genoma

Los archivos familiares de los Países Bajos conservan registros de matrimonios desde 1600. De esos registros, como de un viejo libro de contabilidad, se pueden extraer dos columnas: cuántos hijos tuvo una persona y cuántos años vivió. Los biólogos evolutivos llevan medio siglo discutiendo si esas columnas están relacionadas entre sí.

En un tren abarrotado, algunos pasajeros viajan en silencio y otros se abren paso hacia la salida apartando a los vecinos. En la sangre de cada persona van apareciendo células mutantes con la edad, y su destino se parece al de esos viajeros: la mayoría de los cambios son neutrales, como pasajeros que simplemente van sentados, pero algunos le dan ventaja a la célula y esta empieza a dividirse más rápido que las demás.

Si giras lentamente el dial de una radio antigua, el sonido no emerge del ruido de forma gradual, sino con un salto brusco, en el instante en que la antena entra en resonancia con la onda. Algo parecido ocurre con los genes en una célula viva.

Una proteína se desliza por la hebra de ADN como una llave por un llavero, buscando su cerradura. Un giro equivocado y el gen quedará apagado. Para saber dónde se agarrará la proteína con firmeza, hay que medir la fuerza de ese agarre: la energía de unión.

Normalmente la complejidad de los sistemas –desde el movimiento de satélites hasta los ritmos cardíacos– se evalúa con la entropía promedio (medida de imprevisibilidad, tal como la entendía Boltzmann).

Los datos sobre el funcionamiento de los genes suelen verse como una larga fila de números, similar a una franja de arcoíris (espectro) sin conexiones visibles. En el modelo scVision, estos números se transforman en una imagen con sentido: no una lista de ingredientes, sino la foto de un plato terminado.

Las células de un mismo organismo son como panaderos gemelos en una cocina compartida. Tienen el mismo libro de recetas (ADN), pero al copiar la receta en un apunte y al montar el plato, surgen errores aleatorios. Esta imprevisibilidad —la entropía— hace que en células idénticas a veces haya mucha proteína y a veces poca.

La metilación del ADN son pequeñas marcas químicas en nuestros genes. Con los años, cambian siguiendo un calendario bastante estricto. Los relojes epigenéticos convencionales observan estas marcas y dan un número: la edad biológica. Pero un número no cuenta cómo se reorganizó el patrón de marcas día a día, año tras año.

En 1944, Erwin Schrödinger planteó la pregunta «¿Qué es la vida?», anticipando explicaciones cuánticas de la biología. Casi un siglo después, los físicos vuelven a este enigma, armados con el aparato de la teoría cuántica de campos.

Imagina un libro que está siendo copiado simultáneamente por billones de escribas. Mientras la mayoría de ellos consulta el original, la narración sigue teniendo sentido. Pero en cuanto el control se debilita, el texto se llena de erratas, que se multiplican hasta que el manuscrito se convierte en un galimatías.

La vida es un baile constante entre el orden y el caos. Ya a mediados del siglo pasado, Erwin Schrödinger observó que lo vivo se alimenta no tanto de materia como de «entropía negativa»: la capacidad de mantener su propio orden a costa de aumentar el desorden a su alrededor.

A partir de carbono, nitrógeno, oxígeno y azufre se pueden formar 10⁶⁰ moléculas pequeñas distintas: un 1 seguido de 60 ceros, más que estrellas en el universo observable. La vida solo utiliza una diminuta parte de este menú, pero no de cualquier manera.

Un paisaje moteado no es solo una imagen de libro de geografía. Para microbios, células o animales, el mundo está hecho de retazos: aquí hace más calor, allí hay más comida, y detrás de esa piedra casi hay veneno. Cuando en ese mosaico aparece un mutante con una nueva característica, su destino depende del «retazo» en el que caiga. El nuevo trabajo conecta dos factores.

Un biólogo observa en el microscopio decenas de diminutas esferas celulares: los esferoides. De ellos crecerán más tarde réplicas en miniatura de órganos. La tarea se parece a la de un panadero que evalúa si la masa ha subido de manera uniforme en cada molde. Solo que en lugar de moldes hay medio de cultivo, y en lugar de masa, células vivas.

Una orquesta toca sin director. Cada músico tiene una partitura: los genes. Y el volumen y el tempo dependen de la acústica de la sala, del estado de ánimo y de los vecinos en el escenario. Así, aproximadamente, la herencia y la vida cotidiana crean juntas el comportamiento adolescente. En el nuevo estudio, los científicos reunieron datos de miles de niños del proyecto longitudinal ABCD.

Tres artesanos trabajan en el mismo taller. El primero intenta averiguar si diminutos relojes de arena están incrustados en la maquinaria de la propia naturaleza. El segundo acopla un puntero láser al microscopio para ver detalles invisibles al ojo desnudo. El tercero, en cambio, toma hebras vivas y las teje con cuidado en frágiles circuitos cuánticos.

En los bosques montañosos de China crece un árbol que recuerda a los dinosaurios. Cathaya argyrophylla es un fósil viviente: su linaje se separó de los pinos hace más de cien millones de años. Pero en lugar de un longevo y poderoso ejemplar, tenemos una especie vulnerable: crece lentamente y enferma con frecuencia. Por qué, no se entendió durante mucho tiempo.

Largos filamentos proteicos, sus enredos y contactos aleatorios: así se explicaba habitualmente el nacimiento de las gotas celulares. Estos orgánulos sin membrana, donde ocurren reacciones importantes, se asemejan a gotas de aceite en agua: surgen solos cuando las moléculas se separan en fases.

La nariz es un aparato asombroso. Una molécula de café, al entrar en la fosa nasal, despierta el recuerdo de la cocina matutina. Otra, casi idéntica en forma, huele a huevos podridos.

Las comunidades microbianas se parecen a una orquesta ruidosa: miles de instrumentos y no se sabe quién lleva la melodía principal. En el intestino, el océano o el suelo viven millones de especies de bacterias, y los científicos necesitan averiguar cuáles son realmente importantes para la salud humana o la fertilidad de la tierra.

Las proteínas son cadenas de aminoácidos, y en ellas abundan los fragmentos repetidos. A veces las repeticiones son exactas, como una misma frase dicha dos veces. Otras veces llevan erratas: un par de letras cambiadas, pero el sentido sigue siendo el mismo. Estas repeticiones son importantes: ayudan a la proteína a plegarse en la forma adecuada y a realizar su función.

En el fango del fondo de un estanque viven bacterias que llevan en su interior diminutas agujas magnéticas. Estas agujas son cadenas de cristales de magnetita y ayudan a las bacterias a nadar a lo largo del campo magnético terrestre, como la aguja de una brújula, en busca de mejores condiciones.

En cada célula vive un incansable copista: una enzima que copia la larga hebra de ADN. Se desliza a lo largo de ella como el cabezal de lectura de una cinta magnética y va construyendo una nueva hebra a su lado. Las letras las elige siguiendo una regla estricta: frente a A siempre coloca T, frente a G, C.

Las células humanas vivas, tomadas directamente del organismo, son el material más fiel para estudiar enfermedades y probar fármacos. Pero introducir en ellas material genético extraño es difícil: las células no reciben bien a los intrusos. Los métodos convencionales o dañan la célula o funcionan de manera desigual, sobre todo si la muestra es heterogénea —y casi siempre lo es.

La composición química de una muestra es como un paisaje sonoro. Un bosque vivo suena con muchas voces: trinos, crujidos, el zumbido de insectos. Un desierto estéril es solo el silbido del viento.

En una placa de diamante de dos por dos milímetros cabe toda una orquesta de cuarenta y nueve violines. Cada cuerda está afinada a su nota, a su fragmento de ADN. Cuando entra la melodía adecuada, la cuerda responde y el director oye un sonido limpio. Ese director es un sensor cuántico escondido en el propio diamante.