Electricidad neuronal

Sabemos que nuestro cerebro nos diferencia del resto de los seres vivos de la biosfera; se trata de un órgano que contiene una red de ochenta y seis mil millones de neuronas, en el que cada una establece conexiones con entre mil y diez mil neuronas. La conexión, sin contacto físico, se establece porque una de las neuronas emite unas moléculas, que denominamos neurotransmisores, que captan los receptores de la otra. ¿Qué diferencia a una neurona de cualquier otra célula del cuerpo? Conduce la corriente eléctrica. Tal vez el curioso lector se pregunte cómo lo hace.
Recordemos que tanto un metal como el agua salada son conductores de la electricidad, aquél mediante electrones, ésta mediante átomos cargados, que llamamos iones; las neuronas usan el segundo mecanismo; y emplean tres clases de iones positivos diferentes -sodio, potasio y calcio- para ejecutar su cometido. Antes de continuar, aclaremos que hasta el setenta por ciento de energía que consume una neurona nuestra cualquiera se emplea en mantener activa una proteína situada en su membrana externa, la bomba de sodio potasio, que expulsa tres iones sodio hacia afuera de la célula por cada dos iones potasio que introduce; en la membrana neuronal también hay unas proteínas que son canales de fuga -agujeros- de iones potasio, siempre abiertos. Ambos dispositivos generan un potencial eléctrico negativo -sesenta milivoltios- dentro de las células. Además, en la membrana neuronal hay tres canales iónicos -de sodio, potasio y calcio-, tres compuertas proteicas que se abren o cierran, reguladas por el voltaje. 
Se inicia un impulso nervioso, cuando el potencial eléctrico de la membrana neuronal se vuelve menos negativo, se abre entonces el canal de sodio, entran iones sodio positivos en la célula, cuyo interior se vuelve positivo; inmediatamente se abre el canal de potasio, salen iones potasio positivos, y se recupera la negatividad inicial; ambos flujos iónicos constituyen la señal eléctrica que recorre la neurona hasta su terminal; ahí, la señal eléctrica abre un canal de calcio, calcio que, al entrar en la neurona, impulsa la liberación de las moléculas neurotransmisoras. Una vez fuera, los neurotransmisores recorren la ínfima distancia que separa una neurona de la otra. Al llegar a la segunda neurona se unen a una proteína receptora, otro canal iónico que, al contacto con el neurotransmisor, se abre, entran iones positivos que vuelven menos negativa a la neurona y se inicia un nuevo impulso nervioso.

Agujeros negros galácticos

Las grandes galaxias que existen en el universo, cada una compuesta por cientos de miles de millones de estrellas, se encuentran dispersas por el vacío, como islotes en el océano Pacífico… no estacionarios, porque el espacio entre las galaxias se expande y, por tanto, las galaxias se separan.
Una piedra que cae en la Tierra adquiere energía debido a la gravedad, energía que se convierte en movimiento y después en calor, debido a los choques entre los átomos de la piedra y del suelo que provocan un diminuto aumento de temperatura. En resumen, la energía gravitatoria de la piedra se ha transformado en energía cinética y ésta en calor. En el espacio, cuando una enorme nube de gas se contrae para formar una galaxia, sucede lo mismo, a escala mucho mayor. Llamamos cuásar al centro brillante de una galaxia, muy distante, a miles de millones de años luz, que emite mucha más radiación que una galaxia ordinaria como la nuestra (la multiplica por más de cien); y toda esa energía proviene de una región cuyo tamaño es menor que el sistema solar; o sea, dos cienmilésimas del tamaño de la Vía Láctea.
    Sí, igual que las estrellas explotan, ahí están las supernovas para testificarlo, también el centro de las galaxias explota. Aseguramos que los centros de las grandes galaxias son gigantescas centrales energéticas. Se forman por el colapso de una nube de gas cuya masa supera la de cien millones de soles; su centro -un agujero negro-, rodeado por un disco de gas (disco de acreción), engulle materia. En cada bocado que traga -equivalente a la masa de varios soles- convierte parte de la energía gravitatoria en movimiento del gas que, por fricción, calienta el material circundante; y emite un chorro de radiación a lo largo de los polos. En pocas palabras, el agujero negro transforma energía gravitatoria en radiación. Si bien casi todas las grandes galaxias, aproximadamente dos billones en el universo visible, tienen un agujero negro central, no todas muestran la misma actividad energética en su centro. La diferencia entre la violencia que muestran los cuásares y la tranquilidad de la nuestra se debe a que el agujero negro de la Vía Láctea -su masa asciende a cuatro millones de soles- ya ha engullido todo el material circundante y no le queda gas con que alimentarse. ¡Qué le vamos a hacer!

Borrar la memoria humana

El trastorno de estrés postraumático es una afección humana desencadenada al experimentar sucesos traumáticos, que provocan miedo y ansiedad intensa, sucesos que se reviven años después con la misma intensidad emocional y generan recuerdos persistentes. Afortunadamente ya puede tratarse con fármacos que afectan a la memoria. Tanto el propranolol como el ZIP (zeta inhibitory peptide) modifican un recuerdo previo si se administran justo después de que el sujeto evoque dicho recuerdo; sin embargo, el mecanismo de funcionamiento de ambas moléculas es muy diferente. El propranolol es un antagonista -bloqueante- de los receptores beta-adrenérgicos; en consecuencia, impide que los neurotransmisores adrenalina y noradrenalina activen tales receptores (abundantes en el centro cerebral del miedo -la amígdala- y en el centro cerebral de la memoria -el hipocampo-) y transmitan los impulsos nerviosos que refuerzan la carga emocional del recuerdo. El ZIP es un inhibidor de la enzima PKM zeta, que mantiene almacenados los recuerdos a largo plazo en las neuronas.
¿Por qué el propranolol se prefiere al ZIP para tratar el estrés postraumático? Por seguridad, ética y selectividad. El propranolol fue aprobado para el tratamiento humano hace más de medio siglo, por lo que se conocen sus efectos secundarios, toxicidad y eliminación; el ZIP se ha probado en animales, no en los humanos. Aquél es un agente lipofílico que puede atravesar la barrera hematoencefálica; éste es un péptido sintético que requiere administración directa en el cerebro. El propranolol no borra el recuerdo, pues el sujeto sigue sabiendo qué pasó, no obstante, el fármaco bloquea la respuesta de la adrenalina en la amígdala; esto permite que la persona evoque el trauma sin sufrir un ataque de pánico; durante el tratamiento el paciente describe su trauma brevemente, esto abre el recuerdo; como la ingestión de propranolol bloquea los receptores beta-adrenérgicos, al volver a guardarse (reconsolidarse) el recuerdo se almacena con menos carga emocional. El ZIP, en cambio, elimina los recuerdos de forma masiva e indiscriminada; pero el borrado de una parte de la memoria plantea dilemas éticos graves, ¿quién decide qué recuerdos deben eliminarse?, además, podría borrarse información esencial. En resumen, se prefiere al propranolol porque es una herramienta de ayuda al paciente para que supere el trauma; mientras que el ZIP funciona como un borrador cuyo impacto en el cerebro humano es impredecible y potencialmente peligroso; aquél preserva la historia personal, en éste hay riesgo de pérdida de identidad.

Agujeros negros estelares

Los astrónomos saben que una estrella, acabado su combustible nuclear, se contrae debido a su gravedad hasta formar una enana blanca o una estrella de neutrones. Pero si la masa de la estrella moribunda supera cierto límite, la gravedad es tan grande que no hay fuerza que detenga su colapso y la estrella se contrae indefinidamente. El constructor de la primera bomba nuclear, Robert Oppenheimer, escribió en fecha tan temprana como 1939: “Agotadas todas las fuentes de energía termonuclear, una estrella suficientemente pesada colapsará. Esta contracción proseguirá indefinidamente.” La luz de la estrella moribunda se irá enrojeciendo hasta que toda su energía se haya consumido antes de escapar, entonces la luz se habrá desvanecido. La estrella colapsada nada emitirá, se ha vuelto negra e indetectable: se trata de un agujero negro.
Hay muchos agujeros negros en la Vía Láctea, los astrónomos sospechan que cien millones; incluso, probablemente, existirá un agujero negro cerca de nosotros, a quince años luz, pero indetectable. Sí, porque la inmensa mayoría son solitarios y, por tanto, indetectables; apenas podemos detectar unos pocos miles. Habitualmente medirán treinta kilómetros de diámetro y contendrán diez masas solares. En uno de ellos me voy a fijar. Los astrónomos descubrieron en el cielo fuentes emisoras de rayos X, formadas por una pareja de estrellas muy cercanas, que giran una alrededor de la otra debido a su mutua atracción gravitatoria: una estrella grande y difusa, acompañada por otra densa y pequeña (una estrella de neutrones o un agujero negro). La densa succiona gas de su compañera; gas que cae en espiral formando un disco -de acreción-. El gas gira a grandes velocidades, se calienta por rozamiento y emite rayos X antes de caer sobre el agujero negro. Cygnus X1, en la constelación del Cisne, es un agujero negro que emite rayos X cuando la energía gravitatoria de la materia, que le roba a su estrella acompañante supergigante azul, se convierte en radiación.
Tanto los agujeros negros estelares (masivos) que acabamos de describir, como los agujeros negros galácticos (supermasivos) tienen dos mecanismos de emisión de rayos X: la emisión por el disco de acreción y la emisión en chorros (jet) desde los polos. En las primeras, el disco emite rayos X con tanta eficiencia que constituye la marca del agujero negro, mientras que en las segundas, los chorros polares son tan inmensos que señalan el agujero negro. Asi los identifican los astrónomos.

Sistema linfoide

“Fabio, las esperanzas cortesanas

prisiones son donde ambición se encierra

y donde mueren las virtudes sanas."

Además de disponer de una mente, para entonar melancólicas reflexiones sobre la difícil conjunción entre la ética y la ambición política, los humanos disponemos de un cuerpo; y el cuerpo es una compleja máquina biológica que contiene once sistemas, cuyo trabajo conjunto nos mantiene con vida. Con poco que reflexione el sagaz lector adivinará casi todos ellos. Recordémoslos. El sistema nervioso, el respiratorio, digestivo, urinario, cardiovascular, reproductor, el esqueleto, los músculos, el hormonal -por otro nombre, endocrino-; al sistema que los expertos denominan tegumentario, los profanos lo reducimos a la piel; el último, el sistema linfoide, el más difícil de averiguar, es el sistema que se encarga de la defensa contra bacterias, virus, parásitos o cualquier otro agente invasor. En él nos vamos a detener. Antiguamente, el sistema inmunitario y el linfático se estudiaban de forma separada porque no se entendía su función. El sistema linfático se consideraba puramente mecánico, como una red de tuberías de drenaje, auxiliar del sistema circulatorio, cuya única función consistía en devolver el exceso de líquido (la linfa) de los tejidos a la sangre. A diferencia de la imprescindible sangre roja, la linfa, transparente durante su paso por la periferia corporal, aparentemente resultaba menos esencial; tal vez por ello, durante mucho tiempo, a los vasos linfáticos se les atribuyó menos importancia que a los vasos sanguíneos. Por otro lado, el sistema inmunitario se describía como una red de defensa biológica, pero no como un sistema integrado, ya que sus células están dispersas por todo el organismo. Los nuevos descubrimiento moleculares obligaron a cambiar el paradigma: los investigadores comprendieron que ambos sistemas eran complementarios, hallaron que el sistema inmunitario necesita la estructura física del sistema linfático para funcionar. Por eso hoy en día ambos sistemas se integran en el apellidado sistema linfoide, que agrupa a los órganos linfoides primarios (la médula ósea y el timo), donde nacen las células de defensa inmunitaria, a los órganos linfoides secundarios (los ganglios, bazo y amígdalas), donde se activan las células de defensa inmunitaria y a los vasos linfáticos, que conectan todo el conjunto, permitiendo que la linfa transporte las células de defensa hacia donde se necesitan. En resumen, en la máquina biológica que mencionábamos al principio, este sistema integrado actúa como un servicio de seguridad descentralizada, con centros de entrenamiento y estaciones de vigilancia.

Nobiletina y luteína

Me fijaré en dos moléculas; ambas útiles agentes antioxidantes y antiinflamatorios, sin embargo, preferentemente, una protege a los ojos y la otra al hígado ¿por qué? Todo depende de su estructura química: la colocación de los átomos en una molécula influye en su comportamiento de una manera extrema. Escribamos sus nombres y expongamos los lugares, nada extraños, donde hallarlas: la nobiletina en la piel de las mandarinas, la luteína en la yema de huevo y en las hojas verdes de las berzas.
Aunque ambas son moléculas orgánicas, en nada se parecen: la luteína, lineal y larga, es un carotenoide que contiene anillos en los extremos; la nobiletina, un flavonoide formado por tres anillos, es corta y compacta. Aquélla, soluble en grasas, contiene numerosos enlaces dobles, que le permiten captar la luz y neutralizar los radicales; ésta, también soluble en grasas, facultad que le permite atravesar las membranas celulares, es muy inerte, y por ello resistente a su rápida desintoxicación por el hígado. Si las comparamos con vehículos, la luteína es un largo camión de bomberos que patrulla extensas áreas (las membranas celulares) y apaga fuegos (oxidación); mientras que la nobiletina es un corto coche deportivo que entra rápido en las células y activa genes que reducen el combustible y vuelven a la célula menos inflamable (oxidable).
Sus diferencias estructurales justifican que una proteja preferentemente a los ojos y la otra, al hígado. La luteína, al ser una molécula larga y lineal, tiene la forma perfecta para insertarse verticalmente en las membranas de las células del ojo (retina o cristalino) y absorber el exceso de radiación solar antes de que dañe a las células y proteínas del ojo: es, literalmente, un filtro de luz azul; también se inserta en las membranas de las neuronas cerebrales, para protegerlas de la oxidación lipídica. La nobiletina, al ser una molécula pequeña y estable, no se queda en las membranas, sino que viaja hasta el interior de las células, penetra en su núcleo y se une a receptores ROR que activan ciertos genes; genes que activan la oxidación de ácidos grasos, bajan el azúcar sanguíneo -en consecuencia disminuyen los perniciosos AGE y la inflamación sistémica-, y optimizan el ritmo circadiano del hígado (cuándo trabajar y cuándo descansar). En resumen, mientras que la protección de la luteína se debe a su presencia, la de la nobiletina se debe a  que cambia la señalización en las células.

Base molecular de la memoria

En el siglo XX mucho se elucubró en psicología, ignorando la base física de los procesos mentales. En la actualidad ya se pueden establecer los mecanismos moleculares donde antes predominaban teorías sin base científica alguna. Detengámonos en un proceso concreto: el almacenamiento de un recuerdo consiste en convertir una comunicación débil entre dos neuronas en una comunicación reforzada y permanente. Nada más, nada menos. Potenciación a largo plazo LTP, se llama el mecanismo que vamos a comentar.
Enfoquemos nuestra atención en dos neuronas. El proceso empieza con un impulso nervioso -una señal eléctrica- que viaja por la primera neurona; al llegar a la terminal de la neurona, la señal provoca la liberación de una molécula, el glutamato, al espacio entre ambas neuronas. En la segunda neurona, el glutamato encuentra dos tipos de receptores, que activa: los AMPA, canales que se abren para que entren iones sodio, generan una leve respuesta eléctrica, y los NMDA, canales bloqueados por iones magnesio, que sólo son expulsados después de la activación de los AMPA. Cuando se activa el receptor NMDA, después de ser desbloqueado, se abre el canal por el que entran iones calcio en la segunda neurona; calcio que activa enzimas que pegan más receptores AMPA a la membrana; como resultado, la segunda neurona responderá más fácilmente al próximo impulso nervioso. Para que el fenómeno no sea efímero y se guarde el recuerdo, o, dicho con otras palabras, para pasar de memoria a corto plazo a largo plazo, la señal de calcio activa el factor de transcripción CREB, una proteína que impulsa la síntesis de otras proteínas -entre ellas la enzima PKM-zeta- quienes crean un andamiaje para fijar los nuevos receptores AMPA. Para que la segunda neurona no olvide que debe mantener los receptores AMPA, se produce un marcado epigenético en el ADN que contiene los genes que controlan la síntesis y fijación de esos receptores; este marcado -sea metilación o modificación de histonas, no importa- asegura que la neurona siga fabricando los componentes necesarios para mantener hipersensible la conexión entre ambas neuronas y que el recuerdo se mantenga a largo plazo.
En resumen, aprender consiste en desbloquear el tapón de magnesio del receptor NMDA, recordar es disponer de suficientes receptores AMPA para que la segunda neurona dispare con una mínima cantidad de glutamato, y consolidar el recuerdo consiste en que la epigenética mantenga esos receptores inmóviles durante ochenta años.

Residuos

 
¿Somos una especie sucia? Desde una perspectiva estrictamente zoológica, la respuesta es rotundamente afirmativa. Contaminamos nuestros bebederos (los acuíferos y ríos) y comederos (los suelos), a una escala que compromete nuestra propia supervivencia. Para un zoólogo, no somos sucios porque no nos bañamos, sino porque externalizamos nuestra basura hacia el resto de la red trófica, rompiendo el equilibrio del ecosistema global. Comprobémoslo. Si la humanidad generara cien kilos de basura, unos ochenta kilos serían piedras y tierra (minería y construcción), quince kilos aproximadamente serían desechos de fábricas y sólo cinco kilos escasos tiramos a la bolsa de basura doméstica. El sagaz lector ya ha notado que los residuos industriales y mineros superan a los urbanos por un amplio margen, aunque estos últimos reciben más atención pública. Desperdicios domésticos que llamamos residuos sólidos urbanos y que, en el año 2025, están distribuido como sigue: cuarenta y cuatro por ciento son residuos orgánicos (alimentación y verdes), treinta por ciento son papel y plástico, dieciséis por ciento son vidrio, metal y textil, el diez por ciento restante incluye pañales, compresas, madera y electrónica.
Las cifras que he comentado no incluyen lo que se vierte directamente al agua. Cito las tres vertidos que quedan fuera de la cuenta: las aguas residuales urbanas e industriales, el ochenta por ciento de ellas se echan al medio ambiente sin tratamiento previo; la escorrentía, que arrastra mucha basura sólida; y los lixiviados, el veneno de los vertederos que se filtra hacia las aguas subterráneas si el vertedero no está sellado, como ocurre en uno de cada tres vertederos del mundo. ¿Qué industrias encabezan la lista de los vertidos directos de residuos al agua? La agricultura, ganadería e industria alimentaria, principal causa de la degradación del agua, a causa de los fertilizantes y plaguicidas y, aunque parezca inofensiva, consumidora del setenta por ciento del agua dulce mundial; la minería, petróleo y gas; la industria química y farmacéutica; y la industria textil. La huella de los residuos líquidos es masiva y, a menudo, más peligrosa que la de los residuos sólidos, porque es invisible y viaja a través de los ecosistemas. Mientras que la basura sólida se acumula y se ve, descargamos en el medio ambiente, sin ningún tratamiento, el ochenta por ciento de las aguas residuales del mundo, convirtiendo a los ríos en alcantarillas de la industria. Y todavía no he señalado los residuos que echamos en la atmósfera.

Ni obesos, ni enjutos

Recordemos el aspecto de los dos inmortales personajes de Miguel de Cervantes: “Complexión recia, seco de carnes, enjuto de rostro”, uno, “De muy poca sal en la mollera... de gran barriga y corto talle”, el otro. Las hormonas que regulan el físico de ambos pretendo comentar porque ni la sequía ni la sobreabundancia de carnes es señal de buena salud.
Si bien existen decenas de péptidos hormonales que controlan el eje cerebro-intestino, cuatro son las piezas maestras: la grelina, GLP-1, GIP y PYY. Juntos forman un sistema de pesos y contrapesos que regula el equilibrio metabólico y decide cuánta energía entra al cuerpo. La grelina, el acelerador del hambre, la causante del aumento de apetito, es la señal que indica al cerebro la hora de buscar comida; la producen células del estómago cuando está vacío, y tiene como diana las células del centro de apetito del hipotálamo. GLP-1 y PYY, los frenos del hambre, se liberan en el intestino distal cuando llega el alimento y envían la señal de saciedad al cerebro, concretamente a las células del hipotálamo. Las incretinas GLP-1 y GIP, liberadas en el intestino (proximal ésta, distal aquélla), son gestoras de la energía cuya diana son las células del páncreas, a las que impulsan a liberar insulina. Y esta hormona, vía un receptor celular, activa los transportadores de glucosa, nuestro combustible inmediato, que permiten introducir la glucosa sanguínea dentro de las células. El GIP, a diferencia del GLP-1, tiene un papel dual, pues favorece también el almacenamiento de grasa en el tejido adiposo, si hay exceso de energía. Nos olvidábamos de señalar la DPP-4, la enzima limpiadora que circula en la sangre con la misión de degradar y desactivar a GLP-1 y a GIP casi instantáneamente; tanto que las incretinas que producimos tras comer sólo duran dos o tres minutos activas; y el PYY es el refuerzo que asegura que la señal de saciedad persista, incluso cuando la DPP-4 ya ha apagado la señal de las incretinas.
En este baile molecular, destacamos que la salud reside en la perfecta armonía de estas señales; porque, cuando el equilibrio se rompe, surgen la obesidad o la anorexia. Hoy, la ciencia aprende a modular estos péptidos para que, emulando la prudencia cervantina, nuestros cuerpos no pequen ni de la demasía del escudero ni de la poquedad del caballero.

Presión de degeneración

El culto lector sabe que la presión atmosférica, medida con los barómetros, sirve a los meteorólogos para predecir el tiempo. También sabe que, con un manómetro, puede medir la presión del aire que hincha los neumáticos de su automóvil y no ignora que, alguna vez, le han medido la presión sanguínea con un tensiómetro. Ya es más difícil que sepa que la luz también ejerce presión y esa mínima presión, indetectable habitualmente, puede usarse para mover vehículos espaciales dotados de enormes, casi kilométricas, velas solares; la sonda espacial IKAROS, impulsada parcialmente mediante una vela solar, ha demostrado que funcionan. Pero todavía hay otra presión que el culto lector ignorará por completo, la presión de degeneración: presión que mantiene a los electrones en un metal o que impide colapsar a una enana blanca o a una estrella de neutrones.
La presión sanguínea nos informa de la fuerza ejercida por la sangre contra las paredes de las arterias; la presión de los gases es el resultado de los choques moleculares contra las paredes del recipiente. La presión atmosférica nos indica la presión ejercida por el aire que tenemos encima. ¿Qué información nos proporciona la presión de degeneración? La mayoría de las estrellas, como el Sol, se sostienen contra su propia gravitación que intenta colapsarla, gracias a la presión del gas que contienen; no sucede lo mismo con las estrellas enanas blancas y las estrellas de neutrones, cuya fuerza de sustentación procede de la presión de degeneración, sea del gas de electrones de su interior, sea de los neutrones. Cuando la gravedad comprime a una estrella agotada (cuya masa es menor que una vez y media la del Sol), los electrones de los átomos son forzados a estar tan cerca que agotan los espacios disponibles. Para evitar la ocupación del mismo estado energético al mismo tiempo, desarrollan una resistencia, una presión hacia afuera; esta fuerza sostiene a las enanas blancas, impidiendo que colapsen bajo su peso. Sucede algo parecido si la masa de la estrella agotada está comprendida entre una vez y media y tres veces la masa del Sol, sólo que, en este caso, son los neutrones, únicos componentes estelares, quienes desarrollan la resistencia -la presión de degeneración- a ser aplastados. En ambos casos se trata de una presión de degeneración; la misma que impide que los electrones de un metal colapsen hacia los núcleos atómicos y permite que la materia sólida que conocemos exista.

Micotoxinas y alcachofas

Las micotoxinas son toxinas de los mohos, que se encuentran adheridas a las esporas o al polvo en suspensión en el aire; cuando se inhala aire contaminado las micotoxinas llegan hasta los alvéolos pulmonares, atraviesan la barrera que separa el aire alveolar de la sangre capilar; y una vez en la sangre son transportadas por la albúmina a las células del cuerpo. ¿Cómo se eliminan? Los riñones sólo pueden eliminar las toxinas solubles en agua. Para las toxinas insolubles -y el exceso de colesterol- el cuerpo utiliza otra vía: la bilis transporta las toxinas al intestino para expulsarlas con las heces. Las células del hígado producen bilis continuamente, bilis que se almacena temporalmente en un pequeño saco, la vesícula biliar, desde donde se libera al intestino delgado durante las comidas, pues resulta necesaria para la digestión de las grasas. Muchas micotoxinas, insolubles en agua, antes de ser eliminadas por la bilis, necesitan ser procesadas en las células hepáticas: el enzima citocromo P450 las oxida; después se unen a una molécula muy soluble en agua, el ácido glucurónico; y, a continuación, unas proteínas transportadoras, en la membrana del hepatocito, las bombean hacia los canalículos biliares; desde donde el líquido biliar las arrastra hacia la vesícula y posteriormente al intestino. Pero existe un peligro: una vez en el intestino, las micotoxinas pueden reabsorberse.

¿El astuto lector se ha preguntado ya por un remedio? La cinarina que contiene la alcachofa actúa en las células del hígado, donde estimula la síntesis de los ácidos biliares y aumenta el flujo de la bilis. ¿Por qué? Porque activa una enzima encargada de convertir el colesterol en ácidos biliares, y aumenta su transporte activo desde el interior del hepatocito hacia los diminutos canales recoleptores de bilis. Al aumentar la concentración de ácidos biliares en los canalículos, genera una aspiración osmótica que arrastra agua, volviendo la bilis más fluida, lo que facilita su flujo hacia la vesícula. Como el aumento del flujo biliar, reduce el tiempo de estancia de la micotoxina en el intestino, dificulta su reabsorción y acelera su salida del organismo. Señalemos que la pectina de manzanas y cítricos forma un gel secuestrante, en el intestino, que atrapa las sales biliares cargadas de micotoxinas dificultando su reciclaje.
    Lamentablemente, la alcachofa que consumimos apenas tiene el cinco por ciento de la cinarina que contienen las hojas de la alcachofera (Cynara scolymus). ¡Qué le vamos a hacer!

Preguntas vitales

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

Sistema glinfático

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

Presiones

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

Biocombustibles neuronales

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

Gases ideales, un baile invisible

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

Viajeros ácidos y grasos

La mayoría de nuestras células dispone de dos combustibles para obtener energía, la glucosa y los ácidos grasos. Grasas o aceites, no importa su procedencia, animal o vegetal, están formados por la misma familia de moléculas, los triglicéridos; cada uno formado por la unión de tres moléculas largas -los ácidos grasos- a una molécula corta, el glicerol. Acompañemos a un ácido graso desde que lo comemos hasta su destino final. El recorrido comienza con el alimento en la boca, atraviesa el estómago y los triglicéridos no son alterados hasta al comienzo del intestino delgado, donde un detergente, procedente de la vesícula biliar, los emulsiona, o sea, los convierte en gotitas; a continuación, unas tijeras celulares, las lipasas, los rompen en sus componentes. Los ácidos grasos recién liberados difunden hacia dentro de las células intestinales, quienes vuelven a recomponer los triglicéridos y los empaquetan para su transporte en paquetes de entre cien mil y diez millones de triglicéridose, en los que también han introducido un cuatro por ciento de colesterol; llaman quilomicrones a estos paquetes forrados con proteínas. Los quilomicrones, expulsados por las células intestinales hacia la linfa, llegan a la sangre y, en ella, a las células musculares y a las células grasas. De nuevo una tijeras moleculares -lipasas- rompen los triglicéridos y dejan los ácidos grasos libres; ácidos grasos que transportadores ubicados en la superficie celular introducen dentro de las células.
Si el ácido graso entra en una célula muscular, se dirige hacia un pequeño orgánulo, la mitocondria, donde, una vez dentro, se quema a baja temperatura, produciendo dióxido de carbono, agua y la energía celular. Pero si el ácido graso penetra en la célula grasa, forma dentro de ella unas enormes gotículas de grasa semejantes a los quilomicrones, no en el tamaño, mil veces mayores, sino en la composición: misma composición interna (triglicéridos y colesterol) y externa, pero con proteínas diferentes. ¿Qué sucede a estos ácidos grasos almacenados? Cuando una hormona (la adrenalina, por ejemplo) contacta con un receptor ubicado en las células grasas, se activan lipasas que liberan los ácidos grasos; que difunden hacia la membrana celular, donde se unen a la albúmina, proteína de la sangre que los transporta a las células que demandan energía. 
Una vez que los quilomicrones han descargado, en uno u otro lugar, el ochenta por ciento de los triglicéridos, convergen en el hígado, quien los fagocita y aprovecha. Y aquí acaba la historia.

Conjunto de Cantor

Tal vez por su formación científica el escritor reconoce su afecto por las matemáticas, pero no por todas ellas, pues tiene sus filias y fobias: los números se hallan entre las primeras, la teoría de conjuntos entre las segundas. Sin embargo, el conjunto de Cantor constituye una clamorosa excepción; pues, cuando por azar se lo encuentra, siempre le deja pasmado y apenas puede creer lo que las matemáticas le muestran. Antes de fijarme en sus singularidades, mostraré al conjunto. Tomemos un segmento de una recta, dividámoslo en tres trozos iguales y borremos el segmento intermedio; repitamos el proceso con los dos segmentos extremos; y así sucesivamente hagámoslo infinitas veces. Lo que queda después del borrado constituye el conjunto de Cantor; conjunto que tiene una propiedad extraña y dos propiedades increíbles. Comienzo por las dos últimas. Por muchos segmentos intermedios que haya borrado -infinitos- no queda un conjunto vacío, ni mucho menos, pues contiene tantos elementos como puntos hay en el intervalo cerrado de la recta original mencionada, o sea, tiene infinitos elementos; sin embargo, su longitud es cero, ¿cero?, repito cero. Y a pesar de su tamaño nulo, hay una distancia medible, no nula, entre un elemento y otro. Si, con razón, el escéptico lector duda de mi explicación, busque un texto de matemáticas donde hallará las demostraciones.
La extrañeza del conjunto de Cantor se debe a que es el primer fractal conocido. Un fractal es un objeto cuya estructura se repite en cualquier escala que se observe; cualquier parte del conjunto se ve exactamente igual al todo. Si observase al conjunto de Cantor bajo una lupa que triplicase su tamaño, vería que una cualquiera de sus dos mitades es una copia idéntica al conjunto original completo. Si aumentase cualquier parte del conjunto, siempre encontraré la misma estructura: dos segmentos y un hueco en medio. En la geometría clásica, un punto tiene dimensión cero, una línea tiene dimensión uno y un plano tiene dimensión dos; la dimensión de los fractales no es un número entero; en concreto, la dimensión 0,6309 para el conjunto de Cantor significa que es más que un punto, pero menos que una línea. Como todos los fractales, el conjunto de Cantor, resultado de aplicar una regla geométrica infinitas veces, no se puede dibujar terminado; si uno se detiene en cualquier paso obtiene una colección de segmentos separados por huecos; sólo en el infinito se convierte en el fractal.

Proteínas neuronales deterioradas

Muchos ancianos, y no tan ancianos, padecen las temibles enfermedades de Alzheimer o Parkinson. A cualquier persona mínimamente sensible le resulta penoso contemplar los temblores musculares o la demencia en los otrora formidables atletas o talentosas actrices. A pesar de la enorme diferencia en sus síntomas, el mal funcionamiento de las neuronas de unos y otros enfermos presenta similitudes. La enfermedad, en ambos casos, se debe al deterioro de unas neuronas específicas; más concretamente todavía, el daño consiste en que, en ambas afecciones, unas proteínas neuronales determinadas, la beta amiloide y la tau en el primer caso, y la alfa-sinucleína en el segundo, se encuentran mal plegadas. ¡Nada más, nada menos!
Fijémonos en los agentes desencadenantes. En el Parkinson, tóxicos, como el herbicida paraquat, impiden el plegamiento correcto de la proteína alfa-sinucleína y promocionan la formación de los agregados proteicos que son la marca de la enfermedad. En el Alzheimer, factores ambientales, como la inflamación sistémica por contaminación, desencadenan el procesamiento incorrecto de la proteína precursora amiloide, que genera la acumulación de agregados beta-amiloides, señal de la enfermedad; en concreto, micropartículas del aire pueden cruzar la barrera hematoencefálica que protege al cerebro, activar las células de la microglía e inducir el procesamiento patológico de la proteína precursora amiloide. En ambos casos, el estrés oxidativo causado por agentes estresantes provoca que las mitocondrias de las neuronas funcionen mal; lo que significa que las mitocondrias producen menos imprescindibles moléculas energéticas y más dañinas moléculas oxidantes; añadamos a esto que las neuronas son muy vulnerables debido su alta demanda de energía. Esta disfunción mitocondrial se refleja en el mal funcionamiento de las neuronas; lo que conlleva el mal plegamiento de las proteínas neuronales y la aparición de los síntomas neurológicos.
La enfermedad de Parkinson afecta predominantemente a las neuronas que usan dopamina como molécula mensajera (dopaminérgicas) y contienen cantidades altas de alfa-sinucleína en una región del cerebro (sustancia negra); la enfermedad de Alzheimer afecta predominantemente a las neuronas que usan acetilcolina como molécula neurotransmisora (colinérgicas) y contienen cantidades altas de las proteínas precursoras de la beta-amiloide y tau en una región del cerebro (el hipocampo y la corteza). Si añadimos que las primeras regulan el movimiento y las segundas intervienen en la memoria y cognición ya somos capaces de deducir el deterioro principal que sufre el cerebro de uno u otro enfermo.

Calores específicos

En el año 2025 un profesor sevillano argumentó que la termodinámica, ciencia fundamentada en tres leyes (principios suelen llamarse), tenía un fallo. El tercer principio -es imposible alcanzar cero grados absolutos- podía deducirse del segundo. Nada más hay que añadir sobre el descubrimiento y su valía. Sin embargo, con esa aportación se alega corregir a Einstein. Tal vez, y reconozco que puede ser suspicacia mía, argumentar que se enmienda a Einstein me parece sensacionalista.
Para explicar mi consideración debo que recurrir a los calores específicos. El calor específico (másico o molar, no importa) es una magnitud física que nos indica el calor que hay que suministrar a la unidad de masa o de cantidad de materia de una sustancia para elevar su temperatura en una unidad. Señalaré dos generalizaciones: el calor específico molar de los elementos en estado sólido (con alguna excepción) vale el triple de R (R es un número conocido) cuando aumenta mucho su temperatura, y se aproxima a cero a muy baja temperatura. Los calores específicos molares de algunos gases, cuando se miden manteniendo inmutable su volumen, son múltiplos de la mitad de R: si se trata de gases monoatómicos como el helio, el triple de la mitad de R, si se trata de gases diatómicos como el nitrógeno, el quíntuple. Antes de la mecánica cuántica existía una explicación para la segunda generalización, pero no para la primera. Albert Einstein elaboró la primera teoría que explicó los calores específicos de los sólidos, aunque con errores (consideraba que los átomos vibran en una sola frecuencia). En el congreso Solvay (1911), Einstein resumió el tema y planteó la necesidad de un tercer principio para la termodinámica, consideración compartida por Max Plank; Walther Nernst ya había planteado tal necesidad, pero no como principio. En resumen, desde el punto de vista histórico Planck y Nernst fueron los autores del tercer principio; el resto de físicos, Einstein incluido, compartió su tesis. Ambos físicos eran tan expertos como Einstein en termodinámica, aunque desde un punto de vista popular sean menos conocidos. El profesor sevillano enmienda un argumento de Einstein y no una teoría científica; Peter Debye sí enmendó la teoría de Einstein sobre los calores específicos sin tanto escándalo. Usar el nombre de Einstein para resaltar la deducción del profesor Martín Olalla, que tiene importancia por sí misma (si se valida) me parece sensacionalismo. ¡Qué le vamos a hacer!

Mitocondrias numerosas

Tal vez recordemos, de nuestros estudios adolescentes de biología, los coloreados dibujos de las células y de unos corpúsculos, parecidos a habichuelas (las mitocondrias), que había dentro de ellas. Se trata de una imagen errónea que no refleja ni la ductilidad ni la cantidad de mitocondrias que habitualmente hay en una célula; porque el número varía enormemente, entre cientos y miles; siendo las células más activas -los músculos, neuronas, hígado- las que más mitocondrias tienen (miles) y las células grasas y los espermatozoides (decenas) las que menos. Si las células registran una demanda de energía inmediata, debido al ejercicio o a cualquier otra circunstancia, a las mitocondrias les exigen eficacia máxima; pero si se trata de una demanda energética sostenida, la célula responde de otra manera: aumenta el número de mitocondrias. Una proteína de exótico nombre, PGC-1alfa, regula su número; se trata de un coactivador de transcripción, molécula que se encuentra en el núcleo celular y se une a otras moléculas para encender o apagar los genes capaces de producir nuevas mitocondrias; el ayuno, frío, ejercicio, adrenalina y hormonas tiroideas inducen su síntesis y el estrés celular, la inflamación y el exceso de ATP la inhiben.
Para enredar más el asunto añadiré que el número de mitocondrias no permanece constante: en condiciones normales las mitocondrias se fusionan, para maximizar su eficiencia. ¿Por qué? Durante su funcionamiento, las mitocondrias producen continuamente radicales y especies reactivas de oxígeno que deterioran sus biomoléculas esenciales, entra las cuales está el ADN mitocondrial; recordemos que el mecanismo reparador del ADN bacteriano es mucho más deficiente que el de una célula animal; por tanto, el ADN mitocondrial, descendiente de una bacteria, se deteriorará con relativa facilidad; y por esta razón cada mitocondria humana suele tener no uno, sino cinco ADN, más o menos. Ya conseguimos la explicación: al fusionarse, las mitocondrias minimizan la posibilidad de daño debido al deterioro de algún gen; pues es probable que exista alguna copia funcional de cualquiera de los treinta y siete genes mitocondriales en una red de varios centenares de mitocondrias que, por estar fusionadas, contienen varios millares de genomas.
¿Qué sucede en condiciones anormales? Bajo estrés celular, ayuno, carencia de oxígeno o en caso de disfunción mitocondrial, las mitocondrias se fisionan; fisión que consiste en una estrangulación molecular para aislar y eliminar las mitocondrias o las partes dañadas, proceso de reciclaje que los expertos denominan mitofagia.

Atractores

Un atractor es un útil concepto matemático. Comentemos su uso en física y dejamos que el sabio lector imagine en qué campos de las ciencias sociales también se puede emplear. Un atractor describe al estado, o patrón estable, hacia dónde tiende a moverse un sistema físico dinámico (entiéndase un conjunto de objetos que evoluciona en el tiempo) desde variadas condiciones iniciales. Los atractores pueden ser geométricamente simples (o clásicos): un punto, una curva cíclica o un toro -que así llaman los matemáticos a la superficie de una rosquilla-, pero también adquieren las complejas formas geométricas características de los fractales, como los atractores extraños.
Me fijaré en tres clases de sistemas físicos dinámicos: los sistemas deterministas evolucionan hacia un atractor final cualquiera que sean sus condiciones iniciales; son predecibles. Los sistemas caóticos son impredecibles pues su evolución depende exclusivamente del azar: cada condición inicial genera un resultado final diferente: no tienen atractor final. Forman la tercera clase los sistemas caóticos deterministas; que también son impredecibles porque cada condición inicial genera un resultado final diferente; sin embargo, tienen atractor final. ¿Cuál es la diferencia entre los caóticos y los caóticos deterministas? Éstos tienen atractor final y aquéllos, no. En un sistema caótico no sabemos lo que va a ocurrir y puede ocurrir cualquier cosa; en un sistema caótico determinista tampoco sabemos lo que va a suceder, pero no puede suceder cualquier cosa, el rango de lo que va a suceder está acotado por su atractor, o sea, sabemos tanto lo que puede suceder como lo que no puede suceder. Pongamos un ejemplo numérico para entendernos. En un sistema caótico con unas condiciones iniciales determinadas el resultado final puede ser cualquier número real; sin embargo, si se trata de un sistema caótico determinista, con las mismas condiciones iniciales el resultado final está comprendido entre cien y doscientos. Ambos sistemas son impredecibles, porque ignoramos el resultado final; pero en el segundo sistema sabemos que el resultado no puede ser menor que cien ni mayor que doscientos, o sea, sabemos mucho.
¿Qué observamos en la realidad? El clima es un sistema caótico determinista que evoluciona hacia un atractor extraño (el atractor de Lorenz es su representación simplificada); también sospechamos que muchos sistemas complejos, como la red telefónica, las ciudades, los ecosistemas y el cerebro, son sistemas caóticos deterministas. Los investigadores, como es lógico, se afanan en buscar y describir los atractores extraños a los que evolucionan tales sistemas.

Crispr: inmunidad bacteriana

El erudito lector ha oído el término CRISPR ¿No? Pues es una tecnología genética extraordinariamente útil. El crispado vocablo lo inventó el profesor español Francisco Mojica, candidato al premio Nobel, para referirse a la región del ADN de bacterias o arqueas que funciona como su sistema inmunológico. El investigador propuso que tal región, que contiene secuencias del ADN bacteriano palindrómicas (igualmente leíbles hacia adelante que hacia atrás) alternadas con antiguos genes de virus, almacenaba la memoria de infecciones virales pasadas. Las células copian (transcriben) el ADN, en este caso la región CRISPR, en moléculas de ARN; que trocean posteriormente en fragmentos para formar ARN guías con capacidad para unirse a una enzima Cas y al ADN complementario. El complejo formado por Cas y el ARN guía busca secuencias de ADN complementarias a la guía; y, si detecta ADN de un virus invasor igual al ADN de la región CRISPR, la enzima Cas se activa y rompe el ADN vírico, neutralizando la infección. Aclaramos que el sistema inmunitario de la bacteria consta de la región CRISPR y de los genes que codifican las proteínas Cas que están a su lado en el genoma bacteriano. En resumen, un elemento de la región CRISPR actúa como identificador del ADN viral, el otro como mango que sujeta la cuchilla (el enzima) que rompe al ADN vírico. Añadimos que es habitual que haya varias regiones CRISPR en un genoma bacteriano cualquiera.
Tanto los genes cas como la región CRISPR no están presentes en las células humanas; sin embargo, los científicos han aprendido a sintetizar ARN guía (complementario a cualquier gen animal) y genes cas e introducirlos en las células animales. Una vez dentro se unen a la región del ADN animal complementaria al ARN guía, y rompen la doble cadena del ADN. Pero resulta que la célula animal dispone de dos mecanismos para reparar una rotura tan grave, uno inmediato (NHEJ) y otro lento (HDR): el primero comete errores, lo que vuelve al gen disfuncional, el segundo es eficaz y restaura el gen original. Con esta aclaración ya deducimos que, dependiendo del mecanismo que use la célula diana, no siempre el resultado es el que deseamos. ¿Para qué vale la tecnología? Entre otras potencialidades, para inactivar un gen concreto. ¿Aprecia el sagaz lector su significado? Si una enfermedad se debe a un gen específico podemos inactivarlo… o cambiarlo por otro, pero ésta ya es otra historia.

Cúmulos estelares

Sancho Panza, el gentil escudero del ingenioso Hidalgo don Quijote de la Mancha, conocía las Pléyades, cúmulo de estrellas llamado popularmente las siete cabrillas. A ellas viaja, con la imaginación y a lomos de Clavileño, caballo de madera que hace las veces de nave interestelar: “volábamos por encantamento… Y sucedió que íbamos por parte donde están las siete cabrillas”.
Un cúmulo estelar no es más que un grupo de estrellas que se atraen entre sí mediante su gravedad. Existen dos tipos de cúmulos estelares, los cúmulos globulares y los cúmulos abiertos, ambos muy diferentes, aunque tienen un tamaño semejante. Los primeros son agrupaciones de centenares de miles o millones de estrellas viejas (han vivido más de mil millones de años), mientras que los segundos contienen menos estrellas, centenares o millares, y jóvenes (hace menos de cien millones de años que nacieron) o de edad intermedia. También es diferente su composición atómica que los astrónomos llaman metalicidad: los segundos son ricos en metales mientras que son pobres los primeros; y distinta su órbita: los cúmulos abiertos se ubican en el disco de la galaxia mientras que los globulares pertenecen al halo, la vasta envoltura esférica que constituye la galaxia. Si bien los cúmulos globulares son más densos y estables que los cúmulos abiertos, ambos, debido a su movimiento por la galaxia, interaccionan con las enormes nubes moleculares, cuya gravedad acaba por disgregarlos. Quienes somos aficionados a contemplar el cielo nocturno hemos observado los cúmulos abiertos de las Pléyades y las Hyades, en la constelación de Tauro; no resulta igual de fácil contemplar alguno de los ciento setenta cúmulos globulares de nuestra galaxia; porque, el más brillante en el hemisferio norte, M13, en la constelación de Hércules, está en el límite de la visibilidad con el ojo desnudo: el escritor declara no haberlo observado.
¿Su interés? Por ser estrellas formadas en la misma época y a partir del mismo material, una nube molecular de la galaxia, los cúmulos estelares nos ayudan a comprender la evolución estelar. Casi todas las estrellas de la Vía Láctea, incluido el Sol, nacieron en cúmulos que se desintegraron; esto significa que han afectado a las propiedades de las estrellas que los componían y a sus sistemas planetarios: probablemente haya sucedido así con nuestro sistema solar que, al principio de su historia, sintió los efectos de la explosión supernova de una estrella cercana.

Receptores celulares

Si al lector le apasiona el mundo de la información, fíjese en la comunicación entre células porque no es menos llamativa que entre humanos. Los receptores celulares son proteínas que, cuando se unen a moléculas específicas del exterior de la célula, transmiten información hacia el interior. Me fijaré en cuatro receptores ubicados en la membrana celular que convierten una señal -química o térmica- en una señal eléctrica; tres de ellos son receptores de moléculas -glutamato, GABA y acetilcolina- el cuarto, los receptores TRP, es sensible tanto a moléculas como al calor y frío. Los cuatro actúan como canales que, al abrirse permiten el paso de iones sodio, calcio o cloro a través de la membrana celular. Este flujo altera el potencial eléctrico de la membrana, y proporciona una respuesta celular: excitadora -glutamato, acetilcolina, TRP- o inhibidora -GABA-.
Antes de comentar cómo los científicos tratan de modificar su función, señalemos qué enfermedades humanas causan el exceso o defecto de su actividad. Los receptores de glutamato están activos en exceso en enfermedades neurodegenerativas -Alzheimer, Parkinson, ELA-, epilepsia, esquizofrenia y trastorno bipolar; es mínima su inactividad en la depresión y falta de memoria. Una hiperactividad de los receptores de acetilcolina causa una contracción muscular descontrolada, calambres, parálisis y muerte; si es mínima o nula su actividad, los músculos esqueléticos no se contraen o no se puede respirar. Si los receptores de GABA están activos en exceso causan sedación, somnolencia, anestesia, coma y muerte; si están excesivamente inactivos, insomnio. La hiperactividad de los receptores TRP induce dolor -crónico y neuropático-, afecciones en la piel -dermatitis, psoriasis, prurito-, inflamación o enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC); la actividad insuficiente produce insensibilidad al dolor.
El alcohol, los barbitúricos y las benzodiacepinas (recuérdese al valium) activan los receptores GABA, que deprimen el sistema nervioso. Plaguicidas -como los organofosforados y carbamatos- y gases nerviosos -como el sarín, somán, tabún y VX- activan los receptores de acetilcolina, que provocan una grave crisis colinérgica. La hiperactividad de los receptores de glutamato, sea por liberación excesiva -si hay daño celular o carencia de oxígeno- o sea por falta de reabsorción -si las células gliales carecen de oxígeno o glucosa- causa excitoxicidad que daña el cerebro. Los receptores TRP actúan como sensores de dolor, calor y frío, inducidos por moléculas externas irritantes o por moléculas generadas en los daños celulares.
Sí, para bien o para mal, los humanos conocemos y usamos sustancias que actúan sobre estos receptores.

Fabricación de átomos, células o bombas

La tertulia comenzó con un debate sobre el escritor ruso Vasili Grossman, el Tolstói del siglo XX, quien, en el libro “Vida y destino”, reflexiona sobre el bien y el mal, sobre los totalitarismos tanto en la Alemania nazi como en la Rusia comunista, y enfatiza la importancia de la bondad individual y de la libertad. Uno de los múltiples protagonistas, un físico que investiga la fisión nuclear, germen de las primeras bombas atómicas, nos conduce a valorar la moralidad de los científicos en un régimen perverso. Antes de seguir aclararé a los profanos la importancia de la fisión nuclear en el ámbito bélico. Cuando explota el explosivo químico más potente, que no es la dinamita, ni el TNT, ni la pólvora, sino el hidrógeno gaseoso, se liberan ciento veinte millones de unidades internacionales de energía, por cada kilo de gas. Por contraste, se liberan ochenta y dos billones cuando fisiona un kilo de uranio; seiscientos treinta si se fusiona un kilo de hidrógeno y la mitad de esta cifra si se fusionan los isótopos del hidrógeno, deuterio y tritio. En resumen, la fisión nuclear es dos tercios de millón más energética que la reacción química.
Seguimos el coloquio porque alguien se interesó por la procedencia de los átomos que forman las bombas y de las células que forman a los humanos que las sufren. Recordemos que la célula es la unidad de la biología, mientras que el átomo es la unidad de la química. Ignoramos cómo se formaron las primeras células (no importa si arqueas o bacterias), aunque sí conocemos algunos pasos que convirtieron la materia inerte en materia viva; sí sabemos, en cambio, el complejo camino que recorrieron para generar a sus sucesoras, las células animales y vegetales. Resulta más sencillo el mundo atómico porque todos los átomos se sintetizaron a partir de uno: el hidrógeno que se formó durante el primer segundo del Big-bang; y de una manera harto curiosa, porque durante la síntesis de los átomos menos másicos que el hierro se liberó energía; mientras que se requirió energía adicional para sintetizar el hierro y todos los átomos más pesados que él. Sepa el curioso lector que, para fabricar átomos, se utilizan energías comparables a las que intervienen en las bombas atómicas; en cambio para fabricar células se usan energías comparables a las que intervienen en los explosivos químicos habituales. ¡Que le vamos a hacer!

Imprescindibles mitocondrias

Los siete reinos de la biosfera están formados por seres que contienen una o varias células: dos reinos -bacterias y arqueas- están formados por células simples; los otros cinco -protozoos, algas, hongos, animales y plantas- por células complejas. Las segundas contienen un núcleo y orgánulos celulares, las primeras carecen de ambos. Un orgánulo celular imprescindible, al menos desde que existe oxígeno en la atmósfera, es la mitocondria, antigua bacteria que, devorada por una arquea, no fue digerida, sino que ambas establecieron una colaboración para, juntas, formar el precursor de una célula compleja; célula de la que descendemos todos los seres pluricelulares. Aún ahora podemos observar vestigios de la lejana —sucedió hace más de mil quinientos millones de años— unión entre ambas células: la membrana interna mitocondrial es similar a una membrana bacteriana —incluso tiene lípidos, como la cardiolipina, característicos de las bacterias—, mientras que la membrana externa mitocondrial, con sus típicos poros, comparte con ella el origen bacteriano. La antigua bacteria, que ahora llamamos mitocondria, se encuentra en las células complejas, y su labor es esencial pues se encarga de sintetizar ATP, la molécula que proporciona la energía necesaria para que se realicen todas las reacciones químicas que ocurren en un organismo. ¿Cómo lo hace? La unión del oxígeno con los átomos de hidrógeno procedentes de los azúcares, ácidos grasos y aminoácidos contenidos en los alimentos proporciona la energía necesaria para que funcione la máquina molecular sintetizadora de ATP.
Pero las mitocondrias también tienen otras funciones: desprenden calor, si no se sintetiza ATP con la energía procedente de la unión de los hidrógenos y el oxígeno; sintetizan las hormonas sexuales, la hormona procedente de la vitamina D y las hormonas de la corteza suprarrenal; e intervienen en un mecanismo de protección, el suicidio celular, operativo cuando han dañado a la célula.
Las células del cuerpo humano no podrían vivir sin ATP, o sea, sin mitocondrias. ¿Todas las células humanas tienen estos orgánulos? No. De las treinta billones de células que contiene una persona de setenta kilos, veinticinco billones son glóbulos rojos transportadores del oxígeno y casi billón y medio (1,47) son plaquetas encargadas de coagular la sangre. Sorpréndase el sabio lector, aquéllos carecen de núcleo y mitocondrias, éstas sí tienen mitocondrias, aunque no núcleo. El sorprendido escritor, que sabe que el núcleo es esencial para la duplicación celular, se pregunta, ¿qué es más imprescindible para la célula el núcleo o las mitocondrias?

La Luna y la prosperidad de la vida

La Tierra, con su clima templado y estaciones repetibles, es un oasis en el sistema solar. ¿La estabilidad climática de nuestro planeta es fruto de la casualidad? No, en absoluto, se debe a la existencia de la Luna. Nuestro satélite no sólo es responsable de las mareas, es el ancla que ha estabilizado el eje de rotación de la Tierra durante miles de millones de años, lo que posibilitó la existencia de un ambiente apto para desarrollar una biosfera compleja.
El eje de rotación terrestre está inclinado veintitrés grados y medio respecto al plano de su órbita alrededor del Sol, una inclinación que causa las estaciones; si bien tal inclinación varía, lo hace en un rango muy estrecho (de apenas dos grados y medio) y en períodos de decenas de milenios. La Luna, debido a su enorme tamaño, ejerce una fuerza gravitatoria que contrarresta las perturbaciones gravitacionales de otros planetas, especialmente de los gigantes Júpiter y Saturno; tal efecto asegura que la mínima oscilación del eje de giro terrestre. Nuestro vecino Marte muestra el contraste más acusado: a pesar de su inclinación actual, veinticinco grados, similar a la Tierra, carece de un satélite de gran tamaño capaz de ejercer un efecto estabilizador; como resultado, el eje de rotación marciano ha oscilado, a lo largo de su historia, entre los diez y sesenta grados. La inestabilidad del eje, junto con otros factores, facilitó la pérdida de su atmósfera y del agua, indispensables para la vida. A pesar de todo, los astrónomos planetarios han hallado evidencias de que Marte tuvo un clima suave y fue habitable para la vida bacteriana en su pasado lejano.
Las repercusiones de la diferencia son inmensas. En la Tierra, la pequeña variación del eje permite que los climas regionales se mantengan relativamente estables durante escalas de tiempo geológicas, dando a la vida tiempo para adaptarse y evolucionar, para formar ecosistemas complejos y para diversificarse las especies. Sin embargo, en Marte, la inestabilidad de su eje provocó cambios climáticos bruscos que habrían hecho imposible la prosperidad a largo plazo de cualquier forma de vida, incluso la bacteriana. Por tanto, si bien cabe argumentar que la Luna no fue la causa del origen de la vida terrestre, sí puede afirmarse que permitió su supervivencia y prosperidad durante eones; posibilidad que Marte, carente de satélites de gran tamaño, nunca pudo replicar.

Hongo radiotrófico

Nos ubicamos en Ucrania, en las ruinas de la central nuclear de Chernóbil tras el desastre nuclear del año 1986. Nos hemos protegido con trajes antirradiación NBQ porque sabemos que la zona se ha vuelto inhabitable para casi todas las formas de vida debido a la contaminación radiactiva. Sorprendidos, observamos a un hongo negro que, a pesar de todo, no solo resiste tales condiciones extremas, sino que prospera y crece en presencia de radiación, incluso -sospechamos- se alimenta de ella. Cladosporium sphaerospermum, el nombre científico de este resistente ser, no escapa de la radiación, la busca, pues -para pasmo de los biólogos- crece más rápido donde detecta mayor cantidad de radiación gamma. Un pigmento que nos protege de los rayos ultravioleta del Sol, polímero sintetizado a partir del aminoácido tirosina y presente en la piel humana, es el inesperado protagonista de esta inconcebible historia. La melanina, que así se llama nuestro protector solar natural, también está presente en el hongo, donde ejerce una función bien distinta: capta la radiación gamma y la transforma en energía que el hongo utiliza para vivir. Este proceso de radiosíntesis fúngica nos recuerda a la fotosíntesis vegetal; pero mientras las plantas absorben la luz solar, el hongo utiliza la invisible radiación gamma cien mil veces más energética. Aunque ignoramos el mecanismo bioquímico que emplea el hongo para convertir la energía de la radiación en energía química; sí sospechamos que la melanina fúngica absorbe los rayos gamma y, a través de reacciones químicas en las células, convierte la energía radiactiva en compuestos que sirven como combustible celular al hongo.
A esta capacidad del hongo podemos hallarle un uso inesperado. Hemos comprobado que el exceso de radiación dificulta la exploración humana del espacio; porque fuera del campo magnético de la Tierra, los astronautas están expuestos a altos niveles de radiación ionizante que les causa daño celular e incluso cáncer. Si queremos colonizar Marte o viajar por el sistema solar necesitamos protegernos. En el año 2020, los moradores de la Estación Espacial Internacional efectuaron un experimento: demostraron que este hongo negro es capaz de reducir el nivel de radiación: en concreto, comprobaron que una delgada capa fúngica, de apenas dos milímetros, bloqueaba parte de la radiación. Dejemos volar ahora el pensamiento e imaginemos un hábitat marciano cubierto con el hongo, hongo que actúa como un escudo antirradiación y autorreparable, que se alimenta de lo que es letal para nosotros.

El Sol y el clima terrestre

 

El Sol no es inmutable, cambia cada once años, durante los cuales pasa por fases de alta y baja actividad en las que su atmósfera muda de calma a una actividad violenta. Los cambios se manifiestan tanto en variaciones de la luminosidad solar como en perturbaciones de su campo magnético; ambas suelen estar interrelacionadas: la luminosidad es máxima cuando el número de manchas solares (zonas en las que se vuelve visible el campo magnético del Sol) es máximo y mínima cuando casi no hay manchas. El máximo de actividad del Sol tienen efectos visibles -numerosas manchas solares, erupciones solares y eyecciones de masa coronal- detectables en la Tierra, las dos últimas, como tormentas solares. La actividad magnética del Sol -argüimos- aumenta y disminuye durante cada ciclo: cuando alcanza el punto de actividad máxima la polaridad del campo magnético solar se invierte, los polos norte y sur se intercambian; a continuación, la actividad comienza a disminuir hasta llegar a un mínimo, que marca el final del ciclo y el comienzo de otro.
¿Existe relación entre la actividad del Sol y el clima de la Tierra? Con independencia de la mayor o menor actividad del Sol, el valor medio de la intensidad de radiación solar que recibimos en la Tierra, mil trescientos sesenta y seis vatios cada metro cuadrado, apenas cambia; las oscilaciones producidas por el ciclo de las manchas solares no sobrepasan una unidad, que equivale a una décima por ciento, por lo que sus efectos climáticos son insignificantes. Cabe preguntarse si el Sol causa del cambio climático contemporáneo: rotundamente no. El Sol influye en el clima de la Tierra, pero no es responsable del calentamiento global que hemos detectado en las últimas décadas: es demasiado grande para deberse a la actividad solar y demasiado rápido para vincularlo a cambios en la órbita terrestre. Sin embargo, el Sol sí influye en el clima a largo plazo: no es desdeñable el efecto de algún otro ciclo solar de mayor duración -siglos- en los que la variación de intensidad es, más o menos, del mismo orden que el ciclo de once años. El Sol también influye en el clima, de forma más drástica, a muy largo plazo: la luminosidad solar aumenta un diez por ciento cada mil millones de años y el aumento de sólo el uno por ciento del brillo provocaría una subida de uno o dos grados en la temperatura media atmosférica.

Antigüedad de las membranas celulares

Si bien en términos de biomasa de la biosfera cabe indicar que las bacterias acumulan un quince por ciento frente al uno por ciento de las arqueas, ambas superadas ampliamente por las plantas; en lo que se refiere al número de seres, bacterias y arqueas superan con mucho a los demás seres vivos. En cuanto a la antigüedad, bacterias y arqueas son los seres vivos más viejos, pues ambas descienden de la primera célula viva LUCAs (añado la s al término inglés LUCA por un motivo exclusivamente eufónico). Me voy a fijar en una de sus diferencias esenciales: la membrana, estructura celular que separa la célula del medio ambiente. Las membranas de lípidos de arqueas y bacterias son una de las dicotomías más profundas de la vida. Comparemos sus diferencias: enlaces distintos (éter o éster), monocapa o doble capa de moléculas, largas moléculas de cadenas hidrocarbonadas ramificadas o sin ramificar, opuesta colocación en el espacio (zurda L o diestra D). Si tan diferentes son y ambas descienden de LUCAs, nos preguntamos qué tipo de membrana tenía LUCAs. Sabemos que las membranas monocapa, con enlaces éter y cadenas hidrocarbonadas ramificadas (de las arqueas) son muy robustas y estables en condiciones extremas, como altas temperaturas, pH extremado y acusada salinidad; las membranas basadas en ácidos grasos, de doble capa y con enlaces éster (de las bacterias) son menos resistentes en tales condiciones. Dado que se sospecha que la vida surgió en entornos extremos (quizá en las fuentes hidrotermales submarinas) colegimos que las primeras células vivas (LUCAs) debieron disponer de robustas membranas, similares a las de las arqueas y no a las de las bacterias. Bajo esta hipótesis, la transición de las membranas similares a las arqueas a las membranas similares a las bacterias (y a todas las demás células) sería una innovación evolutiva posterior, quizá como consecuencia de que el ambiente se volvió menos extremo. Esta transición parece sugerir que las arqueas son más primitivas que las bacterias y, por tanto, antecesoras suyas: no es así, otros datos sugieren que bacterias y arqueas carecen de parentesco, excepto que ambas descienden de LUCAs. Si al sabio lector no le convenció la anterior explicación, el incrédulo escritor advierte que se solidariza con él. Los biólogos manejan una hipótesis alternativa, más plausible, para el cauto escritor: LUCAs podría haber tenido una membrana celular híbrida que luego se especializó en los dos tipos de membrana que observamos hoy.