Hasta el momento parecía que ninguno de los más de 500 planetas extrasolares descubiertos  reunían las excepcionales condiciones que se dan en Gliese 581g, un mundo que tiene tres veces la masa de la Tierra (suficiente para sustentar una atmósfera) y que se encuentra justo en el centro de la zona de habitabilidad de su estrella,  es decir, dentro de la estrecha franja orbital que permite la existencia de agua en estado líquido.

Muchos son los que, como yo, al contemplar los brillantes astros del cielo, se hicieran esas mismas preguntas. Desde los teóricos y los filósofos de la Antigüedad hasta los científicos y los escritores, no ya e ciencia ficción, sino de otras ramas de la literatura incluida la científica, se la hicieron en un momento dado de sus vidas. Ahora, en pleno siglo XXI, la pregunta, al tener más datos disponibles, nos la hacemos con más fuerza cada vez. Sabemos que el Universo es el mismo en todas partes y que en todas las regiones (por muy alejadas que estén) rigen las mismas leyes y constantes universales y, si eso es así (que lo es), no tenemos base científica para negar la existencia de vida inteligente en otros mundos repartidos por las innumerables galaxias y, tal posibilidad, se ha llegado a convertir en una auténtica aventura que, en primer lugar nos ha llevado a buscar mundos similares a nuestra Tierra, y, una vez que estos aparezcan, trataremos de ver, quiénes los pueblan.

Claro que la idea, no es nada nuevo. Hace ya más de 2000 años, Lucrecio, el poeta filósofo romano, razonaba que el nuestro no puede ser el único mundo habitado. “Debo confesaros”, escribió en su De Rerum Natura, “que existen otros mundos en otras regiones del cielo, y diferentes tribus de hombres y tipos de bestias salvajes”. Por estar de acuerdo con Lucrecio, el padre dominico Giordano Bruno pagó con su vida en 1600, pues fue quemado en la hoguera en una piazza romana por orden de la Inquisición.

Las Civilizaciones extraterrestres hicieron una espectacular entrada en la Ciencia en 1877 cuando el astrónomo italiano Giovanni Schiaparelli le habló al mundo de los Canales de Marte (que había descubierto su colega Ángelo Secchi) diciéndoles que eran artificiales, es decir, hechos por la mano de seres inteligentes. Aquello pico la curiosidad de un adinerado astrónomo americano, Percival Lowell que, construyó un Observatorio especial en Flagstaff, Arizona, con el único propósito de estudiar Marte. Cartografío muchos de los supuestos canales y conjeturó de qué manera los marcianos los habían excavado para irrigar la superficie del desierto planeta con agua extraída de los polos. Esta idea, a su vez, atrajo la imaginación del escritor inglés Herbert George Well, que hizo que los marcianos invadieran la Tierra con War os the Words (1898) con el resultado conocido por todos  en la emisión radiofónica que, cuarenta años después, habiendo sido adaptada paras la radio por el director americano Orson Welles, causó el pánico generalizado cuando se emitió el programa por primera vez, el 30 de Octubre de 1938.

                                                                              Canales de Marte

Marte sigue siendo noticia desde entonces y, cuando no es el agua líquida avistada y que emerge desde su interior, es el misterioso metano detectado en cierta región del planeta y que, bien podría ser un signo de la presencia de vida.

Exactamente veintitrés años después del pánico de 1938, la víspera de Todos los Santos de 1961, un pequeño grupo distinguido de científicos, entre ellos el Químico Americano Melvin Calvin, que acababa de recibir el premio Nobel de Química por su trabajo sobre la fotosíntesis, y el carismático científico americano y personaje de la televisión Carl Sagan se reunieron en el Laboratorio Nacional de Radioastronomía, en Green Bank, Virginia occidental, invitados por un joven astrónomo americano, Frank Drake. El tema a tratar era el de ver la manera de poder detectar señales de radio que pudieran haber emitido algunas Civilizaciones extraterrestres. Aquello desembocó en el considerable proyecto que se conoce por SETI que, habiendo pasado por mil vicisitudes, dejó de ser financiado por la NASA pero, continúa con el apoyo de Instituciones privadas. Todo aquello generó expectativas y creó un ambiente positivo que generó la creación de nuevas disciplinas como la exobiología, bioastronomía o astrobiología, con sus propios institutos, reuniones y publicaciones.

El sumun de todo este largo historial, vino a plasmarse cuando el 7 de agosto de 1996, se alcanzó su punto culminante. El Administrador de la NASA Daniel Goldin convocó en Washington una conferencia de prensa especial, televisada, presentada por el propio Presidente Clinton, para anunciar al mundo que un grupo de investigadores americanos, dirigidos por el geólogo de la NASA David Mackay, había detectado pruebas de vida pasada en Marte. Ya sabéis, el famoso proyectil fortuito –fragmento de roca- de 1,8 kg que fue descubierto en la Antártida y se pudo saber que, lo más probable, el meteorito, tenía su origen en Marte y su edad era de dieciséis millones de años. Clasificado como ALH 84001, dio tanto que hablar que, aún hoy, de vez en cuando surge alguna noticia sobre tan misterioso visitante.

Claro que, la presencia de vida fosilizada en aquel pedrusco, no convenció a muchos expertos y la cosa se quedó en la incógnita de que podría ser… Claro que, el entusiasmo de la vida en Marte y en otros lugares del Universo, sigue intacta. Si se hiciera una encuesta entre 200 científicos sobre la existencia de vida en otros planetas, el resultado a favor…sería sorprendente.

Claro que, hablamos y hablamos de “vida” en otros mundos y, la mayoría de las veces, lo que tenemos en la mente, es la vida tal como aquí, en la Tierra, la conocemos. Sin embargo, no es ese el camino y, debemos de partir de la base de que, cualquier forma de vida que podamos pensar, por muy extraña que esta nos pudiera parecer, ahí fuera podría estar y, desde luego, tampoco se puede descartar la vida que, como la nuestra o muy parecida, esté en planetas similares al nuestro. Antes de seguir, podríamos hacer una simple reflexión sobre esos procesos que nos llevan a la vida.

Durante el proceso de evolución de nuestro planeta, en las aguas del Océano más primitivo, surgieron sustancias orgánicas complejas y de gran variedad, similares a las integradoras de los actuales organismos vivos. Pero entre estos últimos y la simple solución acuosa de sustancias orgánicas se produce un salto abismal.

La base de los organismos vegetales o animales, o sea, el fundamento de los cuerpos de hongos, bacterias, amibas, virus  y otros organismos simples, es el protoplasma, el sustrato material en donde se desarrollan los fenómenos vitales. En su aspecto más externo, el protoplasma se presenta como una masa viscosa semilíquida de color grisáceo, en cuya composición, además del agua, se hallan, un gran número, proteínas y otras sustancias orgánicas y sales inorgánicas. Pero existen en esa mezcla más sustancias, ya que debemos recordar que el protoplasma tiene una organización muy compleja, rasgo que demuestra, en primer lugar, por su estructura concreta, en una determinada distribución especial recíproca de las partículas que forman las distintas sustancias del protoplasma y, en segundo lugar, en una armonía determinada, con un orden especial y con una regularidad concreta de aquellos procesos físicos y químicos que en él se producen.

Así que, la materia viva, la encontramos representada hoy día, por organismos, por sistemas individuales que tienen una forma concreta y una organización precisa y armónica. Nada de esto, como cabe esperar, ocurrió en aquellas primitivas aguas del océano.

Al estudiar diferentes soluciones, entre ellas las de sustancias orgánicas, se demuestras que en éstas las distintas partículas están repartidas de forma más o menos regular por todo el volumen del disolvente, en un estado constante de movimiento y desorden. Por tanto, las sustancias a tratar se encuentra aquí indisolublemente fundida con su medio y, además, no tiene una estructura concreta, con base en la disposición regular de unas partículas con respecto de otras. Sin embargo, no podemos llegar a imaginarnos un organismo que no tenga una estructura y se encuentre disuelto en el medio que le rodea. Por esta razón, en el camino que nos lleva desde las sustancias orgánicas hasta los seres vivos debieron crearse con total seguridad unas formas individuales, unos sistemas separados de su medio y con un orden interior de las partículas de la materia.

Puede obtenerse cristalizada en forma específica para cada especie. La hemoglobina es un cromoproteido formado por una protoporfirina ferrosa llamada hem (4 %) unida como ácido y base a una fracción proteica sulfurada llamada globina (96 %). El hem está formado por 4 núcleos pirrólicos, cada uno constituido por un N unido en el vértice de un anillo de 4 C. Ese núcleo se reúne a los distintos metales (Fe, Cu, Co, Mg) y forma las metalporfirinas. Si el Fe es ferroso toma el nombre de hem y si férrico el de hematina.

Las sustancias orgánicas de bajo peso molecular, como alcoholes o azúcares, si se disuelven en el agua quedan fuertemente desmenuzadas y se distribuyen de forma homogénea, por toda la solución, en forma de moléculas sueltas que quedan más o menos independientes las unas de las otras. Por esta razón sus propiedades dependerán sobre todo, de la estructura de las mismas moléculas y del orden de los átomos de carbono, hidrógeno, oxígeno y otros en el interior de las mismas.

Pero en cuanto aumenta el tamaño de las moléculas, se añaden a estas leyes sencillas de la química orgánica, otras nuevas, y más complejas, cuyo estudio es materia de la química de los coloides. Las soluciones más o menos diluidas de sustancias de peso molecular ligero, son sistemas muy estables en los que el grado de fraccionamiento de la sustancia y la uniformidad en el momento de distribuirse en el espacio no cambian por ellos mismos. En cambio, las partículas de los cuerpos de un peso molecular elevado dan soluciones coloides, características por su inestabilidad. Bajo la influencia de varios factores, estas partículas tienden a dar combinaciones entre ellas mismas, creando así, auténticos enjambres, llamados agregados o complejos. Sin embargo, ocurre con mucha frecuencia que esta unión entre las partículas es tan intensa que la sustancia coloidal se distancia de la solución dejando sedimento. Coagulación es el nombre que recibe este proceso.

Estas sustancias orgánicas disueltas quedan concentradas en puntos concretos, formando unos coágulos en donde las diferentes moléculas o partículas se encuentran ligadas entre ellas de una forma determinada, por lo que se crean relaciones nuevas y más complejas, por la disposición de los átomos en las moléculas, pero también por el orden que adoptan las moléculas entre ellas.

Sustancias Minerales del Plasma

Cloro. En cantidad de 1.80 gramos %o para el Cl globular y 3.60 gramos % para el plasmático, con un índice clorémico de 0,50. Está casi todo ionizado representando los dos tercios del anión del plasma. Dada la facilidad con que atraviesa la membrana del glóbulo rojo, interviene en la regulación del equilibrio iónico sanguíneo.

Fósforo. En cantidad de 4 a 5 miligramos por ciento se encuentra bajo forma de fósforo inorgánico mono y bibásico y orgánico combinado a los prótidos, glúcidos y lípidos.

Azufre. Se encuentra bajo forma inorgánica formando suifatos y orgánica particularmente en las proteínas sulfuradas.

Iodo, bromo y flúor, Se encuentran en pequeñas cantidades.

Sodio. En cantidad de 340 mlg % es el catión predominante en los líquidos extra-celulares ya que la membrana celular se muestra como impermeable para él.

Potasio. Inversamente el potasio se encuentra en mucha mayor cantidad en el interior del glóbulo rojo. Se encuentra en equilibrio con el Na y ambos cationes no se desplazan mutuamente, siendo el predominio de uno de ellos nocivo para el organismo. El plasma contiene 20 mlg %.

Calcio. En cantidad de 10 miligramos por ciento se encuentra, la mitad bajo forma inorgánica y la mitad bajo forma orgánica, unido a las proteínas. Existe una relación entre Ca y P que es igual a 2 y por otra parte el producto de sus concentraciones debe ser mayor de 40.

Otros cationes como el Mg, Cu, Zn, Co, Mn, Ai, etc., se encuentran en pequeñas cantidades y su significación fisiológica es todavía discutida.

Así, mediante estas transiciones y transmutaciones, se llega a lo que se conoce como las sustancias vitales para la vida, y, en nuestro mundo, sabemos los caminos que se han recorrido hasta llegar a nosotros (más o menos), lo cual, es una buena base para pensar en esos posibles “seres extraterrestres” que podrían estar en esos mundos lejanos y que, también se puede pensar que, pudieran estar constituidos a partir de otro elemento distinto del Carbono, la base de la vida en la Tierra. Por mi parte, creo que, “esos seres”, al igual que todos los que existen en la Tierra, estarán constituidos de la misma manera en lo esencial, es decir, estarán basados en los mismos elementos que los seres de la Tierra y, sus morfologías, serán variadas e incluso extrañas, ya que, dependiendo del planeta que los acoja, de los soles que lo calienten, de la Gravedad, de su exposición a las radiaciones, de los océanos, volcanes y las placas tectónicas que muevan aquellos mundos y…de otros muchos factores, dependerá la forma de vida que “allí” nos podamos encontrar pero, eso sí, el Carbono será la base de esas vidas que, como la nuestra, habrán evolucionado hasta…¿quién sabe dónde?

La Química, las limitaciones celulares, los azúcares, el protoplasma, los mecanismos vitales, los ingredientes necesarios que, como el agua, se hacen imprescindibles para llegar a cierto punto desde el que se produce el salto hasta el nivel vital…¿Serán los mismos en todas partes?

                                      Todo lo que podamos imaginar…, será posible y, mucho más

Muchas veces hemos podido leer que sobre la existencia de formas de vida constituidas con componentes moleculares distintos de las proteínas, los ácidos nucleicos y otros constituyentes biológicos típicos, o incluso constituida de otros átomos distintos, como, por ejemplo, con el carbono sustituido por el silicio, su pariente más cercano en la tabla periódica de elementos. Claro que, base válida para tales especulaciones…No la hay, ya que, lo que es capaz de hacer el Carbono, no lo puede hacer el Silicio y, sin embargo, tal verdad, no debería condicionarnos para negar la posibilidad de otras formas de vida que, siendo diferentes a las nuestras, también estén basadas en otros elementos diferentes.

Si nos fijamos en dos vecinos cercanos: Venus y Marte, podemos ver que, el primero se halla más cerca del Sol que la Tierra, y Marte, que se halla más lejos de aquel, ocupan los limites externos de lo que a veces se denomina la zona habitable. De los dos, Venus, con una temperatura superficial cercana a los 500ºC, parece demasiado caliente para albergar la vida (sólo lo parece). Y, no se descarta que lo pudiera haber sido en los primeros tiempos de su formación pero, ¿lo sabremos alguna vez?

                                                                                       El  planeta Marte en los cielos nocturnos.

Marte, por el contrario, con una baja temperatura superficial que se ha comprobado es,  de -53ºC, parece demasiado frío para albergar vida (sólo lo parece), al menos en la superficie. Su atmósfera es tenue, constituida principalmente por dióxido de carbono, parte de la cual se hiela cada invierno para cubrir los polos con un casquete blanco, que primero se creyó que estaba constituido por hielo de agua pero que ahora se ha identificado como lo que denominamos hielo seco, la sustancias expulsada de los extintores de incendio. Sin embargo, hay agua abundante en Marte ; existe en forma de hielo permanente bajo el casquete polar Norte de Hielo Seco en el suelo en la forma de permafrost, como el que se encuentra en alguna parte de Siberia, por ejemplo.

Claro que, las sondas y naves que allí hemos enviado (Mars Phoenix y otras), nos han confirmado que, el agua en Marte está presente y, en algunos lugares emerge desde el subsuelo. Si hubiera hidrógeno molecular disponible, posiblemente podrían existir allí Bacterias similares a algunas formas presentes en las rocas de la Tierra. No sabemos a qué profundidad habría que excavar para encontrarlas.

Bueno, las pruebas que tenemos del pasado de Marte, dejan poco espacio para dudar de que, en el tiempo pasado, el planeta disfrutó de ser un mundo diferente, con un clima más suave, una atmósfera distinta, mares y océanos y, correntías de agua líquida que horadó la superficie, dejando las señales que nuestras sondas nos han podido mostrar de aquel mundo que fue, y, según las actuales circunstancias, todo parece apuntar que, de haber alguna clase de vida en aquel planeta, ésta debe encontrarse bajo la superficie, en las profundas grietas y grutas que, su antigua actividad volcánica dejó y en la que, posiblemente, al existir una temperatura más cálida, el agua pueda correr libremente haciendo posible la existencia de bacterias, líquenes y hongos…(¿quién sabe qué cosas más?) que en la superficie no tienen la posibilidad de subsistir. Acordaos de esas emisiones de metano detectadas por la NASA, nadie conoce su fuente y, las especulaciones están servidas.

Cuando pensamos en esos otros mundos, la imaginaciópn nos lleva a pensar que pueden estar definidos por leyes de la naturaleza iguales a las que gobiernan el universo tal como lo conocemos, pero, también podrían estar caracterizados por diferentes valores de constantes adimensionales (no creo). Estos cambios numéricos alterarían toda la fábrica de los mundos imaginarios. Los átomos pueden tener propiedades diferentes. La gravedad puede tener un papel en el mundo a pequeña escala.  La naturaleza cuántica de la realidad puede intervenir en lugares insospechados. ¡Qué imaginación, si existieran esos mundos con leyes distintas…No sería en nuestro Universo.

Claro que, a todo esto, todavía no hemos dejado de preguntarnos: ¿De dónde viene la vida? Y, la hipótesis extraterrestre, es, al menos, tan buena como otro cualquiera. En la actualidad, cientos o miles de investigadores dedican su tiempo y esfuerzo a investigar el origen de la vida y, no puedo decir con certeza que, algún día, podamos responder a esa pregunta.

Ya nos resulta asombro saber que, la Vida, apareció en la Tierra hace ahora unos 4.000 millones de años, unos 500 millones de años después de que el planeta se condensara, con los otros planetas del Sistema solar, en un disco de gas y polvo que, giraba alrededor de una joven estrella que iba a convertirse en nuestro Sol. Fenómenos de violencia extrema, incompatible con el mantenimiento de ninguna clase de vida, rodearon este nacimiento. Todo tipo de cuerpos y objetos venidos del exterior golpearon, en aquellos primeros momentos, al recién nacido planeta: Cometas, Asteroides y otros golpearon con saña su incandescente superficie. Pasados aquellos “primeros momentos” la Tierra era poseedora de la materia primigenia que, tratada en la forma adecuada por la Naturaleza, hizo posible el surgir de la vida primaria que, ha podido evolucionar hasta llegar a los pensamientos.

¡Nos quedan tantas sorpresas sobre la Vida! No sólo la que podamos descubrir en el exterior, sino que, también la que está presente en nuestro planeta nos tiene muchas sorpresas reservadas y, para que éstas lleguen, necesitamos saber.

emilio silvera

En la Gran Nebulosa de Orión, también conocida como M42, y una de las nebulosas más famosas del cielo, podríamos encontrar ese Laboratorio natural en el que se cuecen los elemetos que dan lugar a las sustancias necesarias para la aparición de la vida. Este producto de una explosión supernova, contiene todos los ingredientes necesarios para ello y, de este conglomerado de gas y polvo en el que están presentes átomos y moléculas diversas, se encuentra la fuente, no sólo de nuevas estrellas y nuevos mundos, sino que, también están ahí los materiales necesarios para el surgir de la vida.

Muchas son las veces que aquí, en este lugar dedicado a distintas disciplinas de la Ciencia, hemos hablado de la Vida. Sin embargo, nunca nos hemos parado a explicar algunos de los procesos del origen de la vida, conociendo antes, aunque sea de manera sencilla y sin profundidad, aquellos principios básicos de la estructura del protoplasma, ese sustrato material que será la base de todos los seres vivos, sin excepción.  Para poder alcanzar nuestro objetivo y así poder responder a la cuestión de la evolución y al proceso del orgien de la vida, una de las fuentes que debemos conocer, es, sin duda alguna, el protoplasma y, la mejor explicación la encontré en el Libro de Alesandr Ivanovich Oparín, El Origen de la Vida que nos lo cuenta como como sigue:

A finales del siglo XIX y principios del XX, había científicos que creían que los organismos sólo eran “máquinas vivientes” especiales, de estructuras muy complejas y, aseguraban que la estructura del protoplasma era algo así como una máquina, construido conforme a un determinado plan y que estaba formado por “vigas” y “tirantes” como si de un puente se tratara y que, de manera similar a éste, los lazos de unión tenían unida toda la estructura que, de esta manera, se mantenía firme, y, esa estructura de tan estricto orden en la colocación recíproca de las distintas partes del protoplasma, era precisamente, según ellos, la causa específica de la vida.

Pero el estudio concreto del protoplasma desmintió esta teoría mecanicista. Fue probado que no existía ninguna estructura parecida a una máquina ni siquiera a las de máxima precisión, en el interior del protoplasma.

Es bien conocido que la masa básica del protoplasma es líquida; nos hallamos ante un coacervado complejo, constituido por una gran cantidad de sustancias orgánicas de un peso molecular considerable, entre estas destacan las proteínas y los lipoides. Por esta razón, se encuentran flotando a su libre albedrío en esa sustancia coacervática fundamental, partículas filamentosas coloides, quizás enormes moléculas proteínicas sueltas, y muy probablemente, auténticos enjambres de esas moléculas. El tamaño de las partículas es tan diminuto que no se distinguen ni a través de los microscopios actuales más sofisticados. Pero encontramos otros elementos visibles en el interior del protoplasma. Cuando las moléculas proteínicas y de otras sustancias se unen formando conglomerados, destacan en la masa protoplasmática en forma de pequeñas gotas, captadas a través del microscopio, o en forma de coágulos, con una determina estructura denominados elementos morfológicos. El núcleo, las plastídulas, las mitocondrias, etcétera.

Una célula es la unidad morfológica y funcional de todo ser vivo. De hecho, la célula es el elemento de menor tamaño que puede considerarse vivo. De este modo, puede clasificarse a los organismos vivos según el número de células que posean: si sólo tienen una, se les denomina unicelulares (como pueden ser los protozoos o las bacterias, organismos microscópicos); si poseen más, se les llama pluricelulares En estos últimos el número de células es variable: de unos pocos cientos, como en algunos nematodos, a cientos de billones (10¹⁴), como en el caso del ser humano.. Las células suelen poseer un tamaño de 10 μm y una masa de 1 ng, si bien existen células mucho mayores.

Estos elementos protoplasmáticos, observables a través del microscopio, son, esencialmente, una manifestación aparente y externa de determinadas relaciones de solubilidad, enormemente complejas, de las distintas sustancias que conforman el protoplasma y que se ha podido comprobar que tiene, un papel determinante, en el curso del proceso de la vida, que no se puede comparar de ningún modo con el papel que desempeña una máquina en su trabajo específico. Esto queda totalmente justificado por la sencilla razón de que una máquina y el protoplasma son dos sistemas distintos y contrarios.

Sin duda, lo que caracteriza la función de una máquina es el desplazamiento mecánico de sus diferentes partes en el espacio. Por esa razón hay que insistir que el elemento más importante de la estructura de una máquina es, precisamente, la colocación de sus piezas; mientras que el proceso vital tiene un carácter totalmente distinto. Se manifiesta esencialmente con el recambio de sustancias, o sea, con la interacción química de las diferentes partes que conforman el protoplasma. Por esto deducimos que el elemento primordial en toda la estructuración del protoplasma es el orden concreto que siguen los procesos químicos en el tiempo, la forma tan armónica en que se combinan, siempre con tendencia a conservar en su conjunto el sistema vital.

Es de vital importancia para la formación del protoplasma que exista una estructura interna determinada. Pero otro factor no menos decisivo es la organización en el tiempo, o sea, que los procesos que se dan en el protoplasma lo hagan en armonía. Cualquier organismo, tanto animal, planta o microbio, vive únicamente mientras pasen por él, de forma continuada y constante, nuevas partículas de sustancias, cargadas de energía. Distintos cuerpos químicos pasan del medio ambiente al organismo; y cuando están dentro, sufren unos determinados y esenciales trastornos, mediante los cuales acaban convirtiéndose en sustancias del propio organismo invadido y serán iguales que aquellos cuerpos químicos que antes formaban parte del ser vivo. Este proceso se conoce con el nombre de asimilación. Sin embargo, de forma paralela a este proceso se da la desasimilación, que se trata precisamente del proceso contrario, es decir, las distintas sustancias que forman la parte del organismo vivo son sensibles a los cambios del propio organismo, se desintegran a menor o mayor velocidad, y son sustituidas por los cuerpos asimilados. De esta forma, los productos de la desintegración se echan al medio envolvente.

¡Y pensar que todo está formado por esas partículas infinitesimales que llamamos Quarks y Leptones!

Es muy cierto que la sustancia del organismo vivo siempre se encuentra en movimiento, desintegrándose y volviendo a formarse de manera continua en virtud de la gran cantidad de reacciones de desintegración y síntesis, que se dan guardando una fuerte relación entre ellas. Ya Heráclito, aquel gran dialéctico de la antigua Grecia, nos decía: “nuestros cuerpos fluyen como un arroyo, y de la misma manera que el agua de éste, la materia se renueva en ellos.” Está claro que una corriente o un chorro de agua pueden mantener su forma, su aspecto externo, durante un tiempo, pero su aspecto sólo es la manifestación exterior de ese proceso continuo y constante del movimiento de las partículas del agua. Incluso la misma existencia de este sistema depende, naturalmente, de que las renovadas moléculas de materia pasen constantemente, y a una velocidad determinada por el chorro de agua. Pero si interrumpimos este proceso, el chorro dejará de existir como tal. Lo mismo sucede en todos los sistemas conocidos como dinámicos, los cuales tienen un proceso concreto.

Es un hecho concreto e innegable que los seres vivos también son sistemas dinámicos. Igual que el chorro de agua al que antes hacíamos referencia, su forma y su estructura sólo forman parte de la expresión externa y aparente de un equilibrio, muy competente, formado por procesos que se dan en el ser vivo en sucesión permanente a lo largo de toda su vida. Sin embargo, el carácter de estos procesos es totalmente diferente a los que ocurre en los sistemas dinámicos de la naturaleza orgánica.

Las moléculas de agua llegan al chorro, ya como moléculas de agua, y lo atraviesan sin que se produzca ningún cambio. Pues el organismo toma del medio ambiente sustancias ajenas y desconocidas para él, pero a continuación, mediante procesos químicos muy complejos, son convertidos en sustancias del propio organismo, muy parecidas a los materiales que forman su cuerpo.

Precisamente esto es lo que hace posible las condiciones que mantienen constantemente la composición y estructura del organismo, ignorando este proceso continuo e ininterrumpido de desasimilación que se da en todos los organismos vivos.

Así pues, desde una perspectiva puramente química, el recambio de sustancias, también llamado metabolismo, es un conjunto enorme de reacciones más o menos sencillas, de oxidación, reducción, hidrólisis, condensación, etcétera. Lo que lo hace diferente del protoplasma, es que en el metabolismo, estas reacciones se encuentran organizadas en el tiempo de de cierto modo, las cuales se combinan para poder crear un sistema integral. Dichas reacciones no surgen por casualidad, y de forma caótica, sino que se dan en estricta sucesión, y en un orden armónico concreto.

Ese orden será la base de todos los fenómenos vitales conocidos. En la fermentación alcohólica, por ejemplo, el azúcar proveniente del líquido, que es fermentable, penetra en la célula de la levadura, sufriendo determinados trastornos químicos. O sea, primero se le incorpora el ácido fosfórico y luego se divide en dos partes.

Una de las cuales experimentará un proceso de reducción, mientras que la otra se oxidará, quedando convertida, finalmente, en ácido pirúvico, que más tarde se descompondrá en anhídrido carbónico y acetaldehído. Este último se reducirá, quedando transformado después en alcohol etílico. Como resultado, podemos observar que el azúcar queda convertido en alcohol y anhídrido carbónico.

Aquí podemos contemplar una célula de levadura. Se reproducen por germinación o sexualmente (…algo más interesante…). Las protuberancias de esta célula (esos círculos que parecen ojos de pescado) son las huellas de las cicatrices dejadas por las yemas al separarse. La fotografía aumenta el tamaño de la célula 12.500 veces.

Esto nos demuestra que en la célula de la levadura, lo que determina la producción de estas sustancias es el extraordinario rigor con que se dan todas estas reacciones, las cuales se suceden de forma muy ordenada. Sólo con que sustituyésemos en esta cadena de transmutaciones un único eslabón o si alterásemos en lo más mínimo el orden de dichas transmutaciones ya no tendríamos como resultado alcohol etílico, sino cualquier otra sustancia. En efecto, en las bacterias de la fermentación de la leche, el azúcar, al principio sufría los mismos cambios en la levadura, pero cuando se llega a la fermentación del ácido pirúvico, éste ya no se descompone, todo lo contrario, se reduce al instante. Esto explica que en las bacterias de la fermentación láctica el azúcar no se transforme en alcohol etílico, sino en ácido láctico.

Un estudio de la síntesis de distintas sustancias en el protoplasma demuestra que éstas no se crean de repente, y no provienen de un acto químico especial, sino que son el resultado de una cadena larguísima de trastornos químicos.

No puede constituirse un cuerpo químico complejo, propio de un ser vivo en concreto, sin que se produzcan centenares o miles de reacciones en un orden regular, constante, y ya previsto con rigurosidad, lo cual constituirá la base de la existencia del protoplasma.

Porque cuanto más compleja es la sustancia, más reacciones intervienen en su formación dentro del protoplasma y estas reacciones deben coordinarse entre sí con mayor rigor y exactitud. En efecto, investigaciones bastante recientes han demostrado que en la síntesis de las proteínas a partir de los aminoácidos toman parte gran cantidad de reacciones que se producen en una sucesión muy ordenada. Únicamente como consecuencia de esta rigurosa armonía, de esta sucesión ordenada de las reacciones, se da en el protoplasma vivo ese ritmo estructural, esa regularidad en la sucesión de los distintos aminoácidos que también podemos apreciar en las proteínas actuales.

Por consiguiente, las moléculas proteínicas, así originadas y con una estructura determinada se agrupan entre sí, y ciertas leyes las hacen tender a la formación de auténticos conglomerados moleculares que se acaban separando de la masa protoplasmática y se distinguen como elementos morfológicos, visibles a través del microscopio, como formas protoplasmáticas características por su gran movilidad. De esta manera, la composición química propia del protoplasma, como su estructura, son la manifestación del orden en que se producen estos procesos químicos que se dan de forma continua y permanente en la materia viva.

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.

Pues bien, debemos preguntarnos de qué depende ese orden, propio de la organización del protoplasma, y cuáles son sus causas inmediatas. Un estudio minucioso sobre esta cuestión dejará demostrado que el orden indicado no es simplemente algo externo, que queda al margen de la materia viva, teoría defendida por los idealistas; en cambio, hoy día, sabemos perfectamente que la velocidad, la dirección y el encadenamiento de las diferentes reacciones, todo lo que forma el orden que estamos viendo, depende totalmente de las relaciones físicas y químicas que se establecen en el protoplasma vivo.

Las propiedades químicas de las sustancias integradoras del protoplasma, en primer lugar, y también las de las sustancias orgánicas que intervienen son las que constituyen la base de todo ello. Dichas sustancias orgánicas poseen enormes posibilidades químicas y pueden generar gran variedad de reacciones. Pero, aprovechan estas posibilidades con mucha “pereza”, lentamente, a veces a una velocidad ínfima. En muchas ocasiones, se necesitan meses e incluso años, para que llegue a producirse alguna de las reacciones efectuadas entre las mismas sustancias orgánicas. Por esto, los químicos, para acelerar el proceso de las reacciones entre las sustancias orgánicas, usan a menudo en su trabajo diferentes sustancias de acción enérgica-ácidos y álcalis fuertes, etcétera.

Para conseguir tal aceleramiento cada vez con más frecuencia, los químicos recurren a la utilización de los catalizadores. Hace ya mucho tiempo que habían notado que sólo con añadir una pequeña dosis de algún catalizador a la mezcla donde se estaba realizando una reacción, se producía un gran aceleramiento de ésta. Además, otra propiedad propia e los catalizadores es que no se destruyen durante el proceso de la reacción, y cuando esta finaliza, comprobamos que queda exactamente la misma cantidad de catalizador que añadimos a la mezcla al principio. Así que, cantidades insignificantes de catalizador son suficientes, muchas veces, pata provocar la rápida transmutación de masas considerables de diferentes sustancias. Esta cualidad, hoy día, es de gran utilidad para la industria química, que usa como catalizadores distintos metales, sus óxidos, sus sales y otros cuerpos orgánicos o inorgánicos. Las reacciones químicas dadas en animales y vegetales entre las distintas sustancias orgánicas se suceden a gran velocidad. De lo contrario, la Vida no pasaría tan rápida como en realidad pasa. Se sabe que la gran velocidad de las reacciones químicas producidas en el protoplasma es debida a la presencia constante de catalizadores biológicos especiales llamados fermentos.

Leyendo sobre el Protoplasma y sus complejos caminos, podemos llegar a comprender que, efectivamente, todos somos uno, y, sin embargo, diferentes. ¡Ese largo camino recorrido hasta llegar aquí! No sabemos mediante qué mecanismos llegan a nuestros cerebros esas ráfagas luminosas del saber que, a unos les hace comprender ciertas cuestiones complejas y, a otros no nos llegan esos fogonazos de luz que alumbren los rincones oscuros existentes en nuestras mentes. Así, para unos es el futbol y para otros las estrellas su mayor preocupación.

Hace tiempo que estos fermentos fueron descubiertos, y ya con anterioridad, los científicos se habían fijado en ellos. Pues resultó que los fenómenos se podían extraer del protoplasma vivo y así separarse en forma de solución acuosa o como polvo seco de fácil solubilidad. Esto me hace pensar en lo que ocurre en las Nebulosas. No hace mucho se consiguieron fermentos en forma cristalina y se resolvió su composición química. Estos resultaron ser proteínas, y muchas veces, en combinación con otras sustancias de distinta naturaleza. Estos fermentos, por el carácter de su acción, se asemejan a los catalizadores inorgánicos. Sin embargo, se diferencian de ellos por la increíble intensidad de sus efectos.

En este sentido, los fermentos superan a los catalizadores inorgánicos de acción en centenares de miles, y en ocasiones hasta en millones de veces. Así que en los fermentos de naturaleza proteínica  se da un mecanismo increíblemente perfecto y racional que hace posible acelerar las reacciones químicas entre las distintas sustancias orgánicas. Los fermentos también se caracterizan por la excepcional especifidad de su acción.

Por supuesto, esto es a causa de las particularidades del efecto catalítico de las proteínas; pues la sustancia orgánica (el sustrato) que sufre alteraciones en el transcurso del proceso metabólico, forma ya al principio, una unión bastante compleja aunque de corta duración, con la correspondiente proteína-fermento. Esta fusión tan completa, no es estable, pues sufre distintos trastornos con mucha rapidez: el sustrato sufre las transformaciones correspondientes y el fermento se regenera, para poder unirse de nuevo a otras porciones del sustrato.

Entonces, para que las sustancias integradoras del protoplasma vivo puedan participar realmente con el metabolismo, debe combinarse con una proteína y constituir con ella un enlace complejo. De no ser así, sus posibilidades químicas se producirán muy lentamente y entonces perderán toda su importancia en el impetuoso proceso vital. Por esta razón el cómo se modifique una sustancia orgánica en el transcurso del metabolismo, depende, además de la estructura molecular de esta sustancia, y de las posibilidades químicas de la misma, también de la acción de fermentación de las proteínas protoplasmáticas, las cuales se encargan de llevar esa sustancia al proceso metabólico general.

Los fermentos, además de ser un poderoso acelerador de los procesos químicos sufridos por la materia viva; son también un mecanismo químico interno, el cual se encarga de que esos procesos sean conducidos por un cauce muy concreto. La gran especificidad de las proteínas-fermentos consigue que cada una de ellas forme enlaces complejos sólo con determinadas sustancias y catalice solamente algunas reacciones. Por esto, cuando se produce éste o el otro proceso vital, y con más motivo, cuando se verificas todo el proceso metabólico, actúan miles de proteínas-fermento de distintas clases. Cada una de estas proteínas puede catalizar de forma específica una sola reacción, y sólo el conjunto de acciones de todas ellas, en muy precisa combinación, hará posible ese orden regular de los fenómenos que entendemos como base del metabolismo.

                                                                    ¡Es tanta la diversidad de la Vida!

Con el uso de los distintos fermentos específicos que se obtienen a partir del organismo vivo, en el laboratorio, pueden reproducirse de forma aislada cada una de las reacciones químicas, y todos los eslabones que forman el proceso metabólico. Así desenredamos el ovillo tan sumamente complicado de las transmutaciones químicas producidas durante el metabolismo, donde miles de reacciones individuales se mezclan. Por este mismo procedimiento se puede descomponer el proceso metabólico en sus diferentes etapas químicas, se puede analizar las sustancias integradora de la materia viva, y además los distintos procesos realizados en ella.

De esa manera se demostró que la respiración funciona a partir de una serie de reacciones como la oxidación o la reducción, dichas reacciones se dan con muchísimo rigor en un orden estricto y cada una de éstas es catalizada por un fermento específico (S.Kóstichev, A. Liédev y otros autores).

Hoy día, ya hemos dado el salto del análisis de los procesos vitales a su reproducción, a su síntesis. De esta forma, combinando de manera precisa en una solución acuosa de azúcar, una veintena de fermentos distintos, obtenidos a partir de seres vivos, pueden reproducirse los fenómenos propios de la fermentación alcohólica. En este líquido, donde gran cantidad de proteínas distintas se hallan disueltas, los trastornos que sufre el azúcar son verificados en el mismo orden regular que siguen en la levadura viva, aunque aquí no existe ninguna estructura celular.

Todos estos procesos son, en realidad, terriblemente complejos y están expuestos a que, cualquier alteración del medio incida de manera directa en su devenir. Pero, por otra parte y en las  circunstancias adecuadas, no existe ningún factor físico o químico, ni sustancia orgánica o sal inorgánica que, de alguna manera, puedan alterar el curso de las reacciones fermentativas. Cualquier aumento o disminución de la temperatura, alguna modificación de la acidez del medio, del potencial oxidativo y de la composición salina o de la presión osmótica, alterará la correlación entre las velocidades de las distintas reacciones de fermentación, y de esta forma cambia su sucesión temporal. Es aquí donde se asientan todas las premisas de esa unidad entre el organismo y el medio, tan característica de la vida.

Esta organización tan especial de la sustancia viva influye en gran manera, en las células de los organismos actuales, en el orden y la dirección de las reacciones fermentativas, las cuales son la base del proceso metabólico. Cuando se agrupan las proteínas entre sí pueden quedar aisladas de la solución general y conseguir diferentes estructuras protoplasmáticas de muy ágil movimiento. Con total seguridad, sobre la superficie de estas estructuras se encuentran concentrados gran cantidad de fermentos.

Aparato de Miller que buscaba la Actividad integradora del
Origen de la vida 

Está claro que el orden característico de la organización del protoplasma está basado en las distintas propiedades químicas de las sustancias integradoras de la materia viva.

Esta gran variedad de sustancias existentes y su increíble capacidad de originar gran cantidad de reacciones químicas, pueden generar incalculables trastornos y cambios químicos. Pero debemos tener en cuenta que en el protoplasma vivo existen una serie de factores externos e internos que rigen estas transmutaciones, son factores como la presencia de conjuntos de fermentos; su relación cualitativa; la acidez del medio circundante; el potencial de oxido-reducción; las propiedades coloidales del protoplasma y su estructura, entre otros.

Todos estos fenómenos entrelazados entre sí y fuertemente relacionados con el orden regular de las reacciones químicas son propios del protoplasma vivo que desemboca en la muestra de estructuras morfológicas muy variadas. Pues bien, todo este orden sigue una dirección muy concreta, persigue un objetivo que al final desemboca en eso que llamamos vida y es verdaderamente importante darse cuenta de que, la dinámica del Universo, a través de las estrellas, de las explosiones supernovas, de las nebulosas y, finalmente, de los mundos, se vale de un conjunto de sucesos que vistos desde fuera pudieran parecer inmersos en un inmenso Caos pero que, en realidad, son simplemente pasos necesarios para que, la materia inerte, tome forma y evolucione hasta la vida que, de una u otra manera siempre se abrirá paso y estará presente en los lugares más insospechados que imaginar podamos, ya que, la vida, es algo irreversible en nuestro universo y está llamada a poblar miles de millones de mundos donde tomará las más variadas formas, unas veces conscientes y otras no, conformando un escenario de diversidad en el que, como ahora sabemos, prevalecerá aquella forma de vida que es consciente de SER.

Ahora conocemos las leyes de la Naturaleza, sabemos cómo se forman las distintas sustancias y elementos y que es, lo que de ellas puede surgir cuando se mezclan de una manera determinada y qué es lo que puede pasar cuando todo esto ocurre en el marco adecuado y en presencia de las condiciones idóneas para que surja el orden vital y su carácter perfectamente armónico que le hace estar siempre en consonancia con las condiciones del medio ambiente.

Todo esto nos lleva a comprender que es necesario e ineludible profundizar mucho más en la evolución de la materia a lo largo de la historia del mundo, del Sistema Solar, del Universo en los que, no puede caber ninguna duda, surgió, a partir de esa materia “inerte” lo que conocemos como ¡Vida! En sus miles de formas y colores (también olores y diversa y maravillosa hermosura) que, se podría decir, sin lugar a equivocarnos que, la esencia del Universo es, precisamente la Vida.

Todo fue posible a que, de alguna manera que no hemos llegado a comprender (aún), la vida surgió durante toda esta serie de procesos complejos inmersos en el Caos de una Complejidad que transmutaba la materia simple en otra, cada vez más compleja y organizada que seguía unos pasos que la llevaba a conseguir estructuras impensables de un orden superior y mucho más elevado de lo que, la “simple” materia, nos haría suponer que sería posible. Claro que, todo ello, sólo y únicamente fue posible gracias a la interrelación de la materia con el medio donde se dieron las bases para hacer posible la formación de sistemas individuales de orden plurimolecular que fue el factor determinante para la aparición de la vida y su posterior desarrollo en el planeta tal como la conocemos.

En el Universo todo es energía…la Vida, también.

emilio silvera

Según todos los indicios, en los primeros años del planeta, los continentes que hoy conocemos estaban todos unidos formando la denominada Pangea. El movimiento de las placas tectónicas terrestres logró que estos se separaran y, con el transcurso de millones de años, llegaron a adquirir la moderna forma que hoy conocemos. En todo ese transcurrir y, mientras tanto, una serie de condiciones nuevas aparecieron para hacer posible el surgir de la vida.

En la Ciencia, todas las respuestas sugieren nuevas preguntas, así que no es de extrañar que al resolver dos de los grandes enigmas de la biología, Darwin y Pasteur pusieran al descubierto un misterio un misterio aún más profundo. Quizá la vida haya surgido siempre de la vida durante los últimos cuatro mil millones de años, pero en elgún momento, en algún sitio, en aquellos primeros tiempos de nuestro planeta, nuestros primeros antepasados tuvieron que surgir de alguna otra cosa.

Durante el proterozoico se produjo la expansión de cianobacterias los estromatolitos alcanzaron su mayor abundancia y variedad. Una vez que se produjo la acumulación de oxigeno  libre se originaron las células eucariotas y pluricelulares. Durante este tiempo se produjo la simbiosis entre los proto-eucariotas y mitocondrias (eucariotas) y cloroplastos (plantas y algunos protistas).

Los estromatolitos son estructuras estratificadas en diversas formas, formadas por la fijacion de particulas carbonatadas de las cianobaceria, en aguas de poca profundidad que en la fotosintesis liberan oxigeno y retiran de la atmosfera grandes cantidades de dioxido de carbono. Su espesor no es mas que algunos milimetros y su forma es plana a hemisferica y columnar, presenta poros. Las mas antiguas encontrados es el de Australia (Warrawoona), que datan 3500 millones de años. Abajo se contempla una muestra.

Son celulas que se agrupan en colonias formando rocas sedimentarias. Estas rocas se encuentran en mares calidos y son el resultado de la union de seres uni- celulares, cianobacterias. Las rocas se forman muy lentamente, capa sobre capa y cuando una capa se muere se deposita el carbonato de calcio de sus paredes sobre la capa anterior.

Las cianobacterias, también conocidas como algas verdes-azules, son un grupo de bacterias muy especiales que, hace 3.600 millones de años, inventaron la fotosintesis y cambiaron drásticamente la evolución de la vida. Generaron y mantienen toda la existencia actual del planeta.

CARACTERíSTICAS DE LAS CIANOBACTÉRIAS (CIANOFITAS O ALGAS VERDE-AZULES)

1.  Son procariotas (sin núcleo verdadero)
2. Viven medios húmedos (tierra) o acuáticos (agua dulce o salada), muy adaptables. Son planctónicas.
3. Origen: más de 3000 millones de años.
4. Soportan altas temperaturas.
5. Se desarrollan en condiciones eutróficas formando grandes masas llamadas flores de agua.
6. Producen sustancia antibióticas y poseen pigmentos como la clorofila.
7. El 50% de los florecimientos producen toxinas.
8. Se clasifican en varios tipos.

Existen bastantes antecedentes de intoxicaciones en humanos, tanto por consumo de agua, como por el hecho de estar en contacto con ella (bañarse). Son los invasores invisibles. Las cianobacterias son comunes actualmente en aquellos medios costeros en los que la elevada salinidad del agua u otras condiciones ambientales especialmente duras restringen la colonización por animales.

Pero, sigamos con nuestra historia. Los estromatolitos son estructuras organo-sedimentarias laminadas (CaCO3), que crecen adheridas al sustrato y emergen verticalmente del mismo, produciendo estructuras de gran variedad morfologica, volumen y biogeografica. Su inicial formacion y desarrollo a lo largo del tiempo, se debe a la actividad de poblacion microbianas, dominadas por cianobacterias que facilitan la precipitacion de carbonatos.

                                                                                                   La microflora se presenta de muchas maneras

Ademas de las cianobacterias, la microflora puede incluir algas (verdes y diatomeas), hongos, crustaceos, insectos, esporas, polen, rodofitas, fragmentos y sedimentos de todo tipo. La variedad biologica de cada comunidad estromatolitica dependerá de condiciones ambientales e hidrológicas: hipersalino, dulceacuicola, intermareales, submareales, fuertes corrientes, moderadas nulas, calidos, templado, altitud (afecta a la exposicion de la luz uv). En la superficie, es rugosa, porosa y cubierta por mucilago, filamentos, etc. Las particulas de carbonato van quedadonde atrapadas, hasta que la cementacion por crecimiento de cristales, forma una capa mas, de esta forma la estructura aumenta de tamaño.

Microfósiles de sidimentos marinos. “Microfósil” es un término descriptivo que se aplica al hablar de plantas o animales fosilizados cuyo tamaño es menor de aquel que puede llegar a ser analizado por el ojo humano. Normalmente se utilizan dos rasgos diagnósticos para diferenciar microfósiles de eucariotas y procqariotas.

A partir de todos los fragmentos que la ciencia ha podido ir acumulando, ¿qué tipo de planeta podemos recomponer y qué porcesos tuvieron que darse para que, la vida, tal como la conocemos pudiera surgir? Sin temor a equivocarnos podemos afirmar que, cuando se formó el mar de Warrawoona la Tierra ya era un planeta biológico. Además, las mediciones de isótopos de carbono indican que ya podía haber comenzado la gran liberación ecológica de la fotosíntesis. No podemos tener la certeza si entre los microorganismos de aquel entonces había cianobacterias reproductoras de oxígeno, pero la presencia de cualquier tipo de organismo fotosintético en el océano de Warrawoona es de por sí muy informativa, pues nos permite colocar un punto de calibración en el árbol de la vida.

 El estudio que se lleva a cabo en múltiples Laboratorios repartidos por todo el mundo y que están centrados en la evolución molecular, microbiana, la extremofilia e incluso sobre la bioinformática y unidades de secuencia genómica, nos están llevando hacia nuevos conocimientos que confirman la evolución en el pasado.

En la nueva concepción de la evolución microbiana que simboliza el árbol, los organismos fotosintéticos aparecen relativamente tarde y se diversifican mucho después del origen de la vida y de la divergencia de los principales dominios de la biología. Si la materia orgánica de Warrawoona es producto de la fotosíntesis, hay que concluir que para entonces la evolución de la vida ya debía llevar en marcha un buen tiempo.

Sin embargo hoy, la actividad humana está causando estragos.  De pronto una parcela del mar se queda prácticamente sin vida. Son las llamadas zonas muertas, y en ellas la supervivencia está casi enteramente reservada a algunos arcaicos y privilegiados microorganismos, fósiles vivientes de la Tierra primigenia.

Los científicos llevan observando este fenómeno cerca de un siglo. Pero lo que era un problema esporádico se ha ido convirtiendo en una plaga: desde los años 60, el número de zonas muertas crece exponencialmente.

“No existe otra variable de tanta importancia ecológica para los ecosistemas marinos costeros que haya cambiado tan drásticamente y en tan poco tiempo como el oxígeno disuelto”. Para estos científicos, la hipoxia en el mar, es decir, la caída de los niveles de oxígeno disuelto, es “uno de los mayores problemas ambientales de hoy”.

Este problema me lleva apensdar que las observaciones geológicas indican que hace tres mil quinientos millones de años la atmósfera de la Tierra contenía nitrógeno, dióxido de carbono y vapor de agua, pero muy poco oxígeno libre. La mayoría de las inferencias acerca de ambientes antiguos se realizan a partir de pistas sutiles que nos proporcionan la geoquímica; la signatura sedimentaria del oxígeno, sin embargo, es muy llamativa: bandas de color rojo vivo en rocas con silex ricos en hermatita (Fe₂ O₃), un mineral de óxido de hierro.

Esta excavación al aire libre, en las Minas de Rio Tinto (Huelva) nos deja al descubierto los estratos en distintas capas a lo largo de miles de millones de años. El mineral de óxido de hierro está presente formando el llamado hierro en bandas (FHB)no se forman en los acéanos actuales. De hecho, salvo una importante excepción, no se acumulan desde hace 1.850 millones de años. Durante la primera mitad de la historia de la Tierra, en cambio, las FHB fueron un componente común en los sedimentos marinos..

La razón por la cual las FHB no se forman en la actualidad es que el hierro que llega a los océanos se encuentra de inmediato con el oxígeno y precipita en forma de óxido de hierro; en consecuencia, la concentración de hierro en el agua de mar de los océanos actuales es extraordinariamente baja. En los mares del eón Arcaico, las FHB de las sucesiones sedimentarias debieron formarse por reacción del hierro con el oxígeno, ayudadas quizá por bacterias. Alternativamente, es posible que el hierro fuese oxidado por la radiación ultravioleta ya que ésta, al no existir un escudo de ozono eficaz, penetraba hasta la superficie del océano. Todo esto nos lleva a saber que, en el pasaso, la atmósfera y los océanos contenían mucho menos oxígeno que en la actualidad.

Todavía los expertos de la NASA, se preguntan como pudieron hallar múltiples formas de vida en estas aguas de Rio Tinto, cargadas de elementos pesados con un PH imposible para la vida, y, sin embargo, ahí están. Ricqamente instalados en un entorno imposible que nada le tiene que envidiar a cualquier paraje de Marte.

En la actualidad, nuestros conocimientos de la vida y ambientes arcaicos son a un tiempo frustrantes y emocionantes: frustrantes por las pocas certezas que tenemos y, sólo muchas hipótesis a partir de los datos dispersos que se van obteniendo, emocionante porque sabemos algo, por poco que esto pueda ser, es estimulante contar con un punto de partida que nos permita continuar en el estudio y la observación, seguir experimentando para que, algún día, sepamos a ciencia cierta, de donde pudo venir la vida.

Es verdad que las rocas más antiguas que podemos identificar nos indican la presencia de organismos complejos ¿qué clase de células vivían en aquellos tiempos aún más lejanos? En última instancia, ¡cuál será el verdadero origen de la vida?

Cuando se formó el Sistema solar y con él la Tierra, los ingredientes de la vida ya estaban allí presentes. La energía de la Naturaleza llevó a las moléculas simples a combinarse y recombibarse, incrementando así la complejidad química hasta el punto en que surge un sistema eficaz y capaz de replicarse así mismo. La idea es poderosa y atractiva: La vida, aparentemente tan distinta del agua y la piedra, surgió por la acción de los mismos procesos planetarios que conformaron los rasgos físicos de la Tierra…Nos falta demostrarlo.

La Tierra es el tercer planeta del Sistema Solar. Esta situación orbital y sus características de masa la convierten en un planeta privilegiado, con una temperatura media de unos 15º C, agua en forma líquida y una atmósfera densa con oxígeno, condiciones imprescindibles para el desarrollo de la vida.

Hace unos 4.600 millones de años la corteza de la Tierra comenzó a consolidarse y las erupciones de los volcanes empezaron a formar la atmósfera, el vapor de agua y los océanos. El progresivo enfriamiento del agua y de la atmósfera permitió el nacimiento de la vida, iniciada en el mar en forma de bacterias y algas, de las que derivamos todos los seres vivos que habitamos hoy nuestro planeta tras un largo proceso de evolución biólogica.

Volvamos al tema principal: ¡La Vida!

Aun los organismos más simples son máquinas moleculares extraordinariamente sofisticadas. Las primeras formas de vida tenían quen ser muchísimo más sencillas. Nedcesitamos encontrar una familia de moléculas lo bastante simples como para formarse por procesos químicos y lo bastante complejas como para servir de cimiento a la evolución de las células vivas. Una molécula capaz de contener información yb estructura suficientes como para replicarse a sí mismas y, al cabo, param dirigir la síntesis de otros componentes que puedan canalizar la replicación con una eficiencia cada vez mayor.

ESTRUCTURA DE LA CELULA BACTERIANA

Unas moléculas, en fin, que pudieran iniciar una trayectoria evolutiva que permitiera a la vida emanciparse de los procesos físicos que le dieron nacimiento, sintetizando las moléculas necesarias para el crecimiento en lugar de incorporarlas de su entorno y captando energía química o solar para alimentar el funcionamiento de la célula.

El descubrimiento de las enzimas de ARN, o ribosomas, realizado de forma independiente y aproximadamente al mismo tiempo por el bioquímico de Yale Sidney Altman, tuvo un efecto catalítico sobre el pensamiento acerca del origen de la vida.

Los enzimas de ARN (llamadas “ribozimas” o “aptazimas”) son moléculas de ARN capaces de autorreplicarse a temperatura constante en ausencia de proteínas. Utilizan la llamada replicación cruzada, en la que dos enzimas se catalizan el uno al otro de forma mutua. Este proceso permite entender cómo surgió la vida, pero los biotecnólogos las usan para algo mucho más prosaico. Estos enzimas de ARN pueden ser utilizados para detectar una gran variedad de compuestos, incluyendo muchos relevantes en diagnóstico médico. El compuesto orgánico se liga al aptazima, que se replica exponencialmente, amplificando exponencialmente la concentración del compuesto hasta permitir que sea fácilmente detectado.

En palabras del filósofo de la biología Iris Fry, esta extraordinaria molécula se alzó como “el huevo y la gallina al mismo tiempo” en el rompecabezas del orgien de la vida.

Sabemos que, en ciertas condiciones prebióticas, los aminoácidos se forman fácilmente, así quedó demostrado por Stanley Miller en su gamoso experimento. Como los ácidos nucléicos, pueden unirse para formar péptidos, las cadenas de aminoácidos que se pliegan para formar proteínas funcionales.

“Una de las mentes más originales del mundo”.

The Times.

                                                                              ¿Quién es este rebelde extraordinario? Se llama Freeman Dyson

Hay teorías para todos los gustos, y, el afamado Freeman Dyson, un renombrado físico que ha pensado profundamente sobre el origen de la vida, sugiere que en realidad la vida comenzó en dos ocasiones, una por la vía del ARN y otra vez por vía de las proteínas. Las células con proteínas y ácidos nucleicos interactivos habrían surgido más tarde en función protobiológica.  Y, está claro que, la innovación por alianzas es uno de los principales temas de la evolución.

                                                         En el árbol de la vida, nosotros (tan importantes), sólo somos una pequeña ramita.

Hay muchos procesos que son de una importancia extrema en la vida de nuestro planeta y, dado que los organismos fotosintéticos (o quimiosinteéticos) no pueden fraccionar isótopos de carbono en más de unas treinta parte por 1.000, necesitamos invocar la participación de otros metabolismos para poder explicar los resultados de las mediciones que se han realizado. Los candidatos más probables son bacterias que se alimentan de metano en los sedimentos. Estas bacterias obtienen tanto el carbono como la energía del gas natural (CH₄) y, al igual que los organismos fotosintéticos, son selectivos con los isótopos. A causa de su preferencia química por el ¹²CH₄ frente al ¹³CH₄, los microbios que se alimentan de metano fraccionan los isótopos de carbono en unas veinte o veijnticinco partes por 1.000 en los ambientes donde el metano es abundante. ¿Habeis pensado en la posibilidad de que esos organismos fotosintéticos estén presentes en Titán? ¡El fetín está servido!

La fotosíntesis anoxigénica se da en los organismos que utiliza la energía de la luz del sol, dióxido de carbono (sustrato a reducir) y sulfuro de hidrógeno (en lugar del agua) como dador de electrones que se oxida, se fabrican glúcidos y se libera azufre a el medio acuoso donde habitan o se aloja en el interior de la bacteria.

Otra característica es que los organismos fotosinteticos anoxigénicos contienen bacterioclorofila, un tipo de clorofila exclusiva de los foto-organotrofos, usan longitudes de onda de luz que no son absorbidas por las plantas. Estas bacterias contienen también carotenoides, pigmentos encargados de la absorción de la energía de la luz y posterior transmisión a la bacterioclorofila. El color de estos pigmentos dan el nombre a estas bacterias: bacterias púrpuras del azufre y bacterias verdes del azufre. En las cianobacterias los pigmentos captadores de luz son las ficobilinas, por lo tanto se les nombra, bacterias azules.

Cualquiera de estas imágenes de arriba nos cuenta una larga y compleja historia de cómo, se pudieron formar cada uno de los ahí representados, y, en cualquiera de sus fases, formas y colores, es toda una gran obra de la Ingenieria de la naturaleza.

No pocas veces he dejado aquí constancia de que, el Universo, en todas sus regiones (por muy alejadas que estén), se rige por unas leyes que erstán presentes en todas parte, y, así lo confirman mil observaciones y mil proyectos que a tal efecto se han llevado a buen término. Por ejemplo, mediaciones precisas de isótopos de azufre en muestras de Marte taidas a la Tierra por meteoritos demuestran que muy pronto en la historia del planeta vecino el ciclo del azufre estaba dominado por procesos atmosféricos que producían un fraccionamiento independiente de la masa.

Valles en Marte. (ESA) La región de Valles Marineris, que tiene una longitud de 4.000 kilómetros y una anchura de 600 kilómetros, es el sistema de cañones más grande conocido en el sistema solar, con profundidades que llegan a los diez kilómetros.

Basándose es ente descubrimiento del fraccionamiento independiente de la masa, se dirigió la atención sobre las rocas terrestres más antiguas. Para sorpresas de muchos geoquímicos, lo que se hayó fue que el yeso y la pirita de las sucesiones sedimentarias más antiguas de la Tierra  también como en Marte, han dejado constancias del fraccionamiento independiente de la masa de los isótopos de azufre. Al igual que en Marte, en la Tierra primitiva la química del azufre se encontraba al parecer influenciada por procesos fotoquímicos que sólo pueden producirse en una atmósfera pobre en oxígeno. La oxígeno comenzó a acumularse en nuestra atmósfera a comienzos del eón Ptoterozoico. En suma, todos los caminos de la biogeoquímica llevan a Roma.

Dos equipos de investigadores descubren que el oxígeno gaseoso apareció en la atmósfera terrestre unos 100 millones de años antes del evento de la gran oxidación de hace 2400 millones de años.

El oxígeno es un gas muy reactivo, no existe de manera libre durante un largo período de tiempo, pues forma óxidos o reacciona con otras sustancias de manera rápida. Si está presente en la atmósfera es porque las plantas lo reponen continuamente. Antes de la invención de la fotosíntesis y durante muchos cientos de millones de años no había oxígeno libre en la Tierra.

En los estratos geológicos se pueden encontrar pruebas de la existencia de un momento en el que se produjo una gran oxidación mineral, prueba de que el oxígeno se encontraba ya libre en la atmósfera terrestre por primera vez y en gran cantidad. A este hecho se le ha denominado evento de gran oxidación, o GOE en sus siglas en inglés, y fue un hecho dramático en la historia de la Tierra. Este oxígeno permitió más tarde la aparición de vida animal compleja. Los geólogos creían que durante el GOE los niveles de oxígeno subieron rápidamente desde niveles prácticamente despreciables.

¿Cómo respondió la vida a la revolución del oxígeno? Podemos imaginar, un “holocausto de oxígeno” que habría llevado a la muerte y la extinción a innumerables linajes de microorganismos anaeróbicos. Pero hace dos mil doscientos millones de años los ambientes anóxicos no desaparecieron; simplemente, quedaron relegados bajo una capa oxigenada de agua y sedimentos superficiales.

Aquello permitió a la Tierra dar cobijo a una diversidad biológica sin precedentes. Los microorganismos anaeróbicos mantuvieron un papel esencial en el funcionamiento de los ecosistemas, igual que en la actualidad.

En la primera fase de cualquier ejercicio aeróbico, el oxígeno se combina con la glucosa procedente del glucógeno. Al cabo de unos minutos, cuando el cuerpo nota que escasea el azúcar, empieza a descomponer las grasas. Entonces disminuye un poco el rendimiento, mientras el cuerpo se adapta al cambio de origen de su energía. Superado este punto, se vuelve a los niveles y sensaciones normales, pero se queman grasas en lugar de glucosa.

De otro lado, los organismos que utilizan, o al menos toleran el oxígeno se expandieron enormemente. La respiración aeróbica se convirtió en una de las formas principales de metabolismo en las bacterias, y las bacteria quimiosintéticas que obtienen energía de la reacción entre oxígeno e hidrógeno o iones metálicos se diversificaron a lo largo de la frontera ente ambientes ricos en oxígeno y ambientes pobres en oxígeno. Desde ese momento, la Tierra comenzó a convertirse en nuestro mundo.

Nuestro mundo, rico en agua líquida que cubre el 71% de la superficie del planeta, y, su atmósfera con un 78% (en volumen) de Nitrógeno, un 21 de Oxígeno y un 0,9 de Argón, además de dióxido de carbono, hidrógeno y otros gases en cantidades mucho menores que, permiten que nuestros organismos encuentren el medio indóneo para poder vivir. Otros muchos factores presentes en la Tierra contribuyen a que nuestra presencia aquí sea posible.

Algas Verdeazules (Cyanophyta).

Las algas verdeazuladas también son llamadas bacterias verdeazuladas porque carecen de membrana nuclear como las bacterias. Sólo existe un equivalente del núcleo, el centroplasma, que está rodeado sin límite preciso por el cromatoplasma periférico coloreado. El hecho de que éstas se clasifiquen como algas en vez de bacterias es porque liberan oxígeno realizando una fotosíntesis similar a la de las plantas superiores. Ciertas formas tienen vida independiente, pero la mayoría se agrega en colonias o forma filamentos. Su color varía desde verdeazulado hasta rojo o púrpura dependiendo de la proporción de dos pigmentos fotosintéticos especiales: la ficocianina (azul) y la ficoeritrina (rojo), que ocultan el color verde de la clorofila. Mientras que las plantas superiores presentan dos clases de clorofila llamadas A y B, las algas verdeazuladas contienen sólo la de tipo A, pero ésta no se encuentra en los cloroplastos, sino que se distribuye por toda la célula. Se reproducen por esporas o por fragmentación de los filamentos pluricelulares. Las algas verdeazuladas se encuentran en hábitats diversos de todo el mundo. Abundan en la corteza de los árboles, rocas y suelos húmedos donde realizan la fijación de nitrógeno. Algunas coexisten en simbiosis con hongos para formar líquenes. Cuando hace calor, algunas especies forman extensas y, a veces, tóxicas floraciones en la superficie de charcas y en las costas. En aguas tropicales poco profundas, las matas de algas llegan a constituir unas formaciones curvadas llamadas estromatolitos, cuyos fósiles se han encontrado en rocas formadas durante el precámbrico, hace más de 3.000 millones de años. Esto sugiere el papel tan importante que desempeñaron estos organismos cambiando la atmósfera primitiva, rica en dióxido de carbono, por la mezcla oxigenada que existe actualmente. Ciertas especies viven en la superficie de los estanques formando las “flores de agua”.

Ya hemos comentado que, si el oxígeno trajo consigo un cambio revolucionario, las heroínas de la revolución fueron las cianobacterias. Fósiles extraordinarimente bien conservados en síles de Siberia de mil quinientos millones de años de edad demuestran que las bacterias verdeazuladas se diversificaron tempranamente y se han mantenido hasta la actualidad sin alterar de manera sustancial su forma. La capacidad de cambiar con rapidez, pero persistir indefinidamente, compendia la evolución bacteriana.

La resistencia general de las bacterias a la extinción es bien conocida. Las bacterias poseen tamaños poblacionales inmensos y pueden reproducirse rápidamente: no importa que por la mañana nos lavemos los dientes meticulosamente; a media tarde, las bacterias que hayan sobrevivido al cepillo se habrán multiplicado hasta el extremo de recubrir nuevamente el interior de la boca. Además, las bacterias saben habérselas muy bien con medios cambiantes. El aire, por ejemplo, está lleno de bacterias; un plato de leche colocado en el alfeizar de la ventana no tarda en fermentar. Lo que es más, las bacterias son muy buenas a la hora de resistir perturbaciojnes ambientales. Aunque la mayoría crece especialmente bien dentro de unos márgenes ambientales estrechos, son capaces de tolerar condiciones extremas, al menos durante un tiempo.

Si miramos el tiempo que llevan aquí, como se pueden adaptar a condiciones que, ni en sueños podríamos hacerlo nosotros, y, sobre todo, si pensamos en la diversidad y en la inmensa cantidad y en que están ocupando (prácticamente) todas las reguiones del planeta, tendremos que convenir que, es necesario saber cuanto más mejor de ellas y, es necesario que nos sumerjamos en los reinos de las pequeñas criaturas que, de una u otra forma, serán nuestra salvación o, podrían provocar nuestra extinción.

                                                                 También, en lugares como este, pueden estar presentes esos pequeños seres.

En este lugar, donde abundan los mundos…¿qué seres habrá? Ahí están presentes todos y cada uno de los elementos necesarios para la vida, y, simplemente con que uno sólo de entre una infinidad de planetas se encuentre dentro de la zona habitable, podría contener un sin fin de formas de vida que, como aquí en la Tierra, hayan evolucionado y, ¿quién sabe? hasta es posible que esa clase de vida, pueda haber logrado los pensamientos, la imaginación, la facultad de ser conscientes.

De todas las maneras…seguimos sin saber, de manera consistentemente científica, como pudo surgir las vida. Sólo tenemos vestigios que nos acercan a esa posible fuente, y, son muchas, las zonas oscuras que no dejan ver lo que allí ocurrió, lo que hizo la evolución o dejó de hacer y, las condiciones primigenias que, posibilitaron que, en este pequeño planeta rocoso, emergieran formas de vida que evolucionadas han podido salir al exterior para ver lo que hay fuera.

¡Seguiremos buscando respuestas!

¡La Vida! Ese misterio, esa maravilla…que, no poemos decir que sea sólo materia…tiene algún ingrediente más que, la enaltece y la hace muy especial…sobre todo, amigos míos, cuando esa vida lleva dentro el Amor, esa fuerza que mueve el Mundo.

emilio silvera

Las leyes de la Física, aplicables a toda la materia y la energía, tienen sin duda un papel fundamental en la comprensión del Universo y por ello la Astrofísica ha tenido un desarrollo espectacular en los últimos tiempos a pesar de la escasez de materia como la que conocemos.

Los constituyentes básicos de la materia másica conocida son los fermiones como los “quarks” (púrpura) y “leptones” (verde). Los bosones (rojo) son “materia no-másica”, simplemte son las partículas mediadoras de las fuerzas fundamentales: El fotón para el electromagnetismo, elgluón para lafuerza nuclear fuerte, las partículas W⁺ y W^- más la Z⁰ intervienen en la fuerza nuclear débil.

Por otro lado, como el Universo es muy grande, las densidades medias son muy bajas y la materia se encuentra normalmente en estructuras muy simples, en forma de átomos y partículas individuales. La composición química del Universo y sus procesos son por ello también importantes para comprender su evolución, dando pie al uso más o menos extendido de astroquímica. Sin embargo, las moléculas complejas son relativamente raras y los organismos vivos muchísimo más. La parte Biológica del Universo que conocemos se reduce a nuestro propio planeta por lo que parece excesivo poder hablar de Astrobiología. Por qué tenemos que preocuparnos por una parte tan ínfima del Universo. Ciertamente porque los seres humanos pertenecemos a esta extraña componente y, ya que no podemos reproducir en el laboratorio el paso de la química a la biología, es en el contexto del Universo (el gran Laboratorio) y su evolución en el que podemos analizar los límites y las condiciones necesarias para que emerja la vida en cualquier sitio, dando pleno sentido al uso del término como veremos a continuación.

Único lugar conocido donde la vida emergió, ahí podemos contemplar un trozo del planetaTierra al atardecer mostrando parte de Europa

La Astrobiología es una ciencia que ha surgido en la frontera entre varias disciplinas clásicas: la Astronomía, la Biología, la Física, la Química o la Geología. Su objetivo final es comprender cómo surgió la vida en nuestro Universo, cómo se distribuye y cuál es su evolución primitiva, es decir, cómo pudo establecerse en su entorno.

En otras palabras, trata de comprender el papel de la componente biológica del Universo, conectando la astrofísica y la astroquímica con la biología. Intenta para ello comprende el origen de la vida. : El paso de los procesos químicos prebióticos a los mecanismos bioquímicos y a la biología propiamente dicha.

Naturalmente, en Astrobiología nos planteamos preguntas fundamentales, como la propia definición de lo que entendemos como Vida, cómo y cuándo pudo surgir en la Tierra, su existencia actual o en el pasado en otros lugares o si es un hecho fortuito o una consecuencia de las leyes de la Física. Algunas de estas cuestiones se las viene formulando la humanidad desde el principio de los tiempos, pero ahora por primera vez en la historia, los avances de las ciencias biológicas y de la exploración mediante tecnología espacial, es posible atacarlas desde un punto de vista puramente científico. Para ello, la Astrobiología centra su atención en estudiar cuáles son los procesos físicos, químicos y biológicos involucrados en la aparición de la vida y su adaptabilidad, todo ello en el contexto de la evolución y estructuración, u auto-organización, del Universo.

Como cualquier otra ciencia, la Astrobiología está sujeta a la utilización del método científico y por tanto a la observación y experimentación junto con la discusión y confrontación abierta de las ideas, el intercambio de datos y el sometimiento de los resultados al arbitraje científico. La clave de la metodología de esta nueva ciencia está en la explotación de las sinergias que se encuentran en las fronteras entre las disciplinas básicas mencionadas anteriormente, una región poco definida, cuyos límites se fijan más por la terminología que por criterios epistemológicos. Un aspecto importante de la investigación en el campo de la Astrobiología es la herramienta fundamental que representa el concepto de complejidad. La vida es un proceso de emergencia del orden a partir del caos que puede entenderse en medios no aislados y, por tanto libres de la restricción de la segunda ley de la termodinámica, como un proceso complejo. En este sentido, la emergencia de patrones y regularidades en el Universo, ligados a procesos no lineales, y el papel de la auto-organización representan aspectos esenciales para comprender el fenómeno de la vida. Transiciones de estado, intercambios de información, comportamientos fuera de equilibrio, cambios de fase, eventos puntuales, estructuras autorreplicantes, o el propio crecimiento de la complejidad, cobran así pleno sentido en Astrobiología.

Un elemento crucial para la vida,en la Tierra lo tenemos en tres estados: líquido, sólido y gaseoso.

Un problema básico de esta ciencia, ya mencionado al principio, es la cantidad de datos disponibles, de sujetos de estudio. No conocemos más vida que la existente en la Tierra y ésta nos sirve de referencia para cualquier paso en la búsqueda de otras posibilidades. La astrobiología trata por ello de analizar la vida más primitiva que conocemos en nuestro planeta así como su comportamiento en los ambientes más extremos que encontremos para estudiar los límites de su supervivencia y adaptabilidad. Por otro lado, busca y analiza las condiciones necesarias para la aparición de entornos favorables a la vida, o habitables, en el Universo  mediante la aplicación de métodos astrofísicos y de astronomía planetaria. Naturalmente, si identificáramos sitios en nuestro sistema solar con condiciones de habitabilidad sería crucial la búsqueda de marcadores biológicos que nos indiquen la posible existencia de vida presente o pasada más allá de la distribución de la vida en el Universo o, en caso negativo, acotaríamos aún más los límites de la vida en él.

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Encontrar un “punto azul pálido” o “segunda Tierra” dentro de una zona habitable que contenga agua y condiciones ambientales que puedan sustentar vida, constituye el Santo Grial de la ciencia. Cuántas veces nos habremos preguntado:  ¿Estamos solos?

Diferentes condiciones ambientales pueden haber dado lugar a la vida e incluso permitido la supervivencia de algunos organismos vivos generados de forma casual, como experimento de la naturaleza. La Astrobiología trata de elucidar el papel de la evolución del Universo, y especialmente de cuerpos planetarios, en la aparición de la vida. En esta búsqueda de ambientes favorables para la vida, y su caracterización, en el sistema solar, la exploración espacial se muestra como una componente esencial de la Astrobiología. La experimentación en el laboratorio y la simulación mediante ordenadores o en cámaras para reproducir ambientes distintos son una herramienta que ha de ser complementada por la exploración directa a través de la observación astronómica, ligada al estudio de planetas extrasolares, o mediante la investigación in situ de mundos similares en cierta forma al nuestro, como el planeta Marte o algunos satélites de los planetas gigantes Júpiter y Saturno.

Viendo al planeta Saturno desdelos mares de metano de Titán,nos tenemosque preguntar si por ahí cerca se estarán preparando las condicionespara una vida extrasolar futura,o, si acaso, está ya ahí presente.

La componente instrumental y espacial convierte a la Astrobiología en un ejemplo excelente de la conexión entre ciencia y tecnología. Los objetivos científicos de la Astrobiología, hemos visto, que requieren un tratamiento trans-disciplinar, conectando áreas como la física y la astronomía con la química y la biología. Esta metodología permite explotar sinergias y transferir conocimiento de unos campos a otros para beneficio del avance científico. Pero además, la Astrobiología está íntimamente ligada a la exploración espacial que requiere el desarrollo de instrumentación avanzada. Se necesitan tecnologías específicas como la robótica o los biosensores habilitadas para su empleo en condiciones espaciales y entornos hostiles muy diferentes al del laboratorio. Naturalmente la Astrobiología emplea estos desarrollos también para transferir conocimiento y tecnologías a otros campos de investigación científica y en particular, cuando es posible, incluso al sector productivo.

Recreación artística de Gliese 81 b, el primer planeta que los astrónomos consideran potencialmente habitable. EFE

Pero repasemos, para terminar, cuáles son las áreas científicas propias de la Astrobiología. Como se ha dicho, es una ciencia interdisciplinar para el estudio del origen, evolución y distribución de la vida en el Universo. Para ello requiere una comprensión completa e integrada de fenómenos cósmicos, planetarios y biológicos. La astrobiología incluye la búsqueda y la caracterización de ambientes habitables en nuestro sistema solar y otros planetas alrededor de estrellas más alejadas, la búsqueda y análisis de evidencias de química prebiótica o trazas de vida larvada o extinguida en cuerpos del sistema solar como Marte o en lunas de planetas gigantes como Júpiter y Saturno. Asimismo se ocupa de investigaciones sobre los orígenes y evolución de la vida primitiva en la Tierra analizando el comportamiento de micro organismos en ambientes extremos.

Desde el punto de vista más astronómico, la Astrobiología estudia la evolución química del Universo, su contenido molecular en regiones de formación estelar, la formación y evolución de discos proto-planetarios y estrellas, incluyendo la formación de sistemas planetarios y la caracterización de planetas extrasolares. En este campo en particular se han producido avances recientes muy importantes con la obtención de imágenes directas de planetas extrasolares y la identificación de algunos de ellos como puntos aislados de su estrella central gracias a técnicas de interferometría.

El Laboratorio Espacial Herschel que penetra en lo másprofundo del Cosmos tratándo de desvelar lo esencial para desentrañar los procesos de formación estelar.

La caracterización de atmósferas de planetas extrasolares con tránsitos han permitido detectar CO₂ en la atmósfera de otros mundos y se ha descubierto el planeta más parecido a la Tierra por su tamaño y suelo rocoso aunque con un período demasiado corto para ser habitable. El lanzamiento de la misión Kepler de la NASA nos permite abrigar esperanzas de encontrar finalmente un planeta “hermano” del nuestro en la zona de habitabilidad de otra estrella.

Los satélites Herschel y Planck

La Zona Habitable (HZ) está comprendida por el rango de distancias desde una estrella en las que el agua líquida puede existir. Tambien el rango de tipos de estrellas que puede tener planetas está limitado a aquellas estrellas en las cuales puede haber el tiempo tiempo suficiente como para que se formen planetas. El espacio de búsqueda incluye la mayoría de HZ de todas las estrellas menos masivas que las espectrales tipo A.

El campo de la Astronomía planetaria, la Astrobiología estudia la evolución y caracterización de ambientes habitables en el sistema solar con el fin de elucidar los procesos planetarios fundamentales para producir cuerpos habitables.

Esto incluye el análisis de ambientes extremos y análogos al de Marte en nuestro planeta, como resulta serla cuenca del Río Tinto en Huelva, así como la exploración de otros cuerpos del sistema solar, Marte en particular.

Imagen del Río Tinto en Huelva. ¿No os parece cualquier lugar de Marte?

El descubrimiento en Marte de agua en forma de hielo así como las claras evidencias de la existencia de agua líquida en su superficie en el pasado, proporcionadas por la observación de modificaciones de la componente mineralógica atribuidas al agua líquida en el subsuelo. Hoy por hoy, se considera que la presencia de agua líquida es una condición necesaria, aunque no suficiente, para la aparición de la vida ya que proporciona el caldo de cultivo para que las moléculas prebióticas se transformen en microorganismos biológicos.

En estas investigaciones el estudio del satélite Titán de Saturno mediante la sonda europea Huygens ha marcado un hito importante al acercarnos a un entorno prebiótico donde el metano ejerce un papel dominante.

En este sentido la posibilidad de explorar el satélite Europa, alrededor de Júpiter, es un claro objetivo de la Astrobiología dado que la espesa corteza de hielo que lo cubre puede esconder una gran masa de agua líquida.

Finalmente, la Astrobiología también contempla una serie de actividades más próximas al laboratorio en el que se analiza la evolución molecular, desde la química prebiótica, pasando por la adaptación molecular, hasta los mecanismos bioquímicos de interacción y adaptación al entorno. En este campo son muy importantes los estudios centrados en los límites de la biología, como la virología, y herramientas para la comprensión de los mecanismos de transmisión de información, de supervivencia y adaptabilidad, como las cuasi-especies. Entre los últimos avances de la química prebiótica de interés para la Astrobiología se encuentra el análisis de la quiralidad, una preferencia de la química de los organismos vivos por una simetría específica que nos puede acercar al proceso de su formación durante el crecimiento de la complejidad y la jerarquización de los procesos. Naturalmente, los mecanismos de transferencia de información genética resultan críticos para comprender la adaptabilidad molecular y son otro objetivo prioritario de la Astrobiología.

En el Volumen 23, número 3 de 2009, apareció este magnífico trabajo de Álvaro Giménez del Centro de Astrobiología INTA-CSIC y que, fue publicado por la Revista Española de Física.

Espero que sea de vuestro agrado.

Un equipo de la NASA encargado de analizar los señalamientos al meteorito marciano ALH84001, reabrió la semana pasada una controversia sobre la vida extraterrestre que ya lleva 14 años, reafirmando y ofreciendo respaldo a su afirmación ampliamente cuestionada de que dicho meteorito, de 4.000 millones de años, muestra evidencia de vida microscópica en el planeta Marte.

Además de presentar la investigación que, según dicen, también desaprueban algunos de sus críticos, los científicos informaron que otros meteoritos marcianos parecen alojar fósiles microbianos distintos e identificables que apuntan aún más fuertemente a la existencia de vida.

“Nos sentimos más confiados que nunca de que Marte alguna vez fue, probablemente, y quizá todavía lo es, hogar de la vida”, dijo el jefe del equipo, David McKay en una conferencia patrocinada por la NASA sobre astrobiología.

McKay citó años de trabajo de los miembros del equipo Kathie Thomas-Keprta y Simon Clemett que, dijo, refutan la crítica central sobre la importancia del meteorito. También señaló la presencia de lo que parecen ser microbios fosilizados en otros meteoritos marcianos, y también el flujo constante de descubrimientos de otras personas que apuntan a un Marte que en un momento pudo haber albergado vida: húmedo, cálido y envuelto en una atmósfera potencialmente protectora y un campo magnético.

Granos de carbonato, en color naranja (100 a 200 micras de diámetro), indican que el meteorito estuvo una vez inmerso en el agua.

El meteorito destaca la presencia de lo que parecen ser microbios fosilizados.

Microbios fosilizados.

El trabajo de Thomas-Keprta, publicado el año pasado en la revista Geochemica, se centra en el origen de los cristales con base de hierro llamados magnetitas en el meteorito original de Marte, llamado ALH84001. Las magnetitas en la Tierra son creadas, a veces, por bacterias que responden al campo magnético del planeta. El equipo de McKay argumentó que algunas de las magnetitas marcianas eran creadas por acción biológica de este tipo.

Los críticos dijeron que es igual de fácil que existan las magnetitas sin las bacterias o la biología, ya que a veces se forman como resultado del choque y el calor abrasador que podría venir, por ejemplo, del impacto de un asteroide. Pero en el trabajo reciente, Thomas-Keprta, una experta en el uso de la tecnología de haz de electrones para obsevar el interior de las rocas, informó de que la pureza de las magnetitas hace imposible esa explicación.

McKay se quejó de que no se había prestado suficiente atención a los trabajos como el de Thomas-Keprta.

“Todas las críticas a nuestro artículo original tienen una amplia difusión, pero cuando hicimos el trabajo para probar que los críticos estaban equivocados, apenas se reflejó”, dijo en una entrevista en la conferencia. “Ahora estamos en condiciones de decir que hemos derribado todas las críticas, y que nuestra explicación biológica se mantiene en pie.”

Sección cortada que muestra la apariencia del interior y la textura de la zona de fractura del meteorito.

Corte transversal del meteorito ALH 84001. El área expuesta mide 10 por 6 centímetros.

A pesar de que los científicos discuten las afirmaciones de McKay, el campo se ha vuelto cada vez más optimista sobre la posibilidad de encontrar restos (o tal vez incluso muestras) de vida microbiana en Marte. Decenas de documentos presentados durante la conferencia opinan que el planeta ahora seco y frío, una vez fue cálido, húmedo y aparentemente muy habitable.

Por ejemplo, la científica planetaria de la NASA Carol Stoker dijo que el aterrizador Phoenix de la NASA —que descendió cerca de la región polar norte de Marte en 2008— encontró condiciones muy duras, pero que incluso hoy en día son aptas para la vida. Stoker, quien fue co-investigadora en los diversos instrumentos de la Phoenix, dijo que los datos enviados reunen criterios preestablecidos que indicarían que la superficie podría haber albergado vida marciana, incluso en tiempos recientes.

Mi opinión particular al respecto de todo esto, es que, la hipótesis de Mackay exige que aceptemos, en principio, dos suposiciones adicionales antes de que nos pongamos a refutar pruebas concretas. En primer lugar, debemos aceptar que los antiguos marcianos vivían en grietas minúsculas formadas dentro de la corteza del planeta rojo. En segundo lugar, debemos estar dispuestos a creer que estos diminutos alienígenas dejaron un registro biológico interpretable que ha sobrevivido durante casi cuatro mil millones de años.

Es aquí, naturalmente, donde la experiencia terrestre comienza a dar contexto al debate. U nuestra experiencia nos lleva a concluir que ninguna de estas observaciones es realmente extraordinaria, ya que ambas se satisfacen en la Tierra. Sabemos que en la actualidad se encuentran bacterias a miles de metros bajo la superficie de la Tierra, donde viven con un metabolismo quimioautótrofo en redes de fracturas bañadas por aguas subterráneas, y, las rocas terrestres preservan (como sabemos) la signatura inequívoca de la vida primitiva, emborronada sin duda en nuestros ejemplos más antiguos, pero por metamorfismo más que por la edad en sí. Si alguna vez hubo vida en Marte, debió dejar su impronta en antiguos sedimentos marcianos.

ALH-84001 consiste sobre todo en roca volcánica formada poco después de la acreción de Marte, hace unos cuatro mil quinientos millones de años. Hace unos tres mil novecientos millones –más o menos cuando la vida comenzó a afianzarse en la Tierra- se formaron unos minúsculos depósitos de minerales de carbono dentro de fracturas que se habían abierto en la roca. La opinión está dividida acerca de si los carbonatos se formaron a altas temperaturas asociadas con el impacto del meteorito o si precipitó desde aguas subterráneas más frías que se filtraron por las grietas en tiempos más apacibles.

Sea cual sea su origen, los minerales fueron posteriormente modificados por exposición a una temperatura y presión temporalmente elevadas a consecuencia del impacto de los meteoritos que seguían golpeando la superficie de Marte. Mucho más tarde –la nadería de 16 millones de años- ALH-84001 fue lanzado al espacio por otro impacto, tras ser capturado por el campo gravitatorio de la Tierra, fue a parar, hace trece mil años, a las colinas de Alan Hill (de donde viene el “ALH” de su código en la Antártida.

No es fácil decidirse sobre si los vestigios encontrados en ALH-84001, son en realidad, fósiles de microscópicos signos de vida. Sin embargo, una cosa sí tenemos clara, al igual que aquí en la Tierra hemos encontrado esos vestigios de vida en fósiles enterrados en rocas de más de 3.000 millones de años, ¿quién puede negar que lo mismo ocurra en Marte?

De todas las maneras, no está tan lejos el día en que, la NASA, dentro de unos pocos años, nos informe a bombo y platillo de las formas de vida halladas en el Planeta Marte y que vivían en el subsuelo. Las grutas subterráneas de Marte que han quedado como huellas de su actividad volcánica, son los mejores aspirantes para tener agua líquida corriente en temperaturas más benignas que las superficiales y, allí, sin grandes problemas, se habrán podido instalar cómodamente colonias de bacterias, líquenes y hongos que, como en la Tierra, son precursores de otras clases de vida si, alguna vez en el futuro, el clima y la atmósfera del planeta pudiera cambiar.

¿Será la viajera Curiosity la encargada de transmitir tales noticias?

emilio silvera

]]> http://www.emiliosilveravazquez.com/blog/2012/01/15/alh-840011/feed/ 2 http://www.emiliosilveravazquez.com/blog/2011/12/26/sobre-el-metabolismo-de-seres-muy-especiales/ http://www.emiliosilveravazquez.com/blog/2011/12/26/sobre-el-metabolismo-de-seres-muy-especiales/#comments Mon, 26 Dec 2011 05:00:18 +0000 Emilio Silvera http://www.emiliosilveravazquez.com/blog/?p=2128 El metabolismo heterótrofo

Los seres autótrofos siguen dos vías diferentes para transformar la biomasa que ingieren en los compuestos complejos de los que se componen sus tejidos. Esta transformación puede ser mediante fermentación anaeróbica o a través de respiración aeróbica. La primera vía se restringe a las células procariotas  simples, como las fermentadoras, las bacterias metanogénicas y los hongos Ascomycota responsables de la fermentación del etanol (alcohol etílico). La segunda vía se hizo posible a partir del momento en que la cantidad de oxígeno atmosférico, generado por los vegetales, alcanzó un nivel suficientemente alto como para que algunos seres procariotes pudieran utilizar la respiración aeróbica para generar trifosfato de adenosina más eficientemente que por fermentación. Desde un punto de vista energético, la oxidación es claramente ventajosa. Así, por cada mol de glucosa se liberan 197 KJ por fermentación en ácido láctico, 232 KJ por fermentación alcohólica y 2’87 MJ por la oxidación completa, lo que representa para esta última una ganancia que está comprendida entre 12 y 14 veces.

Los nutrientes necesarios para el metabolismo de tipo heterótrofo proceden de la digestión de los tejidos vegetales o de otros heterótrofos. En el metabolismo heterótrofo hay notables regularidades orgánicas. Entre ellas destaca claramente el hecho de que al representar en un gráfico logarítmico la tasa metabólica basal (TMB), – metabolismo mínimo cuando el animal se encuentra en reposo absoluto – frente al peso, los resultados relativos a los animales comprendidos entre el ratón y el elefante se dispongan a lo largo de una línea recta.

Representación de Kleiber del metabolismo basal de los mamíferos desde el ratón al elefante.

Esta dependencia lineal en un gráfico logarítmico fue descubierta por Kleiber en 1.932, y muestra que, si representamos las TMB en vatios y el peso, p, en kilogramos, la dependencia funcional entre ambas magnitudes es 3’52 p^0’74. Si en vez del peso, se representa la TMB frente a la superficie corporal de los animales, el exponente de Kleiber es 0’67, que es el valor que se había supuesto anteriormente. Las medidas posteriores de la TMB en cientos de especies han confirmado la primera dependencia funcional que ha sido redondeada en 1.961 por el propio Kleiber, en 3’4 p^0’75 (en W).

Aunque aún no se ha encontrado una explicación definitiva de la razón de esta ley de potencia con exponente ¾, el análisis de los requerimientos mecánicos de los cuerpos animales dan una buena pista. Con criterios elásticos se deduce que el cubo de la longitud crítica de rotura de los huesos varía linealmente con el cuadrado del diámetro (d) de la sección de los mismos, que a su vez, es proporcional a p^3/8. La potencia muscular es proporcional al área de su sección transversal (esto es, proporcional a d²), y por tanto, la forma funcional de la potencia máxima se expresa como (p^3/8)², o lo que es lo mismo, p^0’75.

Una explicación aún más fundamental se basa en la geometría y en la física de la red vascular necesaria para distribuir los nutrientes y eliminar los materiales de desecho del cuerpo de los animales. Estas redes que llenan el espacio, son fractales que determinan las propiedades estructurales y funcionales de los sistemas cardiovasculares y respiratorios, y de sus propiedades se deduce que el metabolismo total de los organismos escala con su masa elevada a la potencia ¾.

El sistema respiratorio de los Vertebrados, al igual que el circulatorio, está muy perfeccionado y adaptado para aportar la energía necesaria a los tejidos de los animales homeotermos, de forma que les permita resistir en condiciones desfavorables

El exponente de Kleiber tiene una consecuencia importante para los organismos con TMB específica (la TMB dividida  por el peso corporal) decrecientes. Esta relación limita el tamaño mínimo de los animales homeotermos y facilita que las grandes criaturas puedan sobrevivir en condiciones ambientales adversas. La ingesta diaria de néctar de un pequeño colibrí es equivalente a la mitad del peso de su cuerpo (para los seres humanos, la comida diaria representa alrededor del 3% del peso corporal), y los animales de sangre caliente, de tamaño menor que un colibrí, tendrían que estar comiendo continuamente para poder compensar las rápidas pérdidas de calor.

En el otro extremo, los grandes mamíferos pueden pasar varios días sin alimentarse, recurriendo a las reservas de grasa acumuladas para mantener su bajo metabolismo durante periodos de hibernación relativamente largos.

Los casos de separación de la tendencia general ilustran varios modos de adaptación al medio. Para regular térmicamente su cuerpo en agua fría, la TMB de las focas y las ballenas es el doble de las de otros animales de su tamaño. Los mamíferos del desierto, con sus bajas TMB, se han adaptado a los periodos de carencia de alimentos y a la escasez recurrente o crónica de agua.

En su colonización del medio terrestre, los cambios evolutivos de los primeros habitantes del medio acuático derivaron en extremidades locomotoras pentadáctilas con adaptaciones específicas, tales como las manos desgarradoras de los úrsidos, los felinos, etc.

Naturalmente, la TMB representa sólo una parte de las necesidades energéticas. La digestión eleva las tasas metabólicas de todos los animales y la reproducción requiere aumentos periódicos de energía (como también ocurre con el cambio de plumaje o pelaje en los pájaros y mamíferos). La búsqueda de comida es una actividad ineludible para todos los animales que no estén hibernando. Simplemente por estar de pie, la tasa metabólica en los pájaros es un 15 por ciento superior a la tasa de reposo; y en los mamíferos, exceptuando al caballo, esta diferencia llega al 30 por ciento. El límite metabólico, múltiplo de la TMB durante el máximo esfuerzo, es mucho mayor durante la carrera, natación o el vuelo.

Tendría que mencionar ahora la reproducción y sus distintas formas, que varían de modo continuo entre los casos extremos de la cría generalizada generada de golpe y los nacimientos espaciados de un único neonato. El primer caso maximiza la producción de individuos que maduran con rapidez, y estas especies son más oportunistas. La mayoría de las bacterias, así como muchas especies de insectos, pertenecen a este grupo de seres que se reproducen de forma oportunista e intensa. En condiciones adecuadas llegan a invertir una parte tan importante de su metabolismo en la reproducción que acaban convirtiéndose en plagas indeseables. En unos pocos días de verano, pequeños insectos como los áfidos, dedican el 80% de su metabolismo a reproducirse, en una estrategia que reduce de forma importante la vida de los progenitores y también las posibilidades de reproducción repetida. Los endoparásitos, sin embargo, son una desafortunada excepción a esta restricción: la tenia, debido al fácil suministro de energía que recibe, se reproduce copiosamente y puede sobrevivir más de quince años.

• Áfidos (pulgones)
  • Causan daño al chupar fluidos
  • Pequeños, color verde o amarillo
  • Producen mielecilla (sustancia pegajosa)
• Trips
  • Se alimentan de flores y hojas
  • Daño causa pequeñas áreas descoloridas
• Ácaros (arañuelas)
  • Dañan hojas
  • Difícil detectar a simple vista
  • Algunos producen seda y dejan telarañas
• Mosca blanca
  • Causan deformaciones
  • Producen mielecilla
  • En el revés de hojas

En el otro extremo del rango reproductivo están las especies del tipo selección-k que se reproducen varias veces, espaciando los nacimientos y cada vez con crías poco numerosas, y que maduran lentamente. El resultado de esta forma de reproducción es una tasa baja de crecimiento y poca capacidad de colonización, que se compensa con la mayor longevidad, competitividad, adaptabilidad y frecuentemente por un comportamiento social altamente desarrollado.

Independientemente de su posición en el rango reproductivo, los rasgos comunes que presentan las transformaciones bioquímicas asociadas con la producción de los gametos y el crecimiento de los embriones permiten estimar la eficiencia de la reproducción heterótrofa. El máximo teórico de la eficiencia, para transformar los monómeros procedentes de la alimentación en los polímeros de la biomasa, está en torno a un impresionante 96%. Ineficiencias inevitables en la digestión de nutrientes y en la reproducción de recambio de tejidos reducen algo esta eficiencia, que siempre se mantiene por encima del 70%.

Los protozoos son organismos unicelulares, pero a diferencia de las bacterias, tienen membrana nuclear (cariomembrana, son eucariotas). Son organismos complejos, con un sistema reproductivo, un aparato locomotor digestivo y la capacidad de producir energía por lo que durante muchos años han sido considerados “animales unicelulares”. Esta forma de vida todavía viven en colonias, ya sea de forma individual o como parásitos. Se encuentra en agua dulce, agua salada, en suelos húmedos o en otros seres como huéspedes. Pueden causar enfermedades a los seres humanos.

Los rendimientos se pueden medir fácilmente en los seres heterótrofos unicelulares que se reproducen rápidamente: los rendimientos más altos son los de las bacterias (50 – 65%) y se encuentra un valor medio en las levaduras y los protozoos. No es sorprendente que los poiquilotermos sedentarios sean, entre los heterótrofos superiores, los más eficientes en la transformación de nutrientes en zoomasa: sus tasas se aproximan frecuentemente al 70 – 80%, que es la máxima eficiencia posible.

La temperatura ambiental es determinante también para la reproducción y el desarrollo. Generalmente a mayor temperatura el desarrollo es más rápido, es decir, el tiempo requerido para una determinada etapa del desarrollo se acorta. La razón está en que a mayor temperatura se aceleran los procesos fisiológicos del organismo.La influencia de la temperatura sobre el proceso de reproducción y el número de descendientes es determinante en muchos casos. Los animales de sangre caliente u homotermos pueden adaptarse a diferentes ambientes tanto fríos como cálidos, porque regulan su temperatura corporal.

Entre los vertebrados, los homeotermos presentan tasas de crecimiento fetal mucho más altas que las especies poiquilotermas. Los ornitólogos han sido los primeros en estudiar la energética de la reproducción debido a la importancia del huevo en la vida de las aves. La energía necesaria para el crecimiento testicular en los pájaros, durante el periodo de rápido desarrollo de las gónadas, está comprendido entre el 0’4 y el 2 por ciento del metabolismo basal. El crecimiento de las gónadas femeninas generalmente requiere aportes energéticos tres veces mayores que las masculinas pero, en cualquier caso, es una cantidad pequeña comparada con el coste energético de la producción e incubación de un huevo.

La cadena alimenticia, los herbívoros, los carnívoros, peces, natación, carreras y saltos, el vuelo, y tantos y tantos conceptos implicados me aconsejan reducir el presente trabajo que, en realidad, sólo quería limitarse a facilitar algunos conocimientos del planeta y que, por mi cuenta y riesgo, he unido a los seres que lo pueblan y cómo se mantienen y están relacionados. Pero no es eso lo que pretendía al empezar, así que, volveremos al tema principal de este Blog: la Física, la Astronomía y los Pensamientos.

emilio silvera

El esquisto de Burgess (comúnmente llamado en inglés: «Burgess Shale» ) es el nombre de un célebre yacimiento de fósiles, ubicado en las inmediaciones del collado de Burgess en el Parque Nacional Yoho de la provincia de Columbia Británica, en Canadá.

Hoy (en la imagern de arr5iba se quiere significar) conocemos varios yacimientos de fósiles precámbricos en varios continentes. Del posterior período Cámbrico -y en particular del Burgess Shale de Canadá -arriba-, de unos 530 millones de años de antigüedad y estudiado muy especialmente por Simón Conway Morris de la Universidad de Cambridge- han surgido series de organismos con aspecto de antrópodos muy diferentes e cualquiera de los actuales.

Un predador gigante del Cámbrico, hallado en el Sahara. Las arenas del Sáhara han brindado a los investigadores ejemplares gigantes de anamalocaris, uno de los animales más extraños del Cámbrico y el de mayor tamaño, hallado por primera vez en el yacimiento de Burgess Shale (Canadá). Peter van Roy y Derek Briggs, que estudian la fauna fósil de los yacimientos marroquíes de Fezouata, publican en Nature su hallazgo y señalan que se trata de los anomalocaris de mayor tamaño y más recientes hallados hasta la fecha.

Anomalocaris (“gamba extraña”) es un género de animales esxtintos, perteneciente a la familia de los anomalocarídidos la cual se relaciona con los artrópodos. Se estima que los Anomalocaris existieron entre comienzos y mediados del período Cámbrico, desde hace aproximadamente 525 hasta 510 millones de años. Sus primeros fósiles fueron descubiertos en el esquisto de Ogygopsis, llegando a poseer más hallazgos en el famoso esquisto de Burgess.

El Anomalocaris expone rasgos muy llamativos como “brazos” armados con espinas, ojos compuestos, lóbulos laterales que rodeaban todo el cuerpo, entre otros. Las diferentes especies de Anomalocaris estaban en la cima de la cadena alimentaria en los océanos del planeta. Alcanzando hasta un metro de largo, se trataba de una criatura realmente gigantesca para su época, por lo que depredaba toda clase de fauna contemporánea.

Los paleontólogos disponen ahora de una maravillosa serie de aves fósiles -organismos frágiles que no se focilizan fácilmente- que enriquecen enormemente nuestra apreciación de la evolución de las aves que solía basarse únicamente en Archaeopteryx. En 1998 nos llegó la noticia del hallazgo de fósiles de dinosaurios con plumas -dinosaurios que están claramente relacionados con las aves pero que tradicionalmente no se clasificarían entre las aves.

                                    Recreación de un ‘Tianyulong confuciusi’m, un dinosaurio con plumas encontrado en China. / Nature

Los fósiles humanos, tan confusos y esquivos en el pasado, conforman hoy una secuencia más satisfactoria, aunque más diversa, hasta nuestros antepasados de las llanuras de África de hace 4,5 millones de años; sólo uno de los diversos linajes desembocó en la especie Homo sapiens. En suma, los dewscubrimientos recientes de fósiles han sido maravillosos, y todas las nuevas extraordinarias criaturas son agua para el molinop de los taxónomos. Si no intentamos clasificarlas, no sabremos nunca qué son realmente.

Las imágenes de abajo corresponden a fósiles de homínidos, dichas huellas fueron escaneadas y digitalizadas por el profesor Mateo Bennett, de la Universidad de Bournemouth, en el Reino Unido. Recontruídas por expertos, este ha sido el resultado final. Si los llevamos al peluquero, se duchan y le ponemos un buen vestido y traje con los abalorios y complementos, ¿quién los distinguiría de los hombres y mujeres de hoy, y, sin embargo, tienen muchísimos años.

La evidencia fósil sugiere que los primeros humanos modernos podrían haberse dividido en numerosas poblaciones aisladas antes de dejar África en una serie de migraciones, según un estudio de la Universidad de Vienna en Austria (Alemania). La investigación se publica esta semana en la revista ‘Proceedings of the National Academy of Sciences’ (PNAS).

Los investigadores descubrieron que, en vez de una única dispersión desde África hacia el exterior, su evidencia muestra que los primeros humanos modernos se dividían ya en diferentes poblaciones. ¡Qué mérito tienen nuestros antepasados que, sin más medios que sus piernas y su propias energías, se recorrieron el mundo buscando el acomodo para su mejor supervivencia.

¿Qué podemos decir de las Bacterias, Arqueas y Protozoos?

Woese en 1977 agrupa los seres vivos en seis Reinos: Eubacterias, Arqueobacterias, Protista, Fungi, Vegetal y Animal. A través de sus investigaciones llega a la conclusión de que las arqueobacterias son procariotas pero no bacterias. En 1990 propone tres Dominios: Bacterias, Arqueas y Eucariotas. El Dominio es de categoría taxonómica superior al Reino.

Lynn Margulis y Karlene Schwartz revisan la propuesta de Wittaker y en 1997 establecen Cinco Reinos: Monera, Protoctista, Fungi (en el que incluyen Líquenes), Vegetal, Animal.

Cavalier-Smith en 1998 divide los seres vivos en dos Imperios y seis Reinos: Bacterias, Protozoos, Cromistas, Fungi, Vegetal, Animal.

Estas clasificaciones han ido variando al aparecer nuevas formas de estudiar su historia evolutiva, como por ejemplo, las técnicas que permiten comparar el ADN de las especies. Y no siempre han sido aceptadas por toda la comunidad científica, todo lo contrario, en algún caso han sido (y siguen siendo) muy discutidas. Así es el proceso de construcción de la Ciencia.

¿Que es una célula?

Una célula es la unidad morfológica y funcional de todo ser vivo. De hecho, la célula es el elemento de menor tamaño que puede considerarse vivo.De este modo, puede clasificarse a los organismos vivos según el número de células que posean: si sólo tienen una, se les denomina unicelulares (como pueden ser los protozoos o las bacterias, organismos microscópicos); si poseen más, se les llama pluricelulares. En estos últimos el número de células es variable: de unos pocos cientos, como en algunos nematodos, a cientos de billones, como en el caso del ser humano. Las células suelen poseer un tamaño de 10 µm y una masa de 1 ng, si bien existen células mucho mayores.

                                                                          Y pensar que aquí comenzó todohace ahora 4.000 millones de años

Aquella primera célula que supo replicarse lo comenzó todo, allí empezó la aventura de la vida que nos ha traído hasta aquí. La aparición del primer organismo vivo sobre la Tierra suele asociarse al nacimiento de la primera célula. Si bien existen muchas hipótesis que especulan cómo ocurrió, usualmente se describe que el proceso se inició gracias a la transformación de moléculas inorgánicas en orgánicas bajo unas condiciones ambientales adecuadas; tras esto, dichas biomoléculas se asociaron dando lugar a entes complejos capaces de autorreplicarse. Existen posibles evidencias fósiles de estructuras celulares en rocas datadas en torno a 4 o 3,5 miles de millones de años.

 A la izquierda la célula vegetal, a la derecha la célula animal

Existen dos grandes tipos celulares: las procariotas (que comprenden las células de arqueas y bacterias) y las eucariotas (divididas tradicionalmente en animales y vegetales, si bien se incluyen además hongos y protista, que también tienen células con propiedades características).

Es maravilloso poder comprobar la proliferación de la vida en cualquier lugar y entorno de nuestro planeta que, hasta en lugares que parecen imposibles para albergar la vida, allí está presente, se adapta al medio díscolo y, a veces imposible, testaruda sigue adelante, imparable, las ganas de vivir es más fuerte que la precariedad y el medio de condiciones imposibles.

Las fosas pueden ser más productivas que muchos lugares en las zonas abisales o hadales, pero los verdaderos oasis en el mar profundo son las fuentes hidrotermales y las emanaciones de metano. La quimiosíntesis entrega la energía a estas comunidades únicas, cuya biomasa es comúnmente dominada por especies grandes que tiene relaciones mutualistas con microbios simbiontes, oxidadores de azufre. Compuestos reducidos, tales como sulfuros y metano, sirven como fuente de energía química para bacterias y arqueas, permitiendo que la productividad en estos ambientes del fondo marino compita con aquella que vemos en sistemas marinos menos profundos.

Las comunidades de fuentes hidrotermales no han sido encontradas en el margen chileno hasta ahora, pero su existencia ha sido predicha por el hecho de que suelen ser encontradas en centros de expansión, como es la dorsal mesoceánica Chilena, la cual es subducida por debajo de Chile continental. El agua expulsada desde las fuentes hidrotermales puede variar entre los 20 y 400ºC y es rica en compuestos reducidos como sulfuros y metano. El sustrato rígido esta formado por basalto enfriado, la precipitación de sulfuros metálicos y organismos como gusanos tubulares y bivalvos.

Los gusanos tubulares que tienen una tasa más rápida de crecimiento en el mundo, Riftia pachyptila, se asientan en lugares en donde tienen un acceso directo a un flujo de agua tibia, rica en sulfuros, la cual absorben en sus rojas plumas branquiales.

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Aquí tenemos el Laboratorio gigante en el que surgieron tantas maravillas

Hoy la astronomía ha dejado de ser esa ciencia que antiguamente se dedicaba a buscar y contar estrellitas en nuestro cielo nocturno, a buena hora, hoy diríamos que astronomía es una ciencia dedicada a la búsqueda de vida fuera de nuestro planeta y también de escudriñar en los mas recónditos lugares del cosmos buscando los secretos que nuestro universo aun no nos quiere develar.

Para ello, es que hoy, muchas ciencias se han unido a este casi legado Galileano. Ya cada día se nos hace mas común escuchar hablar de astrobiólogos, exoquimicos, geofísicos y muchos otros, y la verdad es que todos apuntan a un solo pistilo, la vida.

Pero si bien hoy existen sondas espaciales visitando planetas y lunas, telescopios dentro y fuera de nuestra tierra, cual gigantescos ojos observando y estudiando nuestros vecinos desde el mas cercano hasta los mas de afuera del vecindario. Es precisamente aquí, en nuestro planeta donde se desarrollan los mayores estudios y experimentos de cómo y que tipo de vida podría haber allí afuera.

Algunos de estos datos los he tomado prestados de la bonita e instructuva página de nuestro amigo Abdel, él la titula “Universo para Todos” y, desde luego, hay que reconocerle el mérito de su afan divulgativo. Gracias amigo chileno.

Sí, amigos míos, la vida pudo llegar desde fuera. Así lo inducen nuevas evidencias. Un meteorito con un tipo de nitrógeno distinto del que se encuentra en la tierra el cual produce amonio si se calienta parece inclinar cada vez más la balanza a que la vida en nuestro planeta proviene de un fenómeno cósmico.

¿Qué opinas tú?

Que os guste el reportaje.

Producen casi toda nuestra energía y nosotros nos encargamos de alimentarlas y cobijarlas. Nuestras mitocondrias tienen todavía su propia ADN, heredado sólo de nuestras madres, por lo que este ADN podría proceder de una única mujer que estaría en el origen de los seres humanos actuales: una Eva mitocondrial.

Pero estos huéspedes celulares que parecen vivir pacíficamente en simbiosis con el resto de las células, puede ser también ser un enemigo que mata silenciosamente desde dentro. Siempre que una célula muere, hay una serie de pistas que conducen a las mitocondrias y que muestran como están implicadas en enfermedades devastadoras e incapacidades físicas o mentales, así como en el propio proceso de envejecimiento. El invitado indispensable se convierte en asesino en serie de proporciones mostruosas.

mitocondrias
cancer

La diferencia entre una célula del hígado normal y otra cancerosa es demostrada aquí claramente por la localización de las mitocondrias (coloración roja) . La célula sana a la izquierda, demuestra muy pocas mitocondrias cerca de la pared de externa de la célula. Como puede ver, se mantienen densamente arracimadas (agrupadas) alrededor del núcleo de la célula (representado aquí como el agujero central negro). En la célula del cancerosa a la derecha, las mitocondrias se disgregan a través de la célula, no se arraciman. Observe el color rojo apagado de las mitocondrias disfuncionales. Fotografía obtenida con la tecnología Sandia’s biocavity laser

Casi todas las células de nuestro cuerpo contienen mitocondrias –alrededor de mil cada célula-. El “mitocondrión” es una bestia incansable que no cesa de adoptar formas distintas. Si se captara su aspecto en una única foto instantánea poco favorecedora, se vería algo parecido a un gusano, pero un gusano que se retuerce, se divide en dos y se fusiona con otros gusanos. Así pues, en ocasiones podemos captar un mitocondrión que parece un zepelín, y otras veces algo parecido a un animal con múltiples cabezas o colas, o bien podríamos ver una red de tubos y láminas que se entrecruzan. El mitocondrión es un monstruo antiguo y maternal – un dragón con un apetito monstruoso, que se come a su vez todo lo que nosotros hemos comido y lo respira a continuación en forma de fuego.

Las mitocondrias consumen prácticamente todo el alimento y el oxígeno que se introduce en el cuerpo, y producen la mayor parte del calor que éste genera. Sin embargo, este monstruo es diminuto –su tamaño es de una micra, es decir, una milésima de milímetro: mil millones de mitocondrias cabrían en el interior de un grano de arena.

Las mitocondrias tienen su propio ADN y su propia identidad, pero esto no significa ningún litigio entre ellas y nosotros. En parte somos mitocondrias; ellas constituyen aproximadamente un décimo del volumen de todas nuestras células juntas, una décima parte de cada uno de nosotros.

Dado que son prácticamente la única parte de la célula que tiene color, las mitocondrias constituyen el color de nuestras células y nuestros tejidos. Si no fuera por la melanina de nuestra piel, la mioglobina de nuestros músculos y la hemoglobina de nuestra sangre, seríamos del color de las mitocondrias, es decir, de un rojo amarronado. Además, si esto fuera así, cambiaríamos de color cuando hiciéramos ejercicio o corriéramos hasta perder el aliento, de tal forma que podría decir si alguien está usando mucha o poca energía…

Las mitocondrias son las centrales eléctricas de nuestras células y producen casi toda nuestra energía. No obstante, son unas centrales eléctricas con bastantes fugas de energía, lo cual tiene unas consecuencias terribles.

                          Guy Brown

“Llegué a creer (dice Guy Brown, autor de todas estas ideas e investigaciones) que los productos del diseño biológico (evolutivo) –la vida y todas sus manifestaciones- eran mucho más eficientes y eficaces que algunos productos de la creatividad humana, tales como las máquinas y la cultura. Nos han enseñado que mil millones de años de evolución han perfeccionado el diseño de la célula hasta tal punto que ningún diseñador humano podría mejorarlo, ningún avaro podría economizar más en el uso de energía, ningún técnico de gestión podría mejorar la adjudicación de recursos, ningún ingeniero podría lograr que hubiera menos fallos en el funcionamiento. Está apliamente difundida la creencia de que la cultura humana no debería interferir con la naturaleza, porque la naturaleza está mejor diseñada que la cultura, y esta creencia causa el temor de que los cintíficos se entrometan en la naturaleza, como sucede en la medicina, la ingenieria genética, la clonación o los pesticidas.”

                                                                                                                                         Cloroplasto

Los cloroplastos son orgánulos aún mayores y se encuentran en las células de plantas y algas, pero no en las de animales y hongos. Su estructura es aún más compleja que la mitocondrial: además de las dos membranas de la envoltura, tienen numerosos sacos internos formados por membrana que encierran el pigmento verde llamado clorofila. Desde el punto de vista de la vida terrestre, los cloroplastos desempeñan una función aún más esencial que la de las mitocondrias: en ellos ocurre la fotosíntesis; esta función consiste en utilizar la energía de la luz solar para activar la síntesis de moléculas de carbono pequeñas y ricas en energía, y va acompañado de liberación de oxígeno. Los cloroplastos producen tanto las moléculas nutritivas como el oxígeno que utilizan las mitocondrias.

Sean cuales sean los méritos de esas creencias, lo cierto es que, nuestras células ciertamente no son tan eficientes como creíamos que eran. Un ejemplo sería lo que parece un defecto espectacular en el diseño de nuestras mitocondrias: tienen fugas. La electricidad de electrones se escapan de las mitocondrias para producir radicales libres no tóxicos, y la electricidad de protones se escapan produciendo calor: no se trata de fugas pequeñas o insignificantes, sino que son grandes y constituyen una amenaza para la vida.

Lo que no podemos poner en duda es, el hecho cierto de que, nuestro complejo organismo está inmerso en una variedad y en una diversidad rica en parámetros que deben cumplir unos cometidos predeterminados que llevan a un todo simétrico de engranaje perfecto y, cuando algo falla en él, el sistema se reciente y el funcionamiento decae.

La célula se define como la unidad mínima de un organismo capaz de actuar de manera autónoma. Todos los organismos vivos están formados por células, y en general se acepta que ningún organismo es un ser vivo si no consta al menos de una célula. Algunos organismos microscópicos, como bacterias y protozoos, son células únicas, mientras que los animales y plantas están formados por muchos millones de células organizadas en tejidos y órganos. Aunque los virus y los extractos acelulares realizan muchas de las funciones propias de la célula viva, carecen de vida independiente, capacidad de crecimiento y reproducción propios de las células y, por tanto, no se consideran seres vivos.

     La biología estudia las células en función de su constitución molecular y la forma en que cooperan entre sí para constituir organismos muy complejos, como el ser humano. Para poder comprender cómo funciona el cuerpo humano sano, cómo se desarrolla y envejece y qué falla en caso de enfermedad, es imprescindible conocer las células que lo constituyen.

         Entre las células procarióticas y eucarióticas hay diferencias fundamentales en cuanto a tamaño y organización interna. Las procarióticas, que comprenden bacterias y cianobacterias (antes llamadas algas verdeazuladas), son células pequeñas, entre 1 y 5 µm de diámetro, y de estructura sencilla; el material genético (ADN) está concentrado en una región, pero no hay ninguna membrana que separe esta región del resto de la célula. Las células eucarióticas, que forman todos los demás organismos vivos, incluidos protozoos, plantas, hongos y animales, son mucho mayores (entre 10 y 50 µm de longitud) y tienen el material genético envuelto por una membrana que forma un órgano esférico conspicuo llamado núcleo. De hecho, el término eucariótico deriva del griego núcleo verdadero,  mientras que procariótico significa antes del núcleo. 

                                                                                          Citoplasma y citosol

      El citoplasma comprende todo el volumen de la célula, salvo el núcleo. Engloba numerosas estructuras especializadas y orgánulos, como se describirá más adelante. La solución acuosa concentrada en la que están suspendidos los orgánulos se llama citosol. Es un gel de base acuosa que contiene gran cantidad de moléculas grandes y pequeñas, y en la mayor parte de las células es, con diferencia, el compartimiento más voluminoso (en las bacterias es el único compartimiento intracelular). En el citosol se producen muchas de las funciones más importantes de mantenimiento celular, como las primeras etapas de descomposición de moléculas nutritivas y la síntesis de muchas de las grandes moléculas que constituyen la célula. Aunque muchas moléculas del citosol se encuentran en estado de solución verdadera y se desplazan con rapidez de un lugar a otro por difusión libre, otras están ordenadas de forma rigurosa.
    

 El citoplasma de las células eucariotas se encuentra atravesado por un conjunto de tubos, vesículas y cisternas, que presentan la estructura básica de la membrana citoplásmica. Entre esos elementos existen frecuentemente intercomunicaciones, y adoptan la forma de una especie de red, entre cuyas mayas se encuentra el citoplasma. Este sistema membranoso es llamado en la actualidad sistema vacuolar citoplásmico, integrándose en él la membrana nuclear, el retículo endoplásmico y el complejo de Golgi. Estas estructuras ordenadas confieren al citosol una organización interna que actúa como marco para la fabricación y descomposición de grandes moléculas y canaliza muchas de las reacciones químicas celulares a lo largo de vías restringidas.

Es tan amplio el tema que estamos tratando que, de un tema me paso a otro y, podemos perder la visión de lo que queríamos expresar, así que finalizaré con las mitocondrias y su función principal.

 La principal función de las mitocondrias es generar energía para mantener la actividad celular mediante procesos de respiración aerobia. Los nutrientes se escinden en el citoplasma celular para formar ácido pirúvico que penetra en la mitocondria. En una serie de reacciones, parte de las cuales siguen el llamado ciclo de Krebs o del ácido cítrico, el ácido pirúvico reacciona con agua para producir dióxido de carbono y diez átomos de hidrógeno. Estos átomos de hidrógeno se transportan hasta las crestas de la membrana interior a lo largo de una cadena de moléculas especiales llamadas coenzimas. Una vez allí, las coenzimas donan los hidrógenos a una serie de proteínas enlazadas a la membrana que forman lo que se llama una cadena de transporte de electrones.

La cadena de transporte de electrones separa los electrones y los protones de cada uno de los diez átomos de hidrógeno. Los diez electrones se envían a lo largo de la cadena y acaban por combinarse con oxígeno y los protones para formar agua.

La energía se libera a medida que los electrones pasan desde las coenzimas a los átomos de oxígeno y se almacena en compuestos de la cadena de transporte de electrones. A medida que éstos pasan de uno a otro, los componentes de la cadena bombean aleatoriamente protones desde la matriz hacia el espacio comprendido entre las membranas interna y externa. Los protones sólo pueden volver a la matriz por una vía compleja de proteínas integradas en la membrana interior. Este complejo de proteínas de membrana permite a los protones volver a la matriz sólo si se añade un grupo fosfato al compuesto difosfato de adenosina (ADP) para formar ATP en un proceso llamado fosforilación.

El ATP se libera en el citoplasma de la célula, que lo utiliza prácticamente en todas las reacciones que necesitan energía. Se convierte en ADP, que la célula devuelve a la mitocondria para volver a fosforilarlo.

¡Mitocondrías! Parte de nuestro sistema interno.

emilio silvera

Permanecen en silencio y quietos en las estanterías, a la espera de que le preguntemos alguna cosa, deseosos de ayudar y responder a todas nuestras preguntas. Son nuestros “mejores amigos”, siempre dispuestos a dar a cambio de nada. En ellos, encontramos la sabiduría que no tenemos, nos abren las puertas de mundos que ni podíamos imaginar, nos transportan a regiones del saber que nos asombran y maravillan y, todo eso, está al alcance de cualquiera, simplemente se exige un ingrediente: Ganas de saber y mucha curiosidad.

Aquel día, durante toda la tarde, estuve repasando libros y leyendo pasajes de unos y otros. Astronomía, Física, Biología, y, algo de poesía que estaba enpolvada en el fondo de la Biblioteca de casa. De pronto, me dí de bruces con la obra  “La Aventura del Universo ” de Timoty Ferris, y, distraído me puse a repasar los capítulos comenzándolos a leer y, al recordarlos, pasaba al siguiente:

El capítulo XIII que tiene por Titulo La Edad de la Tierra, que comienza con los pensamientos, el primero de Francis Bacon: “La antigüedad del Tiempo es la juventud del Mundo”, el segundo de Denis Diderot: “Lo que tomamos por historia de la naturaleza sólo es la muy incompleta historia de un instante.”

Comienzo a leer y el autor nos dice:

        Charles Lyell (1797-1875)

“El libro de Lyell convirtió el viaje de Darwin en un viaje a través del tiempo. Darwin empezó a leerlo casi inmediatamente, en su litera, mientras sufría el primero de los muchos mareos que le atormentarían durante los cinco años siguientes. El Beagle, un bergantín sólido y macizo, de 28 metros de largo por 7,5 de ancho, era en general confortable, pero su casco era redondeado y se balanceaba mucho. Darwin empezó a aplicar lo que él llamaba “la maravillosa superioridad de la manera de Lyell de abordar la geología” tan pronto como la expedición tocó tierra en las islas de Cabo Verde.

Construir una teoría de base empírica como explicación de Darwin de la evolución requiere, no sólo datos de observación, sino también una hipótesis organizadora. Darwin tomó su hipótesis, que el mundo es viejo y sigue cambiando hoy tanto como en el pasado, principalmente de Lyell. “El gran momento de los Principles -escribió- era que le cqambiabna a uno todo el carácter de la propia mente, y cuando veía algo nunca visto por Lyell, uno seguía viendo en parte con sus ojos .” Más tarde Darwin admitió que “me siento como si mis libros proviniesen a medias del cerebro de sir Charles Lyell.”

El viaje del Beagle. Tras graduarse en Cambridge en 1831, el joven Darwin se enroló a los 22 años en el barco de reconocimiento HMS Beagle como naturalista sin paga, gracias en gran medida a la recomendación de Henslow, para emprender una expedición científica alrededor del mundo. La expedición duró cinco años y recogió datos hidrográficos, geológicos y meteorológicos en Sudamérica y otros muchos lugares. Las observaciones de Darwin le llevaron a desarrollar la teoría de la selección natural.

Durante la expedición del Beagle, Darwin vio el mundo como pocos lo han visto, en toda su rica diversidad de detalles, a caballo, a lomo de mula, a pie, en exploraciones a cuevas y escursiones a través de bancos de hielo y arenas ardientes, desde Patagonia hasta Australia y las Islas Keeling del Océano Índico. Observó, absorbió todo y reunió tantas muestras de plantas y animales que sus compaleros del barco se preguntaban en voz alta si se había propuesto hundir el Beagle.

Fotos de Maqueta Del Barco Beagle De Charles Darwin 60 Cm Esc 1/75

En Chile Darwin halló fósiles marinos en cimas montañosas de 4.000 metrtos de altura y presenció un terremoto que levantó el suelo casi un metro en unos minutos, prueba a favor de Lyell de que la acción más o menos uniforme de procesos geológicos pueden producir cambios tan dramáticos como los atribuidos por los geólogos a las antiguas catástrofes; al informar de sus hallazgos en una carta a su maestro Henslow, escribió: “Me temo que usted me dirá que aprenda el ABC -a distinguir el cuarzo del feldespato-, antes de permitirme tales especulaciones.” Pero por el tiempo en que el Beagle llegó al Pacífico Sur, Darwin ya tenía cuatro años de riguroso trabajo de campo, y había empezado a sentirse más seguro de su capaciodad para interpretar observaciones en términos de hipótesis.

El joven Darwin. Darwin, además,  estuvo influenciado por el geólogo Adam Sedgwick y el naturalista John Henslow en el desarrollo de su teoría de la selección natural, que habría de convertirse en el concepto básico de la teoría de la evolución.

En el Pacífico Sur, Darwin se aventuró a elaborar una teoría propia sobre el origen de los atolones de coral. Un caluroso día de otoño de 1834, m ientras el Beagle se dirigía de las Islas Galápagos a Tahití, trepó al palo mayor y vio los atolones de color blanco mate del archipiélago Tuamotú dispersos por el mar como aros de encajes. Le impresionó su apariencia de fragilidad: “Estas bajas islas de coral huecas no guardan ninguna proporción con el vasto océano del que surgen bruscamente -escribió- y parece extraordinario que estos débiles invasores no sean arrasados por las toda poderosas e incansables olas de ese gran mar que es mal llamado Pacífico”.

Darwin concibió la teoría de que los atolones marcaban los sitios de volcanes desaparecidos. Un nuevo volcan puede irrumpir a través del suelo marino y, en sucesivas erupciones, convertirse en una isla montañosa que se eleva sobre la superficie del mar. Cuando la lava deja de fluir y la actividqad se apaga, puede formarse en arrecife de coral vivo en las laderas del volcán, debajo del nivel del mar. Y aquí empieza la contribución de Darwin: luego, el volcan inactivo puede empezar a hubdirse, por la erosión o por el lento hundimiento del suelo oceánico. A medida que la vieja isla se sumerje, el coral vivo sigue formandose encima del coral muerto o moribundo que hay debajo. Con el tiempo, la isla original desaparece debajo de las olas, dejando detrás un anillo de coral. “Los corales constructores de arrecifes -escribió Darwin- han creado y conservado maravillosos monuntos de las oscilaciones subterráneas del nivel; vemos en cada bajnco de coral una prueba de que la tierra se ha hundido, y en cada atolón un monumento sobre una isla ahora, perdida.”

Retrato. Darwin sentó las bases de la moderna teoría evolutiva, al plantear el concepto de que todas las formas de vida se han desarrollado a través de un lento proceso de selección natural. Su trabajo tuvo una influencia decisiva sobre las diferentes disciplinas científicas, y sobre el pensamiento moderno en general.

El H.M.S. Beagle. El HMS Beagle se hizo a la mar en 1832 con el fin de cartografiar con mayor detalle las costas sudamericanas. Estaba al mando el capitán Robert Fitzroy y entre sus tripulantes figuraba el joven naturalista Charles Darwin. Durante el viaje del Beagle, que duró cinco años, Darwin sufrió mucho de mareo. Aunque disfrutó de dos largos periodos en tierra, pasó muchos días enfermo, tendido en su litera y alimentándose sólo de uvas.

Pero, sigamos con la teoría de Darwin de la formación del coral que nos cuenta Timoty Ferris, en su Aventura del Universo.

La Belleza de esta teoría, desde un punto de vista uniformista, residía en que el proceso debía ser gradual. El coral vivo requiere la luz solar; como señaló Darwin,  “no puede vivir a una profundidad mayor de veinte o treinta brazas”, o sea de 40 a 60 metros aproximadamente. Si las islas se hubiesen hundido rápidamente, como sostenía el catastrofísmo, el coral se habría sumergido en las profundidades oscuras del mar antes de que el nuevo coral hubiese tenido tiempo de crecer encima de él, y no hubiese formado ningún atolón.

Porción de un atolón del Pacífico, mostrando dos islotes en el anillo o arrecife coralino separados por un profundo paso entre el océano y la laguna. Un atolón es una isla coralina oceánica, por lo general con forma de anillo más o menos circular, o también se entiende como el conjunto de varias islas pequeñas que forman parte de un arrecife de coral, con una laguna interior que comunica con el mar. Los atolones se forman cuando un arrecife de coral crece alrededor de una isla volcánica, a medida que la isla se va hundiendo en el océano.

Animación que muestra el proceso dinámico de formación de un atolón coralino. Los corales (representados en púrpura) crecen alrededor de una isla volcánica oceánica, formando un arrecife anular. Cuando las condiciones son las adecuadas, el arrecife crece, y la isla interior se hunde. Finalmente la isla desaparece debajo del nivel del agua, dejando un anillo de coral con una laguna en su interior. Este proceso de formación de un atolón puede insumir unos 30.000.000 de años.

En otro orden de cosas, sería injusto dejar de decir aquí que Darwin estaba familiarizado también con las ideas evolucionistas del biólogo francés Jean-Baptiste Lamarck, quien sostenía que los caracteres adquiridos por los individuos mediante la experiencia se podían transmitir a su descendencia. En un mundo lamarkiano, los caballos que se hiciesen fuertes mediante las carreras legaban su rapidez a su cria, y las jirafas, al estirar su cuello para llegar a las hojas de los árboles, hacían que la siguiente generación de jirafas tuviesen los cuellos más largos. El lamarckismo estaba lleno de resonancias morales gratificantes para los victorianos, ya que implicaba que los padres que trabajaban duramente y evitaban el vicio tendrían hijosm genéticamente dispuestos a trabajar duro y llevar una vida sana.

Pero se derrumbaba en la cuestión e cómo habían surgido las nuevas especies, es decir, nos decía como obtener mejores caballos y jirafas pero, nos dejaba a ciegas en cuanto al origen de las especies, y por lo tanto dejaba sin respuesta la pregunta de por qué en el registro fósil se encuentran especies diferentes ede las que viven hoy.

Charles Darwin. La teoría de Darwin mantiene que los efectos ambientales conducen al éxito reproductivo diferencial en individuos y grupos de organismos. La selección natural tiende a promover la supervivencia de los más aptos. Esta teoría revolucionaria se publicó en 1859 en el famoso tratado El origen de las especies por medio de la selección natural.

La contribución de Darwin no fue argüir simplemente que la vida había evolucionado – ni siquiera le gustaba usar la palabra “evolución”-, sino también identificar el mecanismo evolutivo por el cual surgen nuevas especies. Por eso tituló su libro El origen de las especies.”

Su teoría tiene mucho más que explicar de lo poco que aquí se ha resumido que es sólo un detalle de la ingente obra del popular personaje. Sin embargo, en un lugar limitado como este para exponer cuestiones de todo índole científico, el objetivo es dejar una semblanza del tema que se esté tratando y, con esta pincelada que nos hace Ferris de Darwin, es más que suficiente para que nos hagamos una idea del personaje y del ingente trabajo que realizó.

La Historia se lo ha reconocido bien.

En otro avance significativo en la comprensión de la fotosíntesis, el grupo de Don Bryant, de Penn State, publicó en julio de 2007 el descubrimiento de un nuevo tipo bacteriano capaz de transformar la luz en energía química. Lo novedoso del descubrimiento radica en que la bacteria se aisló en las fuentes hidrotermales del Parque de Yellowstone,  en Estados Unidos. En Yellowstone habita la mayor diversidad conocida de bacterias termófilas de la Tierra, y por esta razón ha sido explorado en profundidad por microbiólogos desde los años 60 del pasado siglo, ya que muchos de estos microorganismos tienen importantes aplicaciones biotecnológicas y médicas. Sirva como ejemplo Thermus aquaticus, bacteria de la que se extrae su polimerasa, para conseguir un gran número de copias de un fragmento de ADN mediante la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), una técnica imprescindible en biología molecular.

La conocida ecuación básica que describe la reacción endotérmica por la cual se sintetiza una molécula de glucosa a partir de sus seis moléculas de CO₂ y H₂O, y 2’8 MJ de radiación solar, es una simplificadísima caja negra. Una caja negra más realista sería la siguiente:

106 CO₂ + 90 H₂O + 16 NO₃ + PO₄ + nutrientes minerales + 5’4 MJ de radiación

=

3’258 g de protoplasma (106 C, 180 H, 46 O, 16 N, 1 P y 815 g de cenizas minerales) + 154 O₂ + 5’35 MJ de calor disipado.

Sin macronutrientes ni micronutrientes no se puede producir fitomasa, que está compuesta por los nutrientes básicos necesarios para todos los seres heterótrofos: azúcares complejos, ácidos grasos y proteínas.

Aunque el cuerpo sólo requiere una pequeña cantidad de micronutrientes, estas importantes vitaminas y minerales juegan un papel crucial en la salud y el bienestar general. El consumo adecuado de micronutrientes es especialmente importante para los niños pequeños, ancianos y mujeres embarazadas.

Para entender esta caja negra hay que comenzar por destacar la acción de unos pigmentos sensibles a la luz entre los cuales destacan las clorofilas. Éstas absorben la luz en dos bandas estrechas, una entre 420 y 450 nm, y la otra entre 630 y 690 nm. Así, la energía necesaria para la fotosíntesis sólo procede de la radiación azul y roja a la que corresponde menos de la mitad de la energía total de la insolación. Esta parte de la radiación fotosintéticamente activa (RFA) no se utiliza en reducir CO₂, sino en la regeneración de compuestos consumidos durante la fijación del gas.

Bosque subtropical húmedo a muy húmedo y de clima cálido. Como características primarias de este ecosistema se puede señalar que tiene una fitomasa de 500 – 800 Tn./ha.  Una riqueza específica muy alta de 250 – 400 spp./ha. y una regeneración constante según ciclos de 40 a 100 años, características que determinan una productividad primaria muy importante aunque también una fragilidad ante los procesos de antropización.

La síntesis de fitomasa en el ciclo reductor del fosfato pentosa (RPP) – un proceso con varios pasos de carboxilación por catálisis enzimática, reducción y regeneración – tiene que empezar con la formación de trifosfato de adenosina (ATP) y nicotinamida adenina dinucleótido fosfato (NADP), que son los dos compuestos que suministran energía a todas las reacciones biosintéticas. La síntesis de las tres moléculas de ATP y las dos de NADP que se necesitan para reducir cada molécula de CO₂ requiere de diez cuantos de radiación solar con longitud de onda próxima al pico rojo de absorción de la clorofila (680 nm). El carbono procedente del CO₂, combinado con el hidrógeno del agua y con los micronutrientes, dará lugar a nueva fitomasa que contiene 465 KJ/mol.

La cantidad de energía de un cuanto de luz roja es de 2’92×10^-19 J (el producto de la constante de Planck, 6’62×10^-34 por la frecuencia de la luz, que a su vez es el cociente entre la velocidad de la luz y la longitud de onda).

Un einstein (definido como un mol o número de Avogadro, 6’02×10²³) de fotones rojos tiene una energía aproximadamente igual a 17 Kg. Suponiendo que la RFA es el 45% de la luz directa, la eficiencia global de la fotosíntesis es del 11%, que equivale a 456/(1.760/0’43). Esta eficiencia se reduce por lo menos en una décima parte más si tenemos en cuenta la reflexión de la luz en las hojas y la pérdida que supone atravesar la cubierta vegetal. Ninguna planta, sin embargo, se acerca siquiera a esta eficiencia teórica, porque parte de la luz absorbida por las clorofilas (generalmente, el 20 – 25 por ciento) vuelve a ser emitida en forma de calor, debido a que los pigmentos no pueden almacenar la luz y las reacciones enzimáticas no se producen con suficiente velocidad como para utilizar completamente el flujo de energía incidente. En la respiración se cede el carbono fijado en el metabolismo de la planta y en el mantenimiento de las estructuras que la soportan.

Pero no siempre sabemos hacer bien las cosas y, se ha demostrado que la introducción de algunas especies de plantas, por parte de acción humana, en un ecosistema diferente, pueden producir efectos ecológicos negativos. Se define entonces como especie invasiva a aquella que ha sido introducida en un ecosistema por la acción del hombre,  erradicando a otras y generando cambios en el terreno y en la vegetación, los cuales pueden ser perjudiciales si no se lleva un control, o si llevan a la destrucción de todas las especies nativas.

Para cada especie, la tasa con la que se pierde carbono está determinada principalmente por el tipo de fotosíntesis. Así, existen diferencias sustanciales entre las plantas C₃ y C₄. La respiración a escala de una comunidad o ecosistema depende del estado de crecimiento, y varía entre menos del 20 por ciento en plantas jóvenes en rápido crecimiento, hasta más del 90 por ciento en bosques maduros.

Con una pérdida del 25 por ciento para la reacción, y otro tanto para la respiración, la eficiencia fotosintética es ligeramente superior al 5 por ciento. En este punto, las estimaciones teóricas y los valores reales coinciden, ya que el valor medio de fotosíntesis neta en plantas muy productivas y en condiciones óptimas y durante cortos periodos de tiempo, oscila entre el 4 y el 5 por ciento. La mayoría de las plantas rinden en función de los nutrientes, especialmente nitrógeno y agua, o por las bajas temperaturas en las regiones de mayor altura y latitud. Los mejores rendimientos en sistemas naturales muy productivos, como los humedales y los cultivos, están entre el 2 y el 3 por ciento. En otros ecosistemas, como los pantanos tropicales templados y los bosques templados, el rendimiento de la transformación es del 1’5 por ciento, y en las praderas muy áridas sólo del 0’1 por ciento. Globalmente, la producción anual es, al menos, de 100.000 millones de toneladas de fitomasa, que se sintetizan con un rendimiento medio del 0’6 por ciento.

La fotosíntesis en los océanos, muy afectada por la escasez de nutrientes, es incluso menos eficiente. La productividad media es de poco más de 3 MJ/m² y se realiza con un rendimiento fotosintético del 0’06 por ciento. La media ponderada total es 0’2 por ciento, es decir, que sólo uno de cada 500 cuantos de energía solar que llega a la superficie de la Tierra se transforma en energía de biomasa en forma de tejido vegetal.

La mayor parte de esta energía se almacena en forma de azúcares simples, que contienen más energía, y que sólo se encuentran en las semillas.

La mayor parte de la fitomasa está en los bosques. En los océanos, los principales productores son los organismos que componen el fitoplancton, que son muy pequeños y flotan libres. Su tamaño varía entre algo menos de 2 y 200 μm de diámetro y están formados por cantidades variables de bacterias y protoctistas eucarióticos. Las cianobacterias cocoides son tan abundantes en algunas aguas oligotrópicas que pueden ser las responsables de la mayor parte de la producción de fitoplancton.

Los protoctistas fotosintetizadores varían entre los más pequeños flagelados pigmentados (como las criptomonas y crisofitos), hasta las diatomeas y dinoflagelados, que son mayores (más de 10 mm) y generalmente dominantes. Las diatomeas están formadas por células sin flagelos, con paredes de silicio amorfo mezclados con otros compuestos orgánicos. Presentan una sorprendente y amplia variedad de diseño, desde las que tienen simetría central (las de forma radial son las dominantes en el océano), a las pennadas (simetría lateral), y otras forman largas cadenas.

La productividad de fitoplancton está controlada por la temperatura del agua y por la disponibilidad de radiación solar y nutrientes. La temperatura no es determinante, porque muchas especies son muy adaptables y consiguen una productividad similar en distintos ambientes. Aunque es frecuente la adaptación a diferentes condiciones lumínicas, tanto el volumen como en contenido en clorofila de las diatomeas aumenta con la intensidad de la luz. En el mar abierto, la mayor limitación es la cantidad de nutrientes disponibles.

Entre las carencias que más limitan la producción de fitoplancton está la de nitrógeno, el macronutriniente más importante, la de fósforo, y la de algunos otros micronutrientes clave como el hierro y el silicio.

Los medios menos productivos de la Tierra están en la capa superficial y la capa inmediatamente inferior de los océanos. En el mar abierto, las concentraciones más altas de nutrientes se encuentran entre los 500 y los 1.000 metros, a bastante más profundidad que la zona eufórica, capa en la que penetra la luz solar y que se extiende a unos 100 metros en las aguas transparentes.

Fitoplancton en el Golfo de California

El pequeñísimo tamaño de los productores dominantes es una adaptación eficaz a la escasez de nutrientes, ya que cuanto mayor sea el cociente entre la superficie y el volumen, y más lento el hundimiento de las células de fitoplancton en la capa eufórica, mayor es la tasa de absorción de nutrientes.

Cuando las corrientes elevan a la superficie las aguas frías y cargadas de nutrientes, la producción de fitoplancton aumenta sustancialmente. Las aguas costeras de Perú, California, noroeste y sudoeste de África, y de la India occidental son ejemplos destacados de ascensión costera de aguas frías. También se dan casos de ascensión mar adentro en la mitad del Pacífico, cerca del ecuador y en las aguas que rodean la Antártida. Otras zonas altamente productivas se encuentran en las aguas poco profundas cercanas a la costa que están enriquecidas por el aporte continental de nutrientes. Este enriquecimiento, con una proporción N/P muy descompensada, es especialmente elevados en los estuarios adonde van a parar grandes cantidades de aguas residuales y fertilizantes.

Viajar por todos los océanos, que con una extensión de 361 millones de kilómetros cuadrados y una profundidad media de 3.730 metros, cubren el 71% de la superficie del planeta.

Conocer la biodiversidad marina y los ecosistemas más representativos de los mares y océanos.

Descubrir los peligros a los que se encuentran expuestos los ecosistemas acuáticos a causa de nuestras actividades e ignorancia, para sensibilizarse sobre la necesidad de conservar la vida, los hábitats naturales y la biodiversidad de nuestro planeta.

Las diferentes medidas de la productividad en las aguas oligotróficas de los mares subtropicales y de las aguas eutróficas con corrientes ascensionales, varían entre menos de 50 gC/m² y 1 gC/m², más de un orden de magnitud. Las estimaciones de la producción global de fitoplancton están comprendidas entre 80.000 y 100.000 millones de toneladas, que representan entre dos tercios y cuatro quintos de la fitomasa total terrestre. Contrasta con el resultado anterior el hecho de que, dado el corto periodo de vida del fitoplancton (1 – 5 días), la fitomasa marina represente sólo una pequeña fracción de todo el almacenamiento terrestre.

La distribución espacial del fitoplancton muestra zonas delimitadas que se extienden a escala local y global. La exploración desde los satélites es, con gran diferencia, la que permite detectar con mayor precisión las concentraciones de clorofila y la que ha posibilitado obtener las pautas de la distribución de fitoplancton. En las aguas que rodean la Antártida se observa claramente una distribución asimétrica en dos bandas casi concéntricas. La mejor distribución se explica por el hecho de que se deba a corrientes circumpolares y a la abundancia de ácido silicílico. Pero las zonas de mayor riqueza de fitoplancton se encuentran cerca de los continentes donde los ríos arrastran abundantes nutrientes disueltos.

El fitoplancton es la base energética de las intrincadas pirámides tróficas. Las cadenas alimenticias en el océano, generalmente, son redes complicadas. Una gran parte de la fitomasa disponible no la consumen directamente los herbívoros, sino que primero se almacena en depósitos de materia muerta que, transformada por bacterias, se convertirá en alimento para otros seres heterótrofos.

La gran producción de fitoplancton puede alimentar grandes cantidades de zoomasa. El kril, pequeños crustáceos parecidos a las quisquillas que se alimentan de diatomeas, son los organismos más abundantes en la superficie del mar; sus densas acumulaciones pueden contener hasta mil millones de individuos y su producción anual de zoomasa quizá llegue hasta los 1.300 millones de toneladas. Esta prodigiosa cantidad de zoomasa sirve de alimento a focas, calamares y peces, así como a los mayores carnívoros de la biosfera, las especies de ballenas con barbas que se alimentan filtrando el agua.

emilio silvera

Nuestra mente que está en contacto directo con el Universo del que forma parte, desarrolla funciones de inexplicable consecuencias, como por ejemplo la meditación, la comprensión, los pensamientos, y, en definitiva, podríamos decir que es el motor que nos mueve y hace posible nuestro desarrollo y evolución.

La Naturaleza de la mente es el misterio más profundo de la humanidad., se trata, además de un enigma de proporciones gigantescas, que se remonta a milenios atrás, y que se extiende desde el centro del cerebro hasta los confines del Universo. Es un secreto que provocó vértigo y depresión en alguna de las mentes más preclaras de algunos de los filósofos y pensadores más grandes que en el mundo han sido. Sin embargo, este amplio vacío de ignorancia está, ahora, atravesado, por varios rayos de conocimiento que nos ayudará a comprender cómo se regula la energía mental.

Aunque puede que no sepamos que es la mente, sabemos algunas cosas sobre el cerebro. Está formado por una red, una increíble maraña de “cables” eléctricos que serpentean a través de una gran cantidad de “sustancias” neuroquímicas. Existen quizás cien mil millones de neuronas en el cerebro humano, tantas como estrellas hay en la Vía Láctea, y, cada una de ellas recibe datos eléctricos de alrededor de mil neuronas, además de estar en contacto y en comunicación con unas cien mil neuronas más.

El suministro de datos que llega en forma de multitud de mensajes procede de los sentidos, que detectan el entorno interno y externo, y luego envía el resultado a los músculos para dirigir lo que hacemos y decimos. Así pues, el cerebro es como un enorme ordenador que realiza una serie de tareas basadas en la información que le llega de los sentidos. Pero, a diferencia de un ordenador, la cantidad de material que entra y sale parece poca cosa en comparación con la actividad interna. Seguimos pensando, sintiendo y procesando información incluso cuando cerramos los ojos y descansamos.

La unidad a partir de la cual se configuran todas las fabulosas actividades del cerebro es una célula del mismo, la neurona. Las neuronas son unas células fantásticamente ramificadas y extendidas, pero diminutas.

Camilo Golgi y Santiago Ramón y Cajal

La hipótesis neuronal de las células anatómicamente separadas se estableció cuando Santiago Ramón y Cajal (1852-1934) modificó el método cromoargéntico de Golgi y lo utilizó en una serie magistral de experimentos. Aunque Golgi y Ramón y Cajal compartieron el premio Nobel en 1906, siguieron siendo rivales encarnizados hasta el final.

Si todas las neuronas del cerebro, los cien mil millones, están anatómicamente separadas unas de otras, ¿cómo podían los mensajes eléctricos que pasaban a través de cada una de ellas saltar de una neurona a la siguiente?. La respuesta es que no saltan sino que hacen otra cosa, y esto tiene una importancia fundamental en relación con el modo en que funciona el cerebro.

Otto Loewi

El descubrimiento fue realizado por Otto Loewi, cuando trabajaba en Australia durante la década de 1920. Lowell estaba trabajando con la transmisión neuronal del cerebro al corazón a través del nervio vago. Aisló el corazón de una rana con el nervio vago intacto, y demostró que la estimulación del nervio hacía que los latidos del corazón fueran más lentos. Pero él quería saber cómo se transmitía al corazón el mensaje eléctrico que transporta el nervio vago. ¿Se trataba de una conexión eléctrica o química, o de alguna otra cosa diferente? La clave estaba en una solución química que bañaba el corazón después de la estimulación del nervio vago que como consecuencia segregaba esta sustancia química que hacía de intermediaria en la transmisión del mensaje desde una célula a la siguiente.

Por lo tanto, los impulsos eléctricos nerviosos pasan a los extremos de las neuronas, donde la llegada del impulso hace que la terminación nerviosa libere una sustancia química (un neurotransmisor), que cruza el estrecho espacio que hay entre dos neuronas (la sinapsis), y entonces la sustancia química actúa sobre la segunda neurona para modificar su capacidad de emitir , a su vez, impulsos nerviosos. Cada neurona liberará sólo un tipo de neurotransmisor (habitualmente), pero lo liberará hacia muchas neuronas diferentes.

Cada uno de estos lugares de encuentro, en el que se conectan dos neuronas, es conocido con el nombre científico de Sinápsis, (descubierta por el fisiólogo de Oxford Sir Charles Sherrington, a principios del siglo XX).

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Todo lo que representas como persona: tus recuerdos, tus anhelos, tus miedos, tus valores, tus conocimientos, tus capacidades, están esculpidos en una inmensa telaraña formada por la asombrosa cantidad de 100.000 millones de células cerebrales, denominadas neuronas. A su vez, cada una de ellas tiene la capacidad de conectarse con hasta otras 10.000 de sus compañeras, construyendo un total de 1.000 billones de posibles conexiones neurales.

Existen dos neurotransmisores principales en el cerebro: el glutamato y el GABA. El glutamato actúa sobre la segunda neurona para aumentar la probabilidad de que emita un impulso nervioso (por lo que es un transmisor excitante), mientras que el GABA actúa para disminuir la probabilidad de que lo emita (luego es un transmisor inhibidor).

No obstante, una neurona no recibe una sola entrada desde una sinapsis neuronal individual, sino que recibe muchos miles. Decenas de miles de sinapsis desde miles de neuronas diferentes cubren la superficie ramificada de una sola neurona. Omito explicar aquí (podría ser tedioso para del lector) todos los mecanismos de los transmisores entre sinapsis y las ramas de salida (los axones) por las que se desplazan las señales eléctricas como ondas.

Symposium Mundial de Redes Neuronales (I.A.)

Una neurona, o una red de neuronas, puede así recoger información de muchas fuentes, incluídos los sentidos, la memoria y las emociones, para controlar la señal que ella misma va a emitir y que finalmente puede ocasionar una contracción o una relajación muscular.

el glutamato induce la apertura del canal iónico y el ingreso de iones Ca++ al interior de la neurona

El glutamato es el principal neurotransmisor del cerebro, pero paradójicamente es tambnién una toxina poderosa para las células del sistema nervioso. Cuando los niveles de glutamato son bajos, actúan como una señal entre neuronas, pero si son excesivos las sobreexcitan y las matan.. Esta acción “excitotóxica” del glutamato parece ser la causa de muerte neuronal durante las apoplejías y en las enfermedades neurodegenerativas, tales como la de Alzheimer, la de Parkison, y la esclerosis múltiples.

El glutamato es uno de los aditivos más frecuentes en los alimentos, presentándose en forma de sal como glutamato monosódico (GMS). Actúa reforzando el sabor y es omnipresente en la cocina china: la salsa de soja es especialmente rica en glutamato. Afortunadamente, el glutamato que está en el instestino y en la sangre apenas penetra en el cerebro, porque la barrera “sangre-cerebro” impide que glutamato cruce desde la sangre al cerebro.

No obstante, en medicina existe un trastorno conocido como “síndrome del restaurante chino” –donde nunca he comido, ni comeré- que puede aparecer por comer demasiados alimentos saturados de glutamano y que consiste en unos niveles de glutamano tan elevados en la sangre que no puede impedir que entre en el cerebro y cause la muerte neuronal. Claro que, otras fuentes nos dicen que el GABA, actúa como calmante y de alguna manera, contrarresta el mal. De hecho, los barbitúricos, el principio activo de las píldoras para dormir que toman algunos enfermos depresivos y las benzodiacepinas, como el Librium o el Valium, que reduce la ansiadad, actúan, por ejemplo, reforzando la acción del GABA en su receptor neuronal.

¡Nos queda tanto por aprender!

Obtenido de diversas fuentes por emilio silvera

Se ha podido comprobar, según las últimas 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.

mitocondrias Imagenes

Mitocondrias: Un parasito del hombre con una mitocondria muy aprovechada.

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.

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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, tendría mucho que decir de los endosinbiontes.

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.

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.

Microorganismos que están en nosotros

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.

DEntro de nosotros existe un universo desconocido

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.

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!

Toda la materia, incluso aquella de los organismos más complejos, está constituida por combinaciones de elementos.

En la Tierra, existen 92 elementos naturales. Muchos son muy conocidos, como el carbono, que se encuentra en forma pura en el diamante y en el grafito; el oxígeno, abundante en el aire que respiramos; el calcio, que utilizan muchos organismos para construir conchas, cáscaras de huevo, huesos y dientes, y el hierro, que es el metal responsable del color rojo de nuestra sangre.

En la tabla periódica de los elementos el número de ellos llega hasta 111 y en algunas hasta 118, debido a que se han agregado aquellos elementos que se producen de manera artifiical.

La partícula más pequeña de un elemento es el átomo. Los átomos, a su vez, están constituidos por partículas más pequeñas: protones, neutrones y electrones.

En la actualidad, los físicos explican la estructura del átomo por medio del modelo orbital. Los átomos son las piezas fundamentales de toda la materia viva y no viva. Aun así, son muy pequeños y constituyen un espacio eminentemente vacío. Los electrones se mueven alrededor del núcleo a una gran velocidad —una fracción de la velocidad de la luz— siendo la distancia entre el electrón y el núcleo, en promedio, unas mil veces el diámetro del núcleo.

Las reacciones químicas involucran el intercambio de electrones entre los átomos y pueden representarse con ecuaciones químicas. Tres tipos generales de reacciones químicas son:

a. la combinación de dos o más sustancias para formar una sustancia diferente, b. la disociación de una sustancia en dos o más, y c. el intercambio de átomos entre dos o más sustancias.

Las sustancias formadas por átomos de dos o más elementos diferentes, en proporciones definidas y constantes, se conocen como compuestos químicos.

Los seres vivos están constituidos por los mismos componentes químicos y físicos que las cosas sin vida, y obedecen a las mismas leyes físicas y químicas.

Seis elementos (C, H, N, O, P y S) constituyen el 99 por ciento de toda la materia viva, sin ser los elementos más abundantes en el planeta. Los átomos de estos elementos son pequeños y forman enlaces covalentes estables y fuertes. Con excepción del hidrógeno, todos pueden formar enlaces covalentes con dos o más átomos, dando lugar a las moléculas complejas que caracterizan a los sistemas vivos.

El uno por ciento restante de lo que constituye la materia viva se reparte en los llamados elementos traza, que se encuentran en pequeñísimas cantidades.

Representación esquemática de la composición elemental del cuerpo humano (porcentaje del peso corporal).

Enlaces y moléculas

Cuando los átomos entran en interacción mutua, de modo que se completan sus niveles energéticos exteriores, se forman partículas nuevas más grandes. Estas partículas constituidas por dos o más átomos se conocen como moléculas y las fuerzas que las mantienen unidas se conocen como enlaces.

Hay dos tipos principales de enlaces: iónico y covalente.

Los enlaces iónicos se forman por la atracción mutua de partículas de carga eléctrica opuesta; esas partículas, formadas cuando un electrón salta de un átomo a otro, se conocen como iones. Para muchos átomos, la manera más simple de completar el nivel energético exterior consiste en ganar o bien perder uno o dos electrones. Este es el caso de la interacción del sodio con el cloro que forma cloruro de sodio a través de un enlace iónico. Estos enlaces pueden ser bastante fuertes pero muchas sustancias iónicas se separan fácilmente en agua, produciendo iones libres.

Toda materia es una combinación de elementos.

La capacidad de los átomos de carbono para formar enlaces covalentes es de extraordinaria importancia en los sistemas vivos. Un átomo de carbono tiene cuatro electrones en su nivel energético exterior. Puede compartir cada uno de estos electrones con otro átomo, formando enlaces covalentes hasta con cuatro átomos.

Los enlaces covalentes formados por un átomo de carbono pueden hacerse con cuatro átomos diferentes (los más frecuentes son hidrógeno, oxígeno y nitrógeno) o con otros átomos de carbono.

Elementos biológicamente importantes

Los elementos son, por definición, sustancias que no pueden ser desintegradas en otras sustancias por medios químicos ordinarios. Como ya dijimos, de todos los elementos naturales de la Tierra, sólo seis constituyen aproximadamente el 99 por ciento de todos los tejidos vivos. Estos seis elementos son el carbono, el hidrógeno, el nitrógeno, el oxígeno, el fósforo y el azufre, a los cuales se los conoce con la sigla CHNOPS.

¿Por qué, cuando la vida se organizó y evolucionó, fueron estos elementos tan importantes?

Una de las razones más convincentes es que estos elementos, por la estructura de su última capa de electrones, tienden a compartirlos entre ellos, es decir establecen enlaces unos con otros. Además, son elementos relativamente pequeños, de modo que los electrones compartidos quedan bastante cerca de los núcleos y esto los hace formar compuestos o moléculas muy estables. Aunque no se puede ignorar que dado su reducido tamaño, es más probable encontrarles en la superficie del planeta, lugar donde se origina la vida.

Más aun, con excepción del hidrógeno, los átomos de todos estos elementos pueden formar enlaces con dos o más átomos, haciendo posible la constitución de las moléculas grandes y complejas esenciales para las estructuras y funciones de los sistemas vivos.

Ver: Biomoléculas

Niveles de organización biológica

Escherichia coli, combinación de átomos en una bacteria.

Uno de los principios fundamentales de la biología es que los seres vivos obedecen a las leyes de la física y la química. Los organismos están constituidos por los mismos componentes químicos —átomos y moléculas— que las cosas inanimadas.

Esto no significa, sin embargo, que los organismos sean “solamente” los átomos y moléculas de los cuales están compuestos; hay diferencias reconocibles entre los sistemas vivos y los no vivos.

En cualquier organismo, como la bacteria Escherichia coli, los átomos que lo constituyen se combinan entre sí de forma muy específica. Gran parte del hidrógeno y del oxígeno está presente en forma de agua, lo cual da cuenta de la mayor parte del peso de la E. coli.

Además del agua, cada bacteria contiene aproximadamente 5.000 clases de macromoléculas diferentes. Algunas de ellas desempeñan funciones estructurales, otras regulan la función celular y casi 1.000 están relacionadas con la información genética. Algunas de las macromoléculas actúan recíprocamente con el agua para formar una película delicada y flexible, una membrana, que encierra a todos los otros átomos y moléculas que componen la E. coli. Así encerrados, constituyen, notablemente, una célula, una entidad viva.

La E. coli es uno de los organismos microscópicos más conocidos. Su residencia preferida es el tracto intestinal del ser humano, donde vive en íntima asociación con las células que forman el tapiz de ese tracto. Estas células humanas se asemejan a la E. coli en muchos aspectos importantes: contienen aproximadamente la misma proporción de las mismas seis clases de átomos y, como en la E. coli, estos átomos están organizados en macromoléculas.

Sin embargo, las células humanas también son muy distintas de la E. coli. Por un lado, son de tamaño mucho mayor; por otro, mucho más complejas. Lo más importante es que no son entidades independientes como las células de E. coli, pues cada una forma parte de un organismo pluricelular. En éstos, las células individuales están especializadas en cumplir funciones particulares, que ayudan a la función del organismo en conjunto.

Las E. coli y otras células con las que interactúan ilustran lo que conocemos como niveles de organización biológica.

En efecto, en los seres vivos la materia se ordena en los llamados niveles de organización biológica. En cada nivel, la interacción entre sus componentes determina las propiedades de ese nivel. Así, desde el primer nivel de organización con el cual los biólogos habitualmente se relacionan, el nivel subatómico, hasta el nivel de la biosfera, se producen interacciones permanentes.

Durante un largo espacio de tiempo estas interacciones dieron lugar al cambio evolutivo. En una escala de tiempo más corta, estas interacciones determinan la organización de la materia viva.

Gráfico que representa la aparición de distintos niveles de complejidad.

A medida que la vida fue evolucionando, aparecieron formas de organización más complejas. Sin embargo, los niveles más simples de organización persistieron en especies que también fueron evolucionando, muchas de las cuales sobrevivieron hasta la actualidad.

La formas de vida con niveles de organización tisular, de órganos y de sistemas aparecen en el registro fósil en el mismo período geológico. En el diagrama anterior no se representan los numerosos tipos de organismos que se extinguieron a lo largo de la historia de la vida.

Clasificación de las moléculas que se encuentran en los sistemas vivos.

En el cuerpo encontramos diferentes clases de moléculas. Entre ella, los minerales constituyen la clase de sustancias inorgánicas que en su mayoría existen en forma de iones, tales como Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, y Cl-. Las funciones de estos minerales en el cuerpo comprenden desde la formación de la sustancia cristalina de los huesos, hasta la generación de corrientes eléctricas en los nervios y células musculares; la mayoría de estas funciones depende del hecho de ser estos iones partículas relativamente pequeñas y de una gran carga eléctrica.

Composición molecular del cuerpo

El agua y los elementos minerales constituyen los componentes inorgánicos del cuerpo; las otras categorías, proteínas, lípidos, carbohidratos, productos intermedios, y ácidos nucleicos, constituyen las moléculas orgánicas.

De manera muy breve analizaremos aquí cada una de estas categorías moleculares.

Proteínas

Las mejores proteínas animales son el pescado, la leche, el pollo (sin piel) y las claras de huevo.

El término proteína se deriva del griego proteios, que quiere decir de primer orden o de primera categoría, y el cual describe en forma muy precisa la importancia de estos compuestos.

Las proteínas constituyen el diecisiete por ciento del peso corporal, y aproximadamente el cincuenta por ciento de las materias orgánicas corporales. No existe otra clase de moléculas que posea tantas funciones importantes en los organismos vivos.

Las proteínas participan tanto en las funciones estáticas como en las dinámicas de un organismo. Son las unidades estructurales básicas de la arquitectura celular que dan a las células y organelos su forma y aspecto. Las moléculas proteicas son como cordeles que unen el organismo y le imparten unidad estructural.

El tejido conjuntivo del organismo, que forma una matriz estructural en todos los tejidos, y comprende estructuras especializadas tales como la piel, el pelo, los ligamentos que conforman las articulaciones entre los huesos, y los tendones que unen los músculos a los huesos, está compuesto primordialmente de moléculas proteicas.

El papel estructural estático de las proteínas constituye solamente una de sus funciones en el cuerpo. Las proteínas catalizan la mayoría de las reacciones químicas del organismo, las cuales comprenden tanto los procesos de síntesis como los de degradación de las moléculas orgánicas.

La capacidad del organismo para regular sus procesos químicos y derivar de éstos energía depende de la naturaleza de las moléculas proteicas que facilitan estas reacciones.

La capacidad contráctil del músculo depende de la presencia de proteínas contráctiles específicas dentro de estas células. Muchos de los mensajeros químicos del organismo, hormonas tales como la insulina, son de naturaleza proteica. Muchas enfermedades resultan de la presencia de proteínas extrañas que penetran en el organismo como componentes de las bacterias o de los virus, los cuales a su vez son combatidos por proteínas específicas que conocemos como anticuerpos. El color rojo de la sangre es producido por una proteína, la hemoglobina, que posee la función de llevar oxígeno de los pulmones a los tejidos. Esta enumeración parcial da apenas una idea de la enorme variedad de funciones que tienen a su cargo las proteínas.

Lípidos

Del griego lipos que significa grasa, un lípido se define como una molécula relativamente insoluble en el agua, pero soluble en solventes orgánicos tales como la acetona, el cloroformo, el éter o el benceno.

Lípidos: grasas e hidrocarburos.

Los miembros de esta categoría química poseen propiedades físicas comunes, más bien que estructuras moleculares similares. Las grasas pertenecen a esta clase, y los términos grasa y lípido se intercambian a menudo ya que la mayoría de los lípidos del cuerpo son grasas.

En rigor, sin embargo, las grasas constituyen sólo una de las varias subclases de moléculas que conforman los lípidos.

Los lípidos están compuestos ampliamente de hidrógeno y carbono. Los lípidos más simples son los hidrocarburos.

Los aceites y la gasolina son mezclas de hidrocarburos; las cadenas largas de hidrocarburos conforman los aceites más viscosos, y las cadenas cortas se encuentran en la gasolina que es más volátil. (La vida vegetal prehistórica que ha permanecido enterrada por millones de años, es la fuente de aceite crudo, del cual se refinan los productos derivados del petróleo. Estos hidrocarburos se derivan de toda clase de moléculas biológicas orgánicas, pero sólo unos cuantos hidrocarburos más sencillos se encuentran en los organismos vivos.)

Los lípidos que se encuentran en el organismo pueden dividirse en tres subclases, en función de sus estructuras químicas: lasgrasas neutras, los fosfolípidos y los esteroides. Las tres subclases poseen la propiedad común de que sus moléculas son relativamente insolubles porque no se disuelven en el agua pero sí en solventes orgánicos. Tomados en conjunto, los lípidos constituyen el  quince por ciento del peso corporal total, y aproximadamente el cuarenta por ciento de la mate­ria orgánica del cuerpo.

Carbohidratos o glúcidos

Aunque sólo constituyen el uno por ciento del peso corporal total, los carbohidratos desempeñan un papel central en los procesos químicos del cuerpo. Es la degradación química de las moléculas de los carbohidratos en bióxido de carbono y agua la que suministra la energía química que utilizan las células.

Carbohidratos, importante fuente de energía.

Aunque los carbohidratos no constituyen la única fuente de energía, ellos permanecen como la fuente más inmediatamente disponible de energía química, y muchas células los utilizan prefiriéndolos a otros tipos de moléculas. Algunos tejidos, como los del cerebro, cuentan con los carbohidratos como única fuente de energía.

El término carbohidrato se deriva de la fórmula general para la mayoría de estas moléculas, C_n (H₂O)_n, donde n es cualquier número entero. Como lo indica la fórmula, para cada átomo de carbono de la molécula existe el equivalente de una molécula de agua. Por consiguiente, los carbohidratos son cadenas de carbono hidratadas (que contienen agua).

Los carbohidratos más simples son los azúcares, y el azúcar más importante del cuerpo es la glucosa, llamada comúnmente azúcar sanguíneo. La mayoría de los azúcares del cuerpo posee cinco o seis átomos de carbono.

Mediante el enlace de cierto número de azúcares, pueden formarse moléculas mayores de carbohidratos, en la misma forma en que se unen los aminoácidos para formar proteínas. El azúcar de cocina, sucrosa o sacarosa, está compuesto de dos azúcares, glucosa y fructosa, unidos me­diante un enlace químico que se forma al quitarles a estos dos azúcares una molécula de agua. Una molécula que contiene dos azúcares lleva el nombre de disacárido (del griego saccaron, azúcar). Cuando están enlazados muchos azúcares, la molécula formada se denomina polisacárido.

Los polisacáridos más importantes en los organismos vivos son el almidón, el glicógeno, y la celulosa, los cuales se componen de millares de unidades repetidas del monosacárido glucosa.

Intermediarios

Metabolismo celular: funciones específicas de las moléculas.

Dentro de una célula, las moléculas de carbohidrato, lípido y proteína están sujetas continuamente a reacciones químicas que degradan estas estructuras en unidades moleculares más pequeñas, de las cuales se forman simultáneamente nuevas moléculas. Estas reacciones químicas que se efectúan en el interior de la célula se denominan, en forma colectiva,metabolismo (del griego, cambio).

En el metabolismo celular (no confundir con el metabolismo basal) se sintetizan moléculas especiales que realizan funciones específicas en el interior de las células mientras otras moléculas se degradan a fin de liberar la energía potencial almacenada en sus enlaces químicos.

Los carbohidratos, lípidos y proteínas se encuentran igualmente en uno u otro extremo de la cadena de las reacciones químicas. Los intermediariosrepresentan los muchos tipos de moléculas que se forman durante la síntesis y degradación de las moléculas del cuerpo.

Como intermediarias entre las materias primas y los productos terminados del cuerpo, tales moléculas no tienen a menudo, en la célula, función distinta de la de servir de enlace en la cadena de reacciones químicas que conduce al producto final. Los intermediarios no poseen propiedades químicas o físicas en común, ya que comprenden todas las estructuras moleculares intermedias derivadas de los carbohidratos, lípidos y proteínas.

Ácidos nucleicos

Aunque, dentro de su clase, los ácidos nucleicos contribuyen muy poco al peso del organismo, constituyen, sin embargo, las moléculas mayores y más especializadas del cuerpo. Son los ácidos nucleicos los que determinan si un individuo ha de ser hombre o ratón, o si una célula ha de ser muscular o hepática. Estas son las moléculas que contienen la información genética que suministra los planos para la construcción de un organismo.

Los ácidos nucleicos son de dos tipos: ácido desoxirribo­nucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN). La molécula del ADN posee la información genética primaria codificada dentro de su estructura molecular; las moléculas del ARN funcionan principalmente en la trascripción de la información contenida en la molécula del ADN en una forma que pueda ser utilizada por la célula para construir estructuras específicas que desempeñen funciones igualmente especificas.

Fuentes Internet:

http://iescarin.educa.aragon.es/depart/biogeo/varios/BiologiaCurtis/Seccion%201/1%20-%20Capitulo%201.htm

http://mazinger.sisib.uchile.cl/repositorio/ap/ciencias_quimicas_y_farmaceuticas/apfis/cap01.html

Ver video explicativo en:

biologiadelacelula.wordpress.com/…/

Es propiedad: www.profesorenlinea.cl

La biología (biotecnología), nanotecnología e infotecnología tienen y tendrán un protagonismo importante en los últimos progresos y adelantos alcanzados. En pocos años, la innovación tecnológica puede hacer posible hasta una segunda revolución industrial con la construcción de nanomáquinas. Las presentamos las novedades científicas más importantes a nuestros usuarios, desde la mecatrónica a las redes de sensores:

1. Redes de sensores sin cables (Wireless Sensor Networks)
2. Ingeniería inyectable de tejidos (Injectable Tissue Engineering)
3. Nano-células solares (Nano Solar Cells)
4. Mecatrónica (Mechatronics)
5. Sistemas informáticos Grid (Grid Computing)
6. Imágenes moleculares (Molecular Imaging)
7. Litografía Nano-impresión (Nanoimprint Lithography)
8. Software fiable (Software Assurance)
9. Glucomicas (Glycomics)
10. Criptografía Quantum (Quantum Cryptography)

Ultimas Noticias del MIT (Avances Tecnológicos)

La humanidad está dando pasos de gigantes en relación con otras épocas pasadas. Clonación, nanotecnología, biotecnología absorben astronómicos presupuestos con retos que se resuelven en invenciones que rozan algunas aportaciones de la ciencia ficción.

Hasta la Quimica, la Medicina -nanomedicina- y los físicos tendrán que administrar nuevas invenciones que, pese a decisivos avances científicos y tecnológicos, pueden poner en peligro a la humanidad.

Michael Crichton en su libro “Presa” nos señala los peligros para la sociedad de la nanociencia a través de un experimento donde la computación, nuevos artefactos y las nanomáquinas desempeñan un papel decisivo. Las ventajas y desventajas de los nuevos inventos e innovaciones tecnológicas deberán evaluarse cuidadosamente antes de que algún paso fatal en nuestra historia sea irreversible. Pero aparte de leer a Crichton y sus ciencia ficción, le invitamos a tomarse muy en serio la nanotecnología.

El término “biónico” tuvo una vez un significado puramente científico. Ahora, gracias a series de televisión como El hombre de los seis millones de dólares, lo primero que nos viene a la mente cuando lo oímos son imágenes de alguien saltando de un edificio a otro, levantando coches y realizando otras proezas con una fuerza sobrehumana. Y las asociamos a frases como: “Podemos reconstruirlo; disponemos de la tecnología. … Está mejor que antes. Mejor. Más fuerte. Más rápido”. Es como tratar de escuchar La obertura de Guillermo Tell de Rossini sin pensar en el Llanero Solitario.
Aunque es muy poco probable que la biónica nos proporcione alguna vez poderes sobrehumanos, sí es verdad que en los últimos 30 años se ha avanzado de forma espectacular en el campo de la tecnología protésica. Lo que una vez parecía ciencia ficción se está haciendo realidad rápidamente. Aunque las prótesis de tecnología más avanzada son sólo una réplica de las extremidades reales, la emocionante fusión entre la biónica y la protésica promete la aparición de tecnologías que mejorarán en gran medida la movilidad, el rendimiento energético y el modo de andar.

Sensores y sensibilidad: mejores prótesis gracias al avance de la inteligencia artificial

Dicen los expertos que la clave de la protésica del futuro radica en el perfeccionamiento de la inteligencia artificial (AI, por sus siglas en inglés). La integración de la tecnología informática en los diseños de prótesis no es un concepto nuevo. La inteligencia artificial ya se utiliza en rodillas de fácil ajuste; fabricantes como Otto Bock, Seattle Systems y Endolite han realizado progresos en esta área. Las manos artificiales se fabrican ahora con sensores en las yemas de los dedos para controlar la fuerza de agarre.

Existen otras muchas posibles aplicaciones. Por ejemplo, se está realizando una investigación sobre sensores insertados en los forros para encajes, que unen la prótesis a la extremidad residual, que se adaptan automáticamente a la fluctuación del volumen corporal. Los encajes de fácil ajuste podrían hacer que la prótesis fuese más cómoda y prevenir llagas, cardenales y otras complicaciones. Una tecnología de sensores parecida a ésta también podría conseguir que los pies artificiales se tensaran y relajaran para adaptarse a la variación de la resistencia y la velocidad, y así hacer posible el uso de una misma prótesis para realizar varias actividades.

El mayor obstáculo aún por superar es reproducir la complejidad de todos los movimientos de una extremidad con el uso de la tecnología actual. Aunque se ha progresado mucho, hay varios factores relacionados entre sí que todavía tienen que solucionarse, como la fuerza, la velocidad de reacción, la amplitud de movimiento, el peso y la durabilidad. El principal objetivo a la hora de resolver estos problemas es la integración total de mente, cuerpo y máquina.

El fantasma en el interior de la máquina

En el año 2000, el Dr. Miguel Nicolelis, neurobiólogo del Centro Médico de la Universidad de Duke, adiestró a un mono a mover un brazo robótico con pensamientos transmitidos a través de electrodos implantados en el cerebro. Recientes experimentos demuestran que esta técnica puede funcionar también en seres humanos.

La clave está en identificar las neuronas que se activan cuando alguien piensa de forma consciente en un movimiento y luego lo realiza. Los estudios demuestran que estas células cerebrales permanecen activas incluso en las personas con amputaciones. Nicolelis sacó partido de una serie de intervenciones quirúrgicas en el cerebro realizadas a 11 pacientes con la enfermedad de Parkinson, una enfermedad incurable causada por la destrucción de ciertas células cerebrales. Estas operaciones se realizan habitualmente con estimuladores cerebrales para ayudar a contrarrestar los temblores asociados al Parkinson. Nicolelis sacó el máximo provecho de estas circunstancias incluyendo una sencilla tarea manual: se pidió a los pacientes que jugaran con un videojuego.

Para encontrar el mejor lugar para colocar los estimuladores, los cirujanos implantaron varias series de microelectrodos provisionales. Los pacientes estaban despiertos durante la intervención para poder orientar al cirujano. Mientras los pacientes jugaban, los electrodos enviaban señales cerebrales a una computadora que analizaba las señales y las emparejaba con los movimientos que la mano realizaba al jugar con el videojuego. Entonces se compilaban las señales en un modelo neuronal que podía pronosticar las señales necesarias para realizar las acciones requeridas en el juego.

Mientras a los monos se les implantaron en el cráneo cables que estaban conectados a un dispositivo externo, el equipo de Nicolelis ha diseñado una serie de electrodos sin cables que podrían implantarse de forma permanente. Algunas de las aplicaciones evidentes de esta tecnología serían un brazo robótico controlado por el pensamiento, una silla de ruedas eléctrica, una televisión, una computadora o una prótesis. El Dr. Josý Millýn del Instituto Dalle Molle de Suiza propone un sistema parecido. En lugar de implantes quirúrgicos, se utiliza un gorro tachonado de electrodos que controla la actividad cerebral a través del cuero cabelludo. Las primeras pruebas realizadas con un robot teledirigido indican que es tan fácil controlar al robot con los pensamientos como de forma manual.

Una red de cables envía la información a una computadora que analiza la actividad cerebral y, mediante una conexión sin cables, transmite al robot cualquier orden que detecta. El programa informático se aprovecha de que el deseo de moverse hacia una dirección concreta crea un patrón único de actividad cerebral. Puede saber qué orden tiene en mente el usuario mediante la identificación de la señal neural asociada a esa orden.

Extremidades superiores

Los brazos protésicos tradicionales funcionan con el movimiento corporal, dependen de los movimientos del cuerpo para manipular los cables que controlan la prótesis. Las prótesis mioeléctricas están controladas por señales eléctricas transmitidas desde los músculos subyacentes hasta la epidermis; estas señales se amplifican y se envían a microprocesadores que operan los motores situados en las coyunturas y las manos. Estos últimos avances tecnológicos aparecen en la nueva mano SensorHand® Speed fabricada por Otto Bock y en el brazo Utah Arm 3, que pronto será distribuido por Motion Control.

La mano SensorHand Speed es más silenciosa que la primera SensorHand, dos veces más rápida y más sensible debido a un mejor procesamiento de señales y software. La función de “autoagarre” detecta cuándo la mano necesita más fuerza de agarre al sostener un objeto y modifica la tensión automáticamente, como cuando la mano sostiene un vaso que se está llenando de agua.

La mano Utah Arm 3 se halla en la fase final de experimentación y se espera que sea distribuida al público para el 2005. Diseñada para personas con amputaciones por encima del codo, contiene dos microprocesadores que permiten el movimiento simultáneo del codo y la muñeca o la mano. Otra mejora es la posibilidad de modificar la configuración de la potencia; por ejemplo, el usuario puede amplificar la señal para compensar la escasa información neural que se produce cuando los músculos están cansados.

A veces, las mismas heridas que causan la necesidad de amputar también dañan los músculos necesarios para controlar una prótesis electrónica. El Instituto de Rehabilitación de Chicago (Rehabilitation Institute of Chicago o RIC, por sus siglas en inglés), un hospital líder en rehabilitación física en los EE.UU., completó recientemente con éxito la rehabilitación del primer receptor del mundo de un injerto de nervio / músculo para poder controlar una prótesis mioeléctrica. La técnica, investigada y desarrollada por el Dr. Todd Kuiken, médico, Doctor en Medicina y director de los servicios para personas con amputaciones, permite que diferentes secciones del resto de los músculos del usuario manejen una prótesis de brazo.

El 21 de mayo del 2001, Jesse Sullivan de Dayton, Tennessee, tocó un hilo conductor cuando trabajaba como técnico encargado del tendido y mantenimiento de cables eléctricos. Las quemaduras eléctricas fueron tan graves que fue necesario amputar ambos brazos a la altura del hombro. Sullivan tenía zonas donde el control mioeléctrico era limitado por lo que se le puso una prótesis en el brazo derecho que funcionaba con el movimiento corporal.

El Dr. Kuiken propuso trasplantar nervios vivos del hombro izquierdo de Sullivan al músculo pectoral izquierdo. Seis meses después, tras el crecimiento y propagación de los nervios por el músculo, el Dr. Kuiken pudo detectar señales mioeléctricas. El departamento de protésica del RIC diseñó y creó un “puño” (de camisa) con electrodos que reconocía y transmitía las señales necesarias para controlar la prótesis. Cuándo Sullivan piensa en que quiere cerrar la mano, el nervio que una vez hacía cerrar la mano ahora hace que parte del músculo de su pecho se contraiga. Los sensores situados en ese músculo ordenan a la mano que se cierre mediante diminutos cables conectados entre sí.

Sullivan es el primer receptor del mundo de un injerto de nervio / músculo para controlar una prótesis.

“Durante años desarrollamos y pusimos a prueba este procedimiento; es cirugía de la década de los 20 para una aplicación del siglo XXI”, dice Dr. Kuiken. “Lo realmente novedoso no es tanto la técnica quirúrgica como el motivo por el que se realiza la intervención quirúrgica y que se utilice para ayudar a controlar las extremidades artificiales y conseguir que funcionen mejor”. Esta técnica está limitada por ahora a brazos amputados aunque se espera que, con el tiempo, se pueda aplicar a piernas.

La mano Dextra, inventada por el Dr. William Craelius, de la Universidad de Rutgers (inMotion de noviembre/diciembre del 2002), lleva este concepto aún más lejos. Se trata del primer dispositivo de su clase que permite que una persona utilice transmisiones neuronales existentes para controlar individualmente unos dedos mecánicos dirigidos por computadora. Se ha puesto a prueba a Dextra en actividades tan complejas como mecanografiar y tocar el piano. Aunque el nivel de destreza está por debajo del que se necesitaría para tocar El vuelo del abejorro, Craelius cree que “la tecnología biónica puede adaptarse para recuperar parte de casi cualquier pérdida de función”.

Por ejemplo, habla de un pequeño implante sin cables llevado a cabo en la UCLA por un equipo liderado por el Dr. Gerald Loeb. Este implante puede inyectarse en la piel para que transmita señales neurales a los dispositivos biónicos. Según Craelius, aunque para transmitir la información sean necesarias más de 1.000 conexiones eléctricas entre el cerebro y los dispositivos biónicos, podría ser factible con el uso de la tecnología actual, incluso si la mayor parte del procedimiento informático se tiene que realizar fuera del cuerpo. Sin embargo, al ritmo que avanza la capacidad, velocidad y miniaturización informática, Craelius opina que en los próximos 10 años todo el sistema de procesamiento puede llegar a colocarse en el cerebro o cualquier otra parte del cuerpo.

La tecnología de Dextra se está utilizando en la actualidad en un estudio de colaboración con el Dr. Grigore Burdea de Rutgers para evaluar sus beneficios en personas con amputaciones mediante el uso de la realidad virtual. Llevando un puño que recibe las señales procedentes del brazo del usuario, éste controla una mano virtual en pantalla para realizar ejercicios de destreza en una computadora. Las pruebas preliminares sugieren varios posibles usos y beneficios de esta tecnología. Podría ser útil como instrumento para evaluar a personas con amputaciones y enseñarlas a usar una mano mecánica; podría incorporarse a futuros diseños para mejorar la función de brazos y manos protésicas; y, en el caso de las personas con amputación de extremidades inferiores, podría utilizarse para mejorar su modo de andar. Quizás lo más interesante de todo es que la realidad virtual puede ayudar a las personas con amputaciones a afrontar el dolor fantasma al ayudarles a visualizar y mover una extremidad virtual de forma menos dolorosa.

Extremidades inferiores

El problema de las prótesis tradicionales siempre ha sido que el usuario hace la mayor parte del trabajo, especialmente cuándo camina cuesta arriba o en terreno desnivelado. Eso puede ser ya mismo cosa del pasado.

El fabricante islandés Össur Total Prosthetic Solutions ha firmado un contrato con Victhom Human Bionics, S.A., de Canadá, para fabricar y distribuir lo que se ha llamado “la primera pierna biónica del mundo”, un sistema protésico motorizado para personas con amputaciones transfemorales. La tecnología de la pierna de Victhom es diferente porque funciona con, no contra, el usuario. A diferencia de las extremidades inferiores pasivas, la rodilla de Victhom puede realizar tanto una flexión como una extensión activa, lo que la hace más eficaz desde el punto de vista energético y permite un modo de andar más natural.

Los sensores situados en los zapatos de la persona transmiten señales a la computadora de la rodilla, lo que reproduce una forma de andar adecuada. Tanto si desea subir escaleras como caminar rápida o lentamente, sentarse o ponerse de pie, identifica la señal en tiempo real.

La nueva extremidad biónica aún está siendo probada y puede estar de venta en el mercado a principios del 2005. Victhom está trabajando en un tobillo motorizado y músculos artificiales, y en un implante neural para reemplazar los sensores externos de la pierna biónica.

Seattle Systems, junto con Sandia National Laboratories, sigue trabajando en la Smart Integrated Lower Limb (SILL, por sus siglas en inglés). La versión final incorporará múltiples sensores que introducirán datos sobre presión, posición y velocidad en un procesador central que controlará la rodilla, el tobillo, el pie y el encaje. El encaje de la pierna se ajustará al cambio de diámetro que experimenta la extremidad residual del usuario en el transcurso de un día. Los sensores de presión del pie enviarán un leve zumbido a los electrodos conectados a la extremidad residual. Con estas indicaciones, las personas con amputaciones podrán preparar su extremidad para “sentir” el pie protésico cuando golpea el suelo.

El concepto fundamental de la SILL es el mismo que el de todas las escuelas del pensamiento biónico: una extremidad artificial, al igual que una sana, debería funcionar como una unidad, no como un conjunto de piezas. Ésta es la definición de tecnología biónica, en el sentido más sencillo y auténtico. La integración total, una conexión directa entre el ser humano y la máquina.

Mi curiosidad me llevó a leer sobre todos los organismos conocidos, grupo por grupo: desde los anélidos (gusanos de tierra, sanguijuelas y demás), los artrópodos (crustáceos, insectos arañas, trilobites, etc.); equinodermos (estrellas de mar, erizos de mar y otros); vertebrados (organismos con columna vertebral, como los peces, los dinosaurios y nosotros mismos); la confusa multitud de organismos, de las amebas a las diatomeas, que por aquel entonces se agrupaban en los “protistas”; las algas marinas, los hongos, los mohos, las plantas, que entonces como ahora comprendían algunos grupos de algas pero otros no, además de los musgos, los helechos las coníferas y las plantas con flor; y los organismos que laxamente llamamos bacterias y que, en aquellos tiempos,  (os hablo de los 60) nadie parecía capaz de relacionar satisfactoriamente con el resto de organismos y algunas veces, de forma un tanto grotesca, se llegó a incluir entre las plantas. El arte y ciencia de la clasificación se llamaba, como hoy, taxonomía; la moderna taxonomía basada en principios evolutivos se llama comúnmente, y con propiedad sistemática.

Esas incursiones entre los seres vivos es apasionante incluso para un neófito en la materia de la biología como yo que, sólo puedo tener una ligera idea de todo ese universo maravilloso que llamamos biología y está referido a lo que aquí, en la Tierra, entendemos por vida.

Muchos han sido los estudios realizados para poder inferir las relaciones de parentesco atendiendo tanto a los organismos vivos como a los fósiles de las especies ya extinguidas. Tanto la naturaleza como la cantidad de datos disponibles han aumentado tremendamente durante las últimas décadas. En particular los paleontólogos parece que no acaban nunca de descubrir los más increíbles escondrijos de fósiles -auténticas cuevas de Aladino de antiguas criaturas de cuyas existencias no hubiéramos nunca podido imaginar-. No hace tanto tiempo que los mismos biólogos dudaban de que se pudieran encontrar fósiles  significativos del  período Precámbrico -el período geológico de hace más de 545 millones de años, cuando todavía no había evolucionado ningún organismo con caparazón o esqueleto duro, de modo que la fosilización parecía imposible-. Hoy conocemos varios yacimientos de fósiles precámbricos en varios continentes. Del posterior período Cámbrico -y en particular del Burges Shale de Canadá, de unos 530 millones e años de antigüedad estudiados muy detalladamente por Simón Coway Morris, de la Universidad de Cambridge- han surgido series de organismos con aspecto de antrópodo muy diferentes de cualquiera de los actuales.

Si nos referimos a los fósiles humanos, tan confusos y esquivos en el pasado, conforman hoy una secuencia muy satisfactoria, aunque más diversa, hasta nuestros antepasados de las llanuras de África de hace 4-5 millones de años; sólo uno de los linajes desembocó en la especie Homo Sapiens.

El inventario de todas las especies vivas conocidas se sitúan en torno a 1,7 millones de especies -al no existir una base de datos central, nadie conoce con exactitud o certeza la cantidad que es aproximada. A este respecto se da una  curiosa despreocupación: tenemos mejor conocimiento del inventario de estrellas en el firmamento que de las especies existentes sobre nuestro planeta y, un biólogo amigo -no sin parte de razón y, arrimando el ascua a su sardina- me decía un día: “las estrellas, por mucho que nos puedan interesar, no son más que puntos brillantes en el cielo. La discusión duró gran parte de la noche (éramos una reunión de unos ocho matrimonios) y, finalmente -no sin muchos argumentos-, le pude convencer de que, el estudio de las estrellas era tan importante como el estudio de la vida cuya fuente estaba, precisamente en ellas. Pero a lo que vamos, la cifra estimada de especies vivas está muy por debajo de la que realmente debe existir en la Tierra, algunos hablan de ocho millones y otros más audaces elevan esa cantidad varias veces. 30 millones parece una estimación bastante razonable. Un ejemplo lo tenemos en los fondos marinos de donde de vez en cuando surgen nuevas especies o de rincones olvidados del mundo donde son descubiertas también nuevas formas de vida sin importar el hábitat y las condiciones en las que se puedan encontrar.

Recuerdo de aquellas lecturas que allá por el siglo XVII, un industrial del lino y microscopista holandés llamado Antón van Leewenhoek, demostró que en el mundo existían criaturas demasiado pequeñas para ser observadas directamente a simple vista; las denominó “pequeños animáculos”. Hoy las conocemos colectivamente como “microbios” -un término útil- y sabemos que incluyen organismos pertenecientes a tres categorías bastante distintas: las bacterias; los organismos descubiertos hace relativamente poco tiempo, y con aspectos de bacterias que  llamamos arqueas; y los organismos que coloquialmente se suele agrupar bajo el nombre de “protozoos” o, de modo más amplio, “protistas”.

En Francia, en el siglo XIX, Louis Pasteur, mostró la gran importancia de estos organismos en las fermentaciones y como causantes de enfermedades. Grandes industrias como las de la cervecería, la panadería y la farmacéutica (entre otras) se basan en el cultivo de microbios. En la actualidad, estas industrias están tan subsumidas en la “biotecnología” y están expandiéndose mucho más allá de sus límites tradicionales, hacia la industria química, minera, etc.

Es tanta la importancia de estos pequeños “seres” que, han sido y siguen siendo muy bien estudiados por medio de su ADN y podemos decir que, su población de especies de bacterias y arqueobacterias, está rondando las 400.000.000 y si a esta cantidad añadimos la de Terry Erwin de los organismos microscópicos podemos vislumbrar que nuestra comprensión de la “biodiversidad”  y lo que esta implica es realmente tenue.

¿Es éste el límite? No exactamente. De hecho, no lo es con un buen margen; al menos no si tenemos en cuenta el factor tiempo. Se ha sugerido que el número de especies vivas que actualmente campean por la Tierra representa tan solo el 1 por ciento de todos los organismos que han existido alguna vez en nuestro planeta. Es fácil comprender que sea así -y fácil así mismo comprender que se trata de una subestima-. Por ejemplo, el mundo contiene actualmente tan solo dos especies de elefante, que constituyen los únicos representantes del orden Proboscídeo. Pero conocemos unas 15o especies de proboscídeos que han existido durante los últimos 50 millones de años, que incluyen una gran variedad de auténticos elefantes (miembros de la familia Elefántidos) además de los mastodontes, los gonfoteres y otros. Existen únicamente 5 especies vivientes de rinocerontes, tres en Asia y dos en África, pero el inventario fósil contiene unas 200 y, de la misma manera, podríamos seguir enumerando otras especies de las que sólo quedan unas pequeñas muestras y están destinadas a desaparecer como cientos de millones de las ya desaparecidas y, todo esto, significa que, las especies ya desaparecidas pudieran sobrepasar en mucho a las existente hoy día.

Sabemos que la vida apareció sobre la Tierra hace al menos 3.500 millones de años, y quizá cerca de 4.000 millones de años: “apenas” unos pocos cientos de millones de años después de la formación de la Tierra, hace 4.500 millones de años. Por tanto en nuestro planeta ha habido vida de algún tipo desde hace al menos unas setenta veces el tiempo que ha transcurrido desde la aparición de organismos con  aspecto de elefantes. Los elefantes crían lentamente, con generaciones de unos 30 años por término medio y, aun así, durante los últimos 50 millones de años ha habido unas 70 veces más especies que en la actualidad. Así pues, ¿cuántas especies de todos los tipos pueden haber existido durante los últimos 3.500 millones de años, teniendo en cuenta que la mayoría de éstas habrían sido de pequeño tamaño, con tiempos de generación  que se pueden medir en horas? Sería sorprendente si el número total de especies que han vivido en el pasado no superara el inventario actual en por lo menos unas 10.000 veces.

En suma, el número de especies que han podido vivir sobre la Tierra desde el origen de la vida puede situarse alrededor de unas 400 millones de veces 10.000, que es 4 millones de millones. Aproximadamente unas 1.000 especies por cada año en que ha existido vida sobre la Tierra.

A todo esto, es un hecho que necesitamos interactuar con otras especies tanto si lo queremos como si no. Son nuestro alimento y nuestro medio: las casas, el paisaje, el suelo, incluso el oxígeno del aire son cortesía de las plantas y las bacterias fotosintéticas. Estamos obligados a explorar los organismos que nos rodean para poder sobrevivir. No es una opción: tenemos que explotarlos o morir. Así que por razones puramente egoístas (y por razones que espero sean menos egoístas) necesitamos también conservarlas. Además, aún si aprendiéramos a subsistir sin las criaturas que nos rodean -si, por ejemplo, halláramos una fuente inagotable de alimento en otro planeta- no nos ignorarían. También somos de carne pese a nuestra presunción, y muchas están encantadas de alimentarse de nosotros. Para contener, explotar, conocer y conservar a los organismos que nos rodean es necesario que los podamos conocer y clasificar y, sobre todo saber, lo que de cada uno de ellos podemos esperar para convivir con ellos haciéndoles el menor daño posible y facilitándoles un hábitat agradable y placentero como lo queremos para nosotros.

Las ideas sobre la diversidad de la vida, desde Linneo (que decidió que todos los seres vivos se clasificaban en dos grupos, los animales y las plantas), han cambiado bastante. Ahora se clasifican a la luz de nuevos enfoques y métodos más modernos moleculares que ha sido una auténtica revelación. Carl Woese, de la Universidad de Illinois, fue quien observó las diferencias moleculares entre  organismos que hasta aquel momento se habían llamado “bacterias” (lo que Whittaker y otros llamaban “Moneras”) eran profundas, y que debían dividirse en dos grupos claramente distinguidos que Woese en aquel momento denominó Arqueobacterias (Archaebacteria, de archae, antiguo) y Eubacterias (Eubacteria).

Las Arqueobacterias y las bacterias eran mucho más diferentes entre sí que cualquiera de las dos lo era de los eucariotas. Así fue como propuso el rango de dominio, y sugirió que se dividiera a todos los seres vivos en tres dominios: Archaebacteria, Eubacteria y Eucarya, que incluía todos los organismos eucariotas, protistas, hongos y plantas. Más tarde arregló los nombres, y los tres dominios se conocen hoy como Archaea (coloquialmente arqueas).

Esto que pretendía ser un simple comentario se me está yendo de las manos y, en artículos futuros os hablaré aquí de Los dominios de los Procariotas (Bacterias y Arqueas). Los procariotas son demasiado pequeños individualmente para poderlos ver a simple vista, pero conjuntamente pesan al menos diez veces más que todos los organismos macroscópicos. Habitan en nuestra piel y en nuestro intestino, y a veces, cuando estamos enfermos, en nuestra propia carne. Habitan en el aire y en todas las aguas del mundo, y, vivas o muertas, constituyen buena parte de la sustancia de los abonos orgánicos del suelo.

Si se desterrara a todas las criaturas macroscópicas y se disolvieran todos los minerales, los procariotas que sobrevivieran bastarían para recubrir la Tierra, tanto los océanos como las tierras emergidas. Los elefantes necesitan un continente entero para moverse, pero los procariotas caben en cualquier lugar: un millar de bacterias típicas puede, en principio, ponerse en fila en la punta de un alfiler; un sólo gramo de suelo contiene 100 millones de individuos. La mayor parte de la vida en la Tierra -la mayor parte de la masa y la mayor parte de la variedad- es procariota.

En un anterior comentario sobre el tema, expliqué en detalle como el metabolismo de los procariotas es extremadamente variado -el abanico de estrategias de nutrición y respiración supera en mucho el de los eucariotas (plantas, animales y hongos conjuntamente) y, en realidad, las estrategias metabólicas de las plantas, animales y hongos generalmente evolucionaron primero en los procariotas. Muchos resisten condiciones que a nosotros nos parecen extremas. Por ejemplo, algunas bacterias pueden formar paredes gruesas y producir esporas que, en algunos casos, pueden resistir el agua hirviendo.

De todas estas maravillas seguiremos hablando y nos ocuparemos de las fijadoras de nitrógeno, esas que tanto llaman nuestra atención denominadas termófilos que viven en las fuentes termales submarinas, En los heterótrofos, como nosotros mismos y todos los animales, las tareas de adquisición de alimento y energía están juntas: las complejas moléculas orgánicas de nuestros alimentos nos proporcionan tantos nutrientes (materias primas) como, al romperlas químicamente, energía. Pero en los autótrofos la fuente de energía y la fuente de nutrientes son claramente distintas (hablaremos de ello).

También comentaremos sobre los fotoautótrofos organismos que practican la fotosíntesis, o, sobre los fotoheterótrofos, que utilizan la luz como principal fuente de energía, pero adquieren la mayor parte del carbono que necesitan de forma orgánica. Los quimioautótrofos son un grupo extraordinariamente importante  y exclusivamente procariótico. Como los fotosintetizadores, utilizan dióxido de carbono como principal fuente de carbono, pero obtienen energía de fuentes químicas. Algunos las llaman “bacterias del azufre”. Los metanógenos, arqueas que generan gas metano durante el metabolismo (el metano CH₄ detectado en Marte que, es una forma reducida de carbono). Los quimiolitótrofos que pueden vivir dentro de las rocas (se han encontrado dentro de las estatuas de piedra a las que deshacen lentamente). Los quimioheterótrofos que obtienen la energía de sustancias químicas y utilizan compuestos orgánicos como fuente principal de carbono. Los anaerobios que detectan el oxígeno, para quienes es un veneno. Otros, los microaerófilos, requieren oxígeno, pero sólo en pequeñas cantidades, y otros, son aerobios, y usan el oxígeno de forma parecida a como lo hacen los animales: para “quemar” moléculas orgánicas y liberar la energía que contienen. Los halófilos o amantes de la salinidad. Los más extremos son arqueas.

Será un viaje fascinante cuando podamos adentrarnos en el misterioso universo de las bacterias purpúreas y mitocondrias. El reino de las proteobacterias es un grupo vasto y variado de bacterias gran-negativas comúnmente llamadas “bacterias purpúreas”. Tradicionalmente se han dividido en cuatro grupos, llamados Alpha, beta, gamma y delta; pero los estudios de ARN han revelado un quinto grupo, llamado epsilon, que parece ser una división profunda de las deltas.

Aquí lo dejaremos por hoy, y, el sumergirme en esta materia ha sido inducido por el debate que nos traemos sobre la vida o no en el planeta Marte y en algunas lunas de nuestro Sistema Solar (hoy mismo he podido leer a Nelson referirse a Titán como un posible hábitat humano en el próximo futuro) y, desde luego, sería muy arriesgado, después de conocer todo esto, decir que no hay, alguna clase de vida, por ahí afuera. De la vida Inteligente en planetas como la Tierra hablaremos otro día también.

Recopilación de datos de emilio silvera.

Durante los últimos 550 millones de años se han producido cinco extinciones masivas que acabaron con gran parte de la vida en la Tierra. La sexta se está produciendo en la actualidad según diversos expertos que denuncian la velocidad a la que desaparecen las especies. Un acto provocado por los seres humanos. Y aunque el Homo sapiens domine en estos momentos el planeta, en un escenario de extinción masiva no se garantiza su futuro: sus consecuencias son impredecibles, según un estudio publicado en Science. Ahora bien, los ciudadanos pueden contribuir a frenar la pérdida de especies con diversas acciones fáciles de llevar a cabo.

Las grandes extinciones en masa producen cambios tan drásticos en la Tierra que afectan incluso a los mecanismos de la evolución. Así lo sugiere un reciente estudio publicado en la revista Science. Su responsable, el paleobiólogo John Alroy, de la Universidad Macquarie en Sydney (Australia), asegura que tras una extinción masiva no se puede predecir cómo quedará la biodiversidad posterior. La situación de las especies en el pasado no sirve para saber cómo será su futuro.

Este trabajo choca con las hipótesis de paleontólogos como Jack Sepkoski, que fuera profesor del propio Alroy y el primero que, en la década de 1980, señaló que la Tierra ha experimentado cinco grandes extinciones masivas en los últimos 550 millones de años, en los que la vida ha dejado registro fósil. Según estos expertos, si se mira la proporción en la que cada grupo produce nuevas especies, se podría predecir a los ganadores y perdedores tras un fenómeno de desaparición extrema.

Algunos biólogos de la evolución han pensado también que la vida podría recuperar su composición presente con el tiempo y las condiciones suficientes. Pero esto no ha sido así, señala Alroy. Para realizar esta afirmación, este investigador ha utilizado un método estadístico a partir de la base de datos Paleobiology, que recopila los registros de casi 100.000 colecciones fósiles de todo el mundo.
No obstante, el paleontólogo Charles Marshall, de la Universidad de California en Berkeley, recuerda en un comentario anexo al artículo de Science que la comunidad científica tiene que revisar el método estadístico de Alroy y que la base de datos Paleobiology podría estar incompleta.

El debate sobre las extinciones masivas sigue con varios interrogantes. Uno de ellos pasa por saber si se puede predecir cuándo se producirán o si las especies tienen fecha de caducidad. El registro fósil sugiere que cada 26-30 millones de años se produce una desaparición catastrófica. Algunos microorganismos pueden sobrevivir unos diez millones de años, mientras que los mamíferos tienen una media de un millón de años.

Las causas de las extinciones masivas son diversas, si bien en todas ellas siempre hay un cambio climático producido por factores anteriores: movimientos de placas tectónicas, sismos, alteración de las corrientes marinas, impactos de grandes meteoritos, etc.

La sexta extinción masiva, en la actualidad

El trabajo de Alroy tiene importantes implicaciones para el futuro cercano de la humanidad. Cada vez más investigadores sostienen la idea de que la Tierra sufre en la actualidad la sexta extinción masiva. Si bien las cinco anteriores se han producido por causas naturales, esta última estaría provocada por el desarrollo insostenible del ser humano. Si el trabajo de Alroy es correcto, aunque el Homo sapiens predomine en todo el planeta, no significa que podrá mantener esta situación más adelante.

Los expertos que defienden la idea de la sexta extinción se basan en diversos datos. Según el Programa de Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA), las especies se extinguen a un ritmo 100 veces superior al observado en los registros fósiles históricos. El listado de especies amenazadas es cada vez mayor: más del 30% de los anfibios, el 23% de los mamíferos o el 12% de las aves están en grave peligro. Algunas previsiones sostienen que, de seguir este ritmo, a mitad de siglo habrán desaparecido el 30% de las especies. La Lista Roja de la Unión Internacional de Conservación de la Naturaleza (UICN) refleja en cada actualización este creciente problema.

Los consumidores pueden contribuir a frenar la pérdida de especies. Reducir, reutilizar y reciclar, evitar comprar productos que contengan sustancias nocivas para el medio ambiente o que se hayan obtenido o creado de manera anti-ecológica o hacer un consumo energético racional son algunos de los consejos básicos para conservar la biodiversidad, y en definitiva, para nuestro presente y futuro.
Las cinco grandes extinciones masivas de la historia

En todas ellas, más de la mitad de las especies desaparecieron para siempre:

Finales del Cretácico (hace unos 65 millones de años): la más reciente y famosa, ya que supuso la extinción de los dinosaurios, cuyo dominio en el planeta había durado más de 150 millones de años. También supuso la desaparición repentina de otras muchas especies, como los amonites marinos. Se apunta al impacto de un cometa de grandes dimensiones en la península de Yucatán como posible detonante. No obstante, también podría estar involucrada una gran erupción volcánica en el territorio de la actual India. El 70% de las especies conocidas desapareció. Su marca ha quedado reflejada en lugares como el flysch de Zumaia.

Finales del Triásico (hace unos 210 millones de años): gracias a esta cuarta extinción masiva, animales como los dinosaurios pudieron extenderse en la Tierra. Las causas precisas todavía se desconocen.

Finales del Pérmico (hace unos 250 millones de años): en esta tercera gran extinción, el 54% de las familias de seres vivos desaparecieron (una familia puede abarcar entre unas pocas y miles de especies). Se cree que se originó a partir de la coincidencia de varios fenómenos destructivos, como un cambio climático, movimientos de placas tectónicas o un meteorito gigante.
Finales del Devoniano (hace unos 370 millones de años): tampoco se conoce el origen exacto de esta segunda gran extinción, en la que desapareció el 19% de todas las familias de seres vivos.
Finales del Ordovícico (hace unos 440 millones de años): un enfriamiento global repentino y severo pudo ser la causa de esta primera gran extinción en la historia de la Tierra. El 25% de las familias de seres vivos desaparecieron, la mayoría de ellas marinas, ya que en aquella época no había casi especies terrestres.

Además de estas grandes cinco extinciones, la Tierra ha sufrido otros graves eventos traumáticos que han afectado de manera dramática a ciertos grupos de organismos. Hace 55 millones de años, los movimientos tectónicos del Atlántico norte provocaron un intenso vulcanismo, cambios en las corrientes marinas o el aumento del CO2 en la atmósfera. El consecuente calentamiento global propició la extinción de organismos como los foraminíferos, pero benefició a los mamíferos. En este sentido, las extinciones masivas suponen la desaparición de muchas especies, pero favorecen el desarrollo de otras. Los antepasados de los seres humanos lograron evolucionar gracias a la extinción de sus grandes competidores.

Por ALEX FERNÁNDEZ MUERZA | Consumer.es

Producen casi toda nuestra energía y nosotros nos encargamos de alimentarlas y cobijarlas. Nuestras mitocondrias tienen todavía su propia ADN, heredado sólo de nuestras madres, por lo que este ADN podría proceder de una única mujer que estaría en el origen de los seres humanos actuales: una Eva mitocondrial.

Pero estos huéspedes celulares que parecen vivir pacíficamente en simbiosis con el resto de las células, puede ser también ser un enemigo que mata silenciosamente desde dentro. Siempre que una célula muere, hay una serie de pistas que conducen a las mitocondrias y que muestran como están implicadas en enfermedades devastadoras e incapacidades físicas o mentales, así como en el propio proceso de envejecimiento. El invitado indispensable se convierte en asesino en serie de proporciones mostruosas.

Casi todas las células de nuestro cuerpo contienen mitocondrias –alrededor de mil cada célula-. El “mitocondrión” es una bestia incansable que no cesa de adoptar formas distintas. Si se captara su aspecto en una única foto instantánea poco favorecedora, se vería algo parecido a un gusano, pero un gusano que se retuerce, se divide en dos y se fusiona con otros gusanos. Así pues, en ocasiones podemos captar un mitocondrión que parece un zepelín, y otras veces algo parecido a un animal con múltiples cabezas o colas, o bien podríamos ver una red de tubos y láminas que se entrecruzan. El mitocondrión es un monstruo antiguo y maternal – un dragón con un apetito monstruoso, que se come a su vez todo lo que nosotros hemos comido y lo respira a continuación en forma de fuego.

Las mitocondrias consumen prácticamente todo el alimento y el oxígeno que se introduce en el cuerpo, y producen la mayor parte del calor que éste genera. Sin embargo, este monstruo es diminuto –su tamaño es de una micra, es decir, una milésima de milímetro: mil millones de mitocondrias cabrían en el interior de un grano de arena.

Las mitocondrias tienen su propio ADN y su propia identidad, pero esto no significa ningún litigio entre ellas y nosotros. En parte somos mitocondrias; ellas constituyen aproximadamente un décimo del volumen de todas nuestras células juntas, una décima parte de cada uno de nosotros.

Dado que son prácticamente la única parte de la célula que tiene color, las mitocondrias constituyen el color de nuestras células y nuestros tejidos. Si no fuera por la melanina de nuestra piel, la mioglobina de nuestros músculos y la hemoglobina de nuestra sangre, seríamos del color de las mitocondrias, es decir, de un rojo amarronado. Además, si esto fuera así, cambiaríamos de color cuando hiciéramos ejercicio o corriéramos hasta perder el aliento, de tal forma que podría decir si alguien está usando mucha o poca energía..

Las mitocondrias son las centrales eléctricas de nuestras células y producen casi toda nuestra energía. No obstante, son unas centrales eléctricas con bastantes fugas de energía, lo cual tiene unas consecuencias terribles.

“Llegué a creer (dice Guy Brown, autor de todas estas ideas e investigaciones) que los productos del diseño biológico (evolutivo) –la vida y todas sus manifestaciones- eran mucho más eficientes y eficaces que algunos productos de la creatividad humana, tales como las máquinas y la cultura. Nos han enseñado que mil millones de años de evolución han perfeccionado el diseño de la célula hasta tal punto que ningún diseñador humano podría mejorarlo, ningún avaro podría economizar más en el uso de energía, ningún técnico de gestión podría mejorar la adjudicación de recursos, ningún ingeniero podría lograr que hubiera menos fallos en el funcionamiento. Está apliamente difundida la creencia de que la cultura humana no debería interferir con la naturaleza, porque la naturaleza está mejor diseñada que la cultura, y esta creencia causa el temor de que los cintíficos se entrometan en la naturaleza, como sucede en la medicina, la ingenieria genética, la clonación o los pesticidas.”

Sean cuales sean los méritos de esas creencias, lo cierto es que,  nuestras células ciertamente no son tan eficientes como creíamos que eran. Un ejemplo sería lo que parece un defecto espectacular en el diseño de nuestras mitocondrias: tienen fugas. La electricidad de electrones se escapan de las mitocondrias para producir radicales libres no tóxicos, y la electricidad de protones se escapan produciendo calor: no se trata de fugas pequeñas o insignificantes, sino que son grandes y constituyen una amenaza para la vida.

emilio silvera

Mi curiosidad me llevó a leer sobre todos los organismos conocidos, grupo por grupo: desde los anélidos (gusanos de tierra, sanguijuelas y demás), los artrópodos (crustáceos, insectos arañas, trilobites, etc.); equinodermos (estrellas de mar, erizos de mar y otros); vertebrados (organismos con columna vertebral, como los peces, los dinosaurios y nosotros mismos); la confusa multitud de organismos, de las amebas a las diatomeas, que por aquel entonces se agrupaban en los “protistas”; las algas marinas, los hongos, los mohos, las plantas, que entonces como ahora comprendían algunos grupos de algas pero otros no, además de los musgos, los helechos las coníferas y las plantas con flor; y los organismos que laxamente llamamos bacterias y que, en aquellos tiempos,  (os hablo de los 60) nadie parecía capaz de relacionar satisfactoriamente con el resto de organismos y algunas veces, de forma un tanto grotesca, se llegó a incluir entre las plantas. El arte y ciencia de la clasificación se llamaba, como hoy, taxonomía; la moderna taxonomía basada en principios evolutivos se llama comúnmente, y con propiedad sistemática.

Esas incursiones entre los seres vivos es apasionante incluso para un neófito en la materia de la biología como yo que, sólo puedo tener una ligera idea de todo ese universo maravilloso que llamamos biología y está referido a lo que aquí, en la Tierra, entendemos por vida.

Muchos han sido los estudios realizados para poder inferir las relaciones de parentesco atendiendo tanto a los organismos vivos como a los fósiles de las especies ya extinguidas. Tanto la naturaleza como la cantidad de datos disponibles han aumentado tremendamente durante las últimas décadas. En particular los paleontólogos parece que no acaban nunca de descubrir los más increíbles escondrijos de fósiles -auténticas cuevas de Aladino de antiguas criaturas de cuyas existencias no hubiéramos nunca podido imaginar-. No hace tanto tiempo que los mismos biólogos dudaban de que se pudieran encontrar fósiles  significativos del  período Precámbrico -el período geológico de hace más de 545 millones de años, cuando todavía no había evolucionado ningún organismo con caparazón o esqueleto duro, de modo que la fosilización parecía imposible-. Hoy conocemos varios yacimientos de fósiles precámbricos en varios continentes. Del posterior período Cámbrico -y en particular del Burges Shale de Canadá, de unos 530 millones e años de antigüedad estudiados muy detalladamente por Simón Coway Morris, de la Universidad de Cambridge- han surgido series de organismos con aspecto de antrópodo muy diferentes de cualquiera de los actuales.

Si nos referimos a los fósiles humanos, tan confusos y esquivos en el pasado, conforman hoy una secuencia muy satisfactoria, aunque más diversa, hasta nuestros antepasados de las llanuras de África de hace 4-5 millones de años; sólo uno de los linajes desembocó en la especie Homo Sapiens.

El inventario de todas las especies vivas conocidas se sitúan en torno a 1,7 millones de especies -al no existir una base de datos central, nadie conoce con exactitud o certeza la cantidad que es aproximada. A este respecto se da una  curiosa despreocupación: tenemos mejor conocimiento del inventario de estrellas en el firmamento que de las especies existentes sobre nuestro planeta y, un biólogo amigo -no sin parte de razón y, arrimando el ascua a su sardina- me decía un día: “las estrellas, por mucho que nos puedan interesar, no son más que puntos brillantes en el cielo. La discusión duró gran parte de la noche (éramos una reunión de unos ocho matrimonios) y, finalmente -no sin muchos argumentos-, le pude convencer de que, el estudio de las estrellas era tan importante como el estudio de la vida cuya fuente estaba, precisamente en ellas. Pero a lo que vamos, la cifra estimada de especies vivas está muy por debajo de la que realmente debe existir en la Tierra, algunos hablan de ocho millones y otros más audaces elevan esa cantidad varias veces. 30 millones parece una estimación bastante razonable. Un ejemplo lo tenemos en los fondos marinos de donde de vez en cuando surgen nuevas especies o de rincones olvidados del mundo donde son descubiertas también nuevas formas de vida sin importar el hábitat y las condiciones en las que se puedan encontrar.

Recuerdo de aquellas lecturas que allá por el siglo XVII, un industrial del lino y microscopista holandés llamado Antón van Leewenhoek, demostró que en el mundo existían criaturas demasiado pequeñas para ser observadas directamente a simple vista; las denominó “pequeños animáculos”. Hoy las conocemos colectivamente como “microbios” -un término útil- y sabemos que incluyen organismos pertenecientes a tres categorías bastante distintas: las bacterias; los organismos descubiertos hace relativamente poco tiempo, y con aspectos de bacterias que  llamamos arqueas; y los organismos que coloquialmente se suele agrupar bajo el nombre de “protozoos” o, de modo más amplio, “protistas”.

En Francia, en el siglo XIX, Louis Pasteur, mostró la gran importancia de estos organismos en las fermentaciones y como causantes de enfermedades. Grandes industrias como las de la cervecería, la panadería y la farmacéutica (entre otras) se basan en el cultivo de microbios. En la actualidad, estas industrias están tan subsumidas en la “biotecnología” y están expandiéndose mucho más allá de sus límites tradicionales, hacia la industria química, minera, etc.

Es tanta la importancia de estos pequeños “seres” que, han sido y siguen siendo muy bien estudiados por medio de su ADN y podemos decir que, su población de especies de bacterias y arqueobacterias, está rondando las 400.000.000 y si a esta cantidad añadimos la de Terry Erwin de los organismos microscópicos podemos vislumbrar que nuestra comprensión de la “biodiversidad”  y lo que esta implica es realmente tenue.

¿Es éste el límite? No exactamente. De hecho, no lo es con un buen margen; al menos no si tenemos en cuenta el factor tiempo. Se ha sugerido que el número de especies vivas que actualmente campean por la Tierra representa tan solo el 1 por ciento de todos los organismos que han existido alguna vez en nuestro planeta. Es fácil comprender que sea así -y fácil así mismo comprender que se trata de una subestima-. Por ejemplo, el mundo contiene actualmente tan solo dos especies de elefante, que constituyen los únicos representantes del orden Proboscídeo. Pero conocemos unas 15o especies de proboscídeos que han existido durante los últimos 50 millones de años, que incluyen una gran variedad de auténticos elefantes (miembros de la familia Elefántidos) además de los mastodontes, los gonfoteres y otros. Existen únicamente 5 especies vivientes de rinocerontes, tres en Asia y dos en África, pero el inventario fósil contiene unas 200 y, de la misma manera, podríamos seguir enumerando otras especies de las que sólo quedan unas pequeñas muestras y están destinadas a desaparecer como cientos de millones de las ya desaparecidas y, todo esto, significa que, las especies ya desaparecidas pudieran sobrepasar en mucho a las existente hoy día.

Sabemos que la vida apareció sobre la Tierra hace al menos 3.500 millones de años, y quizá cerca de 4.000 millones de años: “apenas” unos pocos cientos de millones de años después de la formación de la Tierra, hace 4.500 millones de años. Por tanto en nuestro planeta ha habido vida de algún tipo desde hace al menos unas setenta veces el tiempo que ha transcurrido desde la aparición de organismos con  aspecto de elefantes. Los elefantes crían lentamente, con generaciones de unos 30 años por término medio y, aun así, durante los últimos 50 millones de años ha habido unas 70 veces más especies que en la actualidad. Así pues, ¿cuántas especies de todos los tipos pueden haber existido durante los últimos 3.500 millones de años, teniendo en cuenta que la mayoría de éstas habrían sido de pequeño tamaño, con tiempos de generación  que se pueden medir en horas? Sería sorprendente si el número total de especies que han vivido en el pasado no superara el inventario actual en por lo menos unas 10.000 veces.

En suma, el número de especies que han podido vivir sobre la Tierra desde el origen de la vida puede situarse alrededor de unas 400 millones de veces 10.000, que es 4 millones de millones. Aproximadamente unas 1.000 especies por cada año en que ha existido vida sobre la Tierra.

A todo esto, es un hecho que necesitamos interactuar con otras especies tanto si lo queremos como si no. Son nuestro alimento y nuestro medio: las casas, el paisaje, el suelo, incluso el oxígeno del aire son cortesía de las plantas y las bacterias fotosintéticas. Estamos obligados a explorar los organismos que nos rodean para poder sobrevivir. No es una opción: tenemos que explotarlos o morir. Así que por razones puramente egoístas (y por razones que espero sean menos egoístas) necesitamos también conservarlas. Además, aún si aprendiéramos a subsistir sin las criaturas que nos rodean -si, por ejemplo, halláramos una fuente inagotable de alimento en otro planeta- no nos ignorarían. También somos de carne pese a nuestra presunción, y muchas están encantadas de alimentarse de nosotros. Para contener, explotar, conocer y conservar a los organismos que nos rodean es necesario que los podamos conocer y clasificar y, sobre todo saber, lo que de cada uno de ellos podemos esperar para convivir con ellos haciéndoles el menor daño posible y facilitándoles un hábitat agradable y placentero como lo queremos para nosotros.

Las ideas sobre la diversidad de la vida, desde Linneo (que decidió que todos los seres vivos se clasificaban en dos grupos, los animales y las plantas), han cambiado bastante. Ahora se clasifican a la luz de nuevos enfoques y métodos más modernos moleculares que ha sido una auténtica revelación. Carl Woese, de la Universidad de Illinois, fue quien observó las diferencias moleculares entre  organismos que hasta aquel momento se habían llamado “bacterias” (lo que Whittaker y otros llamaban “Moneras”) eran profundas, y que debían dividirse en dos grupos claramente distinguidos que Woese en aquel momento denominó Arqueobacterias (Archaebacteria, de archae, antiguo) y Eubacterias (Eubacteria).

Las Arqueobacterias y las bacterias eran mucho más diferentes entre sí que cualquiera de las dos lo era de los eucariotas. Así fue como propuso el rango de dominio, y sugirió que se dividiera a todos los seres vivos en tres dominios: Archaebacteria, Eubacteria y Eucarya, que incluía todos los organismos eucariotas, protistas, hongos y plantas. Más tarde arregló los nombres, y los tres dominios se conocen hoy como Archaea (coloquialmente arqueas).

Esto que pretendía ser un simple comentario se me está yendo de las manos y, en artículos futuros os hablaré aquí de Los dominios de los Procariotas (Bacterias y Arqueas). Los procariotas son demasiado pequeños individualmente para poderlos ver a simple vista, pero conjuntamente pesan al menos diez veces más que todos los organismos macroscópicos. Habitan en nuestra piel y en nuestro intestino, y a veces, cuando estamos enfermos, en nuestra propia carne. Habitan en el aire y en todas las aguas del mundo, y, vivas o muertas, constituyen buena parte de la sustancia de los abonos orgánicos del suelo.

Si se desterrara a todas las criaturas macroscópicas y se disolvieran todos los minerales, los procariotas que sobrevivieran bastarían para recubrir la Tierra, tanto los océanos como las tierras emergidas. Los elefantes necesitan un continente entero para moverse, pero los procariotas caben en cualquier lugar: un millar de bacterias típicas puede, en principio, ponerse en fila en la punta de un alfiler; un sólo gramo de suelo contiene 100 millones de individuos. La mayor parte de la vida en la Tierra -la mayor parte de la masa y la mayor parte de la variedad- es procariota.

En un anterior comentario sobre el tema, expliqué en detalle como el metabolismo de los procariotas es extremadamente variado -el abanico de estrategias de nutrición y respiración supera en mucho el de los eucariotas (plantas, animales y hongos conjuntamente) y, en realidad, las estrategias metabólicas de las plantas, animales y hongos generalmente evolucionaron primero en los procariotas. Muchos resisten condiciones que a nosotros nos parecen extremas. Por ejemplo, algunas bacterias pueden formar paredes gruesas y producir esporas que, en algunos casos, pueden resistir el agua hirviendo.

De todas estas maravillas seguiremos hablando y nos ocuparemos de las fijadoras de nitrógeno, esas que tanto llaman nuestra atención denominadas termófilos que viven en las fuentes termales submarinas, En los heterótrofos, como nosotros mismos y todos los animales, las tareas de adquisición de alimento y energía están juntas: las complejas moléculas orgánicas de nuestros alimentos nos proporcionan tantos nutrientes (materias primas) como, al romperlas químicamente, energía. Pero en los autótrofos la fuente de energía y la fuente de nutrientes son claramente distintas (hablaremos de ello).

También comentaremos sobre los fotoautótrofos organismos que practican la fotosíntesis, o, sobre los fotoheterótrofos, que utilizan la luz como principal fuente de energía, pero adquieren la mayor parte del carbono que necesitan de forma orgánica. Los quimioautótrofos son un grupo extraordinariamente importante  y exclusivamente procariótico. Como los fotosintetizadores, utilizan dióxido de carbono como principal fuente de carbono, pero obtienen energía de fuentes químicas. Algunos las llaman “bacterias del azufre”. Los metanógenos, arqueas que generan gas metano durante el metabolismo (el metano CH₄ detectado en Marte que, es una forma reducida de carbono). Los quimiolitótrofos que pueden vivir dentro de las rocas (se han encontrado dentro de las estatuas de piedra a las que deshacen lentamente). Los quimioheterótrofos que obtienen la energía de sustancias químicas y utilizan compuestos orgánicos como fuente principal de carbono. Los anaerobios que detectan el oxígeno, para quienes es un veneno. Otros, los microaerófilos, requieren oxígeno, pero sólo en pequeñas cantidades, y otros, son aerobios, y usan el oxígeno de forma parecida a como lo hacen los animales: para “quemar” moléculas orgánicas y liberar la energía que contienen. Los halófilos o amantes de la salinidad. Los más extremos son arqueas.

Será un viaje fascinante cuando podamos adentrarnos en el misterioso universo de las bacterias purpúreas y mitocondrias. El reino de las proteobacterias es un grupo vasto y variado de bacterias gran-negativas comúnmente llamadas “bacterias purpúreas”. Tradicionalmente se han dividido en cuatro grupos, llamados Alpha, beta, gamma y delta; pero los estudios de ARN han revelado un quinto grupo, llamado epsilon, que parece ser una división profunda de las deltas.

Aquí lo dejaremos por hoy, y, el sumergirme en esta materia ha sido inducido por el debate que nos traemos sobre la vida o no en el planeta Marte y en algunas lunas de nuestro Sistema Solar, y, desde luego, sería muy arriesgado, después de conocer todo esto, decir que no hay, alguna clase de vida, por ahí afuera. De la vida Inteligente en planetas como la Tierra hablaremos otro día también.

Recopilación de datos de emilio silvera.

Simplemente pensamos en los Dinosaurios y la imaginación nos transporta hacia atrás en el tiempo, a unos 200 millones de años, en los períodos conocidos como Triásico y Jurásico, aquellas criaturas vivían plácidamente hasta que, hace ahora 65 millones de años, cuando esas moles vivientes de inmensas dimensiones, deambulaban por los bosques mesozoicos por los que discurrían bestias prodigiosas, un meteorito caído en el Yucatán (México) acabo con lo que, para nosotros, hubiera sido una pesadilla.

Pero no nos desviemos de lo esencial, más antiguos aún son los trilobites, esos monarcas de los mares cámbricos que correteaban por los arrecifes tropicales hace 500 millones de años. Los fósiles de animales reclamados por la cultura popular tanto como por la Ciencia, nos ofrece una crónica biológica de gran calado. Sin embargo, los fósiles sólo registran los capítulos más recientes de la colosal épica evolutiva de la Tierra. La historia completa de la vida abarca nada menos que 4.000 millones de años, desde los extraños mundos de los océanos sulfurosos que se extendían bajo una atmósfera asfixiante, pasando por bacterias que respiraban hierro y quimeras microscópicas, hasta llegar por fin hasta nuestro familiar mundo de oxígeno y ozono, de valles boscosos, de animales que nadan, corren o vuelan. Ni Sheherazade habría imaginado un cuento más fascinante.

Pero la historia no está completa en su versión actual. No puede estarlo, toda vez que cada nuevo dato, cada nuevo descubrimiento fruto de un arduo trabajo seguido de una intensa  investigación que siempre, plantea nuevas preguntas al encontrarnos con puertas cerradas de las que no tenemos la llave.

John  Archibald Wheeler, uno de los físicos más destacados del pasado siglo XX, acostumbraba a señalar que vivíamos en una isla rodeada de un mar de ignorancia. La metáfora tiene un sugerente colorario: a medida que la isla se hace más grande por la acumulación, pieza a pieza, de nuevo conocimiento, su línea de costa –la frontera entre el conocimiento y la ignorancia- se expande proporcionalmente. Es mucho lo que desconocemos todavía de la historia de la vida, y lo mismo podrán decir nuestros nietos. Claro que, si conociéramos todo lo que nos queda por conocer, el interés científico habría llegado a su final. Sin embargo, estamos lejos de que eso sea así.

Es fascinante sumergirse en el pasado, en la historia de la vida mucho antes de los Dinosaurios, antes de los trilobites, antes siquiera de que hubiese animales de cualquier tipo. Hay que comenzar la historia con la diversificación inicial de los animales en los mares cámbricos, y, para poder entenderlo, de ahí la historia nos lleva hacia rocas muy antiguas que se formaron en océanos muy primitivos que llevan la huella escondida de la historia más profunda de la vida en nuestro planeta.

Los registros fragmentarios de organismos primigenios nos dan motivo para cavilar sobre el origen de la vida antes de ascender por el tiempo geológico tras un rastro de  fósiles y moléculas que nos conducirán de nuevo a la “explosión” cámbrica de la vida animal, a la que actualmente se considera tanto culminación de la larga Historia precámbrica de la vida como desviación radical de ella.

Para mí, la historia científica de la creación es una narración apasionante que, correctamente explicada, nos ayuda a comprender no sólo nuestro pasado biológico sino también la Tierra y la vida que nos rodea en la actualidad. La diversidad biológica contemporánea es el producto de cuatro mil millones de años de evolución. Somos parte de ese legado; al intentar comprender la larga historia evolutiva de la Tierra, comenzamos a comprender nuestro propio lugar en el mundo y nuestra responsabilidad como administradores del planeta.

El estudio de los orígenes de la vida no es nada trivial, y, decir: las bacterias engendraron a los protozoos, los protozoos a los invertebrados, los invertebrados engendraron a los peces, y así sucesivamente. Tales listas de conocimientos pueden ser memorizados pero, en realidad, dejan poco espacio para pensar. Por esa razón, hay que tomar otros caminos que nos lleven, paso a paso, por los senderos evolutivos de la más tradicional empresa científica que, se entrelazan con las nuevas ideas nacidas de la biología molecular y la geoquímica. Y, a todo esto, tenemos los datos que subyacen en el principio de todo: la materia compleja necesaria para que la vida pudiera surgir, las transiciones de fase que llevaron desde el primario hidrógeno hasta el complejo Carbono, Nitrógeno, Oxígeno, Boro, y otros…sólo fue posible fabricarlos en los hornos nucleares de las estrellas y en explosiones de supernovas que, a temperaturas enormes, sembraron el espacio interestelar de estos elementos complejos que, más tarde, formaron planetas que, bajo ciertas condiciones, permitieron el surgir de la vida.

Claro que, la Tierra que conocemos hoy, nada tiene que ver con aquella otra Tierra en la que, a partir de la materia inerte y bajo ciertas condiciones, pudo surgir la primera célula capaz de replicarse. Los huesos de los Dinosaurios son grandes y espectaculares, si te pones a pensar en ellos te pueden mantener despierto por las noches elucubrando sobre su mundo y aquellos panoramas de frondosos bosques por los que, todo tipo de animales de dimensiones desmesuradas, deambulaban buscando su sustento que, no siempre era vegetal. Si lo pensamos bien, aquel mundo, no difería mucho de este nuestro. Contrasta con él la historia profunda de la Tierra, que nos cuentan fósiles microscópicos y sutiles señales químicas y que es, pese a ello, un relato dramático, una sucesión de mundos desaparecidos que, por medio de la transformación de la atmósfera y una revolución biológica, nos trae hasta el mundo que conocemos hoy.

¿Cómo podemos llegar a comprender acontecimientos que se produjeron hace miles de millones de años? Una cosa es aprender que en las llanuras mareales de hace mil quinientos millones de años vivían bacterias fotosintéticas, y otra muy distinta entender cómo se infiere que unos fósiles microscópicos pertenecen a bacterias fotosintéticas, cómo se averigua que las rocas que las rodean se formaron en antiguas llanuras mareales y cómo se estima su edad en miles de millones de años. El conocimiento que actualmente tenemos, ha costado un alto precio de muchas horas de trabajo, investigación profunda, largos y tediosos viajes no siempre con medios adecuados y, sobre todo, una carga enorme de curiosidad por saber. En tanto que empresa humana, este es también un relato de una exploración que se extiende desde el espacio interior de las moléculas al espacio literalmente exterior de Marte y otros planetas. Frías noches vividas en Siberia, largas caminatas en China, sufridas expediciones por África y múltiples viajes a casi todos los rincones del mundo a la búsqueda de la huella reveladora que nos lleve por el camino inequívoco de nuestros orígenes, es parte del precio que hemos tenido que pagar y que seguimos pagando. Esto sin mencionar las largas noches de Laboratorio que, empalmadas con los días, suponen muchos años de investigación.

Está claro que todo es la historia de la coevolución de la Tierra y de la Vida. Tanto los organismos como el ambiente han cambiado drásticamente con el tiempo, a menudo de forma concertada. Los cambios del clima, la geología e incluso la composición de la atmósfera y de los océanos han influido en el curso de la evolución, del mismo modo que las innovaciones biológicas han influido, a su vez, en la historia del medio ambiente. La impresión general que surge de la larga historia de nuestro planeta es las interacciones entre organismos y ambientes. La épica evolutiva que registran los fósiles refleja tan bien como cualquier otra cosa la continua acción recíproca entre las posibilidades genéticas y las oportunidades ecológicas.

Esta visión amplia general de la historia biológica nos proporciona el tema de mayor calado. La vida nació por mediación de procesos físicos en la Tierra primigenia. Estos mismos procesos –tectónicos, oceanográficos y atmosféricos – sustentaron la vida era tras era al tiempo que modificaban continuamente la superficie de la Tierra.

Por fin,  la vida se expandió y diversificó hasta convertirse en una fuerza planetaria por derecho propio, uniéndose a los procesos tectónicos y físico-químicos en la transformación de la atmósfera y los océanos.

A mi entender, el surgimiento de la vida no es, de ninguna manera, una característica definitoria de nuestro planeta, la Tierra. En cualquier sitio del Universo, en cualquiera de los miles de cientos de millones de planetas que en las innumerables galaxias están situados, en cualquiera digo, ha podido, al igual que en la Tierra, surgir formas de vida que han evolucionados como aquí sucedió. No olvidemos que, las leyes de la Naturaleza y las Constantes Universales, son las mismas en cualquier parte del Universo por muy lejos que esta se encuentre y, pienso que, cualquier planeta situado a 13.000 millones de años-luz de nosotros, puede albergar formas de vida que, también podrían ser conscientes de SER.

Cuando se estudia a fondo, desde el más remoto de los orígenes el surgir de la vida y cómo ha podido evolucionar hasta desembocar en los seres humanos que hoy predominan, como seres inteligentes en el planeta Tierra, más asombro y humildad acompañan mis pensamientos de esas “increíbles” historias de la creación que nos ofrece la Ciencia que, por otra parte, es la única fuente fiable para saber dónde reside las fuente de la verdad.

Está claro que no podemos pararnos aquí y ahora a construir un árbol de la vida y explicar todas las posibles ramificaciones en él implicadas. Ese árbol existe y se ha podido recomponer a partir de cientos de miles de comparaciones entre secuencias de nucleótidos de genes de diversos organismos, las plantas y los animales quedan reducidos a brotes en la punta de una sola de las ramas, la eucariota.

La mayor diversidad de la vida y, por extensión, la mayor parte de su historia, es microbiana, así que, antes de empezar por hablar de nosotros mismos, no estaría de más conocer algo sobre las bacterias y las arqueas, esos diminutos arquitectos de los ecosistemas terrestres.

Ya en días pasado dejé aquí un breve (pero profundo comentario) resumen sobre el mundo de Eucaria (al que pertenecemos nosotros junto con las plantas, los hongos y los protozoos, y, desde luego, explicaba bien el metabolismo que tenemos y que, se mire como se mire, es muy inferior al metabolismo de las bacterias y al grupo fotosintético que, dicho de manera sencilla, al contrario que nosotros, pueden vivir casi en cualquier parte.

Aquí lo dejo por hoy, en una próxima oportunidad nos dedicaremos a explicar algo sobre el mundo procariota que, os recomiendo no os lo perdáis.

emilio silvera

Las plantas, los animales, los hongos, las algas y los protozoos son todos organismos eucariotas, genealógicamente vinculados por un modo de organización celular en el que el material genético aparece encerrado en el interior de una estructura membranosa llamada núcleo.

Las bacterias y otros procariotas son distintos: sus células carecen de núcleo. Por lo que respecta a su importancia biológica, los eucariotas “parecen” jugar con ventaja; los organismos eucariotas se presentan en una gran variedad de tamaños y formas que van desde los escorpiones, los elefantes y las setas hasta los geranios, las luminarias y las amebas, o, nosotros mismos, los animales racionales que componemos la especie humana.

Los procariotas en cambio, son en su mayor parte diminutas esferas, cilindros o espirales. Algunas bacterias forman filamentos sencillos de células unidas por sus extremos, pero son muy pocas las que llegan a construir estructuras multicelulares más complejas.

El tamaño y la forma sin duda dan la ventaja a los eucariotas, pero la morfología es sólo uno de los criterios posibles para medir la importancia ecológica. El metabolismo –el modo como un organismo obtiene materia y energía- es otro criterio, y de acuerdo con este son los procariotas los que destacan por su diversidad. Los organismos eucariotas básicamente viven de algunos de los tres modos siguientes:

Algunos organismos, incluidos nosotros mismos, somos heterótrofos, es decir, obtenemos tanto el Carbono como la Energía que necesitamos para el crecimiento de ingerir moléculas orgánicas producidas por otros organismos. Para obtener energía, nuestras células utilizan oxígeno para descomponer azúcares en dióxido de carbono y agua mediante el proceso denominado respiración aeróbica (es decir, que utiliza oxígeno). En caso de necesidad, podemos conseguir un poco de energía por medio de un segundo tipo de metabolismo llamado fermentación, un proceso anaeróbico (sin oxígeno) por el que una molécula orgánica se descompone en dos (sólo las levaduras y unos pocos eucariotas más viven fundamentalmente con este metabolismo). El tercer tipo principal de metabolismo energético que se encuentra en los eucariotas es la fotosíntesis que realiza las plantas y las algas: la clorofila y otros pigmentos asociados captan la energía del Sol, y esta permite a las plantas fijar dióxido de carbono en forma de materia orgánica. Para convertir luz en energía bioquímica las plantas necesitan un electrón, que proporciona el agua, y en el proceso se libera oxígeno como producto secundario.

En comparación a esas tres formas de metabolismo eucariota, la diversidad metabólica de los microorganismos procariotas, vence por una mayoría aplastante, y, un aspecto clave para explorar la historia e la vida primigenia está, precisamente, en las numerosas formas de metabolismo que utilizan los procariotas para vivir. A medida que nos adentramos en ese saber, el asombro nos embarga y la fascinación de lo que parece imposible, nos lleva a considerar que, en la Naturaleza, ninguna maravilla que podamos encontrar puede ya ser negada por nuestra racionalidad que, debe dejar de lado eso que se llama sentido común utilizado en el mundo cotidiano, para ir más allá y, poder mirar las cosas con otra amplitud de miras que pueda admitir que, “lo imposible”, seguramente no existe en el Universo.

Al igual que los eucariotas, muchas bacterias respiran oxigeno. Pero otras bacterias utilizan para la respiración Nitrato disuelto (NO₃⁻) en lugar de Oxígeno, y aún otras utilizan iones sulfato (SO₄²⁻) u óxidos metálicos de hierro o manganeso. Unos pocos procariotas pueden incluso utilizar CO₂ que hacen reaccionar con ácido acético en un proceso que genera gas natural, que es el gas metano (CH₄) –como el detectado en Marte-. Los organismos procariotas han desarrollado además toda suerte de reacciones de fermentación.

Las bacterias también exhiben variaciones sobre el tema de la fotosíntesis. Las cianobacterias, un grupo de bacterias fotosintéticas teñidas de color verde azulado por la clorofila y otros pigmentos, captan la luz del Sol y fijan CO₂ de forma muy parecida a como lo hacen las algas y plantas terrestres eucariotas. Sin embargo, cuando en el medio hay sulfuro de Hidrógeno (H₂S, bien conocido por su característico olor a “huevos podridos”), muchas cianobacterias utilizan este gas en lugar de agua para obtener los electrones que requieren la fotosíntesis. Como producto secundario se forman entonces azufre y sulfato, no oxígeno.

Las cianobacterias constituyen sólo uno de los cinco grupos distintos de bacterias fotosintéticas. En los otros grupos, el aporte de electrones por H₂S, gas hidrógeno (H₂) o moléculas orgánicas es obligado, y nunca se produce oxígeno. Estas bacterias fotosintéticas captan la luz con bacterioclorofila en lugar de la clorofila, más familiar. Algunas utilizan los mismos procesos bioquímicos que las cianobacterias y las plantas verdes para fijar dióxido de carbono, pero otras usan vías metabólicas muy distintas, y un tercer grupo se sirve de una fuente de carbono orgánico en lugar de CO₂.

Las variaciones bacterianas sobre temas metabólicos de la respiración, la fermentación, y la fotosíntesis son, pues, impresionantes, pero los organismos procarióticos han desarrollado todavía otro modo de crecer que es completamente desconocido en los eucariotas: la quimiosíntesis. Como los organismos fotosintéticos, los microbios quimiosintéticos toman el Carbono del CO₂, pero obtienen la energía de reacciones químicas y no de la radiación solar, lo que consiguen combinando oxígeno o nitrato (o, de forma menos frecuente, el sulfato, el hierro (oxidado) oxidizado o el manganeso) se combina con gas hidrógeno, metano o formas reducidas de hierro, sulfuro o nitrógeno de tal modo que la célula capta la energía desprendida por la reacción. Los procariotas metanogénicos resultan de particular interés para la ecología y la evolución; estas diminutas células extraen energía de una reacción entre hidrógeno y dióxido de carbono en la que se libera el metano.

Las vías metabólicas de los procariotas sustentan los ciclos (biológicos) bioquímicos que mantienen la Tierra en su condición de planeta habitable. Fijémonos por ejemplo en el dióxido de carbono. Los volcanes aportan CO₂ a los océanos y la atmósfera, pero la fotosíntesis le sustrae a un ritmo más rápido. Tan rápido, de hecho, que los organismos fotosintéticos podrían desproveer de CO₂ a la atmósfera actual en poco menos de una década. Naturalmente no ocurre así, y ello se debe sobre todo a que esencialmente la respiración realiza la reacción fotosintética en sentido inverso. Mientras que los organismos fotosintéticos hacen reaccionar CO₂ con agua para producir azúcares y oxígeno, los seres vivos que respiran (entre los que estamos nosotros, los humanos) hacen reaccionar azúcar con oxígeno y en el proceso libera agua y dióxido de carbono. Conjuntamente, la fotosíntesis y la respiración reciclan el carbono en la biosfera y sostiene así la vida y su ambiente a lo largo del tiempo.

No es difícil imaginar un ciclo del carbono simple en el cual las cianobacterias  fijen CO₂ en forma de materia orgánica y suministren oxígeno al medio mientras  que las bacterias  no fotosintéticas hacen lo contrario, al respirar oxígeno y regenerar el CO₂. Las plantas y las algas pueden realizar la misma función que las cianobacterias, y los protozoos, los hongos y los animales pueden sustituir a las bacterias respiradoras (en ese sentido los procariotas y los eucariotas son funcionalmente equivalentes).

Pero dejemos que algunas células caigan hasta el fondo del océano y queden enterradas en sedimentos desprovistos de oxígeno. Aquí las limitaciones del metabolismo eucariota resultan evidentes, pues se necesitan reacciones que no consuman oxígeno (reacciones anaeróbicas) para completar el ciclo del carbono. En los actuales sedimentos del fondo oceánico, la reducción de sulfato y la respiración con hierro y manganeso son tan importantes como la respiración aeróbica en el reciclado de la materia orgánica. En términos más generales, allí donde el carbono transita por medios faltos de oxígeno, las bacterias son esenciales para completar el ciclo del carbono.

El valor fundamental de los procariotas se extiende también a otros elementos de importancia biológica. De hecho, en los ciclos biogeoquímicos  del azufre y el nitrógeno, todas las vías metabólicas importantes para el reciclado de estos elementos son procariotas.

Pensemos en particular en el Nitrógeno, un elemento esencial necesario para la síntesis de proteínas, ácidos nucleicos y otros compuestos biológicos. Vivimos inmersos en gas nitrógeno. (El aire está compuesto en un 80 por 100 de su volumen por gas nitrógeno). Pero este gigantesco almacén de nitrógeno no se encuentra biológicamente disponible para nosotros, que, como el resto de los animales, obtenemos el nitrógeno que necesitamos consumiendo otros organismos. Y el gas nitrógeno sólo podemos asumirlo de esa manera.

Las plantas pueden absorber amonio (NH₄⁺) o nitrato del suelo, pero ¿cómo llegan estos compuestos hasta allí? El amonio se libera durante la descomposición de células muertas; el nitrato, a su vez, es producido por bacterias que oxidan amonio. En medios ricos en oxígeno el nitrato resultante queda disponible para las plantas (o, en ecosistemas acuáticos, para las algas y las cianobacterias), pero en los suelos anegados y otros ambientes pobres en 0₂ otras bacterias usan nitrato para respirar y devuelven gas nitrógeno a la reserva atmosférica de N₂. (Buena parte del nitrato que se aporta a los campos con los abonos tienen este destino).

Bueno, ya decía antes que los ciclos del carbono, nitrógeno, azufre y otros elementos se encuentran ligados entre sí formando un complejo sistema que controla el pulso biológico del planeta.

De todas las maneras, a estas alturas tenemos muy claro que, las plantas y los animales evolucionaron para hacerse un hueco en un mundo procariota y no al revés. Nuestro mundo es procariota, y no en el sentido trivial de que hay muchas células procariotas. Los metabolismos procariotas conforman los circuitos ecológicos fundamentales de la vida. Son las bacterias, y no los mamíferos, los que sustentan el funcionamiento eficiente y persistente de la biosfera.

Para saber quienes debemos profundizar en los tres dominios más destacados de la vida: Eucariota, Bacterias y Arqueas que pueden conformar un árbol de la vida aceptable a grandes rasgos.

En la rama eucariota, en su cúspide, aparecen los animales que seguidos de plantas, hongos, euglénidos, ciliados, hongos mucilaginosos, parabasálidos y diloplomonadas, conforman el dominio al que pertenecemos de células grandes y nucleadas.

En el dominio de las bacterias nos encontramos con una amplia serie de miembros fotosintetizadores como las Flexibacterias,Heliobacterias,Cainobacterias,Bacterias púrpuras, Flavobacterias, bacterias verdes del azufre, Thermodesuflobacterium, Aquiflex y Thermotoga.

 En los arqueas tenemos: Desulfuro coccus, Pyrodictium, Sulfolobus,Thermoproteus,Pyrobacculum,Pyrococcus,Thermoplasma,Halobacterias, la familia de los metalógenos.

Tanto en el dominio de las Bacterias como en el de las arqueas se encuentran ramas de hipertermófilos, es decir, organismos que viven a altas temperaturas.

Las arqueas tienen organización celular procariota, y durante muchos años los organismos de estas ramas se consideraron (en la poca medida en que se consideraron) bacterias de metabolismo peculiar. Peor la comparación de los genes del ARN ribosómico sugiere que estos microbios son tan distintos de las bacterias convencionales como las bacterias de los eucariotas. Lo que es más, el árbol indica que los arqueas se encuentran más estrechamente emparentados con los eucariotas que con las bacterias.

En 1996 se publicó el genoma completo (la información codificada en el ADN) de la Arquea Methanococcus Janaschii, lo que puso de manifiesto que estos microbios comparten únicamente del once al diecisiete por ciento de sus genes con las bacterias cuyos genomas han sido secuenciados.

Más del cincuenta por ciento de sus genes se desconocen tanto en eucariotas como en bacterias, lo que confirma que las arqueas son marcadamente distintas de los organismos de los otros dominios. Las arqueas, sin embargo, comparten con las bacterias algunos rasgos importantes, como (el más obvio) la organización celular procariota, la estructura molecular del ribosoma y la disposición de los genes en un único cromosoma circular. Por otro lado, las arqueas comparten con los eucariotas atributos como los detalles moleculares de la transcripción del ADN y la susceptibilidad a antibióticos específicos. Y aun hay otros rasgos que comparten las bacterias y los eucariotas, pero no las arqueas, entre los que destaca la naturaleza de la membrana celular.

¿Cómo podemos entonces determinar qué grupo está más estrechamente emparentado con otro? Dicho de otra forma, ¿dónde situamos la raíz del árbol? En un árbol de tres ramas no puede situarse la raíz por métodos convencionales, como una consideración algo más profunda de la distribución de caracteres que pone en evidencia. Los rasgos como el ATP o el código genético que son compartidos por los tres dominios no aportan información alguna acerca de las relaciones genealógicas, pero permiten inferir la naturaleza del último antepasado común de las tres ramas.

Está claro que, el camino que nos queda por recorrer es largo, hasta que podamos llegar a saber sobre los enigmas que el árbol de la vida nos presenta, muchos estudios, observaciones, investigación y experimentos están pendientes de realizarse para confirmar o negar teorías que circulan y, por otra parte, para desvelar misterios desconocidos.

Sabemos que la rama bacteriana del árbol está profundamente ramificada; en la actualidad conocemos al menos treinta grupos principales de bacterias, cada uno de ellos más o menos equivalente a los reinos animal y vegetal que los biólogos han reconocido tradicionalmente. Se encuentran representados en esta rama la mayoría de los metabolismos reseñados a lo largo de este trabajo. La fotosíntesis, en particular, es una forma de metabolismo característicamente bacteriana. De qué modo podemos reconciliar esto con la obvia presencia de fotosíntesis en plantas y algas eucariotas. Desde luego, es una de las grandes historias de la Biología evolutiva que merece ser expuesta aquí.

Tenemos que destacar, no obstante, que los linajes protosintéticos adornan únicamente las ramitas más altas de la rama bacteriana, lo que nos lleva a pensar que los ecosistemas más antiguos de la Tierra eran fundamentalmente distintos de los que nos rodean en la actualidad, cuando la fotosíntesis impulsa la Biología en la mayoría de hábitats. El motor de la vida primigenia debe haberse alimentado por quiomisíntesis, como indica el hecho de que las ramas más antiguas que conocemos del árbol, bacteriano contengan organismos quimiosintéticos y heterótrofos, muchos de los cuales viven en ambientes de temperatura elevada y desprovistos, o casi desprovistos, de oxígeno.

A diferencia de las bacterias, las arqueas contienen únicamente dos grupos principales, aunque comienzan a insinuarse otros que todavía están por caracterizar. Una de estas ramas está dominada por organismos metanógenos. La mayoría de las criaturas de esta rama son productores de metano obligados, pero en al menos tres linajes la evolución ha producido un repertorio metabólico más diverso en el que se incluye la respiración.

Como podemos deducir de todo lo que antecede, no es difícil de imaginar que, algunas formas de vida como las que aquí se han descrito, puedan estar asentadas en otros mundos cuyas condiciones puedan ser similares o parecidas a las de la Tierra, y, si no se trata de formas de vida exactamente iguales a las de la Tierra, sí deben ser muy parecidas en sus dimensiones y metabolismos.

En fin, es un tema tan amplio que, en un simple comentario breve y sencillo como este que nos ocupa, no podemos desarrollar las muchas posibilidades que, desde su fuente hasta el momento presente pueden ser comentadas sobre los muchos aspectos que aquí están implicados.

emilio silvera

Cancion de Navidad, la afamada historia de redencion escrita por Charles Dickens, se inicia con una amonestación a los lectores para que presten atención a un hecho particular: “El viejo Marley estaba bien muerto… Este hecho debe comprenderse cabalmente, pues de otro modo nada maravilloso puede derivarse de la historia que voy a relatar”.

La Historia de la vida primigenia tiene su propio “Jacob Marley; hecho que, como la muerte del avaro de la historia de Dickens, es necesario comprender cabalmente para que la narración cobre sentido. El primero de ellos es la diversidad metabolica de los microorganismos procariotas, un aspecto clave para explorar la historia de la vida primigenia. Conviene que nos familiaricemos con las numerosas formas de metabolismo que utilizan los procariotas para vivir y que averiguemos donde encajan esos minusculos organismos en el arbol de la vida antes de que podamos calzarnos de nuevo las botas para volver al campo como paleontologos.

Al igual que los eucariotas, muchas bacterias respiran oxigeno. Pero otras bacterias utilizan para la respiración nitrato disuelto (NO₃^-) en lugar de Oxigeno, y aun otras usan iones sulfato (SO₄^2-) u oxifos metalicos de hierro o manganeso. Unos pocos procariotas pueden incluso utilizar CO₂, que parece reaccionar con acido acetico en un proceso que genera gas natural, que es el gas metano(CH4). Los organismos procariotas han desarrollado ademas toda suerte de reacciones de fermentacion.

Las bacterias tambien exhiben variaciones sobre el tema de la fotosintesis. Las cianobacterias, un grupo de bacterias fotosinteticas teñidas de color verde azulado por la clorofila y otros pigmentos, captan la luz del Sol y fijan CO₂ de forma muy parecida a como lo hacen las algas terrestres eucariotas. Sin embargo, cuando en el medio hay sulfuro de hidrogeno (H₂S, bien conocido por su caracteristico olor a “huevos podridos”), muchas cianobacterias utilizan este gas en lugar del agua para obtener los electrones que requiere la fotosintesis. Como productos secundarios se forman entonces azufre y sulfato, no oxigeno.

Las cianobacterias constituyen solo uno de los cinco grupos distintos de bacterias fotosinteticas. En los otros grupos, el aporte de electrones por H₂S, gas hidrogeno (H₂) o moleculas organicas es obligado, y nunca se produce oxigeno. Estas bacterias fotosinteticas captan la luz con bacterioclorofila en lugar de la clorofila, mas familiar. Algunas utilizan los mismos procesos bioquimicos que las cianobacterias y las plantas verdes para fijar dioxido de carbono, pero otras usan vias metabolicas muy distintas, y un tercer grupo se sirve de una fuente de carbono organico en lugar de CO₂.

Las variaciones bacterianas sobre temas metabolicos de la respiracion, la fermentacion y la fotosintesis son, pues, impresionantes, pero los organismos procarioticos han desarrollado todavia otro modo de crecer que es completamente desconocido en los eucariotas: la quimiosintesis. Como los organismos fotosinteticos, los microbios quimiosinteticos toman el Carbono del CO₂, pero obtienen la energia de reacciones quimicas y no de la radiacion solar, lo que consiguen combinando oxigeno o nitrato (o, de forma menos frecuente, el sulfato, el hierro oxidizado o el manganeso) se combina con gas hidrogeno, metano o formas reducidas de hierro, sulfuro o nitrogeno de tal forma que la celula capta la energia desprendida por la reaccion. Los procariotas metanogenicos resultan de particular interes para la ecologia y la evolucion; estas dominutas celulas extraen energia de una reaccion entre hidrogeno y dioxido de carbono en la que se libera metano.

Las vias metabolicas de los procariotas sustentan los ciclos bioquimicos que mantienen la Tierra en su condicon de planeta habitable. Fijemonos por ejemplo en el dioxido de carbono. Los volcanes aportan CO₂ a los oceanos y la atmosfera, pero la fotosintesis lo sustrae a un ritmo mas rapido. Tan rapido, de hecho, que los organismos fotosinteticos podrian desproveer de CO₂ a la atmosfera actual en poco menos de una decada. Naturalmente no ocurre asi, y ello se debe sobre todo a que esencialmente la respiracion realiza la reaccion fotosintetica en sentido inverso. Mientras que los organismos fotosinteticos hacen reaccionar CO2 con agua para producir azucares y oxigeno, los seres vivos que respiran (entre los que podemos incluirnos nosotros) hacen reaccionar azucar con oxigeno y en el proceso liberan agua y dioxido de carbono. Conjuntamente, la fotosintesis y la respiracion reciclan el carbono en la biosfera y sostienen asi la vida y su ambiente a lo largo del tiempo.

No es dificil imaginar un ciclo del carbono simple en el cual las cianobacterias fijen CO₂ en forma de materia organica y suministren oxigeno al medio mientras que las bacterias no fotosinteticas hacen lo contrario, al respirar oxigeno y regenerar el CO₂. Las plantas y las algas pueden realizar la misma funcion  que las cianobacterias, y los protozoos, los hongos y los animales pueden sustituir a las bacterias respiradoras (en ese sentido los procariotas y los eucariotas son funcionalmente equivalentes). Pero dejemos que algunas celulas caigan hasta el fondo del oceano y queden enterradas en sedimentos desprovistos de oxigeno. Aqui las limitaciones del metabolismo eucariota resultan evidentes, pues se necesitan reacciones que no consuman oxigeno (reacciones anaerobicas) para completar el ciclo del carbono. En los actuales sedimentos del fondo oceanico, la reduccion de sulfato y la respiracion con hierro y manganeso son tan importantes como la respiracion aerobica en el reciclado de la materia organica. En terminos mas generales, alli donde el carbono transita por medios falto de oxigeno, las bacterias son esenciales para completar el ciclo del carbono. Los eucariotas son opcionales.

El valor fundamental de los eucariotas se extiende tambien a otros elementos de importancia biologica. De hecho, en los ciclos biogeoquimicos del azufre y del nitrogeno, todas las vias metabolicas importantes para el reciclado de estos elementos son procariotas. Piensese en particular en el nitrogeno, un elemento esencial necesario para la sintesis de proteinas, acidos nucleicos y otros compuestos biologicos. Vivimos inmersos en gas nitrogeno. (El aire esta compuesto en un ochenta por 100 de su volumen por gas nitrogeno.) Pero este gigantesco almacen de nitrogeno no se encuentra biologicamente disponible para nosotros, que, como el resto de los animales, obtenemos el nitrogeno que necesitamos consumiendo otros organismos. Y el gas nitrogeno no se encuentra mas disponible para las vacas o el maiz que para los humanos. Las plantas pueden absorber amonio (NH₄ ⁺) o nitrato del suelo, pero ¿como llegan estos compuestos hasta alli? El amonio se libera durante la descomposicion de celulas muertas; el nitrogeno, a su vez, es producido por bacterias que oxidan amonio. En medios ricos en oxigeno el nitrato resultante queda disponible para las plantas (o, en ecosistemas acuaticos, para las algas y las cianobacterias), pero en los suelos anegados y otros ambientes pobres en O₂ otras bacterias usan nitrato para respirar y devuelven gas nitrogeno a la reserva atmosferica de N₂. (Buena parte del nitrato que se aporta a los campos con los abonos tiene ese destino.)

De modo que todavia no hemos resuelto nuestro problema. El amonio y el nitrato del suelo y del agua del mar provienen de celulas muertas, y las bacterias que respiran nitrato inexorablemtne sustraen nitrogeno biologicamente util de la biosfera. Entonces, ¿Que es lo que alimenta el ciclo del nitrogeno e impide que se frene? La respuesta es que algunos organismos son capaces de convertir nitrogeno atmosferico en amonio utilizando para ello las reservas de energia de la celula. Ningun organismo eucariota puede fijar nitrogeno por este proceso, pero si muchos procariotas. Los rayos fijan una pequeña cantidad de nitrogeno al cortar la atmosfera, pero la sed de nitrogeno de la biosfera es saciada principalmente por las bacterias.

Los ciclos del carbono, el nitrogeno, el azufre y otros elementos se encuentran ligados entre si formando un complejo sistema que controla el pulso biologico del planeta. Como los organismos necesitan nitrogeno para fabricar proteinas y otras moleculas, no podria haber ciclo de nitrogeno sin fijacion de nitrogeno. El propio metabolismo del nitrogeno depende de la presencia de enzimas que contienen hierro; por tanto, si no hubiera hierro biologicamente disponible no podria haber ciclo de nitrogeno… ni ciclo de carbono. La biologia de otros planetas puede incluir o no organismos grandes e inteligentes, pero lo que si habra siempre alli donde persista la vida son metabolismos complementarios que permiten el reciclado de los elementos biologicamente importantes de la biosfera.

A estas alturas debe haber quedado claro por que insisti en la primera parte de este trabajo en que las plantas y los animales evolucionaron para hacerse un hueco en un mundo procariota y no alreves. Nuestro mundo es procariota, y no en el sentido trivial de que haya muchas celulas procariotas. Los metabolismos procariotas conforman los circuitos ecologicos fundamentales de la vida. Son las bacterias, y no los mamiferos, los que sustentan el funcionamiento eficiente y persistente de la biosfera.