Cuando hablamos de ciencia es importante reconocer que existen diversas corrientes. En cada etapa de la historia, una de ellas es la más conocida, la más financiada, la más fuerte. Este paradigma triunfante define lo que Kuhn llama la ciencia normal.
En esta era, la visión de la ciencia normal pondera a la materia y la energía como los elementos fundamentales de la realidad. Según este paradigma, por billones de años el cosmos estuvo constituido únicamente por materia inerte, energía, espacio y tiempo. Posteriormente complejas combinaciones de estos elementos dieron lugar a un nuevo fenómeno: la vida. Los seres primigenios evolucionaron a lo largo de millones de años, desarrollando un sistema nervioso que se volvió cada vez más complejo. Hasta que de una enmarañada actividad neurológica emergió la consciencia.
Una malformación arteriovenosa cerebral es una maraña de vasos sanguíneos que conectan las arterias y las venas del cerebro. Las arterias llevan la sangre oxigenada desde el corazón hasta el cerebro. Las venas transportan la sangre sin oxígeno de nuevo a los pulmones y al corazón.
Sin embargo, incluso en las áreas más exitosas de la ciencia normal, el papel que juega la conciencia en el devenir de los fenómenos observables es más fundamental de lo que este paradigma lo permite. La concepción de que la mente no es más que un subproducto del cerebro y que la experiencia subjetiva no es más que una ilusión sin efectos causales en la realidad objetiva, presenta graves problemas. El primero es el problema duro de la consciencia.
Un mundo de apariencias: El problema duro de la consciencia
La neurociencia es una de las teorías científicas con más éxito en las últimas décadas. Pero aún en esta ala del edificio de la ciencia, al verla de cerca nos encontramos con arenas movedizas. Se enfrentan al gran reto de explicar cómo es que los procesos físicos en el cerebro pueden generar o incluso influenciar la experiencia subjetiva. Este es el llamado problema duro de la consciencia.
Tratamos de comprender la estructura más compleja del Universo. ¡No será fácil!
Todo lo que percibimos a través de nuestros sentidos, no son más que apariencias que emergen al ojo de la mente. Son experiencias subjetivas carentes de atributos físicos detectables por aparatos de medición. Simplemente se perciben. ¿Dónde está el azul del cielo o el blanco y el negro de las letras de este texto?
Los colores pueden ser descritos por la longitud de onda de los fotones que impactan nuestra retina. Pero no hay fotones azules, ni longitudes de onda color azul. Tampoco los receptores de la retina son azules, ni las células del nervio óptico, ni las neuronas de la corteza visual. Los colores que vemos, no están compuestos de materia y energía, no ocupan un lugar en el espacio y no existen independientemente de nuestra consciencia. Los colores son apariencias, percepciones subjetivas.
La percepción de los sentidos
Este razonamiento aplica a todas las percepciones que provienen de nuestros sentidos. De hecho, las propiedades físicas que les atribuimos a todos los objetos, que consideramos como objetivas e independientes, tal como los colores (tan rigurosamente definidos como longitudes de onda), son conceptos. Alan Wallace afirma: “Desde una perspectiva radicalmente empírica, todo lo que conocemos por medio de la experiencia directa consiste en apariencias en nuestra propia mente […] La mera existencia de un universo absolutamente real, objetivo, y físico, es algo que sólo sabemos por medio de la inferencia racional”.
Modelos científicos: El llamado Modelo Estándar de las fuerzas fundamentales y las interacciones de partículas. La fuerza de Gravedad se niega a juntarse con las otras fuerzas.
Relatividad General que nos trajo la visión de un nuevo cosmos
Casi toda la ciencia moderna, se basa en la visión de que las teorías científicas representan una realidad objetiva, independiente de la experiencia subjetiva. Desde esta visión clásica y materio-céntrica, la brecha explicativa entre la descripción de las funciones y procesos cerebrales, y cómo es que estos procesos originan la experiencia consciente, es evidente e incómoda.
Laconstante de Planck es una de las constantes físicas fundamentales más conocidas e importantes de la ciencia. Junto con otras constantes como la velocidad de la luz, esta constante es capaz de describir con exactitud propiedades de la materia que ni siquiera podemos ver.
La definición sencilla de constante de Planck es “constante de la física cuántica que permite determinar la cantidad de energía correspondiente a un quantum o fotón”. Es decir, la constante de Planck es un número que relaciona, mediante la fórmula de la constante de Planck, la energía de un fotón con la frecuencia de la onda. Si quieres saber más de la constante de Planck, definición sencilla y qué importancia tiene en la ciencia hoy en día ¡sigue leyendo esta lección de unPROFESOR!
Sin embargo, a principios del siglo XX se formuló la teoría cuántica, cuyas predicciones son confirmadas una y otra vez con extraordinaria precisión, y su descripción de la realidad es fundamentalmente distinta de la clásica. Henry Stapp la describe como: “La teoría cuántica es intrínsecamente psicofísica: tal como fue diseñada por sus fundadores, tal como es usada en la práctica científica actual, es ulteriormente una teoría sobre la estructura de nuestra experiencia, erigida en una radical generalización matemática de las leyes de la física clásica”. Es otro cimiento elástico en este edificio de la ciencia.
Mente y cerebro: Pensándolo bien…
Aun cuando nos sumergimos en la corriente principal de la ciencia, nos encontramos que, a pesar de todos los intentos por disminuir su papel, la mente se inmiscuye como una incómoda gotera.
Uno de los principales descubrimientos de las neurociencias en las últimas décadas es que las conexiones en el cerebro se crean y cambian en función de nuestra experiencia a lo largo de la vida. Este fenómeno se llama neuroplasticidad. Existen al menos dos mecanismos que podemos usar voluntariamente para modificar la estructura y funciones de nuestro cerebro. El primero, es a través de realizar una actividad repetidamente. El segundo es pensar algo repetidamente.
En un famoso experimento en Harvard, dirigido por Alvaro Pascual-Leone, los investigadores pidieron a un grupo de voluntarios que aprendieran un ejercicio sencillo donde movían los cinco dedos de su mano derecha en un orden determinado sobre un teclado. Estas personas practicaron el ejercicio diariamente durante una semana. A continuación, de vuelta en el laboratorio los investigadores midieron la región de la corteza cerebral responsable del movimiento de esos dedos y hallaron que ésta se había expandido.
Este hallazgo demuestra la afirmación: la experiencia modifica nuestro cerebro. No obstante, en el laboratorio no causó ninguna sorpresa. Otros experimentos con taxistas, violinistas y pianistas ya habían encontrado lo mismo. Sin embargo, los investigadores tenían otro grupo de personas que durante esa semana habían hecho el mismo ejercicio, pero sólo mentalmente. Imaginaron repetidamente que movían los dedos sin hacerlo físicamente, ni tocar en absoluto ningún teclado.
Al observar la corteza cerebral motora de los pianistas virtuales, se encontró que el área correspondiente al movimiento de los dedos se expandió de la misma manera que en el grupo de individuos que realizaron físicamente el ejercicio. El mero hecho de imaginar el movimiento, causó que el área de la corteza cerebral se modificara. Este sí fue un asombroso descubrimiento.
Ahora, la neurociencia no sólo se enfrenta al problema de explicar cómo es que los procesos físicos del cerebro generan la experiencia consciente. También debe explicar: ¿Cómo es que la mente modifica la estructura del cerebro?
Cerebro y universo: ¿dos estructuras con la misma naturaleza?
Este artículo nace a partir de dos imágenes. Fíjate en las que incluyo a continuación. Reproducen una estructura muy similar. Una muestra complejas interacciones entre varias células nerviosas en el cerebro de un ratón y la otra representa a gran escala la distribución de la materia en el universo. ¿Sabrías distinguirlas?
La que lleva el número 1 se corresponde con el cerebro de un ratón. La segunda muestra un fragmento del universo de unos 9.000 millones de años luz y es una simulación de un proyecto, Millennium Simulation, que pretende explicar la formación de galaxias.
Imagen de Millennium Simullation
Realizada por el Consorcio Virgo en 2005, esta investigación concluyó que hay redes en forma de filamentos que conectan grandes cúmulos y supercúmulos de galaxias, en una forma muy parecida a las redes neuronales del cerebro.
Una cosa nos queda clara, nosotros formamos parte del Universo, y, de alguna manera, el Universo se ha querido reflejar en nosotros que, pobres ignorantes, no llegamos a comprender ni los mensajes que nos ha dejado por todas partes, ni tampoco podemos acceder a los grandes misterios que profundamente esconde la Naturaleza. De hecho, no sabemos realmente quinees somos, de donde venimos ni hacia donde vamos, si tenemos un destino predestino o desapareceremos como tantas otras especies antes que la nuestra.
Vamos dando “palos de ciego” a base de conjeturas, modelos y teorías y, de vez en cuando acertamos. Claro que, como decía aquel gran filósofo: “Cambiaría todo lo que que se por la mitad de lo que ignoro”.
La vitamina B12, al igual que las otras vitaminas del complejo B, es importante para el metabolismo de proteínas. Ayuda a la formación de glóbulos rojos y al mantenimiento del sistema nervioso.
El término “vitamina” se utiliza para describir ciertos compuestos orgánicos que son necesarios para el cuerpo, pero que no pueden ser fabricados por el mismo. Sirven principalmente como catalizadores de ciertas reacciones en el cuerpo. Si estos catalizadores se pierden, como en una deficiencia de vitaminas, las funciones normales del cuerpo pueden verse afectadas, y hacer que la persona sea más susceptible a las enfermedades. Las cantidades de vitaminas necesarias son muy pequeñas, tal vez centésimas de gramos. Las vitaminas se obtienen principalmente de los alimentos, pero hay algunos casos especiales. La vitamina K, se produce en nuestro cuerpo en ciertas bacterias en nuestros intestinos, y la vitamina D, se produce con la ayuda de la radiación ultravioleta sobre la piel.
Las vitaminas se clasifican como solubles en grasa (liposoluble) o solubles en agua. Las vitaminas A, D, E y K son liposolubles, y se acumulan dentro de las reservas de grasa del cuerpo, y dentro del hígado. Las vitaminas liposolubles se asocian a menudo con la toxicidad cuando se toma en grandes cantidades.
La vitamina C y las vitaminas del complejo B son solubles en agua. Cuando las vitaminas solubles en agua se toman en exceso, se excretan fácilmente en la orina y no se asocian generalmente con la toxicidad. En el hígado hay algunas reservas de vitaminas C y B.
Necesaria para la formación de los tejidos; evita el escorbuto.
D2
Calciferol (ergosterol activado)
Aumenta la absorción de calcio y fósforo en el intestino delgado.
D3
7-dehidrocolesterol activado
Previene el raquitismo.
E
Alfa-tocoferol
Antioxidante; sin uso terapéutico conocido.
K
…
La vitamina anti-hemorragia.
De Shipman & Wilson, Intro to Physical Science
La palabra vitamina fue acuñada por los investigadores en 1912, para describir esta clase de sustancias recién descubiertas. En ese momento se pensaba que las vitaminas eran todas las aminas que son esenciales para la vida. Pero no todas las vitaminas son aminas, sin embargo se mantuvo el término vit-aminas para estos suplementos nutricionales.
Anhidrasa Carbónica: La anhidrasa carbónica es una enzima con zinc como componente clave. Participa en la conversión del producto metabólico CO2 en ácido carbónico, H2CO3, en los glóbulos rojos para para su transporte a los pulmones. Cuando los glóbulos rojos llegan a los pulmones, la misma enzima ayuda a convertir los iones de bicarbonato nuevamente en dióxido de carbono, que exhalamos.
Estructura y función de la anhidrasa carbónica
Mecanismo
Familias de la anhidrasa carbónica
AC-α
AC-β
AC-γ
AC-δ
AC-ε
La anhidrasa carbónica (CA) es una enzima fundamental para la vida desde sus inicios. Debió de estar ahí cuando solo había organismos unicelulares, o cuando la vida era anaerobia, siguió y fue imprescindible en la transición al oxígeno y en la aparición de depósitos de caliza y no fue menos en la aparición de la vida pluricelular. Es una enzima que aumenta la velocidad de la interconversión de dióxido de carbono más agua en el ion bicarbonato y un protón. La reacción se daría sin la presencia de la anhidrasa pero a una velocidad muy baja. La vida como la conocemos ahora, necesita mucho más brío y más cuando los niveles de CO2 atmosféricos son tan bajos en comparación con los de la atmósfera primigenia. Es fundamental para la fotosíntesis, la respiración, el equilibrio iónico, el balance ácido base y la creación esqueletos.
Diagrama de Richardson de la anhhidrasa carbónica humana II, con el ion de zinc visible en el centro.
La anhidrasa carbónica (CA) es una enzima fundamental para la vida desde sus inicios. Debió de estar ahí cuando solo había organismos unicelulares, o cuando la vida era anaerobia, siguió y fue imprescindible en la transición al oxígeno y en la aparición de depósitos de caliza y no fue menos en la aparición de la vida pluricelular. Es una enzima que aumenta la velocidad de la interconversión de dióxido de carbono más agua en el ion bicarbonato y un protón. La reacción se daría sin la presencia de la anhidrasa pero a una velocidad muy baja. La vida como la conocemos ahora, necesita mucho más brío y más cuando los niveles de CO2 atmosféricos son tan bajos en comparación con los de la atmósfera primigenia. Es fundamental para la fotosíntesis, la respiración, el equilibrio iónico, el balance ácido base y la creación esqueletos.
Atmósfera primigenia
Estamos probablemente ante un fenómeno de convergencia evolutiva . Donde tres o más proteínas que surgieron separadamente y dieron con la misma función, catalizando la misma reacción, mediante un mecanismo similar y con un cinc bivalente como ion metálico asistiendo la catálisis. Evolutivamente, la historia sería comparable, por ejemplo, a la aparición en distintos tiempos de animales acuáticos con aleta caudal, aleta dorsal y paletas, como los exitosos peces teleósteos, lo cetáceos mamíferos acuáticos como la ballena y los ictiosaurios reptiles ya extintos que una vez surcaron los mares del planeta.
Evolución convergente. De tres arquetipos diferente han surgido tres animales parecidos en cuanto a su forma anatómica externa, pero no interna. Todos tiene aletas cudales, dorsales y paletas para la natación, sustentadas por estructuras internas diferentes. Analogía. Estructuras distintas que evolutivamente desembocan en una función parecida. Itiosaurios, Cetaceos y peces.
Los elementos químicos más destacados en la construcción de las estructuras de las moléculas de la vida son el carbono, el hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno, el fósforo y el azufre, a veces representados de forma mnemotécnica como CHONPS. Estos elementos se combinan en una gran cantidad de moléculas involucradas en los procesos de la vida. Su aptitud para fabricar estos compuestos está relacionada con sus electronegatividades relativas que contribuyen a su facilidad de combinación.
Estos elementos constituyen la mayor parte de los átomos de los organismos vivos. Los elementos CHONPS son los más abundantes en el organismo a excepción del calcio al 1,5%.
Además de estos elementos, varios átomos de metal desempeñan funciones de apoyo esenciales en la producción de enzimas, contribuyen a las vías de comunicación y habilitan procesos específicos en el cuerpo.
Carbono: El carbono es el elemento fundamental de toda la vida en la Tierra. Su capacidad para formar cuatro enlaces hace posible una variedad casi ilimitada de compuestos.
Oxígeno: El oxígeno es el elemento más abundante en el cuerpo humano, un 65%. Es abundante en parte porque el cuerpo tiene hasta un 60% de agua, pero también es un componente de la mayoría de las moléculas biológicas grandes y se intercambia continuamente en el proceso del metabolismo y la respiración.
Derivados de Hidrocarburos tienen en su mayoría oxígeno como constituyente además del carbono y el hidrógeno.
Respiración transporta continuamente oxígeno a los procesos celulares.
Respiración Celular oxida los alimentos en el proceso metabólico para obtener energía.
ADN es la molécula maestra de almacenamiento de información para la construcción de proteínas.
ARN participa directamente en la transcripción de información para la construcción de proteínas y otras partes del proceso de traducción de la construcción de proteínas.
Fósforo: El fósforo no es tan abundante, pero es crucial en las fuentes de energía para los procesos de la vida.
ATP es el compuesto de fosfato que es la fuente de energía básica para la mayoría de las interacciones moleculares en la vida.
Azufre: El azufre tiene muchas funciones estructurales en las proteínas.
Aminoácidos cisteína y metionina contienen enlaces de azufre y disulfuro en el plegamiento de proteínas que cumplen tareas clave.
Calcio: El calcio es un componente clave de los huesos y los iones de calcio también manejan información en los procesos neuronales. Como mensajero químico, no solo tiene alta velocidad, sino también la capacidad de unirse a otra molécula en la célula como una proteína con alta especificidad para realizar un cambio conformacional. El calcio y el magnesio pueden lograr esto, pero el calcio es superior para el papel, uniéndose fuertemente, muchas veces más que el magnesio.
El Papel de los Átomos Metálicos en la Química Corporal
Aunque están presentes en cantidades relativamente pequeñas, los átomos de metal juegan un papel sorprendentemente importante en la química de la vida. Aproximadamente un tercio de las enzimas del cuerpo involucran un ión metálico como participante esencial. Desde la cadena de transporte de electrones hasta el mantenimiento de los potenciales de membrana de las células, los metales juegan un papel de apoyo esencial para los átomos involucrados en las principales estructuras de la vida.
Sodio: El sodio se une débilmente a los compuestos orgánicos y los iones de sodio son pequeños y altamente móviles, ideales para mover cargas eléctricas a altas velocidades. El sodio y el potasio son los únicos iones cuya velocidad no se ve obstaculizada por la tendencia a unirse a compuestos orgánicos.
Transporte de la membrana celular: La facilidad y velocidad del movimiento a través de las membranas celulares ayuda a mantener los potenciales eléctricos adecuados. El sodio participa en los procesos de transporte activo a través de las membranas celulares.
Potenciales de acción: La movilidad de los iones de sodio a través de las membranas los hace útiles para la transmisión de impulsos nerviosos asociados con las células nerviosas.
Potasio: El potasio se une débilmente a los compuestos orgánicos y los iones de potasio son pequeños y muy móviles, ideales para mover cargas eléctricas a altas velocidades. El potasio y el sodio son los únicos iones cuya velocidad no se ve obstaculizada por una tendencia a unirse con compuestos orgánicos.
Transporte de la membrana celular: La facilidad y velocidad del movimiento a través de las membranas celulares ayuda a mantener los potenciales eléctricos adecuados. El potasio participa en los procesos de transporte activo a través de las membranas celulares.
Potenciales de acción: La movilidad de los iones de potasio a través de las membranas los hace útiles para la transmisión de los impulsos nerviosos asociados con las células nerviosas.
Manganeso: El manganeso es importante en la fotosíntesis de las plantas.
Hierro: Uno de los metales más importantes en los procesos biológicos, el hierro, es clave para el transporte de oxígeno por la hemoglobina, para el transporte de electrones en el camino hacia la producción de ATP y parte de un catalizador para la fijación de nitrógeno en las plantas.
Hemoglobina: El hierro es un componente clave de la hemoglobina, que transporta oxígeno a las células dentro de los glóbulos rojos.
Fijación del Nitrógeno: La fijación del nitrógeno en las raíces de las plantas es un proceso esencial para la vida. Una enzima que contiene hierro y molibdeno se utiliza en el proceso de fabricación del NH3 a partir del N2.
Zinc: Por lo general, solo hay alrededor de 3 gramos de zinc en el cuerpo, pero está presente en más de 300 enzimas. Tiene un papel crucial en la conversión del CO2 en H2CO3 para su transporte a los pulmones.
Anhidrasa Carbónica: La anhidrasa carbónica es una enzima con zinc como componente clave. Participa en la conversión del producto metabólico CO2 en ácido carbónico, H2CO3, en los glóbulos rojos para para su transporte a los pulmones. Cuando los glóbulos rojos llegan a los pulmones, la misma enzima ayuda a convertir los iones de bicarbonato nuevamente en dióxido de carbono, que exhalamos.
Molibdeno:: El molibdeno es el componente de iones metálicos clave en cuatro enzimas importantes de nuestro cuerpo. Es el ión metálico clave que interviene en la fijación del nitrógeno en las plantas.
Fijación del Nitrógeno: La fijación del nitrógeno en las raíces de las plantas es un proceso esencial para la vida. Una enzima que contiene molibdeno se utiliza en el proceso de fabricación del NH3 a partir del N2.
Inmensas Nebulosas conectadas por hilos de plasma, ahí se encuentran moléculas esenciales para la vida, se forman mundos y nuevos sistemas planetarios, en los que, en presencia de la química estelar surgen células replicantes en mundos nuevos que evolucionan hasta que se alcanza la inteligencia, los pensamientos y… ¡Los sentimientos!
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por Emilio Silvera ~
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