Un caballo de Troya contra el cáncer de mama

siRNA dispersándose por la célula cancerígena tras abandonar el recubrimiento de ácido hialurónico.

El focense Epeo del Parnaso ensambló, por las artes de Palas, un caballo henchido de hombres armados e introdujo la mortífera imagen dentro de los muros. De aquí recibirá entre los hombres venideros el nombre de caballo de madera, encubridor de lanzas escondidas.

Eurípides, Las troyanas, 10.

El cáncer de mama triple negativo es uno de los más puñeteros que existen. Es difícil de tratar, siendo resistente a algunos de los tratamientos más eficaces contra el cáncer de mama y, casi siempre, fatal. Una de las razones por la que los tratamientos no funcionan es porque las células están armadas con bombas celulares que eliminan los fármacos anticancerígenos que consiguen superar las murallas celulares. Un equipo de investigadores encabezado por Zhou Deng, del departamento de ingeniería química del Instituto de Tecnología de Massachusetts (EE.UU.) en colaboración con el Instituto Koch de Investigación del Cáncer, ha diseñado una nanopartícula de tres capas que, como el antiguo caballo Troya, primero engaña, luego elimina las defensas y finalmente destruye las células cancerosas. Los resultados se publican en ACS Nano.

La capa externa de cada nanopartícula está hecha de ácido hialurónico, un polisacárido que tiende a acumularse en las células cancerígenas. Esta capa es la que engaña a la célula cancerosa, como Sinón a los troyanos, y la que permite que la nanopartícula entre en la célula.

La capa intermedia esta hecha de ARN, en concreto un tipo de ARN conocido como ARN pequeño de interferencia (siRNA, por sus siglas en inglés) que son el producto de genes que no codifican proteínas. Ahora sabemos, en contra de lo que se ha pensado durante mucho tiempo, que los genes que no codifican proteínas, de los que los siRNA son sólo un ejemplo, son muchos más que los que codifican proteínas. La función de los siRNA es interferir en la producción, precisamente, de proteínas, regulándola de este modo. Esto mismo hace que los siRNA puedan emplearse médicamente para desactivar la producción de una proteína específica. El equipo de Deng ha seleccionado un siRNA que desactiva la proteína que forma las bombas. En nuestra analogía el siRNA sería Odiseo y sus hombres escondidos en el caballo, que eliminan a los centinelas y abren las puertas de la ciudad.

La capa más interna de la nanopartícula está constituida por un fármaco quimioterapeútico estándar, la doxorrubicina (un antibiótico), el equivalente al ejército aqueo oculto en Ténedos y que se apresura a tomar y destruir Troya. Y parece ser que esto es lo que ocurre, al menos en ratones.

Los investigadores prepararon cuatro grupos de siete ratones con cáncer de mama triple negativo. Cada uno de los cuatro grupos recibió un tratamiento distinto: el primero, control, fue suero salino; el segundo, nanopartículas de ácido hialurónico con siRNA activo; el tercero, cápsulas de ácido hialurónico, doxorrubina pero con siRNA inactivo; y, finalmente, el cuarto, con la particula completa, esto es, hialurónico, siRNA activo y doxorrubina. Cada grupo recibió una dosis cada cinco días, durante quince.

En los grupos primero, segundo y tercero los tumores llegaron a ser 6 veces mayores que 15 días antes. En el cuarto, con la partícula completa, los tumores se redujeron, en promedio, un 87% en tamaño y, en dos ratones, desaparecieron completamente. Troya había sido arrasada.

Pero los ratones no son mujeres. Y la prueba es muy pequeña. Por lo que este resultado debe ser tomado con precaución extrema. Pero, con todo, parece prometedor. Será necesario realizar pruebas con muestras mucho mayores que, de confirmar estos resultados, indicarían que estaríamos ante una nuevo tipo de terapia capaz de acabar con lo que hasta ahora parecía intratable. Como los troyanos.

Referencia:

Deng Z.J., Morton S.W., Ben-Akiva E., Dreaden E.C., Shopsowitz K.E. & Hammond P.T. (2013). Layer-by-Layer Nanoparticles for Systemic Codelivery of an Anticancer Drug and siRNA for Potential Triple-Negative Breast Cancer Treatment, ACS Nano, 131021120115007. DOI: 10.1021/nn4047925

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XXIX Edición del Carnaval de la Química que organiza Más ciencia, por favor

Pensando la química matemáticamente

El conocimiento químico viene de antiguo. Hasta hace poco más de un siglo era un conocimiento puramente fenomenológico obtenido en la mayoría de los casos por ensayo y error. Démonos cuenta que la cuantificación en la química empieza a finales del siglo XVIII, con Lavoisier y el uso de la balanza, por lo que no cabría esperar la existencia ni de teoría química propiamente dicha, ni mucho menos, de una teoría de estructura matemática antes de esa fecha. Sin embargo, si nos paramos a definir qué es pensar matemáticamente, podemos encontrar ilustraciones de pensamiento matemático aplicado a la química desde la antigüedad. Y es que para pensar matemáticamente no hacen falta números. Veamos un ejemplo.

La tabla de afinidades de Geoffroy

Siguiendo la filosofía cartesiana del XVII, varios filósofos naturales y matemáticos franceses desarrollaron la idea de un conocimiento químico racional y matematizado. Así, Bernard le Bovier de Fontenelle, el secretario a la sazón de la Académie des Sciences desde 1697, afirmaba en su introducción a la Histoire de l'Académie royale des sciences (1702) que:

“las matemáticas no sólo han producido una infinitud de sus propias verdades, sino que también han producido en las mentes con bastante generalidad un hábito de exactitud y precisión incluso más precioso que todas estas verdades”.

En ese mismo texto de Fontenelle sugería la idea de matematizar la química como se había hecho con la geometría (se refiere a la geometría analítica cartesiana), con objeto de poder hacer predicciones. El programa subyacente era legitimar la química como la parte teórica de la “vulgar farmacia” y como compañera respetable de los médicos y su arte.

Un miembro de este grupo de filósofos naturales fue Etienne-François Geoffroy, el mismo médico, farmacéutico y químico. Geoffroy es conocido hoy día por la introducción en 1718 de la Table des differents rapports observés entre differentes substances (Tabla de las diferentes relaciones observadas entre diferentes sustancias). Geoffroy quería una tabla en la que uno pudiese ver “de un vistazo” las diferentes relaciones de las “principales materias con las que uno acostumbra a trabajar en química”. La tabla pronto se convirtió no sólo en una colección de información sino también en una herramienta para predecir sales y sus reacciones químicas.

Continúa leyendo en el Cuaderno de Cultura Científica

Se va a liar..."status quo" en la UPV/EHU

Todos los detalles en Muera la Inteligencia

Primera imagen por AFM de un enlace de hidrógeno

¿Qué es un enlace químico? A estas alturas de la película debería ser una cuestión trivial. Pero no lo es tanto*. De hecho no existe una definición precisa, lo que abre las puertas a consideraciones varias en filosofía de la química. Por si no fuese suficientemente confuso, ahora, un grupo de investigadores encabezado por Jun Zhang, del Centro para la Nanociencia y la Tecnología de la Academia China de Ciencias, publica en Science las primeras imágenes de enlaces de hidrógeno. Estos enlaces se consideran en los libros de texto como poco menos que ficticios y se explican habitualmente como meras interacciones electromagnéticas. Sin embargo, los últimos resultados con difracción de rayos X indicaban que serían “auténticos” enlaces; el resultado de Zhang et al. viene a añadir leña al fuego.

Los enlaces de hidrógeno son fundamentales para algunas de las moléculas y muchos de los procesos más importantes para la vida. Así, son los responsables de mantener unidas las dos hebras de la hélice del ADN y muchas enzimas realizan su función de catalizar reacciones haciendo uso de ellos. Una idea intuitiva de lo que es un enlace de hidrógeno es que es una fuerza atractiva entre átomos de distintas moléculas, uno de ellos un hidrógeno unido a un átomo muy electronegativo, con lo que deja al protón del núcleo de hidrógeno “sin el amparo de su electrón” y este protón se ve atraído por los electrones de un átomo electronegativo de otra molécula.

Zhang et al. usaron un microscopio de fuerza atómica (AFM) con el método de no-contacto de Fischer para estudiar la 8-hidroxiquinolina. Esta molécula tiene la particularidad de que es plana pero los enlaces de hidrógeno que pueda formar quedan fuera de ese plano, lo que incrementa su visibilidad.

Como podemos ver en la imagen, los enlaces de hidrógeno son visibles, más débiles que los “oficiales” covalentes de línea continua, pero visibles. Con esto volvemos al principio, ¿qué narices es un enlace químico?

Más detalles en Chemistry Views

*Por ejemplo, si hubiese que creer a la Wikipedia en español (cosa que, con honrosas excepciones, no es recomendable) un enlace químico es “un proceso”. Pero según la Wikipedia en inglés es “una atracción”, según la Wikipedia en francés “cualquier interacción atractiva”, y para la Wikipedia en alemán es “un fenómeno fisico-químico”.

Referencia:

Zhang J., Chen P., Yuan B., Ji W., Cheng Z. & Qiu X. Real-Space Identification of Intermolecular Bonding with Atomic Force Microscopy, Science, DOI: 10.1126/science.1242603

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XXVIII Edición del Carnaval de Química que organiza Flagellum

El olor a bebé como droga de abuso

¿Por qué tenemos hijos? Es una pregunta muy simple y a la que se podrá dar muchas respuestas, pero sólo una es la correcta: tenemos hijos porque estamos genéticamente determinados para ello. No hay más. Después le podemos buscar la justificación que queramos, pero el hecho cierto es ese. De hecho, un análisis puramente racional puede llegar a la conclusión que es económicamente más eficiente, fisiológicamente menos estresante y emocionalmente igual de gratificante cultivar amistades adecuadas y, quizás, tener una mascota. Así, por ejemplo, personas, que por motivos religiosos (cristianos, budistas, etc.) en muchos casos, viven en comunidad y sin hijos están perfectamente realizadas, tienen apoyo en su vejez y son felices, que es de lo que se trata en definitiva.

Los beneficios que puede aportar un hijo en la especie humana son sólo perceptibles a largo plazo. Entonces, ¿qué clase de compensación a corto pueden aportar, sobre todo a la madre que invierte su cuerpo, sus horas de sueño y el desarrollo futuro de su vida? Usando un símil un poco grosero pero comprensible, si un fumador es incapaz de renunciar a un cigarrillo (“beneficio” a corto) en aras de su salud futura (beneficio a largo), ¿cómo es posible renunciar a muchas cosas a corto y medio plazo a favor de un posible beneficio futuro (mantenimiento en la vejez/perpetuación de los genes) invirtiendo en un hijo? La respuesta no puede ser otra que existen mecanismos de compensación a corto de los que las madres no son siquiera conscientes.

Efectivamente, decidimos tener hijos y cuidarlos con desprendimiento y sacrificio, cuando en realidad estamos respondiendo a un automatismo. Y parte de ese automatismo pasa por cómo cambia el encéfalo de las madres (y también el de los padres, pero este es un mecanismo diferente). Sí, has leído bien, la mujer que hoy se queda embarazada tiene un encéfalo que funciona de forma diferente a como lo hará nueve meses después, aunque ella pueda creer que sigue siendo el mismo (lo que es equivalente a decir “que ella cree que es la misma”). Sobre esto se ha escrito mucho pero un reciente estudio publicado en Frontiers of Psychology por un equipo internacional encabezado por Johan Lundström, del Instituto Karolisnska (Suecia), nos da un ejemplo magnífico de lo que estamos intentando contar.

Todo el que haya cogido un bebé en brazos ha notado que este desprende un olor distintivo y agradable. Pues bien, Lundström et al. lo que han hecho ha sido comprobar empleando resonancia magnética funcional (fMRI) que los encéfalos de las madres recientes responden significativamente más a este olor que los de las mujeres que no son madres. Además esta respuesta se produce en los centros relacionados con la recompensa y la motivación: el olor del bebé está compensando neuroquímicamente los desvelos y sacrificios de la madre.

Los investigadores estudiaron a dos grupos de mujeres. El primero estaba constituido por aquellas que habían sido madres entre tres y seis semanas antes del comienzo del experimento. El otro por mujeres de similares características que nunca habían sido madres. Para evitar el efecto de la presencia de bebés, los investigadores emplearon la ropa de algodón que había estado en contacto directamente con los cuerpos de bebés de una guardería de Dresde (Alemania) y, por tanto, sin absolutamente ninguna relación con las participantes en el estudio. Haciendo pasar aire limpio por esta ropa se hacía llegar a la nariz de las voluntarias el olor y su respuesta se midió con fRMI. Independientemente de lo anterior, las mujeres respondieron a un cuestionario sobre el olor percibido: familiaridad, agrado e intensidad.

Si bien las evaluaciones cualitativas dadas por el cuestionario resultaron similares en ambos grupos, los resultados del fMRI no lo fueron tanto. Ambos grupos de mujeres activaban las mismas regiones encefálicas al percibir el olor: el putamen, y los núcleos caudados dorsal y medial. Pero en los encéfalos de las madres recientes la actividad neuronal era sensiblemente mayor. Esta modificación en la respuesta del encéfalo podría ser la expresión de una adaptación que asegura que una madre cuide de su hijo.

En otras palabras, ya que el recién nacido no puede comunicarse verbalmente más allá del llanto indiscriminado, ni por medios visuales (gestos) aparte de los básicos, el principal vínculo que se produce entre madre y bebé es puramente químico. De tal manera que se atendería al bebé por el placer que conlleva estar junto a un bebé que huela a bebé sano y limpio (que, de paso, no llora). El mismo mecanismo que lleva a un adicto a consumir la droga que ha cambiado su encéfalo.

Referencia:

Lundström J.N., Mathe A., Schaal B., Frasnelli J., Nitzsche K., Gerber J. & Hummel T. (2013). Maternal status regulates cortical responses to the body odor of newborns., Frontiers in psychology, PMID: 24046759

Químicos Modernos: Ellen Richards, la economía doméstica como cultura científica

Con motivo del 150 aniversario del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) el diario The Boston Globe confeccionó en 2011 una lista con los 150 contribuciones técnicas más importantes que habían sido desarrolladas en el MIT o por alumnos del MIT. El listado era también una forma de homenajear a esas 150 personas, entre las que estaban por ejemplo Tim Berners-Lee, el inventor de la World Wide Web, en el número 1, o Ivan Getting, el inventor del GPS, en el 10, o los veintitantos premios Nobel asociados a la institución. Aquí tienes una vista simplificada de los 30 primeros. Sólo hay dos mujeres, en las posiciones 7, Helen Greiner, cofundadora de iRobot, y en la 8 nuestra protagonista, Ellen Swallow Richards, “experta en nutrición, primera mujer admitida en el MIT”. Nunca una descripción, siendo cierta, fue tan injusta con una persona. Esta es su historia. 

Continúa leyendo en el Cuaderno de Cultura Científica

Las dos culturas y más allá: Ciencia, Sociedad y Desarrollo (curso de verano)

La incidencia de la ciencia en la vida de las personas, mediante el uso y disfrute de sus productos, así como el efecto que ejerce sobre el desarrollo económico pueden ser elementos que ayuden a salvar la distancia cultural existente entre las grandes ramas del saber, las ciencias experimentales y naturales, por un lado, y las letras y ciencias sociales, por el otro.

Ese es el tema que nos proponemos desarrollar en el curso que ha preparado la Fundación vasca para la ciencia Ikerbasque y la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU en los Cursos de Verano de Donostia/San Sebastian de la UPV/EHU cuyo programa aparece a continuación, y en el que un servidor tiene el honor de participar.

El curso, por contenido y ponentes (permítaseme la inmodestia al ser un elemento de ese conjunto), no puede ser más interesante. Tanto es así que yo asistiré como alumno los tres días.

Palacio Miramar (San Sebastián). Sede del curso.

Programa Curso B5

2 de septiembre

09:00h Entrega de documentación
09:15h “Ciencia, sociedad y desarrollo” Juan Ignacio Pérez Iglesias (Cátedra de Cultura Científica, UPV/EHU, Bilbao y Facultad de Ciencia y Tecnología, UPV/EHU, Leioa).
10:15h “El caso de la lingüística y las ciencias cognitivas como modelo” Itziar Laka Mugarza (Facultad de Letras, UPV/EHU, Vitoria-Gasteiz).
11:15h Pausa
11:45h “Ciencia y literatura” Manuel Lozano Leyva (Universidad de Sevilla, Sevilla).
12:45h Mesa redonda:“Revoluciones científicas y desarrollo socioeconómico” Juan Ignacio Pérez, Itziar Laka Mugarza y Manuel Lozano Leyva.

3 de septiembre

09:15h “Las promesas de la ciencia. Una perspectiva histórica” Jaume Navarro Vives (Ikerbasque, Fundación Vasca para la Ciencia).
10:15h “Crecimiento económico y ciencia: una visión alternativa” Sara De la Rica Goiricelaya (Facultad de CC. Económicas y Empresariales, UPV/EHU, Bilbao).
11:15h Pausa
11:45h “Ciencia y Poder” José Manuel Sánchez Ron (Real Academia Española de la Lengua y Universidad Autónoma de Madrid, Madrid).
12:45h Mesa redonda:“Ciencia y economía en el siglo XXI” Jaume Navarro Vives, Sara De la Rica Goiricelaya, José Manuel Sánchez Ron.

4 de septiembre

09:15h “La ciencia al servicio de la salud humana” Iciar Astiasarán Anchía (Universidad de Navarra, Pamplona).
10:15h “Malos usos de la ciencia” José Manuel López Nicolás (Universidad de Murcia, Murcia).
11:15h Pausa
11:45h “De la ciencia a la factoría”, César Tomé López (Editor de Mapping Ignorance, Linares, Jaén).
12:45h Mesa redonda:“La ciencia en la vida de la gente” Iciar Astiasarán Anchía, José Manuel López Nicolás, César Tomé López, Juan Ignacio Pérez Iglesias.

La información relativa a inscripción, alojamiento y contacto, se encuentra en la página oficial de los cursos, así como el programa oficial del curso B5.

Químicos modernos: Gustave Bémont, el fantasma de la rue Vauquelin

En 1911 el comité Nobel concedía el premio de química a Marie Curie “como reconocimiento a sus servicios en el avance de la química por el descubrimiento de los elementos radio y polonio, por el aislamiento del radio y el estudio de la naturaleza y compuestos de este elemento extraordinario.”

Que Marie Curie merecía el premio nadie lo discute, ni lo haremos nosotros en lo que sigue. Ahora bien, también es cierto, que nada de lo relacionado con el descubrimiento del polonio y el radio hubiese sido posible sin los conocimientos químicos de Gustave Bémont.  Es nuestro objetivo en este breve texto exponer algo de la química del descubrimiento, la mejor forma, creemos, de comprender la verdadera dimensión de las aportaciones de Gustave Bémont. Por otra parte quizás también sería interesante desmitificar la imagen del trabajo aislado de la pareja Curie en sus primeros años de colaboración, por lo que mencionaremos a todo aquel que nos conste que ayudó de alguna manera relevante (que fueron, mire usted, mayoritariamente químicos).

El fantasma, Pierre y Marie Curie en el laboratorio de rue Vauquelin / Foto tal cual aparece en Wikimedia Commons

Un tema para la tesis

La anécdota de la vida de Marie Curie es tan conocida que no abundaremos en ella. Baste decir que Marie Curie obtuvo su segunda licenciatura (en matemáticas) en 1894, tras haber obtenido la de física en 1893 y haber comenzado a trabajar bajo la supervisión de Gabriel Lippmann (quien a la postre sería su director de tesis y su primera conexión con la Academia de Ciencias; curiosamente obtendría el Nobel en 1908, después de que su pupila lo consiguiese en 1903). En 1895 se casó con Pierre Curie, un físico conocido por sus estudios en magnetismo y simetría cristalina que, junto a su hermano Jacques, había descubierto el efecto piezoeléctrico en 1882. Pierre era en ese momento profesor e la Escuela Municipal de Física y Química Industriales (EMFQI), sita en el número 10 de la rue Vauquelin de la ciudad de París.

El descubrimiento de la radioactividad por parte de Becquerel había planteado un problema desconcertante: las sales de uranio mantenían en el tiempo, sin una fuente de energía externa, la capacidad de ennegrecer una placa fotográfica. Marie, que buscaba tema para su tesis decidió investigar el fenómeno.

El 11 de febrero de 1898 Marie comienza una búsqueda sistemática de elementos y compuestos con la capacidad de conferir conductividad eléctrica al aire (lo que hoy llamaríamos elementos y compuestos radioactivos). Comprobó, usando para ello una antigua sala de disección anexa a las instalaciones de la EMFQI, todas las muestras de que disponía en la escuela más las que pidió prestadas a distintos laboratorios de la ciudad. La lista de materiales analizados es bastante extensa y puede ser agrupada en tres grandes grupos:

1) Metales y metaloides disponibles habitualmente (de la colección mantenida por el profesor Etard, EMFQI)

2) Sustancias raras: galio, germanio, neodimio, praseodimio, niobio, escandio, gadolinio, erbio, samario y rubidio (proporcionadas por Demarçay); itrio, iterbio junto con un “nuevo erbio” (proporcionadas por Urbain)

3) Rocas y minerales (colección de la EMFQI)

Los resultados obtenidos fueron lo suficientemente interesantes como para que el profesor Lippmann presentase una nota de Marie (ella sola, sin Pierre como coautor) a la Academia de Ciencias y para que Pierre abandonase sus propias investigaciones cristalográficas para dedicarse de lleno al nuevo fenómeno.

El uranio y algo más

Marie descubrió que todos los minerales que eran activos contenían o bien uranio o bien torio (esto último lo había descubierto independientemente dos meses antes Gerhard Schmidt; en esta época de efervescencia los descubrimientos se atribuían por diferencias de meses, si no semanas, como bien supo un hoy olvidado Silvanus Thompson que descubrió la “hiperfosforescencia” del nitrato de uranio en febrero de 1896, exactamente a la vez que Becquerel, pero éste lo comunicó públicamente antes. De ahí la prisa de Marie y Lippmann por comunicar resultados parciales).

Pero el resultado más importante de Marie fue que la pechblenda, una variedad de uraninita (UO₂), era (es) cerca de cuatro veces más activa que el uranio metálico, que la chalcolita (hoy metatorbernita), Cu(UO₂)₂(PO₄)₂·8 H₂O, lo era alrededor de dos veces y que la autunita, Ca(UO₂)₂(PO₄)₂·12H₂O, aunque menos marcado que los anteriores, también presentaba una actividad anómala. Tras sintetizar chalcolita en el laboratorio a partir de sus constituyentes puros, Marie comprobó que en la chalcolita sintética la actividad era proporcional al contenido de uranio. Esto la llevó a una conclusión que aparece en la nota a la Academia en una frase clave: “Este hecho es muy notable y sugiere que estos minerales podrían contener un elemento mucho más activo que el mismo uranio”.

De la física a la química

El matrimonio Curie se enfrentaba ahora a la necesidad de investigar la pechblenda. Si bien podía usar el dispositivo inventado por Pierre para medir la actividad de los compuestos y guiar el trabajo, los conocimiento necesarios de química sobrepasaban de manera notable los que la pareja pudiese tener.

Afortunadamente estaban en el lugar ideal para encontrar la ayuda que necesitaban. Como centro de formación en química industrial la EMFQI contaba con grandes especialistas en el tratamiento de minerales. Pierre recurrió al mejor: Gustave Bémont, el chef de travaux de chimie , el responsable de las prácticas de química en la Escuela. Él, tras muchas pruebas, terminó diseñando para ellos la siguiente marcha analítica (que es la que aparece en la nota de Pierre y Marie, no Bémont, que Becquerel presentó a la Academia con el descubrimiento del polonio):

Marcha analítica para el polonio. Véase el texto para una explicación / Tomado de  Adloof & McCordick "The Dawn of radiochemistry" (1995) Radiochimica Acta 70/71, 13-22  

El tratamiento de los primeros 100g de pechblenda comenzó el 14 de abril de 1898. Lo que sigue da una idea de la pericia analítica necesaria para llevarlo a cabo.

La muestra se molió y fue tratada con HCl. Los residuos insolubles aún eran muy activos, por lo que tras fundirlos con una mezcla de carbonato potásico e hidróxido sódico se solubilizaron con ácidos.

El tratamiento de la disolución ácida con H2S fue un paso muy importante, digno de una gran experiencia química, ya que los sulfuros precipitados eran más activos que el resto de la disolución residual. La actividad en los sulfuros era insoluble en sulfuro de amonio, por lo que pudo separarse de As y Sb. El resto de sulfuros insolubles se disolvieron con nítrico tras la adición de sulfúrico y parte de la actividad acompañaba al sulfato de plomo. Finalmente se encontró la actividad mayoritariamente concentrada en la última fracción, que contenía “sólo” bismuto y plomo.

Separar la sustancia activa del bismuto y el plomo por métodos húmedos resultó tremendamente laborioso. Esta frase tan sencilla nos debe dar una idea de la inmensidad del trabajo llevado a cabo: cada ensayo significaba tratar una muestra no pequeña del residuo al que se llega tras todos los pasos anteriores. Finalmente encontraron que la precipitación fraccionada repetida podía ser una vía, angustiosamente lenta, pero segura. Al añadir agua a una disolución ácida del residuo las fracciones que precipitaban antes eran las que portaban la mayor parte de la actividad. De esta forma el 6 de junio tenían un sólido 150 veces más radioactivo que el uranio.

Mientras tanto Pierre probaba cosas nuevas, a ver si alguna podía ser útil. El mismo 6 de junio se le ocurrió calentar el residuo en un tubo de vacío a varios cientos de grados: los sulfuros de bismuto y plomo se quedaron en la parte caliente del tubo, mientras que en la parte fría (entre 250 y 300ºC) condensaba una capa negra con la actividad. Ese día el equipo consiguió una muestra 330 veces más activa que el uranio. Tras reiterar el proceso, purificando la muestra, consiguieron llegar a 400 veces.

La nota presentada por becquerel, y firmada por Pierre y Marie (no por Bémont, reiteramos) termina diciendo: “Creemos que la sustancia que hemos recuperado de la pechblenda contiene un hasta ahora metal desconocido, similar al bismuto en sus propiedades analíticas. Si la existencia de este nuevo metal se confirma proponemos que se le llame polonio en honor de la tierra natal de uno de nosotros”.

Por primera vez en la historia se anunciaba el descubrimiento de un elemento sin aislarlo y sin medir sus propiedades físicas. Demarçay, renombrado espectroscopista, fue incapaz de detectarlo, lo que no es de extrañar habida cuenta de la bajísima concentración en la muestra (del orden de nanogramos). Hubo que esperar al tratamiento de varias toneladas de pechblenda en 1910 (cosa que hicieron Marie y André Debierne; ese mismo año Debierne, descubridor del europio, ayudó a Marie a obtener el radio metálico) para obtener una muestra de 2 mg de producto que contendría aproximadamente 0,1 mg de polonio.

Gustave Bémont, Pierre y Marie Curie en el laboratorio de rue Vauquelin

El equipo siguió trabajando en lo que después sería el descubrimiento del radio a finales de año. En esta ocasión la nota a la Academia sí aparece firmada por los Curie y Bémont, como era de justicia. Sin embargo, la historia ha querido que Gustave Bémont (1857-1937), que podría haber justamente compartido el Nobel con Marie, quedase reducido a una mención en una placa en el 10 de la rue Vauquelin que casi nadie termina de leer.

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XXVI Edición del Carnaval de Química que organiza El cuaderno de Calpurnia Tate.

Vídeo "El nacimiento de la Tierra" en "El universo en un día".

Como quizás sepas, el pasado 25 de mayo se celebró en Bilbao el evento Naukas "El universo en un día", con la colaboración de la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU. Tuve el honor de participar con una charla titulada "El nacimiento de la Tierra" que es la que puedes ver aquí abajo, cortesía de EITB. Si quieres ver todas, que es lo que te recomiendo, puedes empezar aquí.

John William Nicholson, el Empédocles cuántico

Si uno se encuentra en alguna parte que el universo está compuesto de cuatro elementos, automáticamente asume que el texto que lee, o la historia que cuenta el vídeo que ve o la narración que escucha, tienen que ver muy probablemente con la Grecia prearistotélica [nadie debería pensar en nada posterior porque todos sabemos que Aristóteles introdujo un quinto componente, el éter]. Y es que la teoría de las cuatro “raíces” (la palabra “elemento” es de Platón) es de Empédocles, que vivió en el siglo V antes de la era común.

Pero no, existe la posibilidad de que leas sobre cuatro elementos como constitutivos del universo y se te esté hablando de algo muy reciente, con apenas un siglo de antigüedad. En el año en el que conmemoramos el centenario de la publicación del modelo atómico de Bohr, quizás convenga recordar al que fuera su principal modelo rival y que influyó en el desarrollo del propio modelo de Bohr, uno que ya no aparece ni en la mayoría de los libros de historia, el modelo de John William Nicholson. 

Sigue leyendo en el Cuaderno de Cultura Científica 

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XXV Edición del Carnaval de Química que acoge ISQCH-Moléculas a reacción

Receta para hacer un encéfalo transparente

El paso 10 de abril aparecía publicado en Nature un método que “hacía transparentes” los encéfalos, llamado CLARITY y que, por su espectacularidad, ocupó periódicos y noticiarios televisivos. Pasado un tiempo razonable, creo que puede resultar interesante para alguno saber cuál es el fundamento de la técnica, que es un prodigio de química aplicada.

Permítaseme ir directamente al grano. Para una introducción general este artículo es tan bueno como cualquier otro (contiene un error en los datos, te dejo que lo averigües, tras leer lo que sigue).

El encéfalo, como cualquier otro órgano del cuerpo, está formado por células, muy especializadas sí, pero células al fin y al cabo. Las células, simplificando mucho, no son más que una serie de orgánulos nadando en un líquido llamado citoplasma contenido por una doble capa lipídica, que es lo que llamamos membrana. Algunos de esos orgánulos, como el núcleo, también están contenidos por dobles capas lipídicas.

Estas membranas son permeables de forma selectiva, esto es, dejan pasar determinadas moléculas pero no otras, en concreto es muy difícil que dejen pasar macromoléculas. Por otra parte la interfase entre la doble capa lipídica y el citoplasma por un lado y por otro la interfase acuosa exterior a la célula provocan la dispersión de la luz. Estos dos fenómenos indican que ni podemos enviar tintes, u otras macromoléculas, al interior de la célula ni podemos ver dentro de ella sin romper la membrana. CLARITY es un método para acabar con estos problemas de raíz: eliminar las dobles capas lipídicas, las membranas, manteniendo su contenido en su lugar, sustituyéndolas por un material que permita el paso de macromoléculas y fotones sin oponer demasiada resistencia y que preserve la integridad estructural de células y tejidos.

Para conseguir este objetivo tan ambicioso CLARITY termina usando un hidrogel formado in situ, como veremos en seguida. Quizás convenga aclarar antes de seguir qué es un gel. Todos tenemos geles en casa, algunos geles de baño/ducha son geles propiamente dichos; sabemos que hacen espuma, que tienen color, que huelen, que se lleva bien con el agua y que actúa como jabón. También es posible que tengas geles en el frigorífico, en forma de gelatina; en esta ocasión te comes el gel. ¿Qué es un gel? Pues es un sistema en el que unas macromoléculas (polímeros) tienen atrapado un líquido en su red estructural, y se llaman hidrogeles si el líquido es agua. Los geles tienen la peculiaridad de que son sólidos si no se agitan (están como conGELados; su nombre viene del latín gelatus, congelado); esta propiedad será muy útil en CLARITY.

CLARITY tiene tres fases:

Primera fase. El proceso comienza introduciendo los monómeros componentes de los polímeros que luego formarán el hidrogel (básicamente acrilamida y bisacrilamida) junto con formaldehído e iniciadores de polimerización por temperatura en los tejidos. Esto se hace en un baño a 4ºC durante dos días.

En esta fase, el formaldehído entrecruza, dicho en químico, une covalentemente, los monómeros de lo que después será el hidrogel a distintas biomoléculas, incluyendo proteínas, ácidos nucleicos y moléculas más pequeñas que anden por allí.

Segunda fase. Se inicia la polimerización de los monómeros (que están unidos a biomoléculas, tengámoslo presente) simplemente elevando la temperatura del conjunto a 37ºC durante 3 horas. Tras este tiempo el tejido y el hidrogel se han convertido en una estructura híbrida que es capaz de dar soporte físico al tejido y que incorpora químicamente las biomoléculas a la red estructural del hidrogel.

Un punto muy importante a resaltar es que ni lípidos ni aquellas biomoléculas que carezcan de los grupos funcionales adecuados están unidas al hidrogel, por lo que pueden ser retiradas del mismo.

Tercera fase. Se extraen los lípidos. La extracción de las moléculas lipídicas se puede hacer con mucho tiempo y empleando disolventes orgánicos (el hidrogel es hidrofílico) o cientos de veces más rápido aprovechando la alta carga de las dobles capas lipídicas (micelas después de todo) usando electroforesis.

El resultado es que el hidrogel asegura que las biomoléculas y los matices estructurales, como las proteínas de membrana, las sinapsis o las espinas, se quedan en su sitio, mientras que los lípidos de las membranas que causan la dispersión de la luz e impiden la penetración de macromoléculas se han quitado de en medio, dejando detrás un sistema biológico con todo en su sitio listo para ser etiquetado, tintado y fotografiado a placer. No hay más que verlo:

Para María, con afecto.

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XXV Edición del Carnaval de Química que acoge ISQCH-Moléculas a reacción

Referencias:

CLARITY Resource Center (información, vídeos, detalles metodológicos, formación)

Chung K., Wallace J., Kim S.Y., Kalyanasundaram S., Andalman A.S., Davidson T.J., Mirzabekov J.J., Zalocusky K.A., Mattis J. & Denisin A.K. & (2013). Structural and molecular interrogation of intact biological systems, Nature, 497 (7449) 332-337. DOI: 10.1038/nature12107

Determinación de la composición elemental átomo a átomo usando microscopía electrónica.

Se sabe desde hace mucho tiempo que la resolución espacial que se puede conseguir con un microscopio óptico, esto es, la característica más pequeña que se puede observar, es del orden de la longitud de onda de la luz que se emplee. Para que nos hagamos una idea del orden de magnitud, la longitud de onda del verde es de 550 nm (nanometros). Una forma de mejorar esta resolución es evidente: usar partículas con longitudes de onda asociadas más pequeñas o, lo que es lo mismo, más energéticas. Este es el fundamento de los microscopios electrónicos, en los que las partículas que se usan son electrones. Razones de índole puramente ingenieril hacen que la energía de los electrones empleados en los microscopios electrónicos de transmisión (MET) esté en el rango de los 100 a 300 keV, lo que corresponde a una longitud de onda de entre 3,7 y 2 pm (picometros).

Parémonos aquí un momento porque esto es importante. El radio del átomo de hidrógeno, llamado radio de Bohr (la distancia más probable entre el protón del núcleo y el electrón en el estado estacionario) es de 52,9 pm [ojo, el hidrógeno es el átomo más sencillo pero no el más pequeño]. ¿Significa esto que podemos ver “dentro” de un átomo de hidrógeno usando un MET? Vamos a verlo.

La resolución de un MET está limitada no sólo por la longitud de onda de los electrones, sino por las imperfecciones de las lentes electrónicas. Las principales son las aberraciones esférica y cromática. Instalando correctores (lentes auxiliares) se puede conseguir una resolución de 50 pm. Sí existen fotos de átomos, por tanto (véase por ejemplo aquí).

En la MET lo que se hace es que un haz de electrones atraviese una capa muy fina de la muestra (de ahí lo de transmisión) y después medir cómo han sido afectados los electrones por ese paso. De esta forma podemos saber la posición y más o menos el tamaño de los átomos que constituyen la muestra. En este sentido, “vemos” los átomos. Sabemos qué átomos son, qué elementos, por métodos químicos: bien porque nosotros hemos sintetizado la muestra, bien porque lo hayamos determinado analíticamente.

En el caso del MET, al atravesar la muestra los electrones pueden perder una cantidad de energía que es característica del elemento concreto con el que están interaccionando. Existe una versión de los MET, la llamada con filtro de energías (MET-FE), que es capaz de interpretar las energías de los electrones transmitidos y obtener lo que se llaman mapas químicos de la muestra. Esta técnica ya es comercial y permite realizar análisis químicos a escala nanométrica (véase por ejemplo IMP).

Acabamos de decir nanométrica. ¿Pero no decíamos que la resolución era 50 pm? Efectivamente, pero de nuevo nos encontramos para las técnicas MET-FE los problemas de las aberraciones, especialmente la cromática. Por lo tanto la MET-FE aún no ha conseguido la resolución atómica.

Y aquí es donde interviene el equipo encabezado por Knut Urban, del centro de investigación Jülich (Alemania). Urban recibió en 2011 el premio Wolf de física precisamente por sus trabajos para corregir las aberraciones en los MET. En un artículo aparecido en Physical Review Letters estos investigadores lo que vienen a decir es que han conseguido corregir la aberración cromática en MET-FT. Y para ello han usado el mismo razonamiento que se emplea en astroquímica.

Para determinar que en una nebulosa existe la molécula X, lo que se hace es tomar una muestra de esa molécula, ponerla en las condiciones de temperatura y vacío del espacio interestelar, y medir su espectro en esas condiciones. Después hay que cotejar los espectros recogidos por los telescopios para comprobar si los picos característicos de nuestra molécula están presentes. Pero, y esto es lo interesante, lo que se hace si no se puede conseguir poner la muestra en las condiciones del espacio por la razón que sea, son cálculos teóricos (químico-cuánticos) a partir de primeros principios que nos dirán cuál será probablemente su espectro. Urban et al. han hecho esto mismo aparte de desarrollar nuevas ópticas: cálculos teóricos que permiten interpretar la información recibida.

Los autores pusieron a prueba su método con una muestra de silicio consistente en un único cristal. Seleccionaron sólo aquellos electrones que interactuaban con electrones muy específicos del silicio. La resolución fue suficiente para visualizar las “mancuernas de silicio”, átomos de silicio vecinos que se emparejan en ciertos planos del cristal. Las imágenes muestran que los centros de dos átomos que forman una mancuerna están separados 135 pm (te puedes entretener midiéndolo tú, sabiendo que el radio atómico del silicio es 111 pm).

Si nos damos cuenta, esto es exactamente lo que se ve en las películas de ciencia ficción: introducen una muestra minúscula en un equipo y éste te dice la composición átomo a átomo. El futuro ya está aquí (otra vez). Nos falta la Enterprise.

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XXV Edición del Carnaval de Química que acoge ISQCH-Moléculas a reacción

Referencia:

Urban K.W., Mayer J., Jinschek J.R., Neish M.J., Lugg N.R. & Allen L.J. (2013). Achromatic Elemental Mapping Beyond the Nanoscale in the Transmission Electron Microscope, Physical Review Letters, 110 (18) DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.185507

Salvando a Arquímedes

I

En el momento de la caída de Siracusa el general Marcus Claudius Marcellus fue muy consciente de que su victoria había requerido dos años de asedio gracias en buena medida a las máquinas de Arquímedes. Sin embargo, impresionado por la capacidad de aquel hombre, dio orden de que su vida fuese respetada, atribuyendo tanta gloria en la salvación de Arquímedes como en la derrota de Siracusa. 

Pero ocurrió que un soldado que irrumpió en su casa espada en alto en busca de botín lo encontró sentado en el suelo, dibujando diagramas, completamente absorto. El soldado le preguntó que quien era, pues tenía orden de identificar a Arquímedes y llevarlo ante Marcellus en caso de encontrarlo, pero Arquímedes en vez de dar su nombre respondió Μὴ μου τοὺς κύκλους τάραττε (no molestes a mis círculos) algo que al romano le sonó muy diferente al “arkímedes” que hubiera identificado al único siracusano con inmunidad. La espada cayó y Arquímedes rodó muerto.

• ¡Mi general!

De Pernety levantó la vista de la carta que estaba releyendo para encarar a su ayudante de campo.

• Sí, Balfour, ¿qué ocurre?
• Las baterías acaban de tomar posiciones, señor. Listos para abrir fuego a la orden.
• Bien, bien, Balfour, gracias. Por cierto, el teniente Servais habla alemán, ¿verdad?
• Sí, señor, es de Aix-la-Chapelle, creo.
• Haga que venga.

Es por ello mi general que me atrevo a pedirle este gran favor en nombre de la ciencia...

Desde que había alcanzado el generalato hacía unos meses Joseph Marie de Pernety había recibido algunas cartas pidiéndole favores, la mayoría recomendaciones de hijos y sobrinos que querían hacer carrera en el ejército. Pero aquella carta de la hija de Ambroise era extraordinaria. Y él había tomado la resolución de no ser un segundo Marcellus. Tomó una hoja de papel y comenzó a escribir.

• ¡Mi general! El teniente Servais.
• Descanse, Servais. Tengo una misión para usted. Escoja a dos hombres de su confianza. En cuanto abramos brecha en la ciudad quiero que vayan a la dirección que está en este papel y encuentren a ese hombre. Deben retenerlo en su casa y protegerlo bajo cualquier circunstancia, hasta que llegue yo. No obedecen a nadie más que a mi. Responden con sus vidas. ¿Está claro?
• ¡Sí, señor!
• Vaya pues. Lanzaremos el ataque inmediatamente, en cuanto amanezca. ¡Buena suerte!
• ¡Gracias, mi general!

El general y su ayudante observaron marcharse al joven teniente.

• Espero por su bien que no falle.
• Mi general, puedo preguntarle a quién ha de proteger.
• A Arquímedes, Balfour, a Arquímedes. Y vámonos, que esta ciudad no caerá sola.
  
  

II

• Así que usted es Arquímedes.
• Bitte?
• Servais, traduzca. Decía que usted es Arquímedes.
• Yo sólo soy un matemático, excelencia. Y eso es lo que tengo en común con Arquímedes. Pero no entiendo este trato especial...¿Acaso su excelencia me conoce?
• No antes de la carta de una amiga suya de París. Obviamente sé quien es Arquímedes, los artilleros de Metz estudiamos geometría, ¿sabe?
• ¿Amiga mía de París? Perdone, excelencia, pero no le entiendo. Yo no tengo amigas de París. Tengo varios corresponsales franceses por mi trabajo, eso sí, monsieur le Blanc, por ejemplo, o...
• ¿Cómo que no? Pues la hija de mi buen amigo Ambroise Germain, Sophie, le conoce bastante bien. En cualquier, caso, está usted a salvo y bajo la protección de la República Francesa. Servais y sus hombres se quedarán con usted hasta que se haya reestablecido el orden en la ciudad.
• Muchas gracias, excelencia, pero sigo sin comprender...

III

[...tres meses después...]

Mi querida señorita Germain:

Pero cómo describirle mi admiración y asombro al ver que mi estimado corresponsal monsieur le Blanc se metamorfosea en este personaje ilustre que me ofrece un ejemplo tan brillante que sería difícil de creer. La afinidad por las ciencias abstractas en general y, sobre todo, por los misterios de los números es demasiado rara: lo que no es sorprendente ya que los encantos de esta ciencia sublime sólo se revelan en toda su belleza a aquellos que tienen el valor de comprenderlos. Pero cuando una persona del sexo que, según nuestras costumbres y prejuicios, debe encontrar infinitamente más dificultades que los hombres para familiarizarse con estos espinosos estudios, y sin embargo tiene éxito al sortear los obstáculos y penetrar en las zonas más oscuras de ellos, entonces sin duda esa persona debe tener el valor más noble, el talento más extraordinario y un genio superior. Realmente nada podría probarme de forma tan meridiana y tan poco equívoca que los atractivos de esta ciencia que ha enriquecido mi vida con tantas alegrías no son quimeras, que la predilección con la que usted la ha honrado. Quedo suyo afectísimo, 

Carl Friedrich Gauss

Más información sobre Sophie Germain

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la Edición 4.123 del Carnaval de Matemáticas que alberga Eulerianos

Químicos modernos: Fritz London, la química se hace cuántica (I)

La concesión de la prestigiosa beca Guggenheim en 1926 le dio la oportunidad a Linus Pauling de visitar Europa y trabajar con Bohr en Copenhague, con Sommerfeld en Múnich, y con Schrödinger en Zúrich. Fue en Suiza donde coincidió con Fritz London, un joven filósofo cuyo interés en la mecánica cuántica le había llevado a realizar estudios postdoctorales con Sommerfeld. Pauling también discutiría extensamente de mecánica cuántica con Walter Heitler, que estaba haciendo su doctorado con Herzfeld pero en estrecho contacto con Sommerfeld. Es comprensible la sorpresa que se llevó Pauling al enterarse al año siguiente de que Heitler y London eran los autores del primer tratamiento mecanocuántico de un sistema químico: ninguno de los dos le había dicho nada de su trabajo en común. Años más tarde el propio Pauling describiría el acontecimiento como “la mayor contribución a la concepción química de valencia” desde la introducción del par compartido por Lewis en 1916.

Heitler, Pauling, Ava Pauling, London. Múnich, 1927

Fritz London nació en 1900 en Breslau en el seno de una próspera y cultivada familia germano-judía. Su padre era profesor de matemáticas en Breslau (después lo sería en Bonn) y su madre era la hija de un fabricante de tejidos. London recibiría una educación clásica en Bonn lo que alimentaría su interés por la filosofía. Estudió esta disciplina en Bonn, Frankfurt y Múnich. Con sólo 21 años recibió un doctorado (summa cum laude) por la universidad de Múnich tras presentar una tesis espectacular: sin supervisión alguna, había elaborado toda una presentación de la teoría del conocimiento basada en el lenguaje simbólico y los métodos desarrollados por Peano, Russell y Whitehead. Sólo lo presentó como trabajo de doctorado después de que Pfander los leyese tras que se lo mandase para comentarios y éste le animase a ello.

Las querencias filosóficas son detectables en todo el trabajo de London, caracterizado por una búsqueda constante de los principios generales y la exploración concienzuda de las bases lógicas de los temas elegidos. Nunca fue un mero calculista. Así, por ejemplo, en 1939 publicó con Ernst Bauer una breve monografía (en francés) sobre la teoría de la medida en mecánica cuántica.

Durante los tres años posteriores a la presentación de su tesis, London escribiría dos artículos filosóficos más y se ganaría la vida como profesor de instituto en varios lugares de Alemania. Pero sus intereses iban concretándose y en 1925 toma la decisión de volver a Múnich para trabajar en física teórica con Sommerfeld. Tras este período trabajaría con Ewald en Stuttgart y en Zúrich y en Berlín con Schrödinger.

En 1933 la persecución nazi llevó al judío London a abandonar Alemania. Pasaría dos años en Oxford y otros dos en Paría en el Institut Henri Poincaré. Finalmente, en 1939, aceptó el puesto de profesor de química teórica (no en el sentido actual; el equivalente hoy sería química física) universidad Duke en Estados Unidos, donde permanecería hasta su muerte.

Entre 1925 y 1934 los intereses de London se centraron en la espectroscopía y en la nueva mecánica cuántica, especialmente aplicadas al estudio y caracterización del enlace químico. En 1927, como vimos, Heitler y London produjeron su tratamiento mecanocuántico de la molécula de hidrógeno.

Su problema era calcular la energía de la molécula de hidrógeno en la que dos electrones se mantienen unidos a dos protones. Si los núcleos estuviesen muy alejados la energía del sistema sería esencialmente la de dos átomos de hidrógeno separados, y sólo habría que considerar la interacción entre un electrón y un protón. Pero cuando los núcleos están próximos hay que considerar cuatro interacciones. Usando teoremas matemáticos que lord Rayleigh había desarrollado para estimar la energía mínima de una campana, Heitler y London pudieron ignorar el espinoso problema de la distribución efectiva de los electrones. La demostración de Heisenberg de que los electrones son indistinguibles (resonancia) les permitió hacer más simplificaciones.

Con todas estas aproximaciones consiguieron una expresión lo suficientemente simple de la ecuación de onda del hidrógeno de forma que la ecuación de Schrödinger todavía fuese manejable.. la solución arrojaba valores de la energía de enlace increíblemente próximos a los obtenidos experimentalmente a partir de estudios espectroscópicos.

Cuando hoy día lees un libro de texto que trate del enlace químico sólo encontrarás, si acaso, el nombre de Pauling. Incluso en los textos de química física el desarrollo de Heitler y London aparece anónimamente. No sólo eso, en algunas historias de la química la teoría del enlace parece una creatio ex nihilo de Pauling. Sabemos que no fue así y quizás, también, intuyamos por qué Heitler y London decidiesen no anticipar nada de su trabajo a Pauling.

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XXIV Edición del Carnaval de Química que acoge el blog El zombi de Schrödinger

Curiosity descubre un gradiente redox en Yellowknife Bay

Esquema de gradientes redox biológicos terráqueos

El pasado día 12 saltaba la noticia: “Marte pudo haber albergado vida alguna vez, según la NASA” (ABC), “El 'Curiosity' demuestra que pudo haber vida en Marte” (Materia), “La NASA confirma que Marte pudo haber albergado vida” (Medciencia), son algunos ejemplos. Si lees estas noticias te darás cuentan de que, como solemos decir, tocan de oído. Primero porque se quedan con el chascarrillo de John Grotzinger, director de la misión MSL-Curiosity, en la rueda de prensa: “El agua de Marte del pasado habría sido potable”; segundo porque confunden churras con merinas o, en este caso, minerales con elementos químicos: “Entre los minerales hallados hay azufre, nitrógeno, hidrógeno, oxígeno y fósforo” y, tercero, porque o no pasan o pasan de puntillas y mal por el descubrimiento mayor. Para empezar la composición elemental cualitativa no es una novedad, el que haya arcillas tampoco, ni siquiera la presencia de agua es algo novedoso. Entonces ¿qué se ha encontrado realmente que amerite el calificativo de “habitable” para el Marte del pasado? La respuesta es una palabra no demasiado habitual al hablar de Marte: un gradiente; para ser exactos, un gradiente redox. Vamos a ver qué es esto.

Como asumo conocidos los antecedentes, nos concentraremos en lo que nos interesa ahora. Curiosity taladró una roca en un área llamada Yellowknife Bay, que parece que es probable que sea la desembocadura de un antiguo sistema fluvial o bien el lecho de un lago intermitente. El material triturado del interior de la roca fue analizado usando varias técnicas, entre ellas difracción de rayos X de polvo (para los aficionados a la cristalografía, la DRXP de toda la vida) y cromatografía de gases (para los aficionados a C.S.I., el aparato objeto de los video-clips musicales de la serie).

El análisis puso de manifiesto que la roca era una lutita (roca sedimentaria constituida por detritos) de grano fino que contenía varios minerales ígneos, entre ellos olivino, un silicato de hierro y magnesio (su nombre viene de su color verde oliva, como bien saben los visitantes y lugareños de las Islas Canarias, especialmente Lanzarote). Lo más importante es que aproximadamente un 20% de la muestra consistía en minerales arcillosos. Las lutitas cambian de color en función del ambiente en el que estén: son grises, o grises verdosas, dependiendo de la composición, en ambientes reductores y rojas o amarillentas en ambientes oxidantes. La muestra era grisácea por lo que la arcilla detectada es el producto de la reacción de los detritos ígneos con agua neutra y con bajo contenido en sales (de aquí lo del “agua potable” de Grotzinger).

Por otra parte la presencia de sulfato de calcio en las muestras sugiere que el terreno circundante es o neutro o ligeramente alcalino. Pero hay más indicios de que el entorno no es oxidante en exceso. Así lo demuestran la existencia del mismo elemento en distintos estados de oxidación: por ejemplo, el azufre está como sulfato y como sulfuro. Y esto es lo importante, ya que significa que en Marte al menos hay un lugar en el que existe un gradiente redox.

Todas las reacciones metabólicas que conocemos son reacciones redox, esto es, de oxidación-reducción. En otras palabras, cada reacción que produce energía en un ser vivo  requiere de un oxidante (una especie química capaz de captar electrones) y un reductor (otra especie capaz de cederlos). A su vez los productos de esta reacción, oxidados y reducidos, pueden participar en reacciones subsiguientes. El hecho de que se haya encontrado en Yellowknife Bay elementos en distintos estados de oxidación a la vez y en el mismo lugar, indica que podrían existir reacciones que tuviesen a estas especies como reactivos/productos como parte del metabolismo de una vida microbiana (de aquí lo de “apto para que vivieran microbios”).

Hasta aquí vemos que el Marte rojo y fuertemente oxidante, con percloratos que acaban con lo que se mueva, se ve transformado en un Marte gris, mucho más amigable, en el pasado, para la existencia hipotética de posibles formas de vida no extremófila según los estándares terráqueos (de aquí lo de “habitable en el pasado”).

Recapitulando, lo que tenemos es presencia en el pasado de agua líquida no salina con elementos en diferentes estados de oxidación y carbono en distintas formas. Esto podría (ojito al condicional) ser interpretado de la siguiente manera: tenemos un medio (agua) en el que una estructura orgánica (carbono) tendría a su disposición una fuente de energía en forma de gradiente redox (elementos en distintos estados de oxidación).

Lo que antecede ya es bastante espectacular como para tener la necesidad de afirmar “que pudo haber vida”, cuando no hay indicio alguno de que la haya habido. Esta afirmación es del tipo de “yo pude haber sido monja clarisa” referida a Lady Gaga, no hay pruebas ni de que se lo hubiese planteado, por lo que es pura propaganda; el título de esta entrada es mucho menos llamativo pero más acorde con la realidad.

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XXIII Edición del carnaval de Química que organiza Moles y Bits.