La caída de Marte

En la conocida novela de ciencia ficción La guerra de los mundos, publicada por H. G. Wells en 1898, se narra la fatídica invasión de la Inglaterra victoriana por parte de una extraña raza de marcianos, inteligentes y despiadados, que se encuentran decididos a tomar la Tierra haciendo uso de su tecnología, tan poderosa que ni todo el ejército del Imperio Británico podría hacerle frente. Sin embargo, en el libro se deja entrever que la razón por la que la Tierra atrae la atención de los marcianos no es la gratuita aniquilación de una raza de seres inferiores, sino la necesidad imperiosa de buscar un nuevo hogar para su civilización. Marte se está muriendo, y los marcianos saben que la Tierra es el lugar habitable más cercano (y quizá el único) en el que pueden asentarse. El libro no especifica las causas por las que Marte está dejando de ser un planeta acogedor para sus habitantes, pero creo que ese detalle argumental en parte humaniza a los invasores extraterrestres. En este artículo hablaremos de una cascada de eventos ocurrida a lo largo de los primeros millones de años de existencia del planeta rojo, que supuso la transformación de un Marte azul y potencialmente favorable para el desarrollo y evolución de la vida compleja, en el planeta seco y yermo que hoy día conocemos.

Ya desde los primeros años de exploración de Marte, los científicos se percataron de que en el planeta había huellas de un pasado climático que recuerda más al de  la Tierra que al del Marte actual: la existencia de una red de valles, el descubrimiento de lo que podrían ser rocas sedimentarias, o evidencias de procesos de erosión del suelo llevan a pensar que Marte era en su origen un planeta más caliente, y con una atmósfera gruesa parecida a la de Tierra, que permitía la existencia de agua líquida sobre la superficie del planeta de manera estable. De hecho, numerosos estudios apuntan a que Marte poseía un océano poco profundo, probablemente situado en el hemisferio norte del planeta. La pregunta inevitable es: ¿qué sucedió en el Marte primitivo que provocó la casi total desaparición de su atmósfera y de sus reservas de agua?

Imagen tomada por la sonda Mariner 9, que muestra la existencia de antiguos canales en Marte.

El campo magnético: esencial para la habitabilidad

Para responder a esta pregunta hemos de retroceder unos 4.500 millones de años, cuando Marte, la Tierra y el resto del Sistema Solar acababan de surgir de una nube de polvo y gas interestelar generada tras la muerte antiguas estrellas. La condensación del polvo en fragmentos de roca cada vez más grandes, que colisionan a grandes velocidades debido a la atracción gravitatoria, es el proceso por el que los planetas rocosos son formados, con el paso de millones de años de continuos impactos. Estos impactos son de una energía tan descomunal que funden la roca de los cuerpos implicados. De nuevo, debido a la acción de la gravedad, las rocas fundidas son separadas en diferentes estratos o capas, de tal manera que las formadas por elementos químicos pesados, como el hierro, el níquel, o los metales radioactivos caen al centro del planeta. Envolviendo esta capa densa de roca fundida se encuentran rocas compuestas por elementos menos pesados, como el silicio o el oxígeno, que constituyen los silicatos, las rocas más abundantes de la Tierra. De esta manera se formaron las distintas capas en las que puede dividirse la estructura de un planeta como la Tierra, que presenta corteza, manto y núcleo, con sus diferentes subcapas. En el núcleo, constituido por dichos elementos pesados, se distinguen dos subcapas: un núcleo interno que es sólido, debido a las inmensas presiones existentes en el centro de nuestro planeta, compuesto principalmente de hierro y níquel de unos 2.400 km de diámetro, y un núcleo externo de composición similar, pero en estado líquido, que se extiende unos 2.300 km, desde el núcleo interno hasta el manto.

En el núcleo externo los metales en estado líquido se mueven a través de este, y, debido a que son conductores de la electricidad, su movimiento puede generar un campo eléctrico que recorre todo el núcleo, que a su vez genera un campo magnético. El campo magnético terrestre envuelve a todo el planeta en una región denominada magnetosfera, que juega un papel esencial en la protección de la atmósfera contra el viento solar, un conjunto de partículas cargadas procedentes del Sol que viajan a gran velocidad, transportando consigo el campo magnético solar. Dicho viento solar puede erosionar profundamente la atmósfera de un planeta si este carece de un campo magnético, por diferentes mecanismos, como la disociación de los enlaces químicos de las moléculas gaseosas de la atmósfera, como el CO₂, el N₂ o el vapor de agua, la expulsión de los gases al espacio exterior… El campo magnético terrestre protege a la atmósfera porque es capaz de repeler las partículas cargadas del viento solar, impidiendo que lleguen a esta y la dañen; dichas partículas colisionan con moléculas de gas a gran altura, fenómeno responsable de las conocidas auroras boreales.

El campo magnético terrestre protege a la atmósfera de las partículas cargadas que constituyen el viento solar

En la Tierra, el calor generado por los impactos que dieron origen al planeta y el liberado por la desintegración de metales radioactivos ha sido conservado de manera eficiente hasta nuestros días, haciendo que nuestro hogar planetario posea un núcleo externo líquido generador de un campo magnético global; escudo protector contra la destrucción de nuestra atmósfera, la cual ha sido esencial para que se den las condiciones que permitieron el origen y evolución de la vida en la Tierra. Marte, un planeta con una masa 10 veces menor a la de la Tierra, poseía en sus orígenes un núcleo mucho más pequeño que el terrestre, con escaso calor remanente, que se fue enfriando de tal manera que se solidificó en gran medida, significando el fin del antiguo campo magnético marciano. La inevitable pérdida del campo magnético marciano fue un punto de inflexión en la historia del planeta, cuyas consecuencias climáticas mermaron la capacidad de hacer de este planeta un lugar creador de vida compleja.

El núcleo de Marte, más pequeño que el de la Tierra y con menor calor interno, no es capaz de generar un campo magnético. Fuente de la imagen

El desvanecimiento de la atmósfera marciana

El campo magnético de Marte se apagó definitivamente hace unos 3.500 millones de años. Se calcula que la mayor parte de la atmósfera marciana se perdió durante los primeros 1.500 millones de años, es decir, hasta hace unos 3.000 millones de años. Pero, ¿de qué manera el apagado del campo magnético precipitó la desaparición de la atmósfera marciana? Unos de los mecanismos más importantes descubiertos es el denominado como sputtering (recomiendo ver el vídeo) En el proceso de sputtering, gases ionizados por reacciones fotoquímicos, en las que la radiación solar de alta energía arranca electrones de estos gases, dichos iones son acelerados por el campo magnético transportado por el viento solar, que puede actuar sobre las capas altas de la atmósfera de Marte, debido a la ausencia de un campo magnético propio. Entonces, los iones acelerados pueden colisionar a gran velocidad con otras especies situadas en la atmósfera superior y ser expulsados al espacio exterior debido a la fuerza del impacto.

En las capas altas de la atmósfera se encuentran en mayor medida los isótopos más pesados de un gas: dos isótopos presentan el mismo número de protones, los cuales determinan qué elemento químico es, pero diferente número de neutrones, que añaden una unidad de masa atómica por cada neutrón. Por lo tanto, el sputtering en capas altas de la atmósfera haría disminuir la cantidad de isótopos ligeros de la atmósfera de Marte, haciendo que la proporción Isótopo^pesado/ Isótopo^ligero aumente con el paso del tiempo. Conociendo la proporción actual de isótopos de diferentes gases mediante aparatos especializados, y teniendo en cuenta cuál era dicha proporción en el Marte primitivo, lo cual se ha averiguado analizando meteoritos marcianos llegados a la Tierra, y, por último, sabiendo la velocidad de pérdida de gas por sputtering, recientemente se ha estimado la cantidad de atmósfera pérdida por Marte.

La medida de las relaciones entre dos isótopos del Ar en la atmósfera de Marte indica que el 65% de este elemento se perdió en el espacio, en gran parte por el efecto del sputtering

Los cálculos indican que la atmósfera primitiva de Marte perdió una cantidad de CO₂ equivalente a un 1 bar (más o menos 1 atmósfera de presión) solamente debido al fenómeno de sputtering. Otras condiciones, no consideradas aquí, como la pérdida de atmósfera debida a la baja atracción gravitatoria del planeta, que permite a los gases escaparse con facilidad, hacen pensar que la atmósfera primitiva de Marte ha sufrido un deterioro mayor, debido a diversas causas. Por lo tanto, en Marte debió de haber al menos una presión de 1 bar de CO₂ (seguramente más), el cual produjese un efecto invernadero tal que permitiese la existencia de agua líquida sobre la superficie. El CO₂, junto con otros gases como el vapor de agua, permite conservar el calor que llega del Sol, aumentando la temperatura en la superficie del planeta y haciendo que esta sea estable frente a ciclos día-noche y estacionales. Cierta cantidad de efecto invernadero es esencial para la estabilidad térmica de un planeta y para la existencia de agua líquida, características de las cuales Marte disfrutaba. Sin embargo, actualmente la media de temperaturas en Marte es de -80°C, pudiendo a llegar a -125°C cerca de los polos. Debido a esto, el agua de Marte se encuentra en forma de hielo, almacenada en los polos principalmente, además de en posibles reservas subterráneas.  Para ilustrar las grandes oscilaciones térmicas debidas a la ausencia de una atmósfera, cabe destacar que en el verano de Marte la temperatura diurna puede ser de hasta 20°C, pero desciende hasta los -73°C al llegar la noche. Por tanto, la expulsión paulatina de los gases de la atmósfera al espacio exterior, debida en gran a medida a la acción del viento solar, fue lo que produjo el mayor cambio climático en la historia del planeta rojo.

El Marte azul

La segunda parte de la pregunta con la que comenzamos este artículo trata el problema de cuál ha sido el destino del agua que Marte tuvo en sus inicios. Un estudio reciente ha permitido hacer una estimación de cuáles eran las reservas de agua del planeta en sus orígenes, con un método de medida de isótopos similar al explicado anteriormente. En este caso, se han determinado las relaciones entre el H₂O (agua ligera), y el agua deuterada o agua pesada HDO, en donde un átomo de H es un isótopo de este denominado deuterio (D), en diferentes zonas y estaciones de la atmósfera marciana durante varios años. El estudio concluye que el agua de Marte está enriquecida en el isótopo pesado (HDO) en un factor que es de media 7 veces mayor al presente en el agua de los océanos de la Tierra. En consecuencia, esto es indicativo de que Marte ha sufrido una pérdida de agua, ocurrida por fenómenos similares a los que propiciaron la destrucción de su atmósfera, que en la Tierra no se ha producido.

Para hacerse una idea de la cantidad de agua presente en un planeta, los científicos manejan un término denominado Global Equivalent Layer (GLE), que designa la profundidad que tendría un océano que cubriera toda la superficie del planeta. En la Tierra, el valor de GLE sería de 3000 m, aunque en realidad los océanos cubren dos tercios de la superficie terrestre, haciendo que la profundidad media de estos sea de unos 3800 m. Las reservas actuales de Marte, que principalmente se encuentran en los polos en forma de hielo, corresponden a un GLE estimado de 21 m. Este valor sería ligeramente mayor teniendo en cuenta las posibles reservas subterráneas.

Dicho esto, ya conocemos la relación HDO/H₂O actual y la cantidad de agua presente en Marte hoy día, además de la relación HDO/H₂O del Marte de hace 4.500 millones años, por meteoritos de esa época caídos a la Tierra, además de la velocidad de pérdida de agua al espacio. Estos datos permiten responder a la pregunta, casi melancólica, sobre cuánta agua había en el pasado lejano de Marte. La respuesta es un valor de GLE de 137 m, lo que significa que Marte ha perdido el 85% de sus reservas de agua. Teniendo en cuenta la topografía marciana, ese agua se encontraría en el hemisferio norte del planeta, formando parte de un océano con una profundidad media de unos 1,6 km, similar a la del Mar Mediterráneo, y que cubriría el 20% de su superficie.

El descubrimiento de otros meteoritos marcianos, de hace unos 4.100 millones de años, con una relación HDO/H₂O mayor de la esperada, indican que la pérdida de agua en Marte ocurrió con mayor velocidad durante los primeros 500 millones de años de vida del planeta, cuando el viento solar era más intenso que en la actualidad y el débil campo magnético, que se iba poco a poco desvaneciendo, era incapaz de proteger la atmósfera de Marte. El viento solar acabaría retirando gases de la atmósfera, entre ellos el propio vapor de agua, por mecanismos como los descritos anteriormente. Como consecuencia, la presión atmosférica disminuiría, provocando que el agua se evaporara más fácilmente, lo que haría que el vapor de agua generado se escapara tanto por la acción del viento solar como por el bajo tirón gravitatorio de Marte. Y así es como la gran mayoría del agua de Marte se esfumó al espacio. Casi con total seguridad, no se habrían producido ninguno de estos acontecimientos si Marte poseyera un campo magnético. Nuestro vecino planetario sería un mundo más cálido y más azul, y quién sabe si tan rebosante de vida como lo es el nuestro. Desafortunadamente, la caída de Marte era inevitable, al carecer desde sus orígenes de un núcleo externo capaz mantenerse líquido durante miles de millones de años, como sí le ha ocurrido al de la Tierra.

Concepción artística del antiguo océano de Marte.  Fuente.

Un viaje de autodescubrimiento

Pese a todo, Marte es uno de los grandes candidatos a dirigir la búsqueda de vida extraterrestre en el Sistema Solar. Las condiciones climáticas del Marte primitivo duraron el tiempo suficiente para que algún tipo de vida microbiana pudiera originarse. La vida en la Tierra probablemente se originó hace unos 3.800 millones años, cuando la Tierra era un planeta joven, y al que Marte se parecía. Por tanto, si la vida empezó en la Tierra, ¿por qué no en Marte? Además, en el Marte actual se han encontrado moléculas orgánicas, que podrían tener un origen biológico, y, recientemente, agua líquida bajo el hielo polar, lo cual podría ser indicativo de que en Marte puede haber vida. Encontrar vida en Marte sería unos de los acontecimientos más importantes no solo de la historia de la ciencia, sino de nuestra historia como especie. Aquella concepción cósmica tradicional de que nuestro planeta y nosotros somos únicos, especiales, y de que estamos solos en el Universo se esfumaría para siempre. Como seres curiosos que somos, tengo la esperanza de que en el futuro cercano una misión tripulada a Marte nos permitirá descubrir si, después de todo, aún está vivo.

Bibliografía

1. Gribbin J. Alone in the universe: why our planet is unique. Hoboken, N.J: Wiley; 2011. 219 p.

2. Villanueva GL, Mumma MJ, Novak RE, Kaufl HU, Hartogh P, Encrenaz T, et al. Strong water isotopic anomalies in the martian atmosphere: Probing current and ancient reservoirs. Science. 10 de abril de 2015;348(6231):218-21.

3. Brain DA, Jakosky BM. Atmospheric loss since the onset of the Martian geologic record: Combined role of impact erosion and sputtering. Journal of Geophysical Research: Planets. 25 de septiembre de 1998;103(E10):22689-94.

4. Jakosky BM, Slipski M, Benna M, Mahaffy P, Elrod M, Yelle R, et al. Mars’ atmospheric history derived from upper-atmosphere measurements of ³⁸ Ar/ ³⁶ Ar. Science. 31 de marzo de 2017;355(6332):1408-10.

5. La Misión MAVEN de la NASA, revela que la atmósfera de Marte se perdió en el espacio – Asociación de Aficionados a la Astronomía.

https://www.aaa.org.uy/posts/2017/04/la-mision-maven-de-la-nasa-revela-que-la-atmosfera-de-marte-se-perdio-en-el-espacio/

6. Marte tuvo agua suficiente para cubrir todo el planeta.

https://elpais.com/elpais/2015/03/05/ciencia/1425578431_158706.html?rel=mas

Los animales nos dijeron

A veces me pregunto por qué no estoy estudiando para ser zoólogo. Gracias a la fascinación que siempre he sentido por los animales, han sido una de las razones que me llevaron a interesarme por la ciencia. Además, Richard Dawkins, en su libro “El gen egoísta”, terminó de convencerme:

“Existe una razón mejor para estudiar zoología […]. Esta razón es que nosotros, los animales, somos el mecanismo más complicado y más perfecto en cuanto a su diseño en el universo conocido. Al plantearlo de esta manera es difícil comprender el motivo por el cual alguien estudia otra materia”.

Supongo que aún hay tiempo para hacerlo.

Y bien, ¿qué hemos descubierto gracias a la zoología? Esta se ha encargado de clasificar los animales en distintos grupos según relaciones evolutivas, describir su modo de vida y comportamiento. Para esto último disponemos de la etología, la ciencia del comportamiento animal.

De los animales también estudiamos el funcionamiento de su organismo, es decir su fisiología, su sistema inmune o su sistema cerebro. Y una cosa que se descubrió hace mucho es que, para sorpresa de algunos, los humanos también somos animales, y no solo eso, sino que, además, nos parecemos en la manera en que nuestro cuerpo funciona. ¡En incluso en ciertos aspectos de nuestro comportamiento!

Esta similitud se debe a que todos los animales compartimos un antepasado común, una especie ancestral que dio lugar a toda la variedad animal existente hoy en la Tierra, con la ayuda de la selección natural y el tiempo. Por ejemplo, el antepasado común de los mamíferos placentarios, desde los ratones a los cachalotes, pasando por los humanos, vivió hace 65 millones, en la era final de la hegemonía de los dinosaurios. Este animal tenía un aspecto similar al de una musaraña, ¿muy distinto al de una ballena o un humano verdad? En realidad, si retrocedemos en el tiempo lo suficiente, veremos que compartimos un ancestro común con todos los organismos de la Tierra. Puede que hablemos de esto en otra ocasión.

Lo que hemos de tener en cuenta por el momento es que, cuanto más cercano en el tiempo sea el antepasado común que compartimos con un animal (u otro ser) determinado, mayor será nuestro parecido a nivel tanto genético, como fisiológico o de comportamiento. Porque ambos linajes, el nuestro y el de ese otro animal, han sido el mismo durante más tiempo. Nuestro camino evolutivo y el suyo han sido el mismo y somos testigos de esto en nuestro ADN.

El avance sobre el conocimiento animal, se llevó a cabo en muchas ocasiones con experimentos que requerían el enclaustramiento del animal o someterlo a situaciones en las podía sentir dolor, y a veces acabar con la vida del animal para estudiar un cierto órgano, etcétera. Fue el inicio de la experimentación con animales. Gracias a ellos, la ciencia en general, con la medicina y ciencias afines en un primer plano, han avanzado hasta lo que ahora tenemos suerte de que sean.

Como ejemplo ilustrativo, el descubrimiento de la hormona insulina, realizado por el médico canadiense Frederick Banting, fue posible gracias al uso de perros de experimentación. Cuando a estos animales se le extirpaba el páncreas, órgano donde se produce la insulina, padecían de los síntomas típicos de un diabético, como cansancio y necesidad de beber mucha agua. Y al suministrarles insulina obtenida al purificarla de los páncreas extraídos, estos perros experimentaban una considerable mejoría de sus síntomas. Justo igual que los enfermos de Diabetes Tipo I, que presentan un fallo funcional en el páncreas que les impide producir insulina, la cual debe ser administrada externamente. Gracias a la labor de F. Banting, y el sacrificio de estos animales, miles de vida se han salvado.

Ahora, utilizamos una gran variedad de especies para investigación en enfermedades humanas. Tenemos ratones y otros roedores modificados genéticamente que se usan para el estudio de enfermedades hereditarias, cáncer, enfermedades del sistema inmune, estudio de nuevos fármacos… Los roedores gracias a su fácil manejo y gran capacidad de reproducirse, además de su parecido genómico y fisiológico a nosotros, son considerados un buen de modelo de experimentación animal en biomedicina.

“Un modelo animal es una especie no humana que se usa en investigación médica porque puede extrapolar aspectos de una enfermedad humana. Los modelos animales permiten obtener información sobre una patología y cómo prevenirla, diagnosticarla y tratarla. Usando animales, los investigadores pueden realizar experimentos que serían impracticables o no éticos si se hicieran en humanos”.

La razón por la que podemos extrapolar información de un animal a un humano ya la hemos comentado, es debida a nuestra similitud derivada de nuestro pasado evolutivo común. Si bien, son obvias las diferencias existentes entre nosotros y un roedor, como el tamaño, la dieta… Todo esto hace que nuestro metabolismo y fisiología puedan diferir, y que la respuesta a la hora de, por ejemplo, estudiar cómo actúa un fármaco en el cuerpo presente limitaciones al aplicar los resultados obtenidos en un estudio con animales al cuerpo humano.

El estudio de los animales ha sido clave para construir la ciencia que hoy día disfrutamos. Gracias a ellos sabemos cada vez más de nosotros mismos, y de cómo solucionar graves enfermedades. Las investigaciones actuales con animales requieren por ley asegurar un mínimo de bienestar animal, y solo se llevan a cabo si no hay otros métodos posibles. Quizá en un futuro dispongamos de alternativas para no tener que usar animales de laboratorio. Por el momento hemos de intentar reducir al mínimo posible su utilización y sufrimiento e intentar trabajar en estas alternativas.

Para finalizar, uno de mis profesores explicando en clase las limitaciones legales de experimentar con humanos dijo algo parecido a lo siguiente: “Aunque la cura del cáncer pudiera descubrirse en un año con un estudio en el que cien personas debieran morir, no podría hacerse. Si es necesario esperar 50 años utilizando otras formas más éticas hasta encontrar la cura, se esperará.” ¿Por qué ese doble rasero con respecto a los animales? ¿Porque no sufren? ¿Porque al no ser personas carecen de derechos y podemos hacer lo que queramos con ellos?

Intentaré dar mi opinión sobre estas preguntas más adelante.

Bibliografía:

Dawkins, R., Suarez, J. and Alonso, J. (n.d.). El gen egoista.

Ecoosfera. (2017). Este animal es el ancestro común de hombres, ardillas, ballenas y todos los mamíferos placentarios – Ecoosfera. [online] Available at: http://ecoosfera.com/2013/02/este-animal-es-el-ancestro-comun-de-hombres-ardillas-ballenas-y-todos-los-mamiferos-placentarios/ [Accessed 3 Dec. 2017].

Genome.gov. (2017). Glosario Hablado de Términos Genético. [online] Available at: https://www.genome.gov/glossarys/index.cfm?id=6 [Accessed 3 Dec. 2017].

 ¿Por qué se utilizan ratones en el laboratorio?. [online] Webconsultas.com. Available at: http://www.webconsultas.com/curiosidades/por-que-se-utilizan-ratones-en-el-laboratorio [Accessed 3 Dec. 2017].

Sumedico.com. (2017). Citar un sitio web – Cite This For Me. [online] Available at: http://sumedico.com/se-descubrio-la-insulina/ [Accessed 8 Dec. 2017].

 

Libre albedrío (I): el diálogo iónico

Este artículo y el próximo son la continuación de una idea que mencioné al final de “Azar y las leyes de la naturaleza”, y es la de que los humanos no gozamos de libre albedrío. “No hay espacio en la ciencia para el libre albedrío”, afirmé. Probablemente esta última frase no sea del todo cierta y veremos por qué. Para ello será necesario que la cosa se ponga un poco filosófica. Hay mucha gente a la que la filosofía le disgusta, la encuentran inútil, incluso algunos científicos creen que la filosofía “ha muerto”. Cierto es que ramas como la metafísica hace tiempo que ya no se sostienen por ningún lado, pero la filosofía aporta una perspectiva única de cómo ha cambiado la visión que tiene la humanidad del mundo, y de sí misma. Además, algunos autores pueden ayudar a, por ejemplo, desarrollar un sistema moral de valores, que pudiera de alguna manera ser universal, para ayudarnos a saber cómo debemos comportarnos con nosotros mismos y con los demás, aspecto en el que la ciencia no se ha esforzado demasiado en profundizar. Y no es porque no tenga nada que decir al respecto. Combinaremos ciencia y filosofía para hablar del libre albedrío desde diferentes perspectivas.

El libre albedrío es una doctrina filosófica que afirma que las personas son capaces de actuar por voluntad propia, típicamente usando para ello la razón, eligiendo entre varias opciones posibles e incluso creando otras nuevas. Las decisiones tomadas por alguien no estarían determinadas por ninguna ley natural, serían tomadas desde cero por ella misma. A primera vista, y teniendo en cuenta el anterior artículo, veo difícil que esto pueda ser así: formamos parte e interaccionamos con el resto de cosas que conforman nuestro Universo, estamos hechos de los mismos átomos que todo lo demás y no somos radicalmente distintos a otros animales a los que no otorgamos el poder del libre albedrío. Además, la neurociencia, una disciplina en auge en los últimos años, estudia los procesos que ocurren en el cerebro y las demás partes del sistema nervioso, y que llevan a generar una conducta. Se están haciendo grandes progresos en el estudio de los mecanismos que llevan a la toma de decisiones, la memoria y cómo esta se integra en dicha toma de decisiones… La labor llevada a cabo por esta ciencia es ardua y emocionante a partes iguales.

El cerebro humano es la estructura más compleja del Cosmos. Se estima que está compuesto por alrededor de 10¹¹ neuronas (las unidades celulares que transmiten la información nerviosa). El número de estrellas en nuestra Galaxia se calcula que es del mismo orden de magnitud. Pero lo más asombroso es como estas neuronas están conectadas entre sí, se comunican por unas uniones denominadas sinapsis. Cada neurona es capaz de realizar unas 200.000. Sinapsis que por cierto no permanecen inalteradas durante toda la vida, sino que van modificándose con la edad o el aprendizaje; este proceso se denomina plasticidad neuronal. En las sinapsis es donde tiene lugar la liberación de las moléculas llamadas neurotransmisores, de la neurona previamente excitada o presináptica, a la postsináptica, excitándose esta y transmitiendo así la información. La excitación de una neurona puede ocurrir por estímulos externos, como es el caso de las células que en el ojo transforman la luz en impulsos nerviosos, o por la acción de otra neurona previamente excitada, sobre la célula presináptica. El impulso nervioso es de naturaleza eléctrica, pero no está formado por una corriente de electrones que se mueven rápidamente de neurona en neurona, como si estas fueran diminutos cables de cobre. En vez de eso, la corriente eléctrica es producida por flujos de iones, como el sodio, el potasio y el calcio que se mueven dentro y fuera de las células, gracias a canales de naturaleza proteica, que se encuentran en la superficie de toda la neurona. Su cierre y apertura se controla precisamente por la corriente eléctrica que provocan. Al llegar al final de la neurona, el impulso eléctrico produce la liberación del neurotransmisor  (por ejemplo la acetilcolina) que, al unirse a un tipo de canal de iones especial, hace que este se abra y comience el impulso nervioso en la siguiente célula, repitiéndose el proceso anterior.

Así, las neuronas forman los llamados circuitos neuronales, cada uno con un tipo de información y función singulares: circuitos encargados de portar la información captada por los diversos órganos de los sentidos y llevarla hasta el cerebro, circuitos que intervienen en los movimientos corporales, y aquellos capaces de integrar distintos tipos de información. A una escala mayor de organización cerebral, existen distintas zonas del cerebro a las que se les atribuye una función determinada, unas más complejas que otras. Como, por ejemplo, aquellas atribuidas al control de la temperatura corporal, el sueño o el hambre; y otras dedicadas al procesamiento del lenguaje, a los razonamientos matemáticos, a la memoria o las emociones… en realidad a cualquier cosa que sea necesaria en nuestra supervivencia y que seamos capaces de hacer. Estas últimas funciones, más complejas, se denominan propiedades emergentes.

Áreas y funciones del cerebro

Este pequeño resumen de cómo está organizado nuestro sistema nervioso sólo pretende hacer ver que no hay nada en él que este fuera del mundo físico. Que al contrario de como pensaba Descartes, no hay ningún lugar del cerebro en el que esté alojada el alma, ese supuesto ente inmaterial responsable de nuestros pensamientos y emociones. Una abrumadora cantidad de células en un incesante “diálogo iónico”, organizadas de la más extraordinaria de las formas, son las que nos hacen percibir el mundo, recordar, hablar, pensar, amar y escribir, y en ellas es también donde tomamos nuestras decisiones, influenciadas por el ambiente de muchas maneras distintas.

Es natural pensar que pueda existir el libre albedrío, más allá de las creencias filosóficas o religiosas establecidas, ya que no todo el mundo actúa de la misma manera ante las mismas circunstancias ni somos conscientes de todo lo que influencia nuestras decisiones. Pero no podemos atribuirnos un indeterminismo científico, el estar fuera de las leyes del Universo, simplemente porque nada de lo que sabemos nos lleva a esas conclusiones. El libre albedrío es una ilusión derivada de la incapacidad de predecir nuestras acciones, debido al gran número de variables que intervienen, y la compleja maquinaria que está detrás de ellas. Si no podemos ni con una moneda, vamos a poder con esto… Pero ciertamente es más bonito así; yo no querría leer un libro en el que estuviera escrita la historia de mi vida antes de que pasara nada de lo relatado. ¿Para qué una vida sin sorpresas, sin emoción y sin tomar tus propias decisiones?

Bibliografía

Friedrich Nietzsche: Filosofía: la crítica de la metafísica

​¿Cuántas neuronas tiene el cerebro humano?

¿Cuántas estrellas tiene la vía Láctea? – Batanga

Nelson (2009). Lehninger- Principios de Bioquímica. Editorial Omega, Barcelona

 

Polvo de estrellas (II)

¿Alguna vez os habéis preguntado cómo se originaron los elementos de la tabla periódica? Los átomos de oxígeno del agua, el carbono de un lápiz o de la glucosa que circula por nuestra sangre, el sodio de la sal de mesa o el neón de las luces. Adivinadlo. Salvo el hidrógeno (H) y algunas cantidades de helio (He), que su origen está en el Big Bang, y los elementos químicos sintetizados en el laboratorio de manera artificial, todos los demás deben su existencia a las estrellas y a su evolución.

En una estrella se dan los llamados procesos de fusión nuclear; gracias a la inmensa temperatura y densidad de su interior los núcleos atómicos colisionan a gran velocidad y pueden quedar unidos, creando otros elementos. Esto también está favorecido porque en las estrellas la  materia se encuentra en un estado distinto, de los convencionales líquido, sólido y gaseoso, llamado plasma. En este estado los núcleos átomicos están separados de su cubierta de electrones, por lo que la interacción, núcleo-núcleo es más favorable. En estrellas como el Sol, de una masa media, los átomos de hidrógeno colisionan dando lugar a helio, y liberando una gran cantidad de energía al espacio, en forma de radiación electromagnética (rayos gamma, radiación UV, luz visible…). Así es como una estrella de tipo solar sobrevive la mayor parte de su existencia. Por cierto, se estima que el Sol tiene unos 4500 millones de años, y que se encuentra aproximadamente en la mitad de su vida. Finalmente, cuando se está quedando sin H, el He, que al ser más denso se acumula en el centro de la estrella, empieza a fusionarse para dar lugar a carbono. En este punto la estrella aumenta de tamaño y se torna una gigante roja.

El tipo de fusión nuclear  más común en las estrellas del tipo del Sol; la del hidrógeno para formar núcleos de helio

Estrellas con masas mayores a las del Sol tienen en su centro temperaturas más altas y permiten la fusión de los núcleos de carbono, produciendo neón, oxígeno, silicio, níquel. El níquel se desintegra dando lugar al hierro, y los elementos menos pesados que este también se originan por desintegración de los anteriores. Para elementos mayores que el hierro la fusión nuclear no liberaría, sino que absorbería energía, por lo que no pueden generarse por este proceso. En esta etapa, donde una estrella de gran masa se ha quedado sin combustible y la energía producida por ella no puede contrarrestar el empuje de la gravedad hacia su centro, la fuerza de la gravedad la comprime y la estrella colapsa. Sería algo parecido al aplastar una naranja con una piedra. Ahí es cuando se produce el final de una estrella en forma de supernova. En las supernovas se liberan inmensas cantidades de energía, y gracias a esto se producen los elementos más pesados, como el oro, la plata, el uranio… en un proceso denominada nucleosíntesis. Este proceso es muy curioso, porque lo que ocurre es que en una supernova se desintegran átomos previamente formados, produciéndose grandes cantidades de neutrones de mucha energía. Estos neutrones pueden colisionar con elementos como hierro, etcétera, añadiendo cada vez una unidad de masa atómica, haciendo isótopos cada vez más pesados. Como recordatorio decir que los isótopos son átomos del mismo elemento, ya que tienen el mismo número de protones, pero distinto número de neutrones, de ahí que tengan diferente masa. Después, por un proceso denominado decaimiento del neutrón, se transforma en un protón, convirtiendo un isótopo en un elemento distinto, de la misma masa.

Pequeño esquema sobre el decaimento de un neutrón

Para mí, esta es una de las más grandes revelaciones de la ciencia. Es decir, todo lo que vemos, en algún momento hace miles de millones de años, no era más que simples átomos de hidrógeno en una enorme esfera de gas caliente. Pero las estrellas construyeron los bloques necesarios, los elementos químicos, para hacer del Cosmos un lugar donde la química (y la bioquímica), geología y biología fueran posibles. Con su muerte, las estrellas dispersaron por el espacio la materia necesaria para hacer planetas, y otras estrellas, reiniciándose el ciclo. Y alrededor de uno de los miles de millones de soles de una galaxia perdida, existe un pequeño planeta de color azul, el cual alberga un tipo de materia que parece distinto, se comporta de una manera más compleja que las estrellas o los átomos; está viva. Para colmo, uno de esos extraños seres ha desarrollado una curiosidad e inteligencia tales que, no sin gran esfuerzo y tiempo, le ha llevado a descubrir que sin las estrellas, él no existiría. Como diría Carl Sagan:

“El Cosmos también está dentro de nosotros. Estamos hechos de polvo de estrellas; y somos el medio para que el Cosmos se conozca a sí mismo”.

¿Molan las estrellas? ¿O no molan las estrellas?

Bibliografía:

La Nucleosíntesis – Instituto de Geología – UNAM

Formación de elementos en los interiores estelares

Nuclear reactions in stars

 

 

Polvo de estrellas (I)

Tengo la suerte de vivir en un ático de una pequeña ciudad de Murcia; casualmente, desde mi terraza disfruto de unas magníficas vistas de la huerta y de las montañas:  al sur la sierra del Valle y Carrascoy, el Parque Regional Sierra de la Pila al norte y alguna que otra más. Incluso puedo ver esconderse el sol por el oeste. Así que tengo una  panorámica de prácticamente 270 grados, lo que no está nada mal.

Algunas noches salgo fuera y observo las luces, no demasiado cercanas ni potentes, de los pueblos de alrededor. Y después alzo la vista al cielo. También se ven unas luces, aunque mucho más tenues y dispersas. Pero su belleza nada tiene que envidiar a la de las luces del suelo. Son, por supuesto, las estrellas.

Ojalá ver esto desde mi casa.

Cuando miro las estrellas pienso… en muchas cosas. Me gusta reflexionar, por ejemplo, en qué son: esos puntitos de luz fría son soles lejanos, esferas gigantes de gas, principalmente hidrógeno y helio, que al quemarlos liberan energía en forma radiación electromagnética, la cual viaja a la velocidad de la luz, casi 300.000 kilómetros por segundo. La estrella más cercana es Próxima Centauri, y se encuentra a 4 años luz de distancia del Sol, esto quiere decir que la luz que observamos hoy de Próxima Centauri fue emitida por la estrella hace 4 años. Lo mismo pasa con Sirius, a 8,6 años luz, la estrella más brillante del cielo, que en realidad es un sistema de dos estrellas, Sirius A y Sirius B. Con telescopios muy avanzados incluso se puede ver la luz de las estrellas del centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, que se encuentran a 30.000 años luz de nosotros. O la de estrellas en galaxias a miles de millones de años luz, lo cual significa que, aquí en la Tierra, las observamos tal y como fueron hace esa difícilmente imaginable cantidad de tiempo. Los astrónomos suelen decir que mirar las estrellas es viajar al pasado, y están en lo cierto.

El Sol también es una estrella, una que está muy cerca (a 8 minutos luz de la Tierra), o lo que es mismo, 150 millones de kilómetros. Gracias a su energía la vida en este planeta ha sido posible durante la mayor parte de su existencia. Sin ella las plantas y otros organismos fotosintéticos no tendrían forma de producir las biomoléculas necesarias para crecer, sobrevivir y reproducirse, y, por ende, los que nos alimentamos de estos tampoco. La principal causa por la que se extinguieron los dinosaurios hace 65 millones de años, como consecuencia del impacto de un enorme meteorito en lo que ahora es México, fueron las inmensas cantidades de polvo que invadieron la atmósfera tras dicho impacto. El polvo formó una cubierta casi opaca que impidió durante años la llegada de luz solar al suelo, así las plantas fueron poco a poco muriendo, y con ellos los grandes animales herbívoros, y los carnívoros tras estos últimos. Algunos de estos animales fueron precisamente los dinosaurios. Por suerte, un grupo de pequeños mamíferos consiguió resistir a este desastre ecológico, convirtiéndose en los ancestros de todos los mamíferos, y claro está, de los humanos.

Durante la Guerra Fría, debido a las tensiones continuas entre los EE.UU. y la Unión Soviética, y a la incesante fabricación de armas nucleares, con una capacidad destructiva sin precedentes en la historia, existía cierta alarma por una hipotética guerra nuclear a gran escala, que muy posiblemente acabaría con la muerte cientos de millones de personas y la total destrucción de nuestra civilización. Se predijo que la detonación masiva de armas nucleares de gran calibre en un corto periodo de tiempo produciría una nube de polvo global, parecida a la que apareció hace 65 millones años, y con consecuencias similares para quienes sobreviviesen a las bombas y la radioactividad. Es lo que se conoce como invierno nuclear. Tras la rebaja de las tensiones y la firma de tratados de desarme el arsenal nuclear de los países ha descendido en cierta medida, aunque aún es suficiente para causar un holocausto nuclear. Y ahora, el brillante de Donald Trump dice que quiere aumentar el número de armas nucleares de EE.UU., porque «nunca vamos a estar rezagados en potencia nuclear». Corea del Norte, por otro lado, sigue provocando al mundo entero con ensayos de armas nucleares y lanzamientos de misiles balísticos con capacidad de transportarlas miles de kilómetros. Los dinosaurios no pudieron evitar su extinción, pero espero que nosotros sí.

Volviendo a las estrellas, desde la década de los 90 sabemos que el Sol no es el único que tiene el privilegio de estar acompañado por planetas. Actualmente, se ha confirmado la existencia de 3.472 planetas extrasolares (y otros tantos candidatos por confirmar) o exoplanetas, algunos orbitando la misma estrella. La mayoría descubiertos son planetas muy masivos y gaseosos, como los del sistema solar exterior (Júpiter, Saturno…) y solo algunos pocos son lo que se conocen como “Earth-like planets” o planetas parecidos a la Tierra. Pero esto es debido en parte a que al que ser más pequeños su detección es más complicada. Y el reciente hallazgo de 7 planetas parecidos a la Tierra orbitando a una sola estrella, TRAPPIST-1 (a 40 años luz), da esperanzas de descubrir muchos más en el futuro. Los planetas de TRAPPIST-1 presentan tamaños, masas y densidades comparables con la Tierra, y por eso se cree que son de naturaleza rocosa y que además posean agua. Tres de ellos se encuentran en la zona habitable y es probable que el agua fluya en forma líquida por sus superficies, aunque aún no lo sabemos seguro. El agua es un componente esencial para vida tal y como la conocemos en la Tierra, así que quién sabe lo que esconde el sistema de TRAPPIST-1. Cada vez que contemplo el cielo nocturno pienso que, seguramente, en cada estrella que me fije, habrá uno, si no más planetas junto a ella, y suelo preguntarme si en alguno de ellos habrá vida. Y si la hay, si existen seres inteligentes que también alcen la vista al cielo y piensen en si son los habitantes del único planeta conocido que albergue vida, o si, por el contrario, hay alguien más ahí fuera, alguien como ellos, esperándoles.

Algunas características de los planetas de TRAPPIST-1 , comparadas con las de planetas de sistema solar interior.

¿Alguna vez os habéis preguntado cómo se originaron los elementos de la tabla periódica? ¿Los átomos de oxígeno del agua, el carbono de la mina de un lápiz o de la glucosa que circula por nuestra sangre, el sodio de la sal de mesa o el neón de las luces? Intentaremos responder a esto en el próximo artículo.

Bibliografía

¿Cuántas armas nucleares existen en el mundo?

Donald Trump asegura que quiere «expandir» el arsenal nuclear de EEUU | Internacional Home | EL MUNDO

Observa la Vía Láctea – Quo

NASA Exoplanet Archive

Seven temperate terrestrial planets around the nearby ultracool dwarf star TRAPPIST-1 : Nature : Nature Research

Azar y las leyes de la naturaleza.

Hace algunos años, en una tienda de objetos de segunda mano, tras pasearme por la sección de videojuegos y la de películas, vi que también tenían libros. Esto me sorprendió un poco, y me acerqué a echarles un vistazo. No observé nada interesante, hasta que de repente me fijé en un libro rojo titulado “El hombre, ese Dios en miniatura” de Pierre P. Grassé. Estaba editado por la revista “Muy interesante», la cual yo leía por esa época; esto me dio cierta confianza en que el libro estuviese bien. Además, el título llamó mucho mi atención, quería saber porque alguien, probablemente un científico, veía a las personas como “Dioses en miniatura”. Así que le pregunté al dependiente cuánto costaba el libro, a lo que respondió que 50 céntimos. ¡Vaya chollo!, pensé para mí. No recuerdo demasiado sobre este libro, el cual por cierto no acabé de leer, por falta de comprensión principalmente. Pero hay algo, una cita de un tal Bernis Madrazo, que quedó grabada en mi memoria desde entonces:

 “El azar es una palabra inventada por la ignorancia, y que denota la insuficiencia de nuestra inteligencia”.

Me pareció una sentencia con un tono en cierto modo violento, aunque extrañamente atractiva. Yo no entendía demasiado bien a qué podría referirse. El objetivo de las próximas líneas, después de tanto tiempo, será averiguar qué hay de verdad en ella.

Pues bien, cuando decimos que algo ocurre por azar, ¿a qué nos referimos? Como el resultado de lanzar una moneda al aire en un partido de fútbol para decidir qué equipo hará el saque inicial, o el de los dados en una partida de parchís. O cuando los genéticos afirman que el reparto de los cromosomas del padre y de la madre se produce de manera “aleatoria” en el proceso de meiosis, el cual da lugar a la formación de los gametos (los óvulos y los espermatozoides). En general, nos referimos a algo que consideramos imprevisto, que no somos capaces de conocer lo que va a ocurrir hasta que ya ha ocurrido, y que de alguna manera estamos limitados a hacer meros cálculos de probabilidad. ¿Por qué no podemos conocerlo? ¿Porque las monedas o los dados giran y vuelan como a ellos les viene en gana? ¿O tiene más que ver con nuestra incapacidad de calcular el resultado de la tirada, aplicando para ello las leyes de la física?

Stephen Hawking, en su libro “El Gran Diseño” (este sí me lo he leído) explica que “una ley de la naturaleza es una regla basada en una regularidad observada y que proporciona predicciones que van más allá de las situaciones inmediatas en las que se ha basado su formulación”. Es decir, gracias a la observación de la Naturaleza y la realización de experimentos, y mediante la exhaustiva aplicación del método científico, somos capaces de realizar afirmaciones y crear ecuaciones matemáticas, que no se limitan a explicar lo observado o experimentado, sino que pueden aplicarse a otras situaciones parecidas y predecir (con mayor o menor exactitud) lo que va a ocurrir. Ejemplos clásicos de estas son las leyes de movimiento de los planetas enunciadas por Johannes Kepler, las tres leyes de la termodinámica, la ley de la gravitación universal de Newton, o las tres leyes de la herencia descubiertas por Mendel.

A lo largo de la historia de la ciencia se han ido describiendo nuevas leyes naturales, y perfeccionando o matizando otras, por ejemplo, gracias a los trabajos de Einstein sabemos que la ley newtoniana de la gravedad debe ser modificada para objetos que viajan a velocidades cercanas a la luz. Pero como dicha ley se puede aplicar con gran eficacia para objetos que viajan a velocidades “cotidianas”, como las monedas, los cohetes espaciales o los planetas, podemos seguir considerándola como tal. Por otra parte, fenómenos astronómicos como los agujeros negros o la materia y energía oscuras son una fuente incesante de preguntas para los científicos, y probablemente se necesiten leyes, que aún están por descubrir, para explicar su comportamiento. Tenemos mucho que aprender.

Volvamos con el ejemplo de la moneda, ¿qué haría falta saber para averiguar si saldría cara o cruz? Necesitaríamos conocer, por ejemplo, la posición inicial de la moneda en la mano del tirador, la fuerza con que es lanzada, el peso de esta o el rozamiento causado por el aire, entre otras cosas. Con estos datos, y aplicando las leyes de la física, podríamos saber el tiempo que está la moneda en el aire, a qué altura llega, el número de giros que realiza, y al fin, con qué lado aterriza en la mano del lanzador. El asunto es que en un partido de fútbol nadie va a ponerse con papel y lápiz a calcular estas cuestiones, ¿para qué? Y además, casi con seguridad, lo resolvería mucho tiempo después de que la moneda se hubiera lanzado, y lo mismo hasta se perdería la mitad del partido.

Bueno, al menos sabemos que en teoría podría averiguarse, aunque en la práctica es un poco difícil conocerlo a ciencia cierta. Por eso, con este tipo de fenómenos utilizamos métodos estadísticos y de cálculo de probabilidad, así decimos que para un lanzamiento de una moneda (cuya ambas caras son del mismo peso, lo que ocurre normalmente) la probabilidad de que salga cara o cruz es del 50 %. Porque las condiciones iniciales en cada evento individual son diferentes y no planeadas, y no hay razón para que salga más veces cara que cruz, o al revés. El resultado es, que para un conjunto grande de eventos, aproximadamente la mitad de la veces saldrá cara, y aproximadamente la mitad de las veces cruz, y a mayor número de ensayos, más cerca de ese 50% nos encontraremos.

Teniendo en cuenta lo anterior, Hawking nos define el concepto de determinismo científico, aplicado más allá de las monedas: “dado el estado del universo en un instante dado, un conjunto completo de leyes determina completamente tanto el futuro como el pasado”. Ese conjunto completo de leyes se cumpliría desde el mismo instante del origen del universo, hasta su final, además de en todos los rincones de su inabarcable inmensidad; y para todas las cosas dentro de él, vivas o no vivas: electrones, átomos, moléculas, rocas, bacterias, animales, humanos, planetas, soles, galaxias… ¿Cómo que humanos? Entonces, ¿yo no puedo elegir lo que hago? ¿No existe el libre albedrío? Lo cierto es que los seres vivos, incluidos los humanos, estamos formados por el mismo tipo de materia que todo lo demás, y, por lo tanto, sometidos a las mismas leyes de la física y la química. Pero nuestra complejidad a nivel molecular y de comportamiento hace difícil predecir nuestros actos, por eso, tenemos la “falsa esperanza” (llamémoslo así) de que somos distintos, y que de alguna manera actuamos conforme a nuestro parecer. No hay espacio en la ciencia para el libre albedrío. Pero hay una cosa en que los humanos sí que somos distintos, y es que estamos siendo capaces de descubrir estas leyes; leyes que dan forma a todo lo que existe y que permiten conocernos a nosotros mismos. Nadie en el Universo, que sepamos, ha podido hacer esto, hasta el surgimiento de Homo sapiens y de una civilización apoyada por la ciencia y la tecnología, ¿hasta dónde llegaremos?

 

Imagen más completa del Universo observable obtenida hasta la fecha.

 

 

Bibliografía

Libros

“El hombre, ese Dios en miniatura” Pierre P. Grassé.

“El Gran Diseño”, Stephen Hawking y Leonard Mlodinow. Capítulo 2: “Las reglas de la ley”.

Direcciones de internet

Algunos ejemplos de leyes naturales, ligeramente explicadas:

http://www.ejemplos.co/13-ejemplos-de-leyes-naturales/

Artículo sobre la meiosis:

http://www.biologiaescolar.com/2014/06/meiosis.html

Francisco Bernis Madrazo, ornitólogo español del siglo XX

https://es.wikipedia.org/wiki/Francisco_Bernis_Madrazo

Youtube

¿Qué es al azar?

¿Qué no es al azar?

Las riendas de nuestro destino genético.

Los humanos anatómicamentemodernos, conocidos como Homo sapiens, procedemos todos de poblaciones que habitaron regiones de África oriental, cercanas al Valle del Rift. Pruebas genéticas de búsqueda del primer ADN mitocondrial humano y hallazgos paleontológicos hechos en esta región de África revelan que nuestro origen se remonta a unos 200.000 años atrás. Pero los humanos no surgimos de la noche a la mañana, sino que fuimos consecuencia de un proceso de evolución que duró millones de años; una historia más alucinante y llena de sorpresas que la de cualquier libro que se haya escrito.

La historia no acaba en África, la evolución es un proceso lento, pero continuo, y algo hemos cambiado desde entonces. Tras expandirse por el continente africano, hace 70.000 años Homo sapiens comenzó un viaje que le llevaría a la conquista del mundo entero. Durante el camino se encontró con otras especies humanas, parecidas a la nuestra, y se produjo cierta hibridación. Los humanos modernos no africanos poseen en su genoma fragmentos de ADN neandertal, aproximadamente entre un 1 y 2 %, debido a cruzamientos producidos primero en Oriente Medio y más tarde en Europa. En Asia, hubo cierta hibridación con los denisovanos; algunas características heredadas de los denisovanos han demostrado ser útiles para los humanos, como variantes genéticas que ayudan a los tibetanos a hacer frente a la altitud.

Pero además de eso, al ir colonizando nuevas tierras y produciéndose un aislamiento geográfico entre las poblaciones humanas, sumado al hecho de la gran diferencia de condiciones ambientales a las que se enfrentaban estas, existe también diversidad genética y fenotípica en los humanos de distintas zonas de la Tierra. Así, por ejemplo, el color de la piel más clara de las poblaciones que habitan en regiones alejadas del ecuador, donde se recibe menor radiación ultravioleta del Sol, es una adaptación que permite un mayor aprovechamiento de esta en la producción de vitamina D. Y una piel más oscura, como la de los africanos, es un mecanismo que impide a la luz solar destruir el folato o vitamina B9. Me gustaría destacar además que, con la invención de la ganadería y la domesticación de algunos animales, los humanos hemos sufrido cambios, uno muy interesante (y ciertamente útil) es la aparición de la tolerancia a lactosa, el azúcar de la leche, en los adultos. La tolerancia a la lactosa se produce porque los adultos continúan produciendo la enzima lactasa, que degrada la lactosa, lo que permite consumir leche más allá de la época de lactancia. En otros mamíferos, y en muchos grupos humanos la síntesis de lactasa se limita a dicho periodo de lactancia. Lo que tienen en común los grupos humanos tolerantes a la lactosa es que proceden de pueblos con pasado ganadero.

El auge de la civilización ha permitido a la humanidad desarrollar la tarea científica, lo que nos ha llevado a conocer, con mayor o menor limitación, los procesos que llevan a la evolución biológica, a la transmisión de la información genética y a conocer la estructura de la molécula que contiene esta información, el ADN (Watson y Crick, 1953). En los años 70 del siglo XX se empieza a desarrollar la ingeniería genética, que busca modificar artificialmente el genoma de los seres vivos, desde las bacterias y plantas, hasta por qué no, humanos y otros animales. Los logros de la ingeniería genética nos afectan directamente: los cultivos transgénicos, resistentes a temperaturas extremas o a plagas, proporcionan alimento a millones de personas, microorganismos modificados producen insulina y otras proteínas humanas para tratar multitud de enfermedades…

¿Y qué hay de la modificación genética en seres humanos? ¿Para qué podríamos utilizarla? ¿Qué tipos de cambios serían éticos y cuáles no? Pues bien, una de las posibilidades es la modificación genética utilizada para tratar enfermedades causadas por un defecto en un gen, como la hemofilia, la fibrosis quística o la distrofia muscular, también para tratar enfermedades que son afectadas por diversos genes, como los cánceres, además de por factores ambientales; incluso para combatir infecciones como la del VIH, el virus que produce el SIDA. Los cambios genéticos pueden hacerse en dos tipos de células, las somáticas y las germinales. Los cambios en las células somáticas, como las neuronas, los linfocitos o los hepatocitos, pretenden eliminar la enfermedad en el paciente. Sin embargo, si detectamos un individuo portador de una enfermedad genética y conseguimos eliminar de sus células germinales (óvulos y espermatozoides) el fallo, su descendencia ya no padecerá la enfermedad, ni se la transmitirá a sus hijos, ni estos a sus hijos… Podrían así eliminarse del “banco genético” humano, con el paso del tiempo, enfermedades que nos han acompañado durante generaciones. Ahora, con el descubrimiento y afinamiento de la técnica CRISPR/Cas9, la edición de genes es más fácil y barata que nunca.

La exploración humana del espacio es un terreno donde la ingeniería genética podría ayudar, por ejemplo, a los astronautas a superar problemas derivados de la estancia prolongada en microgravedad, como la pérdida de masa ósea y muscular, o sobrevivir en entornos planetarios muy adversos en comparación con la Tierra: la delgada atmósfera de Marte no filtra bien las peligrosas radiaciones procedentes del Sol, y si algún día los humanos llegamos allí nos veremos obligados a protegernos bajo tierra la mayor parte del tiempo. Humanos modificados con genes de la bacteria extremófila Deinococcus radiodurans, uno de los organismos más resistentes al estrés por radiación, debido a sus rápidos mecanismos de reparación del ADN, podrían descubrir los secretos del planeta rojo más fácilmente.

Como hemos visto, los humanos modernos hemos cambiado genéticamente, desde nuestros orígenes, por procesos meramente naturales, ya sea por selección natural, e incluso poseemos genes de otras especies humanas primitivas. Pero estos cambios fueron lentos y requieren la muerte de algunos individuos, los menos adaptados. Los retos a los que la humanidad se enfrenta actualmente no dan margen de acción para el tiempo o la muerte. La ciencia, como herramienta (que puede usarse tanto para el bien como el mal), nos lleva a tomar las riendas de nuestro destino genético, para vivir más y mejor, para descubrir el Cosmos y con ello a nosotros mismos. En parte, la naturaleza humana está en nuestros genes, pero también lo está en nuestra curiosidad, inteligencia y en la búsqueda de la felicidad, así que ¿por qué no intentarlo?

 

Fuentes:

Investigación y Ciencia

Artículo sobre la expansión del ser humano http://www.investigacionyciencia.es/revistas/investigacion-y-ciencia/numero/469/la-especie-ms-invasora-13551

Artículo acerca de la hibridación entre distintas especies humanas http://www.investigacionyciencia.es/revistas/investigacion-y-ciencia/numero/442/hbridos-humanos-11211

“El cuento del antepasado: Un viaje a los albores de la evolución”, de Richard Dawkins

Youtube

Estos dos vídeos han inspirado este artículo

https://www.youtube.com/watch?v=CtvIX4s1bTU

Explicación muy amena de los sistemas CRISPR/Cas por el DR. Francisco M. Mojica

 

 

Por Manuel Piñero Hernández,

12/02/2016