Algún día sabremos

¿Qué es la mitocondria?

“La mitocondria produce la mayor parte de la energía de la célula y cuentan con su propio material genético, que difiere del material genético del núcleo. Muchas enfermedades son el resultado de mutaciones (cambios) en el ADN de la mitocondria. Las mitocondrias son orgánulos celulares.”

La mitocondria es una organela presente en nuestras células que desempeña un papel fundamental en la producción de energía. Este proceso se lleva a cabo gracias a la respiración celular, que permite que las células obtengan la energía necesaria para su correcto funcionamiento.

Funciones de la mitocondria en nuestro cuerpo:

Además de su papel en la producción de energía, la mitocondria también tiene otras funciones importantes para nuestro cuerpo, como:

• Regulación del metabolismo: La mitocondria desempeña un papel importante en la regulación del metabolismo, lo que puede afectar a nuestro peso y a nuestra salud en general.

• Protección contra el estrés oxidativo: La mitocondria ayuda a proteger nuestras células contra el estrés oxidativo, que puede dañar nuestras células y tejidos.

• Apoptosis celular: La mitocondria también desempeña un papel importante en la apoptosis celular, que es el proceso mediante el cual las células se autodestruyen cuando ya no son necesarias.

Sabiendo la importancia que tienen las mitocondrias para nuestros cuerpos, he recopilado información:

“La mitocondria fue observada al microscopio a finales del siglo XIX aunque su caracterización funcional tuvo su primer apogeo a mediados del siglo XX, a finales del cual se descubre y analiza su genoma y se identifican mutaciones responsables de enfermedades humanas. Actualmente, sabemos que la mitocondria está implicada en numerosos procesos esenciales para la fisiología de la célula, los tejidos y el organismo y que sus alteraciones están detrás de enfermedades de muy diversa manifestación.

Pero sigamos conociendo a las Mitocondrias.

• Produce energía: La mitocondria es responsable de producir la mayor parte de la energía que nuestro cuerpo necesita para funcionar.

• Regula el metabolismo: La mitocondria también desempeña un papel importante en la regulación del metabolismo, lo que puede afectar a nuestro peso y a nuestra salud en general.

• Protege contra el estrés oxidativo: La mitocondria ayuda a proteger nuestras células contra el estrés oxidativo, que puede dañar nuestras células y tejidos.

Cómo cuidar a  nuestra mitocondrias:

Existen diversas formas en las que podemos cuidar nuestra mitocondria, como:

• Consumir una dieta equilibrada y rica en nutrientes.

• Realizar ejercicio físico regularmente.

• Reducir el estrés y la ansiedad.

• Dormir lo suficiente y mantener un buen ritmo circadiano.

• Tomar suplementos antioxidantes, como la vitamina C o E.

Conclusión:

La mitocondria es una organela fundamental para nuestro cuerpo. Además de su papel en la producción de energía, también tiene otras funciones importantes, como la regulación del metabolismo y la protección contra el estrés oxidativo. Para cuidar nuestra mitocondria, es importante seguir una dieta equilibrada, realizar ejercicio físico regularmente y reducir el estrés y la ansiedad.

Además de aumentar la síntesis de proteínas, también tiene como objetivo aumentar la eficiencia de las mitocondrias, que es una de las formas de minimizar el estrés oxidativo. Esta reducción del estrés oxidativo puede lograrse a través de diferentes formas que pueden ser simultáneas: disminuyendo la exposición a contaminantes ambientales con propiedades oxidantes, estabilizando la producción de energía mitocondrial y la eficiencia y aumentando los niveles de antioxidantes endógenos y exógenos.

Nuestros cuerpos contienen algunos miles de millones de unos bichitos llamados mitocondrias, que invadieron a los antepasados de nuestras células hace ahora alrededor de mil millones de años. Las mitocondrias están acostumbradas a vivir dentro de nosotros, y nosotros nos hemos acostumbrado de tal manera a tenerlas por todas partes, que ahora no podemos vivir separados. Ellas forman parte de nosotros y nosotros formamos parte de ellas. Producen casi toda nuestra energía y nosotros nos encargamos de alimentarlas y cobijarlas.

En otros trabajos lo hemos comentado aquí ampliamente, nuestras mitocondrias tienen su propio ADN, heredado sólo de nuestras madres, por lo que este ADN podría proceder  de una única mujer que estaría en el origen de los seres humanos actuales: una Eva mitocondrial.

   Mitocondria observada bajo el microscopio electrónico

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

Casi todas las células de nuestro cuerpo contienen mitocondrias -alrededor de mil en cada célula- El “mitocondrión” es una bestia incansable que no cesa de adoptar formas distintas. Si se captara su aspecto en una única foto instantánea poco favorecedora, se vería algo parecido a un gusano, pero un gusano que se retuerce, se divide en dos y se fusiona con otros gusanos. Así pues, en ocasiones podemos captar un mitocondrión que parece un zeppelín, y otras veces algo parecido a un animal con múltiples cabezas o colas.

         Dentro de nuestros cuerpos conviven “seres” que, de poderlos contemplar, nos asombrarían.

El mitocondrión es un monstruo antiguo y maternal -un dragón con un apetito monstruoso, que se come a su vez todo lo que nosotros nos hemos comido y lo respira a continuación en forma de fuego. Las mitocondrias consumen prácticamente todo el alimento y el oxígeno que se produce en el cuerpo, y producen la mayor parte del calor que este genera. Sin embargo, este monstruo es diminuto -su tamaño es de una micra, es decir, una milésima de milímetro: mil millones de mitocondrias cabrían en el interior de un grano de arena. Menos mal que no están a la vista y lo que por fuera podemos ver de nuestros cuerpos, no resulta tan desagradable. Como consecuencia de ello…

    No siempre la realidad es lo que vemos. El interior de las cosas es muy importante para poder emitir un juicio sobre cualquier cosa inanimada o viva que pretendamos calificar en función de sus valores físicos o mentales.

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

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

              Cadena de Transporte de electrones y, debajo la ATP sintasa

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

Estructura de la ATP sintasa

El complejo ATP sintasa es una enzima situada en la cara interna de la membrana interna de las mitocondrias y de la membrana de los tilacoides de los cloroplastos encargada de sintetizar ATP a partir de ADP y un grupo fosfato y la energía suministrada por un chorro de protones (H⁺). Responde a la síntesis de ATP según la hipótesis quimiosmótica de Mitchell. La síntesis de ATP gracias a este enzima se denomina fosforilación oxidativa del ADP.

  ATPsyntasens mekanisme.

ATP en rojo, ADP y fosfato en rosado y la propiedad γ rodando en negro.

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

Nadie cae en la cuenta de que, en parte, todos nosotros somos mitocondrias; ellas constituyen aproximadamente un décimo del volumen de todas nuestras células juntas, un décimo de cada uno de nosotros. Dado que son prácticamente la única parte de la célula que tiene color, las mitocondrias constituyen prácticamente el color de nuestras células y nuestros tejidos. Sino fuera por la melanina de nuestra piel , la mioglobina de nuestros músculos  y la hemoglobina de nuestra sangre, seríamos del color de las mitocondrias, es decir, rojo amarronado. Además, si esto fuera así, cambiaríamos de color cuando hiciéramos ejercicio o corriéramos hasta perder el aliento, de tal forma que podríamos decir si alguien está utilizando mucha o poca energía simplemente con mirar su color.

Pero no todo es perfecto y, las mitocondrias tienen fugas que se traduce en un defecto espectacular en el diseño de nuestras mitocondrias: La electricidad de electrones se escapa de las mitocondrias para producir radicales libres no tóxicos, y la electricidad de protones se escapa produciendo calor: no se trata de fugas pequeñas o insignificantes, sino que son grandes y constituyen una gran amenaza para la vida.

Los electrones se escapan de la cadena de transporte ubicada en las mitocondrias para producir “radicales libres” . Quizá la expresión pueda hacernos pensar en algo inocuo, pero en realidad se trata de un grupo suversivo formado por sustancias químicas tóxicas. El primer componente de este grupo es el “superóxido”, que se produce cuando hay una fuga de electrones de la cadena de transporte o de otras máquinas moleculares, y estos electrones van a parar al oxígeno. El superóxido no es ningún superhéroe, ni una marca de detergente para lavadoras, sino el oxígeno con un electrón más. Pero es este electrónsuplementario el que causa problemas.

Radicales libres (medicina), cualquier molécula independiente que contiene uno o más electrones sin aparear. Los electrones sin aparear son aquellos que ocupan una órbita atómica o molecular de forma individual. Se puede considerar a los radicales libres como fragmentos de moléculas; por tanto son muy reactivos, y en consecuencia de vida media muy corta. Los radicales libres orgánicos fueron descubiertos por Gomberg en 1900 y, entonces, se postuló que podían tener alguna función biológica. En 1966, Slater propuso que el efecto tóxico del tetracloruro de carbono sobre las células del hígado se producía por una reacción de radicales libres; formuló la teoría de que los radicales libres son responsables de lesiones en los tejidos.

Los radicales libres se producen en la mayor parte de las células corporales como subproducto del metabolismo; algunas células producen mayores cantidades con propósitos específicos como por ejemplo, los macrófagos para la fagocitosis (véase Sistema inmunológico). Los radicales libres más importantes de las células aerobias (como las células humanas), son el oxígeno, el superóxido, los radicales de hidroxilo, el peróxido de hidrógeno y los metales de transición. Los radicales libres que se forman dentro de las células pueden oxidar las biomoléculas (moléculas empleadas dentro de las células, en especial los lípidos) y por tanto producir la muerte celular. Sin embargo, existen diferentes mecanismos corporales para proteger a las células de los efectos nocivos de los radicales libres; se trata de enzimas que descomponen los peróxidos y los metales de transición; otros radicales libres son neutralizados por proteínas y otras moléculas.

 

Es difícil estudiar los radicales libres puesto que sólo aparecen durante cortos periodos. En general reaccionan de forma rápida con otras moléculas. En los últimos años, se ha admitido que tienen un papel importante en diferentes situaciones médicas. El ADN (véase Ácidos nucleicos) es muy sensible a la oxidación por los radicales libres y éstos podrían jugar un papel importante en las mutaciones que preceden al desarrollo de un cáncer. Esto explicaría que algunos metales de transición como el níquel o el cromo son carcinógenos en ciertas circunstancias. También se ha implicado a los radicales libres en la aterosclerosis, las lesiones hepáticas, las enfermedades pulmonares, las lesiones renales, la diabetes mellitus y el envejecimiento. No siempre es fácil determinar si los radicales libres son la causa de un proceso o la consecuencia de la acción de algún otro agente causal.

A. Los radicales libres se producen dentro de la mitocondria.

B. Los radicales libres dañan el ADN celular, especialmente en la mitocondria.

Los radicales libres no son más que formas muy reactivas de oxígeno. Cada día se forman billones de ellos dentro de las células, concretamente en unas estructuras que se llaman mitocondrias. Pero, a pesar de que son un producto normal que fabrica el cuerpo como combustible para quemar a fin de conseguir energía, su poder destructivo es enorme.

Pueden provocar arterioesclerosis cuando actúan en las paredes de los vasos sanguíneos. Y si lo hacen en el ADN que está en el núcleo celular, pueden provocar mutaciones que desencadenan el cáncer.

Y dañan el ADN mitocondrial diez veces más deprisa que el del núcleo celular. Todo el daño empieza a los 30 años, y se agrava tanto que la célula no puede producir la energía necesaria para vivir. Los radicales libres también atacan a las proteínas, transformándolas en desechos; y destruyen la capa protectora de la célula (la membraba)

Cada vez la sospecha crece en el sentido de que son, estos radicales libres los criminales o cómplices en una amplia gama de enfermedades: coronarias, cancerosas, inflamatorias y neurodegenerativas. Se les atribuye un récord enorme de muerte y destrucción pero, esa es la sospecha y aún, nos faltan las pruebas definitivas de su implicación.

Las mitocondrias son antiquísimas. Las células modernas, como las que se encuentran en todo nuestro cuerpo, surgieron hace mil millones de años de la fusión de dos tipos de células: una célula grande y muchas pequeñas. La grande (como siempre pasa) se tragó a las pequeñas o fue invadida por ellas, pero el caso es que las pequeñas acabaron viviendo dentro de la grande. Con el tiempo, las células pequeñas perdieron su independencia, cediendo la mayor parte de su ADN y de su maquinaria molecular, pero ganando un lugar seguro dentro de una célula mucho más grande y protectora. De todos los organismos vivos las mitocondrias son los que más se parecen a las antiguas bacterias, están envueltas en dos delgadas paredes similares a las membranas de las bacterias, y tanto la maquinaria como el ADN son parecidos en ambas. Estas similitudes no son meras coincidencias, ya que casi con toda certeza se puede afirmar que las mitocondrias evolucionaron a partir de bacterias que fueron tragadas por células de mayor tamaño.

Sabemos que la vida en sí mismo empezó mucho antes de que existieran las mitocondrias, quizás hace unos tres mil quinientos millones de años (así lo dicen fósiles encontrados en rocas de esa edad), cuando los flujos de energía, las moléculas y la información se combinaron para formar la primera célula viva. Desconocemos en qué consistió aquella primera fuente de energía, pero hace unos quinientos millones de años las células habían desarrollado ya una maquinaria que podía recoger la luz de la estrella más cercana a nosotros, el Sol, la fuente última de toda energía que existe en la Tierra.  La luz se utilizaba para descomponer el agua (H₂O), produciendo Oxígeno, que era emitido a la atmósfera, y liberando también protones y electrones que, al combinarse con el dióxido de carbono del aire, se utilizaban para formar las complejas moléculas de la vida. Este sencillo pero poderoso proceso de fotosíntesis hacia posible que la vida surgiera y se propagara rápidamente.

La primera contaminación global y los primeros desastres ecológicos tuvieron lugar hace dos mil millones de años, cuando el Oxígeno, ese residuo tóxico de la fotosíntesis, comenzó a concentrarse en la atmósfera terrestre. El Oxígeno, la sustancia fundamental de la vida animal, es una molécula relativamente inestable y tóxica. De hecho, en en sí misma un tipo de radical libre y puede arrebatar electrones a otras moléculas, descomponiéndolas para formar otros radicales libres aún más tóxicos. Es la razón por la que la mantequilla y otros alimentos se vuelven rancios, el hierro se oxida y algunos anumales mueren en una atmósfera de oxígeno puro.

De la relación del Oxigeno y nosotros podríamos hablar muy extensamente pero, nos salimos del tema que os quería comentar y que, a estas alturas está acabando.

El exponer aquí todas las ramificaciones que la presencia de las mitocondrias en nuestros cuerpos implica, tendría que ser por medio de algunos grandes tomos en los que pudieran caber tantas explicaciones pero, una cosa es cierta, a pesar de que las mitocondrias puedan ser las causantes de algunos de nuestros trastornos físicos, también lo es que, son las responsables directas de la energía que necesitamos para vivir. Ellas están presentes en todos los sistemas eléctricos del cuerpo y son las responsables de suministrar la energía que necesita nuestro cerebro.

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

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

                   Guy Brown

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

Estructura de un cloroplasto

 

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

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

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

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

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

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

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

No solo nosotros, también todo lo que arriba vemos y, mucho más, es la vida.

Si nos preguntan ¿qué es la vida?, por regla general la respuesta no plantea ningún problema. La vida, solemos contestar, es “materia animada” (ánima, alma, o espíritu vital), es decir, lo que en realidad no comprendíamos acerca de la vida.

Algunos hablaban de “élan vital”, un ímpetu vital, o, como decía Laconte:  “Téle-finalismo” para designar lo que él consideraba como la capacidad innata de los organismos vivos para actuar con un propósito determinado, en oposición a la segunda ley de la termodinámica.

En la actualidad el vitalismo tiene pocos adeptos, y los ha ido perdiendo a medida que las notables propiedades de los seres vivos se han ido explicando cada vez más en los términos de la Física y la Química.

A su vez, intentos por definir la vida apelan cada día más a estas disciplinas. En 1944, el físico austríaco Erwin Schrödinger, quien gozaba de fama mundial por el desarrollo de la mecánica ondulatoria haciendo una importante aportación con su función de onda (ψ), se planteó la cuestión en un librito titulado What is life?, que en su época tuvo mucha influencia. Destacó con perspicacia dos propiedades que son particularmente características de los seres vivos:

1) Su capacidad de crear orden a partir del desorden al explotar fuentes externas de energía y alimentarse de lo que él llamaba “entropía negativa”.

2) Su capacidad de transmitir su programa específico de generación en generación, propiedad que Schrödinger, que no sabía nada de DNA, atribuía a un “cristal aperiódico”.

       El Robot del futuro, por muy adelantado que pueda ser… ¡Siempre será un robot!

Son muchas las cosas que aún no hemos llegado a comprender, sin embargo, debemos prestar más atención a la Naturaleza que, con la mayor economía y siempre tratando de tomar el camino más sencillo, nos muestra como es el “mundo”, el Universo y, dentro de él, ¡la vida! que, muchas veces hemos tratado de crear sin ser conscientes de que, su ámbito está en la naturaleza dónde únicamente puede surgir, y, lo que nosotros podamos conseguir al querer imitarla, sólo será una simple simulación artificial que, no sabría yo sí, por muy adelantada y sofisticada que pueda ser, le podríamos llamar ¡Vida!

Por primera vez, un equipo de científicos ha logrado detectar y documentar todo el ciclo de la erupción de un volcán submarino, el Axial Seamount, a unos 400 kilómetros de la costa de Oregón, que ya había sido pronosticada desde hace cinco años y que, también por vez primera, ha cumplido con las fechas previstas. Se han detectado mecanismos químicos que nos llevan directamente a la evolución de la vida.

No puede haber un intento serio de comprender la vida sin el lenguaje de la química. Ello es más cierto todavía porque la información biológica depende de la Química. Por desgracia, pocos de nosotros estamos familiarizados siquiera con los elementos básicos de la química, a la que algunos nos hemos podido acercar de puntillas para conocerla sólo en la superficie y no tan profundamente como sería deseable para comprender, ya que, la Química, hoy en día, no sólo para la vida, sino que también está presente en las industrias químicas de nuestra civilización tecnológica, en las Nebulosas del espacio interestelar, en las estrellas, en las galaxias y, en el Universo entero. Sin la Química, amigos míos…¡Sería imposible la Vida!

 Si pensamos que a partir de esas células surgidas de la materia “inerte” gracias a una serie de procesos complejos, hemos podido llegar a constituirnos en seres que piensan y son conscientes de SER, no podemos más que maravillarnos de tan increíble transformación que se hizo posible en un Universo dinámico que, con unas leyes determinadas permitieron que así pudiera ocurrir.

Aunque lo parezca, no tiene que ser, necesariamente la Tierra. Otros muchos mundos parecidos pululan por las galaxias del Cosmos y, como la Tierra, existen miles de planetas maravillosos capaces de albergar la vida.

Nuestros sueños de visitar mundos remotos, y, en ellos, encontrar otras clases de vida, otras inteligencias, es un sueño largamente acariciado por nuestras mentes que, se resisten a estar solas en un vasto Universo que, poseyendo miles de millones de mundos, también debe estar abarrotado de una diversidad de clases de vida que, al igual que ocurre aquí en la Tierra, pudieran (algunas de ellas) estar haciéndose la misma pregunta: ¿Estaremos solos en tan inmenso Universo?

 No, no creo que estemos solos. La vida, debe ser un principio ineludible del Universo, es decir, un Universo sin vida, ¿para qué? ¡Qué desperdicio de espacio y de mundos! Nadie podrá observar las maravillas que contiene y, precisamente por ello, surgieron los observadores que, como nosotros mismos, tratan de saber. Debe existir una forma ancestral de la que descienden todos los seres vivos conocidos y desconocidos del Universo.

Claro que, dar una respuesta convincente y científica a esta pregunta, nos resulta imposible, sólo podemos confiar en nuestra intuición que nos dice: ¡No estáis solos! ¡Todos somos uno! ¡La esencia de la vida son los pensamientos! ¡La vida surge en todas partes por igual y de la misma manera!

¡Todos somos UNO!

Emilio Silvera Vázquez

La partícula emitida por un núcleo radiactivo, por lo general lleva una considerable cantidad de energía. Y, ¿de dónde procede esa energía? Es el resultado de la conversión en energía de una pequeña parte del núcleo (E = mc²); en otras palabras, el núcleo siempre pierde un poco de masa en el acto de expeler la partícula.

Los físicos se vieron durante mucho tiempo turbados por el hecho de que, a menudo, la partícula beta emitida en una desintegración del núcleo no alberga energía suficiente para compensar la masa perdida por el núcleo. En realidad, los electrones no eran igualmente deficitarios. Emergían con un amplio espectro de energías, y el máximo (corregido por muy pocos electrones) era casi correcto, pero todos los demás no llegaban a alcanzarlo en mayor o menos grado. Las partículas alfa emitidas por un nucleido particular poseían iguales energías en cantidades inesperadas. En ese caso, ¿Qué era erróneo en la emisión de partículas beta?, ¿qué había sucedido con la energía perdida?

En 1.922, Lise Maitner se hizo por primera vez esta pregunta, y hacia 1.936 Niels Bohr estaba dispuesto a abandonar el gran principio de conservación de la energía, al menos en lo concerniente a partículas subatómicas. En 1.931 Wolfgang Pauli sugirió una solución para el enigma de la energía desaparecida. Tal solución era muy simple: junto con la partícula beta del núcleo se desprendía otra, que se llevaba la energía desaparecida. Esa misteriosa segunda partícula tenía propiedades bastante extrañas; no poseía carga ni masa. Lo único que llevaba mientras se movía a la velocidad de la luz era cierta cantidad de energía. A decir verdad, aquello parecía un cuerpo ficticio creado exclusivamente para equilibrar el contraste de energías.

Habitualmente aceptamos que la física es la ciencia que estudia la estructura y propiedades de la materia y la energía, las formas de existencia de las mismas en el espacio y el tiempo, así como las leyes de rigen sus interacciones. En este definición no hay limitaciones precisas entre la naturaleza viviente e inanimada, y aunque ello no implica la reducción de todas las ciencias a la física, se deduce que las bases teóricas finales de cualquier dominio de las ciencias naturales tienen una naturaleza física.

Pero, sigamos…

Sin embargo, tan pronto como se propuso la posibilidad de su existencia, los físicos creyeron en ella ciegamente. Y esta certeza se incrementó al descubrirse el neutrón y al saberse que se desintegraba en un protón y liberaba un electrón que, como en la decadencia beta, portaba insuficientes cantidades de energía. Enrico Fermi dio a esta partícula putativa el nombre de neutrino, palabra italiana que significa “pequeño neutro”.

El neutrón dio a los físicos otra prueba palpable de la existencia del neutrino. Como ya he comentado en otra página de este trabajo, casi todas las partículas describen un movimiento rotatorio. Esta rotación se expresa, más o menos, en múltiplos de una mitad, según la dirección del giro. Ahora bien, el protón, el neutrón y el electrón tienen rotación de una mitad. Por tanto, si el neutrón con rotación de una mitad origina un protón y un electrón, cada uno con rotación de una mitad, ¿qué sucede con la ley sobre conservación del momento angular? Aquí hay algún error. El protón y el electrón totalizan una mitad con sus rotaciones (si ambas rotaciones siguen la misma dirección) o cero (si sus rotaciones son opuestas); pero sus rotaciones no pueden sumar jamás una mitad. Sin embargo, por otra parte, el neutrino viene a solventar la cuestión. Supongamos que la rotación del neutrón sea +½, y admitamos también que la rotación del protón sea +½ y la del electrón -½, para dar un resultado neto de cero. Demos ahora al neutrino una rotación de +½ y la balanza quedará desequilibrada.

+½ (n) = +½ (p) – ½ (e) + ½ (neutrino).

En otras palabras, la existencia de neutrinos y antineutrinos debería salvar no una, sino tres, importantes leyes de conservación: la conservación de la energía, la de conservación del espín y la de conservación de partícula/antipartícula.

Pero aún queda algo por desequilibrar. Una sola partícula (el neutrón) ha formado dos partículas (el protón y el electrón), y si incluimos el neutrino, tres partículas. Parece más razonable suponer que el neutrón se convierte en dos partículas y una antipartícula. En otras palabras: lo que realmente necesitamos equilibrar no es un neutrino, sino un antineutrino.

El propio neutrino surgiría de la conversión de un protón en un neutrón. Así pues, los productos serían un neutrón (partícula), un positrón (antipartícula) y un neutrino (partícula). Esto también equilibra la balanza.

Impresionante vista de la Vía Láctea desde el Manua Kea. La Galaxia, el Universo…Todo es energía.

Es importante conservar esas leyes puesto que parece estar presentes en toda clase de relaciones nucleares que no impliques electrones o positrones, y sería muy útil si también se hallasen presentes en reacciones que incluyesen esas partículas. Las más importantes conversiones protón–neutrón son las relacionadas con las reacciones nucleares que se desarrollan en el Sol y en los astros. Por consiguiente, las estrellas emiten radiaciones rápidas de neutrinos, y se calcula que tal vez pierdan a causa de esto el 6 u 8% de su energía. Pero eso sería meternos en otra historia y, por mi parte, con la anterior explicación sólo trataba de dar una muestra del ingenio del hombre que, como habréis visto, no es poco.

Desde que puedo recordar, he sido un amante de la física. Me asombran cuestiones como la luz, su naturaleza de un conglomerado de colores, ondas y partículas, su velocidad que nos marca el límite del máximo que podemos correr en nuestro universo, y en fin, muchos otros misterios que encierra esa cosa tan cotidiana que nos rodea y lo inunda todo haciendo posible que podamos ver por donde vamos, que las plantas vivan y emitan oxígeno o que nos calentemos. Realmente, sin luz, nuestra vida no sería posible. Entonces, ¿Qué es realmente la luz?

Muchos (casi todos) opinan que es algo inmaterial. Los objetos materiales grandes o muy pequeños como las galaxias o los electrones, son materia. La luz, sin embargo, se cree que es inmaterial; dos rayos de luz se cruzan sin afectarse el uno al otro. Sin embargo, yo creo que la luz es simplemente una forma de energía lumínica, una más de las diverdsas formas en las que  puede presentarse la materia. Nosotros mismos, en última instancia, somos luz.

Está claro que los estudiosos de la época antigua y medieval estaban por completo a oscuras acerca de la naturaleza de la luz. Especulaban sobre que consistía en partículas emitidas por objetos relucientes o tal vez por el mismo ojo. Establecieron el hecho de que la luz viajaba en línea recta, que se reflejaba en un espejo con un ángulo igual a aquel con el que el rayo choca con el espejo, y que un rayo de luz se inclina (se refracta) cuando pasa del aire al cristal, al agua o a cualquier otra sustancia transparente.

Cuando la luz entra en un cristal o en alguna sustancia transparente, de una forma oblicua (es decir, en un ángulo respecto de la vertical), siempre se refracta en una dirección que forma un ángulo menor respecto de la vertical. La exacta relación entre el ángulo original y el ángulo reflejado fue elaborada por primera vez en 1.621 por el físico neerlandés Willerbrord Snell. No publicó sus hallazgos y el filósofo francés René Descartes descubrió la ley, independientemente, en 1.637.

¿Nos suplirán un día? Seguro que en el futuro, serán otros los que hagan experimentos con la luz y busquen su verdadera naturaleza

Los primeros experimentos importantes acerca de la naturaleza de la luz fueron llevados a cabo por Isaac Newton en 1.666, al permitir que un rayo de luz entrase en una habitación oscura a través de una grieta de las persianas, cayendo oblicuamente sobre una cara de un prisma de cristal triangular. El rayo se refracta cuando entra en el cristal y se refracta aún más en la misma dirección cuando sale por una segunda cara del prisma (las dos refracciones en la misma dirección se originan porque los lados del prisma se encuentran en ángulo en vez de en forma paralela, como sería el caso de una lámina ordinaria de cristal).

 

Newton dedujo  que la luz blanca corriente era una mezcla de varias luces que excitaban por separado nuestros ojos para producir las diversas sensaciones de colores.  La amplia banda de sus componentes se denominó spectrum (palabra latina que significa “espectro” fantasma).

Newton atrapó el rayo emergente sobre una pantalla blanca para ver el efecto de la refracción reforzada. Descubrió que, en vez de formar una mancha de luz blanca, el rayo se extendía en una gama de colores: rojo, anaranjado, amarillo verde, azul y violeta, en este orden. Newton dedujo de ello que la luz blanca corriente era una mezcla de varias luces que excitaban por separado nuestros ojos para producir las diversas sensaciones de colores. La amplia banda de sus componentes se denominó spectrum (palabra latina que significa espectro o fantasma). Newton llegó a la conclusión de que la luz se componía de diminutas partículas (“corpúsculos”), que viajaban a enormes velocidades. Le surgieron y se planteó algunas inquietantes cuestiones: ¿por qué se refractaban las partículas de luz verde más que las de luz amarilla? ¿Cómo se explicaba que dos rayos de luz se cruzaran sin perturbarse mutuamente, es decir, sin que se produjeran colisiones entre partículas?

En 1.678, el físico neerlandés Christian Huyghens (un científico polifacético que había construido el primer reloj de péndulo y realizado importantes trabajos astronómicos) propuso una teoría opuesta: la de que la luz se componía de minúsculas ondas. Y si sus componentes fueran ondas, no sería difícil explicar las diversas difracciones de los diferentes tipos de luz a través de un medio refractante, siempre y cuando se aceptara que la luz se movía más despacio en ese medio refractante que en el aire. La cantidad de refracción variaría con la longitud de las ondas: cuanto más corta fuese tal longitud, tanto mayor sería la refracción. Ello significaba que la luz violeta (la más sensible a este fenómeno) debía de tener una longitud de onda más corta que la luz azul; ésta, más corta que la verde, y así sucesivamente.

Lo que permitía al ojo distinguir los colores eran esas diferencias entre longitudes de onda. Y como es natural, si la luz estaba integrada por ondas, dos rayos podrían cruzarse sin dificultad alguna (las ondas sonoras y las del agua se cruzan continuamente sin perder sus respectivas identidades).

Pero la teoría de Huyghens sobre las ondas tampoco fue muy satisfactoria. No explicaba por qué se movían en línea recta los rayos luminosos, ni por qué proyectaban sombras recortadas, ni aclaraba por qué las ondas luminosas no podían rodear los obstáculos, del mismo modo que pueden hacerlo las ondas sonoras y de agua. Por añadidura, se objetaba que si la luz consistía en ondas, ¿cómo podía viajar por el vacío, ya que cruzaba el espacio desde el Sol y las estrellas? ¿Cuál era esa mecánica ondulatoria?

Con el éxito de Newton de su ley de la Gravitación Universal, no es extraño que afirmara de forma tajante que la luz es corpuscular. Newton se opuso violentamente a la naturaleza ondulatoria de la luz, ya que no veía cómo se podía explicar con ella la propagación rectilínea de la misma. Por otro lado estaba Christian Huygens, 13 años mayor que Newton que defendía la naturaleza ondulatoria con algunas ventajas.

 

Ambas teorías explicaban perfectamente la reflexión y refracción de la luz. Pero diferían en una cosa. La teoría corpuscular afirmaba que las partículas de luz se acelerarían al pasar por un material de mayor densidad óptica y las ondas a menor. Esto no era comprobable por aquella época. Debido a la influencia de Newton y a la poca habilidad de Huygens para desarrollarla matemáticamente, la teoría ondulatoria quedó descartada durante un siglo.

Aproximadamente durante un siglo, contendieron entre sí estas teorías. La teoría corpuscular de Newton fue, con mucho, la más popular, en parte porque la respaldó el famoso nombre de su autor. Pero hacia 1.801, un físico y médico inglés, de nombre Thomas Young, llevó a cabo un experimento que arrastró la opinión pública al campo opuesto. Proyectó un fino rayo luminoso sobre una pantalla, haciéndolo pasar antes por dos orificios casi juntos; si la luz estuviera compuesta por partículas, cuando los dos rayos emergieran de ambos orificios, formarían presuntamente en la pantalla una región más luminosa donde se superpusieran, y regiones menos brillantes, donde no se diera tal superposición. La pantalla mostró una serie de bandas luminosas, separadas entre sí por bandas oscuras; pareció incluso que en esos intervalos de sombra, la luz de ambos rayos contribuía a intensificar la oscuridad.

Sería fácil explicarlo mediante la teoría ondulatoria; la banda luminosa representaba el refuerzo prestado por las ondas de un rayo a las ondas del otro, dicho de otra manera, entraban “en fase” dos trenes de ondas, es decir, ambos nodos, al unirse, se fortalecían el uno al otro. Por otra parte, las bandas oscuras representaban puntos en los que las ondas estaban “desfasadas” porque el vientre de una neutralizaba el nodo de la otra. En vez de aunar sus fuerzas, las ondas se interferían mutuamente, reduciendo la energía luminosa neta a las proximidades del punto cero.

Considerando la anchura de las bandas y la distancia entre los dos orificios por lo que surgen ambos rayos, se pudo calcular la longitud de las ondas luminosas, por ejemplo, de la luz roja a la violeta o de los colores intermedios. Las longitudes de onda resultaron ser muy pequeñas. Así, la de la luz roja era de unos 0’000075 cm. Hoy se  expresan las longitudes de las ondas luminosas mediante una unidad muy práctica ideada por Ángstrom; esta unidad, denominada igualmente Ángstrom (Å) en honor a su autor, es la cienmillonésima parte de un centímetro. Así pues, la longitud de onda de la luz roja equivale más o menos a 7.500 Å, y la de la luz violeta a 3.900 Å, mientras que las de colores visibles en el espectro oscilan entre ambas cifras.

La cortedad de estas ondas es muy importante. La razón de que las ondas luminosas se desplacen en línea recta y proyecten sombras recortadas se debe a que todas son incomparablemente más pequeñas que cualquier objeto; pueden contornear un obstáculo sólo si este no es mucho mayor que la longitud de onda. Hasta las bacterias, por ejemplo, tienen un volumen muy superior al de una onda luminosa, y por tanto, la luz puede definir claramente sus contornos bajo el microscopio. Sólo los objetos cuyas dimensiones se asemejan a la longitud de onda luminosa (por ejemplo, los virus y otras partículas subatómicas) son lo suficientemente pequeños como para que puedan ser contorneados por las ondas luminosas.

Un físico francés, Agustin-Jean Fresnel, fue quien demostró por vez primera en 1.818 que si un objeto es lo suficientemente pequeño, la onda luminosa lo contorneará sin dificultad. En tal caso, la luz determina el llamado fenómeno de “difracción”. Por ejemplo, las finísimas líneas paralelas de una “reja de difracción” actúan como una serie de minúsculos obstáculos, que se refuerzan entre sí. Puesto que la magnitud de la difracción va asociada a la longitud de onda, se produce el espectro. A la inversa, se puede calcular la longitud de onda midiendo la difracción de cualquier color o porción del espectro, así como la separación de las marcas sobre el cristal.

 

La mano del Universo juguetea con unos puntos luminosos que quieren llegar a ser cegadores…Son nuestras Mentes, productos de la evolución del Universo que, a partir de la materia inerte, ha podido alcanzar el estadio bio-químico de la consciencia y, al ser conscientes, hemos podido descubrir que existen “números misteriosos” dentro de los cuales subyacen mensajes que tenemos que desvelar.

Fraunhofer exploró dicha reja de difracción con objeto de averiguar sus finalidades prácticas, progreso que suele olvidarse, pues queda eclipsado por su descubrimiento más famoso, los rayos espectrales. El físico americano Henry Augustus Rowland ideó la reja cóncava y desarrolló técnicas para regularlas de acuerdo con 20.000 líneas por pulgada. Ello hizo posible la sustitución del prisma por el espectroscopio.

Ante tales hallazgos experimentales, más el desarrollo metódico y matemático del movimiento ondulatorio, debido a Fresnel, pareció que la teoría ondulatoria de la luz había arraigado definitivamente, desplazando y relegando para siempre a la teoría corpuscular.

No sólo se aceptó la existencia de ondas luminosas, sino que también se midió su longitud con una precisión cada vez mayor. Hacia 1.827, el físico francés Jacques Babinet sugirió que se empleara la longitud de onda luminosa (una cantidad física inalcanzable) como unidad para medir tales longitudes, en vez de las muy diversas unidades ideadas y empleadas por el hombre. Sin embargo, tal sugerencia no se llevó a la práctica hasta 1.880 cuando el físico germano-americano Albert Abraham Michelson inventó un instrumento denominado “interferómetro”, que podía medir las longitudes de ondas luminosas con una exactitud sin precedentes. En 1.893, Michelson midió la onda de la raya roja en el espectro del cadmio y determinó que su longitud era de 1/1.553.164 m.

Pero la incertidumbre reapareció al descubrirse que los elementos estaban compuestos por isótopos diferentes, cada uno de los cuales aportaba una raya cuya longitud de inda difería ligeramente de las restantes. En la década de 1.930 se midieron las rayas del criptón 86. Como quiera que este isótopo fuera gaseoso, se podía abordar con bajas temperaturas, para frenar el movimiento atómico y reducir el consecutivo engrosamiento de la raya.

En 1.960, el Comité Internacional de Pesos y Medidas adoptó la raya del criptón 86 como unidad fundamental de la longitud. Entonces se reestableció la longitud del metro como 1.650.763’73 veces la longitud de onda de dicha raya espectral. Ello aumentó mil veces la precisión de las medidas de longitud. Hasta entonces se había medido el antiguo metro patrón con un margen de error equivalente a una millonésima, mientras que en lo sucesivo se pudo medir la longitud de onda con un margen de error equivalente a una milmillonésima.

Emilio Silvera Vázquez

  ¿El Misterio? Persistirá, ¡como el Tiempo!

Si existieran, las estrellas de Quarks estarían situadas entre las de Neutrones y los agujeros negros

Hay veces en las que nos cuentan cosas y hechos de los que nunca hemos tenido noticias y, resultan del máximo interés. Nuestra curiosidad nos llama a desentrañar los misterios y secretos que, tanto a nuestro alrededor, como en las regiones más lejanas del Universo, puedan haber ocurrido, puedan estar sucediendo ahora, o, en el futuro pudieran tener lugar, ya que, de alguna manera, todas ellas tienen que ver con nosotros que, de alguna manera, somos parte de la Naturaleza, del Universo y, lo que sucedió, lo que sucede y lo que sucederá… ¡Nos importa!

Nosotros, la humanidad, que está confinada en este pequeño planeta, y, habiendo evolucionado en relativamente poco tiempo (unos cientos de miles de años no son nada en el contexto temporal del Universo), y, nos engañamos a nosotros mismos en no pocos aspectos de lo que creemos que somos, algunos incluso se han atrevido a decir que somos una especie privilegiada.

Cómo lucirían los habitantes en Marte, Venus, Júpiter y otros planetas según la Inteligencia Artificial. Lo cierto es que no hemos podido viajar a otros mundos para ver que “seres” lo pueden habitar. Miles de millones de “soles”, infinidad de mundos, muchos situados en la zona habitable de sus estrellas, la vida pulula por todo el Universo, es imparable, la química de las estrellas germinan los mundos, y, lo que sucedió “aquí”… ¡También abra pasado “allí”.