Situación del ADN dentro de una célula

En el interior de cada célula de nuestro cuerpo tenemos cadenas de ADN increíblemente largas. Es la materia prima de los genes. Almacena, reproduce y transmite todas nuestras características personales y únicas, nuestra herencia genética. Estas cadenas de ADN contienen las plantillas codificadas de las proteínas, que son los ladrillos de nuestros cuerpos.

Esta codificación es una serie de combinaciones de cuatro moléculas llamadas bases de los nucleótidos (y representadas por las letras A, G, C y T), que dan todas las instrucciones necesarias para fabricar nuestro cuerpo. Heredamos ADN de nuestros dos progenitores y, puesto que recibimos una mezcla única de ambos, la cadena de ADN de cada uno de nosotros es ligeramente distinta de la de los demás. Nuestro ADN es como una huella dactilar molecular.

Durante la reproducción sexual humana, el ADN de los progenitores se copia y se transmite en proporciones iguales. Es importante saber que, aunque casi todo el ADN de cada progenitor se separa durante la reproducción, en cada generación se barajan y se mezclan pequeños fragmentos de las dos aportaciones. Por mezcla no se entiende la distribución aleatoria y masiva, sino pequeños intercambios, duplicaciones y permutas entre el lote materno y el lote paterno de ADN. Este fenómeno se llama técnicamente “recombinación”. Afortunadamente para los fines de los investigadores genéticos, hay dos pequeñas porciones de nuestro ADN que no se recombinan. El ADN no recombinante es más fácil de rastrear, dado que su información no se altera durante su transmisión de una generación a otra. Las dos pequeñas porciones son el ADN mitocondrial (ADNmt) y la parte no recombinante del cromosoma Y (YNR).

Así que, el ADN mitocondrial es útil para el estudio evolutivo, en primer lugar, porque su variabilidad depende exclusivamente de las mutaciones, ya que no sufre el ya mencionado proceso de recombinación durante la concepción. En segundo lugar, permite un seguimiento de la línea materna evolutiva, pero solamente se podría estudiar en zonas que se saben estuvieron habitadas por mujeres, por lo que poría traer fallas, en caso de que la población femenina fuera mayor a la masculina. Aquellas regiones donde el ADN m. presnetan mayor variabilidad, significaran que allí se han producido mayores mutaciones en el tiempo, por tanto serán más antigua, rastreándose así nuestra posible zona de origen. El número de genes en el ADN mitocondrial es de 37, frente a los 20.000 – 25.000 genes del ADN cromosómico nuclear humano.

Así que, decir que recibimos el 50% de nuestro ADN de nuestro padre y el otro 50% de nuestra madre no es totalmente verdadero. Un pequeño fragmento de nuestro ADN se hereda sólo a través de la madre. Es al que antes nos referíamos como el ADN mitocondrial porque se trata de filamentos circulares individuales contenidos en pequeñas cápsulas tubulares llamadas mitocondrias que funcionan un poco como baterias en el interior del citoplasma celular.

Algunos biólogos moleculares dicen que, cuando el mundo era joven, la mitocondria era un organismo autónomo con su propio ADN y poseía el secreto de generar muchísima energía. Invadió organismos unicelulares nucleados y allí sigue desde entonces, dividiéndose, como la levadura, por fusión binaria. Aunque los varones reciben y usan el ADN mitocondrial de la madre, no pueden transmitirlo a los hijos. El esperma tiene mitocondrias propias para propulsar el largo viaje desde la vagina hasta el óvulo, pero al entrar en éste, las mitocondrias masculinas se marchitan y se mueren.

Así pues, cada cual hereda el ADNmt de la madre, que a su vez lo ha heredado intacto de su madre y ésta de la suya, hasta el infinito; de ahí que el nombre popular del ADNmt, “el gen EVA”. En última instancia, todas las personas que viven hoy en el mundo han heredado su ADN mitocondrial de una única antepasada que vivió hace casi 200.000 años. Este ADNmt nos proporciona un raro punto de estabilidad en las arenas movedizas de la transmisión del ADN. Sin embargo, si todos los cromosomas EVA del mundo actual fueran una reproducción exacta del primer gen Eva, todos serían idénticos. Sería algo prodigioso, pero significaría que el ADNmt tiene poco que decirnos sobre nuestra prehistoria. Saber que todas las mujeres descienden de una remota EVA común resulta emocionante, pero no nos ayuda a reconstruir la vida de cada una de sus hijas. Necesitamos un poco de variedad.

Los genes pueden mutar (transformarse) de diferentes formas. La forma más sencilla de mutación implica un cambio en una base individual a lo largo de la secuencia de bases de un gen en particular–muy parecido a un error tipográfico en una palabra que ha sido mal escrita. En otros casos, se pueden agregar o eliminar una o más bases. Y algunas veces, grandes segmentos de una molécula de ADN se repiten, se eliminan o se trastocan accidentalmente.

Así, aparecen mutaciones puntuales del ADN. Al heredar el ADNmt de nuestra madre, a veces hay un cambio en una o más “letras” del código del ADNmt, aproximadamente una mutación cada mil generaciones. La nueva letra, llamada “mutación puntual”, se transmitirá desde entonces a todas las descendientes. Aunque otra mutación es un fenómeno raro dentro de una sóla línea familiar, la probabilidad total de las mutaciones aumenta de manera visible a causa de la cantidad de mujeres que tienen hijas. Así, en una generación, un millón de mujeres podrían tener más de mil hijas con una mutación personal e intransferible. Por este motivo, y salvo que hayamos tenido una antepasada común en los últimos 10.000 años, cada cual tiene un código que es ligeramente distinto del de los demás.

             Sí, aunque pequeñas, existen esas probabilidades de mutaciones de la genética

Claro que, también existe el “Gen Adán”. A semejanza del ADNmt de transmisión materna y que reside fuera del núcleo de la célula, dentro del núcleo hay un paquete de genes que sólo se transmite por línea masculina. Es el cromosoma Y, el cromosoma definidor de la masculinidad. Exceptuando un pequeño segmento, el cromosoma Y no desempeña ningún papel en el promiscuo intercambio de ADN que se permiten otros cromosomas, esto significa que, al igual que el ADNmt, la parte no recombinante del cromosoma Y pasa intacta a cada generación y puede ser rastreado, siguiendo una línea ininterrumpida, hasta nuestro primer antepasado masculino.

Los cromosomas Y se utilizan desde hace menos tiempo que el ADNmt en la reconstrucción de árboles genéticos y existen problemas para estimar el alcance cronológico. Cuando se solucionen, el método YNR podría tener una resolución cronológica y geográfica mucho mayor que el ADNmt, tanto para el pasado reciente como para el remoto. Esto se debe sencillamente a que el YNR es mucho mayor que el ADNmt y en consecuencia tiene mayor viabilidad potencial.

Bueno, tanto este artículo, o, pasaje (de una parte de nosotros) como otro que llamé: Estamos señalados por muchos dones pero…¡El habla!, nos viene a confirmar que, la vida, no es sólo “la materia evolucionada”. ¡La Vida! es mucho más que todo eso y, seguramente, como nos dice el amigo Kike, sea una parte sustancial del Universo que, a través de su sabia Naturaleza, nos ha creado para poder contemplarse, como nos comentó Nelson que había dicho el sabio.

De todas las maneras y a pesar de tantas explicaciones… seguimos… ¡Sin saber lo que la vida es!

Emilio Silvera V.

  Agujeros Negros Gigantes

Las estrellas típicas como el Sol, emiten desde su superficie un viento de partículas cargadas eléctricamente que barre los atmósferas de los planetas en órbitas a su alrededor y a menos que el viento pueda ser desviado por un campo magnético, los posibles habitantes de ese planeta lo podrían tener complicado soportando tal lluvia de radiactividad.  En nuestro sistema solar el campo magnético de la Tierra ha protegido su atmósfera del viento solar, pero Marte, que no está protegido por ningún campo magnético, perdió su atmósfera hace tiempo.

Hasta el momento sólo sabemos de la vida en la Tierra

Probablemente no es fácil mantener una larga vida en un planeta del Sistema solar.  Poco a poco hemos llegado a apreciar cuán precaria es.  Dejando a un lado los intentos que siguen realizando los seres vivos de extinguirse a sí mismos, agotar los recursos naturales, propagan infecciones letales y venenos mortales y emponzoñar la atmósfera, también existen serias amenazas exteriores.

Los movimientos de cometas y asteroides, a pesar de tener la defensa de Júpiter, son una seria y cierta amenaza para el desarrollo y persistencia de vida inteligente en las primeras etapas.  Los impactos no han sido infrecuentes en el pasado lejano de la Tierra habiendo tenido efectos catastróficos.  Somos afortunados al tener la protección de la luna y de la enorme masa de Júpiter que atrae hacia sí los cuerpos que llegan desde el exterior desviándolos de su probable trayectoria hacia nuestro planeta.

La caída en el Planeta de uno de estos enormes pedruscos podría producir extinciones globales y retrasar en millones de años la evolución.

Cuando comento éste tema no puedo evitar el recuerdo del meteorito caído en la Tierra que impactó en la península de Yucatán hace 65 millones de años, al final de la Era Mesozoica, cuando según todos los indicios, los dinosaurios se extinguieron.  Sin embargo, a aquel suceso catastrófico para los grandes lagartos, en realidad supuso que la Tierra fue rescatada de un callejón sin salida evolutivo.  Parece que los dinosaurios evolucionaron por una vía que desarrollaba el tamaño físico antes que el tamaño cerebral.

La desaparición de los dinosaurios junto con otras formas de vida sobre la Tierra en aquella época, hizo un hueco para la aparición de los mamíferos.  Se desarrollo la diversidad una vez desaparecidos los grandes depredadores.  Así que, al menos en este caso concreto, el impacto nos hizo un gran favor, ya que, hizo posible que 65 millones de años más tarde pudiéramos llegar nosotros.  Los dinosaurios dominaron el planeta durante 150 millones de años; nosotros, en comparación, llevamos tres días y, desde luego, ¡la que hemos formado!

En nuestro sistema solar la vida se desarrolló por primera vez sorprendentemente pronto tras la formación de un entorno terrestre hospitalario.  Hay algo inusual en esto. El secreto reside en el tiempo biológico necesario para desarrollar la vida y el tiempo necesario para desarrollar estrellas de segunda generación y siguientes que en novas y supernovas cristalicen los materiales complejos necesarios para la vida, tales como el hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, carbono, etc.

Parece que la similitud en los “tiempos” no es una simple coincidencia.  El argumento, en su forma más simple, lo introdujo Brandon Carter y lo desarrolló John D. Barrow por un lado y por Frank Tipler por otro.  Al menos, en el primer sistema Solar habitado observado ¡el nuestro!, parece que sí hay alguna relación entre t(bio) y t(estrella) que son aproximadamente iguales el t(bio) –tiempo biológico para la aparición de la vida- algo más extenso.

La evolución de una atmósfera planetaria que sustente la vida requiere una fase inicial durante la cual el oxígeno es liberado por la foto-disociación de vapor de agua.  En la Tierra esto necesitó 2.400 millones de años y llevó el oxígeno atmosférico a aproximadamente una milésima de su valor actual.  Cabría esperar que la longitud de esta fase fuera inversamente proporcional a la intensidad de la  radiación en el intervalo de longitudes de onda del orden de 1000-2000 ángstroms, donde están los niveles moleculares clave para la absorción de agua.

Este simple modelo indica la ruta que vincula las escalas del tiempo bioquímico de evolución de la vida y la del tiempo astrofísico que determina el tiempo requerido para crear un ambiente sustentado por una estrella estable que consume hidrógeno en la secuencia principal y envía luz y calor a los planetas del Sistema Solar que ella misma forma como objeto principal.

A muchos les cuesta trabajo admitir la presencia de vida en el Universo como algo natural y corriente, ellos abogan por la inevitabilidad de un Universo grande y frío en el que, es difícil la aparición de la vida, y, en el supuesto de que ésta aparezca, será muy parecida a la nuestra.

Moléculas de Agua y de Carbono

Creo que la clave está en  los compuestos del carbono, toda la vida terrestre actualmente conocida exige también el Agua como disolvente. Y como para el carbono, se supone a veces que el agua es el único producto químico conveniente para cumplir este papel. El amoníaco (el nitruro de hidrógeno) es la alternativa ciertamente al agua, la más generalmente posible propuesta como disolvente bioquímico. Numerosas reacciones químicas son posibles en disolución en el amoníaco, y el amoníaco líquido tiene algunas semejanzas químicas con el agua. El amoníaco puede disolver la mayoría de las moléculas orgánicas al menos así como el agua, y por otro lado es capaz de disolver muchos metales elementales. A partir de este conjunto de propiedades químicas, se teorizó que las formas de vida basada en el amoníaco podrían ser posibles. También se dijo del Silicio. Sin embargo, ninguno de esos elementos son tan propicios para la vida como el Carbono y tienen, como ya sabemos, parámetros negativos que no permiten la vida tal como la conocemos.

Hasta el momento, todas las formas de vida que surgieron en la Tierra, están basadas en el Carbono.

Los biólogos, sin embargo, parecen admitir sin problemas la posibilidad de otras formas de vida, pero no están tan seguros de que sea probable que se desarrollen espontáneamente, sin un empujón de formas de vida basadas en el carbono.  La mayoría de los estimaciones de la probabilidad de que haya inteligencias extraterrestres en el Universo se centran en formas de vida similares a nosotras que habiten en planetas parecidos a la Tierra y necesiten agua y oxígeno o similar con una atmósfera gaseosa y las demás condiciones de la distancia entre el planeta y su estrella, la radiación recibida, etc.  En este punto, parece lógico recordar que antes de 1957 se descubrió la coincidencia entre los valores de las constantes de la Naturaleza que tienen importantes consecuencias para la posible existencia de carbono y oxígeno, y con ello para la vida en el Universo.

Hay una coincidencia o curiosidad adicional que existe entre el tiempo de evolución biológico y la astronomía.  Puesto que no es sorprendente que las edades de las estrellas típicas sean similares a la edad actual del Universo, hay también una aparente coincidencia entre la edad del Universo y el tiempo que ha necesitado para desarrollar formas de vida como nosotros.

Si miramos retrospectivamente cuánto tiempo han estado en escena nuestros ancestros inteligentes (Homo sapiens) vemos que han sido sólo unos doscientos mil años, mucho menos que la edad del Universo, trece mil millones de años, o sea, menos de dos centésimos de la Historia del Universo.  Pero si nuestros descendientes se prolongan en el futuro indefinidamente, la situación dará la vuelta y cuando se precise el tiempo que llevamos en el Universo, se hablará de miles de millones de años.

• C: Carbono
• H: Hidrógeno
• O: Oxígeno
• N: Nitrógeno

• P: Fósforo
• Fe: Hierro
• S: Azufre
• Ca: Calcio
• I: Yodo
• Na: Sodio
• K: Potasio
• Cl: Cloro
• Mg: Magnesio
• F: Flúor
• Cu: Cobre
• Zn: Zinc

1. Glúcidos o Hidratos de Carbono
2. Lípidos
3. Proteínas
4. Ácidos Nucleicos

A veces, nuestra imaginación dibuja mundos de ilusión y fantasía pero,  en realidad… ¿serán sólo sueños?, o, por el contrario, pudieran estar en alguna parte del Universo todas esas cosas que imaginamos aquí y que pudieran estar presentes en otros mundos lejanos que, como el nuestro…posibilito la llegada de la vida.

Sí, imaginamos demasiado pero… ¿Qué hay más poderoso que la imaginación?

Brandon Carter y Richard Gott han argumentado que esto parece hacernos bastante especiales comparados con observadores en el futuro muy lejano.

¿Cuántos secretos están en esos números escondidos? La mecánica cuántica (h), la relatividad (c), el electromagnetismo (e^–). Todo eso está ahí escondido. El número 137 es un número puro y adimensional, nos habla de la constante de estructura fina alfa (α), y, el día que sepamos desentrañar todos sus mensajes… ¡Ese día sabremos!

                                         Extraños mundos que pudieran ser

Podríamos imaginar fácilmente números diferentes para las constantes de la Naturaleza de forma tal que los mundos también serían distintos al planeta Tierra y, la vida no sería posible en ellos.  Aumentemos la constante de estructura fina más grande y no podrá haber átomos, hagamos la intensidad de la gravedad mayor y las estrellas agotarán su combustible muy rápidamente, reduzcamos la intensidad de las fuerzas nucleares y no podrá haber bioquímica, y así sucesivamente.

Hay cambios infinitesimales que seguramente podrían ser soportados sin notar cambios perceptibles, como por ejemplo en la vigésima cifra decimal de la constante de estructura fina.  Si el cambio se produjera en la segunda cifra decimal, los cambios serían muy importantes.  Las propiedades de los átomos se alteran y procesos complicados como el plegamiento de las proteínas o la replicación del ADN pueden verse afectados de manera adversa. Sin embargo, para la complejidad química pueden abrirse nuevas posibilidades.  Es difícil evaluar las consecuencias de estos cambios, pero está claro que, si los cambios consiguen cierta importancia, los núcleos dejarían de existir, n se formarían células y la vida se ausentaría del planeta, siendo imposible alguna forma de vida.

“Es difícil formular cualquier teoría firme sobre las etapas primitivas del universo porque no sabemos si hc/e² es constante o varía proporcionalmente a log(t). Si hc/e² fuera un entero tendría que ser una constante, pero los experimentadores dicen que no es un entero, de modo que bien podría estar variando. Si realmente varía, la química de las etapas primitivas sería completamente diferente, y la radiactividad también estaría afectada. Cuando empecé a trabajar sobre la gravedad esperaba encontrar alguna conexión ella y los neutrinos, pero esto ha fracasado.”

 

Las constantes de la naturaleza ¡son intocables! En condiciones normales no varían, algunas, si las ponemos cercas de una singularidad… ¡Puede hasta detenerse! Es el caso de la Gravedad y, también el de la velocidad de la luz que llega al final de su viaje al pasar cerca del agujero negro gigante que la atrae y la engulle. Sin embargo, alguna de estas constantes son esenciales para la vida, y, para no ir más lejos, imaginemos la carga del electrón, o, la masa del protón. Si variaran aunque tan solo fuese una diezmillonésima parte… ¡Los átomos no se podrían formar! Y, entonces… ¡Cómo surgiría la Vida!

Ahora sabemos que el Universo tiene que tener miles de millones de años para que haya transcurrido el tiempo necesario par que los ladrillos de la vida sean fabricados en las estrellas y, la gravitación nos dice que la edad del Universo esta directamente ligada con otros propiedades como la densidad, temperatura, y el brillo del cielo.

Ahora, cuando miramos el Universo, comprendemos, en parte, lo que ahí está presente.

Puesto que el Universo debe expandirse durante miles de millones de años, debe llegar a tener una extensión visible de miles de millones de años luz.  Puesto que su temperatura y densidad disminuyen a medida que se expande, necesariamente se hace frío y disperso.  Como hemos visto, la densidad del Universo es hoy de poco más que 1 átomo por M³ de espacio.  Traducida en una medida de las distancias medias entre estrellas o galaxias, esta densidad tan baja muestra por qué no es sorprendente que otros sistemas estelares estén tan alejados y sea difícil el contacto con extraterrestres.  Si existe en el Universo otras formas de vía avanzada, entonces, como nosotros, habrán evolucionado sin ser perturbadas por otros seres de otros mundos hasta alcanzar una fase tecnológica avanzada, entonces, como nosotros, habrán evolucionado sin ser perturbadas por otros seres de otros mundos hasta alcanzar una fase tecnológica avanzada.

La expansión del Universo es precisamente la que ha hecho posible que el alejamiento entre estrellas con sus enormes fuentes de radiación, no incidieran en las células orgánicas que más tarde evolucionarían hasta llegar a nosotras, diez mil millones de años de alejamiento continuado y el enfriamiento que acompaña a dicha expansión, permitieron que, con la temperatura ideal y una radiación baja los seres vivos continuaran su andadura en este planeta minúsculo, situado en la periferia de la galaxia que comparado al conjunto de esta, es solo una cuota de polvo donde unos insignificantes seres laboriosos, curiosos y osados, son conscientes de estar allí y están pretendiendo determinar las leyes, no ya de su mundo o de su galaxia, sino que su osadía ilimitada les lleva a pretender conocer el destino de todo el Universo.

Cuando a solas pienso en todo esto, la verdad es que no me siento nada insignificante y nada humilde ante la inmensidad de los cielos.  Las estrellas pueden ser enormes y juntas, formar inmensas galaxias… pero no pueden pensar ni amar; no tienen curiosidad ni en ellas está el poder de ahondar en el porqué de las cosas, nosotros si podemos hacer todo eso y más.

La estructura de los átomos y las moléculas está controlada casi por completo por dos números: la razón entre las masas del electrón y el protón b, que es aproximadamente igual a 1/1.836, y la constante de estructura fina a, que es aproximadamente 1/137.  Supongamos que permitimos que estas dos constantes cambien su valor de forma independiente y supongamos también (para hacerlo sencillo) que ninguna otra constante de la Naturaleza cambie. ¿Qué le sucede al mundo si las leyes de la naturaleza siguen siendo las mismas?

Si deducimos las consecuencias pronto encontramos que no hay muchos espacios para maniobrar.  Incrementemos b demasiado y no puede haber estructuras moleculares ordenadas porque es el pequeño valor de Beta (a_F) el que asegura que los electrones ocupen posiciones bien definidas alrededor de un núcleo atómico y las cargas negativas de los electrones igualan las cargas positivas de los protones haciendo estable el núcleo y el átomo.

Si en lugar de a versión b, jugamos a cambiar la intensidad de la fuerza nuclear fuerte a_F, junto con la de a, entonces, a menos que  a_F > 0,3 a^½, los elementos como el carbono no existirían.

No podrían existir químicos orgánicos, no podrían mantenerse unidos. Si aumentamos a_F en solo un 4 por 100, aparece un desastre potencial porque ahora puede existir un nuevo núcleo de helio, el helio-2, hecho de 2 protones y ningún neutrón, que permite reacciones nucleares directas y más rápidas que de protón + protón →  helio-2.

Las estrellas agotarían rápidamente su combustible y se hundirían en estados degenerados o en agujeros negros.  Por el contrario, si a_F decreciera en un 10 por 100, el núcleo de deuterio dejaría de estar ligado y se bloquearía el camino a los caminos astrofísicos nucleares hacia los elementos bioquímicos necesarios para la vida.

Hasta donde sabemos, en nuestro sistema solar la vida se desarrolló por primera vez sorprendentemente pronto tras la formación de un entorno terrestre hospitalario. El secreto reside en el tiempo biológico necesario para desarrollar la vida y el tiempo necesario para desarrollar estrellas de segunda generación y siguientes que en novas y supernovas que llegaran a poder cristalizar los materiales complejos necesarios para la vida, tales como el hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, carbono… Si miramos por ahí, encontraremos múltiples noticias como estas:

Telescopio Spitzer de la NASA ha detectado los pilares de la vida en el universo distante, aunque en un entorno violento. Ha posado su poderoso ojo infrarrojo en un débil objeto situado a una distancia de 3.200 millones de años luz (recuadro), Spitzer ha observado la presencia de agua y moléculas orgánicas en la galaxia IRAS F00183-7111.

Co,mo podemos ver, amigos míos, la vida, como tantas veces vengo diciendo aquí, pulula por todo el Universo en la inmensa familia galáctica compuesta por más de ciento veinticinco mil millones y, de ese número descomunal, nos podríamos preguntar: ¿Cuántos mundos situados en las zonas habitables de sus estrellas habrá y, de entre todos esos innumerables mundos, cuántos albergaran la vida?

A muchos les cuesta trabajo admitir la presencia de vida en el universo como algo natural, ellos abogan por la inevitabilidad de un universo grande y frío en el que es difícil la aparición de la vida. Yo (como muchos otros), estoy convencido de que la vida es, de lo más natural en el universo y estará presente en miles de millones de planetas que, como la Tierra, tienen las condiciones para ello. Una cosa no se aparta de mi mente, muchas de esas formas de vida, serán como las nuestras aquí en la Tierra y estarán también, basadas en el Carbono. Sin embargo, no niego que puedan existir otras formas de vida diferentes a las terrestres.

Emilio Silvera Vázquez

Es verdaderamente admirable constatar cómo ha ido evolucionando nuestro entendimiento del mundo que nos rodea, de la Naturaleza, del Universo. Hubo un tiempo en el que, los individuos de nuestra especie deambulaban por el planeta pero no sabían comprender el “mundo”, ni podían pensar siquiera en el misterio que representaban los fenómenos naturales que a su alrededor se sucedían.

Pasado el tiempo, pudieron mirar hacia arriba y, la presencia de aquellos puntitos brillantes en la oscura y misteriosa oscuridad de la noche, el paso de los cometas, y otras maravillas que no podían explicar, despertó su curiosidad consciente y comenzaron a plantearse algunas preguntas. Muchas decenas de miles de más tarde, nuestro deambular por el planeta, las experiencias y la observación de la Naturaleza, nos llevó a comprender, algunas de las cosas que antes no tenían explicación.

Pensadores del pasado dejaron la huella de sus inquietudes y los llamados filósofos naturales, hicieron el ejercicio de dibujar el “mundo” según ellos lo veían. Nos hablaron de “elementos” de “átomos” y, aunque no era el concepto que ahora de esas palabras podamos tener, ya denotaba una gran intuición en el pensamiento humano que trataba de entender la Naturaleza y cómo estaban hechas las cosas que nos rodeaban. Ellos, a la materia primigenia la llamaron “Ylem” la sustancia cósmica.

Es cierto que siempre hemos quertido abarcar más de lo que nuestra “sabiduría” nos podía permitir. Ahora, en el presente, las cosas no han cambiado y tratamos de explicar lo que no sabemos, y, para ello, si hay que inventarse la “materia oscura”, las “fluctuaciones de vacío”, los “universos paralelos”, los “agujeros de gusano”, o, cualesquiera otros conceptos o fenómenos inexistentes en el mundo material o experimental… ¡qué más da! Lo importante es exponer las ideas que nos pasen por la cabeza que, de alguna manera, pasando el tiempo, se harán realidad. Nuestras mentes, como digo, siempre fueron por delante de nosotros mismos y ha dejado al descubierto esa intuición que nos caracteriza y que, de alguna manera, nos habla de esos hilos invisbles que, no sabemos explicar como pero,  nos conectan con el resto del Universo del que, al fin y al cabo, formamos parte, ¡la que piensa!

Tales de Mileto, uno de los siete sabios de Grecia, nos habló de la importancia del agua para la vida. Él intuyó que sin agua, la vida sería estéril en el planeta. Allí donde el agua corria y se mezclaba con las sustancias de la tierra, unido a los fenómenos naturales y ayudada por el tiempo, hacía posible el surgir de la vida.

Ahora, que hemos podido realizar un cierto avance en el “conocimiento del mundo que nos rodea”, no le damos la verdadera importancia que tienen algunos pensamientos del pasado que, en realidad, son los responsables de que ahora, nos encontremos en el nivel de conocimiento que hemos podido conquistar. Tales de Mileto, uno de los siete sabios de Grecia, fue el primero que dejó a un lado la mitología para utilizar la lógica y, entre otras muchas cosas, indicó la importancia que tenía el agua para la existencia de la vida. Empédocles nos habló de los elementos y Demócrito del a-tomo o átomo., Arquitas de Tarento (filósofo, soldado y músico), el amigo de Platón y seguidor de Pitágoras, ya se preguntaba: ¿Es el Universo infinito?

Él mismo se contestaba diciendo que todo tenía un límite y pensaba en el final que lindaba con el “vacío”, allí donde nada impedía que su espada, lanzada con fuerza en el borde del universo, siguiera su camino sin fin, ninguna fuerza podría pararla y con ninguna clase de materia podría chocar. Así, con esos pensamientos surgidos de la mente humana, podemos constatar que, desde siempre, hemos tratado de saber de qué están hechas las cosas, cómo funciona la Naturaleza y de qué manera funciona el universo que tratamos de comprender.

El Universo se expande y nuestras mentes también. Eso que llamamos Tiempo siguió su transcurrir inexorable, los pensamientos de los grandes pensadores se fueron acumulando en un sin fin de conjeturas y teorías que, poco a poco, pudimos ir comprobando mediante la observación, el estudio y la experimentación hasta que pudimos llegar a saber de qué estaban hechas las estrellas y cómo la materia se transmutaba en sus “hornos” nucleares para crear elementos que hicieran posible el surgir de la vida en los mundos (no creo que la vida esté supeditada a este mundo nuestro).

Puede estar representada de muchas maneras pero, materia es

“Materia es todo aquello que tiene localización espacial, posee una cierta cantidad de energía, y está sujeto a cambios en el tiempo y a interacciones con aparatos de medida. En física y filosofía, materia es el término para referirse a los constituyentes de la realidad material objetiva, entendiendo por objetiva que pueda ser percibida de la misma forma por diversos sujetos. Se considera que es lo que forma la parte sensible de los objetos perceptibles o detectables por medios físicos. Es decir es todo aquello que ocupa un sitio en el espacio, se puede tocar, se puede sentir, se puede medir, etc.”

 

El conocimiento que creemos que tenemos sobre cómo está conformada la materia y las fuerzas fundamentales que con ella interaccionan, nos ha llevado a escenificar un Universo algo más comprensible que aquel, que nuestros ancestros imaginaron con la presencia de dioses y divinidades que eran los que, creaban los “mundos” o, el universo mismo, cada vez que soñaban. Es asombroso que hayamos podido llegar hasta la consciencia siendo la línea de salida la “materia inerte”. Sin embargo, el recorrido ha sido arduo y muy largo…, ¡diez mil millones de años han necesitado las estrellas para poder  solidificar los elementos de la vida para crear, en algunos de los muchos mundos presentes en las galaxias, el protoplasma vivo que diera lugar a esa primera célula replicante que comenzara la fascinante aventura de la vida hasta llegar a los pensamientos.

Si nos preguntaran: ¿Es consciente el Universo? Tendríamos que contestar de manera afirmativa, toda vez que, al menos una parte, ¡la que piensa!, representada por seres vivos y que forman parte de ese inmenso universo, sí que lo es. La vida es la consecuencia de la materia evolucionada hasta su más alto nivel y, a partir de ella, ha podido surgir eso que llamamos cerebro del que surge el concepto de mente, ese ente inmaterial y superior que trasciende y va más allá, lo que los filósofos llamaron Ser y quisieron explicar mediante la metafísica. Todavía, no sabemos lo que la vida es y tampoco, podemos explicar,  lo que es la energía, o, por exponer algún concepto de los muchos que denota nuestra ignorancia, tampoco podemos contestar a una simple pregunta: ¿Qué es el Tiempo? ¿Existe en realidad o simplemente es una abstracción de la mente?

Lo cierto es que nuestra especie ha dejado profundas huellas de su deambular por el mundo. Muchos de sus “tesoros y obras” quedaron enterrados en las profundidades del tiempo o inundados por los diluvios que las distintas civilizaciones que fueron nos contaron con sus maravillosas leyendas que, en realidad, trataban de explicar algo que sucedió y que no llegaban a comprender y, para ello, inventaban bonitas historias en las que, narraban hechos que quedaron difuminados por la fantasía hasta el punto de no saber, en el presente, donde termina la realidad y comienza la leyenda y si eran ciertas o no las bonitas “historias” que nos contaron.

Lo cierto es que con frecuencia sucede que al surgir  ideas nuevas que tienden a querer explicar científicamente lo que es la Naturaleza, aparecen viejos datos  que relacionan esas nuevas ideas con aquellos viejos problemas. Tenemos que admitir que todavía “no sabemos” cómo es la realidad del mundo y que, nuestra realidad, no tiene que coincidir con la verdadera realidad que incansables buscamos y que, no siempre podemos “ver” aunque la tengamos delante de nuestros propios ojos.

De hecho, no sabemos explicar ni cómo se pudieron formar las galaxias, y, a pesar de ello, no tenemos empacho de hablar de singularidades y agujeros de gusano o de universos paralelos. ¡La imaginación!, creo que sin ella, no habríamos podido llegar hasta aquí. La imaginación unida a la curiosidad ha sido desde siempre, el motor que nos llevó hacia el futuro.

Si en realidad existe “el infinito”, seguro que está en nuestras mentes, o, posiblemente en otras que, como las nuestras, han imaginado cómo ensanchar el mundo y  universo de los pensamientos sin límite alguno, el único límite que existe, amigos míos, es el de nos impone nuestra ignorancia para llegar a comprender lo que la Naturaleza es. En la Naturaleza están todas las respuestas a las preguntas que planteamos y que nadie sabe contestar. En ella, en la Naturaleza, buscan nuestros sabios esas respuestas y, para poder encontrarlas hemos inventado los aceleradores de partículas, los microscopios y telescopios que nos llevan a ese “otro universo” que el ojo desnudo no puede ver pero que, no deja de ser nuestro propio mundo, y, al ser conscientes de ello, también lo somos de nuestras limitaciones. En realidad, la única manera de avanzar es ser consciente de que no sabemos, toda vez que, si creyéramos que ya lo sabiamos todo… ¿para qué seguir buscando?

Todo está hecho de Quarks y Leptones, desde una galaxia hasta el fiero león que habita en la selva, también un vaso de leche, mi mesa escritorio, el suelo que pisamos que, por cierto, nos sostiene  y nos da la sensación de firmeza debido a que, los átomos que lo conforman, por el bullir de los electrones, han creado un campo magnético que nos da esa sensación, cuando en realidad, casi todo son espacios vacíos.

¡Qué cosas!

El pensamiento filosófico es un “mundo” que ensanchó los límites de la mente humana, nos llevó hasta la Ciencia, en un mundo en el que, las semillas de Quarks y Leptones se constituían en un universo material en el que, unas  fuerzas fundamentales interaccionaban para hacer posible el ritmo de todo lo que podemos observar, de todo lo que existe y que llegó, a crear el espacio-tiempo y dentro de toda esa inmensidad, ¡los pensamientos y la imaginación! de objetos complejos que llamamos cerebro y transportan mentes creadoras de ideas como la de universos en la sombra, cuerdas cósmicas y otros muchos fantásticos fenómenos que pueblan un paisaje inmenso de “cosas” en constante ebullición que se transforman para crear otras diferentes. Para que eso sea posible, a veces podemos contemplar lugares violentos donde impera un Caos aparente pero, necesario para la creación.

Estamos rodeados de cosas bellas presentes en cualquier lugar al que podamos mirar pero… ¿Prestamos atención?

“Todas las cosas son”

Con esas sencillas palabras, el sabio, elevó a todas las cosas a la categoría de SER. ¿Tendrá memoría la materia? ¿Será posible que eso que llamamos materia “inerte”, no sea en realidad tan inocua ni tan insensible como imaginamos? Es posible que cada de la materia sea un paso necesario para poder llegar hasta su estado de consciencia que, en este mundo, se ha revelado en nosotros.

Y, en todo ese aparente maremágnum, apareció la vida. “La Vida, una cúpula de vidrio multicolor, mancha el blanco resplandor de la eternidad.” De la misma manera que no llegamos a comprender el Universo, tampoco conocemos lo que la vida es, y, hasta las definiciones que hemos encontrado para explicarla, ni se acercan a la realidad, a la grandiosidad, a la maravillosa verdad que el universo nos muestra a través de la vida, en la que, a veces, subyacen los pensamientos y los mejores sentimientos.

Emilio Silvera Vázquez

Inexorable paso del “Tiempo”! ¿Qué será el Tiempo?

 

El tiempo es algo que no podemos ver, no tiene color, no es materia, no sabemos realmente que pueda ser, y, lo que sí sabemos, son las consecuencias de su inexorable transcurrir. Nosotros, los humanos, hemos tratado sin éxito explicar lo que el Tiempo es. Lo hemos cuantizado en segundos para adaptarlo a nuestras necesidades (horas, días, semanas, meses, años, siglos, milenios, millones de años, eones…

El Tiempo que se fue nunca volverá, sólo recordarlo podemos. El tiempo presente es el que nos dan para que podamos realizar nuestros sueños. Del Tiempo Futuro sólo conjeturar podemos. El Tiempo es, en efecto, uno de los mayores misterios del universo. Un flujo incisible que solo podemos medir a tavés del cambio y del mocvimiento (¿De la materia).  Científicos, filósofos y poetas han intentado atrapar su esencia sin lograr una respuesta única.

En el presente recordando el pasado es la dualidad de4 vivir en este Tiempo de hoy y rememorar aquel Tiempo del Ayar,  lo cual puede ser beneficioso si se integra como aprendizaje o puede ser perjudicial si el recuerdo causa sufrimiento y limita el presente. El pasado puede influir en nuestra identidad actual y decisiones futuras, o ser una fuente de nostalgia, pero también de bloqueos si se vive atrapado en él, impidiendo disfrutar el aquí y ahora.

        Lo que nos podamos encontrar en otros mundos ¿Quién puede saberlo?

Pensar que estamos solos en el Universo “infinito”, es demasiado pretencioso y no creo que seamos “la especie elegida” ni nada parecido. En cientos de miles de mundos como el nuestro y parecidos, estarán presentes las más diversas criaturas que, en algunos casos tendrán entendimiento y en otros, como pasa en la Tierra, simplemente serán seres vivos vegetativos sin ninguna clase de conciencia, o, con una conciencia limitada.

                    Poco esfuerzo mental tendríamos que hacer para vernos en ellos reflejados

Una característica sorprendente de nuestro retrato reconstruido del antepasado primitivo es su carácter moderno. Si este organismo lo encontráramos hoy, seguramente no delataría su inmensa antigüedad, excepto por sus secuencias de DNA. Tuvo que estar precedido, necesariamente, por formas más rudimentarias, estadios intermedios en la génesis de sistemas estructurales, metabólicos, energéticos y genéticos complejos que son compartidos por todos los seres vivos de hoy en día. Por desgracia, tales formas no han dejado descendientes igualmente primitivos que permitan su caracterización. carencia complica mucho el problema del origen de la vida.

No dejamos de mandar ingenios espaciales a mundos cercanos, como Marte, para tratar de saber. Nos embarga una ilusión, una esperanza, y…, al mismo tiempo, un temor: ¿Estaremos solos? Y, si no lo estamos, ¿Cómo serán esos otros mundos y que criaturas lo habitan? ¿Si alguna vez llegamos allí, seremos tan destructivos como lo hemos sido aquí en la Tierra? ¿Le querremos quitar lo que ellos tienen? ¡Esperemos que no! Y, sobre todo, en ese primer , ¿Sabremos comportarnos y respetar sus derechos?

  Carnaval de Física

                    Richard Feynman

Alguna vez hemos hablado aquí de Nanotecnología pero, pocos saben que sus comienzos se remontan a 1959 cuando el físico y premio Nobel Richard Feynman pronunció en el Instituto de Tecnología de California su ahora famoso discurso (en el ámbito de la Física). Feynman trató en su conferencia del problema de la manipulación individual de objetos tan pequeños como átomos y moléculas y de las múltiples oportunidades tecnológicas que ofrecería dicha manipulación.

A él le hubiera gustado conocer la realidad actual sobre todo lo que vaticinó en aquella conferencia, ya que, al haberse cumplido todos sus pronósticos, estaría satisfecho al ver que llevaba razón y sus ideas estaban bien encaminadas. La Nanociencia y la Nanotecnología son hoy un conjunto de conocimientos teóricos y prácticos que permiten determinar como se comporta el denominado nano-mundo (el ámbito en el que el tamaño de los objetos tienen entre 1 y 100 nm). A partir de estos conocimientos se están haciendo continuamente interesantes y arriesgadas apuestas sobre nuevos procedimientos.

Pero los seres humanos no somos los primeros nano-tecnólogos. Ese honor le corresponde a cualquier célula, sea esta una bacteria, un protozoo o un fibroblasto. Las células están continuamente realizando procesos nanotecnológicos para mantenerse vivas. Como siempre, los seres humanos estamos aprendiendo a copiar procesos que se llevan a cabo en la Naturaleza con la esperanza de mejorarlos y beneficiarnos de ellos.

La elaboración de materiales nanoestructurados tridimensionales – aquellos que tienen formas distintivas y estructuras a escalas de unas pocas millonésimas de un metro – se ha convertido en un área fértil de investigación, produciendo materiales útiles para dispositivos biomédicos, fotónica y electrónica.

Sin embargo, los métodos de elaboración de materiales han estado limitados en la complejidad 3D que pueden producir. Ahora, un equipo del MIT ha encontrado una manera para producir estructuras más complicadas utilizando una mezcla de enfoques Top-down y Bottom-up.

En aquel discurso de Feynman, no se pronunció, sin embargo, la palabra Nanotecnología. Dicho término no fue acuñado hasta 1974 por el profesor N. Taniguchi de la Universidad de las Ciencias de Tokio en un artículo titulado “On the Basic Concept of ´Nanotecnolgy´”. Se presentó en una conferencia de la Sociedad Japonesa de Ingenieria de Precisión. En este contexto, la Nanotecnología se presenta como la tecnología que nos permite separar, consolidar y deformar materiales átomo a átomo o molécula a molécula.

En la Nanotecnología suelen intervenir Ingenieros, Físicos, Químicos, Bioquímicos, Biólogos, Médicos y perfiles de todos aquellos campos dónde la nanotecnología tiene aplicación. La nanotecnología es un sector transversal. Un campo de las ciencias aplicadas a tecnologías que pueden ayudar a optimizar la cadena de valor de cualquier proceso de producción, permitiendo implementar el ratio de competitividad de las empresa. Es tecnología punta y, va estando presente en infinidad de máquinas y sofisticados aparatos que, tanto en la Tierra con el en Espacio, llevan a cabo cometidos de todo tipo con una garantía y seguridad que antes era imposible obtener.

Aquellas semillas sembradas por Feynman y regadas por Taniguchi, empezaron a germinar cuando E. Drexter publicó su libro titulado “Engines of Creation” en el que describe como será viable construir desde ordenadores hasta maquinaria pesada, ensamblando molécula a molécula, ladrillo a ladrillo, mediante nano-robots ensambladores, que funcionarán de un modo parecido a como lo hacen los ribosomas y otros agregados moleculares en las células de nuestro cuerpo (siempre copiando a la Naturaleza). Este conjunto de ideas -1960-1990-, han sido el punto de arranque de lo que hoy en día conocemos por Nanotecnología, el bagaje creciente de conocimientos teórico-prácticos que nos permitirán dominar la materia en la región de dimensiones comprendidas entre 1 y 100 nm, y que denominamos nano-escala que es el ámbito de la Nanotecnología y la Nanociencia.

Si vamos ya a ejemplos concretos de interrelaciones entre estas tecnologías en desarrollo encontraremos una importante cantidad de trabajo dirigido al área de la salud, por ejemplo en el campo de los biosensores y técnicas de diagnóstico, en donde se unen principalmente herramientas nano y bio, siempre apoyadas por la tecnología de la información. Así mismo, aparecen los proyectos dirigidos a desarrollar tratamientos médicos localizados o al transporte y suministro local de fármacos. También en el campo de la salud, una imprescindible sinergia está ya establecida entre la bio y la info en lo que se llama la bioinformática, que permite por ejemplo diseñar fármacos computacionalmente, desarrollar terapias génicas o la ingeniería genética en los cultivos. Sobre las ciencias cognitivas, sus aplicaciones e interacciones con las otras tecnologías, también encontramos importantísimas áreas de trabajo ya en marcha, como es el caso del desarrollo de órganos artificiales o prótesis inteligentes, combinando los conocimientos de neurociencia, principalmente con tecnologías de la información y bio, y en muchos casos, con el área de nuevos materiales desarrollados gracias a la nanotecnología. De manera general, para entender mejor el funcionamiento del cerebro (ciencias cognitivas), tendremos que apoyarnos fuertemente en las herramientas que nos brinda la biotecnología y la tecnología de la información, que, a su vez aprovechará las conclusiones que se vayan obteniendo para proponer nuevas aplicaciones.

Claro que, trabajar con objetos tan pequeños entraña una gran dificultad, y de hecho fue prácticamente imposible hasta que se desarrollaron los microscopios de campo cercano (SPMs) a partir del miscroscopio de Efecto Túnel (STM que fue inventado por H. Rohrer y G. Binning a principio de la década de los 80, contribución por la que recibieron el premio Nobel en 1986. Las herramientas SPM permiten no sólo la visualización, sino también la manipulación de objetos de dimensiones nanométricas y de muy distinta naturaleza.

Aventurarse a predecir futuras aplicaciones del conocimiento científico siempre resulta una tarea arriesgada, y con más razón cuando se trata de un conocimiento tan joven como la Nanociencia. No obstante, a la luz del camino ya recorrido es posible adivinar algunas de las implicaciones futuras de este conocimiento. Los campos científicos y tecnológicos que podrían beneficiarse a medio o largo plazo son muchos y variados.

Sin ánimo de ser exhaustivos, podemos destacar algunas de las ramas del saber y de la técnica que pueden aplicar la Nanotecnología en un futuro no demasiado lejano.

                                          Nanomateriales

A medio plazo podemos destacar las siguientes mejoras:

– Televisores y pantallas para presentar información. Se pretende aumentar el área útil de estos dispositivos, mejorando el brillo de los actuales TFT. Nano-cristales de seleniuro de cinc o de sulfuro de cadmio con candidatos muy prometedores que, además, permitirían reducir el consumo energético.

– Aditivos en aditivos: Se ha comprobado que las nanopartículas de óxido de cerio permiten reducir el gasto de diésel.

– Baterías diésel: para la necesidad de aumentar la capacidad de almacenamiento de energía de las baterías que se utilizan en dispositivos móviles (ordenadores portátiles, teléfonos). Se ha comprobado que los nano-cristales sintetizados por técnicas sol-gel mejorar dicha capacidad debida a su estructura aerogel.

– Catálisis: La eficacia de este proceso depende fundamentalmente del área, y la razón área/volumen es mayor en partículas de pequeño tamaño.

        Nanomateriales aplicados a dispositivos electrónicos y los tres tipos de geometrías de nanotubos de carbono

Las aplicaciones a largo plazo podrían ser:

• Composites de nanotubos de carbón, que deberían presentar unas excepcionales propiedades mecánicas (alta resistencia y poco peso).
• Lubruicantes: Se pretenden utilizar nano-esferas de materiales inorgánicos que actúen como pequeños rodamientos, reduciendo el desgaste de superficies sometidas a grandes tensiones mecánicas.

• Materiales magnéticos: Los nano-cristales de ytrio-samario-cobalto presentan grandes campos coercitivos. Su uso mejoraría las prestaciones de ciertos instrumentos como aquellos utilizados en Resonancia Magnética Nuclear. Asimismo, podrían mejorar la capacidad de almacenamiento de información de los discos duros empleados por los ordenadores.

Electrónica

• Miniaturización de circuitos integrados: Esta objetivo sigue siendo esencial para el desarrollo de la electrónica tal y como la conocemos hoy día. Se cree que la tecnología de 22 nm estará disponible en unos 10 años.
• Cristales fotónicos, con mejores rendimientos para focalizar haces de luz, mejorando la eficiencia de las guías de luz. Por ejemplo, un típico cristal fotónico podría estar basado en redes de agujeros realizados en un dieléctrico, cada uno fabricado con una precisión inferior a los 10 nm. Las imperfecciones deben ser necesariamente pequeñas porque en caso contrario se degradan las bandas prohibidas de estos dispositivos.
• Computación Cuántica y criptografía cuántica: Los puntos cuánticos basados en semiconductores son candidatos ideales para fabricar dispositivos que permitan aplicar todas las teorías que ya existen sobre computación y criptografía cuánticas.
• Sensores: El sensor ideal es aquel de pequeño tamaño que resulte mínimamente invasivo. Para fabricar un dispositivo de 1 mm2 que contenga una fuente de alimentación, el sensor y el transmisor de la señal es indudable que se requiere una alta miniaturización.

        Diferentes geometrías de cristales fotónicos

Biotecnología

• Nano-farmacología: El transporte de los fármacos a los lugares específicos del cuerpo donde son necesarios reduce la necesidad de ingesta alta dosis de los mismos y mejora su eficacia. Así, se especula que los nano-cristales de plata podrían liberar iones de plata durante un largo intervalo de tiempo, actuando sobre un espectro de unos 150 agentes patógenos.
• Nanosensores: Al disminuir su tamaño resultan menos invasivos y por tanto más beneficiosos para el diagnóstico médico.
• ADN: Sus propiedades de carácter semiconductor cuando se ha eliminado el agua son muy prometedoras para su uso como nano-hilos. Además, tiene unas cualidades muy atractivas para su aplicación en nanoelectrónica por su capacidad para auto-ensamblarse y duplicarse. Se alcanzaría así el objetivo de conseguir circuitos electrónicos con capacidad para auto-repararse.

     Molécula de ADN

Todos estos conocimientos generados han desembocado en la puesta a punto de diferentes iniciativas (programas de investigación, nuevos centros y equipamientos, proyectos futuristas, ingenios espaciales, óptica, medicina, ingeniería, fotónica, computación, robótica, etc. Y, pocas dudas nos pueden caber a estas alturas de que, todo este nuevo “universo” de lo NANO, desembocará en un nuevo mundo de tecnología muy tangible y real en nuestro futuro próximo. La gran belleza de estos experimentos y nuevas técnicas, junto a las enormes e ilimitadas expectativas que de ellos se generan han conducido a la proliferación del prefijo “nano” (no pocas veces un tanto abusiva y con el simple objetivo de revalorizar el producto o la línea de investigación). Así podemos oir hablar de disciplinas como nanoquímica, nanoelectrónica, nano-fotónica, nanomedicina o nano-biotecnología; o de objetos tales como nanopartículas, nanotubos, nano-imanes o nanomotores. Es decir, el colocar el prefijo “nano” delante de una palabra determinada nos indica que ese campo se va estudiar enfatizando aquellos aspectos del mismos relacionados con la nano-escala.

Los más fiables y sofisticados aparatos son empleados hoy para desarrollar estas tecnologías que, si buscamos un símil sencillo, el fundamento en que se baza gran parte de la tecnología actual se asemeja al trabajo realizado por un escultor, que cincela, pule y modela un bloque de material para obtener un objeto más pequeño con la forma deseada. Puesto que cada vez son más necesarias tecnologías de fabricación más precisas, es importante disponer de tamños de “cincel” cada vez más pequeños y, también, más precisos. Este planteamiento es conocido como tecnología de fabricación descendente o “top-down” (arriba y abajo, el nombre de los quarks que conforman a los protones y neutrones).

Se están consiguiendo maravillas en el campo de la electrónica molecular. El potencial de las moléculas como componentes electrónicos manométricos. Variando la estructura de moléculas especialmente diseñadas que contienen átomos de metales de transición, como el cobalto en un caso y un par de átomos de vanadio en el otro ,se consigue obtener las características similares a de un transistor y establecer un flujo de corriente a través de un estado cuántico. El siguiente dibujo es una representación de un complejo cobalto-terpiridinil (cobalt-terpyridinyl) (a la izquierda) y de una molécula di vanadio(a la derecha) unidas ambas a electrodos de oro.

El “universo” de lo muy pequeño, nos tiene deparadas grandes sorpresas

Investigadores de la universidad de Cornell y de la universidad de Harvard informaron sobre el desarrollo de este sistema de un solo átomo del cobalto en un caso y dos átomos del vanadio en el otro. Todo una hazaña increíblemente difícil de realizar, construir estos circuitos requirió la fabricación de “moléculas diseñadas” integradas por varios átomos dispuestos a modo de andamio en donde los átomos de cobalto o de vanadio se ubican en forma central.

Una pequeña molécula de 1 a 2 nm(nanómetro) de longitud se une a dos electrodos de oro, los cuales se depositan en una superficie de oxido de silicio. Infinidad de experimentos y funciones son objetos de los más variados proyectos

La Electrónica se hace molecular y la molécula Memoria

Por ejejmplo, una punta de cobalto sobre un colorante azul finamente fijada en una isla de cobalto emplatada en una base de cobre. Parece una receta de cocina de vanguardia, pero no, es molectrónica, electrónica molecular nanométrica. Un equipo de instituto tecnológico de Karlsruhe ha conseguido un detector magnético de un nanómetro de diámetro, basado en una molécula orgánica común (el azul de los bolis) y un fenómeno mecanocuántico la magnetorresistencia gigante. Rico, rico, veamos el sencillo fundamento.

Magnetorresistencia gigante mediante una única molécula de H2  ftalocianina. Electrónica molecular de espín. Representación del dispositivo compuesto por una isla base de cobalto sobre la que se deposita una sola molécula de ftalocianina, la punta a escala atómica de cobalto. La escala del dispositivo es realmente sorprendente, el diámetro de la molécula orgánica es de 0.6 nm de diámetro y la fila de diez átomos de cobalto (Co) es de unos 1.5 nm. De longitud.

La magnetoresistencia es la variación de la resistencia que ofrece un material cuando se aplica sobre él un campo magnético. La magnetorresistencia gigante es un fenómeno cuántico, a escalas pequeñas, se da en estructuras de finísimas capas ferromagnéticas separadas por un espaciador no magnético, un sandwich donde el pan conduce y la mortadela no. Cuando se aplica un campo magnético externo disminuye muchísimo la resistencia eléctrica al alinearse los espines de los electrones de todas las capas.

La idea que subyace es utilizar la simple química de moléculas orgánicas comunes, como la utilizada en la tinta azul de los bolis y unirla a su peculiar física cuando se depositan como una capa monoatómica entre dos sustratos ferromagnéticos. Se aúna electrónica molecular, con la electrónica de espín ‘espintrónica’. Son las moléculas de hidrógeno ftalocianina las que actuarán como transistores, resistencias y unidades del circuito electrónico.

Científicos en Suiza han logrado visualizar hace una semanas los átomos que forman la molécula del pentaceno, representando un hito en el ámbito de la nanotecnología y la electrónica molecular. La molécula es el pentaceno (C22H14), consistente en cinco anillos de benceno enlazados formando una cadena aromática, que es candidato a ser utilizada en nuevos semiconductores orgánicos.

Investigadores europeos informaron en el Internacional Solid-State Circuits Conference de San Francisco, California, el desarrollo del primer microprocesador flexible orgánico. Los investigadores, especialistas en polímeros y electrónica molecular, son del Imec, un centro de investigación de nanotecnología de Bélgica.

El mayor escollo para desarrollar esta tecnología, según el leader del equipo de investigadores, Jan Genoe, fue encontrar la forma de controlar los transistores orgánicos, pues cuando se habla de estructura, el silicio es mejor que las alternativas orgánicas pues su estructura monocristalina permite una reacción más consistente.

El costo de estos tipos de procesadores es mucho más baratos que los de silicio. Más o menos costaría producirlos solo el 10 % de lo que cuesta producir uno de silicio.

Según la fuente, este descubrimiento puede ser el inicio de un montón de aplicaciones que van desde poder registrar la presión del agua, cuando se lo coloca alrededor de una caño, hasta empaquetar alimentos y drogas de farmacia, ya que podría indicar el estado de la comida y avisar cuando nos olvidamos de tomar una medicina.

Fullereno C₅₄₀.

Ampliamente hemos hablado aquí de los fullerenos y Nanotubos de carbono, Grafeno, Nano-hilos y Nanopartículas y seguiremos hablando en el futuro, todos estos vocablos y palabras nuevas son las que están describiendo las tecnologías que nos llevarán hacia adelante y, si queremos estar al día, si deseamos no quedarnos atrás, debemos estar pendientes de todo lo que se mueva en ese “nuevo” campo de la Ciencia que, de seguro, nos dará muchas alegrías.

¿Hasta dónde podremos llegar?

¿Qué límite nos impondrá la Naturaleza?

O, al ser también nosotros parte de ella, nos dejará acercarnos tanto que, podremos, finalmente, confundirnos con ella al llegar a entenderla tan profundamente que, nada se interpone para que, nos podamos fusionar en un abrazo final cuando, llegado el momento y, convertidos en pura luz de energía infinita, podamos vagar por las estrellas del Universo siendo parte, una importante parte, de todo ese complejo conglomerado que llamamos Universo.

Emilio Silvera V.