Quiralidad, o cuando la naturaleza rompe el espejo

Quiralidad, o cuando la naturaleza rompe el espejo
Los caracoles tienen "quiralidad": no se pueden superponer completamente con su imagen (tal como pasa con una mano izquierda y una derecha).

Hay fenómenos naturales que ocurren de una manera, y no como se verían al ser reflejados en un espejo. Es como si la naturaleza hubiera elegido ser zurda o diestra, en lugar de ambidextra. En Biología, a esto se lo suele llamar “ruptura del espejo” y en Física, “ruptura de la simetría de paridad”. ¿Estarán ambas rupturas relacionadas?

Al mirarnos en el espejo, podemos pensar que así es como nos ven los demás. Nos damos cuenta de nuestro error al vernos en una foto: las pequeñas o grandes diferencias entre nuestros lados derecho e izquierdo aparecen intercambiadas respecto de nuestra imagen en el espejo.

Hay objetos que son idénticos a su imagen en el espejo y otros que no. Una esfera o un clavo son ejemplos de lo primero; un tornillo, o una mano, de lo segundo. La imagen especular de una mano derecha es una mano izquierda, y viceversa. No podríamos estrechar la mano con nuestro yo reflejado.

Aquí nace la noción de quiralidad: objetos que no coinciden con su imagen en el espejo, se llaman quirales (quiral procede del griego χειρ, que significa “mano”). Cuando coinciden, se los llama “aquirales”.

¿Y si en lugar de una mano consideramos el cuerpo humano completo? Aquí sí parecería posible hacerlo coincidir: simplemente derecha e izquierda se intercambian, y nuestros lados derecho e izquierdo son similares. ¿Lo son? No. El corazón tiene forma de cono invertido cuyo vértice apunta hacia nuestro lado izquierdo. El hígado está en nuestro lado derecho, el estómago en el izquierdo. El cuerpo humano es quiral. ¿Será posible que existan personas que tengan “todo al revés”: el corazón apuntando a la derecha, el hígado situado en el lado izquierdo? La respuesta es que sí existen, aunque es una condición extremadamente rara, llamada situs inversus totalis. Un cuento de H. G. Wells, “La historia de Plattner”, relata el caso de un personaje, Gottlieb Plattner, quien regresa de un viaje “a la cuarta dimensión” convertido en su versión reflejada en el espejo…

Por supuesto, no somos la única especie quiral. A veces se ve a simple vista. Los caracoles, suelen tener la espiral característica, retorcida siempre en el mismo sentido.

“Asimetrías” como las anteriores nos suelen perturbar, ya que nos parece que hay algo que explicar: qué es lo que las causa. Lo natural es buscar esa explicación en los ingredientes de la biología. Si ponemos la lupa sobre los fenómenos biológicos, llegamos a la química. Ahí vemos que no sólo importa la composición química de una molécula sino, también, la forma en la que está dispuesta espacialmente. Hay moléculas que son quirales: vienen en dos versiones que no se pueden superponer. Le debemos a Pasteur (a los 22 años) el descubrimiento de esta propiedad en química, mientras estudiaba procesos químicos relacionados con la producción de vino.

La quiralidad de las moléculas importa: para poder unirse tienen que poder “darse la mano”. La química en sí, no prefiere una versión respecto de su reflejada. En general existen las dos, derecha e izquierda. Pero la biología eligió una de las dos versiones: azúcares, enzimas, el ADN, el ARN, son quirales. En algún momento, por alguna razón, una de las dos versiones, ganó. Por ejemplo, sólo el ARN derecho existe en todos los organismos vivos.

Como se ocupa de seres vivos, esto tiene gran importancia en la industria farmacéutica. Uno de los campos más activos es, precisamente, cómo hacer para separar los dos tipos de un compuesto, ya que los efectos de las versiones derechas o izquierdas del mismo medicamento, pueden ser dramáticamente diferentes. También importa para los aromas y sabores: nuestro olfato diferencia la quiralidad de ciertas moléculas.

Todo parece indicar que sería posible que existiera una biología “vista en el espejo”, respecto de la que vemos en la Tierra. La controversia respecto de qué fue lo nos dejó sólo una versión, está lejos de ser saldada, pero se siguen formulando hipótesis para explicarlo. En este caso, “explicar” quiere decir mostrar que eso ocurrió debido a que ese espejo ya estaba roto, a nivel más fundamental. Más fundamental, significa más pequeño, más universal. Para eso, hacemos zoom nuevamente, y entonces pasamos de la química a la física de las partículas elementales, los componentes más pequeños de la materia y de sus interacciones. ¿Qué tiene que ver la física con los espejos? Mucho: la física intenta describir y predecir los resultados de experimentos. La herramienta para hacerlo es la matemática, y esa matemática tiene incorporadas “propiedades de simetría”. Eso quiere decir que no debería importar, por ejemplo, si el mismo experimento se hace en una ubicación o en otra (siempre que todo lo demás sea igual): tiene que dar el mismo resultado. Tampoco debería importar la hora del día o la noche en la que se realiza (las leyes de la física no dicen, por ejemplo, dónde o a qué hora del día son ciertas).

Hay muchas propiedades más, pero, la que nos toca de cerca, es que una de las interacciones fundamentales, llamada “débil” (la que es responsable de la radiactividad) “rompe el espejo”: hay experimentos que sólo son posibles en una de sus versiones. ¡La versión reflejada en el espejo no ocurre! Esto está relacionado a que hay partículas que son quirales. Rotan como un trompo, y lo podrían hacer de dos maneras: como un tornillo que se enrosca en la dirección del movimiento, o al revés. Pero sólo una de las dos versiones existe.

En trabajos recientes, se ha vinculado esta asimetría, debida a la interacción débil, con la que existe en los seres vivos. ¿Cómo? Los rayos cósmicos son lluvias de partículas muy energéticas que llegan a la Tierra desde el espacio, y se cree que han sido fundamentales en la aparición de las primeras moléculas importantes para la vida, a partir de elementos más simples. Debido a la interacción débil, los rayos introducen una ruptura entre “derecha e izquierda” en esas moléculas, tal vez suficiente para que se haya roto el espejo en biología.

Quizá a algo así se refería Pasteur cuando, al descubrir la quiralidad en química, dijo “esta propiedad es un vínculo entre la química y el cosmos”.

*El auto es del Centro Atómico Bariloche (CNEA) e Inst. Balseiro. Inv. Conicet y profesor UNCuyo.

Producción y edición: Miguel Títiro

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