Complejidad

Albert Einstein realizó contribuciones fundamentales a dos fronteras de la ciencia del siglo XX: la teoría de la relatividad nos ayudó a entender el universo a gran tamaño y su hipótesis sobre la luz inició el camino para comprender el diminuto mundo de los fenómenos cuánticos. Entre ambas escalas existe una zona intermedia, en la que se sitúan los sistemas complejos, tales como los fenómenos biológicos o el procesamiento de la información en el cerebro, también las transiciones de fase, los fenómenos fuera de equilibrio, la autoorganización, la formación de patrones y los sistemas heterogéneos; de su estudio ha emergido una nueva física, la  complejidad, que se ha desarrollado de una manera espectacular en el siglo XXI. Cabe pensar que, si el sabio viviera hoy, también exploraría esta nueva frontera del conocimiento, un tema que ya había tratado en su investigación sobre el movimiento browniano, las fluctuaciones o la opalescencia. 
Philip W. Anderson (premio Nobel de física en el 1977), en un artículo titulado Physics: The Opening to Complexity (1995), señala: “Otro gran número [de físicos] se dedican a otro tipo de investigación fundamental: la investigación de fenómenos que son demasiado complejos para ser analizados de modo sencillo por simple aplicación de las leyes fundamentales. Estos físicos están trabajando en una nueva frontera entre lo misterioso y lo conocido: la frontera de la complejidad. En esta frontera, la consigna no es el reduccionismo, sino la emergencia. Los fenómenos complejos emergentes bajo ningún concepto violan las leyes microscópicas, sin embargo no aparecen como consecuencias lógicas de estas leyes.” “La tarea central de la física teórica de nuestro tiempo ya no es escribir las ecuaciones últimas, sino más bien catalogar y entender el comportamiento emergente en sus muchas formas, incluyendo potencialmente a la misma vida”.
¿Qué es la emergencia, idea fundamental que aparece en el estudio de la complejidad? El surgimiento de propiedades que provienen de la dinámica colectiva de los componentes de un sistema: estructuras, patrones o características nuevas que surgen durante el proceso de autoorganización; como pueden ser los fenómenos físicos de la superfluidez y superconductividad. Todo esto significa que un sistema complejo exhibe un comportamiento que ninguno de sus componentes posee o, dicho con sencillas palabras, que el todo es más que la suma de sus partes. ¿Que el intrigado lector quiere conocer sistemas complejos? El tiempo atmosférico, los terremotos y volcanes, los ecosistemas, los seres vivos, la conciencia, las sociedades o las ciudades. 

Procesar alimentos con presión

Los moradores de la Tierra sentimos en su superficie la presión del aire atmosférico: cien kilopascales marcan los barómetros, poco más, poco menos; en un autoclave la presión se duplica o triplica, en la fosa de las Marianas, la zona más profunda de nuestro planeta, la lectura de un manómetro supera más de mil veces la del nivel del mar; la síntesis de diamantes requiere presiones cincuenta o sesenta mil veces mayores. Y en el centro de la Tierra la presión es inmensa: tres millones y medio mayor que el valor que habitualmente se mide en la superficie. 
Para poner en el mercado productos más naturales que en el pasado e igual de seguros, la industria de alimentos ha buscado técnicas innovadoras: el procesado por altas presiones (HPP) es una de las que mayor éxito ha tenido en el siglo XXI. Si bien los ingenieros alimentarios conocen el efecto de las altas presiones sobre la comida desde el siglo XIX: sabían que las presiones superiores a los cuatrocientos megapascales inactivan los virus, bacterias, mohos, levaduras y parásitos presentes en los alimentos; hasta el año 2000 no han desarrollado los aparatos que permiten el procesado de por altas presiones en las industrias de alimentación. La técnica operativa consiste en lo siguiente: el alimento, metido en su envase final, flexible, y a la temperatura del ambiente, se somete, durante un tiempo que oscila de unos segundos a unos minutos, a una presión (transmitida por el agua), de seiscientos megapascales; recuerde el curioso lector que se conseguiría el mismo efecto sumergiendo el producto a sesenta kilómetros bajo el nivel del mar -si existiera en la Tierra océanos que tuvieran tal profundidad-. 
La tecnología HPP permite aumentar la vida útil del alimento, garantizando su seguridad y, al mismo tiempo, manteniendo los ingredientes del producto fresco y preservando sus características sensoriales. La gran ventaja consiste en que prescinde del tratamiento térmico o químico para garantizar la seguridad alimentaria: representa, por tanto, una alternativa eficaz a los tratamientos tradicionales ya sean térmicos -calentando- o químicos, con conservantes y aditivos artificiales. 
Los productos cárnicos y sus derivados han sido los principales beneficiados de la nueva tecnología: jamón en lonchas o entero, cortes de pollo o pavo procesados por alta presión ya pueden encontrarse en el mercado; el sibarita lector también puede degustar, entre otros productos, zumos, salsas y ensaladillas procesados con este innovador método. 

Glicina y artrosis

Para vivir, cualquiera de nosotros necesita proteínas; grandes moléculas que nuestras células fabrican con sus componentes, los aminoácidos. Ahora bien, el organismo es capaz de fabricar los aminoácidos, pero no todos, es imprescindible ingerir en la dieta éstos últimos. ¿Cuáles? Conocíamos la lista de los aminoácidos esenciales, hasta que el profesor Enrique Meléndez-Hevia y sus colaboradores han demostrado que hay que modificarla: la glicina debe cambiar de estatus, hay que considerarla un aminoácido esencial porque, aunque nuestro metabolismo la fabrica (rompiendo el aminoácido serina con la ayuda de la vitamina ácido fólico), no sintetiza la cantidad necesaria.
La carencia persistente de la glicina altera varias rutas metabólicas puesto que es necesaria para la síntesis de hemoglobina, de citocromos, de nucleótidos y de creatina, también es un neurotransmisor y se requiere para la eliminación de colesterol (como sal biliar del ácido glicocólico). Sin embargo, el principal proceso afectado por la carencia es la síntesis de colágeno (la tercera parte de sus aminoácidos son glicina), que gasta más del noventa por ciento de la glicina disponible; resulta lógico deducir que la síntesis deficiente de esta proteína esencial del cartílago articular ocasiona muchos problemas en la salud: enfermedades consideradas degenerativas como la artrosis y osteoporosis, la debilidad de las articulaciones, y la propensión a lesiones musculares, roturas de huesos y esguinces de tobillo quizá sean enfermedades carenciales, que se deban a la escasez de la glicina, como lo es el escorbuto, causado por la falta de vitamina C. 
Más de la mitad de la población española mayor de sesenta y cinco años y ocho de cada diez que superan los setenta y cinco padecen artrosis (desaparece el cartílago articular hasta dejar expuesto el hueso). Desgraciadamente la enfermedad no tiene cura: se trata con analgésicos y antiinflamatorios, que sólo alivian el dolor, pero no reparan el daño en el cartílago. Quizá exista un déficit de glicina en los enfermos ha propuesto la investigadora Patricia de Paz: porque -ha estimado- mientras que se necesitan quince gramos diarios de glicina, sólo se sintetizan de dos a tres y una dieta normal aporta otros dos o tres. Se trata de una hipótesis que ha intentado demostrar realizando un experimento con voluntarios: ha observado que la administración diaria de cierta dosis de glicina (diez gramos) mejora estas dolencias en un plazo inferior a cuatro meses. 
En resumen, las carencias de glicina, que repercuten en la salud, podrían resolverse aumentando su ingestión diaria.

Primer superconductor a temperatura ambiente

Observar la superconductividad a temperatura ambiente es un desafío que la física experimental tiene planteado desde el 1911; año en el que Kamerlingh Onnes notó que la resistencia eléctrica del mercurio se anulaba por debajo de doscientos sesenta y nueve grados bajo cero. En el año 2020, Elliot Snider y otros investigadores han llegado a la cima: han observado que la resistencia eléctrica de una mezcla de hidrógeno, azufre y carbono se vuelve cero, a quince grados centígrados… y doscientos sesenta y siete gigapascales de presión. La matización es importante: porque la superconducción se detecta sólo bajo una enorme presión, que sobrepasa dos millones seiscientas mil veces la presión atmosférica al nivel del mar, un valor cercano al del centro de la Tierra. 
Hasta ahora la superconductividad era un fenómeno ligado a las temperaturas muy bajas y muy costoso, porque requiere helio líquido (que está a doscientos sesenta y nueve grados bajo cero) para enfriar los materiales: por ello se utiliza en contadas aplicaciones. A finales del siglo XX se descubrieron nuevos superconductores, llamados de alta temperatura: porque funcionan a temperaturas superiores a la del nitrógeno líquido (ciento noventa seis grados bajo cero); esto ha abaratado el coste; la desventaja de los nuevos materiales es que su composición -son cerámicas- los vuelve inapropiados para fabricar cables; no obstante, cabe citar que ya se han desarrollado técnicas para conseguir cables kilométricos; con todo, incluso los mejores materiales cerámicos de óxidos de cobre, operan por debajo de ciento cuarenta grados bajo cero. Ya en el siglo XXI, algunos físicos comenzaron a sospechar que los materiales ricos en hidrógeno podrían ser superconductores a temperaturas más altas de lo que se creía posible; y así, en 2015, se observó que un compuesto de hidrógeno y azufre era superconductor a setenta grados bajo cero, si se sometía a alta presión; y en el 2020, se alcanzó la buscada superconductividad a la temperatura del ambiente. 
El erudito lector sabe que los superconductores tienen aplicaciones tecnológicas: se utilizan en los trenes maglev (que utilizan imanes para la sustentación y propulsión por levitación magnética), en máquinas para hacer resonancias magnéticas nucleares en los hospitales; en emisores de telefonía móvil y en generadores eléctricos de alto rendimiento para turbinas eólicas; pero su utilidad todavía es limitada. Los superconductores a la temperatura ambiente y a las presiones habituales, o sea materiales que conducen la corriente eléctrica sin pérdidas de energía, revolucionarían la industria. 

Mielina

Cuando describimos un cerebro es habitual referirnos a la materia gris, ignorando que también existe la materia blanca. ¿Cuál es la diferencia? El microscopio nos aclara que las zonas en las que se encuentran concentrados los núcleos de las neuronas suelen tener un color grisáceo, mientras que las áreas por las que pasan los axones son de color blanquecino. Una célula nerviosa contiene un núcleo, unas ramificaciones y una larga prolongación llamada axón; alrededor de él, muchas neuronas tienen un material blanco -la mielina-, formado por grasas y proteínas, que lo aísla del líquido en el que están inmersas las células. La mielina -decía- envuelve los axones, formando vainas con forma de salchicha, cuya función consiste en facilitar la transmisión de los impulsos nerviosos; el valor añadido que aporta la envoltura consiste en aumentar la velocidad de propagación de las señales eléctricas que atraviesen las neuronas; si la quitáramos, las señales irían más lentas o, incluso, podrían desaparecer. La vaina de mielina tiene una peculiaridad: no es una envoltura continua a lo largo del axón, quedan regiones descubiertas (llamadas nódulos de Ranvier) que permanecen en contacto con el líquido extracelular; su existencia es imprescindible: porque en estos espacios se encuentran los canales iónicos por los que algunos iones entran y salen de la neurona; iones que refuerzan la señal eléctrica y impiden que se atenúe. Esto significa que el impulso nervioso -la señal- va saltando de un nódulo a otro, y atraviesa así toda la longitud del axón, sin perder intensidad.
Unas células especiales del cerebro (apellidadas gliales) se encargan de envolver el axón con las vainas de mielina; pero no lo hacen con cualquiera, se esmeran (aumentan el grosor de la capa) en las neuronas que despliegan actividad eléctrica. Como los neurólogos saben que cuanto más gruesa es la funda de mielina más rápida es la conducción; han deducido que la mielina, considerada un aislante inerte durante mucho tiempo, desempeña un papel esencial en el aprendizaje y la memoria: porque regula la velocidad con que las redes neurales transmiten la información.
La mielina no sólo afecta al buen funcionamiento del cerebro, los patólogos han comprobado que existen graves enfermedades relacionadas con ella: las desmielinizantes (como la esclerosis múltiple) y las dismielinizantes: en las primeras, el proceso patológico va dirigido contra la mielina sana, en las segundas, el defecto está en su formación. Por desgracia, todavía ignoramos sus tratamientos.