Historias de la Ciencia

El objetivo de este libro es mostrar las secuencias lógicas que siguen los científicos para explicar cómo se produjo el origen de la materia, el de la vida y la aparición de los humanos. Puede que sean las tres preguntas fundamentales de la ciencia y de la filosofía. No tienen una fácil respuesta, pero la ciencia tiene una explicación de gran parte de ellas. El libro se divide en tres partes, cada una de ellas contestando a una de las tres preguntas anteriormente citadas y escrita por un autor diferente en cada una de las partes. Os pongo lo que más me ha llamado la atención.

Sabemos que el calor añade energía a las moléculas de agua y la emplean para aumentar su movimiento relativo. En el hielo sólido están casi inmóviles pero cuando vibran suficiente energía se transforman en agua líquida. Si adquieren más energía se rompen esos débiles enlaces que las mantienen unidas y se evapora. En nuestras casas no solemos llegar mucho más lejos. Pero si pudiéramos añadir más energía, al llegar a 3.000 ºC los enlaces que mantienen unidos los átomos de hidrógeno y oxígeno se rompen y no tendríamos agua como tal, sino una mezcla gaseosa de hidrógeno y oxígeno. Si aún llegáramos más lejos, a los 10.000 ºC los propios átomos se romperían dejando una mezcla de electrones, protones y neutrones. Y todavía podríamos llegar más lejos hasta obtener quarks.

Prácticamente todos los objetos que podemos ver a simple vista pertenecen a nuestra galaxia: la Vía Láctea. Como están ligados gravitatoriamente, no nos dice nada acerca de la dinámica global del Universo. Para eso hay que mirar con telescopio.

Las estrellas primordiales, conocidas como estrellas de población III son aquellas que se supone que estaban en el inicio del Universo, sólo contenían Hidrógeno y Helio. En ellas se produjeron otros elementos químicos que, al explotar como supernova, se dispersarían y llegarían a formar parte de otras estrellas de segunda generación. Nuestro Sol, es, al menos, de esa segunda generación.

Si el Cosmos fuera totalmente homogéneo, con una densidad y temperatura idéntica en todas direcciones no habría sido posible que la acción de la gravedad hubiera hecho crecer las estructuras cósmicas que podemos observar hoy, como estrellas, galaxias y supercúmulos de galaxias. Era necesaria la presencia de unas semillas en la distribución inicial de densidades alrededor de las cuales se habría ido depositando la materia en cantidades crecientes de modo cada vez más rápido. Pero esas semillas tampoco podían ser demasiado grandes, pues de haberlo sido habría dado lugar a asimetrías mucho mayores. Las pruebas de esas asimetrías se midieron del fondo de microondas con una exactitud por el COBE de 1 parte en 100.000.

Fritz Zwicky es todavía hoy recordado por una de las personalidades más brillantes y complejas del siglo XX. Estudió Física y Matemáticas en el Instituto Federal de Tecnología de Zurich en 1925 y emigró a EEUU. Era capaz de dar soluciones a problemas muy difíciles, lo que combinaba con un carácter muy difícil. Entre los muchos conceptos que divisó por primera vez y que hoy son habituales figuran las estrellas de neutrones, supernovas, lentes gravitacionales o la presencia de la materia oscura. Durante su vida llegó a descubrir más de 120 supernovas.

El Premio Nobel de 2011 se lo llevaron los físicos Riess, Schmidt y Perlmutter por un trabajo publicado en 1988. Tras medir cuidadosamente los espectros de casi 100 supernovas del tipo Ia se vio que la expansión del Universo no se estaba frenando, sino acelerando. O sea, no es que la gravedad frene la expansión, sino que parece que hay algún tipo de “antigavedad” que hace que el Universo se acelere su expansión.

Recibimos un bombardeo de masa continuo a la Tierra, del orden de 100 toneladas de material entran a la atmósfera cada día procedente del Sistema Solar. La inmensa mayoría lo hacen en forma d polvo o de partículas minúsculas.

Todos los seres vivos formamos parte de una gran familia y todos descendemos de un ancestro común al que llamamos LUCA (Last Universal Common Ancestor).

Podríamos acordar que la vida sería el resultado de las opciones que tiene la materia para, sin dejar de obedecer la leyes de la física y la química, incrementar progresivamente la complejidad de los procesos en los que participa hasta generar una dinámica auto-replicativa que le permite mantenerse alejado del equilibro termodinámico gracias a un consumo constante de energía.

No sabemos cómo sería la vida fuera de la Tierra. Como preguntaba Robert Shapiro: ¿Cómo definiríamos lo que es un mamífero si el único mamífero que hubiéramos visto fuera una cebra?

La enzima más abundante de la Tierra es la Rubisco. Está presente en los cloroplastos de todos los organismos fotosintéticos y es la principal responsable de fijar el CO₂ atmosférico en moléculas orgánicas por lo que resulta fundamental en el ciclo de carbono de la biosfera.

Comparando la genética con el lenguaje podríamos decir que, si los nucleótidos son las letras, los exones equivalen a las palabras y los genes serían frases. El genoma de un virus lo podríamos identificar como un poema, el de una bacteria como una novela y el de una animal o na planta con una enciclopedia en la que cada cromosoma sería uno de sus tomos.

Francesco Redi diseñó un sencillo experimento. Colocó tres trozos de carne cruda en el interior de otros tres frascos de vidrio: el primero lo dejó abierto, el segundo lo cubrió con un trozo de grasa que ato fuertemente a la boca del recipiente, y el tercero lo cerró por completo con un tapón de corcho. Al cabo de unos días observó que sólo en la carne del primer frasco aparecían pequeños gusanos blancos que eran larvas de mosca. Esto demostraba que los gusanos no se habían producido por generación espontánea, pues en ese caso también deberían haber aparecido en los otros dos frascos.

Repitió posteriormente ese experimento sustituyendo la carne por pescado y una víbora muerta y sus conclusiones las publicó en 1648. Aun así, Redi no fue capaz de explicar por qué la carne estaba en descomposición en los tres frascos al final de su experimento.

Intentando refutar los resultados de Redi, John T. Needham hirvió caldo de carne, con lo que destruía las larvas y microorganismos existentes. Luego, tapó el frasco, pero no lo cerró por completo, pues se consideraba que el aire debía poder entrar en el proceso para mantener el espíritu vital que generaba la generación espontánea. Días después, aparecieron seres microscópicos en el caldo. Lo que no sabían era que con el aire se había abierto la puerta a los seres vivo microscópicos.

Lazzaro Spallanzani alargó el tiempo de cocción sellando perfectamente los recipientes, pero Needham arguyó que destruía la fuerza vegetativa (unir a Cazadores de Microbios)

Los defensores de la generación espontánea con Félix-Archiméde Pouchet a la cabeza repitieron los experimentos. Curiosamente, si Pouchet hubiera seguido el protocolo de Pasteur utilizando su propio caldo de cultivo que era agua de heno podría haber alargado la polémica, ya que tiene microbios que son capaces de sobrevivir a los 120ºC. Posteriormente se generalizó el uso del autoclave,un instrumento similar a las ollas de presión con el que se puede hervir agua a 2 atmósferas a 121ºC.

Pasteur sintetizó: Toda vida proviene de la vida. Pero la pregunta es, ¿de dónde salió la primera?

Sabemos que el magma ya se había solidificado hace 4.400 millones de años gracias al hallazgo del grupo de Colin M. Graham en Jack Hills, en Australia, de unos cristales de zircón (buscar por qué es tan resistente y demás)

Cuando se analizó en detalle la composición del meteorito Murchinson, del que se recuperaron aproximadamente 100 Kg se vio que muchos de los compuestos fueron los que encontró Miller en su famoso experimento, lo que indica que esos compuestos pueden darse en otras partes del Universo.

Las moléculas llegadas desde el espacio pueden no ser desdeñables. En 1992, Carl Sagan y Christopher F.Chyba calcularon que durante el bombardeo masivo y tardío que llegó a la Tierra llegó una cantidad de materia orgánica impresionante: entre 10 y 1000 billones de toneladas. Hay que tener en cuenta que la cantidad de materia orgánica actual en la biosfera es 6*10^14 kg (los otros son 10^16 y 10^18)

Las tasas de mutación de los virus RNA son muy altas ya que no tienen un sistema corrector de errores y su tasa de mutación es del orden de uno de cada 10.000 nucleótidos. Los virus DNA que sí tienen este sistema corrector de errores tienen una tasa de mutación de uno de cada 1000 millones de nucleótidos: una tasa 100.000 veces más menor.

Entre los virus más interesantes está el Narnavirus, que infecta a ciertas levaduras intervinientes en la fermentación de bebidas. Se puede afirmar que los Narnavirus son moléculas RNA que contienen casi únicamente la secuencia de la proteína que cataliza su propia replicación.

Se podría deducir que los virus se comportan como seres vivos, pues son entidades replicativas que evolucionan, pero difieren de los organismos celulares en que no tienen metabolismo. Por tanto, no son autónomos y realmente sólo pueden mantenerse y evolucionar gracias a las células.

Los buitres tienen un aparato digestivo perfectamente adaptado para consumir carroña a pesar de su alto contenido en bacterias de gran toxicidad, como el ántrax y otros. Otros vertebrados y nosotros mismos podríamos morir por la ingesta de materia orgánica infectada por esos microorganismos.

¿Tuvimos en el pasado este tipo de adaptaciones?

Nuestro cerebro se lleva entre el 20% Y el 25% del total de energía del metabolismo basal. Los mamíferos exclusivamente vegetarianos necesitan un aparato digestivo largo y complejo para digerir los hidratos de carbono de cadena larga con que se alimentan. Nuestros antepasados fueron yendo poco a poco a la carne y ya no necesitábamos tanta energía para mantener un complejo sistema digestivo y de ahí que la energía pudiera utilizarse para desarrollar y mantener un cerebro cada vez más necesarios para el desarrollo de estrategias para conseguir más alimento.

¿Dónde está la diferencia a nivel genético entre nuestros antepasados africanos de hace 200.000 años y los actuales habitantes del planeta? Hay investigadores que sostienen que la diferencia está en unos pocos genes reguladores. De hecho, las diferencias cuantitativas entre nosotros y los chimpancés son del 1,5%, pero la función de cada uno de esos genes puede tener consecuencias de gran envergadura. Por ejemplo, dos de los genes identificados en esas diferencias son el ASPM y el MCPH1 que actúan sobre la capacidad de proliferación de las células inmaduras precursoras de las células nerviosas, o sea neuronas y células gliales. También hay genes que intervienen en la regulación de las conexiones neuronales, o los que promocionan el número de dendritas de las mismas.

Dependemos los unos de los otros, porque hemos construido un mundo a la medida de las necesidades de una sociedad cada vez más compleja y formada por grupos o “profesiones” altamente especializadas. Estamos adaptados a un medio social muy exigente. Nuestra especie ha dado un salto gigantesco hacia la complejidad social: en ello reside nuestro éxito, pero también el mayor peligro que nos acecha

La Tierra es el planeta de los microorganismos, y el día a día de nuestra vida depende de la suya: más de un kilogramo de ellos perteneciente a 10.000 especies diferentes habita en cada individuo sano de nuestra especie. Gracias al microbioma podemos sobrevivir. Algunos de ellos nos aportan algunas enzimas sin las cuales no podríamos digerir nuestra propia dieta y nos protegen de ser infectados por otros microorganismos más patógenos. Si hacemos un recuento celular, un humano sano aloja 10 veces más microorganismos que células de nuestra especie. Nuestro cuerpo es un ecosistema y además estamos en minoría ¿Somos entonces superiores a ellos? Precisamente, lo que nos define es nuestro genoma, pero también tenemos un 10% de genoma de retrovirus que se fueron integrando al nuestro.

Es un libro que, dentro del carácter divulgativo con el que está escrito, es bastante técnico. No lo recomendaría a quien no esté, al menos, en un tercer curso de alguna carrera técnica o científica, preferiblemente de la rama de la química o la biología.

Título: “Orígenes”
Autores: José María Bermúdez de Castro, Carlos Briones Llorente y Alberto Fernández Soto