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.