Preguntas vitales

 
Las primeras biomoléculas aparecieron en la Tierra primitiva, después surgió un mundo de replicadores de ARN, al que sucedió el mundo de los virus y, a continuación, afloraron las células LUCA primigenias, que después se diversificaron en arqueas y bacterias. El espacio, demasiado vacío y frío para que las biomoléculas se junten y formen una célula, cedió la oportunidad a la Tierra, que aportó los ciclos de humedad y sequía: en las charcas marinas, el agua se evaporaba, concentrando las biomoléculas y forzándolas a unirse; en las chimeneas hidrotermales submarinas, el calor interno terrestre permitió que las biomoléculas empezaran un metabolismo primigenio; las arcillas y rocas proporcionaron el tablero de montaje donde las moléculas reaccionaron. En uno u otro ambiente las biomoléculas y replicadores se autoorganizaron y originaron LUCA. Tanto hemos averiguado sobre el origen de la vida que a menudo olvidamos lo que ignoramos. Pretendo recordar algo de nuestra ignorancia.
¿Cuánto tiempo tardó la vida en surgir sobre la Tierra? Lo ignoramos, sabemos que desde las primeras condiciones habitables -agua líquida- hasta los primeros fósiles bacterianos hay un intervalo de seiscientos millones de años. ¿Dónde se formaron las primeras biomoléculas? Sospechamos que los escenarios más probables fueron el espacio, las charcas oceánicas costeras o las chimeneas hidrotermales del fondo marino. Los aminoácidos que forman todas las proteínas son zurdos: ignoramos si puede existir una biosfera hecha con aminoácidos diestros. ¿Existirá vida sin biomoléculas de carbono? Sospechamos que no, porque el carbono es el único átomo con la posibilidad de combinarse para formar un número enorme de compuestos. ¿Cómo se originó la vida, si la radiación gamma y X del joven Sol era entre el triple y quíntuple de las actuales y en la Tierra no había ozonosfera protectora? Sospechamos que protegida por el agua oceánica. Si la vida apareció en los océanos, nos preguntamos si bacterias o arqueas aparecieron también en alguno de los mares subterráneos que existen en el sistema solar, quizá en Europa, Ganimedes, Calixto o Encélado. Y, como pregunta complementaria, ¿podría surgir la vida en un líquido distinto del agua? El escritor considera débiles los argumentos químicos que se alegan para sostener esa posibilidad. Dado que las condiciones iniciales de Venus, Marte y la Tierra, en algún momento, no difirieron ¿pudo aparecer la vida en los tres planetas, o saltar de uno a otro? La contestación afirmativo supondría un descubrimiento sensacional que, en estos momentos, no podemos descartar.

Sistema glinfático

“Morir, dormir... tal vez soñar. Sí, ahí está el escollo.” Enmendemos al genial poeta y argumentemos que tal vez sea la ausencia de sueño el escollo. La investigadora Maiken Nedergaard ha descubierto un servicio de limpieza nocturno del cerebro. El sistema glinfático, que así se llama el mecanismo hidráulico, es un flujo de líquido capaz de eliminar residuos, entre los cuales están las proteínas tau y beta-amiloide, asociadas a enfermedades neurodegenerativas, como el Alzheimer y Parkinson.
Durante el sueño profundo (técnicamente apellidado fase NO-REM) las células del cerebro llamadas astrocitos se encogen, aumentando el espacio entre ellas hasta un sesenta por ciento. En vigilia, la noradrenalina del cerebro mantiene las células hinchadas, turgentes para optimizar la señalización eléctrica; pero durante el sueño profundo la ausencia de hormona actúa como un interruptor que activa la bomba glinfática. ¿Cómo? Entran menos iones en las células (porque baja la actividad de la bomba de sodio potasio); en consecuencia, disminuye la fuerza (osmótica) que empuja el agua hacia el interior de los astrocitos, agua que penetra a través de unos agujeros en su superficie (las acuaporinas). El resultado de todo ello es que las células se deshinchan y se expande el espacio intercelular. A continuación, el líquido cefalorraquídeo, líquido que baña el cerebro y médula, entra a presión en este espacio ampliado, impulsado por las pulsaciones arteriales, y arrastra los desechos metabólicos acumulados durante el día (actúa como un lavado a presión). Este agua cargada de toxinas drena hacia el sistema linfático del cuello para su posterior eliminación. En resumen, el sistema glinfático ha limpiado el cerebro.
Maiken Nedergaard también ha descubierto que muchos somníferos interrumpen al sistema glinfático de limpieza; acción que podría explicar la correlación existente entre el consumo de pastillas para dormir y el aumento de riesgo de demencias. ¿La explicación? Casi todos los somníferos potencian al sistema gabaérgico; lo que significa, en términos profanos, que aumentan la inhibición natural de las neuronas; pero la supresión de la actividad neuronal, también disminuye la producción de noradrenalina por las neuronas; y la interrupción de la limpieza nocturna podría favorecer las enfermedades neurodegenerativas. Añadiré que tanto el zolpidem, somnífero del grupo de fármacos Z, como las benzodiazepinas (alprazolam o trankimazin, lorazepam u orfidal y diazepam o valium) tienen el efecto mencionado.
En resumen, el sistema glinfático recién descubierto demuestra que la mejor medicina es, a menudo, permitir que el cuerpo funcione sin interferencias.

Presiones

Cierto que casi todos tenemos una idea de la presión: sea de un gas (en un globo o en un neumático), sea la presión atmosférica, que incide en el buen o mal tiempo atmosférico; pero no me voy a detener en su significado, sino en su magnitud. Me pregunto qué grande o pequeña puede ser la presión en el universo.
A presiones altas se disuelven los gases en la sangre, se aplastan los organismos, se destruyen los átomos, se forman agujeros negros; se fabrican diamantes artificiales y hasta los elementos químicos son diferentes: el hidrógeno, por ejemplo, se presenta como hidrógeno metálico en vez de como gas. ¿Y a presiones bajas? No existe el agua líquida; el Ikaros, sonda espacial enviada a Venus en el 2010, está equipado con una vela solar para ser impulsado por la luz; el tenue viento solar forma la cola de los cometas que se dirige en el sentido contrario a la luz solar.
Cien mil unidades internacionales de presión, poco más o menos, se miden en la superficie terrestre al nivel del mar. Diez millones soporta un cachalote sumergido; cien millones el fondo oceánico; mil millones ejercemos al clavar una aguja; con cinco mil millones sintetizamos diamantes artificiales; treinta mil millones se alcanzan durante una explosión; cinco billones durante una explosión atómica. En el centro de la Tierra la tercera parte de un billón, en el centro de Júpiter siete billones, en el centro Sol diez mil billones, un cuatrillón en el centro de una estrella enana blanca, diez mil quintillones en el centro de una estrella de neutrones, y diez billones de gúgoles, la llamada presión de Planck, el límite máximo, tal vez exista dentro de un agujero negro. Tenemos que ascender cinco kilómetros y medio desde el nivel del mar para reducir la presión atmosférica a la mitad, y dieciséis kilómetros para disminuirla a la décima parte; a poco más de seis mil el agua hierve a la temperatura del cuerpo. En la superficie de Marte se miden seiscientos, cuatro millonésimas ejerce la luz solar y dos milmillonésimas el viento solar, en la superficie de la Luna se miden trescientas billonésimas, y en el espacio profundo intergaláctico diez trillonésimas. En resumen entre lo más lleno (el máximo posible) y lo más vacío (el espacio profundo) hay una diferencia de ciento treinta órdenes de magnitud, ciento treinta ceros, una escala que abarca todo lo que existe.

Biocombustibles neuronales

Tal vez el sagaz lector conozca los combustibles habituales que usan las células de nuestro cuerpo: la glucosa de los carbohidratos y los ácidos grasos de las grasas y aceites; es improbable, en cambio, que haya oido hablar de otro combustible alternativo. Recopilemos datos: mientras que el ochenta por ciento del combustible aportado al infatigable corazón son los ácidos grasos, el cerebro sólo usa glucosa y, cuando carece de ella, como combustibles alternativos, el BHB (beta-hidroxibutirato) y acetoacetato; ambas moléculas -denominadas cuerpos cetónicos- se sintetizan en el higado con los componentes -acetilos- que proceden de la rotura de los ácidos grasos. Hago un inciso para señalar que el acetoacetato se descompone espontáneamente en la volátil acetona que, al eliminarse a través del aliento, causa el característico olor afrutado.
Las neuronas del cerebro usan los cuerpos cetónicos en ausencia de glucosa, pero el BHB no es solo un combustible: es una molécula de señalización que reduce la cantidad de los peligrosos radicales oxidantes (ROS), porque activa una molécula viajera -el factor de transcripción Nrf2-, que desbloquea la expresión de genes capaces de sintetizar el poderoso antioxidante glutatión y enzimas antioxidantes; el BHB se oxida de forma más eficiente que la glucosa, o sea, produce más imprescindibles moléculas energéticas ATP con menos formación de radicales (ROS); por último, el BHB favorece la conversión del neuromensajero excitador glutamato en la molécula inhibidora GABA. Todo ello nos protege de la toxicidad debida al exceso de excitabilidad neuronal. En resumen, el BHB no solo alimenta a las neuronas, sino que mejora su funcionamiento. ¿Por qué no usar, entonces, una dieta que nos proporcione preferentemente cuerpos cetónicos? Si, debido a la acumulación de acetilos procedentes de ácidos grasos, se acelera la formación de cuerpos cetónicos y su consiguiente liberación a la sangre, puede superarse la capacidad de las células para oxidarlos; en tal caso, su aumento disminuye el pH sanguíneo -acidosis-, posible origen de coma, o muerte, en caso extremo. Los cuerpos cetónicos en la sangre -la cetosis- sin elevar el pH, consecuencia del uso de grasas como fuente principal de energía, pueden deberse al ayuno, a dietas pobres en carbohidratos o a diabetes; en cualquier caso, tal estado debe distinguirse de la cetoacidosis, peligrosa urgencia médica, que aparece cuando existen cantidades excesivas de cuerpos cetónicos que acidifican la sangre. ¡Cuídese el crédulo lector de peligrosos experimentos con la dieta que pueden dañar su salud!

Gases ideales, un baile invisible

Los seres humanos vivimos inmersos en la atmósfera, un océano gaseoso tan imprescindible que, sin él, nuestra existencia se apagaría en escasos minutos. A nadie extrañará, por tanto, que su estudio revista un interés máximo para la ciencia.
¿Alguna vez se ha preguntado el perspicaz lector qué es un gas? Los físicos lo han hecho y, en su afán por simplificar la complejidad del universo, se lo imaginan constituido por diminutas y rígidas bolitas -las moléculas-, que se mueven de forma perpetua y desordenada -un baile molecular-, chocan entre sí y rebotan contra las paredes del recipiente que las contiene. Para diseñar ecuaciones que predigan su comportamiento, suponen que, cuando la moléculas chocan, ni se deforman ni se atraen o repelen -como perfectas bolas de billar-; suponen también que tales esferitas, aunque poseen masa, no tienen volumen -reconozcamos que los físicos tienen mucha imaginación-; califican como ideal al gas que tiene tales atributos. Las condiciones anteriores nada indican al lego, pero el experto deduce que toda la energía del gas es energía cinética, es decir, energía debida al movimiento molecular, y que cualquier cambio en la energía interna va acompañada de un cambio en la temperatura. Con tal diseño, y aplicando las leyes de la física, los científicos explican la presión, como resultado de las colisiones de moléculas contra las paredes del recipiente, y la temperatura, como una medida estadística de la energía cinética media de las moléculas; además, deducen una ecuación: tomemos la misma cantidad de moléculas de cualquier gas, midámosle la presión, el volumen que ocupa y su temperatura; si a continuación dividimos el producto de las dos primeras magnitudes entre la tercera, observaríamos que siempre da el mismo número con cualquier gas que operemos. ¿Existen pruebas que atestigüen la ecuación? Cuando la presión es baja y las temperaturas altas, los gases reales se comportan como los ideales: ¡la imaginación de los físicos no era tan descabellada! ¿Y si cambiamos las condiciones? La ecuación no vale: la naturaleza se vuelve esquiva porque las moléculas reales de los gases ocupan un volumen y al chocar interaccionan. En 1873, Johannes van der Waals modificó la ley de los gases ideales para ajustar la ecuación a la realidad, al menos con algunos gases, como el nitrógeno y oxígeno, y a presiones que no excedan diez veces la atmosférica. ¡No está nada mal para una fantasía de los físicos!