Una ameba que forma grupos pluricelulares puede ser el ancestro de todos los animales, incluidos los humanos, según un estudio

Un enigmático microbio descubierto en las tripas de un caracol acaba de iluminar una de las etapas más oscuras y apasionantes de la historia de la vida en la Tierra: cómo los seres unicelulares comenzaron a juntarse y dieron lugar a la orgiástica variedad de formas de vida que abarca a todos los animales, incluidos los humanos.

En algún momento de la evolución, un solitario microbio se unió a otro solitario microbio. Descubrieron las ventajas de la cooperación y comenzaron a explotarla. Es posible que los primeros enlaces fuesen temporales, pero lo importante es que la naturaleza comenzó un proceso de prueba y error inexorable que, millones de años después, hace posible que usted tenga todos esos tejidos especializados que le permiten respirar, captar la luz de la pantalla, comprender las letras escritas en este artículo y, posiblemente, seguir leyendo esta historia.

“Estamos hablando de una de las transiciones más importantes de la historia de la vida y la única manera que tenemos de comprender ese momento es estudiar a sus primos hermanos unicelulares”, explica a Materia Iñaki Ruiz-Trillo, investigador del Instituto de Biología Evolutiva de Barcelona (CSIC-UPF).

A principios de la década pasada, un equipo de científicos estaba analizando en Puerto Rico parásitos de la esquistosomiasis, una enfermedad olvidada que azota a más de 250 millones de personas en países en desarrollo. En la hemolinfa de un caracol encontraron esos parásitos y también un simbionte desconocido hasta ese momento. Se trataba de una ameba a la que bautizaron como Capsaspora owczarzaki. Los descubridores publicaron el código de barras genético de este nuevo ser vivo en una revista científica, almacenaron unas cuantas amebas en un banco de cultivos celulares vivos en EE UU y ahí quedó todo.

 

 

 

Dos años después, Ruiz-Trillo se topó con la descripción de la capsaspora y decidió estudiarla en detalle. Al secuenciar su genoma descubrió que, a pesar de ser un ser unicelular, esta ameba tiene varios genes que se creían exclusivos de los animales. Esos genes regulan la diferenciación celular, la comunicación entre células y la adhesión entre ellas, tres procesos fundamentales para la formación de organismos pluricelulares y que en los animales son necesarios para desarrollar todos los tejidos diferenciados del cuerpo.

Vistas al microscopio, las capsasporas muestran filopodios, patas con las que pueden moverse de un sitio a otro. El ciclo de la vida de estos microbios tiene tres estados. En el primero viven solos, moviéndose de aquí para allá con sus patas. En otro estado pierden esas extremidades y entran en una especie de hibernación si falta el alimento. En el tercero, el más interesante, varias capsaspora entrelazan sus extremidades y forman una especie de ser pluricelular primitivo.

 

 

“Pensamos que se juntan en momentos de estrés, cuando falta alimento, y esto es algo que las mantiene vivas en una situación difícil”, explica Ruiz-Trillo. ¿Pudo ser así como surgieron los primeros ancestros de todos los animales?

En un estudio que se publica hoy en la edición impresa de Cell, el equipo de Ruiz-Trillo muestra que la capsaspora comparte con los animales varios mecanismos de regulación genética, los interruptores que se encargan de encender y apagar genes para el correcto desarrollo de un individuo. “Los elementos de regulación genómica que en los animales controlan el tipo de tejido que serán unas células y no otras los encontramos en las carpospora y precisamente les sirven para regular en qué punto de su ciclo vital están”, detalla.

El trabajo incide también sobre dos genes fundamentales y compartidos entre estas amebas y los animales. El primero es un factor de transcripción llamado Brachyury. En los animales permite que las células de un embrión se muevan para empezar a formar los diferentes órganos. Las capsaspora también lo tienen y lo emplean para moverse, destaca Ruiz-Trillo. El otro gen es Myc. En la ameba es clave para la proliferación celular. En los animales, cuando está mutado, provoca el crecimiento celular descontrolado que llamamos cáncer y que puede ser entendido como un ser vivo creciendo dentro de otro hasta matarlo. “Hasta ahora se pensaba que este gen era exclusivamente animal, pero ahora vemos que estos bichos ya lo tenían mucho antes”, enfatiza Ruiz-Trillo.

La multicelularidad es un invento tan eficiente que probablemente ha habido decenas de seres vivos que la han desarrollado de forma independiente en la historia de la evolución. No se sabe cuál de ellos fue el ancestro de todos los animales, pero la capsaspora es una de las posibilidades. “Los primeros animales surgieron hace unos 600 millones de años y probablemente las capsaspora ya existían hace unos 700 millones de años, con lo que podrían ser sus primeros ancestros”, explica Ruiz-Trillo.

Una última característica de estos microbios da que pensar. En todo el planeta solo se conocen dos especies de estas amebas. Una es la que encontraron en las tripas del caracol puertorriqueño. La otra vive libre en el mar. En ese ambiente las capsasporas son depredadores que sobreviven cazando otras amebas y alimentándose de ellas. ¿Les suena?

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Estamos en la sociedad del conocimiento y algunos grandes avances, nuevos inventos y descubrimientos progresarán exponencialmente. Las universidades más prestigiosas como el MIT (Technology Review) ya identifican “lo último” y más nuevo en tecnología e investigación.

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:

Las diez tecnologías avanzadas que cambiaran el mundo (según el MIT)

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)

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No solo pintaban en las paredes rocosas de sus grutas, sino que también, de manera rústica emitían sonidos guturales que, más tarde dueron palabras que les llevó a entenderse entre ellos de manera natural para expresar sus pensamientos y hacer la convivencia más natural.

En tiempos, circuló una tesis por ahí que, en la actualidad es casi creacionista porque niega el proceso evolutivo. Dice que el lenguaje, en este caso concreto la palabra hablada, apareció de pronto entre los humanos hace entre 35.000 y 50.000 años, más o menos como un big bang de la especiación. según algunos, la capacidad de expresar la palabra y de utilizar sintaxis se implantó genéticamente en nuestros cerebros en fecha relativamente reciente, en una especie de órgano del lenguaje. Esta concepción del lenguaje está relacionada con la antigua idea de que el pensamiento lógico o racional depende en cierto modo de las palabras. La idea procede de Platón y estuco muy en boga en el siglo XIX entre algunos autores, como Jacob Grimm (“Los animales no hablan porque no piensan”) y Max Muller (“El lenguaje es nuestro Rubicón y ningún animal se atreverá cruzarlo”) y “Sin lenguaje no hay razón y sin razón no hay lenguaje”).

NO, no fue ninguna especie de big bang de la especiación. El habla, amigos míos, nos llegó en algún momento de nuestra evolución, no de repente ni por arte de magia, sino que, tras un largo período de entrenamiento se fueron modulando las palabras que finalmente conformaría un lenguaje entendible que dio lugar a la necesaria comunicación entre los seres humanos. Ninguna luz luminosa nos llegó desde los cielos para dotarnos de ese preciado don que es el habla.

La idea creacionista del gran salto adelante en la calidad del pensamiento humano se refleja muy bien en una interpretación habitual del arte europeo del Paleolítico Superior…

Según este punto de vista, pinturas rupestres europeas y figurillas talladas con más de 30.000 años de antigüedad son barruntos del pensamiento simbólico y abstracto y también del lenguaje. Sin embargo, la madura perfección de las pinturas más antiguas de la cueva de Chauvet, en el sur de Francia, parece desmentior esta  teoría. En cualuqier caso, esta interpretación eurocéntrica pasa por alto el hecho de que los australianos, en la otra punta del planeta, conocían la pintura rupestre en la misma época que los primeros europeos. Hay muchas pruebas y razones, para suponer, que un común antepasado africano dominaba ya las técnicas del habla, la pintura y la representación simbólica mucho antes de que salieran de África, hace 80.000 años.

Otro problema de la teoría creacionista, o del “big bang”, sobre la unicidad de las facultades humanas modernas es que hay indicios de que los neandertales tenían ya la misma anatomía vocal especializada que nosotros y, es más, según todos los datos y estudios, el antepasado común de los neandertales y nuestro, el Homo heidelbergensis, hablaba ya hace medio millón de años. Así lo revelan las configuraciones anatómicas en fósiles profundamente estudiados.

La especulación anatómica nos devuelve qa los primeros humanos y a la espectacular aceleración del crecimiento encefálico experimentada por los géneros Homo y Paranthropus. Si alguna vez existió un “big bang” en la especiación de los homínidos inteligentes se debió producir entonces.

Tim Crow, profesor de psiquiatría en Oxford, ha aducido que se pueden identificar dos importantes acontecimientos especiadores con dos mutaciones estrechamente relacionadas del cromosoma. , producidas después de separarnos de los chimpancés. Hay motivos para suponer que una de estas mutaciones, o las dos, están relacionadas con la asimetría cerebral y posiblemente con el lenguaje. Si es así, podríamos imaginar que la primera mutación se produjo en el antepasado común a Homo y a Paranthropus, y la segunda en Homo eructus, dado que éste acusa los primeros indicios de asimetría cerebral.

La investigación neurofisiológica moderna, sirviéndose de un abanico de técnicas de imágenes activas de la actividad cerebral, ha contribuido a erosionar la concepción biológica y determinista del pensamiento y de la evolución y adquisición del lenguaje. Sabemos ya que la sintasis de cada idioma se procesa en diferentes zonas cerebrales. La sintasis no se implanta: la infieren los niños, que en copmparación con los adultos que aprenden un nuevo idioma, tienen más capacidad y versatilidad para descodificar asociaciones simbólicas y adivinar la verdadera inferencia sintáctica.

Claro que, los humanos no somos los únicos que tenemos un período crítico en el desarrollo en el que se adquieren las técnicas lingüisticas. Se ha podido observar el mismo fenómeno en “cantores” no primates, como los pájaros y las ballenas. Las complejas canciones, a menudo únicas, que cantan estos animales cuando son adultos se han aprendido, modificado y grabado en una etapa temprana. Además, las investigaciones demuestran que el habla no está forzosamente limitada a una zona o zonas concretas del cerebro.

Mucho nos queda por aprender de algunas especies que conviven con nosotros aquí en la Tierra y de las que, no sabemos nada o muy poco. Nadie sabe traducir los significados de esos cantos y sonidos que, entre ellos, se entrecruzan y, desde luego…¿Quién podría negar que en “sus idiomas” entablan conversaciones?

En resumen, podríamos decir que, entre todas las facultades mentales y prácticas que los filósofos han aducido para señalar las diferencias cualitativas entre los humanos modernos y y los chimpancés, la única que sigue en pie es el lenguaje humano. Es evidente, hay una gran diferencia cuantitativa en lo que se refiere a la capacidad intelectual, pero el intelecto humano no brotó de pronto hace 35.000 años, en el Paleolítico Superior europeo: Ya venía evolucionando desde hace cuatro millones de años. Durante los dos últimos millones los humanos han mejorado el modelo del simio andante sirviéndose del cerebro, pero es posible que en este empeño les ayudara la coevolución del tamaño encefálico, impulsada por el lenguaje.

No toméis a pie juntillas esa imagen de arriba que es indicadora de un equívoco muy común, partimos del mono y llegamos por evolución mutativa a Ser humanos. Nada más incierto: Ambos, el Chimpancé y el humano, tuvieron un antepasado común del que divergieron un día, y, ese antepasado, no era ni Homo ni Pan.

emilio silvera

Fuente: Los Senderos del Eden de Stephen Oppenheimer

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Existen “claves” que son diagramas , trazados a escala, de cuatro moléculas (bases del nucleótido) cuya excepcional interrelación interna, inserta bajo la cremallera del ácido desoxirribonucleico (ADN), contiene el código de toda la vida en la Tierra. Se ha llegado a explicar con precisión cómo miles de características únicas, que varían de un individuo a otro, se trasmiten intactas de generación en generación. Este descubrimiento fue el progreso más grande del siglo XX en el campo del conocimiento biológico.

                   Situación del ADN dentro de una célula

En el interior de cada célula de nuestro cuerpo tenemos cadenas de ADN increíblemente largas. Es la materia prima de los genes. Almacena, reproduce y transmite todas nuestras características personales y únicas, nuestra herencia genética. Estas cadenas de ADN contienen las plantillas codificadas de las proteínas, que son los ladrillos de nuestros cuerpos.

Esta codificación es una serie de combinaciones de cuatro moléculas llamadas bases de los nucleótidos (y representadas por las letras A, G, C y T), que dan todas las instrucciones necesarias para fabricar nuestro cuerpo. Heredamos ADN de nuestros dos progenitores y, puesto que recibimos una mezcla única de ambos, la cadena de ADN de cada uno de nosotros es ligeramente distinta de la de los demás. Nuestro ADN es como una huella dactilar molecular.

“El ácido desoxirribonucleico (ADN) es el código genético único que se encuentra en la mayoría de células de todos los seres vivos, ya sean bacterias, parásitos, animales o plantas, incluido el hombre; también es el material genético de muchos virus.”

Desde el punto de vista químico, el ADN es un polímero de nucleótidos es decir, una larga estructura molecular compuesta por unidades llamadas nucleótidos (polinucleótido). Cada nucleótido está formado a su vez por una base nitrogenada, un azúcar (la desoxirribosa) y un grupo fosfato. Las bases nitrogenadas que pueden formar parte del ADN son cuatro: adenina (A), citosina (C), guanina (G) y timina (T). Los nucleótidos se unen entre sí formando cadenas largas que se diferencian unas de otras por las secuencias de sus bases.

Durante la reproducción sexual humana, el ADN de los progenitores se copia y se transmite en proporciones iguales. Es importante saber que, aunque casi todo el ADN de cada progenitor se separa durante la reproducción, en cada generación se barajan y se mezclan pequeños fragmentos de las dos aportaciones. Por mezcla no se entiende la distribución aleatoria y masiva, sino pequeños intercambios, duplicaciones y permutas entre el lote materno y el lote paterno de ADN. Este fenómeno se llama técnicamente “recombinación”. Afortunadamente para los fines de los investigadores genéticos, hay dos pequeñas porciones de nuestro ADN que no se recombinan. El ADN no recombinante es más fácil de rastrear, dado que su información no se altera durante su transmisión de una generación a otra. Las dos pequeñas porciones son el ADN mitocondrial (ADNmt) y la parte no recombinante del cromosoma Y (YNR).

Así que, el ADN mitocondrial es útil para el estudio evolutivo, en primer lugar, porque su variabilidad depende exclusivamente de las mutaciones, ya que no sufre el ya mencionado proceso de recombinación durante la concepción. En segundo lugar, permite un seguimiento de la línea materna evolutiva, pero solamente se podría estudiar en zonas que se saben estuvieron habitadas por mujeres, por lo que podría traer fallas, en caso de que la población femenina fuera mayor a la masculina. Aquellas regiones donde el ADN m. presentan mayor variabilidad, significaran que allí se han producido mayores mutaciones en el tiempo, por tanto serán más antigua, rastreándose así nuestra posible zona de origen. El número de genes en el ADN mitocondrial es de 37, frente a los 20.000 – 25.000 genes del ADN cromosómico nuclear humano.

Así que, decir que recibimos el 50% de nuestro ADN de nuestro padre y el otro 50% de nuestra madre no es totalmente verdadero. Un pequeño fragmento de nuestro ADN se hereda sólo a través de la madre. Es al que antes nos referíamos como el ADN mitocondrial porque se trata de filamentos circulares individuales contenidos en pequeñas cápsulas tubulares llamadas mitocondrias que funcionan un poco como baterias en el interior del citoplasma celular.

Algunos biólogos moleculares dicen que, cuando el mundo era joven, la mitocondria era un organismo autónomo con su propio ADN y poseía el secreto de generar muchísima energía. Invadió organismos unicelulares nucleados y allí sigue desde entonces, dividiéndose, como la levadura, por fusión binaria. Aunque los varones reciben y usan el ADN mitocondrial de la madre, no pueden transmitirlo a los hijos. El esperma tiene mitocondrias propias para propulsar el largo viaje desde la vagina hasta el óvulo, pero al entrar en éste, las mitocondrias masculinas se marchitan y se mueren.

Así pues, cada cual hereda el ADNmt de la madre, que a su vez lo ha heredado intacto de su madre y ésta de la suya, hasta el infinito; de ahí que el nombre popular del ADNmt, “el gen EVA”. En última instancia, todas las personas que viven hoy en el mundo han heredado su ADN mitocondrial de una única antepasada que vivió hace casi 200.000 años. Este ADNmt nos proporciona un raro punto de estabilidad en las arenas movedizas de la transmisión del ADN. Sin embargo, si todos los cromosomas EVA del mundo actual fueran una reproducción exacta del primer gen Eva, todos serían idénticos. Sería algo prodigioso, pero significaría que el ADNmt tiene poco que decirnos sobre nuestra prehistoria. Saber que todas las mujeres descienden de una remota EVA común resulta emocionante, pero no nos ayuda a reconstruir la vida de cada una de sus hijas. Necesitamos un poco de variedad.

Los genes pueden mutar (transformarse) de diferentes formas. La forma más sencilla de mutación implica un cambio en una base individual a lo largo de la secuencia de bases de un gen en particular–muy parecido a un error tipográfico en una palabra que ha sido mal escrita. En otros casos, se pueden agregar o eliminar una o más bases. Y algunas veces, grandes segmentos de una molécula de ADN se repiten, se eliminan o se trastocan accidentalmente.

Así, aparecen mutaciones puntuales del ADN. Al heredar el ADNmt de nuestra madre, a veces hay un cambio en una o más “letras” del código del ADNmt, aproximadamente una mutación cada mil generaciones. La nueva letra, llamada “mutación puntual”, se transmitirá desde entonces a todas las descendientes. Aunque otra mutación es un fenómeno raro dentro de una sóla línea familiar, la probabilidad total de las mutaciones aumenta de manera visible a causa de la cantidad de mujeres que tienen hijas. Así, en una generación, un millón de mujeres podrían tener más de mil hijas con una mutación personal e intransferible. Por este motivo, y salvo que hayamos tenido una antepasada común en los últimos 10.000 años, cada cual tiene un código que es ligeramente distinto del de los demás.

                Sí, aunque pequeñas, existen esas probabilidades de mutaciones del genéticas

Claro que, también existe el “Gen Adán”. A semejanza del ADNmt de transmisión materna y que reside fuera del núcleo de la célula, dentro del núcleo hay un paquete de genes que sólo se transmite por línea masculina. Es el cromosoma Y, el cromosoma definidor de la masculinidad. Exceptuiando un pequeño segmento, el cromosoma Y no desempeña ningún papel en el promiscuo intercambio de ADN que se permiten otros cromososmas, esto significa que, al igual que el ADNmt, la parter no recombinable del cromosoma Y pasa intacta a cada generación y puede ser rastreado, siguiendo una linea ininterrumpida, hasta nuestro primer antepasado masculino.

Los cromosomas Y se utilizan desde hace menos tiempo que el ADNmt en la reconstrucción de árboles genéticos y existen problemas para estimar el alcance cronológico. Cuando se solucionen, el método YNR podría tener una resolución cronológica y geográfica mucho mayor que el ADNmt, tanto para el pasado reciente como para el remoto. Esto se debe sencillamente a que el YNR es mucho mayor que el ADNmt y en consecuencia tiene mayor viabilidad potencial.

Bueno, tanto este artículo, o, pasaje (de una parte de nosotros) como el del día anterior que llamé: Estamos señalados por muchos dones pero…¡El habla!, nos viene a confirmar que, la vida, no es sólo “la materia evolucionada”. ¡La Vida! es mucho más que todo eso y, seguramente, como nos dice el amigo Kike, sea una parte sustancial del Universo que, a través de su sabia Naturaleza, nos ha creado para poder contemplarse (también lo decía Nelson) como nos dijo el sabio.

emilio silvera

Fuente: Los Senderos del Edén de Stephen Oppeheimer.

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Los científicos estudian si los seres vivos utilizan las extrañas propiedades de la física cuántica en sus procesos biológicos, pero aún no lo han decidido.

Circula por ahí un chiste sobre los ordenadores cuánticos, esas máquinas del futuro de las que se hablan maravillas: “Los ordenadores cuánticos son extremadamente potentes, y al mismo tiempo aún no funcionan”, cuenta a EL ESPAÑOL el físico Franco Nori, director del Grupo de Investigación en Materia Condensada Cuántica del Instituto RIKEN, en Japón. El chiste es una parodia del famoso experimento mental del gato de Schrödinger, que estaba vivo y muerto al mismo tiempo.

Y es que la física cuántica es así: paradójica, contraria a la intuición de los seres grandes como nosotros, que nos regimos por la lógica de la mecánica clásica y la relatividad einsteniana. En nuestra experiencia cotidiana, algo no puede aparecer al mismo tiempo en dos estados incompatibles entre sí. Las reglas de la cuántica sólo operan en lo extremadamente diminuto; e incluso a esa escala, no siempre funcionan. Pero sobre todo, aún no ha logrado tenderse el puente en el que los físicos cuánticos y los relativistas puedan darse la mano; no hay una teoría que ligue ambos ingredientes los relativistas puedan darse la mano; no hay una teoría que ligue ambos ingredientes en una sola salsa.

Sin embargo, es evidente que las partículas subatómicas son la base de todo, así que podríamos decir, apunta Nori, que “todo en el universo es cuántico… porque todo está hecho de átomos”. Pero aclara: “Sin embargo, no describimos cómo se mueven los satélites o cómo fluye el agua utilizando mecánica cuántica, porque para esto no necesitamos la parte cuántica. Muchos átomos se pueden describir bien clásicamente”. De hecho, añade, “pocos fotones requieren un tratamiento de óptica cuántica; el cual no es necesario para muchos fotones”.

Y dado que lo ocurrido en los círculos cuánticos no deja rastro aparente en eso que los no-físicos llamarían el mundo real, ¿Cómo podría tener alguna importancia para la vida? Debería quedar perfectamente zanjado que las enormes moléculas en las que se basan los procesos biológicos no pueden enterarse ni de lejos de lo que sucede al minúsculo nivel de los electrones de sus átomos, por mucho que dependan de ello. ¿O sí?

¿QUÉ ES LA VIDA?

En 1944 Erwin Schrödinger, el del gato, publicó un ensayo de divulgación titulado What is Life? (¿Qué es la vida?), basado en una serie de conferencias públicas que había pronunciado el año anterior en el Trinity College de Dublín. En su obra, Schrödinger ataba la relación entre química y biología, y por tanto entre física y biología, en una época en que aún no se conocía que la herencia genética residía en una sustancia ya conocida llamada ADN.

Aunque el austríaco no fue el primero en suponer que la información genética de los seres vivos debía de codificarse en enlaces químicos, sus ideas influyeron en la posterior investigación de la estructura del ADN por James Watson y Francis Crick. Pero Schrödinger hizo algo más: acuñó el término “teoría cuántica de la biología”, refiriéndose al hecho de que las mutaciones son saltos en la herencia, del mismo modo que la energía de las partículas salta de un valor discreto a otro (está cuantizada). “El mecanismo de la herencia está estrechamente relacionado con, o mejor dicho, está fundado sobre, la misma base de la teoría cuántica”, escribía el físico.

Con todo, Schrödinger se quedó corto: además de no extender su idea más allá de los genes, se centró únicamente en cómo la asimetría de las moléculas y sus múltiples formas podían servir para codificar toda la diversidad de la información genética. En cambio, negó expresamente que las transiciones en los átomos pudieran tener alguna influencia en la biología: “La indeterminación cuántica no juega ningún papel biológicamente relevante”, escribió.

A la biología cuántica aún le aguardaba una larga espera. Al menos, hasta 2007. Aquel año, un equipo de la Universidad de California en Berkeley dirigido por el físico Graham Fleming demostraba algo que otros científicos llevaban tiempo barruntando: la fotosíntesis, ese proceso cuasimágico por el que muchos organismos consiguen producir oxígeno a partir del dióxido de carbono, funciona gracias a la física cuántica.

Los investigadores aislaron los centros fotosintéticos de dos microbios, la bacteria verde del azufre Chlorobium tepidum y la bacteria púrpura Rhodobacter sphaeroides, y los bombardearon con pulsos láser para estudiar cómo la energía de los fotones se transfería desde los pigmentos que recogen la luz hasta el centro de reacción, donde se cuece esa química necesaria para la vida. Los mensajeros de esta transferencia son los electrones, que corren alimentados por esa poción mágica de la energía fotónica. Pero ¿cómo encuentran su camino entre el desorden molecular para evitar perderse y desperdiciar esa energía?

Fleming y su equipo descubrieron que lo hacen como ondas, no como partículas. De este modo, la onda se dispersa para encontrar el mejor camino sin tener que recorrerlos todos uno a uno. Y esta capacidad de estar en distintos lugares al mismo tiempo, o de tener dos estados incompatibles entre sí, es el privilegio de la física cuántica; por fin había nacido la biología cuántica.

UN CAOS HÚMEDO Y CALIENTE

Pero no tan aprisa. Fleming y su equipo llevaron a cabo sus experimentos en condiciones típicas de la física cuántica; por ejemplo, por debajo de los 100 grados bajo cero. Y está claro que las bacterias no suelen vivir a esas temperaturas. Para un físico, una célula es la peor de sus pesadillas: caliente, húmeda, ruidosa y desordenada. En tan miserables condiciones es imposible que ninguna tarea importante pueda confiarse a la extrema levedad de los fenómenos cuánticos. “Muchos científicos creen que estos fenómenos son tan frágiles que sólo aparecen en sistemas muy simples, compuestos por muy pocas partículas y donde el ruido molecular se congela a temperaturas cercanas al cero absoluto”.

O al menos eso parecía, hasta que en 2010 dos estudios demostraron que lo dicho para la fotosíntesis en el frío glacial era válido también a temperatura ambiente. Pero, de hecho, éste no es el único sistema biológico en el que la física cuántica puede marcar las reglas, ni siquiera el primero en el que sospechó algo semejante: durante décadas, los biofísicos intuyeron que las enzimas, esos mediadores que convencen a las La fotosíntesis funciona gracias a la física cuántica / Frank Bättermann moléculas para que reaccionen, funcionan según un conocido mecanismo cuántico llamado efecto túnel que permite a una partícula, en este caso un protón, pasar de un estado a otro sin saltar la barrera de energía que los separa, excavando un túnel. En 1989 se mostró por primera vez el efecto túnel en las enzimas.

Con todo esto, parece que la biología cuántica debería ser ya un miembro de pleno derecho del club de las disciplinas científicas. Y sin embargo, ni sus propios patrocinadores se atreven a ir tan lejos. Regresando al chiste del comienzo, Nori aplica a la biología cuántica esa misma doble condición del gato vivo y muerto: “Es a la vez un campo excitante para estudiarlo con precaución en el futuro, y también en el que muchas cuestiones importantes aún no están demostradas”.

“Muchos científicos aún no están convencidos de que estos efectos requieran la mecánica cuántica para explicarse”, apunta a EL ESPAÑOL el físico de la Universidad de Surrey Jim Al-Khalili, coautor junto con McFadden del libro Life on the Edge: The Coming of Age of Quantum Biology (Bantam Press, 2014). El obstáculo esencial es esa diferencia de pulcritud entre los experimentos cuánticos y el aparente caos de una célula viva, que suscita el escepticismo de no pocos expertos. Para el físico de la Universidad de Viena Markus Arndt, este es “un rasgo de la ciencia de la vida, no tan limpia como los laboratorios de física o los tubos de ensayo de la química”. “¿Pueden estas acciones sobrevivir en las escalas macroscópicas de tiempo y tamaño de los medios biológicos? Esta cuestión todavía está abierta”, comenta Arndt a este diario.

LA BRÚJULA DE LAS AVES

La escala temporal que menciona Arndt es uno de los factores que levantan las cejas de los físicos. Un posible ejemplo de biología cuántica muy de actualidad es el sistema que guía a las aves migratorias, basado en el fenómeno de entrelazamiento cuántico. Según estudios en el petirrojo europeo, la luz dispara en la retina un par de electrones gemelos que responden al magnetismo terrestre, como la aguja de una brújula. Un estudio reciente ha prestado nuevo crédito a esta hipótesis. Pero un problema es que este entrelazamiento duraría unos pocos microsegundos. Para los físicos, esto es una eternidad jamás lograda ni de lejos en un laboratorio, y no digamos a una temperatura a la que el petirrojo no se convierta en un fósil congelado.

Sin embargo, el nuevo estudio no es experimental, sino una simulación por ordenador. “Todavía necesitamos pruebas experimentales de que la teoría es correcta”, dice AlKhalili. El obstáculo principal al que se enfrenta la biología cuántica es la dificultad de llevar sus predicciones al laboratorio. “Los experimentos adecuados para evaluar estas cuestiones son complicados y difíciles de interpretar”, señala Nori. Otra pega es que los científicos aún se resisten a creer que estos mecanismos cuánticos en la biología tengan realmente un significado evolutivo; es decir, que existan porque los seres vivos han encontrado en la cuántica una ventaja aprovechable. “¿Por qué la naturaleza habría seleccionado estas superposiciones cuánticas? ¿Qué propósito tienen?”, se pregunta Nori.

Los expertos no ven demasiado claro que las tecnologías actuales vayan a ofrecer respuestas “en muchos años o unas pocas décadas”, estima Arndt. Y menos en casos todavía más aventurados y difíciles de testar: en 1996, el biofísico del University College de Londres Luca Turin lanzó una idea que trataba de dar respuesta a un enigma clásico de la biología del olfato: ¿Cómo puede nuestra nariz, con un repertorio grande pero limitado de receptores olfativos, detectar más de un billón de olores ? La audaz hipótesis de Turin es que los receptores son capaces de distinguir las vibraciones de las moléculas de olor mediante un mecanismo de efecto túnel, lo que ampliaría la gama olfativa. Sin embargo, la propuesta no ha ganado el aplauso general. “La mayoría de la literatura no apoya el modelo de Turin”, dice Arndt.

En resumen, y pese a lo que afirman McFadden y Al-Khalili en el título de su libro, realmente no parece que la biología cuántica esté pasando a la madurez, sino sufriendo aún un larguísimo parto. Y eso que sus aplicaciones podrían ser provechosas, más allá de responder a la pregunta de Schrödinger. Por ejemplo, dominar el efecto cuántico de la fotosíntesis permitiría diseñar células solares más eficientes. Los dos autores subrayan que la manipulación a nanoescala abriría la puerta a logros como la creación de nanorrobots que depositen un fármaco en la célula que lo necesita.

Y cómo no, también está el futuro de los ordenadores cuánticos: lo que hace el electrón en la fotosíntesis no es otra cosa que computar la mejor solución a un problema sin tener que realizar las operaciones una por una. La naturaleza ya sabe cómo hacerlo. Curiosamente, Arndt sugiere que los ordenadores cuánticos, a su vez, generarían modelos detallados que darían una respuesta definitiva a las incógnitas sobre biología cuántica.

Por algo la ventaja de los ordenadores cuánticos es que son extremadamente potentes. Si no fuera porque aún no funcionan.

Reportaje en El Español

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