La física de la vida, y viceversa
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“La ciencia y la vida cotidiana no pueden y no deben separarse”
(Rosalind Franklin)
Elisabeth Casanova García
afgha@hotmail.com
Jorge Quiroz Valiente
917 1067165
Participación especial de Jorge Quiroz Casanova
Cuando se piensa en biología, se piensa en innumerables campos de la ciencia, algunos inmersos en la propia biología, como la bioquímica, la ecología, la botánica o la zoología. No obstante, no deja de ser cierto que, en el entendimiento fundamental de los seres vivos como en todo, está la comprensión de la “energía y su relación con la materia”, es decir, la física. La superposición de estas dos grandes ciencias no es tan obvia a pesar de contar con una larga historia en común, pero su trabajo en conjunto ha desembocado en avances primordiales para ambas disciplinas.
Una de las formas más destacadas de su interacción es mediante el uso de modelos físicos para comprender los procesos biológicos. Por ejemplo, personas dedicadas a la física han desarrollado modelos de la membrana celular que permiten a biólogos comprender cómo funcionan las células, pues no son más que un conjunto de interacciones físicas bien coordinadas. Del mismo modo, se han desarrollado también modelos del cerebro que dan pauta al biólogo correspondiente para entender su modus operandi.
Otra forma importante en la que interactúan la física y la biología es mediante el desarrollo y posterior uso de herramientas físicas para estudiar sistemas biológicos. Por ejemplo, microscopios electrónicos y láseres que han permitido a los biólogos estudiar la estructura y función de células y moléculas con un detalle sin precedentes. Esta estrecha relación sigue la tendencia que sigue cualquier otra interdisciplinariedad: la ciencia más elemental provee de cimientos a la ciencia más aplicada. Visto en este caso, la física proporciona la base para gran parte de la biología, y la biología devuelve a los físicos una gran cantidad de problemas fascinantes y desafiantes para resolver.
La biofísica, convergencia de las dos disciplinas que la bautizan, es un campo de la ciencia que utiliza principios físicos para estudiar sistemas biológicos. Los biofísicos utilizan herramientas como láseres, microscopios electrónicos y espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) para estudiar la estructura y función de moléculas biológicas, células y tejidos. Sin embargo, cuando la biofísica se une a un tercer gran pilar de vanguardia, se abre todo un nuevo panorama de posibilidades, y este tercer pilar es la computación. La biología computacional es un campo de la ciencia que utiliza computadoras para estudiar sistemas biológicos. Los biólogos computacionales emplean programas matemáticos y simulaciones, resultado de una serie de cálculos físicos, para comprender el funcionamiento en la práctica de los sistemas biológicos, esto por medio del modelado en tiempo real de las partículas en un espacio delimitado. De aquí deriva la biología en sistemas, que aprovecha la biología computacional para imitar complejos sistemas que consideran millones de partículas al mismo tiempo, cada una como una entidad que, simultáneamente, repercute en el comportamiento de aquellas con las que interactúa.
Recientemente, por mencionar un caso, la modelación computacional ha permitido acercarse a comprender qué sucede a nivel fisicoquímico en las membranas internas de las mitocondrias que provoca sus típicos pliegues, solamente a partir de la emulación de esta membrana en presencia de un ambiente coherente.
Con este mismo abordaje, es posible comprender una infinidad de moléculas a partir de su visualización computacional en un medio celular. Y no menos importante, se abre la puerta para diseñar y poner a prueba moléculas tales como fármacos. Las bacterias y los virus suelen contar con superficies de relativa irregularidad en muchos aspectos, como en carga. Si bien netamente pueden contar con una carga neutra, prevalecen regiones en las paredes celulares de las bacterias y alrededor de las cápsides de los virus donde se producen cargas parciales. Dichas cargas generan campos eléctricos, los cuales atraen o repelen a todas las moléculas cargadas circundantes, dependiendo si tienen cargas de distinto o mismo signo, respectivamente.
Precisamente, esto es aprovechado por muchas medicinas y fármacos para atacar al patógeno objetivo. Entonces, para el monitoreo y perfeccionamiento de dichos componentes activos, los modelados computacionales pueden lograr representaciones muy fidedignas de lo que ocurre a nivel molecular cuando se exponen al patógeno de interés, de manera que se logren buenas predicciones de su efectividad y funcionamiento.
Ya se mencionaba: dos ciencias cercanamente relacionadas, una plantea problemas y la otra ayuda a solucionarlos. Y durante este proceso, ambas evolucionan y florecen. La biología y la física, ciencias aparentemente independientes, son en realidad otra de las tantas mancuernas cuyo trabajo se realiza codo con codo desde hace ya mucho tiempo, incluso si ese no era el objetivo.
Seguramente, cuando se unificó el electromagnetismo nadie estaba pensando en por fin poder entender los impulsos nerviosos o los latidos del corazón y, de cualquier forma, así ocurrió. No hay que perder de vista que, en cierta medida, el mundo está interconectado, lo cual representa tanto una fortaleza como una responsabilidad. La biología y la física nos dejan esa breve moraleja.
