Dicen que permea todo el universo pero nadie la vio, no sabe de qué está hecha, su origen es desconocido, no emite radiación pero sí Gravedad… ¡Qué raro resulta todo! Pero su existencia cuadran las cuentas.

En los temas que estos días hemos tratado, ha sido la protagonista la “hipotética” materia oscura que, según algunos modelos supone el 90% de la materia que compone el universo. El tema ha dado pie a opiniones y algún debate que principalmente han llevado adelante Kike, Fandila, Nelson y otros contertulios que, con sus indudables conocimientos y formas de aplicar la lógica, nos llevan de la mano, con alguna metáfora incluida, a que podamos comprender mejor como son las cosas que, no siempre, coinciden con la realidad que algunos nos dibujan. Y, nuestra obligación, aunque el dibujo sea hermoso, armonioso y hasta placentero, debemos desconfiar, y, tomarlo, tan sólo como algo posible, algo que podría ser pero que de momento no es. Acordaos de aquel sabio que nos dijo: Todas las cosas son”. Con aquella simple frase, elevó a las “cosas” a la categoría de ser. Claro que las cosas a las que se refería estaban allí y podíamos contemplarlas. Por el contrario, la “materia oscura” nadie la vio nunca, es algo imaginario y supuesto que, al parecer, nos señalan algunos indicios observados, por lo demás, nada podemos concretar de ella.

Nuestro Universo es tan complejo que, seguramente, todo lo que hemos podido saber de él, es sólo una pequeñísima parte de lo que es. Quizá el inmenso trabajo y esfuerzo, el ingenio de muchos, la intuición de algunos, la genialidad de unos pocos, el avance, costoso avance en el campo de las matemáticas, todo ello unido como un todo, nos ha traído hasta aquí, un momento en el que, se podría decir sin temor a equivocarnos que estamos en la línea de partida para comenzar el camino hacia más grandes logros. Creerse más que eso, sería engañarnos a nosotros mismos, dado que, la cruda realidad es que sabemos menos de lo que creemos y decimos que sabemos.

Arriba contemplamos la conocida y familiar imagen de una Galaxia y, si alguien nos preguntara como pudieron formarse las galaxias, la verdad sería que, no tendríamos contestación para esa pregunta. ¿Cómo es posible eso a estas alturas? Pués porque lo que podemos resumir de la moderno visión del universo se podría limitar a dos breves afirmaciones: Primera; el universo ha estado expandiéndose desde que se formó, y en el proceso ha evolucionado desde las estructuras simples a las complejas. Segunda: la materia visible en el universo está organizada jerárquicamente: las estrellas agrupadas en galaxias, las galaxias en cúmulos y los cúmulos en supercúmulos. El problema al que nos enfrentamos por tanto, es comprender como un universo  cuya evolución está dominada por la primera afirmación, puede llegar a tener la estructura descrita en la segunda afirmación.

El problema de es explicar la existencia de la galaxias ha resultado ser uno de los más espinosos de la cosmología. Con todo derecho no deberían estar ahí y, sin embargo, ahí están. Es difícil comunicarl el abismo de frustración que este simple hecho produce entre los científicos. Una y otra vez han surgido nuevas revelaciones y ha parecido que el problema estaba resuelto. Cada vez la solución se debilitaba, aparecían nuevas dificultades que nos transportaban al punto de partida.

Cada pocos años, la American  Physical Society, la Asociación Profesional  de físicos, tienen una sesión en una de sus reuniones en la que los Astrofísicos hablan de los más nuevos métodos de afrontar el problema de las galaxias. Si te molestar en asistir a varias de esas reuniones, dos son las sensaciones contradictorias que te embargan: Por una parte sientes un gran respeto por la ingenuidad de algunas propuestas que son hechas “de corazón” y, desde luego, la otra sensación es la de un profundo excepticismo hacia las ideas que proponían, al escuchar alguna explicación de cómo las turbulencias de los agujeros negros, las explosiones durante la formación de galaxias, los neutrinos pesados y la materia oscura fría resolvía todos aquellos problemas.

Lo cierto es que, a pesar de lo que se pueda leer en la prensa en comunicados oficiales, todavía no tenemos ese “bálsamo milagroso” que nos permita responder a una pregunta simple: ¿Por qué está el cielo lleno de galaxias?

Es cierto, el cielo está lleno de cúmulos de galaxias y nosotros, tratándo de saber de su presencia allí, hemos llegado a conseguir eliminar muchas de las respuestas equivocadas. Podemos estar ahora mucho más cerca de la verdad de lo que lo estábamos antes. Pero, de ninguna manera sería bueno que nos dejémos adormecer por la credulidad de los postulados modernos que parecen “sacados de la manga” del jugador cosmológico, para que la partida salga redonda. Claro que, una cierta dosis de excepticismo no implica que no podamos aceptar como probables y ciertas, algunas de las ideas generales implícitas en las soluciones propuestas que podrían, al final de todo el camino, ser parte de la solución que buscamos.

Formalmente podríamos exponer aquí al menos cinco razones para tratar de justificar el por qué, las galaxias, no deberían estar ahí presentes.

1º) Las Galaxias no pueden haberse formado antes que los átomos. No es un asunto trivial. Durante muchisimos años se estuvo tratando de entender este proceso, comezando con ideas magicas, hasta que a principios del siglo 19 se empezo a a comprender como funcionan las estrellas y el Universo.

Es un proceso algo complicado, por eso se tardo tanto en reconocerlo. En este momento la mejor teoria que explica el Universo es que comenzo con el Big-Bang, la explosion inicial que dio origen a todo. En la explosion, de origen todavia incierto, habia pura energia, y al expandirse se fue enfriando, como lo haria cualquier gas. Al llegar a un nivel de energia un poco mas bajo del inicial, se pudieron condensar de la energia las primeras particulas elementales (protones, neutrones, etc). Esto ocurrio en los primeros minutos. La famosa ecuacion de Einstein E = mc al cuadrado, implica que se puede transformar materia en energia, como en un reactor nuclear, y tambien la energia puede condensarse en materia, como en este caso. A los 300 mil años, el nivel de energia fue lo suficientemente bajo como para permitir la formacion de los primeros atomos.

La existencia protones, electrones y neutrones dispersos, que cuando se juntaron fue para formar los elementos quimicos mas elementales: Hidrogeno, Helio y algo de litio. Nada mas se formo, en la proporcion de 75% de hidrogeno, casi 25% de helio, y trazas de los otros elementos.

Aquella primera “sopa de plasma primordial” posibilitó que se juntaran protones y neutrones para formar el elemento más simple del Universo: El Hidrógeno,

Así, podemos partir de la base cierta de que, hasta donde sabemos, podemos pensar en el Universo durante aquellas primeras etapas de la expansión de Hubble estaba formado por dos únicos constituyentes: materia y radiación. La materia sufrió una serie de congelaciones al construir  gradualmente  estructuras más y más complejas. A medida que tienen lugar estos cambios en la formación de la materia, la manera en que interaccionan, materia y radiación cambian radicalmente. Esto, a su vez, desempeña un papel fundamental en la formación de galaxias.

La luz y otros tipos de radiación interaccionan fuertemente con partículas libres eléctricamente cargadas, del tipo de las que existían en el plasma que constituía el universo antes de que los átomos se formara. A causa de esta interacción, cuando la radiación se mueve por este plasma, colisiona con partículas, rebotando y ejerciendo una presión del mismo modo que las moléculas de aire, al rebotar sobre las paredes de un neumático, mantienen el neumático inflado. Si se diese el caso de que una conglomeración de materia del tamaño de una galaxia tratase de formarse antes de la congelación de los átomos, la radiación que traspasaría el material habría destruído el conglomerado, y, la radiación tendería a quedar atrapada dentro de la materia. Si tratase de salir, sufriría colisiones y rebotaría.

2º) Las galaxias no tuvieron tiempo de formarse. La Gravedad es la gran fuerza desestabilizadora del Universo, Nunca lo abandona del todo; siempre está actuando tratando de unir trazos de materia, En cierto sentido, la historia entera del Universo se puede pensar como un último y futil intento de superar la Gravedad.

Sería asombroso, dada la naturaleza universal de la fuerza gravitatoria, que no hubiera desempeñado un papel importante en la formación de las galaxias. Escribir sobre este apartado nos llevaría a tener que explicar muchas implicaciones que están presentes en la dinámica del universo en relación a la materia. De todas las maneras que la queramos mirar, la sensación que percibimnos es la de que, en aquellos primeros momentos, podía existir “algo” (no sabemos qué) que generaba también, como la materia bariónica normal, fuerza gravitatoria.

Inmensas turbulencias que generaban fuerzas eléctricas y moldeaba la materia y todo el entorno

3º) La turbulencia tampoco nos vale. El Impulso a travgés de la turbulencia es una idea simple, cuyas primeras versiones fueron aireadas alrededor de 1950. El postulado es: cualquier proceso tan violento y caótico como las primeras etapas del Big Bang no será como un río profundo y plácido, sino como una corriente de montaña, llena de espuma y turbulencias. En este flujo caótico podemos esperar encontrar remolinos y vórtices de gas. Lo cierto es que, en este maremagnun, era de todo punto imposible que las galaxias se pudieran formar.

4º) Las Galaxias no han tenido tiempo para formar cúmulos. Quizá estamos encontrando dificultades porque consideramos el problema de las galaxias desde un punto de vista muy estrecho. Quizá lo que deberíamos hacer es ver las cosas en una escala más grande y esperar que si entendemos como se forman los cúmulos de galaxias, la génesis de las galaxias individuales, se resolverá por sí misma. La idea nos conduce naturalmente a la cuestión de cómo se pueden haber formado concentraciones muy grandes de masa al comienzo de la vida del universo. Una de las ideas más sencillas sobre como puede haber sido el universo cuando los átomos se estaban formando es que no importa lo que estuviese pasando, la temperatura era la misma en todas partes. Este se llama modelo isotérmico.

Explicar aquí las implicaciones matemáticas a que nos llevaría explicar el modelo isotérmico, estaría bien pero, no parece imprescindible para finalizar este trabajo que, de manera sencilla, sólo trata de explicar que, las galaxias no se pudieron formar conforme a lo que hemos observado y sabemos del Universo, algo nos falta por saber y, alguna fuerza “oculta” debería haber estado allí presente para evitar que, la materia se dispersara con la expansión de Hubble y las galaxias se pudieran formar.

5º) Si la radiación marcha junto con la materia y la materia con las galaxias, la radiación de microondas cósmicas sería contradictoria. Si la radiación no se hubiera dispersado uniformemente, con independencia de la materia del universo, ¿dónde hubiera estado? siguiendo el procedimiento normal de la física teórica, consideraremos a continuación la tesis opuesta.

Supongamos que en el comienzo del universo materia y radiación estaban unidas. Si era así, allí donde se encontrara una concentración de masa, también habría una concentración de radiación. En la jerga de la Física se dice que esta situación es “adiabática”. Aparece siempre que tienen lugar en las distribuciones del gas cambios tan rápidos que la energía no puede transferirse fácilmente de un punto al siguiente.

Sabemos que,  para hacer galaxias,  la materia del universo tuvo que estar muy bien distribuída en agregados cuando se formaron los átomos. Pero, todo este resultado choca con uno de los hechos más notables del universo que conocemos. Si consideramos la radiación de microondas, que llega hasta nosotros desde la dirección del Polo Norte de la Tierra, y luego nos volvemos y miramos la radiación que viene  del Polo Sur, encontramos que son casi completamente idénticas. De esta notable uniformidad se deduce que cuando la radiación se despareja de la materia deberá de estar muy uniformemente distribuida por todo el universo.

El resultado final es este: lo que el proceso de formación de galaxias requiere del entorno de microondas y lo que observamos de su uniformidad son cosas diametralmente opuestas. Lo primero requiere radiación para ser reunida con la materia; así, si la materia estuviera agrupada cuando los átomos se formaron, habría trazas de esa agrupación en el fondo cósmico de microondas de hoy.

Por otra parte, la uniformidad observada en el entorno de microondas implica que la radiación nunca podría haber estado tan agrupada; si lo hubiera estado, hoy no sería uniforme. Cuando se hacen detallados cálculos núméricos, los astrofísicos encuentran que es imposible conciliar estas dos exigencias en conflicto. La radiación de microondas no puede ser uniforme y no uniforme al mismo tiempo.

Todos los razonamientos anteriores nos llevan a pensar y demuestran muy claramente que, no podemos dar por supuesto un universo lleno de galaxias y, si de hecho lo está, debemos buscar la causa real que lo hizo posible. Explicar ese universo ha sido mucho más difícil de lo que muchos llegaron a pensar y, como se dice en el título de este trabajo, no tenemos una explicación, ni las razones de peso que justifiquen la presencia de las galaxias.

¿Qué había y estaba presente en el comienzo del Universo, que nosotros desconocemos pero que, hizo posible que las galaxias se pudieran formar?

Yo no lo se.

Estamos de nuevo en el punto de siempre: Nuestros conocimientos son limitados. Nuestra ignorancia…

Infinita!

emilio silvera

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         Hasta el momento no se había descubierto un cúmulo de galaxias tan grande como este de arriba

Observamos la Naturaleza y no siempre la podemos comprender. Existen varias coincidencias aparentemente inusuales entre constantes de la Naturaleza no relacionadas en un nivel superficial que parecen ser cruciales para nuestra propia existencia o la de cualquier otra forma de vida concebible. Los inusuales niveles resonantes del Carbono y el Oxígeno que Hoyle nos señaló son buenos ejemplos. Hay muchos otros. Cambios pequeñas en las intensidades de las diferentes fuerzas de la Naturaleza y en las masas de las diferentes partículas destruyen muchos de los equilibrios delicados que hacen posible la vida.

La región central de la nebulosa de la Tarántula en la Gran Nube de Magallanes. El cúmulo de estrellas R136 joven y denso se puede ver en la parte inferior derecha de la imagen – NASA, ESA, P Crowther (University of Sheffield)

Ni podemos imaginar cuantos mundos habitables podrían estar ahí presentes y, si alguno de ellos da cobijo a muchas especies de criaturas, inteligentes o no que tienen ahí sus habitats.

Los distintos valores de las constantes de la Naturaleza están “escogidos” de forma  bastante fortuita cuando se trata de permitir que la vida evolucione y persista. Echemos una mirada a otros ejemplos: La estructura de los átomos y las moléculas están controlada casi por completo por dos números de los que ya hemos hablado aquí alguna vez: la razón entre las masas del electrón y el protón, β, que es aproximadamente igual a 1/1.836, y la constante de estructura fina α, que es aproximadamente igual a 1/137. Supongamos que permitimos que estas dos constantes cambian su valor de forma independiente y supongamos también (para hacerlo más sencillo) que ninguna otra constante de la Naturaleza cambie. ¿Qué sucede al mundo si las leyes de la Naturaleza siguen siendo las mismas?

 Si estudiamos un átomo veremos, en tan diminuto objeto, una de las maravillas del Universo, y, sobre todo, su asombroso núcleo con todo lo que allí está presente en objetos y energía.

Si deducimos las consecuencias pronto encontramos que no existe mucho espacio para maniobrar.

          Las constantes de la Naturaleza hacen posible la existencia de la Vida en el Universo

Si deducimos las consecuencias pronto encontramos que no existe mucho espacio para maniobrar. Incrementemos β demasiado y no puede haber estructuras moleculares es el pequeño valor de β el que asegura que los electrones ocupen posiciones bien definidas alrededor del núcleo atómico como en la imagen de arriba podeis contemplar y, desde luego, dichas posiciones no son porque sí, todas ellas están bien ubicadas para que todo transcurra como debe transcurrir sin que surjan anomálías que podrían impedir esa estabilidad que vemos en el átomo que forma moléculas. Si esto no fuera así, fallarían también procesos muy bien ajustados como, por ejemplo, la replicación del ADN.

El  β         también desempeña un papel en los procesos de generación de energía que alimentan las estrellas. Aquí se une con α para hacer los centros de las estrellas suficientemente caliente como para inicier reacciones nucleares. Si β fuera mayor que aproximadamente 0,005 α²entonces no habría estrellas. Si las modernas teorías gauge (cualquiera de las teorías cuánticas de campo creadas para explicar las interacciones fundamentales) de gran unificación están en la vía correcta, entonces α debe estar en el estrecho intervalo entre aproximadamente 1/180 y 1/85; de lo contrario los protones se desintegrarían mucho antes de que las estrellas pudieran formarse.

                         Pero… las estrellas se formaron

He recordado en este punto que tengo algún escrito por ahí con un gráfico que nos explica esto que tratamos. Su línea describe mundos en donde las estrellas  tienen regiones extremas convectivas que parecen ser necesarias para formar algunos sistemas de planetas. Las regiones α y β que están permitidas y prohibidas se muestran emn el gráfico que os decía y que pongo más abajo con las notas manuscritas originales.

Si en lugar de α versus β, jugamos a cambiar la intensidad de la fuerza nuclear fuerte α_F, junto con la de α, entonces a menos que α_F > 0,3 α^1/2, los elementos biológicamente vitales como el Carbono no existirían y no habría químicos orgánicos. No podrían mantenerse unidos. Sim aumentamos α_F en sólo un 4 por 100, aparece un desastre potencial porque ahora puede exiostir un nuevo núcleo, el  helio-2, hecho de dos protones y ningún neutrón, que permite reacciones nucleares directas y muy rápidas de protón + protón → helio-2.

Una estrella enana roja, nuestro Sol y la Gigante Azul R136a1

R136a1 es una estrella hipermasiva gigante azul, conocida actualmente como la estrella más masiva, con una cifra estimada de 265 masas solares. La estrella también es la más luminosa (aunque, según el modelo alto, LBV 1806-20 es más brillante), con una luminosidad de 8 700 000 veces la del Sol. La estrella es miembro de R136, un cúmulo estelar en el centro del complejo “30 Doradus” (también conocido como la Nebulosa de la Tarántula, en la Gran Nube de Magallanes.

Las estrellas masivas agotarían rápidamente su combustible y se hundirían en estados degenerados o en agujeros negros. Por el contrario, si α_F decreciera en aproximadamente un 10 por 100, el núcleo de Deuterio dejaría de estar ligado y se bloquearían los caminos astrofísicos nucleares hacia los elementos bioquímicos. Una vez más encontramos una región bastante pequeña en el espacio de parámetros en los que puedan existir los ladrillos básicos de la complejidad química.

Cuantas más variaciones simultáneas de otras constantes se incluyan en estas consideraciones, más restringida es la región donde la vida, tal como la conocemos. Puede existir. Es muy probable que si pueden hacerse variaciones, no todas sean independientes. Más bien, hacer un pequeño cambio en una constante podría alterar también una o más de las otras. esto tendería a hacer que las restricciones sobre la mayoría de las variaciones sean aún más rígidamente limitadas.

 Y, nuestras Mentes evolucionadas… Conocieron el Universo

Llegar hasta este punto, no ha sido nada fácil y, ha sido posible gracias a que unas constantes del universo han proporcionado las condiciones bioquímicas  necesarias para ello. Si las constantes fueran ligeramente diferentes, como decimos arriba, no estaríamos aquí.

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

Puesto que el universo debe expandirse durante miles de millones de años, debe llegar a tener una extensión visible de miles de millones de años luz. Puesto que su temperatura y densidad disminuyen a medida que se expande, necesariamente se hace frío y disperso. Como hemos visto, la densidad del universo es hoy de poco más que 1 átomo por m³ de espacio. Traducida en una medida de las distancias medias entre estrellas o galaxias, esta densidad tan baja muestra por qué no es sorprendente que otros sistemas estelares estén tan alejados y sea difícil el  con extraterrestres. Si existen en el universo otras formas de vía avanzada, entonces, como nosotros,habrán evolucionado sin ser perturbadas por otros seres de otros mundos hasta alcanzar una fase tecnológica avanzada.

Es el espacio el que se expande y arrastra a las galaxias que se alejan las unas de las otras

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

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

El Universo se expande pero, nuestras consciencias también, somos una parte integrante del todo, y como todo lo demás, evolucionamos al ritmo que el Universo nos impone, de tal manera que cada vez comprendemos con menor dificultad los mecanismos que llevan a todas las cosas a cambiar, a convertirse en otras diferentes de lo que originalmente eran, y, con el paso inexorable del Tiempo, nuestras mentes quedarán unidas, de manera inexorable, a ese todo. Entonces, y sólo entonces, podríamos decir que: ¡Tenemos el mundo en las manos!

                  Como somos una pequeña parte de él, el Universo está en nuestras Mentes

Está claro que, con alguna dificultad y no con la rapidéz que pudiéramos desear, vamos desvelando secretos de la Naturaleza que nos llevan a comprender la inmensidad en la que estamos inmersos y de la que formamos parte. Sabemos de qué no sabemos, y, precisamente ese conocimiento de nuestras carencias, harán posible que avancemos para vencerlas y hacer posible nuestros sueños de un mundo mejor y de un futuro en el que, la muerte del Sol, no sea un impedimento para nuestra especie que, para entonces, estará viajando entre las estrellas y habitará en otros mundos que, como la Tierra, nos ofrezca una Naturaleza de inmensa belleza que, ahora sí, sabremos respetar.

emilio silvera

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FÏSICA

Miembros del CNA cuantifican por primera vez las pérdidas de iones rápidos en el tokamak ASDEX

Los socios de proyecto internacional de fusión nuclear, ITER, son la Unión Europea, Japón, Estados Unidos, Corea del Sur, India, Rusia y China, de modo que en el año 2006, firmaron un acuerdo internacional para el lanzamiento de un reactor de fusión, modelo Tokamak, que se construiría en Cadarache, en el Sudeste de Francia.

Los reactores del tipo Tokamak (acrónimo ruso de Cámara Toroidal con Bobinas Magnéticas) son los reactores para fusión nuclear más extendidos. De hecho, ITER, el reactor de fusión experimental definitivo que debe demostrar la viabilidad científica y tecnológica de la Fusión Nuclear, está basado en el modelo Tokamak.

Un tokamak es un sistema con geometría toriodal, tal y como se observa en la imagen superior, que busca el confinamiento de un plasma, a través del uso de campos magnéticos. El uso de estos campos se debe a que las temperaturas necesarias para generar el plasma son del orden de cientos de millones de grados centígrados, y no existe ningún material en la Tierra capaz de soportar tales temperaturas.

Este trabajo, llevado a cabo durante los últimos 4 años, ha culminado en el presente estudio, pionero en la calibración absoluta de los detectores de pérdidas de iones rápidos basados en materiales centelleadores (FILD) que se encuentran instalados en la mayoría de los reactores experimentales de fusión nuclear de todo el mundo.

El estudio desarrollado en el CNA (España) ha permitido observar directamente las pérdidas de partículas energéticas, conocidas como iones rápidos, inducidas por diferentes mecanismos, lo cual puede llevar a una disminución de la eficiencia de calentamiento y calidad del plasma del reactor e incluso dañar la integridad física de las paredes del dispositivo.

En particular, la cuantificación del número absoluto de iones que se escapan no se había obtenido nunca debido a la complejidad de la respuesta luminiscente de los materiales centelleadores en el entorno de irradiación y temperaturas en el que se encuentran trabajando el detector en el reactor.

(Foto: CNA)

Los resultados obtenidos son una prueba experimental fundamental para la validación y testeo de los distintos códigos de simulación de trayectorias y transporte de partículas (ASCOT, SPIRAL, etc), lo cual permitirá mejorar la capacidad para realizar predicciones en los futuros reactores como ITER y DEMO.

En esta investigación internacional han colaborado científicos del Centro Nacional de Aceleradores, la Universidad de Sevilla y el Max-Planck-Institut für Plasmaphysik de Munich.

El Centro Nacional de Aceleradores es una ICTS de localización única que forma parte del Mapa de ICTS actualmente vigente, aproba

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Por fin sabemos cuántas moléculas hay en una célula

Reportaje de prensa de El Mundo

¿Cuántas estrellas hay en el Universo? ¿Cuántos cuerpos celestes hay en el Sistema Solar? ¿Cuántos seres vivos hay en el planeta Tierra? ¿Cuántas células componen un cuerpo humano? ¿Cuántas moléculas hay en una sola célula? Quizá aún se le escapan a la Ciencia las grandes magnitudes. Pero yendo a lo más pequeño, la respuesta ya es oficial: hay 42 millones de moléculas de proteínas en una única célula.

Desde hace décadas, multitud de estudios han tratado de averiguar este número mágico, pero ninguno lo había conseguido hasta la fecha. Algunos, los más exitosos, habían llegado a averiguar el número exacto de alguno de los 6.000 tipos distintos de proteínas que fabrica una célula eucariota, es decir, del mismo tipo que las que componen el cuerpo humano.

Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Toronto (Canadá) ha logrado concentrar toda esa información diseminada en más de 20 estudios científicos diferentes y diseñar un método para calcular por primera vez el número exacto de proteínas que hay en una célula. En este caso, el modelo utilizado por los científicos es una levadura del género ‘Saccharomyces’, un organismo unicelular -compuesto por una única célula- que se utiliza en la producción de pan, cerveza o vino.

“Era difícil alcanzar el número exacto de proteínas por célula porque los datos estaban en escalas totalmente diferentes en cada estudio que miraras”, explica Brandon Ho, investigador de dicha universidad y primer firmante de la investigación.

De la misma forma que las células componen nuestro cuerpo, las proteínas constituyen las células y, además, son las encargadas de transformar en vida la información contenida en el ADN y prácticamente todas las funciones celulares son llevadas a cabo por ellas.

“Ya que la célula es la unidad funcional de la vida, es sólo curiosidad natural querer saber qué hay ahí dentro y qué cantidad de cada cosa hay”, explica a Papel Grant Brown, catedrático de Bioquímica de la Universidad de Toronto y líder de la investigación recién publicada en la revista ‘Cell Systems’.

Cómo influyen en el desarrollo de enfermedades

 

 

 

 

No obstante, más allá de la “curiosidad natural”, hay importantes razones científicas por las que es importante conocer esta cifra mágica. Muchas enfermedades están causadas por tener o muy pocas o muchas proteínas de un determinado tipo.

“El objetivo principal de nuestro laboratorio está en el estudio de la biología de las células del cáncer, así que estamos muy interesados en cómo y por qué cambia el número de proteínas cuando una célula se vuelve cancerígena o cuando una célula de un cáncer es tratada con un medicamento antitumoral”, explica Brown.

Los investigadores usan este tipo de técnicas para detectar vulnerabilidades de las células cancerígenas que puedan ser usadas después para encontrarlas de forma más rápida durante el desarrollo de la enfermedad y para poder decidir con mayor agilidad cuáles pueden ser más agresivas y cuáles responderán mejor a un tratamiento.

El problema es que, de momento, sólo tenemos el preciado número de proteínas de la célula de un organismo muy pequeño. Aún queda un largo camino para que esta información pueda ser útil en estudios en el ser humano. “Las células humanas son, por supuesto, mucho más complejas que las de una levadura. Y, además, hay muchos tipos de células diferentes. Una célula muscular tendrá un complejo de proteínas muy diferente al de una célula del cerebro, por ejemplo”, explica el investigador principal. Además, no existe aún ninguna base de datos que contenga información sobre el número de proteínas de cada célula humana, ya que cada tipo contiene sólo una parte de las proteínas presentes en los cerca de 20.000 genes que tenemos.

Pero los investigadores ya empiezan a vislumbrar hacia dónde nos llevará el futuro. “Una extensión de nuestro trabajo podría ser comparar una célula humana normal con una célula tumoral, o ver las diferencias de una célula madre con una madura y diferenciada en algún órgano para saber qué cambia en uno y otro caso”, revela Brown. Este tipo de estudios ya se hacen habitualmente, según los investigadores. “Lo que ofrecemos con este trabajo es una manera de combinar todos los datos disponibles para mejorar estas técnicas”, explica Brown.

El nuevo trabajo muestra también cómo cambian las proteínas presentes en una determinada célula cuando se las expone a diferentes tipos de estrés, como daños en el ADN, falta de alimento o una enfermedad. Y esa puede ser la principal aplicación de cara al futuro: comparar el número de proteínas presente en una célula sana y en una enferma.

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