Por qué estamos vivos: vida, energía y ATP
En este instante todos estamos en una estrecha cornisa entre la vida y la muerte.
Es probable que nadie lo note, pero en nuestro interior hay una frenética actividad.
Una actividad que nuca puede detenerse. Somos como un muelle bajando una escalera
mecánica que va hacia arriba. El muelle que baja representa
los procesos autorreplicantes de las células, la escalera mecánica las leyes de la física
que nos llevan hacia adelante. Estar vivo significa moverse
constantemente y no llegar a ninguna parte. Si alcanzamos el descansillo de la escalera,
no podemos seguir cayendo y morimos. Es inquietante,
pero el universo quiere que lleguemos arriba. ¿Cómo podemos evitarlo? Y, ¿por qué estamos vivos?
Cualquier tipo de vida se basa en la célula. Una célula es una parte del universo muerto
que se separa del resto para ir a su aire durante un tiempo.
Cuando concluye la separación, muere y vuelve a reunirse con el resto del universo muerto.
Desgraciadamente, al universo le gustaría que la vida dejara de ir a lo suyo.
Por algún motivo, no es aficionado a las cosas apasionantes, sino que intenta
ser lo más aburrido posible. En esto consiste la entropía,
una regla fundamental de nuestro universo. Es bastante complicada y nada intuitiva, de modo
que la explicaremos detalladamente en otro video. De momento, solo necesitamos saber que
lo vivo es inherentemente apasionante. Una célula está llena de millones de proteínas y
millones de moléculas más simples como el agua. Se producen miles de complejos procesos
autorreplicantes, hasta cientos de miles de veces cada segundo.
Para estar viva y ser apasionante, debe trabajar constantemente para evitar la entropía,
volverse aburrida y morirse. La célula debe permanecer
separada del resto del universo. Y, para ello, por ejemplo mantiene
la concentración de ciertas moléculas distintas en el interior y el exterior,
expulsando activamente los excedentes. Para este tipo de acción,
la célula necesita energía. La energía es la capacidad que las
cosas del universo tienen para trabajar, mover o manipular algo, hacer cambios.
No se puede crear, ni destruir, la cantidad de energía establecida en el universo nunca varía.
Desconocemos el porqué, pero sabemos que es así. Por eso miles de millones de años atrás,
uno de los retos más básicos de los primeros seres vivos era obtener energía utilizable.
Apenas sabemos nada de las primeras células, solo que conseguían energía mediante
reacciones químicas sencillas. Y que encontraron el sistema
definitivo para transferirla, los ladrillos energéticos de la vida:
la molécula de adenosín trifosfato o ATP. Su estructura hace que sea perfecta
para almacenar y liberar energía. Cuando una célula necesita energía,
por ejemplo para expulsar moléculas o reparar una micromáquina, puede
descomponer ATP y usar la energía química para ejecutar el trabajo y logar el cambio.
Es la forma que tienen los seres vivos de hacer las cosas.
No sabemos ni cuándo, ni cómo se creó la primera molécula de ATP en el planeta.
Pero todos los seres vivos conocidos utilizan ATP o moléculas muy similares
para que funcione su maquinaria interna. Es crucial para casi todos los procesos
que plantas, hongos, bacterias y animales necesitan para sobrevivir.
Sin ATP no habría vida en la Tierra. Ni en ningún otro sitio, seguramente.
Descomponer sustancias químicas para obtener energía está bien,
pero los primeros seres vivos se estaban perdiendo la mayor fuente de energía disponible: el sol.
El sol fusiona átomos y expulsa fotones que llevan energía al sistema solar,
aunque, como está sin tratar, resulta indigesta. Hay que refinarla.
Tras cientos de millones de años de evolución, a una célula por fin se le ocurrió cómo comer sol:
absorbiendo radiación y convirtiéndola en su mayor parte en unos ordenados paquetitos
químicos que podía usar para mantenerse viva. Es el proceso al que llamamos fotosíntesis.
Se toman fotones, que se tambalean por culpa de la energía electromagnética
y, con parte de esta energía, se fusionan y combinar varias moléculas a la vez.
La energía electromagnética se convierte en energía
química que se almacena en la molécula de ATP. El proceso incluso mejoró cuando algunas células
aprendieron a crear paquetes químicos mejores: la glucosa
o azúcar. Es fácil de descomponer,
tiene mucha energía y sabe bastante bien. Tan práctica que algunas células decidieron
dejar de molestarse en hacer la fotosíntesis por sí mismas y tragarse simplemente otras células
que la hicieran y así tomar su glucosa y ATP. Una de las traiciones anime más graves de la
historia de la evolución. Y todo siguió avanzando.
Las células fotosintéticas principalmente aprovechaban la energía en la superficie,
lo cual limitaba su producción máxima, que a su vez limitaba algo sus rutas evolutivas.
Y así pasó el tiempo. Algunas células fabricaban
azúcar, otras se las comían. La evolución actuó pero,
en general, todo siguió siendo básicamente igual durante cientos de millones de años.
Hasta que, un día, una célula se comió otra y no la mató, sino que se volvieron una sola célula.
Aunque nada cambió ese día, la Tierra dejo de ser la misma para siempre.
Esta célula se volvió el ancestro de todos los animales del planeta.
Ballenas azules, amebas, dinosaurios, medusas, pichiciegos menores, galeopitecos
y humanos, claro. La existencia de todos se remonta a ese momento.
La fusión de dos seres vivos es tan importante porque al convertirse en una sola célula,
se volvieron mucho más potentes. La antes independiente célula del
interior podía dejar de esforzarse en sobrevivir y concentrarse en otra cosa: fabricar ATP.
Así se convirtió en la central eléctrica de la célula, la primera mitocondria.
El trabajo de la anfitriona pasó a ser sobrevivir en un mundo peligroso
y proporcionar comida a la mitocondria. Básicamente, las mitocondrias se dedican
a revertir la fotosíntesis con un proceso también muy complejo:
toman las moléculas de azúcar obtenidas al ingerir otros seres vivos, las queman con
oxígeno y moléculas precursoras, y fabrican nuevas moléculas de ATP llenas de energía.
Este proceso funciona como una diminuta caldera y desprende productos de desecho como CO2,
agua y un poco de energía cinética que sentimos como calor corporal.
Esta primera división de tareas significó que la nueva célula tenía mucha más energía disponible,
lo que conllevaba más posibilidades de evolución hacia células más complejas.
En algún punto estas células comenzaron a formar pequeños grupos o comunidades. Lo que condujo a la
vida multicelular y, finalmente, a nosotros. Hoy, cada uno está formado por una pila de
billones de células, llenas de docenas o cientos de pequeñas máquinas, que proporcionan energía
utilizable para permanecer vivos. Si se interrumpe este proceso,
aunque sea por unos minutos, morimos. Pero, si la vida es tan frágil,
¿no deberíamos almacenar ATP, como hacemos con el azúcar en las células de grasa, para
que no muramos si dejamos de respirar un rato? Si la vida ha resuelto tantos problemas para que
hoy estemos vivos, ¿qué es eso de morir rápido? Incluso las bacterias sencillas como el
E.coli deben fabricar unas 50 veces su peso corporal en ATP para cada división celular.
Nuestros billones de células necesitan muchísimo ATP para mantenernos vivos.
A diario, nuestro cuerpo produce y convierte unos 90 billones de millones
de millones de moléculas de ATP. Más o menos nuestro peso corporal.
Hace falta el equivalente a una persona de ATP solo para pasar un día.
Almacenar suficiente ATP para que nos dure unos minutos es básicamente imposible.
La molécula de ATP es realmente buena con el intercambio rápido de energía, pero un desastre
con el almacenaje: solo contiene un uno por ciento de la energía de una molécula de glucosa,
pero su masa es el triple. Por eso, constantemente se
produce ATP que se agota bastante rápido. Y esta ha sido la breve y simplificada historia
de la molécula que nos permite diferenciarnos del universo inerte y ser el muelle en la escalera
mecánica. Es una historia extraña, con una molécula imprescindible
en todo momento para sobrevivir. Y hace falta mantenerse en movimiento
puesto que una breve parada detiene el muelle. Y lo tenemos que hacer nosotros mismos.
Es como conducir a toda velocidad un auto en el que el combustible se genera en el
maletero con la basura que se toma del arcén. Solo sabemos que esto comenzó hace miles de
millones de años, cuando diminutas partes del universo muerto se juntaron y convirtieron en
otra cosa durante un momento. Pudieron seguir adelante,
pudieron crecer. Entonces se puso en marcha el muelle que no ha parado desde entonces.
De las primeras células a humanos viendo este video.
En algún momento nos fundiremos de nuevo con el resto del universo muerto.
Quizás le contemos historias sobre nuestras aventuras. Quizás no.
Pero antes de averiguarlo, hagamos lo que mejor se le da a la vida:
convirtamos el universo muerto en algo mucho más interesante.