Biología - EnlaceUBA

A. Materia y energía: ser polvo de estrellas y ¡que fluya!

La verdad es que todos los organismos necesitan lo mismo para funcionar: elementos para construir estructuras propias (que las/los físicas/os llaman materia) y una fuerza que mantenga juntas las estructuras y les permita hacerlas crecer y multiplicarlas (que entre nos vamos a identificar como energía). La energía que circula en nuestro planeta viene del Sol, nuestra estrella más cercana, y hay toda una liga de superhéroes (unos/as Avengers del mundo natural que ya vamos a conocer) capaces de captarla, transformarla y transferirla permitiendo que otras/os se desarrollen; lo único que no podemos hacer (ni nosotros ni los Avengers) es fabricarla (prohibidísimo por eso de que “la energía no se crea ni se destruye”…como explica la Primera Ley de la Termodinámica). Y la de problemas que eso nos está trayendo…

¿Es cierto que los seres humanos calentamos el planeta?

Casi sin dudar podemos decir que SI. Hace millones de años los dinosaurios y muchos otros organismos vivos se extinguieron, pero sus cuerpos quedaron enterrados en lo profundo de los suelos y la materia y la energía que los componían se acumuló y condensó en lo que se convirtió en el petróleo. Desde fines del siglo XIX, los seres humanos utilizamos, como ayuda en nuestros trabajos, máquinas alimentadas con alguna forma de combustible fósil: petróleo, carbón mineral y gas. Extraer energía de estos elementos para alimentar nuestras máquinas mediante un proceso denominado combustión entrega energía pero también libera a la atmósfera dióxido de carbono (CO2), un gas capaz de retener energía térmica, es decir, capaz de calentar el aire, por lo que lo englobamos dentro de los gases de efecto invernadero (o GEIs).

Desde hace unos años, un grupo de científicas/os viene monitoreando la cantidad de CO₂ atmosférico y la temperatura en la superficie de la tierra y los océanos, y llegaron a la conclusión de que nuestro uso de combustibles fósiles efectivamente calentó y está calentando el planeta:

Figura 1: Gráfico que muestra el aumento en la temperatura de la superficie del planeta (eje vertical, en grados Celsius) y aumento de dióxido de carbono (CO₂) atmosférico (eje horizontal) desde el “tiempo 0” (estimado por técnicas). Hay una relación lineal y positiva entre ambas variables, lo que nos dice que cuanto más CO₂ hay en la atmósfera....¡más aumenta la temperatura del planeta! Redibujado del informe del IPCC (2021), el panel de expertas/os que monitorea el cambio global.

Hay una relación lineal y positiva entre ambas variables, lo que nos dice que cuanto más CO₂ hay en la atmósfera....¡más aumenta la temperatura del planeta! Redibujado del informe del IPCC (2021), el panel de expertas/os que monitorea el cambio global. Descripción completa de la imagen: la figura mostrada es un gráfico de dos ejes, Y vertical, X horizontal. En el eje vertical se muestra el aumento en la temperatura del planeta expresado en grados Celsius y el eje horizontal muestra el aumento de dióxido de carbono (CO₂) atmosférico desde un tiempo 0 estimado por técnicas. Se ve una relación lineal y positiva entre ambas variables, es decir, que cuando aumenta la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera aumenta la temperatura de la superficie del planeta. Redibujado del informe del IPCC (2021), el panel de expertas/os que monitorea el cambio global

En cuanto a la materia, hace unos años un astrofísico de eterna polera, Carl Sagan (que era todo lo que está bien) le contó a la generación de sus padres que todos/as éramos polvo de estrellas. ¿Cómo llegó a semejante frase? Sabiendo que todas las estrellas del Universo se desarman, porque explotan, y que los pedacitos de esa explosión son las porciones de materia con las que los seres vivos nos construimos (y que en el bloque de Biomoléculas llamamos átomos).

B. Dime cómo te alimentas y te diré quien eres

Todos los seres vivos necesitamos materia y energía y no todos la conseguimos de la misma forma. Las personas (y el resto de los animales, los hongos y organismos tan distintos como una ameba y un paramecio) podemos fabricar nuestras propias estructuras, pero para eso necesitamos un combustible del cual extraer energía. En lenguaje biológico, eso significa ser un organismo heterótrofo (del griego “hetero”=distinto y “trofos”=alimentación, o sea, que se alimenta gracias a un “distinto” que le provee ese alimento).

Hay una molécula que funciona como combustible universal para los seres vivos y que, oh ironía, no podemos sintetizar ninguno de los heterótrofos. Esa molécula es fabricada por las plantas (y otros organismos que funcionan de manera similar), es un hidrato de carbono y se llama glucosa. Todos los organismos que pueden fabricarla son organismos autótrofos (para los griegos, “auto” significa por sí mismo, y “trofos” quiere decir nutrición). ¿Qué significa esto? Que a nivel energético, lo que importa es quién produce la glucosa, porque proporciona la energía que TODO el resto de los organismos necesita para funcionar.

Figura 2: La glucosa que consumimos, por ejemplo, al comer pan (un derivado de harina que se fabrica con los granos de trigo), nos brinda la energía necesaria para “alimentar” nuestro metabolismo. Esa glucosa es de fabricación propia de la planta de trigo. Lo mismo ocurre con todos los alimentos de origen vegetal que consumimos.

O sea que en vez de cheddar y papas fritas, panceta si o panceta no, lo que importa es que “comamos” glucosa. ¿Y con eso alcanza?

C. SimCity (R) edición cuerpo: metabolismo

La verdad es que sólo con adquirir la glucosa no alcanza, porque aunque la consigamos tenemos que saber qué hacer con ese combustible. Los seres humanos construyen sus cuerpos, armando y desarmando moléculas permanentemente.

Para quienes estén consultando el curso desde un celular, recomendamos rotar la pantalla, hacer clic en los tres puntos del margen inferior derecho y aplicar la pantalla completa.

Figura 3: la fabricación de cada elemento del nuestros cuerpos es un juego...¡pero no hay que olvidarse de TODO lo que se necesita!

Para pensar a un individuo no podemos separar la síntesis (es decir, la fabricación de compuestos) de la degradación (es decir, la ruptura de compuestos): si no se degradan moléculas no se libera la energía que permite la síntesis ni tendremos las piezas simples para construir moléculas más complejas; si no hay síntesis, no se fabrican los elementos necesarios para ejecutar las acciones de los seres vivos (incluidas aquellas que permiten la degradación de moléculas). Este par síntesis-degradación se vuelve “inseparable”, y se conoce formalmente como metabolismo.

El metabolismo: conjunto de reacciones químicas propias de los seres vivos que les permite intercambiar materia y energía con el entorno.

El metabolismo engloba a la totalidad de reacciones químicas que ocurren en un ser vivo y que le permiten llevar adelante su vida diaria. Todas/os las/os amigas/os que salieron a disfrutar de una noche de verano en algún bar pueden diferir en las reacciones químicas que realicen a partir de comer diferentes alimentos, pero en todas/os están ocurriendo, en simultáneo, un gran número de transformaciones químicas que o bien están armando o sintetizando moléculas, o bien las están desarmando o degradando, independientemente de si eligen o no comer carne, o si toleran o no el glúten.

¿Producir nuestra comida calienta el planeta?

Otra vez, la respuesta es SI. Cada vez que consumimos un alimento estamos consumiendo materia y energía. Los distintos organismos que dan origen a nuestros alimentos provienen fundamentalmente de dos categorías: plantas (las frutas, verduras, hortalizas, cereales y semillas) y animales (carnes y lácteos). Desde hace tiempo sabemos que, cualquiera sea nuestra elección alimentaria, la producción de nuestra comida tiene efectos planetarios, porque emite gases de efecto invernadero (GEIs, o GHGs en inglés). Esos gases, naturalmente, calientan la atmósfera y al planeta entero (que de lo contrario sería demasiado frío para que pudiésemos vivir en él). El problema es que, como les contamos hace algunos párrafos, estamos calentando “de más” la Tierra por nuestro excesivo uso de combustibles fósiles, asociado a nuestro estilo de vida actual de producir y consumir objetos. A eso, le sumamos que somos muchas/os, muchísimas/os… ¡y todas/os/es tenemos que comer! Sepan, sin embargo, que podemos tomar decisiones que calienten menos el planeta: producir en forma más amigable con los sistemas naturales (mediante sistemas como la Agroecología) y elegir alimentos que nos provean los nutrientes y la energía necesaria, pero que en su producción se emitan pocos gases efecto invernadero. Figura 4: Gráfico de barras que relaciona la cantidad de gases efecto invernadero (GEIs) emitidos para cada tipo de producción alimentaria. Los dos grupos de barras indican las emisiones registradas (2005/07) y las emisiones estimadas (“2050”). Las carnes rojas y las aves de corral son las producciones que más emiten hoy y más potencial de emitir tienen. Las frutas y las verduras emiten mucho menos en la actualidad, y su proyección de emisión a futuro también es más pequeña. Redibujado de Godfray y col. (2018), revista Science.

Vamos a denominar entonces a las reacciones de síntesis como anabolismo: fracción del metabolismo que comprende las reacciones de síntesis; es decir, la fracción del metabolismo “que construye o arma”, y a las reacciones de degradación como catabolismo: fracción del metabolismo que comprende las reacciones de degradación, es decir, la fracción del metabolismo “que desarma”)

Figura 5: Relación entre el catabolismo y el anabolismo como las dos partes complementarias del metabolismo. Las flechas amarillas indican la energía que sale del catabolismo y/o que entra al anabolismo, y la máscara indica un compuesto misterioso un compuesto misterioso.

El catabolismo toma moléculas grandes, complejas, con mucha energía, y las transforma en moléculas pequeñas, sencillas, con bajo contenido energético. La energía fluye del catabolismo a un compuesto misterioso, que la almacena transitoriamente hasta cederla al anabolismo, dentro del cual se toman precursores pequeños y se ensamblan para formar moléculas grandes y complejas. Es cierto que una fracción pequeña de la energía del catabolismo se pierde como calor, pero el resto ¿a dónde va? ¿Cuál es el compuesto misterioso? ¿Acaso la energía liberada en una degradación se utiliza en una síntesis…? La respuesta es SÍ, PERO NO: SI se utiliza la energía cosechada por la degradación de glucosa, pero NO DIRECTAMENTE…