Paradoja en los agujeros negros

En la actualidad no existe una única teoría física capaz de explicar todos los fenómenos que ocurren en el mundo, desgraciadamente, a falta de una, existen dos -la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad general- que no sólo se asientan sobre principios aparentemente contradictorios, sino que, además, ambas contienen inconsistencias. 

La teoría de la relatividad general predice la aparición de singularidades, regiones del espacio y tiempo donde no tiene validez la teoría; la mecánica cuántica también sufre una deficiencia conceptual conocida como el problema de la medida: en términos muy simplificados eso significa que la teoría postula dos tipos de leyes muy diferentes para describir la evolución de un sistema, según sea observado o no lo sea, pero no diferencia, sin ambigüedad, qué es observación y qué no es observación. No paran aquí los problemas de los físicos, quienes han hallado una paradoja que parece indicar que la verosimilitud de una teoría invalida la otra. Voy a comentarla. La teoría de la relatividad indica que la información física desaparece en un agujero negro; porque permite que numerosos estados físicos se conviertan en un mismo estado; pero esto viola una ley de la mecánica cuántica que dice que la información acerca de un sistema físico en un punto y en un tiempo concreto debe determinar su estado en cualquier otro tiempo. Dicho con otras palabras, Stephen Hawking y Jacob Bekenstein demostraron que los agujeros negros deben emitir energía; pero tal radiación es independiente del material que entra en el agujero negro; por lo tanto, si la materia que entra en el agujero se transforma en caótica radiación, se destruirá la información sobre el estado de la materia original. O sea, que si existen agujeros negros y se evaporan, emitiendo radiación térmica, la mecánica cuántica no funciona. 

Los físicos ya tienen experiencia en tales contradicciones: un caso similar ocurrió a principios del siglo XX. La teoría electromagnética de Maxwell, que explicaba magníficamente bien los fenómenos eléctricos, magnéticos y ópticos, cuando se aplicaba a los átomos predecía que los átomos no podían existir… sin embargo, los átomos existen. Abundantes observaciones certifican la veracidad de la teoría de la relatividad y de la mecánica cuántica, pero según esta última los agujeros negros no pueden evaporarse… no obstante, creemos que se evaporan… ¿entonces? Algo en las teorías físicas no funciona e ignoramos qué. 

Reconocimiento de imágenes

Los norteamericanos usaron el reconocimiento facial mediante ordenador para confirmar la identidad de Osama bin Laden una vez que lo mataron; cierto, los forenses utilizan cada vez más esta técnica porque es la forma más efectiva de identificar cadáveres. En 2011, el gobierno de Panamá instaló un sistema biométrico de reconocimiento facial para reducir la actividad ilegal en el aeropuerto Tocumen, reconocido centro de contrabando de drogas y crimen organizado: resultó un éxito. El uso de herramientas de reconocimiento facial por los cuerpos de policía para detener criminales es habitual; las fuerzas de seguridad tienen acceso a las fotos del documento de identidad, pasaporte o licencia de conducir. La novedad la han hallado periodistas del New York Times, quienes han informado que existe una innovadora aplicación de reconocimiento facial que eclipsa a cualquiera otra anterior: Clearview reconoce a casi cualquier persona por sus rasgos faciales. La compañía que la comercializa, ya ofrece sus servicios a cientos de agencias de seguridad y cuerpos de policía en los Estados Unidos; y asegura que ya ha contribuido a localizar a cientos de delincuentes y a exonerar a inocentes. La aplicación, que dispone de una base de datos de más de tres mil millones de imágenes obtenidas de Facebook, YouTube, Twitter, Instagram y otros sitios web, identifica a casi cualquier persona con una sola foto; y, aseguran sus autores, es capaz de asociar una persona con su registro en tres de cada cuatro ocasiones. Ahora bien, ¿y si la aplicación se usa para fines malvados? ¿Y si se utiliza para acechar a cónyuges infieles o para desenterrar secretos con el fin de chantajear o acosar a alguien? No acaban aquí sus funcionalidades, pues la aplicación incluye una opción para utilizarla junto a gafas de realidad aumentada, lo que permitiría al usuario identificar a cualquier persona que vea; una opción ideal para identificar a un terrorista, o a individuos concretos en una manifestación o a una persona atractiva con la que nos cruzamos, revelando no sólo su nombre, sino también su domicilio, oficio y amistades.

El reconocimiento facial se ha convertido en una activa área de investigación, que involucra tanto a informáticos como a neurocientíficos o psicólogos. Hasta ahora, las grandes empresas tecnológicas, conscientes de la peligrosidad de su empleo indebido, han considerado que no debían hacer un uso deliberado de tecnologías para identificar personas con tan solo una imagen del rostro. Hasta ahora…

Tatuajes

A veces necesito aquietar el pensamiento y no se me ocurre mejor remedio que recurrir al apacible trato de algún libro. Eso hacía cuando me tropecé con un relato sobre Paul Gauguin en Polinesia, el pueblo que posee la tradición más amplia de tatuajes. Pronto me invadió la curiosidad. Para los europeos, herederos de la civilización grecorromana, los tatuajes son ajenos a nuestra cultura; porque solamente los criminales eran tatuados por griegos y romanos. ¿Cómo llegó entonces tal práctica a nosotros? La trajeron los marineros, que los habían visto en los indígenas americanos y, más tarde, en los polinesios. 

No me interesan las motivaciones de quienes desean tatuarse: cada uno hará con su cuerpo lo que quiera; sino los componentes químicos que contienen los tintes de los dibujos que lucen los tatuados. Según la Agencia Europea de Sustancias Químicas, la mayoría de las tintas se elaboran con más de cien colorantes y otros tanto aditivos, los pigmentos son de poca pureza, muchos de ellos ni siquiera están autorizados como productos cosméticos y más del sesenta por ciento de los colorantes usados son compuestos azoicos, que pueden liberar aminas aromáticas cancerígenas. Mencionaré otros posibles ingredientes: la tinta china, el carbón, el fenol, el arsénico y metales como el mercurio, titanio, cinc, cobalto, cromo, manganeso, hierro, cadmio, cobre y plomo. Según los expertos del JRC (órgano encargado del asesoramiento científico de la Unión Europea) y de la FDA (Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos) la tinta que los tatuados se inyectan en la piel contiene sustancias peligrosas y cancerígenas; compuestos que pueden generar mutaciones genéticas, afectar a la salubridad de la reproducción, causar alergias o dañar los ganglios linfáticos. Y no sólo eso, debido a la ruptura de la barrera epidérmica pueden aparecer procesos infecciosos, reacciones inflamatorias o tumores benignos y malignos sobre las áreas tatuadas. Desgraciadamente, incluso tomando todas las precauciones, algunos de estos problemas son impredecibles. 

Menos peligroso resulta el uso de la alheña o henna, un tinte rojizo que se hace con la hojas de la planta Lawsonia inermis y se emplea en el cabello o para dibujar en la piel. Ahora bien, el sujeto puede preferir el color negro: en tal caso se le proporciona alheña negra, obtenida añadiendo, a la henna original, PPD (parafenilendiamina), producto que se usa en el tinte del cabello y que no debe tocar la piel por ser muy alergénico. ¡Qué le vamos a hacer!

Venganza

Reflexionaba sobre la frase siguiente, leída en un cuento de William Faulkner. “Porque es sólo en la literatura donde las anécdotas paradójicas y, a menudo, mútuamente excluyentes de un alma humana pueden yuxtaponerse y amalgamarse, por medio del arte, en un todo de verosimilitud y plausibilidad”. ¿Sólo por medio del arte entendemos el alma humana? No hace mucho tiempo asentiría; hoy, ante los espectaculares avances de las neurociencias, negaría. 

Imagine el prudente lector que su cónyuge, madre o hijo fallece en un atentado terrorista. Condenan a muerte al responsable. ¿Presenciaría su ejecución? Si lo hace, no se preocupe por su salud mental: no es una conducta patológica. Junto con la empatía y el altruismo, los humanos tenemos capacidad para sentir placer ante el dolor ajeno cuando se considera merecido. Distintos investigadores ha explorado hasta que punto esta emoción está presente en los infantes y en nuestros parientes animales más próximos. Las neuroimágenes del cerebro revelan que nos satisface contemplar el padecimiento de quien nos ha dañado: el sentimiento de venganza tiene un sustrato biológico. Y tiene sentido evolutivo: no resulta rentable ayudar a quien nos ha perjudicado en el pasado pues aumentaría la probabilidad de sufrir daños en el futuro. Por tanto, si bien es cierto que los humanos somos cooperadores naturales también lo es que somos vengadores naturales. 

Chimpancés y macacos japoneses se vengan: castigan a los autores de un acto hostil. Ahora bien, ¿sienten placer al presenciar un castigo que consideran merecido? Un equipo de investigadores hizo experimentos que demuestran que tanto chimpancés como niños de seis años buscan presenciar el castigo del congénere que previamente se ha portado mal con ellos. Describámoslos. Un chimpancé observa cómo un experimentador golpea a otro, que le había quitado comida al animal. A continuación, los experimentadores se ocultan: el primate se molesta en abrir una pesada puerta para seguir presenciando el castigo. Un niño tiene la misma conducta: observa cómo una marioneta castiga a otra que, previamente, se había portado mal con el pequeño (quitándole unos juguetes). El niño paga una moneda para continuar contemplando los golpes. Estos resultados indican que la venganza surgió como un mecanismo evolutivo destinado a desincentivar agresiones futuras.

Reaccionamos ante las injusticias, nos vengamos y nos place presenciar un castigo que consideramos merecido. Actos que, si bien revelan el lado oscuro de nuestra naturaleza, también son la base de los sistemas legales que nos protegen. 

Tricotecenos y mohos

En los cereales que degustamos habitualmente entran toxinas en la cadena alimentaria. ¿Es posible? ¿Cómo? En los mohos que se desarrollan en los granos, tanto en el momento de la cosecha si llueve, como cuando se mojan o humedecen durante el almacenado invernal en instalaciones defectuosas. Se trata de tricotecenos, un grupo de toxinas -desoxinivalenol (DON), nivalenol, toxina T-2- producidas por los hongos Fusarium. Y son peligrosos; incluso se ha conjeturado que la reducción demográfica habida en Europa occidental en el siglo XIII se debió a la sustitución del centeno por trigo infectado por Fusarium. 

En Rusia y en el año 1932, se identificó la primera micotoxicosis debido a la toxina T2. Pan elaborado con harina de trigo contaminado con Fusarium causó una mortal intoxicación alimentaria, que dejó aldeas aniquiladas y cientos de miles de rusos fallecidos, siendo el distrito siberiano de Orenburgo uno de los más afectados. El gobierno ruso denominó ATA (alimentary toxic aleukia: leucopenia tóxica alimentaria, en español) a esta fatal enfermedad cuyos síntomas incluyen fiebre, vómitos, inflamación del aparato digestivo y alteraciones sanguíneas. El efecto más importante de la toxina T-2 (y de otros tricotecenos) consiste en su neurotoxicidad y actividad inmunodepresora, probablemente relacionadas ambas con la inhibición de la biosíntesis de proteínas, que causa la muerte celular y la necrosis de los tejidos. Además de envenenar a los alimentos, los tricotecenos, en concreto, la toxina T-2 resulta tóxica, tanto por inhalación como por ingestión, y produce lesiones en la piel y mucosas en dosis mínimas; si a ello se añade lo fácil que resulta su fabricación: los Fusarium crecen en los granos de trigo húmedos, comprendemos que puedan emplearse como efectivos agentes de guerra química. Y eso creyó también el gobierno norteamericano, que acusó a los soviéticos de haber usado este agente en la guerra de Laos y Camboya, bajo el nombre de lluvia amarilla: si bien cabe señalar que investigadores independientes no han dado credibilidad a la denuncia.

El deoxinivalenol (DON), probablemente la toxina de Fusarium más corriente, contamina al maíz y al trigo. La ingestión de estos cereales mohosos ha ocasionado intoxicaciones agudas en la India, China y Japón; en menos de treinta minutos los sufridos comensales padecieron náuseas, vómitos, dolores abdominales, diarrea, mareos y cefaleas. 

Ya sabemos que las micotoxinas han causado distintas enfermedades desde que la humanidad comenzó a cultivar las plantas: los expertos nos señalan que debemos aprender a prevenirnos de ellas.

¿Son inteligentes algunos mohos?

Un excursionista a menudo ve masas amarillas gelatinosas en los troncos podridos: son mohos de fango, Physarum polycephalum, enrevesado nombre para designar a una célula que contiene millones de núcleos. Conozcamos sus hazañas, porque los mohos del fango son mucho más inteligentes de lo que sospechábamos. 

Resuelve laberintos. Se colocan nutrientes al principio y al final de un laberinto que, previamente, se ha llenado de moho: cuatro horas después, el moho retrae sus ramas de los pasillos sin salida, creciendo exclusivamente a lo largo del camino más corto entre las dos piezas de comida.

El P. polycephalum imita la red ferroviaria de Tokio, así como la red de carreteras de Canadá, Inglaterra y España. Se colocan copos de avena (alimento de los mohos) en las mismas posiciones que las grandes ciudades y se añade moho; al cabo de días, las ramas del moho unirán los copos, casi exactamente igual que las carreteras y vías ferroviarias conectan las ciudades japonesas, europeas o canadienses. En otras palabras, el moho no crece aleatoriamente, sino que emplea las rutas más eficientes. ¿Ayudará a planificar la construcción de las futuras vías de transporte?

El moho utiliza un reloj interno para anticipar futuros cambios ambientales. Se coloca el moho en un ambiente cálido y húmedo (prospera en él); a continuación, cada treinta minutos, se baja repentinamente la temperatura y humedad: el moho, entonces, se arrastra más lentamente. Después de varias pruebas, se deja de cambiar el ambiente, sin embargo, el ritmo del moho se desacelera de todos modos cada treinta minutos. Finalmente, deja de hacerlo.

P. polycephalum es un comedor saludable. Si se coloca en el centro de una circunferencia que contiene once alimentos diferentes, elige la comida que posee un equilibrio óptimo de nutrientes. 

Los mohos han estado en el planeta seiscientos millones de años y quizás más; en aquel momento, ningún organismo había desarrollado cerebro o sistema nervioso. Sin cerebro Physarum polycephalum resuelve laberintos, imita el diseño humano de redes de transporte y elige la comida más saludable de un menú variado; sin cerebro. Physarum polycephalum recuerda, toma decisiones y anticipa cambios, en pocas palabras, se comporta de manera aparentemente inteligente. Hace tanto con tan poco, que representa una alternativa exitosa a la inteligencia basada en el cerebro. En resumen, ha obligado a definir de nuevo los ingredientes que debe tener un ente para ser calificado como inteligente.

Acidez oceánica

Desde la revolución industrial hasta hoy, el contenido de dióxido de carbono atmosférico ha pasado de doscientos ochenta ppm a algo más de cuatrocientos; valor que habría aumentado más si los océanos no hubieran absorbido la tercera parte del dióxido de carbono vertido en la atmósfera;  tal cantidad del gas disuelto provoca la acidificación del agua marina. Cierto, las aguas superficiales son un treinta por ciento más ácidas hoy que a finales del ácido XIX y, si la tendencia continúa, a finales del siglo XXI podrían ser un ciento cincuenta por ciento mayores. Los biólogos saben que la acidificación disuelve los minerales componentes de las conchas y esqueletos externos de las criaturas marinas; pero creían que no afectaría a los peces y a los organismos carentes de exoesqueleto. Erraban: habían comprobado que los animales sobreviven en el agua ácida, pero no habían observado su comportamiento. 

Los coloreados peces payaso viven en los arrecifes de coral, bajo la protección de una anémona. Sin embargo, antes de convertirse en adultos, deben superar una peligrosa prueba. Nada más nacer, la diminuta larva del pez se aleja del arrecife para completar su desarrollo en mar abierto, lejos de los depredadores. Tras una decena de días, el pececillo regresa para asentarse en la anémona; pero antes de llegar a su hogar definitivo debe evitar numerosos depredadores; y el olfato constituye una ayuda inestimable para eludir a quienes desean engullirlo; porque este sentido químico detecta las moléculas disueltas en el agua y desencadena una respuesta a ellas. Ahora bien, ¿cómo afectará la acidificación del agua a este mecanismo de supervivencia? Danielle Dixson y un grupo de investigadores se propusieron comprobarlo. En un estanque artificial colocaron unas larvas del pez payaso y observaron lo siguiente: si vertían el olor de un pez inofensivo en el agua, las larvas no se inmutaban, pero ante el olor de un voraz mero, huían. Repitieron el experimento con agua oceánica cuya acidez era la que tendrá en el año 2100, de seguir la tendencia actual: las larvas no reaccionaron al olor, incluso algunas se dirigieron hacia el peligroso depredador. El comportamiento se había alterado. Desgraciadamente, los biólogos tienen indicios para sospechar que la acidificación afecta a otros sentidos y también al comportamiento de otras especies; no debe extrañarnos, por lo tanto, que estén preocupados, pues ignoran si los organismos marinos lograrán adaptarse a la acidez oceánica del próximo futuro. 

¿Cuántas emociones hay?

Me dejó intrigado la frase que Ernest Hemingway dedicó a William Faulkner: “Pobre Faulkner. ¿De veras cree que las grandes emociones surgen de las grandes palabras?”. Después de pensarlo detenidamente, no sabría responder a tal pregunta; no obstante, y mientras meditaba, otra idea, ajena a la literatura, surgió en mi mente. Las emociones son la sal de la vida y gobiernan una porción considerable de nuestra existencia. ¿Cuántas hay? 

Es difícil enumerarlas, porque existen casi tantas definiciones de emoción como psicólogos eminentes. Antes de intentar hacerlo fijémonos en qué son; las emociones son reacciones psicológicas y fisiológicas, más o menos pasajeras, que representan los modos de adaptación de un individuo a los estímulos que percibe como importantes; no debemos confundirlas con los sentimientos, más duraderos y capaces de ser verbalizados, que son el resultado de ellas. Las emociones, cuyo objetivo es establecer un medio interno óptimo para que el comportamiento resulte más efectivo, desencadenan respuestas rápidas de los distintos sistemas biológicos: desde los músculos, las expresiones faciales y la voz, hasta la actividad de los sistemas nervioso autónomo y endocrino. 

Descifrar el número de emociones viene de antiguo; Aristóteles identificó catorce emociones básicas; sin embargo, los psicólogos contemporáneos proporcionan un numero más reducido, menor de lo que supone cualquier profano. Robert Plutchik identificó ocho emociones fundamentales: la alegría, la tristeza, la confianza, el asco, el miedo, la ira, la sorpresa y la anticipación. Paul Eckman, en cambio, descubrió que había seis emociones originales: la alegría, la tristeza, la sorpresa, el miedo, la ira y el disgusto. En un estudio realizado en la Universidad de Glasglow, más reciente, los investigadores sugieren que sólo habría cuatro emociones básicas: la alegría, la tristeza, la ira y el miedo; y que las variaciones más complejas han evolucionado a partir de ellas. ¿Esto significa que sólo hay cuatro? No. Hay cuatro fundamentales, pero nadie en su sano juicio diría que sólo hay cuatro estados emocionales: los seres humanos tenemos emociones complejas que experimentamos y expresamos de formas tan abundantes como sutiles. Las emociones básicas se combinan para formar una amplia variedad, tanta, que Eckman ha revelado que el rostro humano es capaz de crear más de siete mil expresiones faciales diferentes que reflejan distintos estados de ánimo. 

Retomo de nuevo la literatura para finalizar: “Fui entonces cuando descubrí la utilidad de la poesía como formulación verbal del sentimiento”.

Superconductividad de alta temperatura

El erudito lector sabe que en física fundamental y astrofísica existen importantes problemas teóricos sin resolver: elaborar una teoría cuántica de la gravedad, conseguir una teoría unificada de todas las interacciones fundamentales, identificar la materia oscura o la energía oscura, y algunos más. ¿Y en el resto de la física? La comprensión teórica de la turbulencia y de la superconductividad de alta temperatura son los dos problemas más importantes que todavía no se han resuelto. 

Comentaré el segundo de ellos, que se escapa de la física clásica. Se entiende por superconductividad la capacidad, que poseen algunos materiales, para conducir la corriente eléctrica sin resistencia ni pérdida de energía; la calificación de alta temperatura se refiere a que la superconductividad se manifiesta por encima de ciento noventa y seis grados centígrados bajo cero (la temperatura de ebullición del nitrógeno). Los superconductores de alta temperatura tienen dos características propias que los distinguen de los demás: son de tipo II (lo que significa que pasan del estado superconductor al estado normal, gradualmente, no bruscamente, como los de tipo I) y son no convencionales (no cumplen la teoría BCS). ¿Cómo explica la teoría BCS la conducción eléctrica de los superconductores convencionales? Considera que los portadores de carga eléctrica no son los electrones individuales, sino parejas de ellos (pares de Cooper). Los electrones habitualmente se repelen debido a que tienen idéntica carga; sin embargo, cuando se hallan inmersos en un metal es posible que se atraigan en lugar de repelerse y, en consecuencia, se emparejen para minimizar su energía. ¿Cómo es posible que dos partículas negativas se atraigan? Aislados, imposible; pero dentro del metal los electrones móviles, negativos, atraen a los iones positivos vecinos; iones que no vuelven inmediatamente a su posición de equilibrio original, por lo cual existe un exceso de carga positiva momentánea por donde el electrón ha pasado; un segundo electrón sentirá una fuerza atractiva debido al exceso de carga positiva. La teoría explica el comportamiento de los superconductores convencionales (como el aluminio, el plomo o el mercurio a temperaturas cercanas a doscientos setenta grados bajo cero), pero falla al predecir el comportamiento de los superconductores no convencionales entre los que se encuentran los de alta temperatura; tal vez porque estos últimos son sustancias más complejas: entre ellos se hallan algunas aleaciones, los fulleros y cerámicas como el YBCO (óxido de itrio, bario y cobre); o tal vez porque todavía no comprendemos el fenómeno. 

Pseudociencia y mala ciencia en Medicina

Aproximadamente la mitad de la producción científica mundial se incluye en el campo de la biomedicina. En un ámbito que concierne a la salud humana sobra resaltar el peligro de producir conocimiento falso, no probado o de baja calidad. Porque frente a la medicina basada en evidencias científicas, no sólo se hallan las medicinas complementarias o alternativas, que no se basan en pruebas, sino también la mala ciencia biomédica que se basa en pruebas defectuosas. 

La eficacia de las terapias pseudocientíficas (como la homeopatía) no ha sido probada, eso significa, obviamente, que los tratamientos deben considerarse no comprobados. Cabe añadir que, en los casos que la homeopatía o la acupuntura han sido cometidas a ensayos controlados para el tratamiento de alguna dolencia, se ha demostrado su nula eficacia; o lo que eso lo mismo, su eficacia es similar a la de un placebo. Además, resulta evidente que si una terapia alternativa demostrara ser eficaz dejaría de ser alternativa, se convertiría en una terapia médica tradicional basada en evidencias científicas. 

Una vez que he concluido la crítica, que espero haya sido contundente, a las pseudociencias aplicadas a la biomedicina, me voy a fijar ahora en la mala ciencia biomédica, que también la hay, y mucha. Muchos curiosos lectores habrán padecido, observado o conocido por la prensa malas prácticas médicas; no es eso lo que me propongo aclarar, porque las observaciones personales constituyen ciencia de baja calidad que debemos repudiar. El escritor se quedó petrificado cuando se enteró de un estudio publicado en una revista, BMJ (British Medical Journal), de máxima credibilidad científica mundial: los investigadores eligieron al azar tres mil tratamientos utilizados en la medicina convencional; después de analizarlos hallaron que la eficacia de casi la mitad de los tratamientos era desconocida. ¿El lector se ha quedado con la boca abierta? Pues ciérrela; porque ésas son las conclusiones de los sorprendidos investigadores. Otros estudiosos (John Ioannidis) certifican que la mitad de los resultados de la investigación biomédica o bien es falsa o los resultados son interpretados incorrectamente, dicho con otras palabras, no hay falta de datos, sino obtención de resultados falsos debido a sesgos, prejuicios o mala práctica científica. No obstante, recuerde el cauto lector que, a pesar de las limitaciones de la medicina, nunca la humanidad ha tenido tan buena salud como ahora. Los científicos se equivocan: cierto; pero mucho menos que la mayoría de la población.

Turbulencia

Pasamos la vida rodeados por fluidos; el aire fluye por nuestros pulmones, la sangre recorre los vasos de nuestro organismo; los aviones se mueven en el aire, los barcos navegan en el agua y los automóviles se deslizan por el suelo, todos ellos propulsados por otros fluidos que se mezclan en las cámaras de combustión. Si nos fijamos en el movimientos de los fluidos interesantes observaremos que la turbulencia es la norma, no la excepción. A pesar de su importancia, la turbulencia tiene mala reputación. Richard Feynman alegó que es “el problema sin resolver más importante de la física clásica”, lo ratifica Horace Lamb (1932): “ahora soy un viejo y cuando muera y vaya al cielo hay dos temas que espero aclarar. Uno es la electrodinámica cuántica y el otro el movimiento turbulento de los fluidos. Sobre el primero soy bastante optimista”.

¿En qué consiste la turbulencia? Si abrimos el grifo de la cocina un poco, el agua fluirá suave, si abrimos más la corriente se transforma en turbulenta; algo similar sucede al humo de un cigarrillo, que sube mansamente al principio para hacerlo, algo más arriba, de manera turbulenta. El fenómeno se desencadena cuando se forman torbellinos, pedazos de fluido zigzagueantes y a menudo giratorios que se mueven caóticamente respecto a la dirección media del movimiento. Aunque la turbulencia aumenta la resistencia a la que se enfrenta un objeto que se mueve en el aire o el agua, y por eso es importante reducirla, no siempre es un fenómeno indeseable: en los cilindros de un motor la turbulencia mejora el mezclado del combustible y produce una combustión más eficiente; la turbulencia también permite que las pelotas de golf (con hoyuelos) alcancen más del doble de distancia que una pelota lisa.

Argüíamos que los flujos turbulentos se caracterizan por la aparición de remolinos (o vórtices) de distintos tamaños que interactúan entre sí, se forman y deshacen. Los grandes se rompen en otros menores, éstos en otros más pequeño, y así sucesivamente, hasta que se hacen lo suficientemente pequeños como para disiparse en calor. Este viaje de la energía de las escalas grandes a las pequeñas reviste una importancia extraordinaria porque se estima que el cinco por ciento del gasto energético de la humanidad se disipa en los flujos turbulentos. 

Añadiré, por último, que la extraordinaria complejidad matemática de las ecuaciones que gobiernan la turbulencia ha impedido a los físicos hacer un análisis teórico del fenómeno… hasta ahora. 

Carcinogénicos

  Hay aficiones, así me lo han dicho, inexplicables. ¿Los argumentos para que me hayan aplicado tal calificativo? Juzgue el comprensivo lector: leí la lista que ha elaborado la Agencia Internacional de Investigación del Cáncer (IARC); lista que califica la carcinogenidad de los diversos agentes analizados hasta la fecha. 

Se despertó mi curiosidad cuando me enteré que este organismo, dependiente de la Organización Mundial de la Salud, publicó un informe sobre el cáncer en el mundo que revela lo siguiente: se espera que el número de nuevos casos anuales de cáncer aumente, de catorce millones en 2012, a veintidós millones en 2030. Christopher Wild, Director de la IARC durante el decenio 2009-2018, sabe que la identificación de la mayoría de los carcinogénicos humanos se debe a estudios epidemiológicos, estima que entre el ochenta y el noventa por ciento de los cánceres tiene una causa ambiental, también declara que, en los países de ingresos bajos y medianos, el aumento de esta enfermedad se debe, sobre todo, al tabaco, al alcohol, a las infecciones, a la contaminación del aire y a la mala alimentación; por todo ello, manifiesta perplejidad de que la investigación y financiación actual estén concentradas en el tratamiento, y no en la prevención. 

Recupero el hilo del discurso. Los investigadores de la IARC han clasificado los agentes analizados en cinco categorías: cancerígenos, probablemente cancerígenos, posiblemente cancerígenos, no hay pruebas de carcinogenidad, y ausencia demostrada de carcinogenidad. En el año 2019 la lista elaborada contiene mil setenta y nueve entradas; de ellas, ciento veinte agentes se han clasificado como cancerígenos; trescientos noventa y tres es probable o es posible que lo sean; quinientos pertenecen a la cuarta categoría; la quinta categoría permanece vacía. 

Voy a identificar alguno de los agentes carcinogénicos que me han llamado la atención: el tabaco, el alcohol, la carne procesada, el lindano, las aflatoxinas, el arsénico, el cromo VI, el cadmio, el asbesto (o amianto), el humo de los motores diésel, las partículas del aire contaminado, el hollín, el serrín, el alquitrán, las nieblas ácidas, el radón y la terapia de estrógenos y progesterona durante la menopausia. También los virus de la hepatitis B y C; la radiación ionizante, la radiación solar, los rayos X y los ultravioleta. El plaguicida más usado, el glifosato, entra en la categoría de probable; y los ubicuos móviles en la de posible. La lista, preocupado lector, merece la pena leerse. 

Vino para vegetarianos

Participaba en un almuerzo en el que uno de los comensales se explayaba sobre las bondades de la dieta vegetariana. Aunque sé que la cantidad de proteínas animales que ingerimos habitualmente es excesiva, olvidaba el orador que, tanto nuestros antepasados como nosotros, somos animales omnívoros que, por comer, hasta nos comimos nosotros mismos (única costumbre culinaria que deploro). Otro de los contertulios, enólogo de profesión, con poca consideración hacia el defensor de los animales, argumentó que los vegetarianos que degustaban bebidas alcohólicas no eran consecuentes con sus principios; argüía que todos los vinos contienen restos de albúminas o gelatinas animales. El vegetariano, estupefacto, se quedó callado; ignorante del asunto, lo imité. Más tarde, concluida la grata colación quise documentarme: ya puedo asegurar que no estaba descaminado el quisquilloso enólogo, porque muchos vinos, aunque no todos, tienen restos animales. 

Los vinos y cervezas se hacen mediante fermentación alcohólica; acabada ésta, la mayor parte de los componentes celulares que no han fermentado caen al fondo del depósito, unos tardan una semana, otros, son tan pequeños que se quedan en suspensión hasta seis meses, volviendo turbio al vino; estos componentes, pequeñas proteínas, taninos y azúcares que la levadura no ha transformado en alcohol, podrían alterar el gusto de la bebida. Con paciencia y esperando varios meses, todas las materias estarán en el fondo, y el vino quedará limpio, estable y transparente: habrá sucedido una clarificación espontánea. Como el fabricante no quiere esperar muchos meses con la bodega ocupada, recurre a forzar la caída de las materias en suspensión, dicho con otras palabras, se requiere una clarificación del vino. Para ello añade a la espirituosa bebida un clarificante, que engorda las partículas y acelera su caída: albúminas procedentes de la clara del huevo, de la sangre o de la leche; gelatinas procedentes del pescado o de los huesos; o sustancias de origen vegetal (alginatos), mineral o sintéticas. 

A la clarificación sigue el trasiego, que consiste en cambiar de envase, para separar el vino del sedimento depositado en el fondo de las barricas. Admiro el cuidado de los enólogos durante esta operación; tan sensible que los cambios atmosféricos de presión (sobre todo las bajas presiones) pueden enturbiar el vino; por ello, los trasiegos durante las diferentes etapas de la crianza se hacen en épocas de altas presiones, cuando el sedimento está bien asentado. Por último, el solitario lector “levante el vaso e invite a la Luna”. 

¿Existe pescado sin sulfitos?

Todo amante del vino que, además, sea curioso sabe que su apreciada bebida contiene sulfitos; un conocimiento que no comparten los degustadores de pescados, quienes ignoran que su comida favorita ha pasado por un baño de sulfitos. De entre todos los alimentos carnosos, el pescado es el más susceptible a la degradación, que empieza inmediatamente tras su captura; las células se descomponen, las grasas se enrancian, las proteínas se desnaturalizan y las bacterias, a menudo abundantes, contribuyen al deterioro; la flora microbiana del pez depende directamente de las aguas en donde vive, en cualquier caso, contiene bacterias tanto en el intestino y en las agallas como en la piel y en la mucosidad exterior, donde llega a haber entre cien bacterias cada centímetro cuadrado y varios millones. Por todo ello requiere tratamientos conservadores rápidos y más rigurosos que los utilizados con las carnes de mamíferos y aves. El pescado, tanto en el buque pesquero como en la piscifactoría, suele tratarse con conservantes, siendo el más habitual el Melacide SC 20 que se compone de metabisulfito sódico (E223), difosfato disódico (E450), citrato trisódico (E331), ascorbato sódico (E223). Se trata de unos polvos blancos que se disuelven en el agua en la que después se sumerge el pescado (o el marisco). De los componentes sólo el metabisulfito sódico (pentaoxodisulfato disódico) merece comentario; se trata de un conservante, desinfectante y antioxidante que evita la pérdida de color rojo del pescado; calificado como sustancia peligrosa, libera el gas tóxico anhídrido sulfuroso en presencia de ácidos (en el estómago) o a altas temperaturas (durante la cocción).

Si bien los sulfitos, a dosis bajas provocan irritaciones en el tubo digestivo y en algunos casos cefaleas, náuseas, diarrea y dolor abdominal, los toxicólogos admiten que su uso habitualmente no es insano. ¿Y en grupos de población vulnerables? Después de su ingestión, se han detectado reacciones adversas en individuos asmáticos, la mayoría leves, respiración entrecortada y tos; pero los síntomas graves pueden incluir estrechamiento de las vías respiratorias y dificultad para respirar, que pueden requerir un tratamiento de emergencia. También pueden padecer graves dificultades quienes tienen un trastorno metabólico que afecta a la enzima sulfito oxidasa. Por último, debe recordarse que los sulfitos descomponen la vitamina B1, por lo que su consumo regular a largo plazo podrían conducir a una carencia de vitamina. 

¿Existe alternativa a los sulfitos? Sí, la aplicación de ozono en almacenes pescado. 

Tintes del cabello

Me sorprendió saber que millones de personas de nuestra sociedad, una de cada tres mujeres y uno de cada diez hombres, se tiñe el pelo. Inmediatamente me asaltaron tres ideas: el inmenso negocio que pueden hacer los fabricantes de los tintes del cabello, la composición de los tintes y la salubridad de sus componentes. 

Fundamentalmente los pelos están hechos de una proteína, la queratina, a la que unos pigmentos, las melaninas, le proporcionan color, distinto según las melaninas presentes; su ausencia, determina el pelo blanco que tienen las personas mayores y los albinos. Tres son los componentes activos de los tintes para la coloración del cabello: el oxidante (se proporciona en un envase), la base y los precursores del color (ambos están en el otro envase). El oxidante -suele ser el agua oxigenada (peróxido de hidrógeno es el nombre químico)- facilita la penetración de los colorantes, oxida y decolora la melanina, y activa los precursores del color para formar el polímero colorante. La base, el maloliente amoníaco (o la etanolamina, inodora, pero no más saludable), hincha las fibras de queratina, lo que facilita la penetración de los colorantes hacia la melanina y actúa sobre el oxidante, descomponiéndolo para que libere oxígeno. Los precursores del color son moléculas incoloras que, al ser oxidadas por el oxidante, proporcionan coloración a la fibra capilar; se trata de mezclas de cuatro o cinco sustancias cuya estructura química consiste en una molécula de benceno que contiene o dos aminas (diaminobenceno o diaminotolueno) o dos hidróxidos (dihidroxibenceno) o una amina y un hidróxido (aminofenol); siendo los más utilizados la parafenilendiamina (PPD), paratoluendiamina, paraaminofenol y resorcinol. Uno de ellos, el PPD, que contienen la mayoría de los tintes, se vuelve negro al oxidarse; con otros, se obtienen los demás colores. Merece un breve comentario el riesgo para la salud que conllevan estas sustancias. El PPD (molécula que puede aparecer en la etiqueta con más de media docena de nombres distintos) y los compuestos similares son potentes alérgenos, también producen asma, cataratas, anemia y daños en el hígado y riñón. 

Además de los componentes activos, el tinte suele contener otras sustancias: detergentes como el nonilfenol u octilfenol; perfumes como los ftalatos; y conservantes como los parabenos y sustancias productoras de formaldehído como la dimetildimetilhidantoína (DMDM), imidazolidinil urea y diazolidinil urea. Infórmese bien el entendido lector porque entre ellas hay algún disruptor hormonal e, incluso, algún agente cancerígeno. 

Viroides

Todo comenzó con la tristeza de los cítricos, melancólico nombre de una afección que me condujo a indagar sobre las enfermedades de tan románticos frutales; una de ellas, la exocortis me llamó extraordinariamente la atención, pues el agente causal no es un hongo, ni un microorganismo celular, ni un virus. ¿Cómo es posible? Los viroides (junto con los priones), ambos mucho más pequeños que los virus, son los agentes infecciosos más diminutos que se conocen; su pequeño tamaño no les impide causar perjudiciales enfermedades a las plantas: al cocotero y a la palmera les afecta el cadang-cadang, a la patata y el tomate les daña el PSTV, al naranjo el mencionado exocortis; sin embargo, no se han descubierto viroides en animales. 

A un sumiller le deleita catar los diferentes sabores de los buenos vinos; al escritor le sucede algo parecido con los descubrimientos, le gusta leer cómo el propio investigador relata su innovador trabajo. Así escribe Theodor Otto Diener: “No cabía la menor duda de que el agente de la enfermedad de los tubérculos fusiformes de la patata difería absolutamente de los virus y constituía el primer representante de una recién reconocida clase de patógenos subvíricos. En 1971 propuse que a tales agentes se les denominase viroides”. Diener había derribado un paradigma inmutable durante siete decenios: los virus ya no constituían el peldaño inferior de la escala biológica; de manera implícita los biólogos habían asumido que todos los patógenos no celulares eran virus… y se habían equivocado. Los viroides son, únicamente, un corto filamento de ARN (entre dos y cuatro centenares de nucleótidos), cuyo tamaño es muy inferior al genoma de los virus más diminutos; y, al contrario, que ellos no contienen proteínas. 

Siendo tan diferentes virus y viroides, ¿tienen éstos, en contra de lo que su nombre sugiere, un origen evolutivo independiente de los otros? Probablemente, sí. Diener planteó la hipótesis de que los viroides son fósiles supervivientes del hipotético mundo de ARN precelular que contempló la Tierra hace cuatro mil millones de años; sus propiedades los convierten en los candidatos más plausibles a reliquias: tienen un pequeño genoma (para impedir un fatal error causado por una replicación poco fiel), presentan actividad catalítica y carecen de capacidad para codificar proteínas. 

Empecé fijándome en enfermedades vegetales y acabo indagando sobre las primeras etapas de la vida terrestre. ¡Qué maravilloso es el oficio científico! 

Taninos

Los zoólogos estudian las diferentes especies animales, los botánicos las plantas, los mineralogistas ya se llamen mineros, montañeros o espeleólogos los minerales. ¿En qué objetos se fijan los químicos? En las moléculas. A una familia de ellas me voy a referir. Y no se trata de moléculas sencillas, sino grandes, concretamente polímeros, macromoléculas formadas por la unión de pequeñas unidades repetidas. Los taninos son polímeros complejos que abundan en las cortezas de los árboles y en las frutas inmaduras, y pueden agruparse en dos categorías: los que están formados por unidades de ácido gálico y azúcares simples que se repiten indefinidamente, y los formados por unidades de antocianidina. 

Tradicionalmente el término tanino se usó para describir las sustancias orgánicas que, extraídas de distintas plantas, servían para convertir las pieles de los animales en cuero; se trata de compuestos químicos ácidos que evitan la descomposición y, a menudo, colorean, pues el propio tanino presenta un color que va desde el amarillo hasta el castaño oscuro. Los taninos se utilizan en el curtido porque reaccionan con las proteínas (colágeno, elastina) presentes en la piel de los animales, uniéndolas entre sí; de esta forma, aumenta su resistencia al calor, a la putrefacción por agua y al ataque por microbios. Juzgue el cauto lector si para bien o para mal, en el siglo XXI, el ochenta por ciento del curtido no se hace con taninos, sino con cromo: es más rápido y más tóxico. 

El propio sabor de los taninos, astringente, o sea, mezcla de amargo y seco, ya nos sugiere su toxicidad; se trata de sustancias antinutritivas debido a las mismas propiedades que los hace buenos para el curtido: su capacidad de unir proteínas. Además de inactivar las enzimas digestivas de los herbívoros, los taninos pueden formar con las proteínas vegetales agregados difíciles de digerir; por ello proporcionan a las plantas una defensa frente a los herbívoros, que evitan los vegetales o las partes de ellos que contienen un alto contenido de taninos. Los seres humanos, en cambio, suelen preferir un cierto nivel de astringencia en las comidas, o sea, aprecian una cierta cantidad de taninos, como la que encuentran en las manzanas, las zarzamoras y el vino tinto. ¿La explicación? Los taninos del vino tinto -por ejemplo- bloquean la síntesis de una molécula que produce la constricción de los vasos sanguíneos, lo cual disminuye el riesgo de enfermedades cardiovasculares. ¡Qué no está nada mal!

GRADE en Dietética

En todo lo concerniente a la alimentación abundan los mensajes erróneos, la publicidad encubierta, los mitos, el sensacionalismo científico y las recomendaciones de autoproclamados expertos. Sí, la mala ciencia y la pseudociencia abunda en dietética. Disponemos de mucha información sobre nutrición, pero ¿cómo identificamos la información fiable?

La calidad de la evidencia científica, también llamada confianza o certidumbre, nos indica el grado de certeza que tienen los resultados de los estudios científicos disponibles. En las ciencias de la salud se está imponiendo el GRADE como mejor sistema de graduación de la calidad de la evidencia: que se clasifica en alta o baja, según provenga de estudios experimentales u observacionales; posteriormente, según otras consideraciones, se añaden dos categorías más: moderada y muy baja. ¿Su significado? Alta (nuevos estudios apenas modificarán los resultados, las conclusiones actuales se aproximan a la realidad), moderada (es posible que nuevos estudios modifiquen los resultados actuales), baja (es posible que los resultados actuales sean distintos de la realidad) y muy baja (es probable los resultados actuales sean diferentes a la realidad).

Resulta difícil hacer estudios epidemiológicos sobre la influencia de la dieta sobre la salud; además, muchas de las investigaciones están patrocinadas por la industria alimentaria, por lo que existen conflictos de intereses. Por todo ello, el campo de la dietética está plagado de creencias, y las califico así porque no están respaldadas por evidencias, aunque tampoco existan pruebas en contra: la ciencia no puede pronunciarse de momento, bien porque la cuestión no ha sido investigada, bien porque los resultados son contradictorios o bien porque merecen una confianza muy baja. En resumen, muchas preguntas dietéticas carecen de respuesta científica porque las pruebas existentes suelen ser de baja o muy baja calidad, pues la mayoría de estudios sobre nutrición son observacionales y estos tienen una confianza baja. Como consecuencia de esto, es frecuente que dietistas y nutricionistas expertos se extralimiten en sus recomendaciones; suelen cometer cuatro errores al interpretar la literatura científica: extrapolan resultados del laboratorio a la dieta; extrapolan datos observacionales a la dieta; recogen selectivamente evidencias, y arguyen recurriendo a pruebas científicas que, en realidad, no existen. 

Intentaré ilustrar el discurso anterior y, al unísono, desmontar un mito. Beber alcohol con moderación es mejor para la salud que no hacerlo: es una creencia falsa, los resultados (confianza alta) indican lo contrario. Si al sibarita lector le gusta beber vino con prudencia ¡hágalo!, pero no puede alegar motivos de salud. 

Ácido cafeico, frutas y aceite

El relato comienza en Esauira, la antigua Mogador, ciudad portuaria de Marruecos, situada en la costa atlántica. Quien viaje por esa región bereber se sorprenderá al contemplar las cabras subidas a los árboles. Tan variopinto paisaje se debe a que facilita la recolección del fruto del argán; los pastores permiten que los animales suban a los árboles para que coman el fruto, lo regurgiten y escupan las semillas liberadas de la cáscara; de esta manera, los recolectores sólo tienen que recogerlas del suelo. Desgraciadamente, durante el último siglo la superficie de los bosques de argán (Argania spinosa), árbol endémico de los semi-desiertos del suroeste de Marruecos, ha menguado a la mitad; quizá la manera óptima de conservarlo consista en comercializar la producción del aceite de argán obtenido de sus semillas; pues se trata de un producto muy valorado tanto en cosmética como en los exquisitos platos que proporciona la gastronomía local. 

El aceite de argán, además del café, las manzanas, peras, uvas y naranjas, contiene una sustancia singular, el ácido cafeico. Y este ácido fenólico, potente agente antioxidante que no está emparentada con la cafeína, tiene una relación singular con el cáncer. Antes de abordar la oncología mencionaré que el ácido cafeico se encuentra, en mayor o menor abundancia, en todas las plantas debido a que es un intermediario en la biosíntesis de la lignina, una de las formas de biomasa más abundante; también recordaré un experimento sorprendente, los toxicólogos han averiguado que la aplicación del ácido cafeico a las nueces reduce la producción de las peligrosas aflatoxinas, producidas por el moho Aspergillus flavus, en más del noventa y cinco por ciento ¿Significa esta prueba que ya disponemos de un fungicida natural para evitar estas peligrosas contaminaciones de los alimentos?

Los estudios sobre la carcinogenicidad de este ácido han proporcionado resultados que cabe calificar como ambiguos: la administración de altas dosis de ácido cafeico ha causado papilomas estomacales a las ratas; en el mismo experimento, la administración de altas dosis de antioxidantes, ácido cafeico incluido, provocó una disminución en el crecimiento de los tumores del colon, en las mismas ratas. En cualquier caso, la Agencia Internacional de Investigación del Cáncer (IARC), organismo dependiente de la Organización Mundial de la Salud, ha incluido al ácido cafeico en el Grupo 2B lo que significa que es un posible agente carcinógeno para los humanos.

Comunicación dentro de las células

La división del trabajo entre las células de un organismo exige que las células sean capaces de coordinarse; coordinación que se efectúa mediante la emisión de señales químicas. Dispersos por la superficie de las células diana, como antenas moleculares, se encuentran receptores que detectan la llegada de las moléculas mensajeras y activan una ruta de transmisión que, en última instancia, regula ciertas actividades celulares. La información fluye porque en la membrana de las células diana se alojan mecanismos que traducen las señales externas en internas, y éstas son transportadas por segundos mensajeros, cuyo número es sorprendentemente pequeño; con todo, son capaces de regular una gran variedad de procesos fisiológicos. 

Se conocen tres, de las principales vías de transmisión interna: una emplea como segundo mensajero el AMP cíclico; la otra, una combinación de segundos mensajeros: los iones calcio, el trifosfato de inositol y el diacetilglicerol; la tercera, el GTP cíclico. Las tres rutas tienen mucho en común. Se inicia el proceso cuando se activa una molécula receptora de la superficie celular, que transmite información hacia el interior de la célula por medio de proteínas G, y éstas activan una enzima que sintetiza los segundos mensajeros mencionados. También las etapas finales son similares: el segundo mensajero induce cambios en proteínas. Dos son las vías de actuación de los segundos mensajeros: en una, el segundo mensajero se une directamente a una proteína desencadenado el cambio: un ejemplo de esta vía se encuentra en el músculo esquelético, donde el calcio se une a la troponina C provocando la contracción del músculo liso. En la vía alternativa -el mecanismo más común- se actúa de forma indirecta: se activa una enzima quinasa que induce un cambio en la proteína diana. Sabemos algunas cosas más: que la ruta que activa el AMP cíclico posee proteínas G estimuladoras e inhibidoras; y también hemos averiguado que las otras dos rutas, carentes de proteínas G que reconozcan señales inhibidoras, se hayan ligadas, pues comienzan con el mismo receptor. 

El escéptico lector quizá crea que carece de importancia práctica el conocimiento de estos complicados procesos bioquímicos. Yerra. Podemos diseñar mejores fármacos si sabemos que la toxina del bacilo del cólera, que produce diarrea masiva, bloquea las proteínas G estimuladoras de la ruta del AMP cíclico. Por si fuera poco, hemos comprobado que existe una correlación entre el cáncer y los fallos en las rutas de comunicación dentro de las células. 

Cuasicristales

La ciencia produce, a veces, matrimonios inauditos. ¿Puede tener alguna relación los embaldosados (y la teoría matemáticas que los sustenta) con las aleaciones? Los hexágonos de un panal o las baldosas cuadradas de un pavimento proporcionan ejemplos de estructuras periódicas en dos dimensiones. Dicha periodicidad, según las leyes matemáticas, sólo puede darse en presencia de unas simetrías y no de otras: las rotaciones de orden dos, tres, cuatro o seis están permitidas y prohibidas las de cinco, siete, ocho y superiores; simetrías que explican la posibilidad de llenar un plano, sin dejar huecos, con rectángulos, triángulos equiláteros, cuadrados y hexágonos regulares, pero no con pentágonos regulares, heptágonos u octógonos. ¿Se puede rellenar un plano de alguna otra manera? En los años setenta del siglo pasado, Roger Penrose inventó un tipo de embaldosado que permite rellenar, sin huecos, una superficie plana de forma no periódica, pero conservando a la vez ciertas simetrías.

Dejemos las dos dimensiones y pasemos a las tres, sin olvidar que existe cierta correspondencia entre el llenado de una superficie y el llenado del espacio. Desde hace siglos la humanidad se ha interesado por los minerales: agrupaciones de átomos -llamadas cristales- que se disponen de manera ordenada en configuraciones que se repiten en intervalos regulares. En 1984 los físicos postularon la existencia de un nuevo material, los cuasi-cristales, caracterizado por ser un intermedio entre el orden periódico de los átomos en el estado cristalino y el desorden atómico del estado amorfo. Sus propiedades parecían imposibles, pues tenían simetrías de rotación vetadas a los cristales, como la simetría icosaédrica en el espacio (o la pentagonal en el plano, recuérdese el embaldosado de Penrose). 

La hipótesis requería confirmación experimental, que halló Daniel Shechtman (premiado con el Nobel) en aleaciones sintéticas de aluminio y manganeso enfriadas rápidamente. Sintetizado el nuevo material, los químicos se plantean una nueva pregunta, ¿los cuasi-cristales son estados metaestables, o sea, posibles sólo bajo condiciones controladas o bien se trata de fases estables, como los cristales ordinarios? ¿Puede la naturaleza ayudarnos a revelar el misterio? Si es falsa la primera hipótesis, los cuasi-cristales, igual que los cristales, se formarán en condiciones naturales. Costó hallarlos, porque se forman en condiciones extremas, pero tenaces geólogos los encontraron en meteoritos cuya edad se remonta a unos cuatro mil quinientos millones de años atrás, etapa de formación del sistema solar; allí estaban minúsculos fragmentos (de un milímetro de tamaño) de icosaedrita, un mineral formado por cuasicristales.

Piel ácida, piel saludable

  La piel, el manto ácido que nos envuelve, tiene un pH (escala de acidez) que oscila entre cuatro con siete décimas y cinco con siete décimas. Mantener la acidez de este extenso órgano protector tiene una importancia esencial por varias razones que desglosaré: 1º la reparación y regeneración de la piel dependen de enzimas que necesitan un pH ácido. 2º la integridad de la piel necesita un entorno ácido. La piel se debilita y deshidrata (pierde agua) cuando el pH se vuelve alcalino por dos razones; porque se activan de forma extrema enzimas (proteasas) que destruyen las proteínas cutáneas que, a pH ácido, se ocupan de la descamación normal; y porque se inactivan enzimas que producen ceramidas (que constituyen el cemento de unión entre las células cutáneas). 3º Por último, la defensa antimicrobiana también necesita un pH ácido: porque la acidez favorece el crecimiento de la flora cutánea normal e inhibe el crecimiento de posibles bacterias patógenas, como el estafilococo áureo y el Propionebacterium acnes, ambas favorecidas con el pH neutro o alcalino; y porque la máxima efectividad de la dermicidina, péptido antimicrobiano contenido en el sudor, se logra en medios ácidos. En resumen, un aumento del pH daña, reseca e inflama la piel; no debe extrañarnos que las zonas afectadas por dermatitis, psoriasis, pie de atleta o acné superen la acidez de las zonas sanas de la misma persona.

  Diversas circunstancias pueden alterar la necesaria acidez cutánea. La edad: la acidez de la piel de un recién nacido, o de un anciano, supera el valor habitual, por lo que, en ambos casos, debe extremarse el cuidado. El lugar: la ingle o las axilas tienen un pH más alcalino: eso significa que pueden ser colonizadas por bacterias que producen mal olor: los desodorantes que disminuyen el pH inhibirán el crecimiento de tales bacterias, combatiendo así el mal olor. También afectan al pH de la piel factores externos como los jabones, los cosméticos, las sustancias irritantes y los bactericidas. 

  La piel cuenta con sustancias (tampones, amortiguadores o buffers) para mantener inalterable su acidez; pero si ésta se modifica de forma sistemática, tales mecanismos reguladores son sobrepasados, queda entonces la piel predispuesta a la inflamación y a las afecciones. Para prevenir el daño, cauto lector, elija bien al protagonista de tus rutinas diarias: el jabón; porque si no lo haces, terminas usando uno con un pH muy alcalino. Y ya sabes las consecuencias. 

Ingredientes alergénicos de los cosméticos

  El escritor espera que los fabricantes de un producto empleen los distintos recursos de la propaganda, para intentar venderlo. No espera rigor científico, sino buena retórica, que no tiene que coincidir con la calidad o salubridad del producto. Sin embargo, hay veces, escasas, en las que me sorprende la honestidad de alguna marca; ignoro si sus productos son mejores o peores que la mayoría, pero me reconfortan sus sensatas recomendaciones. Reproduzco las sugerencias de un fabricante de cosméticos: evitar el alcohol y algunos aceites esenciales (fragancias), porque -alegan- sin aportar beneficios perjudican la piel. 

Algunas fragancias, además de los tintes capilares, los conservantes de cosméticos o productos de higiene y los metales son los agentes causantes de alergias de contacto más frecuentes. La piel debe estar hidratada para que funcione correctamente, no hay piel sana sino está bien hidratada; irritantes cutáneos, como ciertas fragancias, el alcohol, la escasez de humectantes naturales, de cerámidas y de sebo, la exposición a rayos ultravioleta, los ambientes muy secos y el uso excesivo de detergentes y jabones secan la piel; lo hacen, porque se pierde más agua de lo normal a través de la epidermis, causa principal de la deshidratación. Cada vez más cosméticos contienen fragancias naturales como sustitutas de las sintéticas; si bien mejoran la percepción del cosmético y aumentan sus ventas, algunas irritan la piel, debilitan la barrera protectora (lo que permite la penetración de moléculas perjudiciales) y pueden causar fotosensibilidad, dermatitis, eccemas y urticaria; además, pueden ocasionar inflamación subclínica, es decir, dañan la piel, aunque no se note. ¡El calificativo de natural no es sinónimo de saludable! El Comité Científico de Seguridad de los Consumidores de la Unión Europea identificó ochenta y dos alérgenos de contacto probados en humanos; reproduzco los de mayor potencialidad alergénica. Entre los extractos naturales (aceites esenciales): jazmín, trementina, sándalo, bálsamo, Evernia (liquen), clavo e ylang ylang; y entre las sustancias aromatizantes individuales: cinamaldehído, alcohol cinamilo, citral, cumarina, eugenol, linalool, limoneno, isoeugenol, hidroxicitronelal, hidroxiisohexil 3-ciclohexeno carboxaldehído (HICC), geraniol y farnesol. 

También debe evitarse el alcohol etílico, componente común de los cosméticos, porque irrita la piel, puede actuar como alérgeno de contacto y debilita la barrera protectora cutánea. 

Más de dos mil quinientos ingredientes se utilizan en los productos perfumados. Dado que pueden causar irritaciones cutáneas o reacciones alérgicas, considero que deberían identificarse todas las sustancias potencialmente alergénicas en los cosméticos.

Química y esquizofrenia

     Vincent van Gogh, Edgar Allan Poe y John Nash padecían esquizofrenia, sin duda alguna. También sin duda, los disidentes políticos soviéticos no eran enfermos mentales; la Asociación Mundial de Psiquiatría condenó, en su Sexto Congreso Mundial, una práctica habitual en la Unión Soviética: el diagnóstico de esquizofrenia para encarcelar a los opositores políticos, prescindiendo de un proceso judicial. Dejemos a un lado los casos claros y centrémonos en los dudosos: ¿Eran esquizofrénicos Hitler o Stalin? ¿Y el Ingenioso Hidalgo de la Mancha quien, en su despedida, exclama “Yo fui loco, y ya soy cuerdo: fui don Quijote de la Mancha, y soy ágora, como he dicho, Alonso Quijano el Bueno”? ¿Padecía una enfermedad mental, don Quijote?

     Los psiquiatras, aunque poco, algo saben ya de la esquizofrenia: se trata de una enfermedad cerebral cuyos pacientes presentan síntomas psicóticos que incluyen alucinaciones (ven o escuchan cosas que no existen), delirios (tienen creencias que, evidentemente, son falsas), dificultad para organizar pensamientos e incapacidad para tomar decisiones. 

     Se desconoce su causa y no hay cura: los medicamentos sólo ayudan a controlar los síntomas. Sin embargo, comienzan a abrirse grietas en el velo de la ignorancia. Se han descubierto dos aplicaciones terapéuticas del receptor de dopamina, una molécula proteica que contienen algunas neuronas del cerebro: las moléculas activadoras del receptor combaten la enfermedad de Parkinson y las inhibidoras mejoran los síntomas de la esquizofrenia. El hecho que los fármacos antipsicóticos induzcan, como efecto secundario, la enfermedad de Parkinson, nos ha proporcionado una nueva idea: tal vez tales anormalidades bioquímicas sean la base de la esquizofrenia. Si los fármacos que bloquean los receptores de dopamina reducen los síntomas de la esquizofrenia, quizá la enfermedad sea una consecuencia de una actividad excesiva de las neuronas sintetizadoras de dopamina en algunas regiones del cerebro; tal exceso liberaría exceso dopamina, lo que conduciría a una excesiva estimulación de los receptores de dopamina. La clorpromacina -fármaco antipsicótico-, al bloquear los receptores, impediría la sobrecarga de estímulos, disminuyendo los síntomas de la enfermedad.

     Después de aludir a la locura del Ingenioso Hidalgo obligatoriamente debo acabar con una nueva cita: “-¡Ay! -respondió Sancho llorando-, No se muera vuesa merced, señor mío, sino tome mi consejo, y viva muchos años; porque la mayor locura que puede hacer un hombre en esta vida es dejarse morir, sin más ni más, sin que nadie le mate, ni otras manos le acaben que las de la melancolía.”

Minerales

     La corteza terrestre está hecha de rocas; y éstas de minerales. Ahora bien ¿qué son los minerales? La Asociación Internacional de Mineralogía (IMA) adoptó (1995) una definición de mineral que, entiendo yo, presenta notables ambigüedades: un mineral es un elemento o compuesto químico, normalmente cristalino, que se ha formado por procesos geológicos. 

    Si se usa la definición actual de cristal (sólido con un patrón de difracción), entre los minerales se incluyen tanto los sólidos cristalinos, como los cuasi cristales. Ahora bien, ¿por qué se considera mineral al ópalo (sílice hidratada), que es un sólido amorfo, si los sólidos amorfos (recuérdese a los vidrios) no presentan patrón de difracción? ¿Por qué se incluye también al mercurio que es un líquido?

    En lo referente a la formación del mineral, excluimos tanto las sustancias sintéticas, sean cementos o aleaciones (por muy cristalinas que sean), como las sustancias biológicas (conchas de moluscos o cálculos renales); sin embargo, de nuevo surgen problemas, porque se aceptan como minerales el ámbar (una resina fósil) y también las calcitas, apatitos o azufre procedentes de organismos. Por último, ¿son minerales los sólidos extraterrestres procedentes de la Luna, los cometas, los asteroides o Marte? ¿Son minerales los hielos -así los llaman los astrofísicos- astronómicos? Entonces, el nitrógeno, agua, amoníaco o metano sólidos también serían minerales…

    Los minerales (sean elementos o compuestos) pueden carecer de fórmula química; otro lío, porque los minerales pueden ser entonces tanto sustancias puras como disoluciones sólidas. Y recuérdese la distinción entre las mezclas desesperadamente complejas que, a primera vista, constituyen la materia natural, como el aire, el vino, la leche, la paella y el granito, y las sustancias puras, como la sal, el agua o el oxígeno, que las componen.

    Y todo esta discusión es necesaria para que los mineralogistas puedan identificar y clasificar las algo más de cinco mil especies minerales aprobadas por la IMA: elementos como el oro, sulfuros como el cinabrio, haluros como la sal de roca, óxidos (e hidróxidos) como el oligisto, carbonatos (y nitratos) como la calcita, boratos como el bórax, sulfatos como el yeso, fosfatos como el apatito, silicatos como los feldespatos y, por último, compuestos orgánicos. Por cierto, no todos son igual de abundantes -los silicatos forman el noventa y cinco por ciento de la corteza terrestre- ni igual de caros: compárese si no, el precio de las esmeraldas con el del cuarzo.

Mosquitos

     Más de tres mil novecientos millones de personas corren el riesgo de contraer dengue, con una estimación de noventa y seis millones de casos anuales. El dato asusta, incluso a un ciudadano que dispone de un buen sistema sanitario. Durante el segundo decenio del siglo XXI, grandes brotes de paludismo y viriasis como el dengue, la fiebre chikungunya, la fiebre amarilla y la enfermedad por el virus de Zika han azotado diferentes poblaciones del mundo, cobrándose multitud de vidas. Todas ellas son enfermedades infecciosas que las propagan seres vivos (vectores).

     Los epidemiólogos han comprobado que muchos de los vectores que pueden transmitir las enfermedades infecciosas entre las personas, o de los animales a las personas, son insectos hematófagos; insectos que ingieren los microorganismos patógenos (sean virus, bacterias o parásitos) junto con la sangre de un portador infectado y que, posteriormente, los inoculan a un individuo sano, al ingerir su sangre. Tengo inquina especial a unos vectores concretos: se trata de los mosquitos de los géneros Aedes, Anopheles y Culex, pertenecientes al grupo de los culícidos. Las hembras de estos insectos se alimentan de la sangre de los animales que pican (e infectan), no así los machos que se nutren del néctar y los jugos de frutas. La lista siguiente espero que justifique las causas de mi aversión: los Aedes transmiten la fiebre amarilla, el dengue, la fiebre del Zika, la fiebre chikungunya y la filariasis linfática (llamada habitualmente elefantiasis y producida por gusanos nematodos); los Anopheles transmiten el paludismo y la filariasis linfática; y los Culex transmiten diversas encefalitis y la filariasis linfática. Unos cuantos datos más añaden argumentos para justificar mi aversión. En todo el mundo se registran cada año (en el segundo decenio del siglo XXI) más de setecientas mil defunciones como consecuencia de enfermedades transmitidas por vectores, aproximadamente una de cada seis enfermedades infecciosas. ¿Las principales? El dengue, la esquistosomiasis, la filariasis linfática, la fiebre hemorrágica de Crimea-Congo, la fiebre amarilla, la tripanosomiasis americana, el paludismo y la tripanosomiasis africana (enfermedad del sueño). Concluiré mi sesgada disertación alegando que todas ellas son enfermedades que dificultan el desarrollo económico de un país, no sólo por los gastos sanitarios directos que ocasionan, sino también por los gastos indirectos, como la baja productividad y la disminución del turismo; por si fuera poco, la mayoría afecta a las poblaciones más pobres, que viven en las zonas tropicales y subtropicales.

Teoría de la relatividad general

     Nadie duda que Albert Einstein haya sido el mayor genio científico del siglo XX. Todos saben, o deberían saber, que él elaboró la teoría de la relatividad; en cambio todos, o casi, ignoran que no existe una, sino dos teorías de la relatividad, la especial publicada en 1905 y la general, conocida en 1915. En la primera, el sabio descubre unas ecuaciones del movimiento, diferentes a las de Galileo aplicables habitualmente; en la segunda, crea una teoría sobre la gravedad distinta a la de Newton. Para distinguir la gravedad clásica de la relativista voy a recurrir a dos experimentos mentales. En el primero tomo dos bolas, una grande y otra pequeña, que coloco encima de una lona elástica; observo que la lona se deforma y, como consecuencia, la bola pequeña se abalanza sobre la grande, hasta que choca con ella. El siguiente experimento mental tomo de nuevo dos bolas, y procuro que ambas, la grande y la pequeña, sean de hierro y estén imantadas; las coloco sobre el suelo y observo que la pequeña se dirige hacia la grande hasta chocar con ella. ¿Cómo explico ambos experimentos? En el segundo caso, argumento que el choque se debe a que ambas bolas se atraen por efecto de una fuerza de atracción magnética. En el primer caso arguyo que el choque se debe a que la deformación de la lona (espacio en el que se encuentran ambas bolas) obliga a que una caiga sobre la otra.

     Según la teoría clásica de la gravedad, una persona que se cae de un edificio se mueve hacia abajo, hasta estrellarse contra el suelo, debido a la atracción gravitatoria que la Tierra ejerce sobre ella; la explicación nos recuerda al segundo experimento mental anterior, con la diferencia que hemos sustituido la atracción magnética por la fuerza de atracción de la gravedad. Ahora bien, Albert Einstein supuso que tal atracción no existe; la persona cae porque la Tierra deforma el espacio que le rodea, como hace la bola que deforma la lona en el primer experimento mental anterior. Ni más ni menos. ¿No hay atracción de la Tierra sobre los objetos? No. ¿El Sol no atrae a la Tierra? No. Ambos astros deforman, por el hecho de existir, el espacio que los rodea, y por eso los objetos que se encuentran en sus proximidades caen sobre ellos. Nada más, nada menos.

Intoxicaciones alimentarias

     Millones de afectados en Europa, y es algo que puede prevenirse, porque, en muchos casos, es una cuestión de higiene. ¿Qué riesgos asumimos en nuestra alimentación? Fundamentalmente tres: las intoxicaciones; las enfermedades infecciosas transmitidas por la comida, ya sean bacterias, virus, parásitos o priones; y la adquisición de resistencia a los antibióticos.

     Únicamente voy a comentar el primero. Todavía se sabe poco sobre las intoxicaciones alimentarias, porque, aproximadamente, se ignora la fuente de seis de cada diez brotes. Sin embargo, ya sabemos que algunas intoxicaciones se deben a las toxinas excretadas por las bacterias que contaminan los alimentos, como la Clostridium botulinum (fabricante de la venenosa botulina), la Clostridium perfringens (habitante del intestino humano y productor de enterotoxinas) y el Staphylococcus aureus (que contiene uno de cada tres humanos y elabora la enterotoxina estafilocócica). Miles de siberianos fallecieron, durante la segunda guerra mundial, debido al consumo de cereales infestados por las toxinas producidas por los hongos Fusarium. Sí, el consumo de alimentos contaminados por hongos es imprudente, porque ingerimos las venenosas micotoxinas sintetizadas por ellos; concretamente, los más afectados por los hongos Aspergillus, productores de las cancerígenas aflatoxinas, son los cereales (maíz, arroz, trigo), las oleaginosas (olivo, soja, girasol), las especias (chile, pimienta negra, coriandro, cúrcuma, jengibre) y los frutos secos (almendras, avellanas cacahuetes, pistachos, nueces, cocos). 

    El propio alimento puede contener toxinas de forma natural, sin necesidad de importarlas mediante un agente externo. La intoxicación denominada ciguatera se debe a la ingestión de peces que viven en los arrecifes coralinos; peces que se alimentan con dinoflagelados poseedores de toxinas. Los japoneses tienen exquisito cuidado cuando degustan el pez globo; si el pescado no se manipula bien, el comensal se envenenará con la mortal tetrodotoxina. Las flores de los rododendros contienen grayanotoxina: absténgase el sibarita de la miel obtenida de tan hermosas y letales flores. La escombroidosis, una intoxicación alimentaria que recuerda a una reacción alérgica, se debe al consumo del atún, bonito y caballa, también del salmón, sardina o arenque conservados de forma inadecuada; en la carne de estos peces, si no está correctamente refrigerada, se forma un exceso de histamina. Para prevenir el envenenamiento de los comensales, los mariscadores no deben recolectar mejillones, si estos han adquirido toxinas durante las mareas rojas. Por último, resulta fácil evitar los venenos que contienen las setas: no deben degustarse si un experto no ha garantizado su salubridad.
     Sibarita lector, la seguridad en la alimentación también es asunto tuyo. 

Electricidad animal

     Tanto para la defensa y captura de presas, como para su orientación en aguas turbias, la anguila eléctrica del Amazonas emite descargas eléctricas de alto voltaje (seiscientos voltios) y baja intensidad que, aunque no son mortales para nosotros, llegan a paralizar a un cocodrilo. Tienen la misma utilidad las descargas a doscientos veinte voltios que produce el pez torpedo (también llamado raya eléctrica). Imita a ambos animales el pez nariz de elefante; no obstante, no me imaginaba que, en Alemania, utilizasen la mayor o menor cantidad de las descargas eléctricas que emite, para detectar ciertos contaminantes químicos en el agua de abastecimiento a las ciudades. Si bien el tiburón y la raya no emiten electricidad, detectan, sin embargo, campos eléctricos; y lo hacen porque contienen electrorreceptores muy sensibles, en su cabeza, que usan para localizar a sus presas. ¿Qué perciben estos bichos singulares? Cualquier célula contiene una disolución salina cuya concentración difiere de la del agua marina; esto produce una diferencia de potencial entre ambas; en consecuencia, cada una de las células, y el animal marino en conjunto, se comporta como una débil pila, que genera un minúsculo campo eléctrico a su alrededor, que el escualo es capaz de detectar. Los biólogos diseñaron un experimento para que no cupiese la menor duda de tal capacidad: un tiburón cautivo localizó y atacó electrodos activos enterrados en la arena de un acuario. El refinamiento de la sensibilidad eléctrica de estos animales, si no se hubiera medido, resultaría increíble: tanto es así que pueden detectar campos eléctricos equivalentes al conseguido si tomásemos una pila eléctrica de voltio y medio, y sumergiésemos uno de los polos en Cádiz y el otro en Tenerife.

     Media docena de especies de tiburones atacan a los humanos con frecuencia: el tiburón azul (tintorera), el tiburón oceánico, el tiburón blanco, el tiburón mako (marrajo), el tiburón tigre y el tiburón toro. Tal vez el uso de los campos electromagnéticos como repelentes impida que éstas seis especies ataquen a los humanos… e imposibilite que los humanos diezmen a las más de trescientas setenta especies de tiburones restantes, téngase presente que se estima en más de cien millones al año, el número de piezas capturadas. Después de todo, si bien algunos tiburones son pescados para el consumo humano, las artes de pesca habituales equipadas con repelentes eléctricos impedirían la captura de otros escualos no deseados.

Importancia biológica de las RNS y ROS

     Las especies químicas reactivas de oxígeno y las especies químicas reactivas de nitrógeno -nombradas colectivamente como ROS / RNS- son compuestos simples que dañan las biomoléculas constituyentes de las células del organismo. ¡Nada más, nada menos! Por eso, merecen un comentario.

     Las especies reactivas de nitrógeno son una familia de moléculas derivadas del óxido nítrico; un compuesto producido por la enzima óxido nítrico sintetasa (NOS) que se encuentra en las células del sistema inmunitario (macrófagos), en las células de los vasos sanguíneos (que regulan el tono del músculo liso y, por ello, la presión arterial) y en algunas neuronas. El óxido nítrico formado reacciona rápidamente con el superóxido (una especie reactiva de oxígeno) para formar peroxinitrito; el cual es capaz de atravesar las membranas celulares para, una vez dentro de la célula, bien reaccionar directamente con algunas biomoléculas o bien hacerlo con moléculas pequeñas capaces de formar especies reactivas de nitrógeno adicionales; reacciones que afectan a la estructura y función de las proteínas y, por ello, causan cambios tanto en los componentes celulares como en la actividad de los enzimas. Se ha averiguado ya que el óxido de nitrógeno interviene en la actividad del sistema inmunitario y en los procesos que atañen a las enfermedades cardiovasculares, pero se ignora todavía cómo participa en las enfermedades neurodegenerativas. 

     Las especies reactivas del oxígeno (ROS), como los peróxidos, el anión superóxido, el radical hidroxilo, el oxígeno atómico o el ozono, se forman como subproductos del metabolismo normal del oxígeno o son sintetizadas por las enzimas NADPH oxidasas (NOX). Enzimas que no sólo regulan el crecimiento, la diferenciación celular, el suicidio celular (apoptosis) y la remodelación del citoesqueleto, sino también participan en la defensa inmunitaria, el control del tono vascular y la formación de la hormona tiroidea. ¿A qué se debe que intervengan en funciones fisiológicas tan variadas? A que las ROS reaccionan con una gran variedad de biomoléculas celulares alterando su función. Y no sólo eso, durante los momentos de estrés ambiental -tales como la exposición a los rayos ultravioleta, al calor, a los contaminantes químicos, al tabaco, al humo, a las drogas o a los xenobióticos- aumenta excesivamente la cantidad de ROS (fenómeno conocido como estrés oxidativo): se dañan, entonces, las células e, incluso, pueden morirse debido a la oxidación masiva de sus moléculas componentes; en consecuencia, los órganos se deterioran y el organismo enferma.