Estrellas enanas y blancas

Miremos al cielo en una noche clara de invierno y fijémonos en la constelación de Orión. Cerca de ella está Sirio; la estrella más brillante del cielo, no tanto por su luminosidad, como por su cercanía, pues su luz sólo tarda poco más de ocho años en llegar a nosotros; pero no me voy a referir a ella, sino a su compañera, también de color blanco, Sirio B, casi invisible; y digo casi porque observándose tan tenue tiene que ser mucho más pequeña: hoy la consideramos una enana blanca. ¿Cómo se forman estas minúsculas estrellas cuyo tamaño es similar al de la Tierra?
Si bien la densidad del Sol es una vez y media la del agua, la densidad de su núcleo es trece veces mayor que el plomo; sin embargo, y a pesar de su enorme densidad, el núcleo solar se comporta como un gas. En los gases los átomos se mueven rápidamente, chocando unos contra otros sin cesar. En el interior estelar, debido a la enorme presión y temperatura, no hay átomos, sino plasma, o sea, núcleos atómicos y electrones; plasma que puede comprimirse a una billonésima del volumen del gas y seguir comportándose como gas, sólo que en vez de átomos habrá núcleos chocando unos contra otros. Durante este proceso algunos núcleos de hidrógeno se fusionan entre sí convirtiéndose en núcleos de helio y liberando energía: así se mantienen calientes y brillantes las estrellas. ¿Qué sucede cuando se agota el combustible capaz de fusionarse y la estrella se enfría? Se podría esperar que los núcleos recién formados capturasen de nuevo a los electrones volviéndose a convertir en átomos y transformando el plasma en gas; pero, para hacerlo, deben conseguir energía para expandirse y dejar sitio a los átomos, muchos más grandes que sus núcleos atómicos, con la gravedad, por si fuera poco, en contra. Tal proceso no puede ocurrir porque la estrella no tiene donde conseguir la energía necesaria. Sucede entonces que los núcleos atómicos quedan sumergidos en un mar de electrones y que la presión de los electrones, al chocar entre sí y contra los núcleos, equilibra la presión gravitatoria: así la estrella se estabiliza. El tamaño de estabilización del núcleo estelar -que ya podemos llamar enana blanca- depende de la masa de la estrella original, masa que no puede superar una vez y cuatro décimas la masa solar ni ser inferior a su sexta parte.

Vitamina u hormona D

Las islas Baleares (España), año 2025, dieciséis personas son hospitalizadas por intoxicación. ¿El tóxico? Un suplemento multivitamínico, comprado en internet, que contenía concentraciones de vitamina D superiores a las declaradas. Los sufridos compradores habían calculado mal el riesgo sanitario que asumían; quizá ignoraban que es igual de peligroso el exceso como el defecto. Y es que la vitamina D, además de sintetizarla en la piel (D3), también la obtenemos de fuentes dietéticas (D2). Nosotros convertimos en vitamina D3 un compuesto derivado del colesterol al exponerlo a la radiación solar ultravioleta; de los hongos, que la fotosintetizan, extraemos una molécula análoga D2.
Este vitamínico preámbulo se debe a que me he enterado que la vitamina D ya no es una vitamina. ¿Qué es entonces? Una hormona. Antes de juzgar analicemos las diferencias que existen entre unas y otras. El cuerpo sintetiza hormonas -en las glándulas-, mientras que es incapaz de fabricar vitaminas, que deben ser ingeridas. Las hormonas son mensajeros, que viajan a órganos distantes a través de la sangre, capaces de regular el metabolismo y funciones esenciales; las vitaminas funcionan como facilitadores (cofactores) de reacciones químicas metabólicas. Las hormonas se unen a moléculas receptoras en las células, para desencadenar una respuesta; mientras que las vitaminas ayudan a las enzimas.
La aparición de nuevas pruebas bioquímicas nos ha obligado a reconsiderar la clasificación: la molécula nombrada vitamina D no es una vitamina, sino una pro-hormona que, tras dos pasos, se convierte en una hormona esteroide, el calcitriol. ¿Los argumentos? Su síntesis en la piel, por exposición a la luz solar ultravioleta, y su activación en el hígado y riñón; su aptitud para unirse a un receptor en las células, perteneciente a la familia de los receptores de hormonas esteroideas, capaz de activar o desactivar genes; y sus efectos sobre múltiples sistemas (particularmente el sistema inmunitario). Clasificar la vitamina D como hormona D nos facilita entender su intromisión en el funcionamiento de los diferentes sistemas del organismo, más allá de sus clásicos efectos sobre el metabolismo del calcio y la salud de los huesos; también resalta la necesidad de garantizar su suministro, ya sea mediante exposición solar o a través de la alimentación. Si recordamos que gran parte de la población pasa mucho tiempo en espacios interiores entenderemos porqué la deficiencia de la vitamina-hormona D se ha convertido en una pandemia; sin olvidarnos, por supuesto, que su exceso también puede matar.

Estrellas de neutrones

Una vez descubiertos los neutrones en el año 1932, algunos astrofísicos se preguntaron si podrían existir estrellas formadas exclusivamente por tales partículas, los únicos constituyentes neutros del átomo. Las explosiones estelares -supernovas-, aunque raras, emiten radiación cuya intensidad iguala a la de toda una galaxia entera, que contiene cien mil millones de estrellas: la supernova -escribió Fritz Zwicky en el año 1934- “representa la transición de una estrella ordinaria a una estrella de neutrones”. La idea era tan revolucionaria que nadie lo creyó. Fijémonos en los tamaños para disculpar la incredulidad de físicos y astrónomos. El diámetro de una gigante roja es doscientas veces mayor que el Sol; el Sol es cien veces mayor que un enana blanca; la enana blanca supera setecientas veces el tamaño de una estrella de neutrones; pero el tamaño de la estrella de neutrones sólo es el triple que un agujero negro. En esa época, ya se había conmocionado la astronomía al comprobar que una estrella -enana blanca- con la masa del Sol podía tener un tamaño similar al terrestre, pero si se daba el enorme salto conceptual de aceptar la existencia de una estrella de neutrones, parecía muy probable, dada la proximidad de tamaños, que los agujeros negros pudiesen existir. Y si la existencia de una estrella de neutrones ya es difícil de creer; porque supone aceptar que una estrella con la misma masa que el Sol está concentrada en un esfera de diez ¡sólo diez! kilómetros de diámetro… qué decir de un agujero negro, que ni siquiera se sabía qué pudiera ser. Por estas razones los astrónomos se mostraron renuentes a aceptar la existencia de estrellas de neutrones hasta que se observara una. Y eso que los físicos teóricos habían predicho sus características: que la masa de las estrellas de neutrones debe estar comprendida entre una y dos décimas y dos y dos décimas de la masa del Sol; y que se forman a partir de la explosión supernova de estrellas cuya masa esta comprendida entre ocho y veinticinco veces la del Sol. Con estas magnitudes se concluye que la densidad de una estrella de neutrones es tal que una cucharadita de ella pesaría miles de millones de toneladas.
Sí, ya se han observado muchas; y se estima que existen entre cien millones y mil millones de estrellas de neutrones en la Vía Láctea; la mayoría -no todas- ya no emiten radiación detectable.

Virus en el origen de la vida

Dos y sólo dos clases de seres unicelulares existieron durante los primeros dos mil millones de años de existencia de la biosfera, las arqueas y las bacterias, que todavía perduran hoy en día. No por azar, sino por parentesco evolutivo, nuestras células reunen características comunes a ambas: todo lo que tiene que ver con la información genética es arqueano (replicación del ADN, su empaquetamiento, transcripción y traducción), mientras que la membrana, el metabolismo básico y la fábrica de energía es bacteriano. LUCA, la primera célula terrestre, se supone antecesora de ambas; y antes de LUCA ¿qué? Es muy probable, que existiese un mundo de virus; pero no virus parásitos obligatorios tal como los conocemos hoy, sino entidades genéticas independientes que construyeron el puente hacia la vida celular. Si nos atenemos a la teoría vírica clásica nos enfrentamos a una paradoja: si los virus necesitan células para replicarse, ¿cómo pudieron existir antes que las células? La teoría moderna sugiere que los virus no empezaron como parásitos de células, sino como compañeros de evolución. En la sopa primordial, no había una distinción entre huéspedes y virus; todos eran replicadores compitiendo en un mismo entorno. Los virus actuales serían los descendientes de quienes siguieron siendo pequeños y móviles en lugar de convertirse en células grandes y complejas. Eugene Koonin propone que antes de que existiera LUCA, existía un mundo de virus previo; en tal escenario, el mundo no estaba poblado por células con membranas, sino por elementos genéticos autorreplicantes (pre-virus); elementos que intercambiaban información constantemente, funcionando como un laboratorio de innovación genética. ¿Qué argumentos alega el investigador? Enzimas celulares relacionados con el ADN (polimerasas) parecen tener un origen viral; es posible que los virus primordiales de ARN inventaran el ADN para proteger su información de otros replicadores pues un virus es esencialmente información genética protegida; el genoma de LUCA ya era complejo -contenía cientos de genes- para que algo tan complicado como la conversión de ARN en ADN surgiera, debió haber un proceso previo de selección natural intensa, y los virus son los motores de evolución más rápidos que existen; el ADN, entonces, no es un invento de las células, sino una tecnología de camuflaje viral que las células, comprobada su utilidad,  adoptaron. En conclusión, no sólo elementos de bacterias y arqueas sobreviven en nosotros, incluso el ADN de todas nuestras células probablemente desciende de algún virus primordial.

Astros que emiten rayos X

 
Ni los rayos infrarrojos, ni la radiación ultravioleta, ni los rayos X, ni los rayos gamma atraviesan la atmósfera sólo la luz visible, las ondas de radio y las microondas lo hacen. Por eso, en un principio, los astrónomos sólo hallaron en el cielo los objetos visibles, ya a simple vista, ya con los telescopios -las galaxias y estrellas-; a continuación, detectaron los objetos emisores de ondas de radio, las galaxias y casi ninguna estrella, y digo casi porque alguna excepción hay; de las emisiones astronómicas de microondas sólo recordaré el eco del inicio del universo captado por los radiotelescopios, las microondas procedentes del Big-Bang. El sagaz lector apreciará, sin duda, la revolución astronómica que se produjo cuando vehículos espaciales, dotados con instrumentos de observación, sobrepasaron la atmósfera y pudieron detectar todo tipo de radiación electromagnética en el cielo.
Voy a detenerme en los rayos X astronómicos, tal vez por la familiaridad que tenemos con ellos: ¿a quién no le han hecho una radiografía?, o quizá porque fueron la primera radiación ionizante que conocimos: Wilhelm Conrad Röntgen los descubrió en el año 1895. Retomo el hilo del astronómico discurso. ¿Qué fuentes emisoras de rayos X detectan hoy los astrónomos? ¿Qué tipo de objeto astronómico emite tal radiación? Aunque los agujeros negros (supermasivos) que existen en el centro de una galaxia o los que se forman durante el colapso de una estrella (masivos) son los emisores de rayos X por excelencia, el universo tiene otras fuentes que los emiten; debido a temperaturas extremas o campos magnéticos excepcionalmente intensos. Tras la explosión supernova de una estrella, la onda de choque barre el gas circundante y lo calienta a millones de grados; tal fenómeno hace que el gas emita rayos X durante miles de años, como ha sucedido en la nebulosa del Cangrejo. Otra fuente de rayos X, que radia cien mil veces, o más, que el Sol, merece la pena reseñar: se trata de algunas estrellas apellidadas binarias, porque no son una, sino dos: una estrella normal con una compañera muy densa y pequeña (una estrella de neutrones o un agujero negro). La gravedad de la densa es tan enorme que succiona gas de la estrella normal, gas que gira a grandes velocidades en un disco (apellidado de acreción), se calienta por fricción a millones de grados, y emite rayos X antes de caer hacia el astro compacto.

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!