Átomos viajeros: ciclo geoquímico del carbono

     Hace dos siglos que los humanos quemamos combustibles fósiles de manera generalizada, y los convertimos en dióxido de carbono que pasa a la atmósfera. Los combustibles fósiles, el gas, petróleo y carbón no siempre han estado ahí, son restos de lo que en otro tiempo fueron seres vivos que se han acumulado durante decenas, más bien centenas de millones de años. Repito las cifras: lo acumulado durante centenas de millones de años lo expulsamos a la atmósfera en apenas dos siglos.

     Para comprender estas magnitudes identifiquemos los almacenes de carbono en la corteza terrestre. Existen dos grandes almacenes con capacidad de trillones de kilos: las rocas sedimentarias (carbonatos de calcio y magnesio) encierran sesenta, quince caben en la materia sedimentaria. Tres almacenes intermedios poseen una capacidad mil veces menor que los anteriores: los océanos (carbonatos y bicarbonatos disueltos) contienen cuarenta y dos, los combustibles fósiles, cuatro, los suelos, tres. Dos pequeños almacenes de carbono, cien veces menores que los intermedios, completan la relación: la atmósfera que confina setenta y dos y la biosfera (los seres vivos) que encierra cincuenta y seis.

     Yerra quien crea que se trata de depósitos estáticos, más bien al contrario, los átomos de carbono viajan continuamente de uno a otro: ya están en la atmósfera, ya en la biosfera, ora en las rocas sedimentarias, ora en los océanos. El ciclo biológico del carbono, -el dióxido de carbono atmosférico es recogido por plantas y bacterias, transformado en materia orgánica, y posteriormente liberado de nuevo a la atmósfera por la respiración y descomposición- es un componente de uno mayor, el ciclo geoquímico del carbono: las plantas toman el carbono de la atmósfera y lo disuelven en el agua; disuelto meteoriza las rocas, cuyos componentes son transportados por los ríos a los océanos, donde parte del carbono se convierte en mineral y parte se libera a la atmósfera. Es importante resaltar que, al hacer el balance global de carbono, se registra una pérdida; pérdida que se contrarresta en el interior de la Tierra donde se forma el dióxido de carbono que los volcanes expulsan a la atmósfera. Puesto que la liberación de dióxido de carbono ocasionada por las actividades humanas es mucho más rápida que la natural debido a las actividades volcánicas, su concentración en la atmósfera aumenta, lo que nos conduce a la inquietante predicción que la quema de combustibles fósiles podría alterar el clima de la Tierra.

Dos nuevos aminoácidos

Me abrió las puertas del mundo de la criptografía “El escarabajo de oro”, un delicioso cuento de Edgar Allan Poe. Hay piratas, intriga y, por si fuera poco, un tesoro: el protagonista del relato, haciendo gala de un talento lógico extraordinario, encuentra el significado de un galimatías de signos aparentemente sin sentido; la resolución del jeroglífico le reporta un suculento premio: recupera el oro escondido por el famoso Capitán Kid. Otro código, igual de enigmático, encontraron los biólogos cuando buscaban las diferencias y semejanzas entre las moléculas que constituyen los seres vivos. La diferencia entre tu cuerpo y el mío, amable lector, o entre un perro y yo reside en que poseemos proteínas desiguales, nada más. Proteínas que son grandes moléculas formadas por centenares de aminoácidos, con una peculiaridad, siempre los mismos -veinte distintos- unidos en orden dispar. Y de la misma manera que con veintisiete letras del alfabeto español pueden escribirse millones de palabras, con veinte aminoácidos pueden hacerse cuantiosísimas proteínas. Por otro lado, el ADN, que almacena la información genética, es una molécula gigantesca formada por la unión de unos pocos millones de moléculas pequeñas (de cuatro variedades diferentes); la información genética, entonces, se almacena recurriendo a un código (el código genético) de cuatro letras. Pues bien, me pregunto ahora, ¿cómo se traduce la información genética? ¿Cómo se convierte el lenguaje de cuatro letras del ADN en uno de veinte letras de las proteínas? Con tres letras –triplete- del ADN pueden hacerse sesenta y cuatro variaciones, y cada una de ellas corresponde a un aminoácido. Los biólogos ya han traducido el código y averiguado qué aminoácido corresponde a cada triplete; pero aún quedan preguntas por contestar. Los criptógrafos saben que los mensajes deben tener un comienzo y un final; así ocurre con los mensajes genéticos: existe un triplete iniciador (que también codifica a un aminoácido) y tres tripletes terminales -de nombre ámbar, ópalo y ocre-. Todo parecía claro hasta el 1986 del pasado siglo en el que se halló alguna excepción a la universalidad del código genético. En algunas especies los tripletes finalizadores se interpretan como nuevos aminoácidos; nuevos aminoácidos que se suman a los veinte habituales. El triplete ópalo en algunas bacterias, arqueas y células eucariotas codifica al aminoácido selenocisteína, y el triplete ámbar en algunas arqueas metanógenas y en una especie de bacteria (Desulfitobacterium hafniense) al aminoácido pirrolisina. ¿Sucederá lo mismo con el ocre? Tal vez la investigación que efectúes tú amable lector depare la repuesta. 

Tierras raras

El lector culto probablemente nunca haya oído hablar de las tierras raras; sin embargo, este grupo de elementos químicos ha penetrado en la vida moderna: en las tabletas, reproductores de música (iPod), teléfonos móviles, aerogeneradores, sistemas antimisiles, motores de avión, paneles solares, baterías de marcapasos, baterías de coches híbridos y láseres. Antes de seguir la crónica, debo declarar que las tierras raras ni son raras ni son tierras. No son tierras, porque no son óxidos metálicos pulverulentos y no son raras porque son metales más abundantes que el oro, plata, mercurio o volframio. Omnipresentes en la corteza terrestre, aunque muy diluidas, por fortuna hay minerales que las contienen en una concentración que nos permite su obtención económica. Desgraciadamente, separar las tierras raras de los elementos que las acompañan resulta una tarea difícil; en China, en concreto, hacen un proceso muy sucio: inundan el terreno con sustancias químicas, extraen los metales y dejan un lago tóxico que, por si fuera poco, a menudo, contiene torio y uranio radiactivos.

Debido a sus semejanzas químicas, se agrupa en una familia al lantano, cerio, praseodimio, neodimio, prometio, samario, europio, gadolinio, terbio, disprosio, holmio, erbio, tulio, iterbio y lutecio –dispense el cansado lector la jerigonza-; y por la misma razón, también se incluye en el grupo al escandio y al itrio. Pero su similitud química no impide formidables diferencias magnéticas y ópticas. Aparecen colores fluorescentes al iluminar estos elementos con luz ultravioleta; usándolos se pretende disuadir a los falsificadores de billetes de euro. La luz verde de una pantalla de televisión se genera con terbio, la roja con europio e itrio. La mayoría de los amplificadores se hacen con erbio, porque la luz que produce este metal transporta señales a través de una fibra óptica a lo largo de muchos kilómetros. Sin imanes de neodimio -diez veces más potentes que los de hierro- no sería posible la miniaturización de la tecnología: los motores de los discos duros de los ordenadores, los altavoces en los teléfonos móviles y ordenadores portátiles tienen estos imanes; pero no sólo el mundo diminuto requiere imanes potentes, también en los generadores de las turbinas eólicas marinas se emplean imanes de neodimio.

Si, muchas industrias que usan alta tecnología dependen del abastecimiento de tierras raras y China es el principal productor (el 97 % de la oferta mundial): para evitar el monopolio extraer tierras raras en otras partes del mundo se ha convertido en una tarea urgente.

La melatonina y la sede del alma

Leía, otra vez, la tragedia de Ayax, escrita por Sófocles. Acabada la lectura me quedé cavilando sobre el deshonor y la venganza, el odio y la nobleza; al final un asunto se impuso sobre los demás, el guerrero se vuelve loco porque considera que lo han deshonrado. ¿Qué ha sucedido en su cerebro para que pierda la razón? Hace siglos se invocaba al demonio para comprender las enfermedades mentales, hace decenios se recurría a la lobotomía para su tratamiento, hoy, afortunadamente, los desarreglos en la cantidad de algunos mensajeros químicos cerebrales proporcionan una explicación más aproximada a la realidad. El exceso del compuesto químico dopamina en el cerebro se correlaciona con la esquizofrenia, la escasez, con la ansiedad; pero si se detecta insuficiencia de dopamina y serotonina conjuntamente el paciente presentará depresión. Los bioquímicos conocen varias moléculas que intervienen en la comunicación entre las células, una de ellas, la melatonina, tiene una curiosa historia.

La glándula pineal, ubicada en el centro del cerebro, era la sede del alma para René Descartes. Certifico su genialidad como matemático, menos como físico, no oso valorar su filosofía, sí su capacidad como fisiólogo: ninguna. Si no sede del alma, hoy consideramos la glándula pineal como un dispositivo que convierte un estímulo visual, procedente de la retina del ojo, en producción de una hormona, la melatonina; producción que varía a lo largo del día, con valores mínimos diurnos y máximos nocturnos. Durante el siglo XX los biólogos consideraron que únicamente la glándula pineal producía melatonina; numerosas observaciones hechas desde entonces les han obligado a cambiar de opinión: otros órganos, tejidos y células -el tracto gastrointestinal, el cerebelo, el sistema inmunitario y alguno más- también la sintetizan, probablemente en mayor cantidad. En cualquier caso, su precursor es el triptófano, un aminoácido esencial.

La melatonina actúa sobre varios procesos y por eso presenta efectos diferentes. Interviene en la sincronización del ritmo circadiano de los procesos metabólicos (tal jerigonza significa que el ritmo de algunas reacciones biológicas cambia periódicamente a lo largo del día); y también participa en la regulación de los ciclos de vigilia y sueño: por ello los investigadores han observado que su administración facilita el sueño. La melatonina se comporta como un potente antioxidante, afecta a la regulación de la maduración sexual, tiene capacidad antitumoral y modula la función del sistema inmunitario; por último, influye en el aumento de la longevidad y calidad de vida. No es poco para esta singular hormona.

Aerogeles y alfombras voladoras

Estamos familiarizados con las disoluciones, la sal o el azúcar disueltos en agua son una prueba evidente de ello. También con las suspensiones: fíjese el lector cabizbajo en un charco de agua clara que, después de agitarla, se pone turbia. Entre las suspensiones y las disoluciones verdaderas, heterogéneas aquéllas, homogéneas éstas, se halla el reino de lo ambiguo, las disoluciones coloidales, que, como no podía ser menos, abundan en la naturaleza.

Los coloides pueden coagular: poco que añadir a la coagulación de la sangre, mientras no conlleve un infarto de miocardio; la precipitación de las arcillas suspendidas en el agua de los ríos debido a la sal disuelta del mar no es menos importante: forma los deltas en las desembocaduras. Entre soles, como las pinturas o tintas, y geles, como la gelatina o el queso fresco, la diferencia es muy sutil; porque hay una gradación continua desde un sólido disperso en un líquido a un líquido disperso en un sólido: comprender este estado nos ayudará a entender el interior de nuestras células. Observarán aerosoles quienes se fijen en la niebla -partículas de agua dispersas en la atmósfera- o en el humo -granos de polvo en el aire-. Quien ordeñe las vacas para obtener leche o haga mayonesa se familiarizará con las emulsiones, dispersiones de un líquido en otro, a menudo de un aceite en agua. Los más golosos se deleitarán con la nata y los merengues, con las espumas, dispersiones de un gas en un líquido o en un sólido, en las que me voy detener porque a una de ellas, a los aerogeles, sospecho, le aguarda un futuro prometedor.

Un aerogel está compuesto por hasta el noventa y nueve con ocho décimas por ciento de aire, el resto es sílice (u otra sustancia). Su mínima densidad, tres kilogramos cada metro cúbico, unas ochocientas veces menor que la del vidrio y poco más del doble que el aire, junto con su resistencia y capacidad para funcionar como aislante térmico, lo hacen adecuado para la construcción de estructuras aéreas que flotan indefinidamente en el aire. Sí, el atónito lector leyó bien, una cúpula geodésica construida con aerogel sería tan ligera, que la diferencia de temperatura entre el aire interior y exterior la haría flotar; semitransparente, el aerogel, que no permite la fuga de calor, pero sí la entrada de radiación solar, flotaría mientras le diese el Sol. Quién sabe, quizás en el futuro viajemos en alfombras voladoras fabricadas con algún aerogel.