Los virus tienen dos formas: la intracelular y la extracelular. Nuestra imagen habitual de ellos, con una cápsida proteica que contiene el ácido nucleico, incluso con una membrana rodeando a la cápsida, se corresponde, con la forma extracelular. Es lo que conocemos como virión. Y se trata de una forma inerte. No tiene metabolismo, no ejecuta otra función vital que no sea la relación. Y esta de una manera muy reducida. Se limita a reconocer a su diana, nada más. No incorpora ninguna otra información del exterior.
El virión se puede entender como la forma de viaje del virus. Desde una célula hasta la siguiente. Un viaje que puede durar segundos o años. Quién sabe si siglos o milenios…
Una forma al servicio del viaje que tenga que hacer, pero también al servicio de la entrada en la célula cuando la encuentre, cuando finalice su viaje. Y ahí hay diversidad de estructuras. Hay viriones con cápsidas helicoidales, icosaédricas, complejas (que mezclan la estructura helicoidal y la icosaédrica), con envuelta membranosa y sin ella…
La forma intracelular no tiene cápsida. Se trata de su ácido nucleico desnudo. Pero metabólicamente activo. Capaz de poner en marcha su herencia. Que consiste en apoderarse de la maquinaria celular para la replicación y la síntesis de sus proteínas. O bien, integrarse en el genoma y hacer un uso moderado y prolongado en el tiempo de esa maquinaria celular.
Sin embargo, hay virus que no necesitan del virión para viajar de una célula a otra dentro de un mismo organismo. Porque pueden hacer que la célula infectada se fusione con una célula intacta y así contagiarla. El virión lo reservan para cuando tengan que salir de ese organismo y llegar a otro.
Es asombroso que los virus puedan lograr su plan de vida con tan pocos genes, con genomas tan pequeños. Asombroso e intimidante. Por el daño que nos puede hacer. Asombroso y esperanzador. Por cómo podemos aprovecharlo.
A diferencia de las células, cuya herencia reside en ADN de doble cadena, los virus son mucho más versátiles. Siguiendo las ideas de Baltimore, que para eso fue premio Nobel, nos encontramos varias clases.
Los hay con ADN de doble cadena, sí, la clase I. Que pueden empezar a funcionar en cuanto entran en la célula y encuentran una ARNpol. Pero también los hay con ADN de cadena sencilla. La clase II. Cadena sencilla de lectura directa (ADN+). Incluso uno (el TTV de humanos) de cadena sencilla de hebra molde (ADN-). En cualquier caso, los virus de ADN de cadena sencilla, antes poder empezar a inducir a la célula a que produzca ARN, han de completarse. Porque la ARNpol solo lee ADN de cadena doble.
Pero el material genético de los virus también puede ser ARN. Con una diversidad de estrategias asombrosa.
Con ARN de cadena sencilla de lectura directa (ARN+). Es decir, que pueden ser leídos como ARNm por la célula. Pero como la célula no puede fabricar ARN sin ADN, deben contar con los planos para su propia ARN replicasa (ARNpol dependiente de ARN), que sí puede fabricar ARN a partir de ARN. Pero ese ARN que elabora es el complementario, no el del virus. Queda unido a la ARN replicasa para producir, ahora sí, las cadenas complementarias de la complementaria. Es decir, las cadenas ARN+. Que funcionarán como ARNm y como ARN que incorporar al virión. Es la clase IV.
También hay virus de ARN de cadena sencilla pero con hebra molde (ARN-). Esos tienen que llevar dentro del virión una enzima ya elaborada: una ARN replicasa, como en el caso anterior. Su virión no solo porta ácidos nucleicos, sino una proteína activa, que inyecta a la célula (menos mal que Hersey y Chase no hicieron su experimento con este tipo de virus). Este tipo de virus, al inyectar su ARN-, comienzan a fabricar ARN+. Que usan de dos modos: como ARNm para elaborar las proteínas víricas; como molde para el ARN- que entrará en el virión. Es la clase V.
Pero también hay virus de ARN de cadena doble. Que tienen que llevar su propia ARN replicasa dentro del virión. Una replicasa capaz de producir tanto ARN+, que actuará de ARNm, como ARN-. Que se juntará con el ARN+ para formar cadenas dobles que incorporar al interior de los viriones. Es la clase III.
Finalmente están los retrovirus. La clase VI. Que portan ARN+ pero que, para poder convertirlo en información que la célula pueda manejar, fabrican ADN. Que luego será el encargado de servir de plantilla para los ARNm y los que haya que incluir en el virión. Para eso necesitan una enzima especial, capaz de hacer que la información pase de ARN a ADN: la reversotranscriptasa. Una ADNpol dependiente de ARN. Una enzima que también ha servido para revolucionar la biotecnología.
No te cuento más estrategias para no agobiarte. Pero que sepas que existe una clase VII de virus. Que, aun siendo de ADN de cadena doble, se convierten en ARN para luego, mediante una reversotranscriptasa, volver a elaborar ADN. O los ambivirus, que portan una cadena mixta de ADN y ARN…
Como puedes ver, todo tipo de estrategias para abordar el dogma central de la biología molecular. Desde hacer fluir la información siguiéndolo, hasta hacer que la información vaya a la inversa, pasando por el rodeo de fabricar ARN a partir de ARN. Sin embargo, sea cual sea su estrategia, un virus siempre hará uso de la maquinaria de traducción celular, de sus ribosomas, para que la información que contiene llegue a convertirse en proteínas.
Cómo llegue esa información a manos de los ribosomas es lo que es diverso.
Tras muchos años de investigación y discusión aún no hemos decidido si los virus son organismos vivos o no. Pero sí estamos de acuerdo en una cosa: si son vida, no son vida autónoma. Dependen de células para ejecutar el dogma central de la biología molecular. Y, con él, las funciones vitales de reproducción (fabricar nuevo ADN viral), nutrición (incorporar elementos a su estructura) y evolución (experimentar cambios en su material hereditario que se traduzcan en reproducción diferencial). En cambio, para la función de relación siempre son autónomos. Puesto que poseen proteínas mediante cuyas formas reconocerán a sus dianas.
Así, el virus encuentra en la célula un entorno favorable para su forma de vivir. Posee energía, sustancias a partir de las cuales obtener las suyas propias, maquinaria celular que podrá poner a su servicio. Un virus, si está vivo, solo lo está dentro de una célula. Nunca fuera de ella.
Quizá haya que pensar en los virus como seres vivos que saltan la frontera de la vida en ambos sentidos, hacia un lado y hacia otro.
Pero no solo saltando y ya está. Por que usan de modos distintos y diversos el dogma central de la biología molecular. Sí, esa expresión que suena rara, pero que solo quiere describir cómo pasa la información de unas moléculas a otras. Eso que parecía tan sencillo cuando mirábamos a las células, pero que se complica enormemente al añadir a los virus.
Y pueden hacer todo esto de dos formas. Una, de un modo destructivo para la célula. Replicándose masivamente. Con lo cual se convierten en causa de enfermedad y muerte para los organismos. O no. O también pueden integrarse en ella. Replicándose pausadamente. Y también replicándose cuando la célula lo hace. Y, de ese modo, en ocasiones, conferirle propiedades nuevas, cambiar a la propia célula. Porque los virus, al replicarse, pueden arrastrar genes consigo. Genes que pasan de un organismo a otro. Genes que enriquecen las respuestas que puede dar la célula infectada pero también su patrimonio hereditario. Es lo que se denomina herencia horizontal, independiente de la reproducción. Aún hoy discutimos qué papel ha jugado y juega en la evolución.
Es cierto que todos los virus pueden comportarse de modo destructivo. Y también es cierto que no todos pueden comportarse de manera integrada.
Esas capacidades extraordinarias de los virus hacen que podamos considerarlos herramientas biotecnológicas. Capaces de portar un gen que les hayamos confiado hacia el interior del genoma de un ser vivo elegido por nosotros. Son una de nuestras armas más potentes para transformar a los seres vivos que deseemos transformar en nuestro beneficio. Incluidos nosotros. Comprender y dominar los virus, domesticarlos, puede significar adquirir un poder inmenso para manipular la biosfera. Otra cuestión es cómo usar bien ese poder…
Se calcula que el número de virus excede al de células en un factor de 10. Si fueran vida, si los consideráramos así, serían, con mucho, la forma más abundante de vida del planeta. Y ninguna célula está a salvo de ellos. Ninguna. Que sepamos.
Por tanto, si son vida, deben ser una forma de vida evolucionada a partir de lo que consideramos “vida normal”. Porque sin células no puede haber virus.
En el número de diciembre de 2012 de Investigación y Ciencia (una revista que te he recomendado, que te recomiendo, que te volveré a recomendar) hay un artículo interesante sobre la energía geotérmica. Una energía a la que no suelo prestar atención por creer que no es de aplicación en el lugar donde vivo. Una energía renovable, sí, pero que consideraba menor por no suponer ni el 0,5% de la energía eólica actualmente disponible.
Y resulta que no es cierto. Nada de eso que creía.
Merece la pena mirar la energía geotérmica. Te paso algunos datos y tú lo valoras.
Dónde obtenerla
Para empezar, tiene una característica que la diferencia del resto de renovables: es constante y permanente. No es variable como el viento que mueve la eólica o como el sol que alimenta la fotovoltaica, no depende de los vaivenes del clima como la hidroeléctrica. Y ya hay sitios donde ha triunfado: Islandia y Nueva Zelanda. Es verdad que son países pequeños (no llega a 400.000 personas Islandia, no llega a 4,5 millones Nueva Zelanda). Pero con 575 y 628 Mw instalados les resuelven mucho de su suministro. Especialmente a Islandia. Rebajando aún más su independencia de los combustibles fósiles, a diferencia de nosotros.
Para comprender bien la energía geotérmica hay que entender el gradiente geotérmico. Pero hoy nos basta con saber que el interior de la Tierra está más caliente. Y tanto más caliente conforme más al interior. Ahí tenemos lo que necesitamos para lograr obtener energía: una diferencia de temperatura entre dos puntos. El problema es cómo traer ese calor del interior al exterior, y así aprovecharlo. Para empezar, se necesita que el propio planeta ayude. Es decir, estar cerca de una vía de salida natural. Dos tercios del calor interno escapan por las dorsales oceánicas y la profundidad es un obstáculo insalvable hoy. Salvo en lugares cercanos a esas dorsales o directamente sobre ellas, como Islandia. O con un potente vulcanismo activo, como Nueva Zelanda.
En regiones más estables también se puede encontrar corteza terrestre lo suficientemente caliente como para aprovechar su energía. El calor procede de la desintegración de isótopos radiactivos y está ahí porque no tiene tan fácil salir como en los otros lugares que te comentaba, regiones volcánicas y dorsales. Se ha acumulado a lo largo de millones de años y la erosión de las rocas suprayacentes va haciendo que lo que estaba más profundo termine acercándose a la superficie.
¿Cómo funciona una central geotérmica? De un modo sencillo. Introducen agua en profundidad, dejan que se caliente, y la extraen. Y vuelta a repetir el ciclo. Una y otra vez. Eso significa un problema. Tú podrías pensar que el problema es que ese entrar y salir agua consume energía. Y sí, pero no. Ahí no está el problema. Con lo que se obtiene se mantiene en marcha el ciclo y sobra suficiente para aprovechar como electricidad y calefacción. El problema es otro. El problema es la fracturación de la roca al introducir el agua. De hecho, la perforación de la roca es la parte más costosa del proceso. Se lleva más de la mitad del coste total de la central. Y no genera un problema, no. Genera muchos. Que aún no están bien resueltos.
Los problemas de las centrales geotérmicas
Por un lado, te recuerdo, los terremotos son desplazamientos de roca sobre roca. Así, si hay fracturas, fallas, eso es más fácil. Una central geotérmica puede favorecer que en un lugar sísmicamente estable comiencen a suceder temblores de tierra. En principio no superiores a magnitud 4 en la escala de Ritcher. Es decir, en principio no muy dañinos. Pero solo en principio. Te recuerdo que el terremoto que asoló Lorca no fue de gran magnitud pero sucedió en una falla muy superficial y muy cercana al pueblo. Y pudo tener que ver con la extracción de agua de acuíferos. Es decir, pudo ser provocado por intervención humana sobre la geosfera. No está descartado que una central geotérmica provoque problemas graves. La probabilidad no es alta, pero descartado no está, no.
Tú dirás: ¿no se pueden hacer estudios de la roca en profundidad para saber cómo es, cómo se comportará al fracturarse e introducirle agua a presión? Pues sí, claro. Pero… Pero resulta que un lugar es distinto de otro. Y no tenemos buenos modelos que indiquen cómo se va a comportar un sitio realmente. Solo podemos hacer predicciones aproximadas. Es verdad que se ha mejorado mucho en esa parte técnica. Pero no lo suficiente para eliminar altos grados de incertidumbre.
¿Y alejando las centrales de los núcleos urbanos? Pues se pierde mucho de su potencial. Porque el principal uso que tienen es dar calefacción. También electricidad, pero menos. Y si está a gran distancia mucho de lo logrado se pierde por el camino. De hecho, las centrales geotérmicas ejecutan mejor su papel en zonas con alta densidad de población. Así que es complicado alejarlas de donde vive la gente…
Pero no acaban aquí los problemas. También esta la posibilidad de que fracase la central después de hacer todo el montaje. Eso sucede por varias razones. Una es el cortocircuito hidráulico. Que es cuando el agua pasa demasiado rápido del pozo de entrada al de salida. Sin calentarse o calentándose apenas. Ya ha pasado: en Hijiori, Japón. Por otro puede suceder que el agua haga justo lo contrario. Que no pase apenas al pozo de salida. Y se acumule. Y genere presiones peligrosamente altas. Ya ha pasado: en Landau, Alemania.
En el proceso de fracturación también pueden ir mal muchas cosas. Como cuando pinchas una roca que sirve de límite entre una capa freática y un nivel de materiales que reaccionan con ese agua. Si, p.ej., pasa agua freática a un nivel rico en anhidrita, la reacción produce yeso. Que tiene más volumen que la anhidrita. Y no poco: un 60%. Eso supone producir enormes presiones sobre la roca que está en la superficie. Ya ha sucedido: en Staufen, Alemania. Y con consecuencias para los edificios de la población en zonas donde hubo levantamientos de hasta 30 cm del suelo.
Por cierto que todos estos riesgos de las centrales geotérmicas son compartidos por el “fracking”, la fracturación hidráulica para obtener gas y petróleo que no se pueden lograr de otros modos.
Minicentrales geotérmicas domésticas
Pero quizá otro enfoque sea útil. No es que no haya centrales geotérmicas, no. Es que, además de las grandes, las haya pequeñas. De hecho, un agujero en la tierra con dos tubos, uno de entrada de agua y otro de salida de agua, es una central geotérmica. Y el calor acumulado por el suelo a causa de la radiación solar puede ser suficiente para crear una diferencia de temperatura capaz de lograr que ese agujero, con una profundidad de entre 50 y 250 m, sea rentable para calefacción, al menos en lugares fríos. En Suecia ya se extrae más energía para calefacción mediante minicentrales geotérmicas domésticas que en toda Islandia con centrales mayores. Y en Alemania una quinta parte de las viviendas de nueva construcción emplea esa técnica, contándose ya 265.000 pozos.
Es lo que se llama geotermia de superficie. Que no está relacionada con la otra geotermia, tectónica. Su origen es el sol. Y es que la roca se calienta lentamente en verano y libera lentamente ese calor durante el invierno. Eso es algo que conocían bien nuestros antepasados que vivían en cuevas: frescas durante la época de calor, cálidas durante la fría.
Conclusión
Aunque la geotérmica sea la más estable de las energías renovables, le queda aún mucho para poder usarse con bajos niveles de riesgo. Está bien buscar más energía. Especialmente está bien buscar más energía renovable. Y si es estable, mucho mejor. Pero deberíamos esforzarnos en mejorar la eficiencia de nuestro gasto. Y reducirlo tanto como nos sea posible. No es solo producir más energía. Es usarla mejor. Sin usarla mejor nuestra sed no se apagará ni con millones de centrales geotérmicas.
La energía es uno de nuestros problemas. Es, quizá, el gran problema del siglo XXI. La ecuación de este reto tiene dos componentes: obtención y ahorro. Operando en solo uno de ellos no lograremos un futuro. No uno bueno.
Es complicado definir vida. Por la sencilla razón de que es un fenómeno evolutivo. Es decir, no es un estado estacionario. La vida misma ha concretado algunas de sus características desde su origen. Incluso ha adquirido algunas que consideramos hoy como algo esencial, consustancial a la vida. Pero que no las tenía al principio.
Para resolver la cuestión podemos recurrir a dos enfoques. Uno inclusivo, que trate de recoger todo lo que sea vida. Es un enfoque maximalista. Otro restrictivo. Que busca qué es lo mínimo que comparten todas las formas de vida. Incluso las más extremas, las que están en la frontera, las que dudamos en incluirlas dentro de lo vivo, como virus y viroides. Este es más bien minimalista. Sea cual sea el enfoque, en ambos casos hay que ir a las raíces, al origen de la vida. Para comprender qué tenía entonces, y definirla así (restrictivo) o para recoger toda la variedad que ha desarrollado desde entonces (inclusivo).
Hoy, tras haber leído un artículo de opinión de Edward Trifonov, me centro en el enfoque restrictivo. Gracias a él podemos llegar a una idea: la de información almacenada en moléculas, capaz de autoreplicarse fielmente, pero no exactamente, y de crear un entorno favorable a ese proceso; o de aprovecharlo si lo encuentra.
Esa definición altera la idea que tenemos de célula. Porque la célula ya no sería la vida, sino ese entorno favorecedor. Un entorno que la vida crea porque contiene las instrucciones para ello. O también un entorno que la vida aprovecha cuando lo encuentra. Y así incluimos virus y viroides como formas de vida. Porque sabrían usar entornos ya creados, aunque no sean propios. Tendrían por tanto dos modalidades: vida y vida a la espera de ser vida.
Con este concepto la vida baja a un nivel molecular. Y no sale de ahí. Y todo lo demás su hábitat. La vida no sería, entonces, un fenómeno celular. La célula dejaría de ser la unidad mínima de vida para cederle el trono a una molécula capaz de autorreplicarse al encontrar un entorno favorable para ello. Y capaz de pervivir mientras lo encuentra y no lo encuentra.
¿Y tú y yo? ¿Qué seríamos tú y yo? Seríamos portadores de vida. Pero no seríamos vida. Seríamos su producto, su entorno, su hábitat.
Bueno, como puedes comprobar, todo esto es modos de mirar. Uno de entre varios posibles. Ni siquiera uno que me convenza plenamente porque yo me inclino por entender la vida como una propiedad emergente, algo que ninguno de sus elementos tiene pero que aparece cuando se juntan todos. Algo que posee el conjunto pero no las partes. Igual que las ruedas de un coche o su volante no tienen la propiedad “ir a alguna parte” a no ser que se organicen con todos los elementos necesarios.
Pero me ha interesado mirar así. Me gusta contemplar las cosas desde varios ángulos. Me amplía. De hecho, admito que tiene mucho sentido desde el punto de vista de la biología molecular.
Pero, ¿sabes que te digo? Que sea yo un ser vivo o un mero portador, me voy. A tomar un café. Ahora mismo…
El concepto de gen no es un concepto fácil. Y es que solo el 5% del ADN es codificante. Es decir, solo esa pequeña parte lleva información directa para construir proteínas. Entre ese 5% se situan amplias regiones de ADN, a veces muy repetitivo. Y dentro del ADN codificante se alternan regiones no codificantes, llamadas intrones, muy variables, con otras más conservadas, ya sí codificantes, llamadas exones.
Así que, o bien el ADN no es la molécula repleta de instrucciones que creíamos, sino más bien un desierto informativo con algunos oasis (los genes), o bien tenemos mucho que aprender todavía…
El problema de tanto ADN cuya función informativa aún no comprendemos bien, se pone de relieve si nos damos cuenta de la magnitud del problema para una célula. Que ha de lidiar con unos 2 metros (sí, sí, 2 metros) de ADN. Esa es su longitud aproximada. Y todo él empaquetado dentro de ella, en su núcleo. Si hay tanto ADN, y trabajar con él es tan complicado, ha de ser por buenas razones… Si no, la evolución lo hubiera podado.
Por cierto… el grado de empaquetamiento del ADN, teniendo en cuenta su volumen real y su longitud estirado, es de 105. Otro día hablamos de la cromatina…
Nosotros tratamos de comprender las cosas poniéndoles nombre y definiendo lo que son. Así, un gen es la secuencia de ADN necesaria directamente para la síntesis de un producto funcional (ARNm transcrito primario, que sirve para elaborar proteínas; hoy también se tiende a aceptar considerar como genes a los que producen ARNt, ARNr, y otros tipos de ARN, aunque al final no generen proteínas). Por tanto, un gen incluye algo más que la región directamente codificante (cuando yo estudiaba ni se definía ni se entendía así). Y ni siquiera todo el ADN que forma parte de un gen ha de estar junto en el mismo sitio. Fragmentos de él pueden estar alejados unos de otros, separados por ADN que no son el gen (o que creemos que no lo son).
Así, si te das cuenta, el gen ya no es un lugar en el cromosoma. Es una serie de lugares unidos por una función, por una cooperación para lograr un producto común. Un gen es más un concepto colaborativo, funcional y disperso y menos un lugar concreto. ¿Cómo sé qué regiones forman parte del gen? Pues probablemente porque mutaciones en ellas repercuten en el producto que tienen que crear.
Pienso, luego escribo
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