existencia de un ambiente apto para desarrollar una biosfera compleja.
El eje de rotación terrestre está inclinado veintitrés grados y medio respecto al plano de su órbita alrededor del Sol, una inclinación que causa las estaciones; si bien tal inclinación varía, lo hace en un rango muy estrecho (de apenas dos grados y medio) y en períodos de decenas de milenios. La Luna, debido a su enorme tamaño, ejerce una fuerza gravitatoria que contrarresta las perturbaciones gravitacionales de otros planetas, especialmente de los gigantes Júpiter y Saturno; tal efecto asegura que la mínima oscilación del eje de giro terrestre. Nuestro vecino Marte muestra el contraste más acusado: a pesar de su inclinación actual, veinticinco grados, similar a la Tierra, carece de un satélite de gran tamaño capaz de ejercer un efecto estabilizador; como resultado, el eje de rotación marciano ha oscilado, a lo largo de su historia, entre los diez y sesenta grados. La inestabilidad del eje, junto con otros factores, facilitó la pérdida de su atmósfera y del agua, indispensables para la vida. A pesar de todo, los astrónomos planetarios han hallado evidencias de que Marte tuvo un clima suave y fue habitable para la vida bacteriana en su pasado lejano.
Las repercusiones de la diferencia son inmensas. En la Tierra, la pequeña variación del eje permite que los climas regionales se mantengan relativamente estables durante escalas de tiempo geológicas, dando a la vida tiempo para adaptarse y evolucionar, para formar ecosistemas complejos y para diversificarse las especies. Sin embargo, en Marte, la inestabilidad de su eje provocó cambios climáticos bruscos que habrían hecho imposible la prosperidad a largo plazo de cualquier forma de vida, incluso la bacteriana. Por tanto, si bien cabe argumentar que la Luna no fue la causa del origen de la vida terrestre, sí puede afirmarse que permitió su supervivencia y prosperidad durante eones; posibilidad que Marte, carente de satélites de gran tamaño, nunca pudo replicar.

Hongo radiotrófico

Nos ubicamos en Ucrania, en las ruinas de la central nuclear de Chernóbil tras el desastre nuclear del año 1986. Nos hemos protegido con trajes antirradiación NBQ porque sabemos que la zona se ha vuelto inhabitable para casi todas las formas de vida debido a la contaminación radiactiva. Sorprendidos, observamos a un hongo negro que, a pesar de todo, no solo resiste tales condiciones extremas, sino que prospera y crece en presencia de radiación, incluso -sospechamos- se alimenta de ella. Cladosporium sphaerospermum, el nombre científico de este resistente ser, no escapa de la radiación, la busca, pues -para pasmo de los biólogos- crece más rápido donde detecta mayor cantidad de radiación gamma. Un pigmento que nos protege de los rayos ultravioleta del Sol, polímero sintetizado a partir del aminoácido tirosina y presente en la piel humana, es el inesperado protagonista de esta inconcebible historia. La melanina, que así se llama nuestro protector solar natural, también está presente en el hongo, donde ejerce una función bien distinta: capta la radiación gamma y la transforma en energía que el hongo utiliza para vivir. Este proceso de radiosíntesis fúngica nos recuerda a la fotosíntesis vegetal; pero mientras las plantas absorben la luz solar, el hongo utiliza la invisible radiación gamma cien mil veces más energética. Aunque ignoramos el mecanismo bioquímico que emplea el hongo para convertir la energía de la radiación en energía química; sí sospechamos que la melanina fúngica absorbe los rayos gamma y, a través de reacciones químicas en las células, convierte la energía radiactiva en compuestos que sirven como combustible celular al hongo.
A esta capacidad del hongo podemos hallarle un uso inesperado. Hemos comprobado que el exceso de radiación dificulta la exploración humana del espacio; porque fuera del campo magnético de la Tierra, los astronautas están expuestos a altos niveles de radiación ionizante que les causa daño celular e incluso cáncer. Si queremos colonizar Marte o viajar por el sistema solar necesitamos protegernos. En el año 2020, los moradores de la Estación Espacial Internacional efectuaron un experimento: demostraron que este hongo negro es capaz de reducir el nivel de radiación: en concreto, comprobaron que una delgada capa fúngica, de apenas dos milímetros, bloqueaba parte de la radiación. Dejemos volar ahora el pensamiento e imaginemos un hábitat marciano cubierto con el hongo, hongo que actúa como un escudo antirradiación y autorreparable, que se alimenta de lo que es letal para nosotros.

El Sol y el clima terrestre

 

El Sol no es inmutable, cambia cada once años, durante los cuales pasa por fases de alta y baja actividad en las que su atmósfera muda de calma a una actividad violenta. Los cambios se manifiestan tanto en variaciones de la luminosidad solar como en perturbaciones de su campo magnético; ambas suelen estar interrelacionadas: la luminosidad es máxima cuando el número de manchas solares (zonas en las que se vuelve visible el campo magnético del Sol) es máximo y mínima cuando casi no hay manchas. El máximo de actividad del Sol tienen efectos visibles -numerosas manchas solares, erupciones solares y eyecciones de masa coronal- detectables en la Tierra, las dos últimas, como tormentas solares. La actividad magnética del Sol -argüimos- aumenta y disminuye durante cada ciclo: cuando alcanza el punto de actividad máxima la polaridad del campo magnético solar se invierte, los polos norte y sur se intercambian; a continuación, la actividad comienza a disminuir hasta llegar a un mínimo, que marca el final del ciclo y el comienzo de otro.
¿Existe relación entre la actividad del Sol y el clima de la Tierra? Con independencia de la mayor o menor actividad del Sol, el valor medio de la intensidad de radiación solar que recibimos en la Tierra, mil trescientos sesenta y seis vatios cada metro cuadrado, apenas cambia; las oscilaciones producidas por el ciclo de las manchas solares no sobrepasan una unidad, que equivale a una décima por ciento, por lo que sus efectos climáticos son insignificantes. Cabe preguntarse si el Sol causa del cambio climático contemporáneo: rotundamente no. El Sol influye en el clima de la Tierra, pero no es responsable del calentamiento global que hemos detectado en las últimas décadas: es demasiado grande para deberse a la actividad solar y demasiado rápido para vincularlo a cambios en la órbita terrestre. Sin embargo, el Sol sí influye en el clima a largo plazo: no es desdeñable el efecto de algún otro ciclo solar de mayor duración -siglos- en los que la variación de intensidad es, más o menos, del mismo orden que el ciclo de once años. El Sol también influye en el clima, de forma más drástica, a muy largo plazo: la luminosidad solar aumenta un diez por ciento cada mil millones de años y el aumento de sólo el uno por ciento del brillo provocaría una subida de uno o dos grados en la temperatura media atmosférica.

Antigüedad de las membranas celulares

Si bien en términos de biomasa de la biosfera cabe indicar que las bacterias acumulan un quince por ciento frente al uno por ciento de las arqueas, ambas superadas ampliamente por las plantas; en lo que se refiere al número de seres, bacterias y arqueas superan con mucho a los demás seres vivos. En cuanto a la antigüedad, bacterias y arqueas son los seres vivos más viejos, pues ambas descienden de la primera célula viva LUCAs (añado la s al término inglés LUCA por un motivo exclusivamente eufónico). Me voy a fijar en una de sus diferencias esenciales: la membrana, estructura celular que separa la célula del medio ambiente. Las membranas de lípidos de arqueas y bacterias son una de las dicotomías más profundas de la vida. Comparemos sus diferencias: enlaces distintos (éter o éster), monocapa o doble capa de moléculas, largas moléculas de cadenas hidrocarbonadas ramificadas o sin ramificar, opuesta colocación en el espacio (zurda L o diestra D). Si tan diferentes son y ambas descienden de LUCAs, nos preguntamos qué tipo de membrana tenía LUCAs. Sabemos que las membranas monocapa, con enlaces éter y cadenas hidrocarbonadas ramificadas (de las arqueas) son muy robustas y estables en condiciones extremas, como altas temperaturas, pH extremado y acusada salinidad; las membranas basadas en ácidos grasos, de doble capa y con enlaces éster (de las bacterias) son menos resistentes en tales condiciones. Dado que se sospecha que la vida surgió en entornos extremos (quizá en las fuentes hidrotermales submarinas) colegimos que las primeras células vivas (LUCAs) debieron disponer de robustas membranas, similares a las de las arqueas y no a las de las bacterias. Bajo esta hipótesis, la transición de las membranas similares a las arqueas a las membranas similares a las bacterias (y a todas las demás células) sería una innovación evolutiva posterior, quizá como consecuencia de que el ambiente se volvió menos extremo. Esta transición parece sugerir que las arqueas son más primitivas que las bacterias y, por tanto, antecesoras suyas: no es así, otros datos sugieren que bacterias y arqueas carecen de parentesco, excepto que ambas descienden de LUCAs. Si al sabio lector no le convenció la anterior explicación, el incrédulo escritor advierte que se solidariza con él. Los biólogos manejan una hipótesis alternativa, más plausible, para el cauto escritor: LUCAs podría haber tenido una membrana celular híbrida que luego se especializó en los dos tipos de membrana que observamos hoy.