Introducción a la ciencia II. Ciencias Biológicas (22 page)

El gliceril-fosfato es un compuesto con 3 átomos de carbono. Evidentemente, tenía que ser formado por una vía indirecta, pues no pudo hallarse un precursor de 1 ó 2 átomos de carbono. Se localizaron otros dos compuestos, conteniendo fosfato, que incorporaban carbono marcado al cabo de un período de tiempo muy corto. Ambos eran variedades: El «ribulosa-difosfato» (un compuesto con 5 átomos de carbono) y el «sedoheptulosa fosfato» (un compuesto con 7 átomos de carbono). Los investigadores identificaron las enzimas que catalizaron las reacciones en las que intervenían tales azúcares, estudiaron estas reacciones y elaboraron las vías metabólicas seguidas por la molécula de anhídrido carbónico. El esquema que mejor satisface sus hallazgos es el siguiente.

Primero el anhídrido carbónico se adiciona a la ribulosa-difosfato de 5 átomos de carbono, produciendo un compuesto con 6 átomos de carbono. Éste seguidamente se escinde en dos, dando lugar al gliceril-fosfato de 3 átomos de carbono. Una serie de reacciones, en las que participa la sedoheptulosa fosfato y otros compuestos, unen luego a dos gliceril-fosfato para formar el glucosa-fosfato con 6 átomos de carbono. Entretanto, el ribulosa-difosfato se regenera y está en disposición de incorporar otra molécula de anhídrido carbónico. Se pueden imaginar seis de tales ciclos operando a la vez. Cada vez que se completa un ciclo, cada uno de ellos aporta un átomo de carbono (a partir de anhídrido carbónico) y, a partir de éstos, se forma una molécula de glucosa-fosfato. Después de completarse un nuevo ciclo en los seis ciclos se produce otra molécula de glucosa-fosfato, y así sucesivamente. Desde un punto de vista energético esto es la inversa del ciclo del ácido cítrico. Mientras que el ciclo del ácido cítrico convierte los fragmentos de la degradación de los hidratos de carbono en anhídrido carbónico, el ciclo de la ribulosa-fosfato elabora hidratos de carbono a partir del anhídrido carbónico. El ciclo del ácido cítrico libera energías que utilizará el organismo; el ciclo de la ribulosadifosfato, inversamente, tiene que consumir energía.

Con esto están de acuerdo los primeros resultados de Ruben y Kamen. La energía de la luz solar se utiliza, gracias a la acción catalítica de la clorofila, para escindir una molécula de agua en hidrógeno y oxígeno, un proceso denominado «fotólisis» (de las palabras griegas que significan «lisis por la luz»). Esta es la forma como la energía radiante de la luz solar es convertida en energía química, pues las moléculas de hidrógeno y oxígeno contienen mas energía química que la molécula de agua de la que proceden.

De no ser así, se requeriría una gran cantidad de energía para escindir moléculas de agua en hidrógeno: por ejemplo, calentando el agua hasta aproximadamente 2.000 grados, o haciendo pasar a su través una corriente eléctrica de gran intensidad. Pero la clorofila realiza esta función fácilmente a temperaturas ordinarias. Todo lo que requiere es la energía, relativamente débil, de la luz visible. La planta utiliza la energía luminosa de la que absorbe, por lo menos, el 30 %; algunos investigadores creen que el rendimiento puede llegar a ser del 100 % en condiciones ideales. Si el hombre pudiera obtener energía tan eficazmente como lo hacen las plantas, sus preocupaciones sobre sus suministros energéticos y de alimentos serían mucho menores.

Una vez se han escindido las moléculas de agua, la mitad de los átomos de hidrógeno se incorporan al ciclo de la ribulosa-difosfato, y la mitad de los átomos de oxígeno son liberados al aire. El resto de los átomos de hidrógeno y oxígeno se combinan de nuevo para formar agua. Al hacer esto, liberan el exceso de energía que se les cedió, cuando la luz solar escindió las moléculas de agua, y esta energía es transferida a los compuestos de fosfato de alta energía, tales como ATP. La energía almacenada en estos compuestos se utiliza luego para mantener en funcionamiento el ciclo de la ribulosa-difosfato. Por su trabajo de elucidación de las reacciones implicadas en la fotosíntesis, Calvin recibió el premio Nobel de Química de 1961.

En realidad existen algunas otras formas de vida que obtienen energía sin utilizar la clorofila. Hacia el año 1880 se descubrieron las «bacterias quimiosintéticas»; estas bacterias incorporan el anhídrido carbónico en la oscuridad y no liberan oxígeno. Algunas oxidan compuestos de azufre para obtener energía; otras oxidan compuestos de hierro, y algunas la obtienen a través de otros procedimientos químicos.

Pero, además, también existen bacterias que contienen compuestos similares a la clorofila («bacterioclorofila»), que les permite convertir el anhídrido carbónico en compuestos orgánicos a expensas de la energía de la luz; incluso en algunos casos en el infrarrojo próximo, donde ordinariamente la clorofila no actuaría. Sin embargo, sólo la propia clorofila puede lograr la escisión del agua y la conservación de la gran acumulación de energía así obtenida; la bacterioclorofila debe hacerlo con recursos energéticos menores.

Todos los métodos de obtención de energía fundamental, distintos de los que utilizan la luz solar a través de la clorofila, son esencialmente vías muertas, y ninguna criatura más complicada que una bacteria ha hecho satisfactorio uso de ellos. Para las restantes formas de vida (e incluso para la mayor parte de las bacterias), la clorofila y la fotosíntesis son, directa o indirectamente, la base de la vida.

La célula

Constituye una verdadera paradoja el hecho que, hasta tiempos recientes, el hombre conociera muy poco acerca de su propio organismo. En realidad, únicamente hace unos 300 años que aprendió algo sobre la circulación de la sangre, y tan sólo en el curso de, aproximadamente, los últimos 50 años ha conseguido descubrir las funciones de muchos de sus órganos.

El hombre prehistórico, al trocear los animales para cocinarlos y al embalsamar los restos humanos preparándolos para la vida futura, tuvo conocimiento de la existencia de los grandes órganos tales como el cerebro, el hígado, el corazón, los pulmones, el estómago, los intestinos y los riñones. Este conocimiento fue aumentado debido al frecuente uso de la observación de los diversos órganos internos del animal sacrificado con fines rituales (particularmente su hígado), para prever el futuro o estimar el grado con que la divinidad daba su beneplácito o desaprobaba una determinada cuestión. Papiros egipcios que tratan de forma correcta sobre las técnicas quirúrgicas y presuponen una cierta familiarización con la estructura del organismo, datan ya de unos 2.000 años a. de J.C.

Los antiguos griegos llegaron a disecar animales y, en ocasiones, cadáveres humanos, con el propósito de aprender algo acerca de la «anatomía» (de las palabras griegas que significan «seccionar»). Se consiguieron incluso algunos trabajos delicados. Alcmaeón de Crotón, aproximadamente unos 500 años a. de J.C., describió por vez primera el nervio óptico y la trompa de Eustaquio. Dos siglos más tarde, en Alejandría, Egipto (entonces el centro mundial de la Ciencia), se inició brillantemente una escuela de anatomía griega con Herófilo y su discípulo Erasístrato. Investigaron las partes del cerebro, distinguiendo entre éste y el cerebelo, y estudiaron asimismo los nervios y vasos sanguíneos.

La Anatomía antigua alcanzó su nivel más alto con Galeno, médico de origen griego que practicó en Roma en la segunda mitad del siglo II. Galeno elaboró ciertas teorías sobre las funciones del organismo, que fueron aceptadas como un evangelio durante los siguientes 1.500 años. Sin embargo, sus nociones sobre el cuerpo humano estaban llenas de curiosos errores. Esto es comprensible, ya que los antiguos obtenían la mayor parte de su información de la disección de animales; inhibiciones de diversa índole les impedían la disección del cuerpo humano.

En sus denuncias de los griegos paganos, los primeros escritores cristianos los acusaban de haber practicado estas disecciones de seres humanos. Pero esto son cosas que sólo se hallan en la literatura polémica; no sólo es dudoso que los griegos hicieran múltiples disecciones humanas, sino que, evidentemente, no disecaron siquiera suficientes cuerpos muertos para aprender gran cosa sobre la anatomía humana. En cualquier caso, la desaprobación por la Iglesia de la disección puso virtualmente punto final a los estudios anatómicos durante toda la Edad Media. Cuando este período de la historia llegaba a su fin, la Anatomía comenzó a revivir en Italia. En 1316, un anatomista italiano, Mondino de Luzzi, escribió el primer libro dedicado enteramente a la Anatomía, y por ello es conocido como el «restaurador de la Anatomía».

El interés en el arte naturalista durante el Renacimiento promovió también la investigación anatómica. En el siglo XV, Leonardo da Vinci efectuó algunas disecciones mediante las que reveló nuevos aspectos de la Anatomía, pintándolos con el propio genio del artista. Mostró la doble curvatura de la columna vertebral y los senos que horadan los huesos de la cara y la frente. Usó sus estudios para elaborar teorías fisiológicas mucho más avanzadas que las de Galeno. Pero Leonardo, aunque fue tanto un genio de la ciencia como del arte, tuvo poca influencia sobre el pensamiento científico de su época. Bien sea por rechazo neurótico, o por simple precaución, no publicó ninguno de sus trabajos científicos, ocultándolos en libros de notas, escritos en clave. Correspondió a generaciones posteriores, cuando sus libros de notas fueron finalmente publicados, descubrir sus logros científicos.

El médico francés Jean Fernel fue el primer científico moderno en adoptar la disección como una parte importante de sus deberes de médico. Publicó un libro sobre este tema en 1542. Sin embargo, su labor pasó casi totalmente inadvertida debido a un trabajo mucho más importante publicado el año siguiente. Éste fue la famosa
De Humani Corporis Fabrica
(«Concerniente a la estructura del cuerpo humano») de Andreas Vesalio, un flamenco que realizó la mayor parte de su obra en Italia. Basándose en la teoría de que el verdadero estudio de la Humanidad comenzaba con el hombre, Vesalio disecó el sujeto apropiado y corrigió muchos de los errores de Galeno. Los dibujos de Anatomía humana de su libro (que se cree fueron realizados por Jan Stevenzoon van Calcar, un discípulo del artista Tiziano) son tan maravillosos y exactos que todavía se publican hoy en día y siempre serán considerados como clásicos. Vesalio puede en conciencia ser llamado el padre de la Anatomía moderna. Su
Fabrica
fue tan revolucionaria en su campo como en el suyo lo fue el
De Revolutionibus Orbium Coelestium
de Copérnico, publicado en el mismo año.

Del mismo modo que la revolución iniciada por Copérnico fructificó en Galileo, aquí también la iniciada por Vesalio alcanzó la cumbre en los descubrimientos cruciales de William Harvey. Harvey era un médico y experimentador inglés, de la misma generación de Galileo y William Gilbert, el investigador del magnetismo. Se interesó particularmente por el líquido orgánico vital: la sangre. ¿Qué hacía ésta en el organismo?

Se sabía que existían dos clases de vasos sanguíneos: las venas y las arterias. (Praxágoras de Coso un médico griego del siglo III a. de J.C., había dado a las últimas el nombre de «arterias» a partir de las palabras griegas que significan «yo transporto aire», debido a que halló que estos vasos estaban vacíos en los cuerpos muertos. Más tarde, Galeno demostró que, durante la vida del organismo, estos vasos transportaban la sangre.) También se sabía que la contracción del corazón impulsaba a la sangre, pues, cuando se cortaba una arteria, podía observarse cómo la sangre salía a un ritmo sincronizado con el latido cardíaco.

Galeno había afirmado que la sangre seguía un curso de ida y vuelta en los vasos sanguíneos; primero corría en una dirección a través del cuerpo y luego en la otra. Esta teoría le obligó a explicar por qué los movimientos de ida y retorno no eran bloqueados por la pared entre las dos mitades del corazón; a esta cuestión Galeno respondió simplemente que la pared debía de poseer unos pequeños orificios, invisibles, que permitían el paso de la sangre a su través.

Harvey inició un estudio más detallado del corazón. Descubrió que cada mitad se hallaba dividida en dos cámaras, separadas entre sí por una válvula unidireccional que permitía a la sangre fluir desde la cámara superior («aurícula») a la inferior («ventrículo»), pero no en sentido contrario. En otras palabras, la sangre que penetraba en una de las aurículas podía ser bombeada a su correspondiente ventrículo y, desde allí, hacía los vasos sanguíneos que partían de él, pero en ningún caso podían fluir en el sentido opuesto. Posteriormente, Harvey efectuó experiencias sencillas, aunque maravillosamente claras, para determinar la dirección del flujo en los vasos sanguíneos. Ató sucesivamente una arteria y una vena en un animal vivo para observar en qué lado de este bloqueo ascendía la presión dentro del vaso sanguíneo. Descubrió así que, en las arterias, el vaso siempre se hinchaba en el lado correspondiente entre el corazón y el punto bloqueado. Esto significaba que la sangre en las arterias fluía desde el corazón hacia la periferia. Cuando ligaba una vena, la distensión tenía lugar siempre en el otro lado del punto bloqueado: por consiguiente, la sangré fluía en las venas en dirección al corazón. Otro dato que se nos ofrece en favor de este flujo unidireccional en las venas proviene del hecho que, en las de mayor tamaño, existen unas válvulas que impiden que la sangre corra alejándose del corazón. Esto había sido descubierto por el propio maestro de Harvey, el anatomista italiano Hieronymus Fabrizzi (mejor conocido por su nombre latinizado, Fabricius). Sin embargo, Fabricius, bajo la carga de la tradición galénica, no se atrevió a deducir de sus experimentos la inevitable conclusión, cediendo por ello la gloria a su discípulo inglés.

Harvey seguidamente efectuó mediciones cuantitativas del flujo sanguíneo (quizá la primera vez que alguien aplicaba las matemáticas a un problema biológico). Sus mediciones demostraron que el corazón bombeaba la sangre a una velocidad tal que, en 20 minutos, su volumen expulsado era igual a la cantidad total de fluido contenida en el organismo. No parecía razonable suponer que el cuerpo fabricara nueva sangre, ni consumiera la antigua, a tal velocidad. La conclusión lógica, por lo tanto, era que la sangre debía de circular a través del organismo. Ya que fluía alejándose del corazón en las arterias y dirigiéndose hacia aquél en las venas, Harvey decidió que la sangre era bombeada por el corazón hacia las arterias, posteriormente se trasvasaba a las venas, regresando por ellas al corazón, a continuación era bombeada de nuevo a las arterias, y así sucesivamente. En otras palabras, circulaba de forma continua en un mismo sentido a través del sistema cardiovascular. Los primeros anatomistas, incluyendo a Leonardo, habían insinuado ya tal idea, pero fue Harvey realmente el primero en establecer e investigar con detalle dicha teoría. Expuso sus ideas y experiencias en un pequeño y mal impreso libro titulado
De Motus Cordis
(«relativo al movimiento del corazón»), que fue publicado en 1628 y que, desde entonces, ha sido considerado como una de las mayores obras clásicas de la Ciencia.