Oct
31
Las moléculas portadoras de información
por Emilio Silvera ~ Clasificado en General ~ Comments (0)
Representación esquemática de la molécula de ADN, la molécula portadora de la información genética. Las moléculas se forman por la Asociación de dos o más átomos, que se mantienen juntas por medio de enlaces químicos. Podríamos decir que algunas moléculas de vida serían:
– Agua.
– Hidratos de carbono.
– Lípidos.
– Proteínas.
– Acidos Nucleicos.
Principios inmediatos o biomoléculas: cada una de las sustancias que componen la materia viva.
– Simples: O2
– inorgánicos: agua…
– Compuestos:
– orgánicos: glúcidos, lípidos,
proteínas, ac. nucleicos
La enorme variedad de formas, colores, comportamientos, etc que acompaña a los objetos, incluidos los vivientes, sería una consecuencia de la riqueza en la información que soportan las moléculas (y sus agregados) que forman parte de dichos objetos. Ello explicaría que las moléculas de la vida sean en general de grandes dimensiones (macromoléculas). La inmensa mayoría de ellas contiene carbono. Debido a su tetravalencia y a la gran capacidad que posee dicho átomo para unirse consigo mismo, dichas moléculas pueden considerarse como un esqueleto formado por cadenas de esos átomos.
El carbono no es el único átomo con capacidad para formar los citados esqueletos. Próximos al carbono en la tabla periódica, el silicio, fósforo y boro comparten con dicho átomo esa característica, si bien en un grado mucho menor. Refiriéndonos al silicio, señalaremos que las “moléculas” que dicho átomo forma con el oxígeno y otros átomos, generalmente metálicos poseyendo gran nivel de información, difieren en varios aspectos de las moléculas orgánicas, es decir, de las que poseen un esqueleto de átomos de carbono.
El mundo de los silicatos es de una gran diversidad, existiendo centenares de especies mineralógicas. Esas diferencias se refieren fundamentalmente a que el enlace químico en el caso de las moléculas orgánicas es covalente, y cuando se forma la sustancia correspondiente (cuatrillones de moléculas) o es un líquido, como es el caso de los aceites, o bien un sólido que funde fácilmente. Entre las moléculas que lo forman se ejercen unas fuerzas, llamadas de Van der Waals, que pueden considerarse como residuales de las fuerzas electromagnéticas, algo más débiles que éstas. En cambio, en los silicatos sólidos (como en el caso del topacio) el enlace covalente o iónico no se limita a una molécula, sino que se extiende en el espacio ocupado por el sólido, resultando un entramado particularmente fuerte.
Al igual que para los cristales de hielo, en la mayoría de los silicatos la información que soportan es pequeña, aunque conviene matizar este punto. Para un cristal ideal así sería en efecto, pero ocurre que en la realidad el cristal ideal es una abstracción, ya que en el cristal real existen aquí y allá los llamados defectos puntuales que trastocan la periodicidad espacial propia de las redes ideales. Precisamente esos defectos puntuales podían proporcionar una mayor información.
El cristal ideal no existe, en su estado natural, todos tienen imperfecciones y, sólo el elaborado, se podría decir que son cristales perfectos y, sin embargo, la mano del hombre lo que ha producido con tal intervención es perder una valiosa información inserta en ese cuerpo natural.
Si prescindimos de las orgánicas, el resto de las moléculas que resultan de la combinación entre los diferentes átomos no llega a 100.000, frente a los varios millones de las primeras. Resulta razonable suponer que toda la enorme variedad de moléculas existentes, principalmente en los planetas rocosos, se haya formado por evolución de los átomos, como corresponde a un proceso evolutivo. La molécula poseería mayor orden que los átomos de donde procede, esto es, menor entropía. En su formación, el ambiente se habría desordenado al ganar entropía en una cierta cantidad tal, que arrojarse un balance total positivo.
No puedo dejar pasar la oportunidad, aunque sea de pasada, de mencionar las sustancias.
Las así llamadas, son cuerpos formados por moléculas idénticas, entre las cuales pueden o no existir enlaces químicos. Veremos varios ejemplos. Las sustancias como el oxígeno, cloro, metano, amoníaco, etc, se presentan en estado gaseoso en condiciones ordinarias de presión y temperatura. Para su confinamiento se embotellan, aunque existen casos en que se encuentran mezcladas en el aire (os podéis dar una vueltecita por el polo químico de Huelva en España).
En cualquier caso, un gas como los citados consiste en un enjambre de las moléculas correspondientes. Entre ellas no se ejercen fuerzas, salvo cuando colisionan, lo que hacen con una frecuencia que depende de la concentración, es decir, del número de ellas que están concentradas en la unidad de volumen; número que podemos calcular conociendo la presión y temperatura de la masa de gas confinada en un volumen conocido.
Nubes moleculares en Orión
Decía que no existen fuerzas entre las moléculas de un gas. En realidad es más exacto que el valor de esas fuerzas es insignificante porque las fuerzas residuales de las electromagnéticas, a las que antes me referí, disminuyen más rápidamente con la distancia que las fuerzas de Coulomb; y esta distancia es ordinariamente de varios diámetros moleculares.
La tensión superficial que hace posible que un mosquito se apoye en el agua
Podemos conseguir que la intensidad de esas fuerzas aumente tratando de disminuir la distancia media entre las moléculas. Esto se puede lograr haciendo descender la temperatura, aumentando la presión o ambas cosas. Alcanzada una determinada temperatura, las moléculas comienzan a sentir las fuerzas de Van der Waals y aparece el estado líquido; si se sigue enfriando aparece el sólido. El orden crece desde el gas al líquido, siendo el sólido el más ordenado. Se trata de una red tridimensional en la que los nudos o vértices del entramado están ocupados por moléculas.
Todas las sustancias conocidas pueden presentarse en cualquiera de los tres estados de la materia (estados ordinarios y cotidianos en nuestras vidas del día a día).
El Plasma de las estrellas y otros cuerpos estelares forman el estado más común de la materia en nuestro Universo -al menos la que vemos-
Si las temperaturas reinantes, son de miles de millones de grados, el estado de la materia es el plasma, el material más común del universo, el de las estrellas (aparte de la materia oscura, que no sabemos ni lo que es, ni donde está, ni que “estado” es el suyo).
En condiciones ordinarias de presión, la temperatura por debajo de la cual existe el líquido y/o sólido depende del tipo de sustancia. Se denomina temperatura de ebullición o fusión la que corresponde a los sucesivos equilibrios (a presión dada) de fases: vapor ↔ líquido ↔ sólido. Estas temperaturas son muy variadas, por ejemplo, para los gases nobles son muy bajas; también para el oxígeno (O2) e hidrógeno (H2). En cambio, la mayoría de las sustancias son sólidos en condiciones ordinarias (grasas, ceras, etc).
Compuestas:
Las sustancias pueden ser simples y compuestas, según que la molécula correspondiente tenga átomos iguales o diferentes. El número de las primeras es enormemente inferior al de las segundas.
El concepto de molécula, como individuo físico y químico, pierde su significado en ciertas sustancias que no hemos considerado aún. Entre ellas figuran las llamadas sales, el paradigma de las cuales es la sal de cocina.
Es requerida por el organismo para mantener la volemia y procurar el adecuado equilibrio electrolítico. Además, conserva isotonicidad entre plasma e intersticio, así como también mantiene equilibrio con la célula. Implicada directa en el mantenimiento de la presión arterial media y en el equilibrio osmolar. Su disociación en sangre es parcial (sólo un 93 porciento).
Se trata de cloruro de sodio, por lo que cualquier estudiante de E.G.B. escribiría sin titubear su fórmula: Cl Na. Sin embargo, le podríamos poner en un aprieto si le preguntásemos dónde se puede encontrar aisladamente individuos moleculares que respondan a esa composición. Le podemos orientar diciéndole que en el gas Cl H o en el vapor de agua existen moléculas como individualidades.
En realidad y salvo casos especiales, por ejemplo, a temperaturas elevadas, no existen moléculas aisladas de sal, sino una especie de molécula gigante que se extiende por todo el cristal. Este edificio de cristal de sal consiste en una red o entramado, como un tablero de ajedrez de tres dimensiones, en cuyos nudos o vértices se encuentran, alternativamente, las constituyentes, que no son los átomos de Cl y Na sino los iones Cl– y Na+. El primero es un átomo de Cl que ha ganado un electrón, completándose todos los orbitales de valencia; el segundo, un átomo de Na que ha perdido el electrón del orbital s.
Por esta zona de Huelva, conocida como Marismas del Odiel, llevaba con frecuencia a mis hijos pequeños que, jugando por aquellos parajes, se lo pasaban estupendamente, y, de camino, tenía la oportunidad de despertarles la curiosidad de cómo se producía la Sal.
Cuando los átomos de Cl y Na interaccionan por aproximarse suficientemente sus nubes electrónicas, existe un reajuste de cargas, porque el núcleo de Cl atrae con más fuerza los electrones que el de Na, así uno pierde un electrón que gana el otro. El resultado es que la colectividad de átomos se transforma en colectividad de iones, positivos los de Na y negativos los de Cl. Las fuerzas electromagnéticas entre esos iones determinan su ordenación en un cristal, el Cl Na. Por consiguiente, en los nudos de la red existen, de manera alternativa, iones de Na e iones de Cl, resultando una red mucho más fuerte que en el caso de que las fuerzas actuantes fueran de Van der Waals. Por ello, las sales poseen puntos de fusión elevados en relación con los de las redes moleculares.
emilio silvera
Oct
31
Rumores del saber del Mundo
por Emilio Silvera ~ Clasificado en General ~ Comments (1)
La gran obra de al-Razi fue el al-Hawi (El libro exhaustivo), una enciclopedia de veintitrés volúmenes de conocimientos médicos griegos, árabes, pre-islámicos, indios e incluso chinos. Dejó patente el ingente trabajo de este sabio del mundo Islámico de cuyos conocimientos y obras se sigue hablando en nuestros días.
El otro gran médico musulmán fue Ibn Sina, a quien conocemos mejor por su latinizado, Avicena. Al igual que al-Razi, Avicena escribió doscientos libros, destacando la obra más famosa al-Qanun (El canon) muy documentado e importante tratado.
Alejandría, en el año 641, había caído en manos de los musulmanes que, durante muchos años había sido la ciudad capital-mundial de los estudios matemáticos, médicos y filósofos, y allí los musulmanes encontraron una ingente cantidad de libros y manuscritos griegos sobre estos temas. Posteriormente, entre el profesorado de la Casa de la Sabiduría encontramos a un astrónomo y matemático cuyo nombre, como el de Euclides, se convertiría en palabra de uso cotidiano en todo el mundo culto: Muhammad ibn-Musa al-khwarizmi.
La fama de al-khwarizmi descansa en dos libros, uno muchísimo más original que el otro. El volumen menos original se basa en el Sindhind, que es el nombre árabe del Brahmaghuta Siddhanta, el tratado de Brahmagupta que había llegado hasta la corte de al-Mansur y en el que se describen varios problemas aritméticos así comos los numerales indios. El de AL-khwarizmi se conoce hoy en una única copia, una traducción latina de un original árabe actualmente perdido.
El título latino de esta obra es de numero indorum (sobre el arte de contar indio), este es el responsable de la falsa impresión de que nuestro sistema numérico es de origen árabe. Al-khwarizmi no afirmó ser original en aquel sentido, sin embargo, la nueva notación terminaría siendo conocida la de al-khwarizmi o, de corrupta, algorismi, lo que al final daría lugar a la palabra “algoritmo”, que define una forma particular de calculo.
Pero Al-khwarizmi también es conocido el “padre del álgebra” y, ciertamente, su Hisab al-jabr wa’L mugabalah contiene más de ochocientos ejemplos y, se cree que tiene su origen en complejas leyes islámicas relativas a la herencia.
En el al-jabr, Al-khwarizmi introduce la idea de representar una cantidad desconocida por un símbolo, como la x, y dedica seis capítulos a resolver los seis tipos de ecuaciones que conforman las tres clases de cantidades: raíces, cuadrados y números.
El al-jabr de Al-khwarizmi ha sido considerado tradicionalmente como la primera obra de Algebra. Sin embargo, un manuscrito hallado en Turquía a finales del pasado siglo XX pone en duda tal mérito. Se titula Necesidades lógicas en las ecuaciones mixtas, el texto se ocupa más o de los mismos temas y resuelve algunas de las ecuaciones exactamente de la misma manera. Por tanto, parece que un manuscrito se basó en otro, aunque nadie sabe cuál fue el primero.
Retrato de “Geber” del siglo XV, Codici Ashburnhamiani 1166, Biblioteca Medicea Laurenziana, Florencia.
En las ciencias químicas, la personalidad árabe más destacada fue Jabir ibn-Hayyan, conocido en Occidente como Geber, y quien vivió en al-Kufah en la segunda mitad del siglo VIII. Como todos en la época, él también estaba obsesionado con la alquimia y, en particular, por la posibilidad de convertir los metales en oro (algo que Jabir pensaba podía conseguir mediante una misteriosa sustancia aún no descubierta, a la que llamó, el aliksir (de donde proviene la palabra “elixir”). Los alquimistas también creían que su disciplina era la “ciencia del equilibrio” y que era posible producir metales preciosos mediante la observación (y mejoramiento) de los métodos de la naturaleza mediante la experimentación y, es legitimo considerar a Jabir uno de los fundadores de la química.
Paralelamente a esto, Al-Razi ofreció una clasificación sistemática de los productos de la naturaleza. Dividió las sustancias minerales en espíritus (mercurio, sal amoníaco), sustancias (oro, cobre, hierro), piedras (hermatites, óxido de hierro, vidrio, malaquita), vitriolos (alumbre), Góraxes y sales. A estas sustancias “naturales” añadió las “artificiales”: el cardenillo, el cinabrio, la soda cáustica, las aleaciones. al-Razi también creía en lo que podríamos denominar investigación de laboratorio y desempeñó un importante papel en la separación de la química propiamente dicha de la alquimia.
Así como el mundo creado por Dios era perfecto y el “arte” sólo podía aspirar a ser “ornamento”, una de adornar la creación original a ser “ornamento”, una forma de adornar la creación original de Dios, la filosofía, falsafah, era un conocimiento de ese mundo restringido por la propia capacidad del hombre para entenderlo por sí mismo. Dicho de otra manera, la falsafah era, inevitablemente y por definición, un saber limitado:
“la revelación siempre sería superior a la razón”
Al igual que ocurrió con la ciencia, la filosofía árabe era básicamente la filosofía griega, modificada por ideas indias y orientales y expresada en lengua árabe. A Los bukuma, los sabios, que practicaban la falsafah, se oponían los mutakallim, los teólogos que practicaban la kalam, teología.
Distintos nombres, distintos lugares y épocas diferentes que, en definitiva, siempre nos cuentan lo mismo: la lucha de la Humanidad por conquistar los conocimientos y los hombres que lo hicieron posible que, no siempre, recorrieron un camino de rosas para conseguirlo (Galileo es un buen ejemplo.
La ciencia y la filosofía islámica fueron con frecuencia obra de sirios, persas y judíos. Sin embargo, su teología, incluida la ley canónica, fue principalmente obra árabe, lo que no quita que se inspiraron en otras foráneas como impulsó el mismo Mahoma con su famoso dicho: “busca la sabiduría aunque esté en China”. Lo que llevó a innumerables estudiosos musulmanes a emprender largos viajes a la búsqueda de conocimiento, de tal manera se consideraban estos intrépidos buscadores del saber que, quien perdía la vida en el empeño era considerado mártir.
No creo que sea este el sitio ni el de ocuparnos del Corán y de Alá. El estudio del Corán dominaba la enseñanza en las escuelas del antiguo mundo musulmán y, el núcleo curricular, como lo denominaríamos hoy, consistía en la memorización del Corán y de los hadith, junto con el aprendizaje de la escritura y las matemáticas.
El mundo islámico daría para mucho más, y muchos más son las personajes que podríamos nombrar aquí. Sin embargo, creo cumplido el objetivo y aquí dejo un sencillo esbozo de lo que fue. Al final del camino, si profundizamos en el pasado, tendríamos que convenir con las palabras de aquel poeta:
La materia se presenta en el universo de múltiples formas. … Parte de esa materia tiene una curiosa propiedad: si la dividimos en dos por cierto sitio, las dos mitades son iguales; o, lo que es lo mismo, se ven iguales desde un lado y desde otro. Es lo que llamamos simetría.
“El Universo esta construido según un plan cuya profunda simetría está presente de algún modo en la estructura interna de nuestro intelecto.”
Paul Valéry
De todos lo que hemos hablado, los personajes nombrados y el conjunto que nos quiere llevar hacia lo que fue la filosofía islámica que, hasta donde podemos saber, está bastante influenciada por otros pueblos. Filosofía islámica como su lo indica se refiere a la actividad filosófica en el entorno islámico. Las principales fuentes de la filosofía islámica clásica o temprano son la religión del Islam en sí mismo (sobre todo las ideas derivadas e interpretado desde el Corán ), la filosofía griega que los primeros musulmanes hereda como resultado de las conquistas cuando Alejandría, Siria y Jundishapur estuvo bajo el dominio musulmán, a lo largo de con pre-islámica la filosofía india y la filosofía iraní . Muchos de los primeros debates filosóficos en torno a la conciliación de la religión y la razón, el último ejemplo de la filosofía griega. Un aspecto que se destaca en la filosofía islámica es que la filosofía en el Islam viaja ancho, vuelve a conformarse con el Corán y la Sunna.
Sería de justicia reconocer que, el Islam nos aportó mucho de los conocimientos que ahora podemos disfrutar, y, su ingente obra de copiar los textos griegos, chinos, hibdúes y persas (entre otros), pudo preservar la cultura durante más de mil años, durante los que la Inquisición de la Edad Media, hizo todo lo posible por destruir el saber del mundo que no conectaba con sus creencias religiosas de aquella Iglesia retrógrada.
Acordáos de lo que aquí mismo conté sobre la Casa de la Sabiduría en Bagdad.
La Casa de la sabiduría o Casa del saber fue una biblioteca y un centro de traducciones establecido durante la época del Califato Abasí, en Bagdad, Irak. Fue una institución clave en el Movimiento de traducción, considerada como el mayor centro intelectual durante la Edad de Oro del Islam. La Casa de la sabiduría fue una sociedad fundada por el Califa Harún al-Rashid, que culminó con su hijo Mamun, que reinó durante 813-833 d.C. y a quien se le acredita la institución. A Mamun también se le adjudica el haber atraído muchos eruditos conocidos para compartir información, ideas y cultura a la Casa de la sabiduría basada en Bagdad entre los siglos IX y XIII; varios de los maestros musulmanes más eruditos formaron parte de este importante centro educativo. Tenía el doble propósito de traducir libros del persa al árabe y de preservar los libros traducidos.
La huella árabe fue profunda
Durante el reino de Mamun, se establecieron observatorios, y la Casa fue el centro de estudio indiscutido de las humanidades y las ciencias en el Islam medieval, incluyendo matemáticas, astronomía, medicina, alquimia y química, zoología y geografía y cartografía. Basados en textos persas, indios y griegos, incluyendo Pitágoras, Platón, Aristóteles, Hipócrates, Euclides, Plotino, Galeno, Suhruta, Cháraka, Aryabhta y Brahmagupta, los estudiosos acumularon una gran colección de saber mundial, y desarrollaron sobre esas bases sus propios descubrimientos. Bagdad era conocida como la ciudad más rica del mundo y centro de desarrollo intelectual del momento, tenía una población de más de un millón de habitantes, la más poblada de su época.
Durante la Edad Media los árabes tradujeron los conocimientos procedentes de la India, de Persia y de la Grecia antigua, transfiriéndolos a Europa a través de la ocupación árabe de España. Los antiguos romanos no habían mantenido viva la investigación científica de los griegos, y la Europa Medieval, que no tuvo con los clásicos, cultivó escasa tradición científica propia. Se podría decir que, la Iglesia, durante más de mil años, sepultó la cultura en los más oscuros sótanos de las Iglesias, o, por otro lado, quemó cuantos libros podían descubrir y que hablaran del movimiento de la Tierra y de la existencia de otros mundos.
Por aquello época, el Centro del saber científico estaba en Alejandría (en los límites de Bizancio, que más tarde se convertiría al cristianismo) y sus artífices fueron personas que hablaban árabe, sirio y hebreo. Entre los siglos VI y VIII en Oriente Medio incluso se olvidaron los conocimientos griegos y predominaron los orientales. Los centros intelectuales se situaban en el califato abasí de Bagdad, en Damasco y en El Cairo. En el siglo X esplendor se trasladó hacia Córdoba y Toledo en la España árabe.
Los árabes dejaron en España muestra de su refinamiento. La Mezquita de Córdoba es una muestra junta a la Alhambra de Granada abajo, donde se muestra la plaza con la fuente de los leones. El refinamiento y el sonido del del correr del agua cantarina es la música de fondo del lugar.
Como ya hemos contado, gran parte del progreso científico islámico de la Edad Media se basó en el trabjo de dos hombres: al-Biruni y Avicena, que fueron ambos unos grandes eruditos y científicos del siglo X. Al-Biruni (973-1048) nació en el estado de Jwarizmi, en la Persia oriental, y creció hablando el dialecto jwarizmi, la lengua persa y el árabe. Fue educado por un astrónomo y matemático. En el norte de Persia (Uzbekistán) al-Biruni aprendió el sánscrito y estudió minerales China e India hasta Bizancio. Su obra estableció un vínculo decisivo entre el saber hindú y el árabe.
Nacido en Bujará, en Asia Central. Avicena (arriba) conocido también como Ibn-Sina (980-1037), vivió la mayor de su vida en lo que actualmente es Irán. A los dieciséis años llegó a ser médico. Se dice que al final de su vida comentó que había aprendido ·todo lo que sabía” a los dieciocho años, cuando estaba estudiando psicología, química, astronomía, farmacología. Fue prolífico traductor de Aristóteles, pero, lo que aquí nos ocupa, es conocido sobre todo por su obra De Congelatione et Conglutatione Lapidum (Sobre la Congelación y conglutinación de las piedras), un comentario sobre la obra de Aristóteles. Afirmó que los meteoritos vienen del espacio y caen en la Tierra. Aristóteles sostenía que se originaban en la Tierra y eran lanzados a los cielos por el viento.
Hay cosas que no conviene olvidar para que podamos dar a cada cual lo que merece y, de esa manera, con el conocimiento de causa suficiente, poder saber a quien debemos agradecer algunas de las cosas de las que hoy, podemos disfrutar.
emilio silvera