¿El núcleo celular fue un virus otrora?

Todos los seres vivos de la biosfera, animales, vegetales o bacterias están formados por células; y sólo hay dos variedades de ellas: las sencillas no contienen núcleo, y las complicadas sí lo tienen. Nos preguntarnos cómo adquirió el núcleo una célula que carecía de él, después de todo, si no eso hubiera ocurrido, nosotros (y los animales y vegetales) no existiríamos.

En 2001, Philip Bell conjeturó que el núcleo celular evolucionó de un virus de ADN: el virus se estableció en el citoplasma de una arquea (microorganismo cuya apariencia se asemeja a las bacterias) y evolucionó a núcleo mediante la adquisición de genes del hospedador. Por regla general, los microorganismos atrapados mueren y se degradan; a veces, escapan a la destrucción, continúan dañando a sus captores y llegan a provocarles la muerte. En alguna rara ocasión, captor y víctima sobreviven en un estado de mutua tolerancia, que puede tornarse después en asistencia recíproca y, por último, en dependencia. La teoría se ha visto apoyada por el descubrimiento de virus gigantes de ADN capaces de biosíntesis de proteínas, tales como los Mimivirus. Un virus gigante, en lugar de replicarse y destruir al huésped, tomaría el control de la arquea y se convertiría en núcleo; el virus habría secuestrado a la célula para asegurar su supervivencia. ¿Pruebas? Se supone que algunas características del núcleo derivan de su ascendencia viral: el virus se asemeja al núcleo celular (ADN lineal encapsulado dentro de una membrana de lípidos).

Postulemos que el origen de las células con núcleo se debe a su capacidad para ingerir presas (fagocitosis). La conversión de la rígida pared de las bacterias en una superficie flexible resulta un requisito indispensable, el aumento de tamaño también. La capacidad para ingerir presas debe estar unida a un mecanismo que permita englobar moléculas o células externas con la membrana exterior citoplasmática; tal facultad permitiría el desarrollo de un sistema de membranas internas, la aparición del núcleo (y posterior reproducción sexual), y la adquisición de las mitocondrias y cloroplastos, características propias de estas células. Si la adquisición del núcleo evolucionó simultáneamente con la fagocitosis, gran parte del genoma de la arquea huésped resultaría redundante, ya que el nuevo ser resultante de la fusión podría obtener materia y energía al englobar bacterias. Esta redundancia permitió la pérdida del ADN de la arquea, generando un organismo con características nuevas, origen de los animales y vegetales.

Imagen de un agujero negro

     Cualquier aficionado a la astronomía sabe qué es un agujero negro: una región del espacio en cuyo interior existe una masa lo suficientemente grande como para generar una atracción de gravedad tal que ninguna partícula, ni siquiera la luz, puede escapar. Ahora bien, ¿qué aspecto tiene? En 2019 los astrónomos consiguieron la primera imagen del área alrededor de un agujero negro; y la publicaron, en concreto, la que hay en el centro de la galaxia M87. Solos, los agujeros negros son eso, negros, pero estos atractores monstruosos están rodeados de gases brillantes; por eso en la fotografía publicada, la región central oscura no es el horizonte de sucesos, sino la sombra del agujero negro, es decir, la región central de emisión de gases oscurecida por el agujero negro central. Al observar esta sombra, el telescopio del horizonte de sucesos (ETH) reforzó la evidencia de que la teoría de la gravedad formulada por Einstein funciona, incluso en las condiciones más extremas, y mostró pruebas que M87 tiene un agujero negro central de unas seis mil millones de masas solares.

     El curioso lector seguro que ya se ha preguntado por el significado del horizonte de sucesos de un agujero negro. La enorme gravedad del agujero negro origina una singularidad en su centro, singularidad que ocupa una región minúscula, casi un punto, donde se acumula toda la materia y tiene una densidad infinita; pues bien, una superficie cerrada, llamada horizonte de sucesos envuelve la singularidad. Se trata de una superficie esférica imaginaria que rodea al agujero negro; nada, ninguna partícula exterior de materia que atraviese tal frontera vuelve a salir de ella, ni siquiera la luz o cualquier tipo de radiación; con todo, si alguno de nosotros cayéramos en un agujero negro, en el momento de atravesar el horizonte de sucesos, nada notaríamos, ya que se trata de una frontera imaginaria. Por esta razón resulta imposible establecer qué le ocurre a la materia una vez que rebasa el horizonte de sucesos hasta que colapsa en la singularidad del agujero negro.

     Los astrónomos conjeturan que en el centro de la mayoría de las galaxias hay agujeros negros supermasivos; por ello a nadie extrañará que las observaciones futuras del ETH se orienten a la exploración del agujero negro que hay en Sagitario A*, en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Esperemos que pronto podamos contemplarlo.

Obtener energía de la ósmosis

En el año 2009, se inauguró una pequeña central eléctrica que genera energía limpia a través de un método innovador: aprovecha la ósmosis. La turbina generadora de electricidad de la central en Tofte (Noruega) utiliza la presión osmótica que se produce al separar el agua dulce del agua salada, mediante una membrana. Su rendimiento aún es mínimo -la planta produce unos pocos vatios, poco más que calentar una cafetera- y por ello no es operativa: está en fase de prueba.

¿Qué es la ósmosis? El movimiento de un disolvente a través de una membrana semipermeable que hace de filtro, nada más; la singularidad de tal membrana consiste en que el tamaño de sus poros es tan minúsculo que sólo deja pasar las moléculas pequeñas, pero no las grandes; si pudiésemos ver disoluciones acuosas de azúcar, observaríamos que las moléculas de agua, pequeñas, pasarían a través de la membrana, pero no las de azúcar, más grandes. Cuando una membrana como la descrita separa un recipiente en dos partes, una que contiene agua pura y otra azúcar disuelto, se genera un flujo del disolvente que se mide en términos de presión (apellidada osmótica). Los físicos han comprobado que si separan el agua dulce –de un río- del agua marina, con una membrana semipermeable, habrá un flujo de agua desde la disolución de menor concentración (hipotónica) salina, a la de mayor concentración (hipertónica), hasta que el trasvase del agua iguale ambas concentraciones (isotónicas); y midieron la presión osmótica entre ambas disoluciones: valía cincuenta atmósferas. Esta diferencia puede usarse para obtener energía.

Los humanos no somos los únicos seres vivos en aprovechar la ósmosis. Las plantas, en concreto, tienen trucos para succionar agua del suelo y subirla en contra de la gravedad, a las hojas: como las raíces son más saladas que el suelo, el agua pasa a su interior, para igualar la concentración de sal; el truco, como habrá deducido el diligente lector, consiste en la intervención de la ósmosis. En los animales, humanos incluidos, también ocurre este movimiento del agua a través de la membrana de las células (que es semipermeable): en un medio isotónico, nada sucede; pero, en un medio hipertónico, las células se arrugan por una pérdida excesiva de agua; o bien se hinchan, hasta reventar, por un aumento exagerado de líquido, en un medio hipotónico: ambas consecuencias son desastrosas para las células. ¡Qué le vamos a hacer!

Compuestos orgánicos volátiles

     Se ha producido un asesinato con una pistola y el asesino ha huido. La policía acude al escenario del crimen: fotografía a la víctima, busca huellas dactilares y otras pistas, interroga a los testigos, analiza las balas y ordena la autopsia del cadáver. Este es el procedimiento habitual. Pero se podría adoptar un método distinto: examinar todas las armas disparadas en los últimos días aduciendo que entre ellas estará la homicida; y encontrar así al asesino tras invertido una enorme cantidad de tiempo y esfuerzo. Aunque parezca ilógico, las leyes que protegen a la población de los tóxicos ambientales optan por la segunda alternativa: establecen controles sobre la emisión de contaminantes peligrosos en el agua, en el aire o en el suelo; pero no abordan el riesgo por contacto directo. Al centrarse en la emisión y no en la exposición se olvidan que los tóxicos sólo lo son si llegan al cuerpo; urge, entonces, determinar dónde las personas se hallan expuestas a los contaminantes. De los primeros estudios surgen conclusiones paradójicas: la exposición a tóxicos en lugares considerados inocuos -viviendas, oficinas o automóviles- supera a la exposición en exteriores, donde existen fábricas, industrias, cementeras o altos hornos. 

     Fijémonos en los compuestos orgánicos volátiles (COV), varias docenas de compuestos ambientales tóxicos, cancerígenos muchos, aunque resulta difícil determinar si el contacto con ellos representa un riesgo para la salud, porque se desconoce la morbilidad a concentraciones muy bajas durante largo tiempo. Citaré las mediciones de COV (microgramos cada metro cúbico) que se han hecho en diferentes entornos: en el exterior de una zona rural o en el exterior de un entorno urbano: entre uno y diez; en un cuarto de baño cargado de vapor: entre cien y mil (de cloroformo); en ropa recién sacada de la tintorería: entre cien y mil (de percloroetileno y tricloroetano); en un aparcamiento cerrado, entre cien y mil (de benceno y otros); cerca de una fotocopiadora: algo más de cien (de formol, estireno y otros); en un local con fumadores: algo más de cien (de benceno y otros); en una cocina con fuego: algo más de diez; en la limpieza doméstica: entre cien y mil (de diclorobenceno y disolventes); en un local cerrado con chimenea y fumadores: entre cien y mil (de benceno y otros).

     Compruebe el cauto lector que minimizar la exposición a estos tóxicos sólo exige leves modificaciones de la rutina doméstica diaria.

Insectos gigantes

     Durante millones de años la naturaleza ha diseñado una y otra vez animales gigantescos como si quisiera insistir en que el tamaño grande ofrece ventajas; y siempre factores ambientales o nuestra especie acabaron con ellos. No, la talla no es una garantía de supervivencia.

     El período Carbonífero se inició trescientos cincuenta y nueve millones de años atrás y duró sesenta millones de años, le sucedió el período Pérmico que acabó hace doscientos cincuenta y dos millones de años atrás. Con un clima tropical, las selvas cubrían la mayor parte del planeta; como consecuencia había menos dióxido de carbono y más oxígeno, cuya concentración alcanzó un máximo (treinta y cinco por ciento, compárese con el veintiuno actual) al final del Carbonífero y descendió bruscamente a finales del Pérmico. Se trata de períodos históricos apasionantes pues durante el primero, animales gigantes se arrastraban, reptaban, saltaban, serpenteaban, se escabullían, excavaban, acechaban, revoloteaban y aleteaban mucho antes de que llegasen los dinosaurios. Sí, durante el Carbonífero proliferaron los grandes artrópodos, que alcanzaron tamaños jamás imitados. Sobre el suelo vivía Arthropleura, una criatura de dos metros similar a un milpiés; bajo el agua de ríos y lagos moraban los Jaekelopterus, criaturas acorazadas de dos metros y medio de largo que recuerdan a un escorpión; y surcaban el aire los insectos más grandes de la historia, los Meganeuropsis, libélulas de setenta centímetros de envergadura, que tenían alas tan anchas como las de los halcones. Deambulaban por el planeta, además, cucarachas y arañas de medio metro, moscas desmesuradas, escorpiones descomunales, enormes cochinillas y pulgas de varios centímetros. Todos estos gigantes habían desaparecido a mediados del Pérmico.

     Robert A. Berner sospecha que la cantidad del oxígeno atmosférico desempeñó un papel esencial tanto en el auge como en la caída de los insectos; conjetura que se debe a la forma en que los insectos obtienen el oxígeno -directamente del aire, a través de diminutos conductos, en vez de hacerlo a través de la sangre-. Pero hay otras posibilidades, según Mathew Clapham: "El tamaño de los insectos prehistóricos se relaciona con la cantidad de oxígeno existente en un período de doscientos millones de años. Después, hace unos ciento cincuenta millones de años, el oxígeno aumentó, pero el tamaño del insecto disminuyó". Este momento coincidió con una mayor especialización de las aves, que pudieron ser fuerza evolutiva que impulsó una disminución en el tamaño de los insectos voladores.