Epigenoma

La idea que se tenía en el siglo XX de que los seres humanos son lo que está escrito en nuestros genes ha cambiado; porque la bioquímica ya ha logrado descifrar algunas de las pequeñas modificaciones químicas capaces de regular la expresión de los genes. Aclaremos. El genoma humano, que hace único a cada individuo, consiste en el ADN; que contiene las instrucciones para elaborar las proteínas que ejecutan las diversas funciones celulares. Un ser humano tiene treinta y siete billones de células, de unas doscientas especializaciones diferentes -músculos, epitelios, huesos, sangre o cerebro-, pero todas contienen el mismo genoma, las diferencias consisten en los genes que se activan o desactivan en cada una de ellas. Por ejemplo, sólo los linfocitos B fabrican anticuerpos y sólo los glóbulos rojos la hemoglobina transportadora de oxígeno. Pero hay más factores que intervienen: el epigenoma, el conjunto de compuestos químicos que pueden unirse al ADN, que activa o desactiva los genes. Cuando los compuestos epigenómicos -de los alimentos, medicinas o plaguicidas- modifican la función del ADN, sin cambiar su secuencia, se dice que marcan el genoma; y lo hacen de dos maneras principales. Unos marcadores químicos se unen a la molécula de ADN -la metilan- de tal manera que activan o desactivan genes, al perturbar las interacciones entre el ADN y algunas proteínas. El segundo tipo de marca consiste en la modificación de histonas: el ADN está enrollado alrededor de unas proteínas llamadas histonas; marcas en las histonas determinan si una región del ADN debe activarse o no.

El epigenoma puede cambiar durante la vida; factores medioambientales, tales como el hecho de fumar, la alimentación y las enfermedades infecciosas condicionan respuestas químicas que, a menudo, producen cambios en el epigenoma, algunos de los cuales perjudican la salud. ¿Se heredan los cambios? Una parte del epigenoma se borra cuando los padres pasan su genoma a sus descendientes; no obstante, bajo ciertas circunstancias, algunos marcadores químicos de los óvulos y espermatozoides pasan a la siguiente generación; porque sabemos que, si una célula se divide, las marcas pasan de una célula a otra. 

Hasta hace poco, los científicos pensaban que las enfermedades eran causadas principalmente por alteraciones en el ADN, por agentes infecciosos como las bacterias y virus o por agentes ambientales; ahora, deben añadir los cambios en el epigenoma. La epigenómica se ha convertido en un campo de trabajo esencial para mejorar la salud humana. 

Agujeros blancos

        Desde el año 2019 existe una prueba visible de la existencia de los agujeros negros, soluciones de las ecuaciones de la teoría de la relatividad de Einstein (publicada en 1916); sí, los físicos tardaron en convencerse de su existencia real. Una historia similar podría suceder con los agujeros blancos, también soluciones de la teoría de la relatividad, e igual de exóticos que sus hermanos negros, con la singularidad que evolucionan al revés. Sin embargo, para un observador son difíciles de distinguir: ambos tienen masa, gravedad, discos de acreción y objetos rotando alrededor; la diferencia consiste en que mientras entra materia en uno, en el otro sale; una nave cercana también notaría cambios, en un caso podría entrar, pero no salir, en el otro ni siquiera sería capaz de entrar. 

        Sabemos cómo pueden nacer los agujeros negros: durante el colapso del núcleo de una estrella muy masiva al llegar al final de su vida; pero albergamos dudas sobre la existencia de los agujeros blancos, porque ignoramos cómo podrían formarse. Algunos físicos (los expertos en la gravedad cuántica de bucles), forzando la imaginación, han apuntado la posibilidad de que los agujeros negros podrían morir y convertirse en agujeros blancos. La teoría de la relatividad es incapaz de pronosticar lo que ocurre en el centro de un agujero negro; porque cuando la gravedad es muy intensa no es posible ignorar los efectos cuánticos; postulemos entonces que el espacio-tiempo es cuántico (así lo considera la gravedad cuántica de bucles); como consecuencia, la materia en el interior del agujero negro formaría un objeto de tamaño mínimo y densidad extrema, pero finita (cinco seguido de noventa y seis ceros unidades del sistema internacional, algo así como cien mil trillones de soles encajados en un núcleo atómico); la gravedad cuántica ejercería la presión suficiente para impedir el colapso total. ¿Qué sucedería después? En algún instante ocurre una transición cuántica, el espacio-tiempo cambia su geometría, y el agujero negro se convierte en un agujero blanco, regurgitando la materia caída en él; se trata del fenómeno -llamado efecto túnel- que ocurre en la radiactividad. Los agujeros negros, una vez devorada toda la materia que les rodea, van reduciendo su tamaño y evaporándose; y a medida que se vuelven más pequeños aumenta la probabilidad de que se conviertan en agujeros blancos.

        Esperamos que más pronto que tarde, los astrónomos tengan pruebas que confirmen la existencia de estos exóticos astros. 

Origen de los virus

Una de las propiedades más singulares de los virus consiste en que, además de ser las entidades biológicas más abundantes, son extraordinariamente diversos: unos, como el poliovirus, tienen genomas de ARN, otros, como el virus del herpes, de ADN; el genoma de éstos (la influenza) es monocatenario, el de aquéllos (la viruela) bicatenario; también sus estructuras y estrategias de replicación son igualmente diversas. Con todo, comparten ciertas características: suelen ser bastante pequeños, su tamaño es menor de dos décimas de micrómetro; sólo se replican dentro de una célula; y ninguno contiene ribosomas, un componente de la maquinaria celular de producción de proteínas. Por todo ello, el origen de los virus resulta un tema fascinante: un dos por ciento de la secuencia genómica separa los humanos y chimpancés, divergencia que tardó ocho millones de años en concretarse; para cambiar el mismo porcentaje de su genoma, el dos por ciento, los poliovirus tardan ¡cinco días!. Imagínese el sabio lector lo que puede hacer los virus en millones o miles de millones de años; desgraciadamente no hay fósiles para comprobarlo. Por todo esto, el estudio del origen se ha limitado a interpretar los genomas y proteínas de los virus existentes. Aunque el tema está envuelto en un mar de conjeturas, los expertos debaten entre tres hipótesis: quizá los virus hayan sido precursores de la vida, tal vez organismos previamente libres que se convirtieron en parásitos, acaso elementos genéticos que consiguieron la capacidad de moverse entre las células.
La existencia de genes compartidos por una amplia variedad de virus, que faltan en los genomas celulares sugiere un mundo antiguo de virus; es posible que haya habido un flujo ininterrumpido de genes víricos desde la etapa precelular de la vida hasta nuestros días. Este concepto proporciona una pieza más en la imagen emergente del comienzo de la historia de la vida: tal vez los virus se originaron en la etapa previa a la existencia de las células modernas. La mayoría de los biólogos consideran que los seres vivos, con ARN, ADN y proteínas, se originaron en un mundo más simple que contenía sólo ARN primordial. Los datos sugieren que la evolución, en la que intervinieron los virus, se produjo en varios pasos: al mundo de ARN le siguió uno de ARN y proteínas, al que, a continuación se incorporó el ADN; si esto sucedió dentro o fuera de las células está por dilucidar. 

Imprescindible mecánica

En el mundo contemporáneo, cualquier persona culta debe tener un conocimiento básico de la estructura del universo y de sus leyes; por ello, el proyecto 2061 de la American Asociation for the Advancement of Science recomienda el estudio y comprensión del movimiento. Un estudio que engloba tanto la descripción del movimiento como la elucidación de sus causas, las fuerzas. Nada tengo que decir del primer aspecto, sí sobre el segundo ¿Cómo se aborda la comprensión de las fuerzas en cualquier introducción a la física? Se exhiben las tres leyes del movimiento de Newton, como si fueran unos axiomas de Aristóteles o las verdades del Evangelio cristiano. Aparecen las ecuaciones, dogmáticamente, milagrosamente, y con ellas se resuelven todos los problemas acerca de los movimientos que se presentan en la naturaleza. Esta manera de iniciar una ciencia fundamental para el entendimiento del entorno no parece ser la más oportuna, si queremos incidir en su base experimental.

Tal vez otra podría ser la iniciación a la dinámica; posterguemos las leyes de Newton y empecemos con el estudio de las leyes de conservación de la energía, del momento lineal y del momento angular. Recuerdo al profano que, para los físicos, una ley de conservación significa que existe un número que se puede calcular en un momento concreto, y que mientras la naturaleza se transforma, el número permanece invariable en cualquier momento posterior. La razón esencial de mi elección es que podemos justificar las leyes de conservación, tanto desde el punto de vista experimental como teórico. En lo que concierne al primero se pueden mencionar los experimentos y leyes de Mayer, Joule y Helmholtz sobre la energía; de Descartes, Huygens, Wallis y Wren sobre el momento lineal; y de Kepler sobre el momento angular. La propia naturaleza del universo también nos permite justificar las leyes de conservación de una manera teórica: si el espacio es homogéneo y uniforme (debido a la invariabilidad de las leyes físicas ante la translación), se deduce que el momento lineal se conserva; si el espacio es isótropo (debido a la invariabilidad de las leyes físicas ante una rotación), se deduce que el momento angular se conserva; y si las leyes físicas son invariables en el tiempo, se deduce que la energía se conserva. 

Por último, si alguien argumenta que el intuitivo concepto de la fuerza resulta imprescindible para entender la dinámica, le recuerdo que puede deducirse, fácilmente, de la ley de conservación del momento lineal.