miércoles, 28 de octubre del 2020 Fecha
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¡Qué bonito es saber!

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en General, siempre misteriosa    ~    Comentarios Comments (0)

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Ella, Lynn Margulis, antes de dejarnos, nos habló de la fuerza evolutiva de la adopción de endosimbiontes, uno de los mecanismos de los que se valió la vida para avanzar en nuestro mundo.

 Mitocondrias, simbiosis y envejecimiento celular

Hay un orgánulo interesantísimo en nuestras células: la mitocondria. Y es muy interesante porque no es nuestro, realmente. ¡Es un orgánulo conquistado!

Los antepasados de nuestras células no tenían mitocondrias. De hecho, los antepasados de las mitocondrias vivían por su cuenta, fuera de las células, yendo de un sitio a otro libremente. Nuestros antepasados y sus antepasados eran, probablemente, enemigos. Quizá los células antiguas comían mitocondrias antiguas. Y, quizá, un día, uno de ellos, después de ser comido, aguantó dentro sin morirse. Ese día surgió la célula eucariota moderna, que sí tiene mitocondrias.

Se ha podido comprobar, según las diversas investigaciones, que no se conoce ninguna célula eucariótica que no posea en su linaje células que contengan mitocondrias. Este hecho sugiere claramente que las mitocondrias ofrecían a sus poseedores una enorme ventaja selectiva, ventaja que quizá fuera incluso vitalmente importante, de modo que todos los eucariotas primitivos que no adquirieron estos orgánulos fueron eliminados por la selección natural. Durante mucho tiempo se ha conjeturado que la protección contra la toxicidad del oxígeno constituía dicha ventaja. Esta explicación, que ya era la que defendía Margulis en su primera proposición de la teoría de la endosimbiosis, es coherente con la hipótesis, mencionada anteriormente, de que el envenenamiento por oxígeno eliminó a todos los eucariotas primitivos excepto a los que habían adquirido endosimbiontes.

              Imágenes de mitocondrias

Sin embargo, aplicada a las mitocondrias esta explicación no se sostiene. Las mitocondrias, junto con la α- proteobacterias con las que comparten el antepasado común más cercano, contienen los sistemas más refinados de utilización del oxígeno que se pueden encontrar en la naturaleza. Verdaderas maravillas de la organización molecular, con un rendimiento de ATP cerca del máximo autorizado por las leyes de la termodinámica, estos sistemas no pueden ser más que el producto de una evolución muy prolongada. Esto hace muy improbable que las mitocondrias pudieran haber salvado a los eucariotas anaerobios primitivos del mortífero ataque del oxígeno. Por la época en que los antepasados bacterianos de estos orgánulos habían desarrollado sus refinados sistemas, las células que se supone que salvaron haría ya mucho tiempo que habrían sucumbido al holocausto del oxígeno.

Esto no invalida necesariamente la hipótesis del atolladero del oxígeno. Pero hemos de buscar rescatadores más primitivos. Los peroxisomas  aparecen como candidatos excelentes para esta función. De hecho, sus propiedades son claramente lo que cabría esperar de un sistema primitivo de protección contra el gas tóxico. Sus enzimas no hacen otra cosa que convertir el oxígeno y sus productos en inofensivas moléculas de agua, haciéndolo por medio de reacciones sencillas que, a diferencia de las que tienen lugar en las mitocondrias, no están acopladas con el ensamblaje de ATP. Los peroxisomas o sus parientes próximos se hallan, como las mitocondrias, presentes en la inmensa mayoría de células eucarióticas. Así, es perfectamente posible que fueran adquiridos antes que el posible origen endosimbiótico de los peroxisomas es en la actualidad una cuestión sujeta a debate. Pero esto no cambia de forma sustancial la hipótesis propuesta. Incluso si los peroxisomas se adquirieron de una forma distinta, aún así podían haber protegido a sus poseedores contra la toxicidad del oxígeno.

PEROXISOMAS: Son microcuerpos que se encuentran en células animales y vegetales y en ciertos hongos y protozoos. Los mismos contienen peroxidasa, catalasa, y enzimas relacionadas con ellas.

 

 

Si se admite esta posibilidad, queda todavía el hecho de que las mitocondrias tuvieron que haber proporcionado una ventaja suficientemente poderosa a las células que las adquirieron para que la selección natural eliminara a todos los tipos celulares que no gozaban de dicho beneficio, como parece ser el caso. Hemos visto que, según los últimos indicios, no se conoce ninguna célula eucariótica que no posea en su linaje células que contengan mitocondrias. Este hecho sugiere claramente que las mitocondrias ofrecían a sus poseedores una enorme ventaja selectiva, ventaja que quizá fuera incluso vitalmente importante, de modo que todos los eucariotas primitivos que no adquirieron estos orgánulos fueron eliminados por la selección natural. Durante mucho tiempo se ha conjeturado que la protección contra la toxicidad del oxígeno constituía dicha ventaja. Esta explicación, que ya era la que defendía Margulis en su primera proposición de la teoría de la endosimbiosis, es coherente con la hipótesis, mencionada anteriormente, de que el envenenamiento por oxígeno eliminó a todos los eucariotas primitivos excepto a los que habían adquirido endosimbiontes.

                 La historia de la vida en la Tierra… sigue siendo misteriosa

Sin embargo, aplicada a las mitocondrias esta explicación no se sostiene. Las mitocondrias, junto con la α- proteobacterias con las que comparten el antepasado común más cercano, contienen los sistemas más refinados de utilización del oxígeno que se pueden encontrar en la naturaleza. Verdaderas maravillas de la organización molecular, con un rendimiento de ATP cerca del máximo autorizado por las leyes de la termodinámica, estos sistemas no pueden ser más que el producto de una evolución muy prolongada. Esto hace muy improbable que las mitocondrias pudieran haber salvado a los eucariotas anaerobios primitivos del mortífero ataque del oxígeno. Por la época en que los antepasados bacterianos de estos orgánulos habían desarrollado sus refinados sistemas, las células que se supone que salvaron haría ya mucho tiempo que habrían sucumbido al holocausto del oxígeno. Es lo que se conoce como el entorno ambiental cambiante donde sólo la adaptación a las nuevas condiciones permite sobrevivir.

Bacterias

        Las bacterias anaeróbicas eran abundantes en el pasado.

Esto no invalida necesariamente la hipótesis del atolladero del oxígeno. Pero hemos de buscar rescatadores más primitivos. Los peroxisomas  aparecen como candidatos excelentes para esta función. De hecho, sus propiedades son claramente lo que cabría esperar de un sistema primitivo de protección contra el gas tóxico. Sus enzimas no hacen otra cosa que convertir el oxígeno y sus productos en inofensivas moléculas de agua, haciéndolo por medio de reacciones sencillas que, a diferencia de las que tienen lugar en las mitocondrias, no están acopladas con el ensamblaje de ATP. Los peroxisomas o sus parientes próximos se hallan, como las mitocondrias, presentes en la inmensa mayoría de células eucarióticas. Así, es perfectamente posible que fueran adquiridos antes que el posible origen endosimbiótico de los peroxisomas es en la actualidad una cuestión sujeta a debate. Pero esto no cambia de forma sustancial la hipótesis propuesta. Incluso si los peroxisomas se adquirieron de una forma distinta, aún así podían haber protegido a sus poseedores contra la toxicidad del oxígeno.

Si se admite esta posibilidad, queda todavía el hecho de que las mitocondrias tuvieron que haber proporcionado una ventaja suficientemente poderosa a las células que las adquirieron para que la selección natural eliminara a todos los tipos celulares que no gozaban de dicho beneficio, como parece ser el caso. Es tentador suponer que las mitocondrias debieron su valor selectivo a su notable eficiencia energética. Los peroxisomas, recuérdese, no contienen ningún sistema de recuperación de ATP. Su única ventaja, en términos de energía, habría sido la de proporcionar al citoplasma de sus células patrón combustible adicional surgido de los ácidos grasos y de otros materiales que sólo ellos son capaces de metabolizar. Para la generación real de ATP, las células dotadas de peroxisomas siguieron siendo completamente dependientes de los sistemas acoplados de generación de ATP que soportan el metabolismo anaerobio. En dicho contexto, el tipo de maquinarias oxidativas que proporcionan las mitocondrias representaba un activo tremendo, posiblemente suficiente para explicar por qué fueron conservadas por la selección natural.

                            peroxisomas, más primitivos

Si esta teoría es correcta, podemos preguntarnos por qué la adquisición de mitocondrias no eliminó a los peroxisomas, más primitivos. Y, en especial, ¿por qué no sobrevivió ninguna célula dotada únicamente de peroxisomas? La respuesta a la primera pregunta es sencilla. Por la época en la que se adoptaron las mitocondrias, los peroxisomas pudieron haberse hecho indispensables porque llevaban a cabo reacciones que los recién llegados no podían realizar, en particular en el metabolismo de los lípidos, donde se sabe, a partir de la patología humana, que los peroxisomas realizan funciones de importancia vital. El hecho de que los peroxisomas no desaparecieran después de la adopción de las mitocondrias podría explicarse de esta manera.

En cuanto a la segunda pregunta, la intensidad de la presión selectiva puede proporcionar la respuesta. Si la competencia por los recursos disponibles era lo bastante fuerte, sólo cabía esperar que sobrevivieran las células mejor equipadas. Adviértase, sin embargo, que nuestro conocimiento de los eucariotas unicelulares está todavía lejos de ser exhaustivo. Quizá existan representantes de los intermediarios ausente, todavía están a la espera de ser encontrados. Un descubrimiento así sería muy revelador.

Cómo se mencionará más adelante, para explicar al adopción de dichos orgánulos se ha propuesto una nueva y sorprendente teoría, basada en la producción de hidrógeno molecular por los antepasados de las mitocondrias. Antes de considerar esta nueva teoría conviene echar una breve ojeada a los cloroplastos.

Hemos visto que los cloroplastos proceden de cianobacterias, los organismos fotosintéticos generadores de oxígeno que se cree que fueron responsables del holocausto del oxígeno. Según todos los indicios disponibles, los mecanismos implicados en la absorción de estos organismos y de su integración, incluida la masiva transferencia de genes al núcleo y el desarrollo de mecanismos específicos de direccionamiento de proteínas, tuvieron que haber sido muy similares a los implicados en la adopción de las mitocondrias. Hay buenas razones para creer que las células que efectuaron la adquisición ya poseían peroxisomas y mitocondrias. Para empezar, todos los tipos celulares que poseen cloroplastos contienen asimismo los otros dos tipos de orgánulos. Además, es difícil imaginar de qué manera células no adecuadamente protegidas contra la toxicidad del oxígeno podrían haber llegado a albergar huéspedes que producen realmente este gas tóxico.

Las células que adoptaron cloroplastos se convirtieron en las primeras algas unicelulares, que a su vez son antepasados de las plantas pluricelulares. Considerada desde un punto de vista evolutivo, la adopción de cloroplastos no plantea ningún problema especial. Las ventajas que las células obtuvieron de su nueva adquisición son evidentes. Liberadas de allí en delante de la obligación de encontrar alimento, alojaban fábricas fotoquímicas que, en presencia de luz, les permitían vivir a base de agua, dióxido de carbono y unas cuantas sales minerales. Los beneficios fueron inmensos, pero no hasta el extremo de crear una necesidad. Las células desprovistas de cloroplastos continuaban medrando, sostenidas por sus parientes fotosintéticos, que se convirtieron en sus recursos alimentarios. Así nacieron los principales grupos de eucariotas unicelulares, de los que iba a surgir toda la parte visible del mundo vivo.

¿Producían hidrógeno las primeras mitocondrias?

Esta pregunta se ha planteado en los últimos años como resultado de descubrimientos asombrosos que indican que los hidrogenosomas, aquellos orgánulos generadores de hidrógeno, pueden hallarse genéticamente emparentados con las mitocondrias. Las propiedades metabólicas de estos orgánulos difícilmente hubieran sugerido esta posibilidad. Presentes en un pequeño número de protistas y hongos desprovistos de mitocondrias los hidrogenosomas carecen de todas las maquinarias oxidativas características de las mitocondrias. Su propiedad más típica, ausente en estos últimos orgánulos, es la capacidad de generar anaeróbicamente hidrógeno molecular mediante una reacción ligada al ensamblaje de ATP. En presencia de oxígeno, este hidrógeno se desvía hacia la formación de agua por parte de un sistema oxidante de carácter primitivo. Así, los organismos dotados de hidrogenosomas pueden desarrollarse bajo condiciones anaerobias, su hábitat usual, pero también son capaces de tolerar oxígeno, si es necesario, e, incluso, de sacar provecho a ello. Son anaerobios facultativos.

                   Esquema didáctico del ciclo del ácido cítrico.

   

Los hidrogenosomas sí que tienen algunas propiedades en común con las mitocondrias: están rodeados por dos membranas y, en un caso, se ha visto que contienen una maquinaria genética vestigial; en especial, comparten algunos genes con las mitocondrias. Éste es el descubrimiento que ha llevado a la conclusión de que ambos orgánulos poseen un linaje común.

Si éste es el caso, se plantea la cuestión de qué propiedades metabólicas caracterizaban a su antepasado común. A la vista del parentesco de las mitocondrias con las α-proteobacterias, revelado mediante datos de secuenciación molecular, caben pocas dudas de que su antepasado poseía ya los refinados sistemas oxidantes generadores de ATP que comparten con estos organismos. En cualquier caso, es poco concebible que las mitocondrias pudieran haber desarrollado sistemas tan elaborados de manera independiente, después de su adopción como endosimbiontes. Por otro lado, el hecho de que se hayan encontrado hidrogenosomas en varios protistas lejanamente emparentados e, incluso, en algunos hongos, indica que la capacidad de producir hidrógeno molecular ha de ser igualmente de origen antiguo y pudo asimismo haber pertenecido al supuesto antepasado bacteriano que los hidrogenosomas tienen en común con las mitocondrias. Así, el antepasado parece haber combinado las principales propiedades de ambos tipos de orgánulos.

Nos encontramos aquí, pues, con un extraño caso de divergencia evolutiva. A partir de un antepasado dotado simultáneamente de sistemas de oxidación muy eficientes y de un mecanismo anaerobio de generación de hidrógeno, la inmensa mayoría de orgánulos habrían conservado sólo los primeros y habrían perdido el segundo, convirtiéndose en mitocondrias.  Una pequeña minoría habría hecho lo contrario, dando origen a los hidrogenosomas. Pero ninguno habría conservado ambos mecanismos. Una adaptación divergente a medios aeróbicos y anaeróbicos podría explicar de forma concebible esta situación que, sin embargo, sigue siendo enigmática.

Los nuevos descubrimientos plantean asimismo otra intrigante cuestión: ¿cuál de las dos propiedades ofreció la ventaja selectiva que las células patrón obtuvieron al adoptar a los antepasados de los orgánulos? Todas las teorías anteriores han invocado la posesión de sistemas oxidantes con una gran producción de ATP como principal beneficio. Esto es lo primero que se sugirió. Pero ahora existe la posibilidad alternativa de que fuera la capacidad de producir hidrógeno lo que hizo a los endosimbiontes útiles a sus células patrón.

File:Rockefeller University.JPG

                                                             Universidad Rockefeller de Nueva York

Una teoría basada en esta segunda eventualidad es lo que ha propuesto el descubridor de los hidrogenosomas, mi antiguo colaborador y actual colega en la Universidad Rockefeller de Nueva York. Miklos Müller, junto con un investigador americano radicado en Alemania, William Martin. Tal como sugieren estos investigadores, el patrón habría sido un organismo relacionado con los metanógenos actuales. Estos microbios son arqueobactecterias autótrofas estrictamente anaerobias que utilizan el hidrógeno molecular para convertir dióxido de carbono en metano mediante una reacción acoplada al ensamblaje del ATP que necesitan para satisfacer sus requerimientos energéticos. Según la teoría propuesta, el beneficio que las células patrón obtuvieron de los endosimbiontes fue el hidrógeno que necesitaban como combustible para producir ATP, no el propio ATP.

Digamos simplemente que el modelo basado en el hidrógeno supone el encuentro entre dos bacterias típicas. Como otros modelos de encuentros afortunados, no incluye la participación de una célula patrón primitiva y fagocítica ni dice nada acerca de la manera en que pudieron haber surgido las principales propiedades de las células eucarióticas. Por ello, el modelo necesita al menos ser completado. Las dos teorías podrían reconciliarse si el eucariota primitivo hubiera obtenido alguna ventaja de un socio endosimbiótico productor de hidrógeno, tal como supone el nuevo modelo. Lamentablemente, no se conoce ningún organismo eucariótico que responda a esta descripción. Aunque ello no significa que nunca hubiera existido uno.

Alguna vez olvidamos nuestros orígenes y nos creemos tener en mundo en nuestras manos cuando, en realidad, es el Mundo el que dispone de nuestras vidas con su deambular cambiante a lo largo del tiempo y del espacio. Ante el conocimiento de la verdad, sólo podemos optar por una postura: la humildad.

Otra posibilidad que merece considerarse es que la asociación simbiótica postulada ocurriera realmente entre dos tipos de bacterias, como se supone, pero que tuviera lugar dentro de un eucariota primitivo, que de alguna manera se benefició de albergar a los dos socios. Hay que advertir que asociaciones como ésa existen en la realidad. Algunas cucarachas alojan en su intestino un protista parásito que contiene hidrogenosomas y, en íntimo contacto con ellos, bacterias endosimbióticas productoras de metano que obviamente sacan partido del hidrógeno producido por los orgánulos inmediatos. Los hidrogenosomas implicados en este sugerente trío tienen la característica adicional de poseer un genoma vestigial.

El “milagro“ eucariótico

El nacimiento de las células eucarióticas, con todos sus atributos extraordinarios y finamente ajustados, tan diferente de sus parientes procarióticos “sencillos” (tout est relatif), suele ser presentado como resultado de acontecimientos muy improbables, uno de los principales obstáculos a superar en el camino hacia la humanidad, un obstáculo que quizá, si hay que creer a los defensores del diseño inteligente, no podía haberse superado sin la ayuda de “algo más”.

Este punto de vista es comprensible, pero carece de fundamento. Sea cual sea el valor que se atribuya a los modelos evolutivos que se han presentado en este trabajo, estos tienen al menos  el mérito de demostrar que las formas de vida que podemos encontrar y su insuperable fuerza para superar inconvenientes y evolucionar en ambientes inusitados, así como adaptarse al medio por muy extremo que este pueda ser, está demostrado por el reciente hallazgo de la NASA de bacterias que viven a base de arsénico, con lo cual, el abanico de encontrar vida en otros planetas se abre hasta escalas impensables.

¿Qué podremos encontrar en Titán? y ¿En Europa? y ¿En Encelado? y ¿Más allá del Sistema Solar? y ¿En toda la Galaxia? y ¿En el resto del Universo?

¡Quien pudiera contestar a eso!

Marte: cada día menos misterioso

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Marte    ~    Comentarios Comments (0)

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Planeta Tierra pequeño

Nuestro planeta, la Tierra, forma parte del Universo, y, es una prueba indiscutible de que sus componentes biológicos y físicos forman parte de una única red que funciona de un modo autorregulado, y, de esa forma, mantiene las condiciones que son ampliamente adecuadas para la existencia de vida, pero que sufren fluctuaciones a todas las escalas (incluidos los ritmos de alternancia de glaciaciones y periodos interglaciales, así como las extinciones masivas). En un sentido real, la Tierra es el lugar que alberga una red de vida, y la existencia de esta red (Gaia) sería visible para cualquier forma de vida inteligente que hubiera en cualquier otro planeta y que fuera capaz de aplicar la prueba conocida de Lovelock y buscar señales de reducción de la entropía.

Ni la NASA, se tomó nunca la prueba de Lovelock lo suficientemente en serio como para aplicarla a la búsqueda de vida en el Sistema Solar; pero si se lo tomó en serio para buscar vida más allá del Sistema Solar. Claro que después, parece que recapacitaron y enviaron al planeta Marte ingenios robotizados que forman ya una larga lista y, cada una de esas misiones, nos posibilitaron conocer mejor aquel planeta. Se encontró hielo de agua, han diluido porciones de la tierra marciana en agua y debidamente tratada, han hallado la presencia de magnesio, sodio, potasio y cloruros.  Sabemos, por las maravillosas fotografías allí tomadas, que el planeta conoció mejores tiempos en los que, mares y océanos y grandes conterrías de agua, eran lo natural y hemos podido ver las huellas de todo aquellos maravillosos procesos. Ahora tenemos más que evidencias de la presencia del agua, la presencia de sales y otros vestigios, así lo confirman y, los compuestos para la vida…andan cerca.

 Archivo:Mars global surveyor.jpg

Se están analizando los gases y los compuestos químicos del suelo y del hielo allí encontrados, y, todo ello, debidamente procesado nos dará una respuesta de lo que allí existe. La Curiosity está haciendo su trabajo y hará posible que los datos sobre aquel planeta sean cada vez más abundantes y fiables.

 

                                                                          El Invernadero Marciano

En muchas de las fotografías que nuestros ingenios espaciales han tomado de muchos lugares de Marte, podemos ver, sin ningún lugar a dudas, que el agua corrió rumorosa por sus regajos y canales. Los “ríos marcianos” ofrecen una clara evidencia de que el planeta fue en algún momento más caliente y más húmedo. Pero, ¿cómo pudo ser esto? A primera vista hay una buena razón para creer que Marte debería haber estado aún más frío en el pasado que lo está hoy. Dicha razón tiene que ver con el denominado problema del Sol joven. A medida que el Sol envejece, se hace poco a poco más brillante debido a cambios en su constitución química.

Hace cuatro mil millones de años, habría sido un 30 por 100 más tenue de lo que  es hoy, reduciendo drásticamente su efecto calentador sobre el lejano Marte. Esto estaría contrarrestado en parte por el calentamiento geotérmico, producido por la radiactividad y el calor almacenado procedente de la formación del planeta, y ambos efectos fueron mucho más fuertes en el pasado. Sin embargo, el flujo de calor geotérmico por sí sólo no compensaría el efecto del Sol joven, tenue, y hay que encontrar otras razones para un clima más tibio.

La manera más fácil de hacer un planeta más caliente es utilizando el efecto invernadero. Los gases invernadero tales como el dióxido de carbono actúan como un parasol, atrapando el calor del Sol cerca de la superficie del planeta. Hoy la atmósfera marciana es demasiado delgada para producir mucho calentamiento por efecto invernadero, pero ciertamente habría sido mucho más espesa durante los primeros mil millones de años. Como sucede con la Tierra, Marte adquirió una densa atmósfera inicial tanto por la degasificación del planeta como por el aporte de sustancias volátiles por parte de cometas, asteroides y planetesimales helados. Un CO2 abundante habría elevado la temperatura de modo espectacular.

Gullied Trough Wall

Sin la presencia de agua, nunca se podrían formar estas figuras que vemos ahí. La erosión peroducida por el paso del agua, es inconfundible. En Marte había agua en abundancia que corría por su superficie, y, hoy, sabemos que sigue ahí congelada en la interperie y, no podríamos decir, en qué estado está en el subsuelo.

Aunque los científicos conjeturan que Marte debe de haber tenido mucho más CO2 en el pasado, no es fácil dar una cifra para ello. Primero hay que determinar dónde ha ido a parar el CO2. Con mucha probabilidad, la mayor parte de él se perdió en el espacio como resultado de impactos cósmicos masivos. La colisión de cometas grandes con planetas provoca erosión por impacto, que vacía la atmósfera. En el caso de Marte, el resultado final fue un aire poco denso, pero durante el propio período de bombardeo, la presión habría fluctuado de forma incontrolada. Los cálculos sugieren que Marte perdió el 99 por 100 a partir de entonces debido a procesos diversos. Si estos números son correctos, implican que Marte puede haber tenido en el pasado una presión atmosférica mil veces más alta que la actual, suficiente para elevar la temperatura por encima del punto de congelación y mantener incluso un extenso océano.

Omega Pyroxene Detection

Existen marcas de las señales dejadas en las costas por los océanos de Marte. La subida del agua en bajamar y pleamar, dejaron señales inconfundibles de que, el océano estuvo allí. No hay dudas de que Marte tuvo alguna vez una atmósfera gruesa, puesto que las paredes de los cráteres producidos por impactos más antiguos han sufrido una fuerte erosión. Cráteres de menos de 15 kilómetro han sido completamente aniquilados. Por el contrario, los últimos cráteres apenas están erosionados. Tras datar el cambio, los investigadores creen que la atmósfera se redujo espectacularmente no mucho después del final del último bombardeo intenso, hace 3.800 millones de años.

La mayoría de las inundaciones catastróficas parecen haber ocurrido antes o aproximadamente en esa época, porque los canales de descarga están adornados por un montón de cráteres pequeños y bien conservados. Es la falta de erosión durante la mayor parte de la historia marciana la que ha mantenido sus cursos de agua extraordinariamente antiguos en una condición virginal. En la Tierra, ningún valle fluvial sobreviviría durante miles de millones de años.

Una vez que acabó el bombardeo, el dióxido de carbono de Marte siguió fugándose, por varias causas. Parte de él escapó al espacio, parte se disolvió en el agua o quedó absorbido en el regolito, y una gran cantidad puede haber quedado incorporada en carbonatos u otros minerales en las rocas. Sin algún proceso compensatorio, el CO2 hubiera sido engullido en muy poco tiempo. Probablemente, el calentamiento geotérmico invirtió algunos de estos procesos y devolvió parte del CO2 a la atmósfera.

artist's concept portrays a NASA Mars Exploration Rover on the surface of Mars

Hasta el momento hemos podido enviar allí a distintos ingenios en forma de sondas espaciales y naves que, han hecho un buen trabajo y nos han acercado a la realidad de un planeta que, posiblemente, en su subsuelo, pueda contener algunas formas de vida. El Tiempo pasa, la técnica avanza y… ¿Que nos impedirá, más adelante, enviar robots más especializados para que, de una vez por todas investiguen si hay vida en el subsuelo del planeta?, o, todavía mejor, ¿Un viaje tripulado por astronautas una vez que logremos los conocimientos necesarios para asegurar sus vidas?

Durante unos cientos de millones de años puede haber habido una presión  atmosférica moderadamente alta y un calentamiento asociado por efecto invernadero. Finalmente, sin embargo, el calor geotérmico desapareció, el reciclaje del CO2 flaqueó, y la presión atmosférica cayó en picado, produciendo el desierto liofilizado que vemos hoy en Marte.

El hecho de que parezca que algunos valles fluviales han sido excavados en fecha relativamente reciente sugiere episodios ocasionales de calentamiento. Una posible explicación procede de procesos de realimentación. Si un calentamiento geotérmico local o un estallido de vulcanismo llegasen a liberar repentinamente grandes cantidades de agua en la superficie, entonces un montón de dióxido de carbono disuelto se escaparía con ella. Esto, a su vez, elevaría la temperatura, con lo que se fundiría más agua y se liberaría más CO2. A medida que el agua fundida inundaba las bajas tierras congeladas, calentaría el regolito liberando aún más CO2. En total, podría haberse liberado en el planeta de esta forma incontrolada una cantidad suficiente de dióxido de carbono para crear temporalmente una atmósfera más densa con un calentamiento pronunciado por efecto invernadero.

Archivo:VallesMarinerisHuge.jpg

¿Cuántas historias nos podrían contar los geólogos mirando está imagen?

Los Valles Marcianos que tardaron millones ede años en formarse, y, toda la orografía del planeta, nos habla de un pasado mejor, en el que el agua, estaba presente en abundancia y en los distintos estados en que son conocidos en la Tierra.

Otro mecanismo comodín concierne al movimiento del planeta. Marte tiene una órbita bastante excéntrica, y ninguna luna que pueda estabilizar su eje de giro. Habría habido veces en que condiciones favorables de los movimientos de rotación y orbital condujeran a un calentamiento solar considerablemente aumentado. En ocasiones, el eje de rotación podría haberse inclinado mucho, de modo que los polos recibieran más luz del Sol que las regiones ecuatoriales. Esto hubiera fundido los casquetes polares y producido un efecto invernadero en aumento. En el balance global, episodios repetidos de inundación, formación de océanos y glaciación, seguidos por largos períodos de inactividad, parecen más probables que el simple enfriamiento ininterrumpido.

Respecto a la posibilidad de vida, el hecho de que Marte  estuviese caliente y húmedo hace entre 3.800 y 3.500 millones de años es altamente significativo, pues significa que Marte se parecería a la Tierra en una época en que la vida existía aquí. Esto ha llevado a algunos científicos a concluir que Marte habría sido también en esa época un lugar apropiado para la vida. Por sí misma, sin embargo, la presencia de agua líquida es sólo una parte de la historia. Lo que hace que las perspectivas de vida parezcan tan buenas es que Marte no sólo tiene agua líquida, sino también volcanes.

¿Hubo vida en Marte?

 

Montañas Heladas de Marte

 

Lo que sí hay son heladas montañas y abundantes volcanes que nos hablan de su actividad del pasado.

 

La montaña marciana del Monte Olimpo se eleva 27 kilómetros sobre el macizo de Tharsis y tiene 550 kilómetros de diámetro. Medida por medida, es la montaña más grande de su tipo en el Sistema Solar, equivalente a amontonar siete montes Everets de la Tierra. La importancia del Monte Olimpo no está en su tamaño, sino en el hecho de que es un volcán. Donde se dan juntos volcanes y agua, pueden aparecer fuentes calientes: sistemas hidrotermales como los de la Tierra que posiblemente fueron un hogar para los primeros organismos. ¿Floreció también la vida microbiana en Marte hace 3.800 millones de años, quizá en alguna fuente burbujeante en la pendiente del Monte Olimpo, o en las profundidades de las rocas porosas por debajo de un mar marciano hace tiempo desaparecido?

 

 

            La menor Gravedad de Marte, hace posible que sus montañas, sean inmensas, mucho mayores que las de la Tierra.

Hace cuatro mil millones de años, Marte aún resplandecía con el calor de su formación. La radiactividad calentaba la corteza. Los impactos cósmicos fundían la superficie. A medida que el planeta luchaba para deshacerse de este calor primordial, escupía lava de los volcanes a una escala masiva, creando inmensas llanuras de roca fundida similares a los mares de la Luna. A medida que la corteza se enfriaba lentamente, este vulcanismo declinaba continuamente: para la época que cesó el bombardeo intenso, estaba básicamente confinado a tres regiones principales: Tharsis, Elysium y Hellas. Si hay volcanes vivos hoy en Marte, no están manifestando ningún signo de actividad. Sin embargo, ha habido erupciones a lo largo de toda la historia marciana: por ejemplo alrededor del monte Olimpo dentro de los últimos mil quinientos millones de años, y cerca de Alba Patera en épocas tan recientes como hace quinientos millones de años. Puesto que es poco probable que Marte estuviera  volcánicamente activo durante cuatro mil millones de años sólo para cesar su actividad en épocas relativamente recientes, parece razonable concluir que siguen existiendo algunos puntos calientes, probablemente en el subsuelo profundo.

Valle Marineris, un extenso valle de arena

Marte tiene regiones que nos son tan familiares como las de la Tierra

En el pasado remoto debe haber habido muchas oportunidades para que se formasen  fuentes calientes alrededor de chimeneas termales, dada la abundancia de agua en el planeta. Hay clara evidencia de la interacción de agua y volcanes en los exámenes fotográficos. Muchas de las inundaciones fueron probablemente desencadenadas por  lava que fundía el permafrost y el hielo del suelo, y se puede ver como algunos cursos de agua emergen claramente desde debajo de los flujos de lava. Los canales de desagüe se acumulan también alrededor  de la región altamente volcánica de Tharsis. En otros lugares, densas redes de valles decoran los flancos de los volcanes.

Hay colinas de cima plana que se parecen a las tablas montañosas de Islandia, donde la lava ha rezumado desde debajo del hielo. Cordilleras de forma característica en Elysium llevan también la huella de una combinación de lava y hielo. Todo esto constituye una fuerte evidencia circunstancial de sistemas hidrotermales en el antiguo Marte, aunque todavía no han sido detectados depósitos minerales específicos, lo que sería un signo claro y evidente.

El Monte Olimpo del Planeta Marte

                                                                          El Monte Olimpo

Mientras esperan nuevas misiones marcianas, los científicos de la NASA han estado ocupados en identificar puntos en la superficie del planeta donde podría haber tenido lugar actividad hidrotermal. La ladera del volcán Hadríaca Pladera parece un buen lugar. Aquí se encuentran muchos valles fluviales enmarañados que fluyen desde el borde de la antigua caldera, cruzados por un canal espectacular que emerge abruptamente a mitad de pendiente. Otro volcán, Apollinaris Patera, domina una región de aspecto singularmente brillante cerca del borde de la caldera, que podría ser un depósito mineral de fuente caliente. Un volcán similar en el área llena de cráteres conocida como Terra Cimmeria ha erosionado fuertemente las pendientes y está situado en el comienzo de un enorme curso de agua.

Muchos valles fluviales en Marte se dan en terreno caótico, donde hay grandes bloques de roca en masas revueltas. Se cree que esta topografía se formó cuando la roca fundida se introdujo en el hielo del suelo. Cuando el hielo se fundió, el agua fluyó haciendo que la tierra colapsara de una forma azarosa. Tales áreas serían un lugar perfecto para que aparecieran sistemas hidrotermales poco profundos.

Si, en efecto, la vida se asentó en una fuente caliente, quizá haya dejado restos fosilizados. Es probable que los fósiles marcianos hayan soportado las inclemencias del tiempo mejor que sus homólogos terrestres debido a la relativa falta de erosión climática. Futuras misiones de aterrizaje podrían buscar muestras para traer a la Tierra. Otros depósitos de fósiles potenciales incluyen valles fluviales, donde las inundaciones han podido arrastrar minúsculos organismos marcianos a las charcas estancadas, y la enorme grieta del Valle Marineris, donde estratos profundos han quedado expuestos. También tienen interés los lechos lacustres secos, en cuyos sedimentos se habrían podido depositar microbios. El cráter conocido como Gusev parece un candidato prometedor, puesto que un gran río desembocó una vez en él. Debe haber habido allí hace tiempo un lago profundo, con montones de sedimentos en el fondo.

                                                  La misión Pathfinder

El primer y pequeño paso siguiendo estos indicadores llegó en julio de 1977, cuando la misión Pathfinder depositó con éxito la primera nave espacial en Marte desde los tiempos de las Vikingo. Con su pequeño vehículo todo terreno Sojourner, la Pathfinder transmitió una gran riqueza de datos desde la boca de la llanura inundada Ares Vallis. En el terreno próximo a la nave espacial, hay esparcidas bolsa de rocas arrastradas por el torrente. Estos detritos podrían incluir fragmentos de un antiguo sistema hidrotermal, o incluso fósiles de microbios de la subsuperficie profunda llevados a la superficie con la inundación y transportados corriente abajo. Por desgracia, la Pathfinder no tenía capacidad de verificar estas conjeturas.

En septiembre de 1997, Mars Global Surveyor entró en órbita. Estaba diseñada para cartografiar la superficie del planeta con precisión en una escala de un metro y proporcionó una valiosa información sobre la historia hidrológica de Marte y los probables refugios para la vida. Hay Imágenes que nos hablan de una de la evidencia de una antigua orilla oceánica, charcas secas dentro de un cráter e incluso indicios de depósitos minerales asociados con sistemas hidrotermales, todo lo cual favorece las perspectivas de vida pasada.

Hemos buscado la evidencia de la vida en aquel planeta y, no se descarta la idea de que, si seguimos insitiendo, la vida en Marte, aparecerá en forma fósil referida a la que estuvo presente en el pasado y, posiblemente, en los túneles y grutas que existen como vestigios de la rica vida volcánica del planeta, se encontrarán, formas de vida presente que vendrán a confirmar que, la vida, es algo natural en todo nuestro universo. Simplemente requiere del tiempo necesario y de las condiciones idóneas para su aparición.

emilio silvera

 

 

 

 

¿Vida de Silicio? ¿Será posible?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en El Universo y la Vida    ~    Comentarios Comments (3)

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Yo sigo pensando (sin negar nada de otros posibles caminos),  que no es el Silicio,  sino el Carbono,  el que trae consigo la posibilidad de la Vida en el Universo conocido. Conforme a las leyes que rigen nuestro Universo y las conocidas interacciones que tienen con la materia, es el Carbono el que, por sus excepcionales cualidades, puede proporcionarnos una cantidad de variedades y adaptabilidad que, ni el Silicio y cualquier otro elemento parece tener…pero, ¿quién sabe?

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Anoche acabé de repasar el pequeño librito de Asimov “Cien preguntas básicas sobre Ciencia” y, de entre todas ellas, os he sacado la que aquí os transcribo por ser un tema que muchas veces hemos comentado en esta página. Asimov, como sabéis, era químico y le gustaba la Ciencia en General, él se metía de cabeza en todos los campos y, para dejar volar su imaginación, se refugiaba en la Ciencia ficción, parcela en la que, no salió mal parado al conseguir grandes éxitos.

“Todos los seres vivientes, desde la célula más simple hasta la sequoia más grande, contienen agua, y además, como la molécula más abundante, con mucho. Inmersas en el agua hay moléculas muy complejas, llamadas proteínas y ácidos nucleicos, que al parecer son características de todo lo que conocemos por el nombre de vida. Estas moléculas complejas tienen una estructura básica compuesta en cadenas y anillos de átomos de carbono. A casi todos los carbonos van unidos uno o más átomos de hidrógeno. A una minoría, en cambio, van ligadas combinaciones de átomos como los de oxígeno, nitrógeno, azufre y fósforo.

Los átomos de silicio reemplazan a los de carbono dentro del grafeno.

Los átomos de silicio reemplazan a los de carbono dentro del grafeno.¿Lo hará también para la vida?

Expresándolo con la máxima sencillez podemos decir que la vida, tal como la conocemos, está compuesta de derivados de hidrocarburos en agua.

¿Puede la vida estar compuesta de otra cosa? ¿Existen otros tipos de moléculas que proporcionen la complejidad y versatilidad de la vida, algo distinto del agua que proporcione, sin embargo, las propiedades poco usuales, pero necesarias, que sirven como trasfondo de la vida?

¿Es posible concebir algo parecido al agua que pudiera sustituirla? Las propiedades del amoníaco líquido son las más afines a las del agua. En un planeta más frío que la Tierra, por ejemplo, Júpiter, donde el amoníaco abunda en estado de líquido mientras que el agua está solidificada, puede que sea concebible una vida basada en el amoníaco.

El amoniaco está constituido por moléculas de composición NH3. Los átomos del hidrógeno son equivalentes. La molécula tiene, por tanto, forma piramidal es decir presenta una hibridación sp3, donde tres de los orbitales se solapan con los hidrógenos y el que resta se queda con los electrones no compartidos. Los ángulos de enlace son algo menores que los de un tetraedro debido a la nube electrónica del par solitario que los reduce a un ángulo de 107º 20´. El nitrógeno ocupa el vértice de una pirámide, cuya base es un triángulo equilátero formado por los tres átomos de hidrógeno.

Así que, en el amoniaco tenemos átomos de hidrógeno unidos al nitrógeno , que es un átomo pequeño y electronegativo, por lo que el amoniaco presentará enlaces intermoleculares de puntes de hidrógeno al igual que la molécula de agua.El hecho de que el amoniaco presente este tipo de enlace entre sus moléculas hace que sus puntos de fusión y ebullición, el calor de vaporización, la constante dieléctrica, etc… sean anormalmente altos.

Bianca Atwell y el átomo

          Mirando dentro del átomo…

Por otro lado, hay que decir que si el hidrógeno va unido a tantos puntos de la cadena de carbono es porque se trata de un átomo muy pequeño que se acopla en cualquier lugar. El átomo de flúor es parecido al de hidrógeno en algunos aspectos y casi tan pequeño como él. Así pues, igual que tenemos una química de los hidrocarburos podemos tener una química de los fluocarburos, con la única salvedad de que éstos son mucho más estables que aquéllos. Quizá en un planeta más caliente que la Tierra podría concebirse una vida a base de fluorocarburos.

Pero ¿y en cuanto al átomo de carbono? ¿Existe algún sustituto? El carbono puede unirse a un máximo de cuatro átomos diferentes (que pueden ser también de carbono) en cuatro direcciones distintas, y es tan pequeño que los átomos de carbono vecinos se hallan suficientemente próximos para formar un enlace muy fuerte. Esta característica es la que hace que las largas cadenas y anillos de carbono sean estables.

Glucosa

Se puede ver que la glucosa se compone de seis átomos de carbono (Carbo…) y los elementos de seis moléculas del agua (…hidrato). La glucosa es un azúcar simple, en el sentido de que a nuestra lengua su sabor es dulce. Hay otros azúcares simples que también habrás escuchado:

  • Fructosa
  • Galactosa
  • Lactosa
  • Sacarosa
  • Maltosa

La glucosa, fructosa y galactosa se conocen como monosacáridos. Lactosa, sacarosa, maltosa y son llamados disacáridos (que contienen dos monosacáridos).

El silicio es, después del oxígeno (O) el segundo elemento más abundante en la tierra: la corteza terrestre está formada en aprox. 28 % de silicio. Cada átomo de silicio central puede enlazarse adicionalmente con dos átomos de carbono, normalmente en grupos metilo (CH3). En los átomos de silicio de los extremos se suelen enlazar tres grupos metilo. El silicio es un elemento tetravalente, es decir, que puede formar 4 enlaces covalentes. En la tabla periódica se encuentra en el grupo IV, justo debajo del carbono (C). El silicio presenta una gran afinidad con el oxígeno.

El silicio se parece mucho al carbono y también puede unirse a un máximo de cuatro átomos diferentes en cuatro direcciones distintas. El átomo de silicio, sin embargo, es mayor que el de carbono, con lo cual las combinaciones silicio-silicio son menos estables que las de carbono-carbono. La existencia de largas cadenas y anillos de átomos de silicio es mucho más improbable que en el caso de carbono.

Lo que sí es posible son largas y complicadas cadenas de átomos en las que alternan el silicio con el oxígeno.

Moléculas de dióxido de silicio formando una macla de cristales de cuarzo. Créditos: www.123rf.com

Personalmente creo que el Silicio dará más juego en el campo de la I.A. (Vida Artificial) que en esta otra clase de vida que nosotros representamos.

La estructura de la silicona contiene átomos de silicio y oxígeno alternantes en unidades periódicas, llamadas siloxano. Las moléculas formadas por varias unidades de siloxano se denominan polisiloxano o silicona. Cada átomo de silicio puede unirse a otros dos átomos o grupos de átomos, y este tipo de moléculas se denominan “siliconas”.

A la molécula de silicona pueden ir unidos grupos de hidrocarburos o de fluorcarburos, y estas combinaciones podrían resultar en moléculas suficientemente grandes, delicadas y versátiles como para formar la base de la vida. En ese sentido sí que es concebible una vida a base de silicio.

Pero ¿existen realmente esas otras formas de vida en algún lugar del universo? ¿O serán formas de vida basadas en una química completamente extraña, sin ningún punto de semejanza con la nuestra?

Quizá nunca lo sepamos.”

Al menos de momento, la vida basada en el Silicio ha sido cosa de la Ciencia ficción, nada hemos podido descubrir que nos indique esa dirección y, desde luego, aunque nunca podemos negar nada (el universo y su diversidad de mundos es muy complejo), afirmar que existe la vida basada en el Silicio, no tiene ninguna base científica.

El elemento químico básico que ha sido propuesto para un sistema bioquímico alternativo es el átomo de silicio, puesto que el silicio tiene muchas propiedades químicas similares al carbono, tiene los mismos cuatro enlaces, y está en el mismo grupo del cuadro periódico, el grupo 14.

[foto de la noticia]

En esta segunda imagen, obtenida por el mismo grupo de investigación, se observan los orbitales moleculares de la molécula (PTCDA) que en este caso está depositada sobre los átomos de silicio.

Parafraseando al premio Nobel Richard Feynman, efectivamente “hay un gran espacio al final”. Tenemos ante nosotros un universo de tamaño diminuto que justo ahora estamos comenzando a explorar, un lugar en donde los materiales se comportan de diferente manera y cuyas extrañas propiedades podemos aprovechar para desarrollar una mejor tecnología.

Tendrás este material la propiedad bioquímica para poder, a partir de ahí, otras formas de vida. La bioquímica que conocemos está basada en el Carbono pero…¡quién sabe! Es tan grande el Universo, son tantos los mundos que están alumbrados por estrellas distintas a las que… por distintas razones podríamos pensar que…Por ejemplo, pensemos en Titán.

Se trata de una molécula de Silicio. Se ha especulado con la posibilidad de encontrar vida en Titán, la luna de Saturno. Sin embargo los científicos creen que de existir sería una vida de tipo microbiana basada probablemente en el silicio debido a las bajas temperaturas, escasez de agua y la falta de oxígeno de su entorno.

Suponen también que su hábitat serían los hidrocarburos que se encuentran en Titán en forma líquida y que sus procesos biológicos serían muy distintos a los que conocemos, al ser el silicio más pesado que el Carbono. Son muchas las cosas que desconcemos y, de nada de lo que podamos encontrar, en el vasto universo, podremos sorprendernos.

Los Cristales de Cuarzo son una sorprendente creación de la Naturaleza, con dos moléculas de Silicio y una de Oxigeno (Si2 O) en su configuración química, podría decir que son agua fosilizada, su particularidad se podría explicar como catalizadora ya que enfoca, almacena, aumenta y transforma cualquier forma de energía. Muchas son las bellas formas que en la Naturaleza se pueden configurar con Silicio pero la vida…

Yo, de momento, apuesto por el Carbono y, algo me dice que, aunque existan seres distintos a nosotros (que existirán), estos, como nosotros, también estarán basados en el Carbono. Pienso que la mecánica del universo se rige por las leyes que conocemos y, siendo así (que lo es), todo lo que aquí ha ocurrido también podrá ocurrior en cualquier lugar lejano. La materia está conformada de la misma manera en todas partes y, sus transiciones de fase, tanto aquí como allí, siempre serán las mismas y, si es así…La Vida, será también la misma en todas partes independientemente de las formas que puedan adoptar en función de otros factores como gravedad del planeta, lejanía de su estrella, campo electromagnético, etc. etc.

Bueno, ya veremos si tenemos la oportunidad de comprobarlo.

emilio silvera

Grande o pequeño…¡todo la misma cosa: Quarks y Leptones!

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en De lo pequeño a lo grande    ~    Comentarios Comments (16)

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Hemos llegado a poder discernir la relación directa que vincula el tamaño, la energía de unión y la edad de las estructuras fundamentales de la Naturaleza. Sabemos de átomos infinitesimales y de cúmulos de galaxias de inmensidades de materia. Sin embargo, ambos, lo pequeño y lo grande, finalmente resultan ser la misma cosa: Quarks y Leptones. El asombro y el vértigo que siente el ser humano ante lo más grande y lo más pequeño generan en él una curiosidad inexplicable. Esa curiosidad le lleva a preguntarse por aquello que sobrepasa los límites del mundo que conoce a través de los sentidos.

Sabemos que las distancias y tamaños en el Universo son tan grandes que superan nuestra capacidad de comprenderlos y, así, cuando en un sitio solitario y alejado de las ciudades contaminadas lumínicamente, damos un paseo bajo una noche estrellada nos sentimos pequeños ante tanta inmensidad y, al mismo tiempo, nos sentimos grandes al saber que formamos parte de todo esto.   Curiosamente, en el extremo opuesto, pensar en lo más pequeño no nos hace sentirnos grandes. El mundo de los objetos diminutos parece que no existe porque no lo vemos, y sólo cuando se construyeron los primeros microscopios se pudo descubrir un mundo fascinante, poblado de células, bacterias, virus, moléculas e incluso átomos… El mundo invisible es tan infinito y fascinante como el Universo y aunque, por el hecho de no poder verlo, nos cueste imaginarlo y comprenderlo, es un reto acercarnos a la ” diversa grandeza” de lo pequeño.

                                                                                                                                         el mundo de lo muy pequeño

                                                           Las galaxias: el mundo de lo muy grande

El Universo nos fascina, nos cautiva, nos empequeñece a escalas increíbles… Observar el inmenso espacio que nos rodea, gracias a los avances tecnológicos que nos “acercan” esos objetos, mueve al ser humano a buscar respuestas a las preguntas más elementales desde un punto de vista filosófico, pero también nos lleva por el camino del descubrimiento científico. Un caminar constante hacia el conocimiento que no habría sido posible sin herramientas como los telescopios en el “universo” de lo muy grande y, el microscopio en el “universo” de lo muy pequeño.

Los nucleótidos (moléculas formadas por un azúcar y un grupo consistente en un átomo de fósforo con cuatro átomos de oxígeno, además de otro grupo llamado “base”) son los componentes esenciales de los ácidos nucleicos (ADN y ARN). El esquema es similar al de las proteínas, donde diferentes ácidos nucleicos son formados por nucleótidos con diferentes azúcares y distintas bases, pudiendo crearse largas cadenas moleculares a partir de moléculas bastante simples.

En el ADN, el azúcar del bloque básico de construcción es la desoxirribosa, lo que le da el nombre de ácido desoxirribonucleico, existiendo sólo cuatro tipos de grupo base asociados a él: Adenina, Timina, Guanina y Citosina. Además, la molécula de ADN está formada por una doble cadena, donde los azúcares y los fosfatos se unen entre sí a lo largo de cada cadena, como si fueran los laterales de una escalera, mientras que las respectivas bases sirven de unión entre ambas, a modo de peldaños, permitiendo únicamente dos opciones de enlace: Adenina con Timina o Guanina con Citosina, constituyendo dicha secuencia el código genético en el que se organiza el funcionamiento celular.

 

Biomoléculas:  Son las moléculas que aparecen en los seres vivos

Las grandes moléculas de los sistemas vivos tienen una estructura modular mantenida mediante enlaces covalentes y formada esencialmente por tan sólo seis elementos químicos: Carbono, Hidrógeno, Nitrógeno, Oxígeno, Fósforo y Azufre.

Los azúcares (moléculas formadas en torno a un anillo de carbono, oxígeno e hidrógeno) son los bloques de construcción básicos de los carbohidratos. Los almidones y la celulosa están compuestos por cadenas de azúcares (glucosa), siendo utilizados los primeros como almacenamiento de energía y la celulosa como estructura de las paredes celulares vegetales. Las diferencias entre ambas moléculas son tan sutiles como pequeñas variaciones en los enlaces intermoleculares, pero el resultado es tan diferente que nuestro organismo, por ejemplo, puede digerir el almidón y no la celulosa.

Una molécula es mayor y más fácil de desmembrar que un átomo; lo mismo podemos decir de un átomo respecto al núcleo atómico, y de un núcleo con respecto a los quarks que contiene.

La cosmología sugiere que esta relación resulta del curso de la historia cósmica, que los quarks se unieron primero, en la energía extrema del big bang original, y que a medida que el Universo se expandió, los protones y neutrones compuestos de quarks se unieron para formar núcleos de átomos, los cuales, cargados positivamente, atrajeron a los electrones cargados con electricidad negativa estableciéndose así como átomos completos, que al unirse formaron moléculas.

Un núcleo atómico cualquiera está constituído básicamente por protones y neutrones. Sin embargo, por que algunos átomos (o isótopos) son estables como el 12C6 y otros como el 14C6 no son estables y sufren decaimiento radioactivo para estabilizarse.

En el núcleo de un átomo existen fuerzas (fuerzas nucleares) que mantienen los protones y neutrones ligados. Estas fuerzas deben ser suficientemente grandes para contrabalancear las repulsiones eléctricas resultantes de la carga positiva de los protones.

Una vez que los neutrones no poseen carga eléctrica. Esto debe ocurrir para explicar la existencia de núcleos atómicos estables. Generalmente se considera que un núcleo atómico es estable, cuando la relación neutrón-protón es igual a la carga del electrón negativa que compensa la positiva del protón y lo estabiliza.

No siempre podemos ver lo que está en el interior de la materia, de las cosas y de nosotros, y, cuando lo podemos contemplar, el asombro se apodera de nuestras mentes al ver la intrincada complejidad que subyace en lo más profundo que no siempre sabemos comprender.

Si es así, cuanto más íntimamente examinemos la Naturaleza, tanto más lejos hacia atrás vamos en el tiempo. Alguna vez he puesto el ejemplo de mirar algo que no es familiar, el dorso de la mano, por ejemplo, e imaginemos que podemos observarlo con cualquier aumento deseado.

 

 Con un microscopio electrónico podremos llegar muy lejos en el universo de lo muy pequeño.

Con un aumento relativamente pequeño, podemos ver las células de la piel, cada una con un aspecto tan grande y complejo como una ciudad, y con sus límites delineados por la pared celular. Si elevamos el aumento, veremos dentro de la célula una maraña de ribosomas serpenteando y mitocondrias ondulantes, lisosomas esféricos y centríolos, cuyos alrededores están llenos de complejos órganos dedicados a las funciones respiratorias, sanitarias y de producción de energía que mantienen a la célula.

 

CÉLULAS DEL PLEXO COROIDEO: La inflada punta de estas células, con forma de cerilla, segrega el líquido cefalorraquídeo que protege al cerebro y a la médula espinal de las conmociones. El líquido, que baña el exterior del cerebro y llena los cuatro ventrículos del encéfalo, se produce en los vasos sanguíneos conocidos como plexo coroideo. Si el flujo de este líquido se bloquea y se empieza a acumular, el cerebro se hincha y puede llegar a producirse la hidrocefalia, una condición bastante grave.   Es como visitar otro universo que está dentro de nosotros.

Ya ahí tenemos pruebas de historia. Aunque esta célula particular solo tiene unos pocos años de antigüedad, su arquitectura se remonta a más de mil millones de años, a la época en que aparecieron en la Tierra las células eucariota o eucarióticas como la que hemos examinado.

Para determinar dónde obtuvo la célula el esquema que le indicó como formarse, pasemos al núcleo y contemplemos los delgados contornos de las macromoléculas de ADN segregadas dentro de sus genes. Cada una contiene una rica información genética acumulada en el curso de unos cuatro mil millones de años de evolución.

Almacenado en un alfabeto de nucleótidos de cuatro “letras”- hecho de moléculas de azúcar y fosfatos, y llenos de signos de puntuación, reiteraciones para precaver contra el error, y cosas superfluas acumuladas en los callejones sin salida de la historia evolutiva-, su mensaje dice exactamente cómo hacer un ser humano, desde la piel y los huesos hasta las células cerebrales.

Si elevamos más el aumento veremos que la molécula de ADN está compuesta de muchos átomos, con sus capas electrónicas externas entrelazadas y festoneadas en una milagrosa variedad de formas, desde relojes de arena hasta espirales ascendentes como largos muelles y elipses grandes como escudos y fibras delgadas como puros. Algunos de esos electrones son recién llegados, recientemente arrancados átomos vecinos; otros se incorporaron junto a sus núcleos atómicos hace más de cinco mil millones de años, en la nebulosa de la cual se formó la Tierra.

Si elevamos el aumento cien mil veces, el núcleo de un átomo de carbono se hinchará hasta llenar el campo de visión. Tales núcleos átomos se formaron dentro de una estrella que estalló mucho antes de que naciera el Sol. Si podemos aumentar aún más, veremos los tríos de quarks que constituyen protones y neutrones.


EL ATOMO DE CARBONO: Por que es importante el átomo de carbono? El carbono es el elemento alrededor de el cual ha evolucionado la química de la vida. El carbono tiene cuatro electrones de valencia en su capa mas externa, cada uno de los cuales puede parearse con los de otros átomos que puedan completar sus capas electrónicas compartiendo electrones para formar enlaces covalentes. Algunos de estos elementos son el nitrógeno, el hidrógeno y el oxigeno. Pero la característica mas admirable del átomo de carbono, que lo diferencia de los demás elementos y que confirma su papel fundamental en el origen y evolución de la vida, es su capacidad de compartir pares de electrones con otros átomos de carbono para formar enlaces covalentes carbono-carbono. Este fenómeno es el cimiento de la química orgánica. Las proteínas, por ejemplo, corresponden a una sola de esa gran variedad de estructuras formadas mediante el anterior mecanismo.

Si bien sabemos con certeza que los quarks y electrones son más pequeños que 10-18 metros, es posible que ellos no tengan volumen. También es posible que los quarks y electrones no sean fundamentales sino que estén compuestos de partículas más fundamentales. (Vaya! ¿Ésto nunca terminará?)

Los quarks han estado unidos desde que el Universo sólo tenía unos pocos segundos de edad. Que sepamos, junto con los electrones y neutrinos, son las partículas más pequeñas que existen pero…¿quién sabe?

Al llegar a escalas cada vez menores, también hemos entrado en ámbitos de energías de unión cada vez mayores. Un átomo puede ser desposeído de su electrón aplicando sólo unos miles de electrón-voltios de energía. Sin embargo, para dispersar los nucleones que forman el núcleo atómico se requieren varios millones de electrón-voltios, y para liberar los quarks que constituyen cada nucleón se necesitaría cientos de veces más energía aún.

Introduciendo el eje de la historia, esta relación da testimonio del pasado de las partículas: las estructuras más pequeñas, más fundamentales están ligadas por niveles de energía mayores porque las estructuras mismas fueron forjadas en el calor del big bang.

 

Sabíais que… ¿Los supercúmulos son grandes agrupaciones de pequeños cúmulos de galaxias, y se encuentran entre las estructuras más grandes del Universo? ¿Que la existencia de supercúmulos indica que las galaxias en nuestro Universo no están uniformemente distribuidas? ¿Que los supercúmulos varían en tamaño, hasta unos 108 años luz? ¿Que entremezclados entre ellos hay grandes espacios vacíos en los cuales existen pocas galaxias? ¿Que frecuentemente son subdivididos en grupos de cúmulos llamados nubes de galaxias? Sin embargo, toda esa imensidad, está hecha de pequeñas cositas que se llaman Quarks y Leptones.

Esto implica que los aceleradores de partículas, como los telescopios, funcionen como máquinas del tiempo. Un telescopio penetra en el pasado en virtud del tiempo que tarda la luz en desplazarse entre las estrellas; un acelerador recrea, aunque sea fugazmente, las condiciones que prevalecían en el Universo primitivo.

El acelerador de 200 kev diseñado en los años veinte por Cockroft y Walton reproducía algunos de los sucesos que ocurrieron alrededor de un día después del comienzo del big bang.

Los aceleradores construidos en los años cuarenta y cincuenta llegaron hasta la marca de un segundo. El Tevatrón del Fermilab llevó el límite a menos de una milmillonésima de segundo después del comienzo del Tiempo. El nuevo LHC proporcionara un atisbo del medio cósmico cuando el Universo tenía menos de una billonésima de segundo de edad. Si pudiéramos llegar hasta el momento mismo del Big Bang, ¿Qué nos impediría ir un poco más allá y ver de donde surgió todo?

Esta es una edad bastante temprana: una diez billonésima de segundo es menos que un pestañeo con los párpados en toda la historia humana registrada. A pesar de ello, extrañamente, la investigación de la evolución del Universo recién nacido indica que ocurrieron muchas cosas aún antes, durante la primera ínfima fracción de un segundo.

Todos los teóricos han tratado de elaborar una explicación coherente de los primeros momentos de la historia cósmica. Por supuesto, sus ideas fueron esquemáticas e incompletas, muchas de sus conjeturas, sin duda, se juzgaran deformadas o sencillamente erróneas, pero constituyeron una crónica mucho más aclaradora del Universo primitivo que la que teníamos antes.

Emilio Silvera