Gravedad cuántica

La inmensa mayoría de los físicos especialistas creen en las teorías de cuerdas. Sheldon Lee Glashow, Nobel de Física en 1979, se manifiesta escéptico, incluso ha propuesto expulsar a los estudiosos de cuerdas de la Universidad de Harvard. ¿Por qué? En cuatro decenios los expertos en cuerdas no han aportado prueba experimental alguna. El escritor, humildemente, piensa que, si las dimensiones adicionales y las simetrías extras no existen, las teorías de cuerdas serán -o son ya- uno de los mayores fracasos de la ciencia.
Los físicos obtuvieron un éxito formidable al aplicar la técnica del grupo de renormalización a todas las interacciones; pero cuando intentaron hacer lo mismo con la gravedad, para obtener una teoría cuántica de la gravedad, fracasaron; razón por la cual, a lo largo del último medio siglo, han buscado procedimientos diferentes al formalismo de la teoría cuántica de campos para construir una teoría cuántica de la gravedad, uno de ellos las teorías de cuerdas: fracasaron de nuevo. Recientemente, ha surgido una nueva teoría cuántica de campos, la gravedad cuántica asintóticamente segura; la teoría mantiene que los constituyentes fundamentales del universo son los que conocemos y que el fracaso en la renormalizaciòn puede solucionarse. Cuando profundizamos en la estructura del espacio tiempo y alcanzamos la escala de Planck (cienmilquintillonésimos de metro), los efectos cuánticos se hacen apreciables y generan fluctuaciones del propio espacio tiempo; que pueden analizarse, si la estructura espacio temporal permanece inalterada por más que continuemos examinando escalas cada vez menores (comportamiento que nombramos invarianza de escala). En un amplio abanico de distancias la gravedad se mantendría débil; la constante de acoplamiento, que expresa la intensidad gravitatoria, sólo crecería cuando examináramos el espacio tiempo a escalas próximas a la longitud de Planck; según la relatividad general dicho crecimiento sería indefinido, sin embargo, la nueva teoría postula que las fluctuaciones cuánticas harían que la constante se acercase asintóticamente a un valor finito. De ser así, podrían efectuarse cálculos y desaparecerían los infinitos que hacían inviable la teoría cuántica de la gravedad. 
Contamos con evidencias de la bondad de la nueva teoría: Mikhail Shaposhnikov y Christof Wetterich predijeron que la masa del bosón de Higgs seria ciento veintiséis GeV: su masa fue ciento veinticinco; y se espera calcular la masa de los quark cima y fondo para comprobar si concuerdan con los reales. Aunque los síntomas son esperanzadores, esta nueva teoría cuántica de la gravedad se está construyendo todavía. 

Tardígrados, seres vivos indestructibles

     Los adolescentes, y también algunos adultos, disfrutan leyendo las aventuras de Supermán, la Masa o algún otro invencible héroe de los cómics. El aura de indestructibilidad confiere a los personajes un prestigio indudable; ahí es nada, intervenir en cuanta aventura se presente sin miedo a la muerte. Parece mentira que, en la naturaleza, existan seres con una fortaleza similar a la de los héroes imaginarios. En el año 2007 se lanzó una sonda espacial en la que viajaban unos diminutos seres vivos; su nombre, tardígrados, es lo de menos, lo importante es que no solo sobrevivieron en el espacio exterior, sino que, incluso, mantuvieron su capacidad reproductiva: se les considera los animales más resistentes. La cualidad más fascinante de los tardígrados es su resistencia en condiciones ambientales extremas: sobreviven no sólo en el vacío del espacio, sino también a presiones casi seis mil veces superiores a la habitual en la superficie terrestre; aguantan cien veces más radiación que los demás animales; e, incluso, soportan temperaturas que oscilan entre doscientos setenta grados bajo cero y ciento cincuenta sobre cero. Casi oso afirmar que estos animalitos traspasan el umbral de la muerte.

     ¿Cómo lo hacen? En situaciones ambientales extremas los tardígrados entran en un estado de animación suspendida conocido como criptobiosis: mediante un proceso de deshidratación, pasan de tener el ochenta y cinco por ciento de agua corporal habitual a quedarse con tan sólo el tres por ciento, y así resisten y se reactivan en cuanto se les suministra agua. En ese estado el metabolismo se reduce o cesa temporalmente, y así permanecen hasta cuatro años (en 2016, científicos japoneses reanimaron a ejemplares que llevaban treinta años congelados).

     El observador que quiera contemplar a estos bichitos, también llamados osos de agua debido a su aspecto y movimientos, debe usar el microscopio, pues su tamaño medio, que ronda el medio milímetro, no nos permite verlos con nitidez. A nadie sorprenderá que este grupo de animales (un filo que agrupa un millar de especies y comparte un antecesor común con los artrópodos) sea capaz de vivir en cualquier parte del mundo, desde las profundidades abisales hasta los lugares más inhóspitos de los continentes; sin embargo, la mayoría son terrestres y habitan en la película de agua que cubre los musgos, líquenes y helechos. Su existencia se remonta a seiscientos millones de años atrás; no es para menos, casi resulta imposible destruirlos.

Versátil ARN

     Los ácidos ribonucleicos, abreviadamente ARNs, son moléculas, pero no unas moléculas cualesquiera, pues están presentes en todas las células vivas, sean animales, vegetales, hongos o bacterias, además, constituyen el material genético de algunos virus. Se trata de moléculas relativamente grandes que están formadas por una larga cadena de eslabones; cada eslabón, llamado nucleótido, contiene tres componentes una ribosa, un fosfato y una cualquiera de las cuatro moléculas siguientes, adenina, guanina, citosina y uracilo. Señalamos una característica peculiar, aunque ignoramos su significado: el ARN de las células contiene una única cadena, en cambio el de algunos virus contiene una cadena doble.

     Los ARNs tienen una importancia desmesurada para la vida. Juzgue el sagaz lector la importancia de las funciones que desempeñan: transportan la información del genoma celular hacia el lugar de la producción de las proteínas que necesita la célula. También regulan la expresión de los genes; los ARN interferentes, por ejemplo, silencian genes específicos, una actividad que se ha aprovechado para el desarrollo de medicamentos hechos de ARN. Por último, existen ARNs (los ribozimas) que tienen actividad catalítica, o sea, que se comportan como las enzimas que impulsan las reacciones químicas.

     Resaltamos la importancia del ARN en el origen de la vida. Hogaño los científicos creen haber confirmado la hipótesis del mundo de ARN: conjeturan que, en la Tierra primitiva carente de vida, las moléculas de ARN, en dura competencia evolutiva entre sí, desarrollaron una membrana a su alrededor, y se convirtieron en la primera célula. La teoría se fundamenta en la versátil actividad del ARN: contiene información genética y, al mismo tiempo, es capaz de efectuar reacciones metabólicas  (como formar los enlaces de las proteínas). A lo largo del siglo XX, los bioquímicos especularon sobre el origen de la vida, ¿se formó primero el ADN (contenedor de la información) o los enzimas (ejecutores)? La pregunta les conducía a una paradoja irresoluble, porque se necesita ADN para sintetizar enzimas y se necesitan enzimas para sintetizar ADN. Resuelven la paradoja suponiendo que las primeras formas de vida fueron moléculas de ARN que reúnen ambas capacidades: almacenar información genética y ejecutar reacciones. La hipótesis original también nos permite especular: quizá los actuales virus que contienen ARN sean descendientes de los virus de aquellas primitivas células, ya desaparecidas, que contenían un genoma formado por ARN.

Ballenas, elefantes y cánceres

     El estudio de la fauna nos depara, a veces, sorpresas inesperadas. ¿Quién podría suponer que el examen, aparentemente inútil, de la genética de ballenas y elefantes tal vez brinde claves trascendentales para alargar la vida humana?

     Un grupo de científicos, liderado por João Pedro de Magalhães ha secuenciado el genoma de la ballena de Groenlandia, el mamífero más longevo del planeta, que vive hasta los doscientos quince años. Los investigadores encontraron, en el ADN de estos cetáceos de cien toneladas, mutaciones y copias de genes relacionados con la reparación del ADN y la regulación del ciclo celular. Un ciclo celular mejorado y evitar la acumulación de daños en el ADN quizá promueva la resistencia de estos animales a las enfermedades ligadas al deterioro de las células, tales como el cáncer y las afecciones degenerativas vinculadas a la vejez.

     Erraría quien pensara que los longevos elefantes, gigantes terrestres del reino animal, padecen cáncer con frecuencia; después de todo, el aumento del número de células (cientos de veces más que los humanos) facilitaría que alguna se convirtiese en maligna a lo largo de mucho tiempo. No, no es que los elefantes nunca tengan cáncer, pues el cinco por ciento mueren a causa de él, sino que el porcentaje de humanos muertos por el susodicho mal es entre el doble y cinco veces mayor. ¿Cómo se las ingenian estos mamíferos para eludirlo? Los investigadores hallaron que los elefantes tienen veinte copias del gen supresor de tumores p53, los humanos sólo una. Además, un grupo de investigadores liderado por Vincent Lynch descubrió otro gen igual de interesante, el factor inhibidor de la leucemia seis (LIF6); su función, cuando es activado por p53, consiste en responder al ADN dañado y producir una proteína que provoca la muerte de las células cancerosas; de nuevo los elefantes nadan en la abundancia pues tienen ocho genes LIF (aunque, hasta ahora, sólo se ha identificado como funcional al LIF6). Los paleontólogos sospechan que este gen zombi surgió en la época, hace unas decenas de millones de años, en que los antepasados de los elefantes tenían el tamaño de las marmotas; y conjeturan que este mecanismo quizá permitió el crecimiento de la especie hasta el tamaño actual. En resumen, los elefantes probablemente no serían tan voluminosos y longevos, sino se hubieran producido estos cambios en los genes de esta especie. 

Detección de rayos cósmicos

     Entre los espectáculos más hermosos que puede ofrecernos el cielo nocturno se encuentran las lluvias de estrellas de exótico nombre, Perseidas, Oriónidas, Táuridas. Al contrario que el firmamento ordinario, que se nos aparece a simple vista como inmutable, las estrellas fugaces acaparan nuestra atención por la rapidez con que se mueven y por la sorpresa que nos causan esos fragmentos de material extraterrestre cuando los vemos morir derrochando luz. 

     Si nuestros ojos fuesen más sensibles, el cielo nocturno se nos presentaría en todo momento como una intensa lluvia de luz, sólo que, en este caso, no serían minúsculos trozos de cometas de apenas milímetros de tamaño. La Tierra sufre de manera constante el bombardeo de los rayos cósmicos, partículas de alta energía que, al impactar contra la atmósfera, emiten un tenue y ultrarrápido destello de luz azulada. Esta radiación se genera porque, al chocar contra las moléculas del aire, los rayos cósmicos generan partículas cuya velocidad supera a la de la propia luz en la atmósfera. Como consecuencia, se produce una onda de choque -la luz de Cherenkov-, análoga al estallido acústico que tiene lugar cuando un avión rompe la barrera del sonido. 

     El estudio de los rayos cósmicos ha contribuido de manera fundamental a nuestra comprensión del universo; de hecho, fue precursor de la física de partículas, la ciencia que nos informa sobre los componentes elementales del universo y las fuerzas que actúan entre ellos. Construimos gigantescos aceleradores de partículas, como el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), para observar los sucesos que ocurren durante los choques y obtener conocimientos sobre la estructura de la materia. Sin embargo, las energías que se obtienen con ellos palidecen en comparación con las que se alcanzan en los aceleradores naturales, de donde proceden algunos rayos cósmicos; porque en el universo existen desmesurados cataclismos que los producen. Ese universo violento en nada se parece al firmamento inmutable, al que nos tiene acostumbrados la astronomía tradicional; se trata de un universo rápido, dinámico y sorprendente, en el que mundos ora agonizan en explosiones estelares inconcebibles, ora son engullidos por gigantescos agujeros negros en pantagruélicos festines o bien se convierten en enormes dinamos en rápida rotación que emiten ingentes cantidades energía. Ese universo es explorado por la moderna astronomía de astro-partículas (o de altas energías), y a él podemos acceder gracias a la captación de la radiación de Cherenkov producida por los rayos cósmicos al entrar en la atmósfera.