Vida, energía y ATP: La razón detrás de tu existencia

Escrito por 72ykh

Tecnólogo y apasionado por la ciencia

En este preciso momento te encuentras en un estrecho equilibrio entre la vida y la muerte sin duda no te das cuenta, pero dentro de ti hay una cantidad increíble de actividad y esta actividad nunca puede detenerse. Imagínate a ti mismo como un slinky bajando por una escalera mecánica en movimiento hacia arriba. La parte de caída representa los procesos de autorreplicación de tus células, y la escalera simboliza las leyes de la física que te impulsan hacia adelante. Estar vivo es estar en movimiento pero sin llegar a ningún lado. Si llegas a la cima de la escalera, ya no puedes caer más y estarás muerto para siempre. De forma inquietante, el universo quiere que llegues a la cima. ¿Cómo evitas eso y por qué estás vivo?

Toda la vida se basa en la célula, la cual es una parte del universo muerto que se separó del resto para hacer su propia cosa por un tiempo. Cuando esta separación se debilita, la célula muere y se une de nuevo al universo muerto. Desafortunadamente, el universo preferiría que la vida dejara de hacer su propia cosa. Por alguna razón, no es fan de cosas emocionantes y prefiere ser lo más aburrido posible. A esto lo llamamos entropía, y es una regla fundamental de nuestro universo. Es bastante complicado y contrario a la intuición, por lo que lo explicaremos con detalle en otro artículo. Por ahora, lo único que necesitas saber es que los seres vivos son inherentemente emocionantes. Una célula está llena de millones de proteínas y millones de moléculas más simples como agua. Miles de procesos autorreplicantes complejos ocurren cientos de miles de veces por segundo para mantenerse vivos y emocionantes. La célula debe trabajar constantemente para mantener su separación del resto del universo, por ejemplo, manteniendo la concentración de ciertas moléculas diferentes en el interior y en el exterior, bombeando activamente moléculas en exceso hacia afuera. Para hacer esto, una célula necesita energía.

La energía es la capacidad de las cosas en el universo para hacer trabajo, mover o manipular cosas, y crear cambios. Esta capacidad no puede ser creada ni destruida, la cantidad de energía en el universo nunca cambiará, no sabemos por qué, simplemente es así. Hace miles de millones de años, uno de los desafíos más cruciales para los primeros seres vivos fue obtener energía utilizable. No sabemos mucho sobre las primeras células, excepto que obtenían su energía a partir de reacciones químicas simples, y encontraron un sistema de transferencia de energía supremo: la molécula de adenosín trifosfato (ATP). Su estructura hace que sea excepcionalmente bueno al aceptar y liberar energía. Cuando una célula necesita energía, por ejemplo, para bombear moléculas o reparar una máquina microscópica dañada, puede descomponer ATP y utilizar la energía química para realizar trabajo y crear cambios. Es por esto que los seres vivos son capaces de hacer cosas. No sabemos cuándo ni cómo se creó la primera molécula de ATP en la Tierra, pero todas las formas de vida que conocemos utilizan ATP o algo muy similar para mantener el funcionamiento de su maquinaria interna. Es crucial para casi todos los procesos de las plantas, hongos, bacterias y animales para sobrevivir. Sin ATP, no habría vida en la Tierra.

Aunque descomponer sustancias químicas para obtener energía es bueno, la vida temprana se estaba perdiendo el recurso energético más disponible: el sol. El sol fusiona átomos y emite fotones cargados de energía en el sistema solar, pero esta energía es cruda e indigerible, necesita ser refinada. Después de cientos de millones de años de evolución, las células finalmente descubrieron cómo «comerse» el sol, absorbiendo la radiación y convirtiéndola en pequeños paquetes químicos útiles que podían utilizar para mantenerse con vida. A esto lo llamamos fotosíntesis: tomas fotones con energía electromagnética inestable y utilizas parte de esa energía para unir y combinar diferentes moléculas. La energía electromagnética se convierte en energía química almacenada en la molécula de ATP. Este proceso se volvió aún mejor cuando algunas células aprendieron a crear paquetes químicos mejores, como la glucosa o azúcar, que son fáciles de descomponer, tienen mucha energía y son bastante sabrosos. Esto fue tan conveniente que algunas células decidieron que en lugar de hacer fotosíntesis, simplemente «tragarían» a otras células que sí la hacían y tomarían su glucosa y ATP. Esto se considera una de las traiciones más grandes en la historia de la evolución.

Y así continuó, las células fotosintéticas podían aprovechar principalmente la energía en su superficie, lo que limitaba su máxima producción de energía y, por lo tanto, limitaba sus oportunidades evolutivas. Pasó el tiempo, algunas células comenzaron a producir azúcar, otras las consumieron, la evolución siguió su curso, pero las cosas se mantuvieron casi iguales durante cientos de millones de años, hasta que un día, una célula «se comió» a otra y no la mató, en cambio, se convirtieron en una sola célula. Nada había cambiado ese día, pero la Tierra sería diferente para siempre. Esta célula se convirtió en el ancestro de todos los animales en este planeta, desde ballenas azules hasta amebas, dinosaurios, medusas, armadillos y tú mismo. Puedes rastrear tu existencia hasta este momento. La fusión de dos seres vivos es tan importante porque cuando esas dos células se convirtieron en una, se volvieron mucho más poderosas. La célula que solía ser independiente en el interior dejó de preocuparse por sobrevivir y se especializó en una cosa: producir ATP. Se convirtió en la central energética de la célula, el primer orgánulo mitocondrial. El trabajo de la célula anfitriona se convirtió en garantizar la supervivencia en un mundo peligroso y proveer de alimento a las mitocondrias. Las mitocondrias básicamente hacen todo lo contrario a la fotosíntesis, en un proceso igualmente complejo, toman moléculas de azúcar que obtenemos al comer otros seres vivos, las combinan con oxígeno y moléculas precursoras para producir nuevas moléculas de ATP ricas en energía. Este proceso funciona como un pequeño horno y produce productos de desecho como CO₂, agua y un poco de energía cinética que experimentamos como calor corporal.

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La primera división de trabajo significaba que la nueva célula tenía mucha más energía disponible que cualquier otra célula antes, lo que significaba más posibilidades para la evolución y el surgimiento de células más complejas. En algún momento, estas células comenzaron a formar pequeños grupos o comunidades, lo que llevó a la vida multicelular y, finalmente, a ti hoy. Eres una pila de billones de células, cada una llena de docenas o cientos de pequeñas máquinas que te proporcionan energía utilizable para mantener la vida. Si este proceso se interrumpe, incluso por unos minutos, mueres. Pero si la vida es tan frágil, ¿no sería una buena idea almacenar ATP como almacenamos azúcar en nuestras células de grasa para no morir si dejamos de respirar por un rato?

Si la vida ha resuelto tantos problemas para que puedas vivir hoy, ¿por qué la parte de morir rápido? Incluso las bacterias simples como E. coli producen alrededor de 50 veces su peso corporal en ATP por cada división celular. Tus billones de células necesitan muchísimo ATP para mantenerte vivo. Cada día, tu cuerpo produce y convierte alrededor de 90 millones de billones de billones de moléculas de ATP, aproximadamente el peso de tu propio cuerpo. Necesitas el ATP de toda una persona para pasar un solo día. Incluso almacenar suficiente ATP para durar unos minutos es básicamente imposible. Una molécula de ATP es muy buena para mover rápidamente la energía, pero es terrible para almacenarla, ya que solo tiene el uno por ciento de la energía de las moléculas de glucosa y pesa tres veces más. Por lo tanto, el ATP se produce y se consume rápidamente.

Esta es la breve y simplificada historia de la molécula que te permite ser diferente del universo muerto y ser el slinky en la escalera mecánica. Es una historia extraña. Hay una molécula que necesitas para sobrevivir en todo momento. La necesitas para seguir moviéndote porque incluso una breve pausa detiene tu slinky. Y necesitas hacerlo tú mismo. Es como conducir a toda velocidad mientras produces combustible en el maletero con basura que encontraste en el camino. Hasta donde sabemos, todo esto comenzó hace miles de millones de años cuando pequeñas partes del universo muerto se unieron y se convirtieron en algo más por un momento. Pudieron seguir adelante, crecer. Ese momento puso al slinky en movimiento y ha estado yendo desde entonces, desde las primeras células hasta que estás viendo esto ahora. En algún momento, te fusionarás con el resto del universo muerto nuevamente. Tal vez contarás sus historias sobre tus aventuras, o tal vez no. Pero antes de descubrirlo, tienes la oportunidad de hacer lo que la vida hace mejor: hacer el universo muerto mucho más interesante.