3.- LA VIDA (IV)

Nunca aceptaré que el universo está gobernado por el azar (Einstein)
La conciencia es un singular del que se desconoce el plural (Schrödinger)

Schrödinger, premio Nóbel de Física en 1933, entre otras muchas de sus realizaciones, estableció los fundamentos de la biología contemporánea. Su libro ¿Qué es la vida? (1988), del que la primera parte de este tema es un resumen, es un pequeño libro publicado en 1944, que, como él dice en el comienzo, es el resultado de una serie de conferencias pronunciadas en Irlanda en 1943. Sus apenas 138 páginas han tenido una influencia muy importante en los ambientes científicos y ha servido de inspiración a toda una generación de físicos y biólogos. En él Schrödinger nos dice que la vida no sólo es un proceso de copia de moléculas, sino un proceso específico de transformación de energía.

1.- ¿Por qué son tan pequeños los átomos?

Cualquier trozo de materia que se maneje en la vida cotidiana contiene un enorme número de átomos. Quizá, el ejemplo más impresionante para familiarizarse con esta idea sea el empleado por lord Kelvin, que dice:

Supongamos que pudiéramos marcar todas las moléculas de un vasode agua; vertamos entonces el contenido del vaso en el océano y, si fuera posible, agitemos para que las moléculas marcadas se sustribuyan por los siete mares; si después llenamos un vaso de agua en cualquier parte del océano, encontraremos en él alrededor de un centenar de las moléculas marcadas[1]

Naturalmente, no se encontraría exactamente cien (aún cuando éste fuera el resultado exacto del cálculo). Se podría encontrar 80 ó 95 ó 107 ó 112, pero muy difícilmente tan pocas como 50 ó tantas como 150. Estadísticamente se debe esperar una “desviación” que suele ser del orden de la raíz cuadrada de 100. Es decir, 10. Estadísticamente esto se expresa diciendo que se encuentra 100 más menos 10. Hago este comentario porque más adelante hablaré, en algún ejemplo, de la ley estadística de la raíz cuadrada de n.

Visto lo anterior, ahora la pregunta obligada es: ¿por qué nuestro cuerpo tiene que ser tan grande, comparado con el tamaño del átomo? ¿Debe ser esto así? ¿Existe alguna razón para ello? La respuesta a estos interrogantes es afirmativa.

De no ser así, nuestro organismo sería tan sensible que un solo átomo, o unos pocos, podrían producir una impresión perceptible en nuestros sentidos y, ¡cielos, como sería la vida! Un organismo de este tipo no sería capaz de desarrollar un pensamiento ordenado. Lo mismo sucedería con el funcionamiento de otros órganos, como el sistema sensorial.

Si me refiriera al cerebro, me enfrentaría con la siguiente pregunta: ¿Por qué un órgano como el cerebro debe estar constituido por un enorme número de átomos para que pueda existir una correspondencia íntima entre su variable estado físico y el logro de un pensamiento altamente desarrollado?

La razón es que el cerebro, por su función, debe ser una organización altamente ordenado y los acontecimientos que en su interior suceden deben obedecer a leyes físicas estrictas. Por otro lado, las impresiones físicas que recibe se deben a la percepción y a la experiencia del pensamiento correspondiente.

¿Por qué estas condiciones no pueden cumplirse en el caso de un organismo compuesto únicamente por un número discreto de átomos, sensible, por tanto, al impacto de uno o unos pocos átomos? El motivo radica en que las leyes físicas se basan en la estadística atómica y por lo tanto son sólo aproximadas. Todos los átomos siguen continuamente un movimiento térmico completamente desordenado y hace imposible que los acontecimientos que tienen lugar entre un reducido número de átomos puedan ser unificados en unas leyes comprensibles. Sólo a partir de la comparación de un número enorme de átomos las leyes estadísticas empiezan a ser aplicables, controlando el comportamiento de estos “conjuntos” con una precisión que aumenta en la medida que aumenta la cantidad de átomos que intervienen en el proceso. De esta manera, los acontecimientos toman un aspecto realmente ordenado.

Como ejemplos se podrían citar, aunque no lo voy a hacer para no extenderme, el proceso de magnetización, el movimiento browiano o el fenómeno de difusión. Lo que si quiero hacer notar es lo inútiles que resultarían nuestros sentidos si fuesen excesivamente sensibles.

Cuando al principio hablaba del ejemplo de lord Kelvin para demostrar lo pequeños que son los átomos, dije que más adelante hablaríamos de la raíz cuadrada de n. Ha llegado, pues, el momento. Me refiero al grado de inexactitud que se debe esperar en cualquier ley física, la llamada ley de la raíz cuadrada de n. A continuación la ilustraré con un ejemplo.

Si se afirma que un gas determinado, bajo condiciones de presión y temperatura dadas, tiene cierta densidad, y que en estas condiciones hay exactamente n moléculas de gas, se puede estar seguro que esta afirmación es inexacta, puesto que existirá una desviación que será del orden de la raíz cuadrada de n. Por lo tanto, si el número n es 100, se hallará una desviación de aproximadamente 10, lo que, por una simple regla de tres, indica que el error relativo es del 10 por ciento. Pero si n= 1.000.000, la desviación que probablemente se encontraría sería aproximadamente 1.000, lo que, por una regla de tres, como se ha dicho, equivale a un error del 0’1%. Mucho menor que el anterior. Por lo que la “ley” sería demasiado inexacta si el número de partículas que intervienen en cualquier proceso es excesivamente pequeño y ¡la Naturaleza no podría admitir esto! ya que, como se ha visto, cuanto mayor sea el valor de n, menor será el error cometido. Esta ley estadística es bastante general.

Simplificando. Se puede decir que las leyes físicas y fisicoquímicas son inexactas dentro del orden de 1/raíz cuadrada de n. Donde n es el número de moléculas que cooperan en la formulación de la ley. Con esto se puede ver, una vez más, que un organismo debe tener una estructura comparativamente grande para poder beneficiarse de leyes relativamente exactas. Tanto para su funcionamiento interior como para las relaciones con el mundo externo.

2.- ¿Qué es la entropía?

La entropía aparece en todos los fenómenos que tienen lugar en la Naturaleza, por lo tanto, también en la vida, ya que, como se verá más adelante, la vida no es más que una lucha contra el aumento de entropía en el organismo para conseguir que éste se mantenga vivo. Como su definición es muy abstracta (Medida del desorden en un sistema físico), voy a intentar aclarar el significado de este concepto.

En primer lugar, dice Schrödinger, hay que subrayar que la entropía no es un concepto o una idea vaga, sino que es una cantidad física que puede medirse, como la longitud de un palo, la temperatura del cuerpo o el calor específico de cualquier sustancia dada.

En el cero absoluto de temperatura (aproximadamente –273ºC.), la entropía de cualquier sustancia es cero. La entropía de cualquier sustancia aumenta en una cantidad que se calcula dividiendo cada pequeña porción de calor que se la suministre entre la temperatura a la que fue suministrado y sumando luego esas pequeñas contribuciones. Por ejemplo, cuando se funde un sólido, su entropía aumenta en un valor igual al calor de fusión dividido entre la temperatura en el punto de fusión. De ello se deduce que la unidad con la que se mide la entropía es: cal/ºC. Al igual que la caloría es la unidad de calor o el metro la de longitud.

Por lo tanto, al exponer esta definición técnica, se pretende, simplemente, librar a la entropía de esa atmósfera de nebuloso misterio que frecuentemente la envuelve. No obstante, mucho más importante es aquí su aportación al concepto estadístico de orden y desorden, a pesar de que esto también es una relación cuantitativa exacta que se expresa por la fórmula:

Entropía = k log D

En donde k es la llamada constante de Boltzmann (3’2983 por 10 elevado a -24 cal/ºC.) y D una medida cuantitativa del desorden atómico del cuerpo en cuestión (medida que resulta imposible explicar en los términos breves y sin tecnicismos de estas notas).

Hay que hacer constar que esta ley fundamental de la Física no es más que la tendencia natural de todo lo que existe en la Naturaleza a acercarse al estado caótico; al desorden. Como la tendencia que presentan los libros de una biblioteca o los montones de papeles sobre un escritorio (si no se evita); o como cuando se funde un cristal, que se destruye la ordenación definida y permanente de los átomos y las moléculas y la red cristalina se convierte en una distribución aleatoria que cambia sin cesar.

3.- La entropía y la vida.

He señalado más arriba que la tendencia natural de las cosas es degradarse. La vida, por el contrario, parece ser una excepción de este principio. La vida parece ser el comportamiento ordenado y reglamentado de la materia, que no está asentado en la tendencia de pasar del orden al desorden, sino basado, en parte, en un orden existente que es mantenido.

El organismo vivo evita la rápida degradación y precisamente por ello se nos antoja tan enigmático. Tanto es así que,desde los tiempos más remotos del pensamiento humano se decía que una fuerza especial operaba en el organismo.

¿Cómo evita la degradación el organismo? La contestación obvia es, comiendo, bebiendo, respirando y, en el caso de la plantas, fotosintetizando. El término técnico que engloba todo esto es metabolismo (palabra griega que significa intercambio). Cada átomo de nitrógeno, carbono, oxígeno, etc. que se ingiere es tan bueno como cualquier otro de su tipo; ¿qué se gana, pues, intercambiándolos?

Es indudable que nos alimentamos de energía. Cada alimento tiene su poder calorífico. Pero para un organismo adulto el contenido energético es tan estacionario como el contenido material. Entonces ¿qué es ese precioso algo contenido en nuestros alimentos y que nos defiende de la muerte? Esto es fácil de contestar. Todo proceso, suceso o acontecimiento –llámese como se quiera-, en una palabra, todo lo que pasa en la Naturaleza significa un aumento de entropía en aquella parte del mundo donde ocurra. Por lo tanto, un organismo vivo aumentaría continuamente su entropía o, como también suele decirse, produce entropía positiva y por ello tiende a aproximarse al peligroso estado de entropía máxima; que es la muerte. Sólo puede mantenerse lejos de ella, es decir, vivo, extrayendo continuamente entropía negativa de su medio ambiente, lo cual es algo muy efectivo, como enseguida se verá. De lo que un organismo se alimenta es de entropía negativa. Expresado menos paradójicamente, el punto esencial del metabolismo es aquel en el que el organismo consigue liberarse, a sí mismo, de toda la entropía que no puede dejar de producir mientras esté vivo. Es por lo que se dice que la vida parece ser el comportamiento ordenado y reglamentado de la materia, que no está asentado exclusivamente, como todos los procesos de la Naturaleza inanimada, en su tendencia de pasar del orden al desorden, sino basado en un orden existente que se mantiene.

Cuando un sistema no viviente es aislado o colocado en un ambiente uniforme, todo movimiento llega muy pronto a una paralización, como resultado de diversos tipos de fricción: Las diferencias de potenciales eléctrico o químico quedan igualadas; las sustancias que tienden a formar un compuesto químico lo hacen; y la temperatura pasa a ser uniforme, por la transmisión del calor. Después, todo el sistema queda convertido en un montón muerto e inerte de materia. Se ha alcanzado un estado permanente en el cual no ocurre suceso observable alguno (¿no se parece esto a la muerte?). El Físico llama a esto “estado de equilibrio termodinámico”, o de “máxima entropía”.

El organismo vivo, la vida, como se ha dicho, evita la rápida degradación a este estado inerte de “equilibrio”. ¿Cómo? Se ha indicado anteriormente. A través del metabolismo, que es como puede extraer entropía negativa. Realmente es como si se alimentara de entropía negativa, es como si el organismo atrajera hacia sí una corriente de entropía negativa para compensar el aumento de entropía que produce viviendo y así mantiene un nivel estacionario y suficientemente bajo de entropía.

La entropía negativa también tiene su fórmula. Si se dijo que el valor de la entropía se representaba por la fórmula

entropía = k log D

donde D era una medida del desorden. Su recíproco 1/D, puede considerarse como una medida directa del orden y, como el logaritmo de 1/D es igual a menos logaritmo de D, la fórmula de la entropía negativa será:

- (entropía) = k log (1/D)

De esta forma, la expresión “entropía negativa” puede reemplazarse por otra mejor: La entropía expresada con signo negativo es una medida del orden (- entropía).

Y para que no pase desapercibido, como se ha dicho que los organismos vivos se alimentan de entropía negativa, no hay duda que el suministro más importante de este tipo de entropía es la luz solar, básica para la fotosíntesis en las plantas.

4.-Las moléculas de la vida

Se llegó a la conclusión al principio de estas notas que un organismo, y todos los procesos importantes que experimenta, deben tener una estructura marcadamente “multiatómica” para protegerse de los acontecimientos “monoatómicos” aleatorios. Sin embargo, hoy día se sabe que esta opinión podría ser errónea. Como se verá próximamente, grupos de átomos increíblemente pequeños para atenerse a las leyes estadísticas desempeñan, de hecho, un papel dominante en los ordenados y metódicos acontecimientos que tienen lugar en un organismo vivo. Por ejemplo, el “tamaño de un gen”, su estructura, comprende un número pequeño de átomos (del orden de 1.000, y posiblemente menos), a pesar de lo cual despliega una actividad muy regular y ordenada.

La respuesta en este caso nos la proporciona la teoría cuántica. La gran revelación de la teoría cuántica fue el descubrimiento de los estados discretos, en contradicción con un criterio mantenido hasta entonces en el cual todo lo que no fuera continuidad parecía absurdo.

A diferencia de lo que sucede con un péndulo, que es retardado gradualmente por la resistencia del aire y la gravitación después de ser puesto en movimiento, a nivel atómico, el comportamiento, un sistema a nivel microscópico sólo puede poseer ciertas cantidades discretas de energía, denominados sus niveles energéticos peculiares. La transición de un estado a otro es un acontecimiento bastante misterioso y es lo que se denomina “salto cuántico”.

Una molécula está formada por una selección dada de átomos que entre si, y por su acercamiento, constituyen un conjunto (molécula) en un nivel inferior de energía a todos los demás posibles. Así, la molécula no puede cambiar, a menos que se la suministre desde el exterior un mínimo de energía, equivalente al que se necesita para “elevarla” al nivel energético inmediatamente superior. Indudablemente, la estabilidad de las moléculas depende de la temperatura, ya que la manera más simple del aporte de energía es “calentar” la molécula.

Como se ha señalado, hay grupos increíblemente pequeños de átomos, excesivamente reducidos para atenerse a las leyes estadísticas, como en el caso de un gen y, sin embargo, como se verá seguidamente, desempeñan un papel dominante en los acontecimientos ordenados y metódicos que tienen lugar dentro del organismo,

5.- El mensaje cifrado de la herencia.

Todo el complicado esquema de un organismo está determinado en la estructura de esa célula única que es el huevo fertilizado. Es más, se sabe que está determinado esencialmente por sólo una parte de esa célula, su núcleo. Este núcleo, en el que se van a iniciar los procesos de división celular para crear un nuevo ser (proceso denominado mitosis, aunque, como se verá más adelante, hablaré de otro proceso de división denominado meiosis), se observa que está constituido por un conjunto de partículas, en general en forma de fibras o bastones, llamados cromosomas, que pueden ser 8, 12, etc. En el ser humano son 46 (en realidad habría que haber escrito 2 por 4, 2 por 6,...,2 por 23, por existir, en general, en conjuntos de dos). Un conjunto proviene de la madre (óvulo) y el otro proviene del padre (espermatozoide fertilizador) y que contienen, en alguna forma, “la clave” o “texto cifrado”, que constituye el esquema completo de todo el desarrollo futuro de un nuevo individuo y de su funcionamiento en estado maduro.

Al decir que la estructura de las fibras de los cromosomas son un texto cifrado quiero significar que la “Inteligencia absoluta” imaginada por Laplace podría averiguar, partiendo de la estructura de los cromosomas, si de un huevo fertilizado se desarrollará un gallo negro o una gallina moteada, una mosca o una planta de maíz, un ratón o una mujer.

Pero el término “clave” o “texto cifrado”que hemos expresado anteriormente es, en sí, demasiado limitado, ya que la información de las estructuras cromosómicas no sólo contienen los planos del proyecto sino también la información de la mano de obra precisa para su ejecución, por lo que el proyecto puede realizarse a sí mismo. ¡Es la vida! ¡Qué perfección!

¿Cómo se comportan los cromosomas a lo largo de la ontogenia?[2] El desarrollo del individuo se lleva a cabo por divisiones celulares consecutivas. Cada división celular de este tipo, como se ha dicho, se llama mitosis. Al principio, el crecimiento es rápido. La célula-huevo se divide en dos “células hijas” que darán lugar, en la siguiente etapa, a una generación de cuatro células, después 8,16,32,64,...etc. La frecuencia de división no se mantiene constante en todas las partes del individuo en crecimiento, y así se altera la regularidad de estos números (pero no nos preocupemos, todo está escrito en el “texto cifrado). Si siguiera el ritmo inicial de crecimiento, se puede deducir que, por término medio, bastarían sólo 50 ó 60 divisiones para producir el número de células que se encuentran en un hombre adulto[3]. Así pues, una célula de mi cuerpo es, como término medio, tan sólo la quincuagésima o sexagésima descendiente de la célula huevo que yo fui.

El principal hecho de la mitosis es que en cada división celular, cada una de las “células hijas”(ese centenar o millar de billones), recibe una dotación completa de cromosomas exactamente igual a la de la “célula madre”. De este modo, todas las células del cuerpo son idénticas por lo que se refiere a su tesoro cromosómico.

Hasta aquí he hablado de la mitosis, pero ¿qué es la meiosis? Muy poco tiempo después de empezar el desarrollo del nuevo individuo, un grupo de células queda reservado para producir, en un estadio posterior los gametos. Los espermatozoides u óvulos, según sea el caso, que son necesarios para la reproducción de un nuevo individuo cuando se llega a la madurez. Al decir “reservado” me refiero al hecho de que estas células no serán utilizadas más que para la función de reproducir un nuevo individuo.

La división llamada meiosis es aquella por la cual, cuando el organismo alcanza la madurez, se producen los gametos a partir de las “células reservadas”. Por la meiosis, la doble dotación de cromosomas de la célula madre se separa y cada una va a parar a una célula hija. Por tanto, en la meiosis, cada una de las células hijas recibe sólo la mitad de los cromosomas, es decir, sólo un ejemplar completo de la clave, en lugar de dos. Por ejemplo, los gametos tienen 23 cromosomas en el hombre y no 46 (2 por 23).

Estas células, los gametos, con sólo una dotación cromosómica, se llaman haploides (del griego, único). Por tanto, los gametos son haploides y las células comunes del cuerpo diploides (del griego, doble).

En el acto de la singamia[4] el gameto masculino (espermatozoide) y el gameto femenino (óvulo), ambas células haploides, se unen para formar la célula “huevo fertilizado” (zigoto) que, en consecuencia, es una célula diploide. Una de sus dotaciones cromosómicas proviene del padre y la otra de la madre.

Aunque los gametos pierden la capacidad de división por mitosis hasta que se unen para formar el huevo fertilizado, hay veces, y lo cito como curiosidad, tanto en el reino vegetal como en el animal, que se dan individuos haploides, esto es, con una sola dotación cromosómica. En estos casos, la célula haploide no es utilizada para la fertilización, sino que, como una célula diploide, sufre numerosas divisiones mitóticas, lo cual da lugar a un individuo haploide completo. Así ocurre, por citar algún caso conocido, en la abeja macho, el zángano, que es producido partenogeneticamente; es decir, a partir de óvulos no fertilizados, y por tanto haploides, de la reina. ¡El zángano no tiene padre! Todas las células de su cuerpo son haploides. Se puede decir que el caso no es único. Hay algunos grupos de plantas en las que la célula haploide producida por meiosis, y denominada espora, sin ser fertilizada, cae al suelo y da lugar, como si fuera una semilla, a una planta completa haploide.

La partenogenosis es una forma de reproducción asexual basada en el desarrollo solamente de células sexuales femeninas no fecundadas, que se da con cierta frecuencias en determinadas especies de animales y plantas como rotíferos[5] crustáceos, insectos, reptiles y algunos otros. Entre los más conocidos cabe citar a las hormigas, las abejas y las lagartijas. En estas últimas, algunos científicos han observado que, al variar el medio ambiente, las hembras asexuales eran tan frecuentes, o incluso más, que sus equivalentes sexuales. En este caso, las hembras asexuadas producían huevos fértiles de los que se desarrollaban hembras adultas capaces de producir más huevos fértiles.

6.- Conclusión.

Lo fundamental del hecho de la reproducción sexual no es en sí la fertilización, sino la meiosis. Esto es, la posibilidad de creación de los gametos masculino y femenino que después, al unirse, forman el huevo fertilizado. Es indudable que esto es una maravilla, al permitir la diversidad inacabable de individuos. Maravilla superada por otra relacionada con la anterior pero situada a otro nivel. Me refiero al hecho de que nosotros, que estamos en todo nuestro ser basados en unas relaciones prodigiosas a nivel celular, tengamos, además, el poder de adquirir un considerable conocimiento de ello, de reflexionar. Creo, también posible, que este conocimiento llegue muy cerca de una comprensión completa de la primera maravilla. La segunda maravilla, muy probablemente se encuentre fuera del alcance de su conocimiento por la mente humana.

Lo que queda claro al meditar con profundidad sobre este tema es que a partir de todo lo que se conoce sobre la estructura y comportamiento de la materia viva, se debe reconocer que funciona de una manera que no puede reducirse a las leyes ordinarias de la Física. Y esto no se debe a que haya una “nueva fuerza”, o algo por el estilo, que dirija el comportamiento de cada uno de los átomos de un organismo vivo, sino a que su constitución y comportamiento es diferente a todo lo que hasta ahora se ha venido experimentando en un laboratorio de Física.

Un ingeniero familiarizado sólo con máquinas de vapor, después de examinar la constitución de un motor eléctrico, diría que éste funciona de acuerdo con un principio que él todavía no entiende. Para él parece como si el motor eléctrico estuviera impelido por un fantasma.

Así mismo, al observar los procesos de la vida, la sucesión de los acontecimientos en un ciclo vital de un organismo, donde se exhibe una regularidad y un orden admirables, no rivalizado por nada de lo que se observa en la materia inanimada. Esta sucesión de acontecimientos es controlada por un grupo de átomos muy bien ordenados, que representan tan sólo una pequeñísima fracción del conjunto total de la célula, es imposible, desde el punto de vista de la Ciencia, considerar completamente aceptables estos acontecimientos vitales, esa asombrosa propiedad de un organismo de “encontrar una corriente de orden” sobre si mismo, que escape de la descomposición en el caos atómico “absorbiendo orden” para ello.

Para decirlo con brevedad, somos testigos del hecho de que el orden existente puede mantenerse a sí mismo y producir acontecimientos ordenados.

Esto carece de precedentes en los procesos físicos de la naturaleza inanimada. En el curso regular de los acontecimientos gobernados por las leyes físicas éstos nunca son consecuencia de una bien ordenada configuración de átomos, a menos que esta configuración de átomos se repita a sí misma gran número de veces. Ya sea como en un cristal periódico o como en un líquido, o como en un gas compuesto por un gran número de molécula idénticas.

Incluso cuando un químico maneja in vitro una molécula muy compleja y a ella aplica sus leyes, él podrá decirnos, por ejemplo, que un minuto después de iniciada una reacción habrán reaccionado la mitad de las moléculas. Pero lo que no puede predecir es si una molécula determinada, suponiendo que pueda seguirse su curso, estará entre las que han reaccionado, porque esto es una cuestión de azar.

Sin embargo, en Biología nos encontramos con una situación completamente diferente. Un único grupo de átomos, del que existe una sola copia, produce acontecimientos ordenados, armonizados entre sí de modo maravilloso y siguiendo las leyes más sutiles.

Para teminar con lo referido a Schrödinger, voy a escribir lo que expone como conclusión a su libro ¿Qué es la vida?:

Tanto si esto nos parece extraño como si nos parece evidente que un grupo pequeño, pero altamente organizado, de átomos sea capaz de actuar de esta forma, lo cierto es que tal situación no tiene precedentes, sólo se da en la materia viva. El físico y el químico, al investigar la materia inanimada, nunca han presenciado fenómenos que hubieran tenido que interpretar de esta manera, es como si las leyes ordinarias de la física no explicasen los hechos vitales[6]. ¿Habrá que estar preparados para encontrar un nuevo tipo de ley física o ley no-física que gobierne estos fenómenos? La vida es la más fina y precisa obra maestra conseguida por la mecánica cuántica del Señor

7.- DIVISIÓN CELULAR; AMPLIACIÓN.

Dejando el maravilloso libro de Schrödinger, voy a referirme, con más detalle, a la división celular. La división celular (mitosis) es quizás una de las manifestaciones de la vida más impresionantes por su orden y coordinación. Al comienzo del proceso (metafase), los distintos orgánulos de la célula se ordenan con precisión y el conjunto se mantiene en tensión hasta que, en un momento dado, de un modo que casi parece mágico, comienza un movimiento ordenado y de gran precisión de todos los corpúsculos celulares que conducen finalmente a la división de la célula en dos células hijas iguales; la célula madre ha desaparecido.

Durante la etapa siguiente, denominada interfase, la célula, además de realizar sus actividades metabólicas propias, tiene que sintetizar los componentes químicos que van a intervenir, más tarde, en el proceso de división celular, duplicando, también, todos los componentes de la célula, especialmente el ADN, a fin de que las células hijas posean todos los elementos necesarios para realizar su actividad metabólica.

Los cromosomas, que son estructuras macromoleculares complejas que albergan al ADN en la célula, y cuyo número es variable según la especie del ser a la que pertenece la célula, están dispersos en el núcleo, pero tan pronto como se inicia la etapa siguiente, denominada metafase, un mecanismo desconocido hace que los cromosomas se sitúen en el plano ecuatorial de la célula para que una vez divididos, anafase, cada mitad, conteniendo una copia completa del cromosoma, se desplace a cada uno de los dos polos de la célula donde se agrupan, telefase, para formar el nuevo núcleo de cada una de las dos células hijas, que se formarán en la interfase por división de la célula madre, finalizando así el proceso de la mitosis.

Como he dicho, los cromosomas que albergan el ADN de la célula tienen tamaño y forma características, así como número distinto para cada especie. Las células del cuerpo humano tienen, cada una, 23 pares de cromosomas y, como señalamos en la página 6, realizado el acto de la singamia el gameto masculino y femenino, ambos células haploides, se unen para formar el cigoto (huevo fertilizado) que, en consecuencia, es una célula diploide con una dotación de 46 cromosomas (23 pares), una dotación de 23 cromosomas procede del padre y la otra de la madre.

El desarrollo del cigoto, creado por la unión del espermatozoide y el óvulo, comienza en el instante que los pronúcleos haploides del espermatozoide y el óvulo se hayan puesto en contacto, mezclando sus cromosomas hasta formar un solo núcleo diploide.

A partir de aquí, la nueva célula formada posee su propia individualidad genética, determinándose, con esto, su nueva identidad ontológica, la cual no experimentará cambios durante su posterior desarrollo hasta constituir un nuevo ser.

La diferencia entre los cromosomas del hombre y la mujer está en la pareja de cromosomas denominados sexuales, que son los pares de cromosomas número 23. Estos cromosomas en la mujer son iguales en tamaño y contenido y se denominan cromosomas X. En el hombre estos dos pares de cromosomas son distintos en tamaño y contenido, uno igual al X de la mujer, se denomina X, y el otro, distinto en tamaño y contenido, se denomina Y

En la meiosis, proceso muy similar a la mitosis, en el que, como sabemos, la doble dotación cromosómica de la célula madre se separa y cada una va a parar a una célula hija, por tanto, en el caso de los óvulos maternos, en todos ellos, el cromosoma que ocupa el lugar 23, cromosoma sexual, siempre será X. Pero en el hombre, al separarse los cromosomas de la célula madre, un espermatozoide hijo tendrá en el lugar 23 un cromosoma X y el otro espermatozoide un cromosoma Y, por lo que al realizarse la singamia (unión de los gametos femenino y masculino), si ambos tienen los cromosomas número 23 iguales (X,X) el ser resultante será una mujer, pero si el óvulo tiene el cromosoma sexual X y el espermatozoide el cromosoma sexual Y, el ser resultante será un hombre.

8.- Síndrome de Down

Por su relación con los cromosomas, vamos a referirnos al trastorno genético conocido como Síndrome de Down, motivado por una copia extra del cromosoma 21. Los pares de cromosomas se describen y nombran en función de su tamaño, del par 1 al par 22 (de mayor a menor), más el par de cromosomas sexuales, antes citados, que por su tamaño ocupan el lugar 23. El cromosoma 21 es el más pequeño, en realidad, por lo que debería ocupar el lugar 22, pero por un error de principio, que asignó el Síndrome de Down al par 21, ha perdurado así hasta nuestros días. El síndrome de Down se produce por la aparición de un cromosoma de más en el par 21 original en las células del organismo. La mayor parte de las personas con este síndrome (95%), deben este exceso cromosómico a un error durante la primera división meiótica (aquella en que los gametos – óvulos o espermatozoides – pierden la mitad de sus cromosomas). No se conocen, con exactitud, las causas que originan este error, aunque estudios estadísticos establecen la edad de la madre como posible causa del síndrome, debido, según se cree, al deterioro del material genético de la madre con el paso del tiempo.

Para completar estas notas sobre los cromosomas, diremos que el conjunto de ellos en un ser constituye el genoma de ese ser. Pues bien, recientemente ha sido descifrado en su totalidad el genoma humano. Su contenido en genes[7] se eleva a la cifra de 44.952 en el hombre y 45.805 en la mujer, puesto que el cromosoma X tiene 953 genes más que el cromosoma Y.

En este tema se ha tratado sobre la vida y el código genético, en el que está el origen de la vida. Voy a intentar, en un breve escrito, poner de manifiesto lo complejo que sería crear un código genético.


9.- Creación de un código genético

9.1.- Preámbulo

El título de este tema parece muy petulante. Si, es verdad, pero me he decidido por él precisamente por lo llamativo. ¿Cómo voy, yo, a intentar crear un código genético con la complejidad que ello conlleva?, yo, que me considero un ser insignificante; sólo el intentarlo es lo que sería una petulancia, sería tanto como pretender asemejarme al Creador de ese código. Lo que realmente pretendo es seguir los pasos, desde mi punto de vista humano, que tuvo que seguir el diseñador de ese código. Aunque, por otra parte, agregaré, por estar convencido de ello, que las realizaciones de ese Creador - Inteligencia Absoluta - no siguen pasos ni necesitan diseños; todas sus creaciones son el resultado de la expresión de su voluntad.

El código genético ya ha sido mencionado con más o menos detalle en varios de los escritos anteriores, pero aquí pretendo exponer algunas de las dificultades más destacadas que habría encontrado aquel que hubiera pretendido diseñar un sistema semejante. Dificultades que no tuvo la Naturaleza, ni en este caso ni en ninguna otra de sus realizaciones. Para ello voy a seguir, no su pasos, que son inescrutables, sino lo que he considerado más destacable con el fin de mostrar las dificultades presentadas y las soluciones y decisiones tomadas para alcanzar el fin que nos proponemos.

9.2.- Crear un proyecto

Con este preámbulo, comenzaremos con nuestro tema. Lo primero que se necesita es crear un proyecto, ¡pero qué proyecto!; ha de ser universal, ha de poder aplicarse, sin distinción, a todos los seres vivos, animales y plantas, y, lo más probable, a todo el Universo. Pero además, este proyecto ha de ser compatible con los sistemas metabólicos que intervienen en los procesos vitales de la diversidad de organismos

Como el código ya está creado y funciona, no hay por que inventar nada, vamos a describirlo solamente, con algunos comentarios aclaratorios. En primer lugar, tengo que decir que en la Naturaleza existen decenas de miles de millones de tipos de moléculas orgánicas, sin embargo, en las actividades esenciales de la vida sólo se utilizan menos de un centenar de ellas, las mismas estructuras se utilizan una y otra vez de modo reiterativo, conservador e ingenioso par llevar a cabo funciones diferentes. (Ya hemos realizado un primer progreso. Se ha conseguido seleccionar de entre los millares de moléculas orgánicas las más idóneos y precisas para alcanzar nuestro objetivo, se ha logrado, así, una simplificación de medios, muy importante a la hora de precisar de ellos).

9.3.- Elección de aminoácidos

Los aminoácidos son los componentes que integran las proteínas. Los aminoácidos son moléculas, no tienen vida, pero combinados forman las proteínas que constituyen los sillares de la vida. Con el código genético se pretende lograr un dispositivo capaz de sintetizar los aminoácidos que, con posterioridad, serán seleccionados por un segmento de ARN que porta la información adecuada para ello, y serán enlazados de forma magistral en forma de cadenas, conocidas con el nombre de polímeros, por un orgánulo del citoplasma de la célula denominado ribosoma, así, cada cadena formará una proteína, que como hemos dicho, son las encargadas de canalizar la actividad de la máquina química de todos los organismos.

El número de aminoácidos distintos que pueden existir es enorme, pero la Naturaleza solo ha elegido 20 para constituir las proteínas. No sabemos por que la Naturaleza ha seleccionado, tan solo, este conjunto de aminoácidos, pero al igual que hizo con los millares de moléculas orgánicas, habrá imperado el criterio de simplicidad, seleccionando los más idóneos y sólo los precisos.

Todas las proteínas de todos los seres vivos de la Tierra, plantas y animales, constituyen permutaciones y combinaciones de estos veinte aminoácidos distintos. Por otro lado, estos aminoácidos son como un alfabeto de veinte caracteres para formar proteínas, y son los bastantes para construir proteínas distintas más que suficientes para cubrir las necesidades que precisan los organismos vivos, al igual que sucede con los veintinueve caracteres, las veintinueve letras de nuestro alfabeto, con los que podemos obtener infinidad de libros.

9.4.- Creación del código genético

En un organismo, todo proceso molecular precisa de un consumo de energía, no nos preocuparemos de este detalle; pues, no faltaba más, la Naturaleza ya lo tiene solventado. Para la creación del ADN, lo primero que necesitamos es tener un dominio completo de la complicada química orgánica o química del carbono, que nos facilitará la formulación de las múltiples combinaciones químicas que este proceso conlleva. En la Naturaleza existe una gran variedad de nucleótidos, pero, para la formación del Código Genético, la Naturaleza, como en ocasiones anteriores, sólo ha seleccionado los necesarios; cinco: guanina, adenina, citosina, tinina y uracilo.(cada uno es designado por su inicial). En el ADN se utilizan los cuatro primeros, y en el ARN la tinina se sustituye por el uracilo.

Como sabemos, el ADN es una hélice doble con dos hileras de nucleótidos unidos por puentes de hidrógeno, puentes que se pueden romper y enlazar fácilmente, no son como los enlaces covalentes. La secuencia y ordenación de los nucleótidos constituye el libro de la vida. Los nucleótidos de cada hilo se unen entre ellos de dos en dos, los pares que se unen siempre son los mismos. Para cada hilo de ADN son: A – T, G – C, T – A, C – G. Estos pares de uniones, a su vez, se reagrupan por tripletes o “codones” para formar el lenguaje de la vida. Cada triplete, en uno de los hilos esta formado por tres de los aminoácidos A, G, T, y C, y en el otro por sus complementarios, T, C, A y G. Cada triplete es como una “palabra” del alfabeto genético, que define a un aminoácido.

Si cada triplete define a un aminoácido precisaríamos, por lo menos, 20 tripletes distintos puesto que son veinte los aminoácidos que debemos seleccionar. Veamos como la Naturaleza se las apaña, parece como si hubiera hecho uso de las matemáticas para dar solución a este problema. Repetiré, en primer lugar, que como en todas sus actuaciones la Naturaleza, siempre va en busca de la simplicidad. Si en vez de tripletes hubiéramos reagrupado los nucleótidos en asociaciones binarias, las combinaciones posibles hubieran sido 4 elevado á 2 = 16, que no son suficientes para determinar a cada uno de los 20 aminoácidos, por lo que nos vemos obligados, como hizo la Naturaleza, a reagruparlos en tripletes, así, el número de palabras posibles es 4 elevado á 3 = 64. Es verdad que sobran (64 – 20 = 44 palabras), pero no hay otra solución, forzosamente tenemos que elegir la unión en tripletes. No obstante, la Naturaleza, como no desaprovecha nada, saca partido a esto y en el código genético repite, para completar los 64 codones, algunas palabras para identificar al mismo aminoácido (curiosamente los aminoácidos que figuran más repetidos corresponden a las proteínas que se manejan más frecuentemente), de nuevo, (¡qué sabia Naturaleza!), y, además, tres palabras, (UAA), (UAG) y (UGA) se utilizan como señal de paro y una palabra (AUG), codifica el aminoácido, metionina, en el ADN, y comienzo en el ARN. (Tanto las palabras paro como la palabra comienzo se emplean como si fueran signos de puntuación del lenguaje que se utiliza en los procesos de creación de proteínas que tienen lugar en los ribosomas del citoplasma de la célula). Esto que parece tan sencillo, no termina aquí, porque si consideramos el genoma humano (ADN), conjunto de todos los genes (un gen es un grupo de nucleótidos que codifica una determinada proteína), por su complejidad y magnitud, como vamos a ver, generaría un sin fin de problemas. El genoma humano que, por cierto, ha sido descifrado recientemente en su totalidad, está formado por 45.805 genes, integrados en 23 pares de cromosomas y todo ello empaquetado, como una obra maestra de empaquetamiento, en el núcleo de la célula, núcleo que, supuesto esférico, tiene un diámetro 4000 veces más pequeño que la longitud del ADN estirado. Al meditar sobre lo anterior, es como si me situara, si se me permite el símil, ante el problema irresoluble que me habría supuesto tener que empaquetar, en tan pequeño espacio, esta enorme cantidad de genes, si, como insinúo al principio, hubiera intentado, yo, crear el código genético. Por el contrario, y esto no es un símil, ¡la Naturaleza lo tenía todo previsto y solucionado desde el principio!

Pero aún no hemos terminado. Con lo expuesto hasta aquí se ha creado el código genético, ¡pero hay que llevarlo a la práctica! Es como el proyecto de un edificio que diseña un arquitecto, ¡su fin es ejecutarlo! Tanto en un caso como en el otro, la ejecución del proyecto conlleva una serie de situaciones complicadas que también hay que solucionar. Por lo que respecta a nuestro proyecto, hay situaciones muy complejas, como, por ejemplo, el desdoblamiento del ADN, en el gen exacto, para crear el ARN mensajero, la salida de éste último al citoplasma para que dirija, con la información que le ha transferido el ADN, la creación de una proteína específica, (sin olvidar el ordenado empaquetamiento del ADN una vez cumplida su misión). A esto tenemos que añadir la función de los ARN de transferencia, formados del ARN mensajero, y que son los encargados de seleccionar los aminoácidos que bullen en el citoplasma de la célula y transportarlos al ribosoma que, dirigido por el ARN mensajero, está trabajando en el ensamblaje de una proteína con los aminoácidos que aportan los ARN de transferencia. Situaciones de complejidad parecidas, citadas en el tema La vida (I), que no voy a repetir, pero, si decir, que ponen de manifiesto la complejidad de éste y de otros muchos procesos, así como la necesidad de una creatividad para encontrar la solución más acertada a cada una de las dificultades que puedan presentarse en cada uno de ellos. Esto me hace pensar, como en otras ocasiones parecidas, si los distintos proyectos habrá sido realizado por azar y necesidad o serán consecuencia de la acción de una inteligencia diseñadora. Tu, lector ¿qué opinas?

[1] Aunque el tamaño del átomo, de acuerdo con los conocimientos actuales, no es un concepto bien definido, diremos que está comprendido entre 1y 2 Angstrom (un Angstrom es la cien millonésima parte del centímetro)
[2] Ontogenia es el desarrollo del individuo a lo largo de su vida.
[3] Muy aproximadamente, un centenar o millar de billones.
[4] Reproducción sexual; unión de los gametos masculino y femenino.
[5] Rotíferos.-Microorganismos que habitan en aguas dulces y tierras húmedas.
[6] El teóloco alemán Wolfhart Pannenberg ha sugerido que existe un campo físico todavía no descubierto, un campo que está en todo y que puede ser el causante trascendente de la vida. Esta fuerza podría identificarse con la que Teilhard, en su libro, El fenómeno humano, denominó la “energía radial”.
[7] Un gen es la unidad básica de herencia de los seres vivos, y está constituido por una porción de un cromosoma, o secuencia de ADN, que contiene la información precisa para la síntesis de una proteína.

BIBLIOGRAFÍA.

Magulis, L. y Sagan, D. (2008). Microcosmos, (Piqueras, M. Trad.) (3ª ed.). Barcelona: Ed. Tusquets. (trabajo original publicado en 1986).

Schrödinger, E. (1988). ¿Qué es la vida?, (Guerrero, R. Trad.) (3ª Ed.). Barcelona: Ed. Tusquets. (trabajo original publicado en 1944).