Quarks

Toda la materia del universo, las estrellas, los planetas, el polvo y gas que existe en el espacio, está hecha con los mismos elementos el electrón, un neutrino y los dos quarks más ligeros u y d. ¿Por qué pueden existir entonces seis quarks? ¿Por qué cuatro no están en el universo, ni se les espera? Nadie lo sabe. Los físicos han averiguado que toda la materia está hecha con átomos; los átomos contienen electrones y núcleos, éstos, neutrones y protones; y estas últimas partículas están constituidas por corpúsculos que llamamos quarks. Si el erudito lector, igual que el escritor, ha deducido, que todos los quarks son más ligeros que los átomos, habrá errado el quark t, el más pesado de todos, tiene tanta masa como un átomo de oro, uno de los átomos más pesados, y el oro, tiene la misma masa que ciento noventa y siete átomos de hidrógeno, el más ligero. ¿Por qué puede existir una partícula elemental tan pesada? Nadie lo sabe.

Como ya habrá advertido el sagaz lector he obviado hasta ahora una pregunta fundamental. ¿Cómo saben los físicos que existen partículas que no se encuentran en el universo? Que no existan, no quiere decir que no hayan existido en el pasado, ni que no se puedan crear en máquinas. Los cosmólogos suponen que, antes que transcurriese el primer segundo de su vida, en pleno Big-bang, el universo consistía en una sopa de quarks, electrones y neutrinos; además, por si cabía alguna duda, se molestaron en crear los cuatro quarks pesados en máquinas gigantescas y premiaron con el Nobel a quienes emprendieron y finalizaron tan ardua tarea.

Declaré en los párrafos anteriores que neutrones y protones están hechos con quarks; me faltaba añadir que cada partícula nuclear contiene tres y nada más que tres; y se trata de tríos inseparables; no sólo eso, nadie ha conseguido hallar en algún lugar del universo uno aislado, porque los quarks sólo pueden existir confinados dentro de una partícula, al menos eso creían los físicos… hasta hace poco. Porque ya han elaborado una nueva hipótesis: es posible que existan estrellas un poco más pequeñas y ligeramente más pesadas que las estrellas de neutrones, las estrellas de quarks, en ellas estas pequeñas partículas elementales estarían libres. A falta de confirmar la proposición, por lo menos ya se dispone de un candidato de enrevesado nombre RX J1856.5-3754 para tan exótico astro.

Bacterias artificiales

Desde el año 2016 ya se puede afirmar que la vida mínima terrestre es artificial. Un equipo de científicos encabezado por Craig Venter, en el que participaba el premio Nobel Hamilton Smith, creó una singular bacteria; para hacerlo, los investigadores manipularon los seres vivos que presentan el genoma más pequeño; concretamente, a uno de ellos, la bacteria parásita Mycoplasma genitalium, que se halla en el aparato genital y contiene quinientos veinticinco genes. Las bacterias artificiales recién creadas también son mycoplasmas, pero sus genomas sólo contienen cuatrocientos setenta y tres genes, los mínimos indispensables para vivir y replicarse. ¿Tienen alguna característica que las distinga de sus hermanas naturales? Resultan más vulnerables: sólo subsisten en los laboratorios, en cultivos repletos de nutrientes sin los que no podrían existir pues carecen de la capacidad de adaptarse a los imprevistos que suceden en el ambiente, como hacen el resto de seres vivos. A cambio tienen alguna ventaja: se dividen para generar hijas más rápidamente.

Los biólogos han conseguido fabricar las bacterias artificiales descartando genes aleatoriamente: para ello, en el genoma de las mycoplasmas, introducen transposones, unos genes saltarines que aterrizan en un lugar del genoma al azar y desactivan el gen que allí encuentran. De esta singular manera los científicos han conseguido que la bacteria se quede con el mínimo paquete de genes imprescindibles para permanecer viva y dividirse, ni uno más ni uno menos. Además de diseñar seres vivos inéditos, los investigadores han adquirido nuevos conocimientos durante su labor: que muchos de los genes eliminados tienen la misma función que otros esenciales, es decir, que son repuestos; también han hallado que el genoma mínimo carece de los genes capaces de modificar el ADN original, aunque conserva los genes capaces de leer el ADN y transmitirlo a las nuevas generaciones. Un dato, sobre todos los demás, les ha llamado la atención: la vida mínima requiere ciento cuarenta y nueve genes cuya función resulta totalmente desconocida, nada menos que el treinta por ciento de todo el genoma. ¡Qué ya es ignorancia!

La conclusión de estos trabajos no sorprenderá al sesudo lector: ya falta menos para que los biotecnólogos produzcan en sus laboratorios un genoma sintético, lo trasplanten a una bacteria a la que hayan vaciado antes de todo su contenido genético, y que este nuevo ser viva y se reproduzca con una programación biológica artificial.

Ondas gravitatorias (gravitational waves)

Las ondas gravitatorias se parecen a las electromagnéticas; y éstas son relativamente fáciles de entender; en parte, porque las ondas de radio, los rayos infrarrojos, la luz visible o los rayos ultravioleta nos resultan familiares, en parte, porque las fuerzas eléctrica y magnética que intervienen en su emisión y detección pueden visualizarse sin mucha dificultad. No conviene exagerar las semejanzas, porque las ondas gravitatorias exigen conocer extraños conceptos como el espacio-tiempo curvado que aparece en la teoría de la relatividad.

Si se perturba violentamente un objeto grande, el espacio lejano ha de esperar a que la señal de que el cuerpo se ha movido llegue hasta él;  lo hace con una velocidad exactamente igual a la de la luz. Recurro a un experimento mental para entender el significado de las ondas gravitatorias: observo el efecto que producen sobre un detector colocado en su camino. Para ello tomo un anillo flexible que sitúo perpendicular a la dirección en la que se propaga la onda; cuando ésta pasa el anillo se deforma, perdiendo la circularidad. La causa de la deformación se debe a que el paso de la onda representa un cambio en la geometría local: aunque parezca mentira el anillo sufre fuerzas de marea similares a las de los océanos terrestres debido a la Luna.

La generación de ondas gravitatorias es muy sencilla: bastaría una barra rotando o dos masas vibrando unidas por un resorte; la dificultad reside en su extraordinaria debilidad que casi nos impide detectarlas. Un dato nos ayudará a comprender el problema: necesitaríamos un octillón –número de cuarenta y nueve cifras- de dispositivos construidos con dos masas de un kilogramo separadas un metro y oscilando un centímetro a diez hertzios para que la potencia de las ondas gravitatorias producidas pudiera encender una única bombilla eléctrica. Incluso el impacto de un gran meteorito de un kilómetro de diámetro contra un continente emitiría ondas gravitatorias cuya potencia apenas alcanzaría una mil millonésima de vatio. Esta debilidad nos indica que las fuentes de ondas gravitatorias deben buscarse en el universo y también nos muestra la dificultad de su detección porque, debido a su lejanía, sólo depositan en la Tierra una pequeña fracción de la potencia que emiten. En 1974, Joseph Taylor y Russell Hulse demostraron su existencia, por una vía indirecta, tomando medidas de dos estrellas que rotan una en torno a la otra. Por primera vez, en el año 2015, los físicos detectaron las ondas gravitatorias: la colisión de dos agujeros negros las había emitido.

Mortíferas pandemias

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El sida, el ébola y el dengue son mortales enfermedades víricas que amedrentan a la humanidad en el siglo XXI; ante esa evidencia el ingenuo lector puede pensar que nunca antes ha habido plagas tan terribles. Yerra. Antes del descubrimiento de los antibióticos, que nos defienden de las bacterias, de las vacunas, que nos inmunizan contra los virus, o de la aplicación de medidas de higiene pública que nos protegen de los parásitos, las epidemias causaron catástrofes mundiales. Recordaré las dos más mortíferas de la historia.

La pandemia de la peste negra afectó a Europa, China, India, Oriente Medio y el Norte de África; en Europa alcanzó su punto álgido entre 1346 y 1361 matando a un tercio de la población, aproximadamente veinticinco millones de víctimas, a las que hay que añadir entre cuarenta y sesenta millones de asiáticos y africanos fallecidos. Yersinia pestis provocó la enfermedad; se trata de una bacteria que tiene el dudoso honor de encabezar, después de la malaria, la lista de agentes infecciosos que han matado más humanos en toda la historia. La peste es una enfermedad de las ratas; la mayoría muere tras ser infectadas, pero algunas sobreviven y difunden el mal. Las pulgas propagan la enfermedad; al picar a un animal infectado, succionan su sangre y las letales bacterias; bacterias que se multiplican en su aparato digestivo y son transferidas a otra rata o a una persona en la siguiente picadura. La temperatura ambiental influye en la transmisión porque, si es baja, la pulga no digiere toda la sangre, parte la regurgita al picar a otro animal, arrastra a las bacterias y produce un nuevo contagio.

En sólo un año, la pandemia de gripe de 1918 provocó entre veinte y cuarenta millones de víctimas. A diferencia de las otras epidemias de gripe que afectan sólo a niños y ancianos, también infectó a adultos saludables. Los investigadores estiman que la variante del virus de la gripe de 1918 promovía una reacción inmunitaria exagerada en el sujeto infectado que le impulsaba a producir citocinas en exceso (tormenta de citocinas); citocinas inductoras de una inflamación que acaba causando la muerte. Se le apellidó gripe española porque únicamente la prensa española le concedió la atención que merecía; mérito atribuible a la ausencia de censura en el país. ¿Sorprendido el suspicaz lector? España no participaba en la Gran Guerra… afortunadamente.

Cometas y velas solares

En el año 2014 la sonda Rosetta llegó al cometa 67P/Churiumov-Guerasimenko; se trataba del primer vehículo espacial que visitaba a un cometa e incluso transportaba un módulo que se posó en su superficie. Objetos formados por nieve, polvo y rocas, que se mueven en órbitas elípticas alrededor del Sol y del tamaño de unas decenas de kilómetros, los cometas tienen la composición de la nebulosa solar primitiva; nebulosa que originó los astros que componen el Sistema Solar. Con los resultados que se han obtenidos hasta ahora los geólogos ya pueden descartar una hipótesis cara a muchos astrónomos: el agua que forma los océanos terrestres no proviene de los cometas que chocaron con la Tierra.

En su camino hacia el Sol desde mucho más allá de la órbita de Neptuno, a medida que un cometa se calienta y su material sublima, desarrolla una atmósfera de gas y polvo llamada cabellera (o coma), que envuelve al núcleo. Fijémonos en el momento más hermoso: cuando cerca de la estrella la radiación y el viento solares azotan la cabellera y generan la característica cola que se alarga millones de kilómetros. Los cazadores de cometas pueden observar no una, sino dos colas por lo menos: una, de polvo, retiene la inercia del movimiento, la otra, de gas, se muestra siempre en sentido contrario a la luz del Sol. Ahora bien, después de contemplar tan grandioso espectáculo surge inevitable la siguiente pregunta; si el viento y la radiación solar son responsables de la formación de la cola, ¿por qué no emplearlos para proporcionar el empuje a naves espaciales equipadas con velas solares? ¿Cuándo dispondremos de vehículos sin motores, ni combustible que nos permitan desplazarnos por todo el sistema solar? Por cierto, el término vela, por su asociación con los veleros, se presta a equívocos, pues en contra de la creencia popular no es el viento solar el que impulsa la nave espacial, sino la presión de la radiación luminosa del Sol (cinco mil veces mayor). No obstante, existe una tecnología, que presenta todavía numerosos inconvenientes para llevarla a la práctica, que también usa el término vela solar: recurre una malla que capta la energía electromagnética del viento solar, aunque en nada se parece a una cangreja, carbonera, cebadera, foque, gavia, mayor, mesana, trinquete, velacho o a cualquiera de las velas clásicas.

Almizcles en perfumes

A leer un erudito artículo sobre la depuración natural de aguas residuales me llamaron la atención las sustancias que, según los investigadores, se resisten a las técnicas habituales de tratamiento: conocía los antiinflamatorios ibuprofeno y diclofenaco, el analgésico paracetamol, el antiséptico triclosán y el bisfenol A que se utiliza en los plásticos, desconocía las propiedades de la sexta sustancia, la fragancia tonalide, a ella me voy a referir.

Con el nombre de almizcle los perfumistas designan a una mezcla de sustancias - la muscona constituye el aroma principal- obtenida de la secreción de una glándula del ciervo almizclero, y no sólo se extrae de él también de otros animales y de plantas como el almizcle común y la madera almizclera. Al pulcro lector probablemente le sorprenderá saber que el almizcle puro tiene un olor tan intenso que resulta casi insoportable, por ese motivo se aplica en dosis muy pequeñas, aun así es un ingrediente de muchos perfumes, porque proporciona intensidad y permanencia a las esencias vegetales.

La lógica protección de los animales afectados casi ha extinguido el uso de los almizcles naturales, que han sido sustituidos por los sintéticos, también llamados almizcles blancos; éstos, mucho más baratos, aportan además un olor dulce y suave. Existe una amplia variedad de ellos. Tanto los nitroalmizcles (almizcle de cetona y almizcle de xileno) como los almizcles policíclicos (tonalide AHTN y galaxolide HHCB) afectan al medio ambiente -son poco biodegradables y muy bioacumulables-, y también a nuestra salud, sobre los primeros caen sospechas de inducir cáncer, los segundos es posible que sean disruptores hormonales; a nadie debe sorprender, por lo tanto, que la Unión Europea haya prohibido algunos. Una tercera clase de almizcles sintéticos, los macrocíclicos procedentes de las plantas y animales, si bien mucho más caros, son menos perjudiciales para la salud humana y el medioambiente.

Al escritor le sorprende que la mayoría, sino todos los productos de cuidado personal –perfumes y colonias-, las sustancias de limpieza doméstica, así como los ambientadores tengan notas de almizcle blanco. Frente a la actitud incrédula que toman muchas personas al enterarse de los perjuicios para la salud que acarrea el uso habitual y prolongado de estos compuestos olorosos no se me ocurre nada mejor que citar una sentencia que ha dejado escrita el poeta Antonio Machado, en  Juan de Mairena:

La verdad es la verdad, dígala Agamenón o su porquero.
Agamenón:   -Conforme-.
El porquero: -No me convence-.

¿Hay gravedad en la estación espacial?

Hay gente que se anima a saltar desde un puente atado a una cuerda y a esa actividad la califica como deportiva. Aunque no comparto la afición ni la calificación, sí puedo añadir que durante el tiempo de vuelo, los practicantes se hallan en estado de ingravidez, el mismo en el que permanecen los astronautas en órbita; sólo que en el primer caso las condiciones de la caída me parecen más dramáticas… y a menudo lo son para quienes no midieron con exactitud la cuerda que los sostiene.

Antes de contestar a la pregunta del título aclararé qué significa el peso de una persona o de un objeto cualquiera y lo diferenciaré de la masa; la segunda se refiere a la cantidad de materia que contiene un cuerpo, el primero a la fuerza de gravedad con la que lo atrae la Tierra o cualquier planeta; en consecuencia, nuestra masa permanece invariable, aunque nuestro peso en la Luna alcanza la sexta parte que en la Tierra, en Marte el treinta y ocho por ciento y en Júpiter algo más del doble. A pesar de su definición, no es la atracción terrestre lo que cualquiera de nosotros experimentamos como peso, sino la fuerza de reacción del piso, o de la superficie sobre la que nos apoyemos, que contrarresta la fuerza de la gravedad. Hecha la aclaración, ya puedo declarar que existe fuerza de gravedad tanto en la superficie del planeta como en cualquier órbita; concretamente, en la estación espacial, a cuatrocientos kilómetros de altura, la fuerza de gravedad alcanza el ochenta y ocho por ciento del valor en la superficie; para que disminuyera hasta el uno por ciento habría que alejarse sesenta mil kilómetros, algo más de un sexto de la distancia que nos separa de la Luna.

El astronauta que flota tiene peso, es atraído por la gravedad; la dificultad para entender el fenómeno consiste en distinguir entre ausencia de gravedad y sensación de ingravidez. La ingravidez es la sensación que se percibe cuando sólo actúa la fuerza de la gravedad y no hay fuerza de reacción del suelo que la equilibre. ¿Cuándo sucede el fenómeno? En la caída libre, quienes se tiren desde un acantilado, por ejemplo, y también cualquier astronauta que permanezca en una órbita terrestre: el astuto lector ya habrá deducido que cualquier objeto en órbita está en perpetua caída libre hacia el planeta.

Disonancia cognoscitiva

Tal vez los humanos no seamos muy racionales, pero tratamos de ser muy coherentes. Cierto, a menudo no nos molestamos en pensar lo que hacemos, pero sí nos preocupa justificar ante los demás y ante nosotros mismos lo que hemos hecho. Una vez tomada una decisión, ya sea en una compra o en una elección moral o política, nos cuesta reconocer que quizá nos hayamos equivocado (sostenella y no enmendalla decían los caballeros antaño y repiten los soberbios ogaño); defendemos nuestra decisión no tanto porque creamos que haya sido la mejor opción, sino porque así nos demostramos a nosotros mismos que somos personas coherentes, nos convencemos que somos sabios y hemos elegido bien. En fin, tratamos a toda costa de quedar bien con nuestros semejantes y de ser capaces de dormir con la conciencia tranquila. Los psicólogos han estudiado este rasgo humano.

En 1957 Leon Festinger introdujo la teoría de disonancia cognoscitiva para explicar las reacciones ante la inconsistencia entre las actitudes y las creencias. Los individuos nos esforzamos por ser consistentes: normalmente no mantenemos actitudes incompatibles (o disonantes), ni nos comportamos en contradicción con nuestras creencias. Más aún, los psicólogos suponen que las personas evitan activamente situaciones sociales o informaciones que probablemente les produzcan disonancia; y cuando existe inconsistencia, la teoría señala que el incómodo estado psicológico incita al individuo a reducirla. “La zorra y las uvas”, fábula VI del libro cuarto de las Fábulas de Félix María Samaniego, ilustra la teoría. Leámosla:

Es voz común que, a más de mediodía,

en ayunas la zorra iba cazando:

halla una parra; quédase mirando

de la alta vid el fruto que pendía.

Causábala mil ansias y congojas

no alcanzar a las uvas con la garra,

al mostrar a sus dientes la alta parra

negros racimos entre verdes hojas.

Miró, saltó y anduvo en probaduras;

pero vio el imposible ya de fijo.

Entonces fue cuando la zorra dijo:

-No las quiero comer. No están maduras.

No por eso te muestres impaciente,

si se te frustra, Fabio, algún intento:

aplica bien el cuento,

y di: no están maduras, frescamente.   

¿Ha entendido el sabio lector cómo resuelve el problema la zorra? Eso es disonancia cognoscitiva, un mecanismo que está detrás de algunas catástrofes militares y de decisiones empresariales que eluden sistemáticamente cualquier información que contradiga su enfoque de la realidad. El fumador contumaz también padece disonancia: como tiene un hábito que sabe insano, inventará justificaciones inverosímiles o minimizará la información médica para solventar su incómodo estado psicológico.

El helio y los isótopos

El profano suele asociar isótopos a radiactividad: se equivoca. Aunque abundan los isótopos radiactivos también hay muchos que no lo son, más aún, los átomos que constituyen nuestro cuerpo, el de los animales y las plantas no son radiactivos. Merece la pena saber qué son los isótopos. Todos los átomos de un elemento químico -como el carbono, el hidrógeno, el oxígeno o el hierro- tienen exactamente la misma corteza y carga nuclear, pero la masa de su núcleo puede ser ligeramente distinta; los expertos llaman isótopos a cada una de los átomos distintos del mismo elemento. En resumen, con la excepción de la masa, los isótopos de un elemento son indistinguibles. Olvidaba reseñar que la mayoría de los elementos químicos tienen más de un isótopo, que se le apellida por el número de partículas que contiene su núcleo: el silicio con el que están hechas las rocas, por ejemplo, es una mezcla de tres isótopos, el silicio veintiocho, el veintinueve y el treinta; el uranio doscientos treinta y el cinco y el uranio doscientos treinta y ocho se asemejan tanto que separarlos, y aprovechar el más ligero como combustible nuclear, requiere esfuerzos heroicos.

Como el sagaz lector ya habrá deducido los isótopos de un mismo elemento tienen siempre las mismas propiedades químicas. ¿Siempre? Hay una excepción. ¡Ya son ganas de fastidiar! El helio tiene dos isótopos estables, el helio cuatro - casi todo el helio de la naturaleza- y el helio tres. Ambos isótopos difieren radicalmente en estado líquido; tanto, que las mezclas líquidas de helio tres con helio cuatro se separan espontáneamente a determinadas temperaturas; resultan inmiscibles, como el aceite y el agua. Sorprende a los físicos el distinto comportamiento de los dos isótopos porque, con una corteza electrónica exactamente igual, la única diferencia entre ellos está en la masa del núcleo, un veinticinco por ciento menos el tres que el cuatro. Todavía queda algo por reseñar, ambos isótopos del helio presentan una característica única: se vuelven superfluidos en estado líquido; ahora bien, mientras que el isótopo cuatro lo hace a doscientos setenta y un grados bajo cero, el isótopo tres necesita una temperatura mil veces menor. Y recuerdo que un superfluido carece de viscosidad: fluye interminablemente sin fricción en un circuito cerrado y es capaz de escaparse sin rozamiento a través de fisuras completamente impenetrables para gases o líquidos normales. Quién lo haya visto en un laboratorio apenas dará crédito a sus ojos.

Icneumónidos, sorprendentes formas de vida

Aborrezco el cine de terror; conozco las catástrofes que pueden amenazar a la humanidad y las desgracias que pueden afectar a un individuo concreto como para disfrutar con monstruos imaginarios, más aún, considero que tales películas me ensucian la mente. Nunca las veo, ¿nunca? Casi. Me permito excepciones, como “Psicosis” de Alfred Hitchcock o “Alien, el octavo pasajero” de Ridley Scott. Esta última se inspira en los animales parasitoides, un modo de vida intermedio entre un parásito y un depredador: los parasitoides consumen a un animal vivo hasta matarlo. Un icneumónido –semejante a una avispa- pone sus huevos dentro del cuerpo de otro insecto, al que antes paraliza, para que sus crías lo devoren poco a poco. Por suerte, no existen parasitoides de vertebrados; pero abundan entre los insectos -aproximadamente una de cada diez especies son parasitoides-, y casi no hay especie que no pueda ser víctima de alguno. Los parasitoides -la mayoría, avispas- son más específicos que los depredadores y se dispersan en busca de sus presas, a diferencia de los parásitos; razones por las que resultan buenos agentes para el control biológico de las plagas de insectos.

Por si algún lector cree, como Charles Darwin, que “No puedo persuadirme de que un Dios benevolente y omnipotente hubiera creado intencionadamente los icneumónidos con la intención expresa de que se alimentasen de los cuerpos vivos de orugas” recordaré los daños que causan las plagas. Las bandadas de langosta arruinan la agricultura de extensas comarcas; las larvas de escarabajos engullen las raíces de las hortalizas; no hay preciosas mariposas sin voraces orugas devoradoras de hojas; las cochinillas destrozan los frutales; las larvas de los escólitos, las abejas carpinteras y los barrenillos -escarabajos xilófagos- se alimentan de la madera de los árboles de nuestras viviendas, muebles y postes; lo mismo sucede con las termitas, que no sólo comen madera, sino también libros y vestidos; y con la carcoma y las polillas comedoras de lana. Todavía hay más: el escarabajo de la patata, la filoxera de la vid, los pulgones, el gusano de la manzana, la polilla de la harina, la oruga del guisante, el gorgojo de las judías. No me olvido de las pulgas que provocan la peste, ni de los piojos del cabello o de la ingle, ni de las chinches, las moscas y mosquitos, entre ellos el que transmite la malaria. Espero que esta escueta lista haya contribuido a vencer los escrúpulos del bondadoso lector.

Hielo y glaciares

Los glaciares constituyen magníficos laboratorios donde el estudioso puede aprender geología. La compactación del hielo en los glaciares se parece al metamorfismo de las rocas, porque en ambos procesos se forma un material compacto a partir de uno ligero, cercano al punto de fusión. El flujo del glaciar, permitido por la proximidad del hielo a su punto de fusión, es similar al flujo de las rocas en el manto terrestre, aunque uno sea causado por la convección y el otro por la gravedad. El comportamiento frágil o dúctil de las rocas también se asemeja al hielo: quebradizo cuando experimenta un esfuerzo repentino, plástico bajo un esfuerzo prolongado que no supera el límite de rotura.

La manera en que se compacta la nieve en los glaciares merece una aclaración. El hielo se forma por la transformación paulatina de la nieve (cuya densidad oscila entre el diez y el veinte por ciento del agua líquida) debido a su compactación, pérdida de aire intersticial y formación de cristales. En un glaciar de montaña, el hielo presenta cierta opacidad porque nunca llega a expulsar todo el aire: se trata de hielo blanco (cuya densidad llega al noventa por ciento del agua líquida); pero bajo los casquetes polares el hielo pierde todo su aire intersticial adquiriendo gran transparencia: se forma el hielo azul (cuya densidad alcanza el noventa y dos por ciento del agua líquida).

¿Dónde buscar estos magníficos laboratorios geológicos? Los climatólogos saben que, ateniéndose a la temperatura actual del planeta, la zona de formación de glaciares se sitúa al nivel del mar en las regiones polares y a cinco mil metros de altura en el ecuador. Pero la mayor cantidad de hielo terrestre no se encuentra ni en los glaciares ni en la banquisa, la capa de hielo de pocos metros de espesor que cubre los océanos polares, sino en los casquetes glaciares, las grandes acumulaciones de hielo de hasta cuatro kilómetros de espesor que ocupan la Antártida y Groenlandia. No permanece estático: el hielo del centro fluye –emite lenguas- hacia la periferia, alcanzando una velocidad de varios metros diarios, y su movimiento se asemeja al deslizamiento de la arena en una montaña de arena.

 El glaciar piedemonte más grande de América del Norte se llama Malaspina, en honor a Alejandro Malaspina, jefe de la expedición que allí llegó por primera vez. Pioneros españoles en Alaska y en el año 1791. ¡Quién lo iba a decir!

Vitamina B12: cinco nóbeles para una molécula

A principios del siglo XX la anemia perniciosa era una enfermedad frecuentemente fatal. George Whipple, George Minot y William Murphy descubrieron que el hígado cocido podía curar a los enfermos, y por tan original terapia compartieron premio Nobel. No acabó ahí la investigación del mal, se necesitaron dos décadas de arduo trabajo para aislar el agente terapéutico cuya deficiencia causaba el fatídico trastorno. La sustancia protagonista, que hoy llamamos vitamina B12, la más compleja de todas las vitaminas, es una molécula orgánica de cerca de doscientos átomos, uno de ellos el cobalto; tan difícil resultaba averiguar su estructura química que se requirió el talento de alguien como Dorothy Crowfoot Hodgkin, que recibiría el Nobel por sus trabajos. También debieron vencerse penosas dificultades para sintetizar compuesto tan complejo: dos extraordinarios químicos, Robert Woodward (que ya había ganado el Nóbel) y Albert Eschenmoser, consiguieron hacerlo.

¿Cómo actúa tan singular vitamina? La B12 interviene como ayudante en reacciones bioquímicas cuyo objetivo consiste en mantener sanas las neuronas y las células sanguíneas; nada más puedo añadir para resaltar la importancia de su función; sí agregaré que su deficiencia causa cansancio, debilidad, constipado, anemia y pérdida de apetito y peso, es posible que también se manifiesten alteraciones neurológicas, como entumecimiento y hormigueo en las manos y pies, depresión, confusión, demencia y mala memoria, y todavía quedan sin mencionar otros síntomas como las perturbaciones de equilibrio y la inflamación de la boca o lengua.

Es muy infrecuente la deficiencia vitamínica porque en el intestino humano las bacterias fabrican suficiente B12 como para satisfacer las necesidades diarias. Sin embargo, la absorción es un proceso complejo que requiere dos pasos, por lo menos: primero, el ácido clorhídrico fabricado por el estómago separa la vitamina de la proteína bacteriana que la acompaña; a continuación, la vitamina debe combinarse con otra proteína también producida por el estómago (el factor intrínseco) para que el intestino pueda absorberla. Si las células que sintetizan el factor intrínseco están dañadas (por autoinmunidad, quizá) no podrá absorberse la vitamina y aparecerá la anemia; no es la única manera de padecer hipovitaminosis: muchos mayores carecen de suficiente ácido clorhídrico para absorberla. En cualquier caso, ¿dónde puede obtenerse? La vitamina B12, ausente en los vegetales, se encuentra en los alimentos de origen animal como el pescado, la carne, huevos y leche. ¡Bueno es saberlo!

Metales pesados tóxicos

     Escribe Camilo José Cela: “Los romanos plantaban rosas y violetas sobre las tumbas para que las flores, al caer sobre la tierra de los muertos, la esponjasen y la hicieran más ligera y amorosa. Que la tierra te sea leve, escribían sobre las sepulturas”. Ahí acabaremos antes de llegar a viejos si no nos precavemos de los metales pesados tóxicos, mercurio, cadmio y plomo. Contaminan la atmósfera, el suelo y el agua, perduran en el ambiente centenares de años y se acumulan en los seres vivos.

     La inhalación, ingestión o contacto con el mercurio si ya es tóxico para los adultos, lo es más para los niños ya que afecta al desarrollo de su sistema nervioso. En el pasado, fungicidas, antisépticos, cremas blanqueadoras de la piel, incluso amalgamas dentales y algunas vacunas contenían mercurio, en el presente la manera más frecuente de exponernos al peligroso metal consiste en consumir algunos pescados y mariscos: los mejillones y peces espada están entre los alimentos que más tienen. ¿De donde procede el mercurio ambiental? La mayor parte de las actividades humanas, especialmente de las centrales eléctricas de carbón y de las plantas de incineración de desechos.

     El cadmio, además de debilitar los huesos, alterar el sistema inmune, dañar el riñón y el sistema reproductor, es cancerígeno. Aunque la comida es la forma de exposición más frecuente: champiñones, cacao y mejillones contienen abundante cadmio de forma natural; el humo del tabaco también transporta cadmio a los pulmones.

     La cantidad de plomo en el ambiente se ha multiplicado por mil en los últimos siglos, debido principalmente al uso del tetraetilplomo como antidetonante de la gasolina. Abolido su uso, en el siglo XXI, la fabricación de baterías para automóviles consume el setenta y cinco por ciento de la producción mundial de plomo. Nos exponemos al plomo al tomar alimentos, agua o aire contaminados; no olvidamos el plomo de las cañerías de las viviendas antiguas ni la pintura con plomo de sus paredes. La Organización Mundial de la Salud ha estimado que este tóxico metal causa cerca de novecientas mil defunciones anuales y ocasiona el sesenta por ciento de las insuficiencias de desarrollo intelectual sin causa evidente. Afecta al desarrollo del cerebro infantil, ¿consecuencias? Reduce el cociente intelectual y aumenta las conductas antisociales. Los toxicólogos no han hallado una cantidad de plomo mínima por debajo del cual no se sufren daños.  ¿Se ha quedado atónito el sesudo lector?

Capsaicina y pimientos

No me cabe duda que, en estos tiempos, un químico debe aprender a cocinar; no sólo para aprovechar las cualidades gastronómicas de los diferentes alimentos o minimizar los aditivos que contienen, sino también para beneficiarse de sus propiedades farmacológicas. Mientras degustaba pimientos, un exquisito vegetal importado de América, también ilustraba a los comensales sobre ellos: además de contener el imprescindible magnesio poseen más vitamina C que las naranjas -al menos los rojos-. Como planta perteneciente a la familia de las solanáceas –continuaba con mi disertación- tienen pequeñas cantidades de alcaloides; uno de ellos, la capsaicina, determina el característico sabor picante. Por cierto, aclararé que las plantas del género Capsicum, que en España llamamos pimientos o guindillas y en América chile o ají, nada tienen que ver con la pimienta (Piper nigrum), si se exceptúa su picor. La capsaicina –decía-. por la sensación de ardor que provoca se utiliza para que los alimentos se vuelvan picantes. Tal vez al curioso lector le interese saber que las papilas gustativas, los receptores del gusto, no intervienen en la detección del picante. ¿Quién, entonces? Los nociceptores, los mismos detectores del dolor que nos informan de algún desperfecto corporal, captan el picor; en concreto, notamos la sensación picante cuando alguna sustancia activa los nociceptores que normalmente nos avisan de que algo está muy caliente para ser ingerido.

Los bioquímicos han comprobado que la capsaicina tienen unas propiedades químicas insospechadas: es antioxidante; anticancerígena, pues induce la apoptosis –el suicidio- de las células cancerosas; también es apta para el tratamiento de lumbalgias y para el alivio de algunos dolores neuropáticos. Su eficacia analgésica se debe a que estimula a las neuronas que producen sustancia P –el neurotransmisor de las neuronas que conducen la sensación dolorosa-; una activación ininterrumpida de los detectores del dolor conduce a una desensibilización de los mismos y, por tanto, al efecto contrario, la analgesia. Los granjeros de África y de la India han descubierto una original defensa contra los grandes destrozos que provocan los elefantes en los cultivos: untan las vallas con chiles y el olor irritante ahuyenta a los enormes mamíferos. Tampoco se desdeña el uso de la capsaicina para repeler animales más pequeños, los violadores, por ejemplo: como arma de defensa personal, las mujeres pueden utilizar un aerosol de pimienta contra ellos. ¡Se lo merecen!… aunque debo recordar que en algunos países está prohibido su empleo. 

La Tierra blanca, el clima terrestre más frío

El estudio del clima a escalas de tiempo de milenios (que depende de las peculiaridades de la órbita terrestre) interesa a los humanos; el análisis del clima con escalas de tiempo de centenares de millones de años es un asunto muy diferente. ¿Existe un clima normal de la Tierra? Si todas las glaciaciones ocurridas han dejado una huella que podamos reconocer, entonces el clima terrestre debe considerarse normal cuando no hay glaciares al nivel del mar, ya que no los ha habido durante el noventa por ciento de la historia del planeta. ¿Qué sucedió entonces durante el diez por ciento restante? Que hubo varias glaciaciones. ¿Qué las provocó? Los climatólogos buscan el culpable en la atmósfera, los geólogos en los continentes, los biólogos en las bacterias; pero por ahora sólo sabemos con seguridad que el clima es muy complejo y que, probablemente, cada glaciación tenga una causa diferente.

La primera glaciación se produjo hace dos mil trescientos millones de años y duró ciento cincuenta millones; al frío intenso le sucedieron mil trescientos millones de años de bonanza; a este período de clima apacible sucedió el período más frío de la historia de la Tierra. Existen pruebas abrumadoras para asegurar que los continentes situados cerca del ecuador estaban cubiertos por glaciares durante el período comprendido entre hace ochocientos cincuenta y quinientos ochenta millones de años. Con todos los continentes cubiertos de nieve, los océanos helados y temperaturas medias de cincuenta grados bajo cero, la superficie del planeta sería tremendamente hostil para la vida. Los datos representan hasta cuatro glaciaciones sucesivas. ¿A qué se debió este intervalo extremadamente frío? Los geólogos disponen de una hipótesis. El movimiento de los continentes los había conducido a las proximidades del ecuador; tal situación optimizaría la meteorización química, lo que implicaría un consumo máximo de dióxido de carbono; en consecuencia, descenderían las temperaturas: se formarían glaciares en las montañas y después al nivel del mar cubriendo casi toda la superficie del océano. Después de unas decenas de millones de años, los volcanes habrían logrado acumular la suficiente cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera como para regenerar el efecto invernadero: el hielo se fundiría. El clima extremo de la Tierra Blanca se repetiría varias veces hasta que la danza de las placas litosféricas alejase los continentes del ecuador. Los modelos teóricos y las observaciones coinciden: lo que hoy es hipótesis, quizás mañana sea certeza.

¿Pueden existir seres vivos de silicio?

Los bioquímicos saben que las moléculas que forman todos los seres vivos de nuestro planeta son compuestos del carbono. ¿Es imprescindible este elemento? ¿Sería posible una vida en la que se hubiese sustituido por el silicio? El carbono reúne características únicas: puede combinarse consigo mismo para formar grandes cadenas ramificadas que son, al mismo tiempo, estables y capaces de modificarse con relativa facilidad. El silicio, el átomo más parecido al carbono, también es capaz de formar largas cadenas consigo mismo (silanos) o con el oxígeno (siliconas). En el tamaño atómico reside la diferencia entre uno y otro; el silicio es un cincuenta por ciento mayor; esa diferencia se traduce en que la longitud del enlace entre átomos de silicio también es superior y, por ello, el enlace resulta la mitad de fuerte: significa eso que las cadenas de silicio no tendrían la suficiente estabilidad para formar grandes estructuras. Podemos intercalar átomos de oxígeno en las cadenas de silicio y tendríamos siliconas, más estables, que sí podrían formar estructuras complejas; sin embargo, su alta estabilidad (la energía del enlace silicio oxígeno supera la del carbono oxígeno) les impide transformarse. Sucede lo mismo con los compuestos más estables de silicio: se combina con el oxígeno y los metales para dar silicatos, demasiado estables para cambiar. Hay más argumentos que valorar: el carbono puede formar consigo mismo enlaces sencillos o múltiples, circunstancia que nos remite a los compuestos estables y, al mismo tiempo, capaces de transformarse; el silicio sólo forma enlaces sencillos. El carbono forma estructuras cíclicas; el silicio no, es demasiado grande. Los compuestos de carbono e hidrógeno son estables en presencia de oxígeno, aunque bajo determinadas condiciones pueden combinarse con él para formar otros compuestos, incluyendo el dióxido de carbono y agua, reacción que proporciona energía a la mayoría de los seres vivos; por el contrario, los compuestos de silicio e hidrógeno se inflaman espontáneamente si hay oxígeno. Por último, el dióxido de silicio no es soluble en agua, mientras que sí lo es el dióxido de carbono.

Supongamos que, a pesar de todo, pudieran solventarse todos los inconvenientes en el ambiente adecuado. ¿Por qué sospecho que no existiría vida basada en el silicio, siendo éste mucho más abundante que el carbono? En un entorno que haya silicio también habrá hidrógeno, oxígeno, carbono, azufre, nitrógeno y fósforo. Entonces ¿qué evitaría que se formara la vida basada en el carbono?

El mundo cuántico, otra vez

Estamos tan habituados a leer que la ciencia española desde 1939 hasta 1978 fue un erial que nos tienta pensar que antes se hallaba en la misma situación; erramos. Durante el primer tercio del siglo XX la escuela española de histología se codeaba con las mejores del mundo y ahí está el Nobel de Santiago Ramón y Cajal para demostrarlo. No sólo avanzaron las ciencias biológicas, en el año 1923 José Ortega y Gasset acompañó a Albert Einstein a visitar Toledo y, en 1934, Erwin Schrödinger, uno de los forjadores de la mecánica cuántica, estuvo en la Universidad de Santiago de Compostela. Sobre los descubrimientos de éste físico me instruía, cuando tropecé con “El enigma cuántico”, un libro escrito por Bruce Rosenblum y Fred Kuttner, que he leído con admiración porque la teoría cuántica nunca acaba de sorprenderme.

La mecánica cuántica, el conjunto de leyes físicas que suele manifestarse sólo en la escala atómica, rige el comportamiento de la materia. Por eso tiene singular importancia, para entender la teoría, mostrar los escasos comportamientos cuánticos macroscópicos. El entendido lector sabrá que la temperatura es la manera macroscópica de referirnos a la energía cinética media de las partículas de una sustancia. Al enfriar algo, se reduce la energía de sus moléculas componentes; y si la temperatura baja lo suficiente, las moléculas carecen de la energía para vencer las fuerzas de atracción que pretenden juntarlas, pierden movilidad y quedan confinadas en posiciones fijas: la sustancia se ha solidificado. ¿Sucede lo mismo con todas las sustancias al enfriarlas? No, el helio constituye la única excepción. El hecho de que el helio no solidifique es quizás la forma más simple de manifestar las leyes de la mecánica cuántica. En el helio líquido, por baja que sea la temperatura, los átomos conservan la energía suficiente para vencer las débiles fuerzas interatómicas de atracción. Esto contradice las leyes de la física clásica que presuponen que, en el cero absoluto de temperatura (menos doscientos setenta y tres grados centígrados), la energía de los átomos es cero; o lo que es lo mismo, que los átomos permanecen inmóviles en posiciones fijas. En cambio, la mecánica cuántica afirma que es imposible que algún átomo pueda estar perfectamente localizado y tener energía nula; incluso en el cero los átomos conservan cierta energía que les impide permanecer completamente quietos. En conclusión, se necesitan altas presiones, además de bajas temperaturas, para que el helio solidifique. ¡Qué le vamos a hacer!

Crispr y la inmunoterapia del cáncer

Sucedió en Londres durante el año 2015. La quimioterapia y el trasplante de médula habían fracasado: Layla Richards -un año de edad- padecía un tipo de leucemia incurable. Como último recurso los médicos intentaron una terapia genética –crispr- que sólo habían ensayado en ratones. El resultado lo calificaron como casi milagroso. ¿Qué hicieron? Modificaron células inmunes (linfocitos T) de donantes añadiéndoles nuevos genes que reconociesen y atacasen a las células cancerígenas de la paciente y que, posteriormente, inyectaron en el organismo de la niña. Unos meses después –y tras una erupción en la piel- no hay rastro de leucemia. La pequeña necesitó un trasplante de médula para que las células sanguíneas aumentaran y, ya recuperada, regresó a su hogar.

Los bioingenieros saben modificar el genoma de los seres vivos desde mediados del siglo pasado, pero las herramientas que disponían hasta ahora eran difíciles de aplicar y, en consecuencia, la experimentación resultaba complicada y costosa. El crispr, un nuevo método más rápido, barato y fácil podría revolucionar la biotecnología. ¿Cómo funciona? Se construye una molécula de ARN –una guía- que incluya la secuencia complementaria del ADN que se quiere modificar. La guía se une a una enzima obtenida de las bacterias, la Cas9: se forma el sistema crispr. A continuación, se introduce el crispr en la célula que se quiere modificar: sucede entonces que el ADN de la guía se empareja con el ADN complementario de la célula. Por último, la enzima Cas9 corta las dos hebras del ADN de la célula diana; de esa manera inactiva un gen o permite la inserción de un fragmento de ADN sintético en ese lugar. En resumen la técnica crispr actúa como una tijera molecular capaz de cortar el ADN en un lugar concreto y eliminar o reemplazar un gen.

El invento es muy reciente: el profesor español Francisco Martínez Mojica descubrió su fundamento (en 2003) y Emmanuelle Charpentier y Jennifer Doudna diseñaron la técnica en el año 2012. Inmediatamente sus colegas reconocieron su enorme potencial e iniciaron una carrera para comercializar las aplicaciones que puede hacer millonarios a algunos. Ya han anunciado que, en la segunda década del siglo XXI, podría comenzar una revolución terapéutica: la inmunoterapia del cáncer. Unos investigadores pretenden corregir la alteración genética del síndrome de Down, otros curar el sida, los más osados sueñan con resucitar especies extintas o eliminar el mosquito que transporta el parásito de la malaria. ¡Atención! Los expertos en bioseguridad ya han dado la voz de alarma.

Río de polvo

¿Sospecha, el matemático lector, que puede haber alguna relación entre los números primos siete, once, trece, diecisiete... y las cigarras? Seguro que no. Pues bien, yerra: en los Estados Unidos, algunas especies de cigarras hacen coincidir la duración de sus ciclos vitales con diferentes números primos. La razón de esta inesperada sincronía matemática consiste en evitar que los ciclos de cría coincidan con números pares (y, por lo tanto, más previsibles): las cigarras consiguen así que sus depredadores tengan más dificultades para descubrir sus pautas. Sí, me gustan las conexiones inesperadas, y una de ellas radica en un inesperado vínculo entre la Amazonia y el Sahara.

En América del Sur prospera el bosque lluvioso más extenso del mundo; la exuberante cuenca amazónica posee una inigualable diversidad biológica. Al otro lado del océano, ocupando el norte de África, el desierto del Sahara tiene uno de los climas más inhóspitos del planeta; sus arenas en movimiento constante, sus áridas mesetas y sus desnudos picos rocosos contienen poca lluvia, escasa vegetación y exigua vida. Cuesta imaginar que tan diferentes lugares estén conectados por un intermitente río de polvo atmosférico de casi diecisiete mil kilómetros de longitud. Cada año, los intensos vientos del Sahara envían enormes nubes de polvo en un viaje transatlántico hacia la cuenca del Amazonas. En parte originario del lecho de un antiguo lago sahariano, el polvo del desierto, rico en fósforo resulta esencial para el crecimiento de las plantas; depositado en la Amazonia cada año, ayuda a reducir el déficit de fósforo del bosque. Los restos de organismos africanos muertos hace mucho tiempo proporcionan nutrientes cruciales al bosque americano. ¡Quién lo iba a decir! Los científicos han cuantificado que, cada año, se depositan veintisiete millones de toneladas con siete décimas en la cuenca del Amazonas, el quince por ciento del total de polvo que abandona el Sahara.

¿Afecta el cambio climático a este fenómeno? Tal vez, pues la cantidad de polvo que atraviesa el Atlántico varía; y la razón de la variabilidad podría hallarse en el Sahel, la franja de tierras semiáridas que ocupa la frontera sur del Sahara: los investigadores han hallado que cuanto más llueve en el Sahel, menor cantidad de polvo viaja. ¿A qué se debe la correlación? Los científicos confiesan, por ahora, su ignorancia.

Alimentos bio

Hay gente tan ignorante que ignora su ignorancia. A eso, hay quien le llama soberbia. Marra el avisado lector que piense que sólo los aristócratas, políticos o millonarios pecan del primer pecado capital, también los científicos lo hacen. El jamón es uno de los productos más afamados de la gastronomía española. Hay consenso entre los expertos en que los jamones del cerdo ibérico -criado en las dehesas extremeñas, comiendo bellotas en libertad- son mejores que los del cerdo de granja; la grasa del primero tiene un porcentaje de ácidos grasos insaturados y poliinsaturados mayor que la del segundo, y éste más ácidos grasos saturados que aquél. Debería reinar el mismo consenso al comparar los alimentos habituales con los calificados como bio; sin embargo, y debo reconocer mi estupor, no es así: un profesor español ha proclamado una cruzada contra los consumidores de alimentos bio, soslayando causas de mayor enjundia –una enfermedad, el hambre o la ignorancia- en las que emplear sus esfuerzos. Ante tal crítica no está de más recordar algunos datos. Francisco Pan-Montojo (Nature Science Reports, 2012) ha demostrado que el párkinson –terrible enfermedad- empieza en el intestino por la exposición prolongada a los plaguicidas que interaccionan con las células intestinales, y desde ahí se propaga al cerebro, donde se produce la muerte de las neuronas. Estudios precedentes relacionaban los plaguicidas con la enfermedad; pero faltaba por conocer el mecanismo de la patología. Aclara el investigador: “Nuestros datos, que fueron confirmados en ratones, sugieren que esta progresión se realiza a través de los nervios que conectan el intestino con el sistema nervioso central”; y colige: “Es necesario determinar qué componentes se pueden utilizar en agricultura y cuáles no”. Por otro lado, Philippe Grandjean y Philip J Landrigan (Lancet Neurology, 2014) han demostrado que el clorpirifós (un insecticida) y el DDT (un plaguicida) dañan el cerebro infantil y que el autismo, el trastorno de hiperactividad y déficit de atención, la dislexia y otros trastornos cognitivos afectan a millones de niños en todo el mundo; por si fuera poco han comprobado que a la mayoría de los productos químicos habitualmente usados no se les ha comprobado la neurotoxicidad. 

          Supongo que nadie negará que los alimentos calificados como bio contienen menos plaguicidas que los alimentos habituales. Y, si los plaguicidas se han correlacionado con el autismo, déficit de atención e hiperactividad infantil y ahora también con el Parkinson, me pregunto ¿no serán más saludables tales alimentos?

Ferromagnetismo

Los imanes tienen un halo de misterio que fascina a los infantes, y no sólo a ellos. Franz Mesmer, un personaje muy popular en la segunda mitad del siglo XVIII, pretendía curar algunas enfermedades mediante el magnetismo; hoy, la fascinación por los imanes perdura, pero las curaciones magnéticas mesmerianas las atribuimos a la sugestión, un fenómeno psíquico absolutamente independiente del magnetismo. Dejando a un lado la fantasía, ¿a qué se debe el magnetismo? Los físicos han comprobado que una brújula siente una fuerza (puede moverse) cerca de un cable por el que pasa una corriente; más aún, si el cable se doblara en forma de bucle produciría la misma fuerza que un imán cualquiera. Éste y otros experimentos han mostrado que la corriente eléctrica, o sea, el movimiento de electrones produce el magnetismo. Ahora bien, como los átomos contienen electrones en movimiento, cada uno de ellos podría considerarse un imán; así debería ser, sin embargo, si los electrones se aparejan se anulan los efectos magnéticos, deben permanecer solitarios para que cada átomo pueda asemejarse a un imán.

En la mayoría de los materiales, la orientación al azar de sus trillones de átomos –nos los imaginamos como diminutos imancillos- difuminará la acción magnética global y una brújula en su cercanía nada detectará. Sin embargo, en unos pocos materiales, los electrones que no estén emparejados interaccionan con intensidad; y lo hacen de tal manera que un átomo induce a sus vecinos a alinearse; se forman así pequeños volúmenes (dominios) del tamaño de un grano de arena que tienen alienados todos sus átomos. Debe resaltarse que si bien todos los átomos de un dominio señalan la misma dirección, los distintos dominios se hallan orientados al azar: por eso un trozo de hierro no tiene magnetismo. Pero si sucede algo capaz de alinear todos los dominios de un material –colocar cerca un imán externo, por ejemplo- se engendrará un imán permanente; en estos materiales –llamados ferromagnéticos- el magnetismos de cada dominio se suma en vez de anularse. En resumen, la magnetización necesita de dos pasos: una fuerza interatómica que alinee los átomos dentro de cada dominio, y un factor externo que alinee los dominios.

Debo de añadir algunos matices, se desconoce todavía las características que deben tener los átomos para que puedan constituir un imán; deben de ser muy estrictas pues sólo cuatro elementos, el hierro, cobalto, níquel y gadolinio las cumplen, los técnicos arguyen que son los únicos elementos ferromagnéticos.

Colágeno

Desde hace trescientos mil años las distintas especies humanas han usado el fuego de manera cotidiana; lo hacían para disponer de una fuente fiable de luz, calor y de un arma mortífera contra los felinos; pero el beneficio mayor estaba en la cocina: alimentos que no digerimos crudos, como las nueces y los tubérculos, quemados se han convertido en parte esencial de la dieta. Además, la cocción mata peligrosos gérmenes y también facilita la masticación y digestión de los alimentos. Sépase que un chimpancé dedica cinco horas diarias a masticar alimentos crudos, con una hora le bastaría si estuviesen cocinados. Este exordio se debe a que ayer obtuve gelatina al hervir colágeno en agua. Y recuerde el docto lector que el colágeno, la proteína más abundante de los animales vertebrados, constituye casi la tercera parte de la masa corporal de proteínas; un animal que pesa media tonelada está sostenido por fuertes fibras de colágeno que se hallan en los tendones, cartílagos, huesos y pellejo. La conversión del colágeno insoluble en gelatina soluble indica que se ha producido la rotura de algunas uniones entre los átomos del colágeno -razón principal de la dureza de la carne- y constituye una importante razón para su cocción. Hago un inciso gastronómico para recordar que el escaso poder nutritivo de la gelatina como alimento proteico se debe a su inusual composición de aminoácidos: muy rica en cuatro de ellos, pero muy baja en los demás.

El colágeno -decía- está organizado en fibras que a su vez contienen fibrillas; éstas constan de tres cadenas de aminoácidos enrolladas formando un cordón de tres hebras. En los tendones, las fibrillas se disponen en haces paralelos unidos transversalmente, tal ordenación les permite soportar diez mil veces su propio peso, una prestación superior a la de un hilo de acero del mismo tamaño. En el pellejo de la vaca, colágeno casi puro, las fibrillas forman una red irregular entrelazada y muy resistente, no hay más que recordar al cuero. Las fibrillas, además, no permanecen inmutables: a medida que envejecen aumenta el número de uniones dentro de ellas haciéndolas más rígidas y frágiles, lo que equivale a afirmar que se alteran las propiedades mecánicas del colágeno. ¿Consecuencia? Aumenta la fragilidad de los huesos y la córnea del ojo –que también contiene colágeno- se vuelve menos transparente. Al anciano lector que le desmoralice la lectura de estas conclusiones le recordaré que “Envejecer es el único modo de vivir mucho tiempo”.

¿Cuantos climas hay?

“La literatura es un arte traidor y su predio está lleno, lo que se dice cuajadito, de cepos para los lobos de la retórica, trampas para los jabalíes de la sintaxis y veneno para las alimañas menores y todas hambrientas, del planteamiento, el nudo y el desenlace: la raposa, el lince, el gato garduño, la jineta y demás desvalidas criaturas del monte”. Los biólogos han catalogado cuatro mil cuatrocientas ochenta y siete especies de mamíferos vivientes. ¿Por qué Camilo José Cela escoge éstas y no otras para estas reflexiones zoológico-literarias? Porque en la región templada del planeta, donde moraba el eminente escritor, reside esa fauna; y porque no todos los animales pueden vivir en el mismo clima: nadie espera encontrar dromedarios en Siberia, leones en Andalucía o renos en el Sahara. Muchos animales -un tigre, un oso polar o un hipopótamo- tienen un hábitat propio y sólo en él pueden existir. Otros, en cambio, -el caballo, la oveja, la cabra, el toro, el cerdo, el gato o el perro- parecen diseñados para vivir en los diferentes climas: por ello son aptos para una aclimatación fácil; les llamamos cosmopolitas. Pero no quería discutir de la biodiversidad, sino de sus causas y una de ellas, es la existencia de diversos climas en nuestro planeta. ¿Cuántos? El sagaz lector sabrá, sin duda, que la posición inclinada del eje de rotación terrestre, causa las estaciones; ellas nos ayudan a determinar el número de climas terrestres. Simplificando mucho, el viajero que se dirigiese del polo al ecuador -además de notar que la temperatura media aumenta- hallaría seis zonas climáticas sucesivas: comenzaría su andadura encontrando sequía en todas las estaciones (clima polar), a continuación apreciaría humedad durante todas las estaciones, después sequía en verano y humedad en invierno (clima templado), más tarde sequía durante todas las estaciones (clima desértico), le seguiría sequía en invierno y humedad en verano, por último, advertiría humedad durante todas las estaciones (clima ecuatorial).

Quizá el lector aventurero prefiera el viaje temporal al espacial y se pregunte ¿ha permanecido el clima invariable desde que existe el planeta? En absoluto. Vivimos en una glaciación desde hace quince millones de años: desde entonces la Antártida está cubierta de hielo. Añadiría más, durante la mayor parte de la historia terrestre no hubo hielo en los polos… por más que sorprenda al lector ingenuo.

Vitamina D, precursora hormonal

El escritor aborrece las sandeces astronómicas que, a veces, asoman en la red: si en un mismo mes aparece una segunda luna llena, se verá azul. ¡Falso! La Luna se percibe blanca, como cualquier noche. Sin embargo, en circunstancias excepcionales, la Luna puede columbrarse azul: después de una erupción volcánica (Krakatoa en 1883, Santa Helena en 1980 o Pinatubo en 1991) o de enormes incendios forestales. Ambos fenómenos producen partículas micrométricas -el tamaño de la longitud de onda de la luz roja- que actúan como filtros rojos y dejan pasar únicamente el color azul. Pero la acción de la luz solar sobre algunas biomoléculas nuestras resulta más interesante que sobre el polvo. Concretamente, la exposición de la piel a luz solar ultravioleta convierte en vitamina D3 a una molécula precursora parecida al colesterol. La vitamina no es activa, pero dos reacciones químicas sucesivas, la primera en el hígado y la segunda en el riñón, la convierten en una hormona. Y digo hormona, porque actúa en lugares alejados del sitio de su síntesis, particularmente, en el intestino delgado, donde promueve la absorción del calcio, y en los huesos y cartílagos, donde regula el metabolismo de calcio y fósforo. Resulta innecesario proporcionar vitamina D en la dieta siempre que la piel se exponga al Sol; media hora de insolación directa diaria sobre las mejillas es suficiente para producir la cantidad de vitamina diaria mínima.

Esta singular vitamina también interviene en el color de la piel. Probablemente nuestros antecesores tuviesen la piel oscura; pero, a medida que emigraron de su origen en el trópico hacia el norte, los pigmentos oscuros cutáneos, que actuaban como filtros de la radiación ultravioleta, impedían la síntesis suficiente de la vitamina. La selección genética hacia una piel más clara entre los pueblos nórdicos resolvió la deficiencia; selección que no sucedió entre los esquimales, porque ellos consumen una dieta de pescado rica en la vitamina.

Cuando los biólogos creían conocer todas las funciones de la vitamina D nuevas investigaciones han deparado inesperadas sorpresas. Tatsuo Suda descubrió que las células malignas de leucemia detenían su crecimiento al añadir la hormona procedente de la vitamina D. S. C. Manolagas halló una función inmunosupresora de la misma hormona; y S. Yang corroboró que fuertes dosis de ella impiden la inflamación. Por último, Michael F. Holick ha mostrado que la aplicación sobre la piel de la hormona de la vitamina D es efectiva contra la psoriasis. La investigación continúa.

Visión ultravioleta

Alguna vez se ha preguntado el curioso lector las causas por las que no vemos más (o menos) colores. ¿Por qué no columbramos los rayos ultravioleta, que sí ven los insectos y las aves? Los fisiólogos ya lo han averiguado: la respuesta se encuentra en la retina, la parte posterior del ojo, el equivalente a la película de una cámara fotográfica. En la retina hay dos tipos de células sensibles a la luz, los bastones y los conos; en ellos se encuentran las moléculas que absorben los fotones y producen el impulso nervioso -una corriente eléctrica- que viaja hacia el cerebro. Los primeras se activan debido a la intensidad de la luz (nos permiten ver de noche), los segundas lo hacen con los distintos colores (la frecuencia); colegimos que la visión cromática dependerá de la cantidad de conos distintos que contenga el animal. Muchas aves, reptiles y peces tienen cuatro clases de conos (los sensibles al rojo, azul, verde y ultravioleta), su visión es, entonces, tetracromática; los primates, nosotros incluidos, disponemos de tres tipos (sensibles al rojo, azul y verde) y visión tricromática; la mayoría de los mamíferos sólo poseen los verdes y azules –tienen, por tanto, visión dicromática-, incluso alguno, el mapache, no tiene conos.

Los humanos no percibimos los tonos ultravioleta que adornan el plumaje de los cuervos o que atraen abejas a las flores. ¿Por qué, siendo descendientes de los reptiles, la mayoría de los mamíferos han perdido la capacidad de ver el ultravioleta y el rojo? La hipótesis más probable apunta a que, durante el Cretácico, los dinosaurios poblaban los hábitats que ahora ocupan los mamíferos; nuestros ancestros, para sobrevivir y huir de los depredadores, se convirtieron en animales nocturnos y, para ese modo de vida, la visión cromática resultaba inútil: en consecuencia, perdieron dos de los cuatro fotorreceptores (el ultravioleta y el rojo). Al extinguirse los dinosaurios los mamíferos colonizaron el planeta, modificaron su conducta y se volvieron diurnos; algunos grupos, como los primates, recuperaron el fotorreceptor rojo, lo que les facilita la detección de los frutos maduros; otros, como muchos roedores -ratas, ratones, jerbos, topos y cobayas- han conservado -o recuperado- el fotorreceptor ultravioleta, lo que les permite comunicarse con otros congéneres y marcar el territorio pues la orina y las heces reflejan el ultravioleta.

En fin, el mundo de luz, sombras y color de los animales es mucho más rico de lo que nos habíamos imaginado.

¿Sucesos científicos revolucionarios?

Admiro profundamente a los eruditos que son capaces de discernir los acontecimientos fundamentales de los accesorios en la sociedad en la que viven; humanistas como Heródoto de Halicarnaso en el siglo V antes de la era cristina o como Ryszard Kapuscinski en el siglo XX; me deleito con la lectura de sus escritos, porque me permiten entender sus épocas; y, por extensión, la diversidad de los humanos. En 2010 los editores de la revista Investigación y Ciencia, presuntos emuladores de ambos sabios, titulaban una serie de artículos “Doce acontecimientos que cambiarían todo”. Creo que exageraban; y los argumentos que uso para hacer esta valoración los hallo en el libro “La rebelión de las masas” de José Ortega y Gasset: se queja el filósofo de la osadía de los especialistas que, conscientes de su conocimiento supremo en su disciplina, pretenden ser sabios en todo.

No me resisto a citar los doce sucesos mencionados. Cuatro de ellos, resultarían apasionantes para los científicos, pero el descubrimiento de dimensiones espaciales extra poco afectaría a los hábitos humanos, tampoco se celebraría fuera de los laboratorios la creación de una bacteria sintética; la superconductividad a temperatura ambiente supondría un ahorro considerable de energía, incluso trenes mucho más rápidos, pero poco importaría a un profano; y de la misma manera que la energía de fisión no afectó al devenir de las sociedades humanas (sí, las bombas atómicas), sucedería lo mismo con la energía de fusión. Las grandes catástrofes, como es lógico, perturbarían la vida civilizada: un conflicto nuclear, el impacto de un asteroide, pandemias mortíferas, grandes terremotos o la fusión de los casquetes polares. No me voy a referir a ellas, porque humildemente considero que sólo tres de los doce sucesos seleccionados afectan a la esencia del ser humano. La construcción de máquinas conscientes nos planteará problemas como: ¿Tendrán derechos las máquinas? ¿Asumiremos que una máquina pueda ser más inteligente que nosotros? ¿Un híbrido máquina-humano será el siguiente paso de la evolución de la inteligencia en nuestro planeta? La clonación de seres humanos llevaría aparejado dilemas jurídicos como ¿Es lícito clonar a alguien? ¿Un millonario o un déspota podrían hacer tantos clones de sí mismo como quisieran? ¿Sería lícito hacer un clon sin cerebro para proporcionar órganos? Por último, si recibiéramos un mensaje de una inteligencia extraterrestre. ¿Sería prudente responder? ¿Quién lo haría? ¿Qué diría?

El lector inteligente ya ha comprobado que oso hacer preguntas a las que no tengo respuesta.

Gomas alimenticias

          No hace mucho tiempo he vuelto a visitar la catedral de León, y de nuevo me ha entusiasmado. Mil setecientos sesenta y cuatro metros cuadrados de vidrio coloreado, entre ventanales y tres grandes rosetones, brillan esplendorosos con la luz del Sol; su diseño la hace una de las construcciones más espirituales del orbe. Quizá, junto con la catedral de Chartres, posea el conjunto de vidrieras más importante del mundo. En la época medieval las vidrieras de la catedral francesa tenían un espesor uniforme; hoy, debido a que el vidrio ha fluido por efecto de la gravedad, el espesor de la parte inferior de la vidriera duplica el de la parte superior.

El impaciente lector que quiera contemplar sustancias con propiedades reológicas peculiares no necesita esperar siglos a que fluya el vidrio, le basta con fijarse en las gomas; porque la goma arábiga, el tragacanto, el guar y el garrofín, al disolverse en agua, dan disoluciones viscosas con una consistencia similar a la gelatina. Se trata de polisacáridos, indigeribles, semejantes metabólicamente a la fibra dietética y útiles en la industria alimentaria para estabilizar suspensiones de pulpa de frutas en bebidas, postres, helados y salsas, también para estabilizar la espuma de la cerveza, la nata montada, o para clarificar vinos. Algunas son el resultado de una incisión al árbol, que segrega sustancias que cubren y protegen la herida como si fuese un vendaje (goma arábiga, tragacanto); otras, como el guar y la goma algarrobo (o garrofín), se obtienen de semillas; y hay alguna, como el xantano, que es producida por bacterias.

Si bien la mayoría de las gomas de mascar actuales contienen el acetato de polivinilo, sintético, hasta hace poco tiempo utilizaban chicle, la goma que se obtiene de la savia del chiclero (Manilkara zapota), árbol al que deben su nombre popular. No todas las gomas se utilizan en la alimentación; el xantano se emplea en cosmética, dentífricos y en la industria farmacéutica; el guar se ha convertido en ingrediente para la extracción de petróleo mediante la fracturación hidráulica de rocas; y la goma arábiga la usaban los antiguos egipcios para hacer momias, nada menos. Por último, sería imperdonable olvidarnos del caucho, que se obtiene mediante el sangrado del árbol Hevea brasiliensis y con el que se fabrican gomas de borrar, impermeables y neumáticos; la fiebre del caucho, de infausto recuerdo, trajo mucha riqueza a Brasil  desde 1879 a 1912, y también genocidio, esclavitud y torturas a los indígenas amazónicos.

Extinción de animales pleistocénicos

Australia hace cuarenta y cinco mil años. En unos pocos milenios casi todas las especies de animales grandes (superiores al tamaño humano) desaparecieron: enormes canguros, el león marsupial, koalas ciclópeos, aves que duplicaban el tamaño de los avestruces, lagartos como dragones, serpientes, un gigantesco wómbat (el diprotodonte). Veintitrés de las veinticuatro especies de grandes vertebrados terrestres, el noventa por ciento de la megafauna se extinguió; fue la transformación más importante del ecosistema australiano en millones de años. ¿Qué ocurrió? ¿Quizá un cambio climático, erupciones volcánicas cataclísmicas o terremotos apocalípticos? ¿O acaso un enorme meteorito? No, el Homo sapiens colonizó Australia en esa época y dejó la primera impronta importante en el planeta. Nuestra es la responsabilidad de la tragedia.

Cambiamos de escenario y de época: nos trasladamos al norte de Asia hace dieciséis mil años. Debido al bajo nivel del mar, un puente terrestre une Siberia y Alaska; el Homo sapiens lo atravesó y alcanzó por primera vez el continente americano; ningún homínido lo había conseguido antes. La colonización del continente en sólo cuatro milenios también dejó un amplio reguero de víctimas: en Norteamérica, mamuts, mastodontes, roedores del tamaño de osos, caballos, camellos, leones, felinos de dientes de sable y perezosos gigantes, en Suramérica las bajas fueron mayores. En menos de cinco milenios habían desaparecido treinta y cuatro géneros de grandes mamíferos norteamericanos de cuarenta y siete, y cincuenta de sesenta en Suramérica.

La colonización humana del planeta provocó un gran desastre ecológico. En la época de la aparición del lenguaje simbólico (hace setenta milenios) había aproximadamente doscientos géneros de animales grandes, cuando apareció la agricultura (hace doce milenios) quedaban cien. Nuestros antepasados habían liquidado la mitad de las grandes bestias terrestres… antes de inventar las herramientas de hierro o la escritura. ¿Por qué no sucedió lo mismo en Europa, Asia y África? Porque allí, al evolucionar juntos, los animales aprendieron gradualmente a evitar a los homínidos; y cuando el depredador por excelencia, el Homo sapiens apareció los animales ya sabían mantenerse a distancia. En cambio, los gigantes australianos y americanos no dispusieron de tiempo para temernos.

Una primera oleada de extinciones acompañó a la expansión de los cazadores recolectores, la segunda acompañó a la expansión de los agricultores; ambas nos proporcionan una perspectiva sobre la tercera oleada de extinciones que la actividad industrial está causando en la actualidad. Quizá si hubiera más personas conscientes de las dos primeras se mostrarían menos indiferentes acerca de la que forman parte. Quizá.

¿Por qué el mercurio es líquido?

Los químicos suelen despreciar los efectos relativistas cuando resuelven los problemas que se presentan en su ciencia: no los consideran cuando analizan la estructura de las moléculas o de las grandes agrupaciones de átomos, ni cuando intentan comprender las distintas reacciones químicas. La excepción a la norma tiene que ver con una pregunta que desde la antigüedad ha intrigado a los alquimistas antaño y a los químicos hogaño ¿Por qué el mercurio, único entre todos los metales, es líquido a la temperatura habitual del ambiente?

El cinc, el cadmio y el mercurio deberían ser semejantes porque pertenecen a la misma familia de elementos químicos; pero los dos primeros, en contraste con el tercero, son sólidos. Otra característica singulariza al azogue, el otro nombre del mercurio: es diez veces menos conductor que los demás metales (aunque, comparado con los elementos no metálicos, se califique como buen conductor). ¿A qué se deben estas propiedades? De acuerdo con la teoría especial de la relatividad, la masa de un objeto aumenta cuando lo hace su velocidad. Para elementos ligeros como el hidrógeno la velocidad de su electrón es insignificante comparada con la luz y por ello se pueden despreciar los efectos relativistas. No sucede lo mismo con los dos electrones más internos del mercurio: se mueven aproximadamente al cincuenta y ocho por ciento de la velocidad de la luz, por lo que su masa se vuelve un veintitrés por ciento mayor; este aumento hace que el radio atómico disminuya el veintitrés por ciento. La contracción relativista, combinada con la estabilidad adquirida debido al llenado completo de sus orbitales, impide que el átomo comparta sus electrones más externos y que, por lo tanto, pueda formar enlaces fuertes con otros átomos. El estado líquido se deberá, entonces, a que las uniones entre los átomos son débiles. Los razonamientos cualitativos hay que demostrarlos con números: había que confirmar que estos sutiles cambios en el radio atómico implicaban profundas mudanzas en las propiedades físicas; para hacerlo los científicos se propusieron predecir de una forma teórica la temperatura a la cual el mercurio funde. Un grupo de químicos liderados por Florent Calvo efectuó los cálculos en 2013: primero excluyeron la relatividad, después la consideraron. Los resultados resultaron concluyentes: en el primer caso el valor real y el calculado se diferenciaban en cien grados, en el segundo, el valor teórico concordaba con el real. Nada más hay que añadir.