20Jun/131

Ciencia de Mass Effect: el sistema inmune de los Quarians

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Publicado por:Elio Campitelli.

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quarian

Los quarians son mi especie favorita del universo ficticio del Mass Effect. Su desafortunada historia de prometeos involuntarios es un poderoso recordatorio de la importancia de la tolerancia y la diversidad, su biología basada en dextro-aminoácidos tiene interesantes implicaciones y sus problemas inmunológicos es un punto fértil para un análisis biológico.

Haciendo una breve recapitulación de la historia quariana para los despistados, originalmente del planeta Rannoch, los quarians son hábiles constructores y programadores. Para asistir en tareas básicas crearon a los geth, unos robots inteligentes con la capacidad de compartir información entre sí. Eventualmente (inevitablemente) los geth ganaron consciencia y luego de intentar eliminarlos, los quarians fueron exiliados de su propio planeta y obligados a vivir en el espacio en la flota migrante.

Trescientos años después, la vida en los ambientes estériles de las naves espaciales les generó un sistema inmunológico sumamente débil, por lo que debe utilizar trajes aislantes en todo momento. Los partos se hacen en ambientes controlados y los recién nacidos permanecen en una burbuja hasta que reciben su primer traje.

Un Geth y dos quarians en sus trajes protectores.

Un Geth y dos quarians en sus trajes protectores.

Algo muy interesante de la investigación científica es que muchas veces lo que parece ser obviamente absurdo termina siendo verdadero y lo que parece intuitivo resulta ser falso. Por ejemplo, en un post anterior mostré que el sistema de reproducción asari, que les permite tener descendencia con otras especies, no es del todo descabellado. Pero por otro lado, algo que parecería lógico o plausible, como la disminución de la función inmune al vivir en un ambiente esteril, en realidad es completamente absurdo.

Fallas básicas en la ciencia

Lo primero que cualquiera puede darse cuenta es que 300 años es menos que un pestañeo en términos evolutivos para una especie con un promedio de vida media similar a la de los humanos (150 años gracias a avances en la medicina). Es imposible que en menos de 3 generaciones los quarians hayan sufrido cambios en su ADN suficientemente significativos como para afectar su biología de manera tan dramática. Sea lo que sea que pase con su sistema inmune sólo puede ser una cuestión ambiental, que puede ser modificada en una generación. Sólo basta con poner a un quarian recién nacido en un ambiente no estéril y éste crecerá con un sistema inmune saludable.

Pero antes de eso hay algo aún más fundamental y es que no está para nada claro qué es lo que pasa con el sistema inmune de los quarians. Si bien en los diálogos y el codex se nos dice que éste es muy débil, esto no es consistente con un diálogo de Tali'Zorah que explica por qué los quarians tienen que cuidarse de todos los patógenos y no sólo los que pueden infectarlos a ellos.

Tali dice que al verse expuesto a un germen extraño, su sistema inmune reacciona causando fiebre, nausea, vómito y otros síntomas. Según ella es más parecido a una reacción alérgica aguda, no una enfermedad. Si un quarian tuviera contacto con, por ejemplo, varicela, no se enfermaría de varicela sino que desarrollaría síntomas de una reacción alérgica. Esta no es la primera vez en el Mass Effect que se usa el término "reación alérgica" sin demasiada explicación y probablemente de forma incorrecta.

Que un virus o bacteria humano no puede realmente infectar a un extraterrestre es claro. Salvo algunas excepciones (como la gripe o la rabia), los virus y bacterias que infectan a los animales no-humanos son inocuos para nosotros; simplemente no saben cómo infectarnos. Que un quarian se infecte con un microbio de la Tierra sería menos probable que un humano se contagie algo a una petunia. Pero el proceso que se explica en el juego tampoco tiene sentido.

Rudimentos de un sistema inmune

Es algo así pero con mucho menos Chris Rock.

Es algo así pero con mucho menos Chris Rock.

El sistema inmunológico es complejo, increíblemente complejo. En preparación para este artículo comencé a leer sobre él para informarme más allá de las cuestiones básicas que uno aprende en el secundario y realmente me voló la cabeza. Es un maravilloso sistema de órganos, células especializadas, proteínas y químicos que tiene que funcionar en armonía.

El sistema inmune se divide en dos partes: el sistema inmune innato y el adaptativo. Ambos fueron objeto de el Premio Nobel de Medicina o Fisiología de 2011.

El primero consiste en barreras físicas que dificultan las infecciones (la piel, la mucosa, los ácidos gástricos, y mucho más) y células generalistas que pueden reconocer entre grupos generales de patógenos (bacterias, hongos, virus) y eliminarlos más o menos eficientemente pero sin especificidad. Son la primera línea de defensa y está constantemente activo, buscando y matando los microbios antes de que puedan siquiera desencadenar síntomas.

El segundo se compone de una serie de células especializadas que pueden identificar el microbio específico que nos invade y desplegar un ataque extremadamente eficiente. Y no sólo no perdona, sino que tampoco olvida: el sistema inmune adaptativo tiene memoria. "Recuerda" los microbios que nos infectaron en el pasado para que la próxima vez atacarlos mucho más rápido.

Así es como funcionan las vacunas. Según el tipo de vacuna, se nos inyecta una versión menos virulenta, o muerta, o sólo partes del microorganismo para que se monte una reacción inmune y la próxima vez que entremos en contacto con él no nos enfermemos o suframos sólo síntomas menores.

Una respuesta inmune es el accionar de este vasto sistema de células en contra de algún germen patógeno que logra infectarnos. Al principio, el sistema inmune innato ataca con químicos tóxicos y la zona infectada se inflama y se llena de líquido. Si la infección resiste este primer ataque, el sistema inmune adaptativo llega al lugar, reconoce al invasor y comienza a crear anticuerpos específicos, más eficientes y dirigidas. Esta reacción no sólo daña al microbio sino también a nuestras propias células, por lo que nuestro cuerpo tiene que hacer un análisis costo-beneficio. La reacción inflamatoria no debería causar más daño de lo que podría causar el microbio.

Coordinando todo este ejército, hay células reguladoras que aumentan o disminuyen el ataque y que también tienen que estar en proporciones exactas. Demasiadas células de uno u otro tipo causarían una respuesta inmune muy pobre o demasiado fuerte.

En las enfermedades alérgicas, lejos de estar debilitado, el sistema inmune se encuentra sobreactivado. Reacciona ante partículas que no causan daño (pólen, pelo de gato, lactosa) desencadenando una respuesta inume. Esto sucede cuando todas las partes que conforman el sistema inmune no se encuentran bien reguladas, aunque los detalles todavía no están claros.

Por lo tanto, la declaración de Tali de que sus síntomas son causados por una “reacción alérgica” sólo tendría sentido si su sistema inmune está sobreactivado o desregulado.

A decir verdad, esto último probablemente sea lo que tenían en mente los escritores. La historia de los quarians seguramente está inspirada en la Hipótesis de la Higiene, la idea de que el aumento en las alergias y enfermedades autoinmunes se explica, al menos en parte, porque nos criamos en un ambiente demasiado limpio.

El juego limpio

La hipótesis de la higiene es la idea de que la causa del aumento en las alergias y las enfermedades autoinmunes es que nos criamos en ambientes demasiado limpios. La noción básica es que la estimulación temprana por medio de gérmenes patógenos es necesaria para el correcto desarrollo del sistema inmune. Fue propuesta por David P. Strachan en un breve artículo publicado en 1989 en el British Medical Journal al observar una relación inversa entre la fiebre del heno y eczema y la cantidad de hermanos.

Starchan propuso que esta observación podría ser explicada “si las alérgicas fueran prevenidas por infecciones en la primera infancia transmitidas por el contacto antihigiénico con hermanos mayores o adquiridas prenatalmente por la madre infectada por el contacto con sus hijos mayores”.

A pesar de que esta noción simple y en cierto modo intuitiva quedó como cierta en la cultura popular (“Ensuciarse hace bien” es el lema de una empresa de jabón en polvo), investigaciones posteriores demostraron que el mecanismo es mucho más complejo. No es de extrañar ya que nuestro sistema inmune es un enorme entramado de células especializadas que desafía la comprensión.

En una revisión sistemática de la literatura publicada por el International Scientific Forum on Home Hygiene se puede leer sobre las distintas líneas de evidencia que avalan la hipótesis de la higiene y las que la contradicen. Actualmente esta relación simplista entre infecciones en la infancia y enfermedades autoinmunes es rechazada por la literatura científica, dando preferencia a otras teorías más sofisticadas que tienen en cuenta el tipo de infecciones y la variedad de gérmenes. Según éstas el problema no es que estemos expuestos a pocos virus y bacterias sino que no estamos expuestos a los virus y bacterias específicos que son beneficiosos o que no estamos expuestos a una diversidad suficiente de patógenos.

¿En qué quedamos?

Llegamos a la conclusión de que tiene más sentido decir que el sistema inmune de los quarians está sobreactivado más que debilitado. Obviamente –y esto ya es una constante en esta serie de artículos– los escritores del Mass Effect no tienen por qué atenerse a la exactitud científica.

Paradójicamente, el sexo y procreación con extraterrestres resulta científicamente más plausible que los problemas inmunológicos de los quarians. O, al menos, está mejor explicado y con menos inconsistencias.

28Nov/123

Mass Effect y la quiralidad (3)

Este es el artículo 3 de 3 de la serie Mass Effect y la quiralidad

Los aminoácidos son los ladrillos moleculares que se apilan para producir las proteínas que forman nuestro cuerpo. Éstos existen en dos variantes (L-aminoácidos y D-aminoácidos) que son iguales en composición química pero organizados de forma simétrica (más detalles: Mass Effect y la quiralidad (1)). La biología en la Tierra utiliza casi exclusivamente L-aminoácidos, y las razones son todavía cuestión de debate (Mass effect y la quiralidad (2)).

En el juego Mass Effect existen dos especies extraterrestres cuya biología utiliza D-aminoácidos en vez de L-aminoácidos como nosotros: los quarians y los turians.

En varios momentos del Mass Effect se hace referencia a que los quarians y turians no pueden comer la misma comida del resto de las especies. Según el Codex del Mass Effect, si uno de ellos comiera comida con L-aminoácidos, lo mejor que podría pasar es que pasara sin digerirse ni proveer nutrición alguna y, en el peor de los casos, le daría una “reacción alérgica” posiblemente fatal. En la Citadel, una enorme estación espacial que funciona como la capital de la civilización intergaláctica, se mantienen estrictas normas de higiene para que estas especies no entren en contacto con comida con L-aminoácidos.

¿Pero qué pasa si una forma de vida basada en D-aminoácidos comiera L-aminoácidos?

Comiendo la D-manzana prohibida.

Para empezar, es probable que el quarian le sienta un sabor raro a la comida. En nuestro planeta, los mamíferos tenemos receptores en la lengua que reacciona con los aminoácidos. Este interesante paper por Nelson et. al publicado en Nature exploró el rol de la familia de receptores T1R. En células donde se expresan los receptores T1R1 y T1R3, éstas reaccionaban ante la presencia de casi todos los L-aminoácidos, cosa que no sucede con los receptores individuales. Lo que es curioso es que este receptor T1R1+3 no es sensible a ningún D-aminoácido. Por otro lado con otro tipo de receptores (T1R2+3) pasa lo contrario. Éstos son sensibles a una variedad de D-aminoácidos que son dulces para los humanos pero a ningún L-aminoácido.

Si esto se puede generalizar a los quarians y turians del Mass Effect, al comer comida con L-aminoácidos sus papilas gustativas (o estructuras análogas) activarían distintos receptores, haciendo que experimenten un gusto distinto al que normalmente están acostumbrados.

Habrán notado que más arriba dije que ciertos D-aminoácidos son dulces para los humanos, ¿pero no es que eran tóxicos? En realidad, al contrario de lo que dice el Mass Effect, la ingesta de D-aminoácidos no es necesariamente moral o carente de nutrición. De hecho, si bien se dice que la vida en la Tierra utiliza sólo los L-aminoácidos, esto no es estrictamente cierto. Existe una variedad de D-aminoácidos con función biológica en plantas, bacterias e incluso en humanos.

La dieta humana contiene cantidades medibles, y a veces significativas de D-aminoácidos. La fuente natural más importante probablemente sean las bacterias. Estas no sólo pueden usarlos sino que, en algunos casos, les son indispensables. La D-Alanina, por ejemplo, es un aminoácido presente en la pared celular de casi todas las bacterias y también está involucrada en la resistencia a los antibióticos. Quienes disfruten de la comida marina tienen que estar atentos ya que varias especies de bivalvos tienen cantidades irrisorias de D-aminoácidos. La Solemya reidi, por ejemplo, tiene prácticamente la misma cantidad de L- y D-Aspartato.

El procesado de la comida también es una gran fuente de D-aminoácidos. El calor combinado con un pH muy alto tienden a convertir L-aminoácidos en D-aminoácidos. Un análisis, por ejemplo, encontró que el un 17% del aspartato en café y el mate es D-Aspartato. El café que tomamos todas las mañanas contiene unos 20mg de D-aminoácidos por cada 100ml. El pan, los lácteos, el vinagre, las salsas, las frutas y verduras, los huevos, la carne; en todos estos productos –y más– se puede encontrar cantidades detectables de D-aminoácidos. Algunas especias pueden tener hasta 600mg de D-aminoácidos por cada 100ml.

Eso quiere decir que en nuestra vida cotidiana ingerimos cantidades importantes de D-aminoácidos y no nos morimos ni tenemos “reacciones alérgicas a ellos”. Es que nuestro cuerpo tiene mecanismos para lidiar con los D-aminoácidos. Las D-aminoácidos oxidasas son enzimas que los convierten en L-aminoácidos. Sin embargo este proceso no es 100% eficiente y los D-aminoácidos, aunque no sean tóxicos, suelen ser menos nutritivos, aunque la variación es grande.

Tabla de valor nutritivo de algunos D-aminácidos (fuente: Origin, Microbiology, Nutrition, and Pharmacology of d-Amino Acids)

En realidad el efecto de los D-aminoácidos es, como todo en este mundo, más complicado que eso. Con 20 aminoácidos esenciales y cientos de derivados, es de esperar que haya una gran variabilidad en sus efectos. Algunos son dañinos, otros pasan directamente por nuestro organismo sin pena ni gloria, algunos incluso tienen efectos beneficiosos. Por ejemplo, la D-arginina (en ratas) protege contra el daño producido por radicales libres, inhibe el crecimiento de tumores y (en humanos) muestra actividad anticonvulsiva. La D-fenilalanina, por su parte, tiene actividad como analgésico. Esta excelente revisión de la literatura tiene mucha información al respecto.

Cabe aclarar que todo esto es válido sólo para los aminoácidos libres y que todavía no está claro su efecto cuando son parte de una proteína.

En resumen, podemos especular que si un quarian comiera una manzana terrestre no le pasaría nada tan dramático como una “reacción alérgica” mortal. A lo sumo le sentiría un gusto raro, pero podría alimentarse de comida humana por períodos cortos de tiempo. Los efectos a largo plazo probablemente no sean buenos pero quizás sí sean evitables con el uso de suplementos dietarios.

Posibilidades inimaginadas.

Aunque podría estar equivocado, no creo que los desarrolladores del Mass Effect hayan pensado todo esto. Lo más probable es que alguno de los escritores conociera un poco del concepto de moléculas quirales y considerada interesante agregarlo al juego. Pero opino que el guión se podría haber beneficiado enormemente de un análisis como este (o más profundo todavía). Quizás hubiera sido imposible por cuestiones de tiempo y recursos pero el potencial argumental de esto es enorme.

Sólo pensándolo por 5 minutos y no siendo escritor, ¿cómo se reflejaría en la situación social de una especie con esta extraña biología? En un universo cuyas leyes prefieren los L-aminoácidos (asumiendo que esa es la solución al problema de la homoquiralidad), sería interesante ver cómo viven individuos cuya biología es tan “anti-natural”. En el universo del Mass Effect ya existe un duro prejuicio en contra de los quarians, ¿cómo sería si para colmo se los tratara como una ofensa a las leyes del universo? Como mínimo sería algo para agregar al arsenal de insultos.

Si los desarrolladores hubieran sabido sobre las sutilezas de los efectos nutritivos de los D-aminoácidos en humanos, los quarians y turians, en vez de tener que evitar la comida de otras especies, podrían sentirse atraídos sus exóticos sabores. Podría ser una especie de exquisitez que sólo algunos pueden probar y que sólo se puede comer en contadas ocasiones por sus efectos negativos a largo plazo.

Como en tantas otras veces estamos ante un caso en el que la ciencia puede informar al escritor para brindarle posibilidades inimaginadas. La ciencia no es enemiga del arte.


Mass effect y la quiralidad
Primera parte - Segunda parte - Tercera parte

19Nov/120

Mass Effect y la quiralidad (2)

Este es el artículo 2 de 3 de la serie Mass Effect y la quiralidad

Recapitulando mi artículo anterior, los aminoácidos que forman nuestras proteínas vienen en dos variedades (enantiómeros) que tienen los mismos átomos pero ordenados de forma reflejada llamados L-aminoácidos y D-aminoácidos. Son como las manos; ambas tienen cuatro dedos y un pulgar pero ordenados de forma distinta tal que uno puede diferenciar, sin dificultad, una mano izquierda de una derecha.

Lo que es interesante es que la vida en la Tierra, con muy pocas excepciones, utiliza exclusivamente L-aminoácidos. ¿Esta homoquiralidad será una constante en toda la galaxia? Asumiendo que haya otras formas de vida, ¿utilizarán también los mismos enantiómeros, o estarán intercambiados? ¿Podrá existir alguna forma de vida que no tenga esta preferencia y que viva en un medio con la misma cantidad de cada versión (es decir, un medio racémico?

En general se piensa que no. La replicación del ADN en un medio racémico parece muy difícil ya que los errores serían muy altos. Por lo tanto, se puede argumentar que la homoquiralidad es un prerrequisito para la vida. Cómo es que ésta surgió es un tema todavía abierto y muy interesante con varias explicaciones propuestas.

Explicación 1: Un feliz accidente.

En este artículo los autores argumentan que en presencia de actividad biológica, cualquier pequeño exceso enantiomérico se incrementaría hasta que sólo quedara una de las dos formas. Esto sucede por un proceso llamado inhibición cruzada enantiomérica. La unión de aminoácidos en largas cadenas de proteínas se ve cortado cuando en un extremo se encadena un aminoácido de quiralidad opuesta. A su vez, las cadenas largas de aminoácidos pueden comenzar la producción de aminoácidos de su misma quiralidad.

Es decir, largas cadenas de L-aminoácidos fabrican más L-aminoácidos, mientras que largas cadenas de D-aminoácidos fabrican más D-aminoácidos. A su vez, la presencia de L-aminoácidos dificulta la creación de largas cadenas de D-aminoácidos y viceversa. Esto hace que un pequeño exceso en la cantidad de alguno de los dos tipos de aminoácidos luego de cierto tiempo se transforme en una gran diferencia y finalmente en la extinción de los aminoácidos del otro tipo.  Es algo así como cuando si un gallo pone un huevo en el borde de un techo a dos aguas y un pequeño corrimiento hacia la izquierda o derecha resultan en finales completamente distintos. Un equilibrio inestable.

Según en este modelo, en los primeros momentos de la vida de la Tierra, podrían haber habido continentes enteros con estructura pre-bióticas que usaran D-aminoácidos que eventualmente fueron llevados a la extinción por la proliferación de las formas de vida con L-aminoácidos. ¿Sería posible encontrar, en las profundidades del océano, formas de vida aisladas basadas en D-aminoácidos? Ciertamente es una excitante posibilidad, aunque remota.

Si este es el caso, entonces la prevalencia de D- o L-aminoácidos es accidental y aleatoria. Quizás en otros planetas, incluso dentro de nuestro sistema solar, podrían existir formas de vida, civilizaciones, cuya biología esté basada en D-aminoácidos. En el Mass Effect (ver el post anterior) hay más de una docena de especies pero sólo dos utilizan D-aminoácidos en su biología. Tal disparidad sugiere que en ese universo la preferencia de quiralidad no es aleatoria.

Explicación 2: Inhomogeneidades locales.

Existen procesos que dan preferencia a uno u otro enantiómero. La luz polarizada circularmente y los electrones de espín polarizado, por ejemplo, aceleran las reacciones químicas de forma preferencial según su quiralidad (este paper explora varios de esos procesos). En el espacio interestelar no faltan fuentes de este tipo; es posible, entonces, que vastas regiones de nuestra galaxia, afectadas por una fuente de electrones espín-polarizados o de luz polarizada circularmente estén enriquecidas con un exceso enantiomérico. Regiones distantes podrían estar enriquecidas con distintos enantiómeros.

Esto supondría una alta probabilidad de que la vida en el sistema solar y sus alrededores usaría la misma preferencia. No parece ser el caso en el universo de Mass Effect. El planeta natal de los quarians es Rannoch, que se encuentra prácticamente en al lado opuesto de la galaxia a Palaven, el planeta de los turians. Además Palaven se encuentra muy cerca de la Tierra.

Mapa de los principales sistemas estelares en el Mass Effect (por DWebArt)

Explicación 3: Una preferencia del Universo.

Pero también es posible de que la preferencia por L-aminoácidos sea una propiedad intrínseca del universo. Esta posibilidad es una de las más interesantes ya que relaciona a la biología con la física fundamental. En física hay tres simetrías: las leyes físicas no cambian si se invierten las coordenadas (Paridad), el sentido del tiempo Tiempo o la Carga electromagnética. El Teorema de simetría CPT dice que las leyes de la física se conservan si se realizan las tres transformaciones pero se sabe que existen violaciones de C, CP (que por el teorema CPT implica también violación de T) y, más importante para nuestro tema, de P.

La violación de la simetría P significa que, de alguna manera, las leyes físicas hacen diferencia entre la izquierda y al derecha. Esto es algo notable pero también sirve para encontrar explicaciones plausibles para la homoquiralidad. Existe una diferencia de energía por la violación de la paridad (PVED, por sus siglas en inglés) que es del orden de los 10-19 eV. Los L-aminoácidos, entonces, tienen menor energía, lo que los haría más estables que su contraparte. Esta diferencia, sin embargo, es muy pequeña y todavía hay debate sobre si es suficiente para explicar la homoquiralidad. Un extenso resumen profundo sobre esta temática puede leerse en este artículo de Laurence Barron.

De estas tres posibilidades, me parece que la más congruente con los hechos del Mass Effect es que la homoquiralidad se deba a la violación de la Paridad. En el universo del juego la gran mayoría de las especies usan L-aminoácidos y las dos únicas excepciones podrían ser explicadas por características locales.

La vida desde el cielo

Por desgracia, en la vida real la explicación de la homoquiralidad de la vida se nos sigue escapando. Sin embargo existen observaciones que podrían darnos pistas que favorezcan una u otra explicación. Además de el descubrimiento de una vasta comunidad galáctica de extraterrestres, una de estas observaciones es la del análisis molecular de meteoritos.

Cada año caen a la Tierra entre 37.000 y 78.000 toneladas de materia extraterrestre, mayormente en forma de polvo. Sin embargo es posible encontrar rocas de tamaño considerable que pueden ser recolectadas y analizadas. Si se pudiera encontrar aminoácidos en ellas podríamos ver la distribución de aminoácidos es uniforme o está sesgada. El primer caso favorecería la Explicación 1, en el que la decisión biológica de usar L- o D-aminoácidos es simplemente una cuestión de azar, mientras que el segundo caso favorecería la Explicación 2 o 3, según las cuales hay una preferencia hacia una de las dos versiones, ya sea local o universal.

Por desgracia, según me parece, la evidencia es inconclusa. Existen meteoritos, como el famoso Meteorito Murchison, contienen un exceso de L-aminoácidos, incluso en aminoácidos que no son utilizados por la biología. ¡Evidencia en contra de la aleatoriedad de la homoquiralidad! Pero tampoco faltan meteoritos, como uno caído en 2008, que muestran una mezcla homogénea de aminoácidos, ¡evidencia en contra de una preferencia universal o local!

Lo que estos meteoritos nos muestran sin lugar a dudas es que las moléculas básicas de la vida pueden sintetizarse naturalmente en el espacio exterior, lo cual tiene implicaciones para la investigación sobre el inicio de la vida.

Pregunta sin respuesta

En resumen, todavía no sabemos por qué la biología en la Tierra usa sólo L-aminoácidos ni sabemos si puede existir una civilización extraterrestre que utilice sólo la versión opuesta. Es uno de los fascinantes temas abiertos de la ciencia que abarca tanto la biología como la física elemental.

Lo que sí sabemos es que en el universo del Mass Effect no sólo hay civilizaciones que usan D-aminoácidos sino que éstas tienen contacto rutinario con nosotros. ¿Qué resultaría de un contacto de este tipo? Para no fastidiar al lector, eso quedará para el próximo post.


Mass effect y la quiralidad
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13Nov/121

Mass Effect y la quiralidad (1)

1 Comentario    

Publicado por:Elio Campitelli.

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Este es el artículo 1 de 3 de la serie Mass Effect y la quiralidad

Y así termina una gran saga…Este fin de semana terminé de jugar el Mass Effect 3. Un juego sublime, en mi opinión, a excepción de los últimos 5-10 minutos; la resolución final parece sacada de otro guión, sin respeto por la mitología o los hechos previamente establecidos y poco satisfactoria. Pero no voy a quejarme ya que el resto del juego ofrece una historia apasionante, donde todos los conflictos y arcos argumentales quedan cerrados de la manera más excelente a la vez que mantiene la tensión a medida que la guerra contra los Reapers va avanzando. Quizás los momentos más emotivos, para mí, fueron las últimas escenas en Rannoch, el planeta natal de los quarians.

Consejo del Almirantazgo de la Flotilla quarian.

Los quarians son una de las tantas especies extraterrestres que conforman la comunidad galáctica. Con una historia tortuosa, son vagabundos espaciales que se vieron obligados a migrar de sistema estelar en sistema estelar luego de perder su planeta ante la raza de robots sintéticos que ellos mismos crearon, los Geth. Una de las cosas interesantes de los quarians es que, junto con los turians, son la única especie inteligente que utiliza dextro-aminoácidos en su biología. Si siguen este blog hace tiempo y leyeron mis artículos sobre Mass Effect y grafos y Skyrim y los anillos de hadas ya sabrán para donde apunta esto, ¿qué son los dextro-aminoácidos y con qué se comen?

En biología, la Derecha y la Izquierda también están Polarizadas.

Para entender esto primero conocer el concepto de quiralidad. Esencialmente la quiralidad es la propiedad de una estructura de ser derecha o zurda. Nuestras manos son quirales, obviamente, pero no nuestra cara. Una estructura quiral es aquella que no puede superponerse en su imagen especular.

 

Como se puede ver en la imagen, la palabra “Quiralidad” es quiral. No importa cómo roten su imagen reflejada, no va a quedar derecha. Muchas moléculas también tienen esta propiedad. Los aminoácidos –los eslabones que se encadenan para formar proteínas–, vienen en dos formas (o enantiómeros) , D-aminácidos y L-aminoácidos. Los azúcares también tienen esas dos versiones, dextro y levo azúcares. Hay varias nomenclaturas y, como siempre pasa con la química y sus nomenclaturas, son bastante confusas. La nomenclatura (+)/(-) está relacionada con la actividad óptica de la molécula, mientras que la nomenclatura D-/L- utiliza una molécula de referencia y no tiene mucha relación con la anterior. Ya que es la que se usa en biología, es probable que el Mass Effect usen esta última, aunque el sufijo dextro- y levo- se usan en la primera.

El descubrimiento de la existencia de moléculas quirales se remonta hace más de 200 años cuando Jean–Baptiste Biot observó que ciertas mezclas hacían rotar el plano de polarización de la luz. Si pensamos a la luz como una onda, podemos ver que ésta puede oscilar en un plano en particular.

Lo que Biot descubrió allá a principios del 1800 es que ciertos cristales y mezclas orgánicas cambian el plano de polarización. Por ejemplo, un haz de luz polarizado horizontalmente podría terminar polarizado verticalmente luego de pasar por un cristal de cuarzo. En general el cambio es menor y el plano sólo rota unos grados. Lo interesante es que cuando se hace pasar un haz de luz polarizada a través de una solución de moléculas quirales, éste giro es siempre en el mismo sentido (horario o antihorario) dependiendo si las moléculas son “derechas” o “izquierdas”.

Si se tiene una solución con igual cantidad de moléculas derechas e izquierdas (una mezcla racémica) la mitad de las moléculas van a girar el plano hacia la derecha y la mitad hacia la izquierda dando como resultado neto, una solución que no es ópticamente activa.

Lo que es interesante es que toda la vida en Tierra utiliza L-aminoácidos en su biología. Así como en Español escribimos exclusivamente de izquierda a derecha y nos resulta muy trabajoso leer al revés, también nuestra maquinaria molecular “lee” en un sentido preferencial y le cuesta hacerlo en el otro. Y así como existe el Hebreo, que se lee de derecha a izquierda, en el Mass Effect, la biología de los quarians y los turians “lee” en el sentido contrario a la humana.

Además de usar sólo L-aminoácidos, la biología terrestre utiliza sólo D-azúcares. Como dije antes, las soluciones homoquirales rotan el plano de polarización de la luz y el efecto es proporcional a la densidad de moléculas quirales. El sacarímetro es un instrumento que hace esto. Uno agarra una fruta y pone una gotita de su jugo en el aparato y, mediante una serie de láminas polarizadas se puede medir cuánto rota el plano de polarización y, por lo tanto, la concentración de azúcares en la muestra.

Esta homoquiralidad es un tema interesantísimo que será explorado en los próximos posts. Presenta profundas preguntas, desde el origen de la vida hasta las propiedades de las leyes físicas de nuestro universo. Y todo eso por un videojuego.


Mass effect y la quiralidad
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