Imagina que pudieras dejar de tener el tamaño de un humano por un tiempo y encogerte hasta el tamaño de una bacteria, aproximadamente una millonésima parte de su estatura actual. A esta escala, dejaría de estar atado por la gravedad y en su lugar descubriría que la viscosidad es el factor dominante, haciendo que el aire se sienta más como nadar a través de un pantano espeso.

Hordas de bacterias compañeras pasan zumbando, impulsados ​​por motores rotativos reversibles que los impulsan hasta 20 veces la longitud de su cuerpo por segundo. Ese es el tipo de velocidad que Hablando relativamente, necesitarías un motor para lograrlo en el mundo humano.

La comida es fácil de encontrar; los nutrientes simplemente aterrizan en su superficie a través de la difusión molecular. Otros aspectos de la vida bacteriana son quizás más familiares:bacterias, como criaturas más grandes, son perseguidos por depredadores y plagados de patógenos.

Estos universos de Tom Thumb no tienen mucho sentido para nosotros los humanos, que están más acostumbrados a lidiar con cosas que podemos ver y tocar. En efecto, éramos ajenos al mundo microbiano hasta que Robert Hooke inventó el microscopio en 1665, una hazaña que fue posible gracias a la llegada del vidrio de alta calidad y la ciencia emergente de la óptica.

La vida está llena de sorpresas

De ese despertar surgió una comprensión de la pura complejidad de la vida. Eso es algo con lo que todavía estamos luchando hoy como lo demuestra el hecho de que una cucharadita promedio de agua, el suelo o el hielo están repletos de millones de microbios que nunca han sido contados ni nombrados.

Esta vertiginosa diversidad se gana la vida afanosamente en todos los rincones imaginables de la Tierra. En tu boca hay hasta 100, 000 bacterias en cada diente solo. Hay un verdadero zoológico de bacterias que se deleita con nuestros depósitos diarios en las barandillas de trenes y autobuses, asientos y otra parafernalia, sin mencionar las bacterias carnívoras.

Esto es lo suficientemente difícil como para entenderlo pero quédate con nosotros mientras descendemos a una mucho más pequeña, Arena más compleja y en conjunto más extraña.

Más pequeño aún

Abajo en la escala frecuentada por partículas subatómicas, la viscosidad no se ve:las cosas están orquestadas por principios cuánticos donde la causalidad, la localidad y el realismo están por la ventana.

Aquí, a meros femtómetros, o millonésimas de mil millonésimas de metro, las partículas como los electrones no son partículas en el sentido tradicional. Pueden estar efectivamente en varios lugares (y moverse en varias direcciones) a la vez y comportarse como ondas, una propiedad que allanó el camino para los microscopios electrónicos.

Puede que esto no suene más tangible o relevante que los garabatos en la pizarra de un físico, pero la evidencia de su realidad está ahí para ver, tanto en forma de demostraciones experimentales de efectos de ondas de partículas como en la gama de tecnología moderna que utiliza efectos cuánticos como relojes atómicos u otros prácticos, si espeluznante, usos.

Quizás algún día, pronto, incluso tengamos computadoras cuánticas (solo pregúntele a Justin Trudeau, aunque en verdad también lucha con los detalles).

Procesos vivos a escala subatómica

Pero, ¿qué tiene que ver la física cuántica con los seres vivos?

Mientras que los microscopios convencionales enfocaban la escala micrométrica (seguida de la versión electrónica, que amplió la resolución en varios órdenes de magnitud), aquí en el siglo XXI podemos mirar hacia abajo a la escala atómica de nanómetros, o mil millonésimas de metro, gracias a los láseres de rayos X.

Esta tecnología ya ha registrado algunos destellos espectaculares de los procesos moleculares que sustentan algunas de las funciones más básicas de la vida. como la fotosíntesis y la detección de luz.

Las películas realizadas a partir de imágenes instantáneas de rayos X (que pueden tomar la asombrosa cantidad de 100 billones de imágenes por segundo) muestran el funcionamiento interno de la máquina molecular durante la fotosíntesis, un proceso en el que los átomos de magnesio, rodeado de proteína, dividir el agua y digerir el dióxido de carbono como alimento en todas las plantas verdes. La naturaleza usa este mismo mecanismo, en combinación con reacciones de transferencia de electrones, para generar prácticamente todo el oxígeno que se respira en la Tierra.

Películas similares muestran lo que sucede cuando la luz llega a la retina y se relaciona con una proteína fotosensible.

Esto equivale a algo más que una curiosidad ociosa:la obtención de imágenes de esta manera puede proporcionar información sobre una amplia gama de moléculas importantes desde el punto de vista biológico y farmacéutico. lo que a su vez puede ayudar potencialmente en el desarrollo de fármacos más eficaces. Y eso sin mencionar las implicaciones para la ecología al llegar a una comprensión detallada de la fotosíntesis, la sala de máquinas del reino vegetal y la miríada de criaturas que dependen de él.

Estas tecnologías ponen al descubierto las intrincadas conexiones entre los procesos subatómicos y ecológicos.

Toda una nueva industria construida sobre pequeños

El campo en rápido desarrollo de la nanociencia y la tecnología, otro derivado de los principios cuánticos, ha dado lugar a una gran cantidad de usos prospectivos. Esto incluye la promesa de la nanobiotecnología de desarrollar nuevos medicamentos más efectivos para afecciones como la presión arterial alta, asistido por la vista de estas moléculas proporcionada por los láseres de rayos X.

Luego está la bionanociencia más proactiva que apunta, entre otras cosas, Para simular mecanismos biológicos con tanta precisión, ahora puede dar un paseo virtual a través de una célula cancerosa mientras es atacada por nanopartículas portadoras de fármacos.

Estamos entrando así en una era de "fabricación molecular". Y en el horizonte hay "nanobots", caballos de batalla a escala molecular lo suficientemente pequeños como para manipular los procesos moleculares dentro de las células. Quizás algún día estos sean lo suficientemente sofisticados como para administrar medicamentos a sitios moleculares específicos o incluso para llevar a cabo una cirugía.

La fuerza invisible

Estos no son diseños con los que los humanos puedan interactuar directamente, sobre todo porque funcionan en un entorno que apenas podemos empezar a imaginar dada nuestra escala de metro, realidad de sentido común. Eso también significa que, si estos procesos tienen una contracara dañina, no sabemos cómo tratar con ellos.

Para respaldar la escala de tamaño, tenemos procedimientos como evaluaciones de impacto ambiental, administración de productos y pruebas de toxicología. ¿Cómo encajan esos conceptos? como mucho, con el advenimiento de estructuras moleculares nano-diseñadas? Es muy posible que nuestros contenedores de desechos electrónicos en los centros de reciclaje (o incluso en los vertederos) algún día se encuentren llenos de nanoestructuras intrincadamente diseñadas con consecuencias ambientales desconocidas.

Eso es posiblemente fantasioso Sin embargo, existen problemas potenciales con las nanopartículas de base mineral que ya se encuentran en los cosméticos. pinturas ropa y otros productos. Algunos tienen caminos bien definidos hacia el mundo exterior, saliendo de nuestras duchas y lavabos para colarse por las plantas de tratamiento de aguas residuales. Lo que podrían hacer al haberse "vuelto salvajes" en las vías fluviales y los suelos es una incógnita. aunque algunos indicios pueden provenir de sus hermanos mayores, como limos finos o microplásticos, cuyas superficies pueden convertirse en portadoras de contaminantes orgánicos e inorgánicos.

Actualmente, estos problemas no son muy importantes para la industria del agua. Incluso las tan aclamadas plantas de tratamiento de aguas residuales de Clase A se ocupan únicamente de patógenos, teniendo poco interés en los nutrientes, productos químicos, microplásticos o nanopartículas.

Pero el tamaño de las nanopartículas, forma, área de superficie, la aglomeración y el comportamiento en el entorno más amplio hacen que sea difícil concebir la mejor manera de regularlos. Es más, Ha habido pocos estudios regulatorios sobre nanopartículas en los que el peligro y la exposición se hayan considerado juntos. por lo que es difícil proporcionar una evaluación de riesgos completa.

Y estas son variantes relativamente "inertes". La falta de conocimiento podría volverse más apremiante si los nanobots se vuelven salvajes.

Nada simplemente se va

Debemos estar lo suficientemente avanzados como sociedad para darnos cuenta de que todo lo que fabricamos debe tenerse en cuenta. Nada simplemente "desaparece", incluso las cosas que son demasiado pequeñas para verlas.

A diferencia del smog o la basura, ésta es la manera, muy abajo en ese mundo invisible, lo que dificulta la formación de un electorado político en torno al tema.

Sin embargo, avances en nuestra comprensión de las profundas conexiones entre los procesos a escala atómica y las moléculas biológicas en ese pequeño, minúsculo mundo sirve para profundizar, si no transforma, la forma en que consideramos los procesos ecológicos - y, por implicación, "cosas vivas", no importa lo invisible que sea.

Esta historia se publicó por cortesía de The Conversation (bajo Creative Commons-Attribution / Sin derivados).