BIOLOGIA CUANTICA

BIOLOGIA CUANTICA

LA VIDA

¿Cómo empezó la vida?, ¿cuál es el origen de la vida? Pregunta difícil de resolver donde las haya, si es que algún día se resuelve. Según muchas teorías, el origen de la vida pudo tener lugar a partir de la materia inerte, obviamente de compuestos orgánicos. La abiogénesis se refiere al proceso natural del paso de la materia inerte a la materia viva y debió ocurrir en el período comprendido entre 3.800 y 4.300 millones de años atrás. Los filósofos presocráticos ya proponían que el origen de la vida no era sobrenatural. La doctrina epicúrea también anticipaba una especie de selección natural. Todas estas propuestas de origen no divino influyeron a los filósofos del renacimiento. El lector interesado puede acudir a las obras clásicas de la filosofía para profundizar más sobre el desarrollo de todas estas fecundas ideas, muy avanzadas, para su época. Ya, en el terreno científico, la evolución de las teorías sobre el origen de la vida es apasionante y muy extensa. Aquí, mi intención es únicamente exponer a muy grandes rasgos esa evolución.

Darwin especuló sobre la aparición de la materia viva, que podría proceder incluso de la materia inorgánica, y sobre la teoría de la generación espontánea que afirma que el origen de la vida proviene de la materia inerte no era tan improbable; obviamente, su significado era bien distinto a lo defendido por Aristóteles. La hipótesis de la generación espontánea no fue aceptada por F. Redi al mostrar que los gusanos que eran detectados en la carne provenían de las larvas de las moscas, y que no aparecían si se protegía la carne con una malla fina. La aparición espontánea de los microorganismos que descomponían la materia orgánica fue más difícil de refutar. L. Spallanzani realizó una serie de experimentos que demostraron que la presencia de los microorganismos puede evitarse si los medios en donde proliferan son previamente hervidos y se mantienen cerrados herméticamente. La estocada final a la teoría de la generación espontánea vino de la mano de Pasteur (al que se considera padre de la microbiología) cuando, alrededor de 1860, demostró que todo proceso de fermentación y descomposición de la materia orgánica se debe a la acción de microorganismos. Más aún, propuso un método para eliminar los microorganismos que pueden degradar el vino, la cerveza o la leche, conocido como pasteurización y ampliamente utilizado por la industria alimentaria. Quedó bien establecido que todo ser vivo procedía de otro ser vivo a través de la famosa frase omne vivum ex vivo (o ex ovo). Esta frase puede ser la definición de lo que se conoce como biogénesis, teoría que mantiene que todo ser vivo proviene de otro ser vivo ya existente y contraria, por tanto, a la abiogénesis.

Paralelamente, a principios del siglo XIX, se creía que los compuestos orgánicos relacionados con la vida poseían una fuerza vital (fuerza que no tenía nada que ver con la que estudiaba la Física) que los hacía distintos de los compuestos inorgánicos. De hecho, se consideraba que sería imposible sintetizar en el laboratorio un compuesto orgánico a partir de compuestos inorgánicos, ya que solo podían ser generadas por los seres vivos en presencia siempre de esa fuerza vital. Berzelius fue uno de los máximos exponentes de la teoría vitalista. Curiosamente, un discípulo de él, F. Wöhler, que no estaba convencido de esa teoría, sintetizó la urea, sustancia también llamada carbamida que aparece en la orina humana y de muchos animales, en el laboratorio. Este experimento no solo dejó sin efecto la teoría vitalista, sino que abrió el camino a la síntesis de muchos compuestos orgánicos, como queda recogido en el libro de M. P. E. Berthelot; en particular, de aquellos que se encuentran en la célula. El éxito de las síntesis realizadas en química orgánica quizás eclipsó por un tiempo las implicaciones de estos trabajos sobre el origen de la vida.

Mientras tenía lugar la disputa a favor o en contra de la teoría vitalista, H. Richte acuñó el término panspermia para proponer una teoría donde la vida en la Tierra pudiera haberse originado a partir de cuerpos provenientes del espacio exterior (cometas, asteroides y polvo cósmico). La teoría de la panspermia fue impulsada con énfasis por S. A. Arrhenius y Hoyle. Parece ser que esta teoría recupera una vieja idea del filósofo griego Anaxágoras en el siglo VI a. C.

Volviendo a la abiogénesis, debido al aumento en el conocimiento de la catálisis enzimática, a principios del siglo XX, empieza a haber teorías que postulan que el primer organismo debió de ser autótrofo, es decir, un organismo capaz de sintetizar todas las sustancias esenciales para su metabolismo a partir de sustancias inorgánicas y, por tanto, no necesitaba de otros seres vivos; las plantas y las bacterias son autótrofas, pero su mecanismo está basado en la fotosíntesis o la quimiosíntesis, respectivamente, como fuente de energía. L. L. Troland propuso que el primer organismo vivo debió ser una enzima autoreplicante y supone el primer precedente del mundo del ARN. Posteriormente, T. H. Morgan, en un intento de corregir a Troland, matizó que esa enzima debió ser un gen o un conjunto de genes. Otros autores, viendo la complejidad de la nutrición autótrofa, en la segunda década del siglo XX, proponen un origen heterótrofo y en fuentes hidrotermales.

En la misma época, A. Oparin y Haldane, parece ser que independientemente, propusieron que la atmósfera de la tierra primitiva era rica en hidrógeno, metano y vapor de agua que, al exponerse a los rayos, radiación solar o calor volcánico, podría crear una mezcla de compuestos orgánicos simples. Estos compuestos se irían acumulando y haciéndose más complejos en los océanos, como en una sopa orgánica diluida (sopa prebiótica) que, después de millones de años, produciría una molécula nueva con una propiedad excepcional: la habilidad de reproducirse ella misma. Este mecanismo se denominó biopoesis y el origen sería heterótrofo. La atmósfera primitiva sería altamente reductora ya que, como se sabía, el oxígeno procedía de la actividad biológica. En el proceso de replicarse podría haber muchos errores o mutaciones y, siguiendo la selección natural de Darwin, predominarían las moléculas más adaptadas. Algunas de ellas podrían reproducirse siguiendo reacciones químicas catalizadas por enzimas, o incluso buscar el abrigo en pequeñas vesículas (saquitos de fluido o aire), facilitando los procesos metabólicos y la generación de biomoléculas. A esta teoría le faltaba la confirmación experimental.

En los años cincuenta del siglo pasado, H. C. Urey y S. Miller simularon lo que podría ser la atmósfera primordial en un recipiente con agua y gases como vapor de agua, metano, hidrógeno y amoniaco. Esta mezcla fue expuesta a descargas eléctricas y, sorprendentemente, al cabo de una semana el recipiente contenía cantidades significativas de aminoácidos que, como sabemos, son los ladrillos de las proteínas, los átomos biológicos. Este experimento supuso todo un hito en biología. Se asumió después que la polimerización para formar proteínas sería el siguiente paso. A pesar de repetirse el experimento en diferentes condiciones por muchos laboratorios de todo el mundo, y de observarse los 20 aminoácidos básicos, más de los que Urey y Miller detectaron, la molécula primigenia capaz de reproducirse no se ha conseguido obtener. Curiosamente, Urey cedió el protagonismo a Miller y este publicó como único autor el trabajo, unas semanas después de que Crick y Watson dieran a conocer la estructura del ADN. Urey ya había recibido el premio Nobel de química en 1934.

Faltaba una pieza aún por encajar: la existencia de los biopolímeros que están presentes en todos los organismos vivos. S. W. Fox y su equipo, en una serie de experimentos, consiguieron la polimerización a través de distintos polipéptidos que recordaban a las proteínas. El español J. Oró consiguió sintetizar la adenina en condiciones que se suponía que existían en la tierra primitiva, partiendo del ácido cianhídrico, una de las sustancias más venenosas conocidas. Estos estudios fueron motivados por el premio Nobel S. Ochoa que, junto M. Grunberg-Manago, aisló la enzima que cataliza la síntesis del ARN llamada polinucleótido-fosforilasa. Esto desencadenó la preparación de polinucleótidos sintéticos. Su discípulo, A. Kornberg, que compartió el premio Nobel con Ochoa, también demostró que el ADN se sintetizaba mediante su polimerasa. Esta enzima permite la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), generando un gran número de copias de un fragmento de ADN.

Hoy en día, el organismo más básico capaz de reproducirse es la bacteria denominada micoplasma que posee tan solo 500 genes y es un parásito. La siguiente más simple es la cianobacteria, con unos 2.000 genes, que podría vivir independientemente. Se piensa que estos organismos vivos son muy complicados para haberse obtenido por puro azar. Se debería buscar organismos más simples.

La geología también tiene que aportar su granito de arena a este gran interrogante. El carbono tiene dos isótopos bien conocidos, 12C y 13C. La abundancia relativa de estos isótopos es estable en la atmósfera. En la fotosíntesis, el CO2 se incorpora para obtener moléculas orgánicas siendo, en los sistemas biológicos, el isótopo preferido, el más ligero, 12C. El otro isótopo es el que enriquece las rocas carbonatadas. Estas firmas isotópicas se preservan en los sedimentos e indican claramente una actividad biológica temprana.

El ARN es un ADN más simple, con una única hebra helicoidal. La información genética también se escribe con cuatro letras y son capaces de formar genomas, por ejemplo, el de muchos virus. No obstante, en las células de las bacterias, las plantas o los animales, el código genético escrito en el ADN es primero copiado en el ARN, que se lee y traduce en las secuencias de aminoácidos en las proteínas; por tanto, esta molécula es un intermediario necesario entre el código genético del ADN y las proteínas que deben formarse.

Pero la pregunta inmediata es: ¿qué vino primero, el huevo o la gallina? Se han encontrado unas moléculas tipo ARN, las ribozimas, que son capaces de actuar como enzimas y catalizar reacciones químicas; fueron halladas en organismos vivos unicelulares. La hipótesis del ARN consiste en que es capaz de actuar como gen y enzima y, por tanto, podría formar su propio genoma y hacer copias de sí mismo (protocélulas cuánticas). Esto parece ser un «dogma» sobre el origen de la vida hoy en día. De todas formas, aún no está claro cómo se consiguió esa molécula de ARN. ¿Azar?, no se sabe. Más aún, nadie en el laboratorio ha sido capaz de llegar hasta ahí. Uno puede pensar que reproducirse no es tan difícil como se puede imaginar… o sí. Pensemos en los virus informáticos, una auténtica pesadilla para los usuarios de ordenadores.

De todas formas, hay que dar con esa «molécula autorreplicante» o con el «autorreplicante» a secas. Hoy en día se está especulando que un camino cuántico podría estar detrás del origen de la vida junto con el efecto túnel. A lo mejor la reproducción podría venir por la vía no clásica. Una superposición de estados de una protoenzima podría explicar la facilidad de encontrar de entre todas las posibilidades o alternativas, la necesaria para la replicación. Clásicamente, se requeriría un tiempo infinito, pero no así cuánticamente; como un ordenador cuántico que es más potente y eficaz que uno clásico. La idea de que un proceso cuántico pueda ser más eficaz que uno clásico es una especulación muy plausible.

Hay grupos de investigación internacionales que están desarrollando actualmente lo que se denomina biología sintética, que intentan imitar los organismos vivos existente. Otros se centran en el origen químico de la biología molecular. Es un campo de impresionante actividad que en un futuro nos deparará, sin lugar a dudas, resultados sorprendentes.

LA MENTE

Quizás los primeros indicios de que la especie humana era algo más que carne y huesos se remontan a las cuevas donde se ha encontrado arte rupestre o prehistórico: dibujos de animales tan variados como bisontes, mamuts, leones y un largo etcétera. Para nuestros estándares, estos dibujos son muy simples, pero lo que más llama la atención es que el artista plasmaba no solo objetos, sino algo más fundamental: ideas. Esto nos lleva inmediatamente a concluir que los individuos pensaban los lugares donde vivían; en otras palabras, eran conscientes del mundo que les rodeaba y, por tanto, tenían mente. No pretendo aquí tratar un tema muy delicado y difícil que ha dejado y deja perplejas a las mentes más profundas. No quiero definir la mente ni la consciencia, solo quiero considerar y exponer ideas simples y estimular al lector, en la medida de lo posible, a que indague más por su cuenta. Cuándo y cómo se dio este salto quizás tardemos mucho aún en saberlo o quizás nos aproximemos mucho pero nunca lo sepamos. No lo sé. Lo desconocido nos atrae y es el mejor motor para seguir investigando.

El instinto de supervivencia de los animales es quizás un nivel muy básico de consciencia. Según los dueños de los animales domésticos, con sus gestos y actitudes parece que hablan; mejor dicho, no les hace falta hablar. Nosotros también poseemos el mismo instinto, pero este no nos impide morir por un ideal, por alguien, e incluso quitarnos nuestra propia vida o autodestruirnos. Obviamente, nos situamos en un nivel superior. Intentamos entender el mundo que nos rodea para sacar provecho de él mostrando actitudes más o menos éticas. No nos vemos como autómatas, ya que somos conscientes de nosotros mismos y de nuestros congéneres. No obstante, al mismo tiempo, acciones rutinarias como caminar o ir en bicicleta podemos realizarlas de una forma inconsciente. Tenemos ideas, pensamos, solucionamos problemas, incluso los creamos y nos perjudicamos. Amamos, lloramos, nos alegramos, etc. En resumidas cuentas, somos un cóctel de emociones y sentimientos difícil de entender. Nuestra maquinaria central, que controla, en la medida de lo posible, este cóctel, a veces explosivo, es el cerebro. Un gran desconocido.

La primera pregunta que se nos viene al cerebro (valga la redundancia) es ¿cómo es posible gestionar todo, absolutamente todo, en un espacio tan reducido y un órgano tan pequeño? Si uno mira hacia atrás, bien hacia atrás, desde los hombres de las cavernas hasta ahora, el recorrido de las ideas y los sentimientos ha evolucionado enormemente de forma más o menos continua. Hablar de cuerpo y mente/consciencia (y alma, según la religión) es muy peligroso, porque las ideas y los sentimientos tienen un reflejo directo sobre nuestro cuerpo (somatización) y viceversa (¿psiquización?). Se dice que el cuerpo habla cuando la mente calla. Creo que tal afirmación no es del todo acertada. La mente y el cuerpo hablan al unísono, no callan nunca. Nuestra conducta y la gestión de la información que manejamos como personas son problemas muy complejos que requieren a veces simplificar para poder abordarlos. De ahí la famosa dicotomía cuerpo-mente. Deberíamos idear una palabra que contuviera las dos al mismo tiempo, ya que no se pueden separar. Esta es la razón por la cual, cada vez más, se habla de inteligencia emocional. Toda inteligencia es emocional y, viceversa, toda emoción es inteligencia. En otras palabras, cuerpo y mente son una y la misma cosa, o las dos caras de una moneda, o un concepto dual. ¿Nos recuerda esto al oxímoron de la mecánica cuántica?

Todas las vivencias que tenemos a lo largo de nuestra vida, nuestra memoria, nuestros temores, nuestros deseos, etc., quedan claramente «escritos» químicamente en nuestro cerebro. Todos hemos pensado, alguna vez, cuando se habla de trasplante de órganos, en la posibilidad de trasplantar el cerebro de una persona a otra. No me imagino, una vez superada la fase de rechazo, si se llega a ello, cómo se podría vivir, no en el cuerpo de otro, sino con el cerebro de otro dentro de mi cuerpo. Da miedo imaginarlo.

Si nos centramos en el cerebro, lo primero que se nos viene a la mente son las células nerviosas o neuronas y las sinapsis o sus conexiones entre ellas. La neurología o neurobiología está dando pasos de gigante para intentar entender los complejos mecanismos de conexiones entre las neuronas. Podríamos ver las neuronas como una puerta lógica de una computadora. El cerebro, por tanto, podría verse como una especie de ordenador que tiene consciencia. Esta teoría es conocida como teoría computacional del cerebro. Pero recordemos que cualquier ordenador, por potente que sea, no posee consciencia, al menos hasta ahora. En este punto debemos mencionar a R. Penrose, que en 1989 publicaba su libro "La nueva mente del emperador", donde postuló que la mente humana es como un ordenador cuántico. Las propiedades fundamentales de un ordenador cuántico son superposición, entrelazamiento y coherencia. Pero también sabemos que la coherencia es muy frágil y se pierde cuando los átomos que forman el ordenador cuántico están en un entorno; de ahí, las condiciones tan extremas en las que se debe construir y hacer funcionar uno de esos ordenadores. Cuantos más átomos forman el ordenador cuántico, más complicado es mantener la coherencia y el entrelazamiento entre ellos. La pregunta del millón es: si la hipótesis de Penrose fuera cierta, ¿cómo se puede mantener la coherencia cuántica en el cerebro? En su libro posterior junto a S. Hameroff, titulado "Las sombras de la mente", propusieron que unas estructuras llamadas microtúbulos (un túbulo es una estructura pequeña en forma de tubo) encontradas en las neuronas eran los qubits del cerebro cuántico. Estos microtúbulos son largas cadenas de una proteína llamada tubulina. A día de hoy, la mayoría de los neurobiólogos son muy escépticos ante tal propuesta, ya que esos microtúbulos no juegan ningún papel esencial en el proceso de la información neuronal. Más aún, no pueden jugar el papel de un qubit porque son grandes en tamaño y bastante complicados. A raíz de esta propuesta, se ha empezado a hablar de neurología cuántica.

Sin embargo, otra vía posible para que la mecánica cuántica entre en juego está en los canales iónicos. Son del orden de un nanómetro de longitud y la mitad de esa longitud de ancho. Los iones de Na+ tienen que pasar uno a uno. El mecanismo es muy efectivo, el transporte es muy rápido y es altamente selectivo. Los iones están muy deslocalizados porque pueden verse también como ondas y los mecanismos cuánticos pueden hacer que el transporte sea muy rápido. En otras palabras, los canales iónicos podrían mantener la coherencia y podrían estar entrelazados con otros. Es una especulación, quizás no muy plausible. Otra alternativa es el voltaje que se crea con los potenciales de acción. Si hay voltaje, hay campo electromagnético. Este campo podría interaccionar con los canales iónicos manteniendo la coherencia requerida.

La resonancia estocástica podría favorecer ciertos procesos. Equipos de investigación españoles han estudiado este fenómeno como el responsable de la «coherencia estocástica» en el cerebro. Las neuronas del cerebro parecen no seguir un patrón de comportamiento ordenado y raramente la actividad de una neurona individual muestra regularidad en sus impulsos. Estos grupos han apuntado como responsable al llamado «ruido de fondo», es decir, el conjunto de señales aleatorias que se dan habitualmente en cualquier sistema y que son normalmente consideradas como indeseables. Por ejemplo, en el sueño, si una respuesta neuronal depende de que la magnitud de la señal alcance cierto umbral, el ruido de fondo puede ayudar a la señal a superar el umbral necesario que dará lugar a la respuesta, hablando por primera vez de esta coherencia estocástica en el cerebro. Parece ser que hay un nivel de ruido que es óptimo para alcanzar la máxima regularidad, a partir del cual el ruido domina sobre el orden. Otra alternativa es que el «ruidoso» interior de las células vivas puede favorecer la dinámica cuántica y, por tanto, la coherencia en ciertas condiciones favorables. Muchos estudios actuales van en esa dirección y se presentan muy prometedores.

Se habla incluso de que la biología cuántica puede ser la vía adecuada para crear una tecnología «viva». Esto ya existe si nos paramos a pensar en lo que ocurre en la agricultura para producir comida. El poder de las enzimas y, en general, de la biotecnología y la farmacología está todavía por desarrollarse plenamente. Cada vez más, tendremos que añadir el prefijo «bío» a muchos nuevos productos. Incluso se habla de arquitectura biométrica, cuando los edificios puedan estar formados por células vivas que sean capaces de mantenerse vivas, autorepararse y autoreplicarse. En el mundo de la medicina, las prótesis tienen un futuro muy prometedor; nos alegramos del advenimiento de las impresoras 3D para obtener copias exactas del algún hueso o cualquier órgano, pero, sin lugar a dudas, la revolución está aún por llegar cuando se aplique ampliamente la biotecnología en todos sus campos.

En esa navegación a escala atómica y molecular, tenemos que tener presente la frase de Feynman: «What I cannot create, I do not understand [Lo que no puedo crear, no lo entiendo]». Y esa es la clave. Si no somos capaces de crear vida desde cero y, ya no hablemos de vida inteligente, no comprenderemos nada totalmente y seguiremos estando ciegos. Pero estamos en la dirección correcta, eso esperamos.

HACIA UNA DISTELEOLOGIA CUANTICA

La teleología (campo de la metafísica que estudia los fines o propósitos de algún objeto o ser) quiere responder a las preguntas: ¿existe una causa final de las cosas?; en particular, la existencia de la vida, ¿tiene una causa final o telos? Mucho se ha escrito sobre este tema. La primera pregunta que se plantea uno mismo es si la aparición y evolución del Universo, la vida y la mente tienen un fin, un objetivo y responden a un proyecto. En otras palabras, si todo esto está diseñado por alguna mente preclara siguiendo un «diseño inteligente» con un «objetivo final». Desde todos los puntos de vista, la vida es muy, muy complicada, como indica cualquier campo del conocimiento. La inquietud de la persona religiosa puede ser si todas las maravillas y calamidades existentes en la vida no sirven de nada y esta es un sinsentido. Para los no creyentes, la preocupación será si vale la pena vivir en condiciones difíciles. No es mi intención polemizar sobre las corrientes creacionistas y evolucionistas, aunque yo personalmente descarte las primeras.

En 1970, J. L. Monod, en su libro "El azar y la necesidad", utilizó el término teleonómico para aceptar el reconocimiento de un propósito o proyecto en biología dentro del marco de la evolución sin apelar a una causa final. La naturaleza es objetiva y no proyectiva. En un momento escribe que «el hombre por fin se sabe solo en la inmensidad insensible del Universo, de la que ha surgido solo por casualidad. Su destino no está escrito en ninguna parte, ni es su deber. El reino de lo anterior o la oscuridad de lo posterior; esta es su elección». La probabilidad de la vida es nula porque es un hecho único e irrepetible. Se mostró contrario a las teorías vitalistas y, desde luego, marcó una época y tendencia sobre el ateísmo a partir de la publicación de su libro. Lógicamente, entra en colisión con lo que se conoce como el diseño inteligente que puede verse como una teoría no científica a favor de la existencia de Dios. De alguna forma, se sugiere que debe haber una causa inteligente, un diseño y un diseñador detrás del proceso de la evolución.

S. Pinker, en su libro "Los ángeles que llevamos dentro", mantiene que la humanidad dio un gran salto adelante cuando aceptó que gran parte de las desgracias que nos llegan no tenían detrás la voluntad de un Dios enojado con nosotros o a la magia negra. Shit happens, o así es la vida o son cosas que pasan, es uno de los pilares de nuestra civilización. Este pensamiento va en contra tanto del creacionismo como de los «conspiranoicos», que piensan siempre en alguna teoría de la conspiración. Esas formas de pensar son obviamente más fáciles de digerir, pero van claramente en contra de la teoría de la evolución. El tener una mentalidad basada en la conspiración conlleva a que detrás de lo que sucede en el mundo (atentados, desastres naturales, accidentes, etc.) siempre haya varias mentes pensantes con una intención clara.

Más recientemente, S. Hawking y L. Mlodinow, en su libro "El gran diseño", publicado en 2010, sostienen que la invocación a Dios no es necesaria para explicar el origen del Universo y que todo es consecuencia de las leyes científicas de la Física. Introducen un matiz muy importante, en este contexto, al hablar de un realismo dependiendo del modelo para zanjar el debate ontológico entre idealismo y realismo. Quizás el modelo que plantean no es el real pero sí que se ajusta mucho a las observaciones y predicciones de la teoría actual vigente, la cual está sujeta a varias o muchas interpretaciones. Esto lleva a la existencia de múltiples verdades y no tiene sentido hablar de la verdadera realidad o única verdad. Recordemos aquí a Aristóteles cuando decía que la única verdad es la realidad.

Para explicar el origen del Universo, Hawking y Mlodinow se basan en la conocida como teoría M o teoría del todo, donde se unifican las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. Esta teoría fue inicialmente planteada por E. Witten y combinaba las teorías de supercuerdas y supergravedad en once dimensiones, pero no está aceptada por toda la comunidad de físicos, pues no existen pruebas empíricas a su favor y es difícil verificarla dadas las energías requeridas, aparte de contener problemas matemáticos no resueltos todavía. Una crítica que se puede hacer a estos autores es que precisamente se basan en una teoría que no puede verificarse experimentalmente, al menos por el momento. Pero esto nos lleva al famoso principio de falsabilidad de K. Popper que afirma que ninguna teoría es absolutamente verdadera, sino, a lo sumo, no refutada.

Una vez el Universo se puso en marcha, se debe presuponer que el resto, es decir, la vida y la mente, son consecuencia directa de las leyes físicoquímicas. Estas leyes empiezan a actuar, como ya hemos dicho, de una manera inexorable. ¿Las leyes pueden ser vistas como la causa final, el proyecto? Al originarse el Universo (o Universos), las leyes se establecieron por el propio Universo (o Universos). Esas leyes requieren de un marco teórico de referencia y de modelos e interpretaciones. En este sentido, hay un principio filosófico que es ampliamente aceptado y se conoce como la navaja de Ockham o principio de economía: en igualdad de condiciones, la explicación/interpretación más sencilla suele ser la más probable (pero no necesariamente la verdadera, algunas veces). Este principio sirve de guía en la ciencia para el desarrollo de los modelos teóricos.

Por otra parte, si la mecánica cuántica (sin considerar la teoría de la relatividad general) es el cimiento o fundamento de la realidad física, y hay problemas muy serios sobre las diferentes ontologías planteadas en esta disciplina, tenemos que reivindicar quizás el realismo dependiendo de la ontología, no del modelo; al menos para los que aceptan una realidad subyacente, que no es ampliamente aceptada por la comunidad científica que piensa en lo contrario y, por tanto, la cuestiona o incluso la niega.

Ya, para finalizar, con los conocimientos que tenemos actualmente y quizás en un futuro, uno también puede pensar: la pregunta que se plantea la teleología, ¿qué tipo de respuesta tiene? Acercándonos al mundo microscópico, se puede uno inclinar hacia la disteleología. Pero resulta que el mundo macroscópico es un reflejo del microscópico; por tanto, la respuesta debería ser también extrapolable. No cabe ninguna duda que el desarrollo de la filosofía (y cualquiera de sus ramas) está íntimamente relacionado con el contexto histórico y con el avance del conocimiento. Los avances científicos hacen que los filósofos vayan añadiendo matices muy importantes a las respuestas de las eternas preguntas de la vida; es decir, nuestras respuestas se convierten en preguntas de nuevo. Obviamente, esos matices son mucho más ricos y sutiles cuanto más conocimiento de todos los campos del saber vamos adquiriendo y procesando. Pero, al mismo tiempo, nuestra vida es limitada, y nos iremos de aquí con pocas respuestas y con un saco de preguntas. No obstante, lo que importa es el acervo de la humanidad, que va creciendo constantemente.

El campo de la biología cuántica está en sus inicios. Queda un camino muy largo por recorrer, que, como decía anteriormente, seguro que un camino sin fin. Una historia interminable de nuevo. Como en todo campo del conocimiento, los límites no existen. Un viaje apasionante y estimulante cuyo único destino es el camino de la investigación. Indudablemente, se ha avanzado y se avanzará.

El origen (cuántico) de la vida nos fascina, pero también es un terreno abonado a la especulación fácil. Hay hipótesis que se pueden desmontar en un relativo corto espacio de tiempo, pero otras veces hace falta mucha paciencia, tiempo e investigación para derribarlas. Desde mi punto de vista, hay que huir de posiciones dogmáticas y buscar soluciones plausibles basadas en los conocimientos científicos del momento. Incluso en el terreno de la plausibilidad, más de una dirección es posible, no puede haber unicidad; entonces, ¿cuál será la verdadera?, ¿y la realidad? Más aún, ¿la vida tiene un proyecto, un fin? Sin querer, estamos entrando también en el campo de la filosofía.

He intentado aparcar la componente religiosa acerca del origen de la vida, pues el conocimiento científico está en un plano diferente al teológico. A día de hoy, tenemos más preguntas que respuestas y las respuestas también tienen que ser cuestionadas. Las preguntas de la vida son las respuestas. Lo que no cabe ninguna duda es que los tres grandes enigmas de la ciencia (Universo, vida y mente) necesitan del esfuerzo conjunto de todos los campos del saber, de una auténtica investigación multidisciplinar.

En última estancia, si descendemos al mundo microscópico podremos acercarnos a conocer mejor cómo efectos macroscópicos que nos afectan directamente pueden tener, y la tienen, una base mecanocuántica. Digo acercarnos porque el cuerpo humano, o cualquier organismo vivo, está compuesto por muchas células y saber cómo funciona globalmente no solo se debe alcanzar reduciendo a nivel molecular el análisis, sino también, no se debe olvidar, teniendo en cuenta que las células son parte de una maquinaria perfectamente «engrasada». A riesgo de ser recurrente, no debemos olvidar que nuevas propiedades emergentes aparecen en sistemas complejos que no se deducen de un análisis de sus partes más pequeñas. Eso ya ocurre entre los electrones, los protones y los neutrones que forman los átomos de una molécula y la propia molécula. Las propiedades de esta última no tienen nada que ver con las propiedades de sus componentes. Imaginémonos un organismo vivo, la complejidad del todo supera con creces a la de sus elementos constitutivos. Por otra parte, nuestra forma de analizar y estudiar los sistemas o cualquier efecto macroscópico tiene que empezar necesariamente de lo más sencillo a lo más complejo. A fin de cuentas, y tomando prestado el lenguaje computacional, el hardware de los organismos vivos es químico o bioquímico y el software está gobernado por las leyes de la naturaleza.

Que la vida no es única en nuestro Universo parece cada vez más evidente. Más allá del sistema solar se han descubierto millares de exoplanetas. La presencia de agua y elementos como el carbono, el oxígeno, etc., así como una temperatura adecuada, indican una posible actividad biológica. Se está proponiendo hacer una guía cósmica de exoplanetas y centrar un gran esfuerzo en observarlos y estudiarlos. Los gases de la atmósfera y sus cambios estacionales en un planeta (por ejemplo, la fotosíntesis es más activa en estaciones con mucha luz solar y, por tanto, aumenta la abundancia del oxígeno y dióxido de carbono), que van cambiando con el transcurso del tiempo, se conocen como biomarcadores. Su presencia puede apuntar hacia esa actividad biológica pero no implica una causa directa. Análisis observacionales más detallados necesitan llevarse a cabo para su plena corroboración en la nueva generación de telescopios muy grandes que se están diseñando. Sin ir más lejos, el descubrimiento en Marte de un gran lago de agua líquida en su polo sur bajo una capa de un kilómetro y medio de hielo ha supuesto un gran avance y ha generado reacciones muy positivas a la posibilidad de albergar formas de vida (extremófilos). El lago Vostok en la Tierra que está enterrado a más de 4 kilómetros bajo el hielo de la Antártida es un buen ejemplo. Quizás, hace mucho tiempo, Marte tenía océanos y puede que algún resquicio de vida. Si se llegara a Marte, un inconveniente para buscar vida sería nuestra propia contaminación del lugar. La presencia de agua líquida en muchos planetas o, mejor dicho, exoplanetas, puede llevarnos también a pensar que la vida podría haber surgido y evolucionado no una vez sino muchas veces.

Las células se comunican entre sí y con su entorno según sus propios mecanismos, que son fisicoquímicos. Este campo goza de un amplio desarrollo en la actualidad. Más aún, ¿se podría influir en esa comunicación no verbal? A. Turing sentó las bases de la modelización de la morfogénesis, que es el proceso donde la comunicación celular es primordial. Se interesó por la etapa embrionaria y propuso un modelo matemático para entender los patrones que emergían y la especialización de las células en diferentes funciones y órganos. Propuso unas ecuaciones, las ecuaciones de Turing, para entender dichos patrones que se hicieron famosas bastante tiempo después. Actualmente, estas ecuaciones no han sido aún validadas por el experimento. Los mecanismos subyacentes son muy complejos y se requieren grandes conocimientos de las bases fisicoquímicas a las que antes aludíamos. El desarrollo tumoral es otro aspecto a destacar en este contexto. Por otra parte, la sincronización neuronal es un gran reto en la neurociencia computacional donde las matemáticas son decisivas a través de modelos de redes neuronales. Esta vía de aplicación de modelos matemáticos a la biología está resultando ser muy prometedora.

El proyecto Biogenoma de la Tierra propone secuenciar el material genético de todas las formas de vida más avanzadas: animales, plantas y hongos. Se piensa que se podría completar en unos diez años y el objetivo principal es preservar la biodiversidad del planeta. La recolección de datos no se presenta fácil ya que el número de especies es enorme, más de dos millones descritas, sin contar las que hay aún por descubrir (que se estima sean de muchos más millones). Es un esfuerzo colectivo de muchos grupos de investigación que puede complicar aún más, si cabe, este macroproyecto. La importancia es capital para entender mejor la evolución, preservar la biodiversidad del planeta, desarrollar nuevos fármacos, superar la resistencia de los microorganismos a los antibióticos, descubrir nuevos materiales y nuevas fuentes de energía, mejorar la agricultura y un largo etcétera. Otra componente no menos importante es recuperar especies ya extintas.

Otro tipo de problemas que plantea tal macroproyecto es el acceso a esta gran base de datos y ver qué tipo de uso y abuso se hace de ellos. La secuencia completa o parcial de microbios puede servir de base para este proyecto, pero su estudio actual también es fundamental para conocer su situación estratégica en la evolución, además del propio interés biológico. Como ejemplo, se ha conseguido la secuencia completa del gusano Schmidtea mediterránea, que parece inmortal porque es capaz de regenerarse totalmente y podría arrojar luz sobre las células madre. Recientemente se ha elaborado un código de barras genético (el de un ratón) que plasma el origen de todas sus células. Este código de barras a nivel humano debería ser fundamental para la curación de muchas enfermedades.

Por otra parte, el genetista L. L. Cavalli-Sforza, recientemente fallecido, estudió la genética de las poblaciones, lo que le llevó a obtener un árbol genealógico de la humanidad. Una de sus conclusiones de mayor impacto fue la afirmación de que las razas no existen, existen solo en la mente de los racistas. La cultura es vista como motor para justificar las diferencias entre las poblaciones humanas. La ciencia planteará una serie de preguntas incómodas y acciones cuestionables, cuanto menos, que desafiarán claramente a la ética y al ser humano (pensemos, por ejemplo, en la clonación humana). Más aún, ciertas técnicas genéticas (para curar o mejorar) estarán solo al alcance de personas muy ricas que podrán pagárselas. La eugenesia que defiende la mejora de los rasgos hereditarios humanos plantea problemas muy serios.

La longevidad parece encontrarse en 25 genes que presentan mutaciones respecto a los primates. En general, no se entiende bien aún la diferencia en la esperanza de vida de las distintas especies. Sobre los años cincuenta del siglo pasado se postuló lo que se conoce como la pleiotropía antagonista. Algunas variantes favorecen a los individuos en la etapa joven, pero afectan negativamente en la etapa adulta. Este hecho es crítico pues puede influir en los genes de la siguiente generación. El cambio en nuestra especie pudo sobrevenir cuando empezamos a ser dominantes en nuestro entorno, a vivir en sociedad y en grupos grandes que favorecieron la protección. Por otra parte, según J. C. Izpisua, el envejecimiento tiene marcha atrás reescribiendo el genoma (se ha comprobado ya con ratas) para corregir enfermedades. Parece ser que las células olvidan lo que son. El genoma es el hardware y el epigenoma el software, que es la relación de nuestro genoma con el ambiente (dieta, estrés, ejercicio, alcohol, tabaco…).

La inmortalidad es incompatible con la evolución. La evolución no está solo en manos de la evolución natural propiamente dicha, también está en nuestras manos por primera vez. No se entiende aún por qué somos incapaces de regenerar nuestras propias células como la hidra, que tiene esa capacidad y por tanto es inmortal. No se sabe si los virus son inmortales porque no existe consenso sobre si son organismos vivos. No son células e infectan otro organismo; necesitan de él, su replicación no es idéntica y no están compuestos de células que son las estructuras básicas de la vida. No tienen metabolismo propio. Si no hay ningún ser vivo al que parasitar, desaparecerían. Los virus son inmortales porque se reproducen en poblaciones de virus diferentes (recordemos el virus de la gripe y sus diferentes cepas). En nuestro cerebro, la pérdida de neuronas debido a la edad es compensada por un aumento de ramificaciones de las restantes y la utilización de circuitos neuronales alternativos en lo que se conoce como plasticidad neuronal.

Si queremos empezar a entender nuestra vida parece claro que los organismos unicelulares deberían estudiarse mejor. La homeostasis es como una fuerza de autoconservación de la vida al ser la capacidad de cualquier organismo vivo de mantener la estabilidad interna a pesar de su entorno cambiante. El sentimiento y el estado vital son inseparables. Hay sentimiento cuando está presente el sistema nervioso. Las respuestas de las bacterias son emotivas, no tienen sentimiento porque no tienen mente. Las estrategias de comportamiento que nos han llevado a la cultura ya estaban presentes en los organismos unicelulares. La evolución se puede también entender para proteger la vida de los organismos que están evolucionando y esa supervivencia aumenta, en principio, con la cultura y la inteligencia.

La memoria tiene que tener un anclaje o una base química para que deje una impronta en nuestro cerebro. Esa esquiva huella se llama engrama y es un gran misterio en biología. Los engramas deben estar en las sinapsis, conexión entre neuronas encargadas de transmitir mensajes químicos y eléctricos. Curiosamente, en un experimento reciente, parece que se han transferido recuerdos de un animal a otro (una babosa marina) mediante inyecciones de ARN. De ser cierto, la memoria estaría almacenada en el núcleo de las neuronas. Las modificaciones sinápticas serían un reflejo de la información que el ARN lleva consigo. Estos estudios podrían ser primordiales para vencer el alzhéimer o el trastorno del estrés postraumático y poder de nuevo recuperar la conciencia de sí mismo (conocimiento de sí mismo, actos, reflexiones, etc.) y la capacidad de recordar. Muy recientemente, los enfermos de alzhéimer han visto una luz para su mejora cognitiva. Los estudios cada vez ponen más en evidencia que los animales pueden tener conciencia de sí mismos y del mundo que los rodea a través de la prueba del espejo. Esta prueba fue superada por diferentes animales como los chimpancés, bonobos, orangutanes, delfines, elefantes y palomas. Una publicación reciente informa sobre la superación de esta prueba por un pequeño pez tropical.

Se ha descubierto un nuevo tipo de células cerebrales humanas denominadas escaramujos y son del tipo de neuronas inhibidoras que frenan la actividad de otras y controlan el flujo de información de manera muy especializada. Se está desarrollando un atlas cerebral sobre los procesos moleculares que ocurren en el córtex, que es aparentemente la estructura más compleja de la naturaleza. Cuando se sabe que tenemos unos 80 mil millones de neuronas, y todas conectadas entre sí, uno puede empezarse a preguntar si la unidad en el cerebro la juegan las neuronas. Estas podrían verse como los píxeles de la pantalla de la televisión de la imagen que, cuando interactúan, generan la memoria, etc., pudiéndose ver como propiedades emergentes. En neurociencia, el proyecto BRAIN quiere desarrollar unas nuevas técnicas para ver la actividad de todas ellas conjuntamente.

El cerebro está compuesto por neuronas y unas células que se llaman glías que sirven de soporte de ellas en el procesamiento cerebral de información, descubiertas por el premio Nobel S. Ramón y Cajal. Estas células son la base del sistema nervioso central. El cerebro es quizás el entramado más complejo que existe en la naturaleza. Se conoce bastante acerca de las neuronas, pero poco de sus conexiones. El hipocampo es como el GPS del cerebro, ya que nos dice nuestra posición respecto al entorno. La investigación en esta disciplina con una nueva tecnología inspirada por la biología, la neurotecnología, sin duda mejorará el conocimiento de muchas enfermedades y con ello su curación. Tampoco está muy lejos el tiempo en el que a través de una interfaz habrá conexión entre nuestro cerebro y los ordenadores con el consiguiente trasvase de información. Más aún, el aprendizaje está relacionado con las conexiones neuronales, pero no se sabe todavía por qué se crean nuevas, o se hacen más fuertes o incluso que pueda haber nueva incorporación de neuronas. Esta última posibilidad es muy discutida porque también se cree que no aparecen neuronas nuevas en cualquier parte del cerebro. Se cree que se duerme tanto, y es necesario dormir, porque se reactivan los circuitos que se han mantenido activos en la vigilia; si hay insomnio, hay déficit de aprendizaje. Que el insomnio no te quite el sueño, como alguien dijo. Cuando se habla de la inteligencia emocional no es ningún disparate, el cerebro tiene componentes emocionales que influyen en el sistema nervioso y mejoran el aprendizaje. Hay un periodo de mucha plasticidad en el cerebro donde la información (recogida por la vista, oído, diálogo, etc.) del exterior cambia su estructura. Al cabo de un cierto tiempo, esta plasticidad se reduce drásticamente. Resulta también curioso, según la psicología conductual, que el cerebro cuando toma decisiones actúa de una forma curiosa. Parece que muchas de ellas ya se han tomado de antemano pues rechaza todo aquello que va en contra de sus esquemas de pensamiento y creencias; una forma de amortiguar la realidad, que puede ser muy dura. Incluso, puede haber cerrazón al contrastar datos para quitar la razón a alguien. Muy común actualmente.

Parece ser que la inteligencia humana no deja de menguar o, de otra forma, que el cociente intelectual va empeorando, según estudios recientes. El aumento paulatino en las puntuaciones sobre las medias del cociente intelectual durante la primera mitad del siglo XX o efecto Flynn ha dejado de ser cierto. El auge de la tecnología (ordenadores, aparatos electrónicos, etc.) o factores ambientales (educación, nutrición, etc.) podrían estar detrás de esta tendencia nefasta. La transmisión genética ya no es tan importante. También se podría ver de una forma inversa: tendríamos que adaptar las pruebas que recogen la medida del cociente intelectual a los nuevos tiempos.

No he hablado del lenguaje. Las palabras que utilizamos tienen la capacidad de transformar nuestra realidad, generar cambios en nuestro cerebro y modificar la percepción de nuestro entorno. El lenguaje también está vinculado a nuestras emociones. Por ejemplo, las palabras negativas hacen que liberemos la hormona del estrés, el cortisol. Actitudes negativas nos pueden llevar a la autodestrucción. Recordemos aquí y ahora la famosa frase de Marco Aurelio que decía: «La vida de un hombre es lo que sus pensamientos hacen de ella». En criminología, o en la búsqueda de personas o familiares, tener acceso a una base de datos genética es muy importante pero también muy peligroso. Si tenemos nuestro ADN en lo que se conoce como un Facebook genético, el robo o manipulación de esos datos sin consentimiento o sujeto a las leyes de privacidad puede llevar a un uso ilegítimo de esa información.

Lógicamente, la mecánica cuántica es también una disciplina abierta y muy activa con constantes descubrimientos que podrían y deberían incorporarse a la biología cuántica. Quisiera entresacar solamente tres. Primero, sobre la famosa disyuntiva de qué fue primero, si el huevo o la gallina. El lector podrá intuir que en mecánica cuántica la respuesta es claramente los dos a la vez. Recientemente, físicos de la Universidad de Queensland y el Instituto Néel han propuesto lo que denominaron orden causal indefinido, mostrando que, en un dispositivo cuántico, el orden de los eventos depende de la polarización de la luz. Segundo, ¿el futuro puede condicionar el pasado? Se están llevando a cabo investigaciones teóricas sobre la causalidad y la retrocausalidad dentro de esta disciplina. Tres, recientes investigaciones están hablando ya de diferentes realidades como respuesta a un mismo experimento cuántico. El actual desarrollo de una mecánica cuántica no lineal es también muy prometedor llevando a la aparición de nuevas propiedades que pudieran suministrarnos otros enfoques alternativos porque la superposición y el entrelazamiento dejan de actuar cuando se rompe el carácter lineal. Quizás este enfoque puede ser más adecuado al estudiar conjuntamente un sistema y su entorno. Al menos debería ser complementario. Nadie nos puede hacer callar, por ahora, si pensamos que el cerebro se entiende mejor dentro del marco de una mecánica cuántica no lineal. El potencial es muy prometedor.

Los Nobel del año 2018 han sido ciertamente importantes para la biología cuántica. En Química, los galardonados han aplicado los principios de la evolución establecidos por Darwin a los tubos de ensayo y han utilizado este enfoque para desarrollar nuevos tipos de sustancias para el beneficio de la humanidad. Así rezaba el comunicado de la Academia sueca. De los tres galardonados, uno de ellos estudió por primera vez la evolución de una enzima de forma dirigida, y los otros dos han desarrollado una técnica que utiliza los virus batceriófagos, que infectan bacterias, para producir anticuerpos y otras proteínas. Curación de enfermedades, desarrollo de nuevos fármacos y nuevos biocombustibles están detrás de sus posibles y reales aplicaciones para la sociedad. El de Física, que ha sido concedido a dos investigadores, premia rompedoras invenciones en el campo de la Física del láser de alta intensidad. En particular, uno de ellos mostró que el láser era capaz de capturar y manipular partículas de tamaño del nanómetro como bacterias mediante lo que se conoce como pinzas ópticas. La luz puede penetrar en el interior de las células sin romper su membrana ni perturbar su actividad.

Existe un paralelismo entre el cerebro y un ordenador cuántico. Científicos algo incrédulos en este tema ya argumentan que los ordenadores cuánticos son tan potentes que aún no funcionan. Recientemente, se ha empezado a hablar de la supremacía cuántica que debería ocurrir cuando un ordenador cuántico pudiera realizar algo que uno clásico no pudiera (aunque sea el más potente del mundo, en el futuro). El concepto deja mucho que desear pues nos recuerda inmediatamente a la supremacía blanca que mantiene que la raza caucásica es superior a otras.

Investigadores ingleses acaban de crear el primer ser vivo artificial con el ADN modificado y el código genético alterado. Paralelamente, investigadores españoles también han creado vida artificial en un ordenador cuántico partiendo de sistemas cuánticos capaces de aprender, memorizar, mutar, replicarse y morir. A esta idea se le conoce como biomimética cuántica. En esta lista de nuevos descubrimientos, y los que vendrán, debería considerarse una nueva extensión en todos ellos, la componente cuántica para alcanzar una completitud de enfoques. El tema del origen de la vida es multidisciplinar, más que ninguno. Llegar a conocer los mecanismos moleculares detrás de cada acción, pensamiento, emoción, etc., se presupone una tarea difícil, por no decir imposible, por la complejidad del problema.

El camino se hace al andar, nuestro destino es el camino, el camino de cada cual: disfrutemos del paisaje sin preocuparnos del destino. En la ciencia y, en particular, en la biología cuántica, lo mejor está aún por llegar.