domingo, 17 de enero del 2021 Fecha
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¿De qué está compuesto el cuerpo humano?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en El Universo y la Química de la Vida    ~    Comentarios Comments (0)

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La abundancia, distribución y comportamiento de los elementos químicos en el Cosmos es uno de los tópicos clásicos de la astrofísica y la cosmoquímica. En geoquímica es también importante realizar este estudio ya que, si mirais la imagen de arriba, podéis ver el lugar en el que se han encontrado  elementos esenciales para la vida alrededor de una estrella joven. Usando el radiotelescopio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), un grupo de astrónomos detectó moléculas de azúcar presentes en el gas que rodea a una estrella joven, similar al sol. Esta es la primera vez que se ha descubierto azúcar en el espacio alrededor de una estrella de estas características. Tal hallazgo demuestra que los elementos esenciales para la vida se encuentran en el momento y lugar adecuados para poder existir en los planetas que se forman alrededor de la estrella.

- Una de las principales finalidades de la Geoquímica es establecer las leyes que rigen el comportamiento, distribución, proporciones relativas y relaciones entre los distintos elementos químicos.

- Los datos de abundancias de elementos e isótopos en los distintos tipos de estrellas nos han servido para establecer hipótesis del origen de los elementos.

- Los datos de composición del Sol y las estrellas nos permiten establecer hipótesis sobre el origen y evolución de las estrellas. Cualquier hipótesis que explique el origen del Sistema Solar debe explicar también el origen de la Tierra, como planeta de dicho Sistema Solar.

- Las distintas capas de la Tierra presentan abundancias diferentes de elementos. El conocer la abundancia cósmica nos permite tener un punto de referencia común. Así, sabiendo cuales son las concentraciones normales de los elementos en el cosmos las diferencias con las abundancia en la Tierra nos pueden proporcionar hipótesis de los procesos geoquímicos que actuaron sobre la Tierra originando migraciones y acumulaciones de los distintos elementos, que modificaron sus proporciones y abundancias respecto al Cosmos.

Gran Nebulosa de Orión

          Lugares como la Gran Nebulosa de Orión son los Laboratorios del Espacio, allí están presenten una ingente cantidad de elementos

FUENTES DE DATOS DE ABUNDANCIAS COSMICAS DE LOS ELEMENTOS. Estos datos deben obtenerse a partir del estudio de la materia cósmica. La materia cósmica comprende: Gas interestelar, de muy baja densidad (10-24 g/cm3) y Nébulas gaseosas o nubes de gas interestelar y polvo.

Las nébulas gaseosas se producen cuando una porción del medio interestelar está sujeta a radiación por una estrella brillante y muy caliente, hasta tal punto se ioniza que se vuelve fluorescente y emite un espectro de línea brillante (que se estudian por métodos espectroscopios). Por ejemplo las nébulas de “Orión”. Las ventajas de estas nébulas difusas para el estudio de las abundancias son:

[Espada+de+Orion.jpg]

‑ Su uniformidad de composición,  el que todas sus partes sean accesibles a la observación, al contrario de lo que ocurre en las estrellas. También tiene desventajas: Solo se observan las líneas de los elementos más abundantes y  cada elemento se observa solo en uno o pocos estadios de ionización aunque puede existir en muchos. La mayoría de las nébulas exhiben una estructura filamentosa o estratiforme. A partir del medio interestelar (gas interestelar y nébulas gaseosas) se están formando continuamente nuevas estrellas.

En las estrellas podemos encontrar muchas respuestas de cómo se forman los elementos que conocemos. Primero fue en el hipotético big bang donde se formaron los elementos más simples: Hidrógeno, Helio y Litio. Pasados muchos millones de años se formaron las primeras estrellas y, en ellas, se formaron elementos más complejos como el Carbono, Nitrógeno y Oxígeno. Los elementos más pesados se tuvieron que formar en temperaturas mucho más altas, en presencia de energías inmensas como las explosiones de las estrellas moribundas que, a medida que se van acercando a su final forman materiales como: Sodio, Magnesio, Aluminio, Silicio, Azufre, Cloro, Argón, Potasio, Titanio, Hierro, Cobalto, Niquel, Cobre, Cinc, Plomo, Torio…Uranio. La evolución cósmica de los elementos supone la formación de núcleos  simples en el big bang y la posterior fusión de estos núcleos ligeros para formar núcleos más pesados y complejos en el interior de las estrellas y en la transición de fase de las explosiones supernovas.

En la primera parte del trabajo hemos querido dejar claro de dónde salen los elementos químicos que podemos ver presentes en todos los cuerpos repartidos de una u otra manera, y, está claro que son las estrellas las responsables de tal maravilla. Sin embargo, no hemos dedicado ningún trabajo para saber de qué elementos está compuesto nuestro organismo. Así mque, aunque de manera breve, aquí dejaremos una reseña.

Según hemos podido llegar a saber son unos 60 elementos químicos los que conforman nuestro organismo y no de todos ellos se conocen sus funciones en nuestro cuerpo. Lo cierto es que son una docena los que están en nosotros con mayor presencia, es decir, los elementos químicos que prevalecen en nuestro organismo humano y que ejercen importantes funciones para que la vida sea posible.

Extrapolando y guardando las distancias… Lo cierto es que, nuestros cuerpos parecen, en contenidos, como si de Nebulosas se tratara, toda vez que la maraña de elementos químicos que llevamos con nosotros son como un muestrario de los objetos del cielo. Como hemos dicho aquí muchas veces, al fín y al cabo, también nosotros somos Naturaleza y, siendo así (que lo es), estamos hecho del mismo material del que están hechas las estrellas y, de ellas vinieron esos materiales al planeta en una nebulosa para que, durante miles de millones de años más tarde, pudiera aparecer aquella primera célula replicante precursora de la vida.

Los principales elementos que componen el cuerpo humano, en realidad son escasos, es decir, sólo 4 elementos químicos llevan el peso de todo el proceso fisiológico que está en nosotros: Oxígeno, Carbono, Hidrógeno y Nitrógeno. En realidad, el mayor porcentaje está en forma de agua, toda vez que, como el planeta que nos acoge, también nuestros cuerpos están compuestos en su mayor parte por ese preciado elemento: ¡El Agua!

Los 12 elementos más importantes que conforman nuestro organismos son:

- Oxígeno (65%)  Todos sabemos cuán importante es el agua para la vida y el 60% del peso del cuerpo se constituye por agua. El oxígeno (O,8) ocupa el primer lugar de la lista y compone el 65% del organismo..

- Carbono (18%)  El carbono (C,6) es uno de los elementos más importantes para la vida. Mediante los enlaces carbono, que pueden formarse y romperse con una mínima cantidad de energía, se posibilita la química orgánica dinámica que se produce a nivel celular..

- Hidrógeno (10%)  El hidrógeno (H,1) es el elemento químico que más abunda en todo el universo. En nuestro organismo sucede algo muy similar y junto al oxígeno en forma de agua ocupa el tercer lugar de esta lista..

- Nitrógeno (3%)  Presente en muchísimas moléculas orgánicas, el nitrógeno (N,7) constituye el 3% del cuerpo humano. Se encuentra, por ejemplo, en los aminoácidos que forman las proteínas y en los ácidos nucleicos de nuestro ADN..

- Calcio (1.5%)  De los minerales que componen el organismo, el calcio (Ca,20) es el más abundante y es vital para nuestro desarrollo. Se encuentra prácticamente a lo largo de todo el cuerpo, en los huesos y por ejemplo en los dientes. Además, son muy importantes en la regulación de proteínas.

- Fósforo (1%)  El fósforo (P,15) también es muy importante para las estructuras óseas del cuerpo en donde abunda. No obstante, igualmente predominan en las moléculas de ATP proporcionándole energía a las células.

- Potasio (0.25%)  Aunque ocupa apenas el 0.25% de nuestro organismo, el potasio (K,19) es vital para el funcionamiento del mismo. Ayuda en la regulación de los latidos del corazón y a la señalización eléctrica de los nervios..

- Azufre (0.25%)  El azufre (S,16) es igual de esencial en la química de numerosos organismos. Se encuentra en los aminoácidos y es fundamental para darle forma a las proteínas..
- Sodio (0.15%)  Se trata de otro electrolito vital en lo que refiere a la señalización eléctrica de los nervios. El sodio (Na,11) también regula la cantidad de agua en el cuerpo, siendo un elemento igual de esencial para la vida..

- Cloro (0.15%)  El cloro (CI,17) normalmente se encuentra en el cuerpo humano a modo de ion negativo, es decir como cloruro. Se trata de un electrolito importante para mantener el equilibrio normal de líquidos en el organismo..

- Magnesio (0.05%)  Nuevamente, se encuentra en la estructura ósea y de los músculos, siendo muy importante en ambas. El magnesio (Mg,12), a su vez, es necesario en numerosas reacciones metabólicas esenciales para la vida..

- Hierro (0.006%)  Aunque el hierro (Fe,26) ocupa el último lugar de la lista, no deja de ser primordial. Es fundamental en el metabolismo de casi todos los organismos vivos. Se encuentra en la hemoglobina, es el portador de oxígeno en las células rojas de la sangre..

Abundancia de los elementos químicos en la corteza terrestre y el cuerpo humano
Otros elementos químicos que constituyen el cuerpo humano son el cobre, zinc, selenio, molibdeno, flúor, yodo, manganeso, cobalto, litio, estroncio, aluminio, silicio, plomo, vanadio y arsénico, entre otros en proporciones ínfimas. En realidad, poco se sabe sobre las funciones que muchos de estos elementos cumplen en nuestro cuerpo..

Es muy interesante saber cómo se compone nuestro organismo a nivel químico y como todo está intrínsecamente relacionado para poner en marcha esta complejísima máquina que damos en llamar cuerpo humano. Lo cierto es que, como se ha dicho muchas veces aquí son las estrellas las que nos han proporcionado todos esos elementos y han hecho posible la vida que, como aquí en el planeta Tierra, también estará presente en miles o millones de ellos repartidos por ignotos mundos situados en las perdidas galaxias del remoto espacio tiempo de nuestro vasto Universo.

Bueno, de alguna manera, el Universo se transformó en nosotros para poder comtemplarse así mismo, al menos eso pensó el sabio y, a medida que vamos sabiendo más y más de nosotros y de nuestro cuerpo… ¡Tendremos que darle la razón! Toda vez que los materiales que nos conforman son los mismos que las estrellas “fabrican” en sus hornos nucleares a temperaturas de miles de millones de grados y, cuando se enfrían todos esos materiales llegados a un mundo adecuado para ello… ¡surge la vida!
emilio silvera

Siempre queriendo saber ¡Nuestra curiosidad!

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En esto de divulgar la ciencia en los apartados de la física o la astronomía, así como el recordar sucesos e historias antiguas, me viene a la memoria aquel dicho de Edith Wharton:

“Hay dos maneras de difundir la luz: ser la vela encendida o el espejo que la refleja.”

En ese sentido, como nadie nace sabiendo, todos hemos recibido el reflejo del saber del mundo al leer los pensamientos de otros, al prestar atención a las enseñanzas escolares y académicas o universitarias y, también, no pocos conocimientos adquiridos son el fruto de la experiencia y de la vida que cada uno de nosotros hemos llevado y nos ha tocado vivir.

Las branas son entidades físicas conjeturadas por la teoría M y su vástago, cosmología de branas.  En la teoría M, se postula la existencia de p-branas y d-branas (ambos nombres provienen parasintéticamente de “membrana”). Las p-branas son objetos de dimensionalidad espacial p (por ejemplo, una cuerda es una 1-brana). En cosmología de branas,  el término “brana” se utiliza para referirse a los objetos similares al universo cuadridimensional que se mueven en un sustrato de mayor dimensión. Las d-branas son una clase particular de p-branas.

File:Brane and dark matter.svg

       Aquí estaría representada la membrana y la materia oscura“.

Según la teoría de cuerdas, las membranas existen en la undécima dimensión,   en realidad son infinitas. Se dice que cada membrana corresponde a un un universo,  por ejemplo a nuestro universo le corresponde una membrana y las otras membranas serían universos paralelos.  Según algunos físicos el universo es una membrana esférica, los bordes de las membranas forman ondulaciones  las cuales están en constante movimiento, se dice que estas membranas se mueven con “forma de olas” en esta dimensión (11ª). Esta dimensión es sumamente delgada e infinitamente larga, estas membranas están en movimiento como las olas en el mar, es decir, las membranas serían burbujas en olas de mar que al chocar inician el big bang; es decir, el big bang es un fenómeno que ocurre una y otra vez.

En el marco de la teoría de cuerdas,  la membrana(M) es un conjunto de dimensiones presente, ampliando sus límites.  Se ha llegado a explicar la causa del “Big Bang”por el choque de dos membranas, así, la explosión producida sería la causa del nacimiento y expansión del universo. La materia y la energía sólo puede transmitirse a través de las cuatro primeras dimensiones excepto la gravedad,  que puede difundirse en las once. La materia de una puede alterar el espaciotiempo de otra paralela. De hecho, fenómenos similares fueron los que indujeron la teoría.

Hiperbólico (silla de montar)

Hiperbólico (silla de montar)

Las membranas podrían estar separadas por distancias pequeñísimas unas de otras, incluso, según resultados experimentales, a millonésimas de milímetro. Gracias a este hecho se intentaría explicar por qué la gravedad parece menos fuerte de lo que en realidad es. Las formas más postuladas son la de membranas planas y paralelas entre sí y la de paraboloide hiperbólico  (silla de montar).

Si las membranas son planas y paralelas, la gravedad quedaría encajonada entre ambas, fluctuando entre una y la otra, pero siempre manteniéndose constante. Por el contrario, si las membranas adoptaran la forma de silla de montar, irían perdiendo paulatinamente energía y, por tanto, materia, hasta desaparecer sumido en la difusión por las once dimensiones.

                              El modelo Steinhardt–Turok

En este modelo cíclico basado en la cosmología de branas, rival del modelo inflacionario, dos láminas tridimensionales o 3-branas colisionan periódicamente. Según esta teoría la parte visible del universo de cuatro dimensiones representa una de esas branas, quedando la otra brana oculta a todas las fuerzas de la naturaleza excepto la gravedad. Cada ciclo consiste en que cada una de las branas dentro de un espacio-tiempo tetradimensional y separadas por una dimensión espacial muy corta y seis enrolladas chocan con cierta periodicidad creando condiciones parecidas a las del big bang del modelo inflacionario.

Según la teoría, después de millones de años, al aproximarse el final de cada ciclo la materia y la radiación se diluyen a casi cero debido a una expansión acelerada del universo alisando las dos branas pero con pequeños rizos o fluctuaciones cuánticas aún presentes que imprimirán en el próximo choque con no uniformidades que crearán grumos o cúmulos que generarán estrellas y galaxias.

         Cuando todo “termina” se dan las circunstancias necesarias para que todo comience de nuevo

Pero sigamos con las dimensiones y las consecuencias más interesantes de añadir dimensiones espaciales extra que hacen posible que cambien las constantes de la Naturaleza observadas. Si el mundo tiene realmente cuatro dimensiones espaciales, entonces las verdaderas constantes de la Naturaleza existen en cuatro dimensiones. Si nosotros nos movemos sólo en tres de esas dimensiones, veremos y sentiremos sólo “sombras” tridimensionales de las auténticas constantes tetradimensionales.

En un lugar de más dimensiones que no vemos, el espacio y el tiempo pueden ser encubiertos y podría dar lugar a que se formen galaxias en un plano de sombras que no podemos alcanzar a ver en nuestro mundo tridimensional. sería como si un universo paralelo al nuestro estuviera llevando un ritmo en el que, las cosas podrían ser iguales pero distintas.

Claro que esas sombras de las que hablo, no tienen por qué ser constantes. Si la dimensión extra aumenta en tamaño, igual que se están expandiendo nuestras tres dimensiones del Universo, entonces nuestras constantes tridimensionales decrecerán al mismo ritmo. Esto nos dice inmediatamente que si algunas dimensiones extra están cambiando, deberán hacerlo de una forma bastante lenta; de lo contrario nosotros no las hubiéramos llamado “constantes” en absoluto.

  La constante de estrucvtura fina ha sido medida de mil manera

Tomemos  una constante tradicional de la Naturaleza, como la constante de estructura finanormalmente representada por el símbolo \alpha, es la constante física fundamental  que caracteriza la fuerza de la interacción electromagnética.  Es una cantidad sin dimensiones, por lo que su valor numérico es independiente del sistema de unidades usado.

La expresión que la define es:

<br />
\alpha =<br />
\frac{e^2}{\hbar c \ 4 \pi \e<a href=

donde e es la carga elemental,  la  \hbar = h/(2 \pi) es la constante reducida o racionalizada de Planck, c es la velocidad de la luz  en el vacío, y  \e<a href=psilon es la permitividad del vacío. Si el tamaño de la dimensión extra del espacio es R, entonces el valor de la “constante” de estructura fina tridimensional α, variaría en proporción a 1/R2 cuando cambia R.

Imaginemos que estamos en un universo en expansión de cuatro dimensiones pero sólo podemos movernos en tres de ellas. Las fuerzas de la electricidad y el magnetismo pueden “ver” las cuatro dimensiones y encontraremos que nuestra parte tridimensional de ellas se debilitará cuando la cuarta dimensión se haga mayor.

Sabemos que si la constante de estructura fina tridimensional está cambiando no puede hacerlo en ninguna parte tan rápido como se expande el Universo. Esto nos dice que cualquier cuarta dimensión debe ser muy diferentes de las otras. La idea de Klein consistía en que es a la vez muy pequeña y estática y que está confinada en el límite de Planck. Alguna fuerza extra atrapa las dimensiones extra y las mantiene pequeñas. Si no cambian de tamaño de forma significativa no tenemos por qué ver ninguna de nuestras constantes cambiando.

Un escenario posible imagina que el Universo empieza con todas sus dimensiones espaciales comportándose de una manera democrática, pero luego, algunas de las dimensiones quedan atrapadas y permanecen compactadas de manera tal que son infinitesimales, están el el límite de Planck y permanecen, como digo, estáticas y muy pequeñas desde entonces en ese lugar invisible al que no podemos llegar y que se denota con:

L= (Gh/c3) ½ = 4’13 × 10-33 centímetros

Las otras tres dimensiones que sí consiguieron expandirse, son las que vemos y en las que vivímos, las que forman y hacen de nuestro universo el que podemos observar hoy, en el que se han conformado las galaxias y los mundos que, en alguna ocasión, han podido surgir criaturas que, como ha pasado aquí en la Tierra, hablen de estas cuestiones complejas que no llegan a entender… del todo.

Como no dejamos de pretender alcanzar lo “inalcanzable”, allá por el año 1982, los teóricos de cuerdas sugirieron por primera vez una respuesta a un viejo problema: cómo casar la teoría cuántica con la teoría de la gravedad de Einstein. Todos los intentos previos habían fracasado miserablemente. Predecían invariablemente que alguna cantidad medida debería ser infinita. Estos “infinitos” plagaban todas las teorías con sólo tres dimensiones de espacio y una de tiempo. Sin embargo, en 1984 Michael Green y John Wchwarz demostraron que este problema podía subsanarse combinando dos ideas radicales.

Einstein, desde donde se pueda encontrar, estará sonriendo al comprobar con satisfacción que sus ecuaciones de campo de la relatividad general, sin que nadie las llame y como por arte de magia, surgen de la Teoría M de cuerdas en la que subyacen sus ideas. Y, al contemplar, no sin cierto grado de asombro cómo se pueden unir las dos teorías (la suya y la de Planck, la de lo muy grande y lo muy pequeño), los que le siguieron habían conseguido lo que él mismo persiguió, sin conseguirlo durante más de treinta años.

Green y Wchwarz sugerían que, si se abandona la idea de que las entidades más básicas son puntuales (se referían a las partículas subatómicas), con tamaño cero, y se permite que haya más de tres dimensiones espaciales, entonces los infinitos desaparecen milagrosamente, cancelándose. Como sucede con la anterior teoría de Kaluza-Klein. Es apasionante y misterioso el hecho de que, en esa escala tan pequeña de 10-33 cm, la longitud fundamental de Planck, se puedan encontrar “escondidas” las dimensiones que nos permiten unificar las dos teorías más importantes de nuestro tiempo.

                                 ¿Habrá un Universo en la sombra que no podemos ver?

Claro que, tendremos que poner los pies en el suelo y centrarnos en lo que “sabemos” y “vemos”: Neutrinos, fotonesquarksleptoneshadronesbariones y mesones, todos, en definitiva son lo mismo, distintos estados de la materia que conforman unos y otros en determinadas ocasiones, y, en cada momento, ocupan el lugar que les destina en Universo adoptando la forma que en ese preciso instante les corresponde. Claro que, todos estos, son objetos de nuestro Universo luminoso, el otro, el Universo en la Sombra, ni sabemos si puede estar realmente ahí.

Durante mucho tiempo, los físicos han sabido que toda reacción entre partículas elementales obedece a una simetría que llamamos CPT. Esto significa que si miramos la partícula de una reacción, y luego vemos la misma reacción cuando (1) la miramos en un espejo, (2) sustituimos todas las partículas por antipartículas y (3) hacemos pasar la partícula hacia atrás, los resultados serán idénticos. En este esquema la P significa paridad (el espejo), la C significa conjugación de carga (poner las antipartículas) y T la reserva del Tiempo (pasar la partícula al revés).

Claro que, todo lo anteriormente expuesto son sólo sugerencias del momento y que duran y tienen vigencia durante un tiempo impredecible, ya que, el tiempo sigue su marcha, el universo continúa expandiéndose y, nuestras mentes evolucionan para poder “ver” otras teorías y otros horizontes nuevos y más avanzados, complejos y profundos que nos acercan a la verdadera naturaleza del Universo que no comprendemos…, lo suficiente.

emilio silvera