La respuesta filosófica es que los materiales tienen unas propiedades que detectamos con nuestros sentidos (o con aparatos más o menos sofisticados que luego interpretan nuestros sentidos), y estas propiedades son diferentes de un material a otro. Cuando hablamos de propiedades nos referimos a una cantidad casi infinita de posibilidades: color, olor, sabor, reaccionabilidad química, respuesta a la radiación, densidad, calor específico, solubilidad… Nosotros hacemos un acto de fe cuando pensamos que un material tiene las mismas propiedades si se encuentra en las mismas condiciones. ¡Vaya sorpresa si el agua, de repente, decidiese volverse roja!

Las propiedades pueden ser de dos tipos. Hay propiedades intensivas, que no dependen de la cantidad de materia que estamos midiendo, como la viscosidad o el punto de ebullición, y propiedades extensivas, que sí dependen, como la masa, la carga o la energía. Podemos clasificar las materias en función de las propiedades intensivas, porque una sustancia va a tener siempre las mismas propiedades intensivas en las mismas condiciones, repito, por acto de fe.

Los químicos siempre hemos estado muy interesados en conocer qué pasa si mezclas dos sustancias, pero también nos ha interesado el proceso inverso, que es conocer en qué sustancias puras se descomponen las mezclas. Esta investigación es la que llevó a encontrar los elementos de la tabla periódica. Aunque la tabla periódica sigue en expansión, los elementos nuevos son “fabricados” por el hombre y no se encuentran en la naturaleza.

A un material (léase “esta piedra tan rara que me ha traído mi primo el geólogo”, o “esto que tengo tras mezclar esos dos líquidos”) se le pueden aplicar procedimientos físicos, como destilarlo o someterlo a un campo magnético, y procedimientos químicos, que se basan en añadir otra sustancia y ver qué pasa.

En general, un material puede ser una sustancia pura o una mezcla. Una mezcla es… bueno, pues una mezcla de sustancias puras. Dependiendo de si las propiedades intensivas son constantes o no, hablamos de mezclas homogéneas, como las disoluciones, o de mezclas heterogéneas.  En las mezclas homogéneas las propiedades intensivas son constantes, es decir, tenemos la misma temperatura, densidad, color, etc, en todo el material, como por ejemplo en un colacao completamente disuelto, o en una estatua de bronce. En una mezcla heterogénea podemos, sin embargo, distinguir trocitos de material que tienen unas propiedades de otros trocitos que tienen otras, como pasa en el granito, o en un colacao con grumos (¡qué rico!).

Así, una mezcla, sea homogénea o heterogénea, se puede separar en las sustancias puras que lo componen mediante métodos físicos como destilación, filtrado… Un material es una sustancia pura si no se puede descomponer con métodos físicos, aunque sí se pueda modificar con reacciones químicas.

Entonces, si tenemos una sustancia pura, vamos a intentar descomponerla con métodos químicos. Si se consigue descomponer en más de un elemento se le llama compuesta. Si solo se obtiene un elemento, pues la sustancia química es un elemento químico y punto, encantados de la vida.En los orígenes de la química no se sabía cuántos elementos químicos había, y no era una mala postura el pensar que muchos elementos eran considerados así porque aún no se había conseguido descomponerlos, pero en realidad eran compuestos formados por varios elementos.

Ten en cuenta que, en todos estos procedimientos, los elementos que constituían el material^[2] no han modificado su estructura. Puede que hayan ganado o perdido algo, o que su entorno se haya modificado, pero siguen siendo el mismo elemento que eran antes. Que los átomos de un elemento pasen a ser de otro elemento es alquimia, y hubiera maravillado a San Alberto Magno.

Pero se puede hacer.

San Alberto Magno, maravillado.

De momento, hemos encontrado 114 elementos. Y digo de momento porque los físicos siguen intentando crear más, básicamente empotrando átomos de otros elementos entre sí a velocidades altísimas, para que estos átomos se asocien formando otro elemento. ¡Alquimia! La pena es que necesitamos energías muy altas para alcanzar esas velocidades, por lo que no es práctico intentar convertir el plomo en oro (se puede, en realidad, pero hay que gastar mucho más dinero de lo que cuesta comprar el oro)^[3]

Fíjate que he dicho los físicos, y no los químicos. Esto sucede porque los elementos que quedan por “descubrir” son los más pesados y más grandes, de forma que son casi imposibles de encontrar en la naturaleza y, vaya, tenemos que crearlos nosotros.

Creo que no te estoy descubriendo nada nuevo, si eres lector de divulgación científica, si te digo que  todos los elementos están compuestos por átomos. Un átomo está compuesto por protones, que tienen carga positiva, neutrones, que no tienen carga, y electrones, que tienen carga negativa. Estos, a su vez, están compuestos por otras cosas, pero no vienen al caso, porque no van a afectar a su comportamiento en el mundo habitual. Los protones y los neutrones están pegados en el núcleo, y los electrones, que son lo más interesante desde el punto de vista químico, están danzando a su alrededor.

La posición de los electrones es algo tan importante, tan importante, que es imposible de saber. A lo máximo que podemos aspirar es a tener una idea de la probabilidad de encontrar a los electrones, y así pintar un degradado con las zonas en las que suele estar el electrón.  Esto nos lo da una ecuación matemática muy complicada que se llama la ecuación de función de onda, o ecuación de Schrödinger. Esta ecuación tiene muchas soluciones (ya he dicho que es muy complicada), que nos dan los orbitales. Para lo que nos interesa, los orbitales son como las casas donde viven los electrones. Son casas un poco particulares, porque se solapan entre sí, pero es la mejor metáfora que he escuchado.

Ecuación de Schrödinger (qué miedo)

No te preocupes, no vamos a meternos a analizar esta ecuación, ¡para eso están los físicos cuánticos!

Entonces, los electrones se van a disponer en un átomo en unas casas, siguiendo unas reglas. La primera es que las casas más cercanas al núcleo son más lujosas, y los electrones, que son unos pijos de la leche, quieren vivir con el máximo elitismo posible. La segunda es que los electrones pueden compartir casa, pero las leyes de urbanismo electrónico prohíben que vivan más de dos electrones en la misma casa. Es decir, podemos tener casas vacías, casas con un electrón y casas con dos electrones, pero no casas con tres, cuatro, o más.  Lo interesante de esto es que los electrones pueden mudarse de casa, cambiar de átomo, irse por su cuenta, e incluso arrejuntar dos casas de dos átomos distintos y hacerse un loft estupendo. Para todo esto hace falta energía, pero en algunos casos el balance de energía es favorable y los átomos se quedan tan felizmente. Pero esto, en otra ocasión.

Así, recapitulando, un átomo está compuesto por protones, neutrones y electrones.

El número de protones es lo que nos dice qué elemento es. Así, el hidrógeno tiene un protón, el carbono tiene seis, y el protactinio tiene 91. Esto define al elemento. Nosotros vemos un átomo perdido por ahí, contamos sus protones, y le enchufamos la etiqueta del elemento.

El número de neutrones más el número de protones es el número másico, y es, por decirlo de alguna forma, lo que pesa un átomo. Un elemento puede tener una cantidad variada de neutrones, pero la estabilidad de las diferentes configuraciones varía. A estos átomos con diferentes números de neutrones les llamamos los isótopos de un elemento. Así, imagínate que tienes dos átomos de carbono (que sabes que son de carbono porque tienen seis protones) y ves que uno tiene seis neutrones y otro tiene siete. En ese momento, corres a por tu máquina de etiquetar y les llamas, respectivamente, carbono doce^[4] y carbono trece.^[5] Así de fácil.

En general, los diferentes isótopos son bastante difíciles de distinguir, y en las reacciones químicas se suelen comportar igual. Esto ocurre así porque los causantes de las reacciones químicas son los electrones, y las obras que hacen en sus casas. Si el número de electrones es igual al de protones, tenemos un átomo neutro, pues las cargas positivas se igualan a las negativas. Si tenemos más electrones que protones tenemos un ion negativo (o anión) y si tenemos más protones que electrones tenemos un ion positivo (o catión).  Piensa que en función de la diferencia entre el número de electrones y el de protones hay aniones con una carga negativa, con dos, con tres… y lo mismo para los cationes, pero con cargas positivas.

El próximo día, veremos cómo son las casas de los electrones, es decir, sus orbitales, y hablaremos de qué es la configuración electrónica… ¡Hasta entonces!

1. En España se le suele llamar “Jardín de infancia” o “Guardería”.
2. Spoiler: los átomos
3. Aunque si sigue la burbuja del oro igual hay que replanteárselo…
4. 6 protones y 6 neutrones dan 12.
5. 6 protones y 7 neutrones, total 13.

Tengo que manifestar claramente mi admiración y asombro por la inteligencia y empeño que han manifestado todos y cada uno de los científicos que se atrevieron con tan arduo tema. Algunos de ellos saldrán a relucir a lo largo de las siguientes líneas.

Seguimos entre los ocultos recovecos del Hadeico: desde hace 4.570 hasta 3.800 millones de años.

Un posible primer arranque de motores

Los avances de la física estadística, de la secuenciación genética y la comprensión más rica de la química interestelar, geoquímica y bioquímica, han hecho que los científicos puedan imaginar cómo los sistemas naturales podrían haber alumbrado la existencia de la Vida. Una de las teorías clásicas la ha enunciado el biofísico Harold J. Morowitz en su libro Energy Flow in Biology (1979). La idea surgió al contemplar cómo actúa la geosfera en determinados procesos. Por ejemplo, la radiación solar es absorbida sobre la superficie del planeta, produciendo diferencias de temperatura en diferentes lugares. Físicamente, los principios generales de la geofísica serían capaces de aliviar estas diferencias mediante sencillos procesos de difusión. Sin embargo, este camino sería tremendamente lento, debido a la gran resistencia a seguir una sucesiva cadena de estados próximos al equilibrio. En su lugar la geosfera lo realiza mediante el transporte intenso y eficaz de energía mediante un flujo que se concreta en un frente de tormentas convectivas, como pueden ser los huracanes.

Huracán Katrina, un ejemplo para Harold Morowitz de canal de flujo energético (wikipedia, dominio público)

En la Tierra primitiva la generación de energía era descomunal, y como consecuencia de ello se iba “embalsando” un volumen de energía muy grande. Provenía de todos los fenómenos geofísicos y cósmicos que ocurrían en aquel momento del Hadeico y que ya conocemos. Por un lado la geoquímica estaba manteniendo un escenario de reacciones redox en donde el intercambio de electrones energéticos era la moneda habitual, mientras que por otro lado el sol enviaba su radiación de fotones generados en su particular horno de fusión. Este panorama acumulativo llegó a una situación inestable que pudo ser el detonador que inició la cadena de acontecimientos que trajo la Vida.

Esta situación de tensiones de la Tierra primitiva le sirvió a Morowitz de base para trasladar a la biosfera la teoría de creación de flujos energéticos que comentábamos al hablar de los huracanes. En particular, en cómo se aprovecha la energía de los enlaces químicos. En un mundo primigenio debían sucederse infinitud de reacciones redox, una de ellas la del hidrógeno molecular (un reductor) con el dióxido de carbono (un oxidante). La verdad es que no es fácil que esta reacción se produzca de forma espontánea en la naturaleza, aunque sea exoenergética -libera energía-. Por el contrario, los organismos vivos consumen abundantemente estas moléculas para sintetizar otras diferentes, a través de sus procesos metabólicos, con unos rendimientos energéticos próximos al 100%. ¿Cómo explica Morowitz esta habilidad? Propone que en un momento determinado, y como alivio de la situación de inestabilidad generada por el estrés de potenciales redox que abundaban en la naturaleza primigenia,  se generó en la biosfera un espontáneo, rápido y nuevo canal de energía, que mejoró el aprovechamiento de los procesos redox, aprovechamiento que iba a permanecer en el tiempo: es como si se hubiera gestado un cambio de fase en el proceso de paso desde un estado inestable de tensión energética a un nuevo estado estable. Ésta es la idea fundamental.

Así se explicaría que el aprovechamiento del potencial redox por la Vida sea prácticamente del 100%. Esto pudo iniciarse, de acuerdo a Morowitz, con un “cambio de fase” en las condiciones geoquímicas, que se concretó en la nueva figura de un ciclo anabólico casi universal, mediante el cual los seres vivos, hasta hoy en día, montan sus estructuras. Se trata del ciclo del ácido cítrico o de Krebs, del que hablaremos en el momento oportuno, y que surgió en los primeros momentos de la Tierra primitiva.

También hemos dicho que el otro estrés energético en la geosfera lo producía la radiación solar. Antes del “invento” de la fotosíntesis esta energía, prácticamente en su totalidad, se transformaba en calor en los océanos gracias a múltiples y débiles procesos de dispersión elástica, que eran los motores del clima global. Este es el argumento que también hace pensar a Morowitz en la espontánea generación de otro nuevo flujo de energía, que provocó un inédito “cambio de fase”, tras el que la energía solar fue aprovechada por biomoléculas, como la rodopsina o la clorofila, mediante proceso físicos de absorción inelástica. Y, además, con un rendimiento extremadamente elevado.

Las consecuencias de estos dos “cambios de fase” conforman dos de los constituyentes principales de la Vida: los ciclos metabólicos y la fotosíntesis. Visto lo visto, a Morowitz no le quedó otra que postular lo que resultaba casi una evidencia: la Vida surge espontáneamente y de forma rápida como consecuencia de la geoquímica y la geofísica, en un planeta estresado por la superabundancia de energía. Y en cualquier parte del universo en que se den estas circunstancias tiene que suceder lo mismo.

En base a estas ideas –que tienen un serio soporte físico-matemático en la mecánica estadística de procesos fuera del equilibrio, o de caos- Morowitz pensó que el sistema formado por la Tierra primigenia iba alcanzando progresivos estados de equilibrio cuasi estable que en un momento determinado se destensionaban mediante la generación de  flujos de energía. Ello hacía que se fueran traspasando umbrales, a través de los cuales se producía algo semejante a un cambio de estado. Después de este proceso se llegaba a otra situación del sistema con un equilibrio energético más estable que el de partida. Y vuelta a empezar.

Morowitz cree que el camino se inició con un panel de diversas vías metabólicas, que se unificaron gracias al invento de la fosforilación oxidativa que creó las pilas de bioenergía en forma de moléculas de ATP (nos serán presentadas más tarde en esta serie). Nuestro Último Antepasado Común Universal (LUCA) fue el que recopiló todos los avances, representando así el final del mundo exclusivamente abiótico. Con posterioridad se conquistó la fijación del nitrógeno, la innovación de la fotosíntesis complementada con en el ciclo reductor de Calvin, las endosimbiosis, la multicelularidad… un proceso continuo de cambios de estado que poco a poco iremos conociendo.

Y así, de una forma inevitable, la Vida se habría ido manifestando cada vez más compleja como un medio para aliviar la acumulación de energía libre de la geosfera: parece por tanto que un mundo con Vida tuvo que ser más probable que un mundo sin ella. Lo que apunta claramente a un proceso determinista y no azaroso. La evolución determinista de la química del metabolismo, a través de todos sus progresivos posteriores “cambios de fase”, fue la que poco a poco fue condicionando la variabilidad de los organismos vivos, cuya aparición y fenotipos sería un subproducto de estas conquistas metabólicas.

Primeras moléculas orgánicas sencillas de la química prebiótica

En un principio la química prebiótica iniciaría el camino sin ningún problema, tan sólo había que trabajar con moléculas relativamente sencillas que quedaron disueltas en las aguas primigenias.

Es fácil sintetizar de una forma casi espontánea azúcares, aminoácidos y algo parecido a elementales nucleótidos: los químicos norteamericanos Stanley Miller y Harold Urey lo consiguieron en 1953 con sus experimentos. Sólo necesitaron metano, amoniaco, agua, un poco de energía y algo de tiempo, no demasiado. Entre las décadas de los 50 y los 60 otro bioquímico estadounidense, Sidney W. Fox, demostró que los aminoácidos podían formar espontáneamente pequeños péptidos. En 1961 el también bioquímico, en este caso español, Juan Oró, obtuvo algunas purinas –un tipo de base nitrogenada del ADN o ARN- y en 1962, en otro experimento, consiguió la síntesis de dos azúcares, ribosa y desoxirribosa, asimismo componentes de soporte de los ácidos nucleicos en el ADN y ARN. Últimamente, en 2013 y tras unos trabajos de más de diez años, un grupo de biólogos dirigidos por Michael Blaiber ha encontrado, a partir de un conjunto de 12 o 13 aminoácidos prebióticos producidos por sencillos procesos químicos semejantes a los existentes en la Tierra primitiva, el camino para sintetizar primitivas proteínas plegadas (del tipo β-trefoil). El plegamiento es esencial para el desarrollo de sus funciones. Los propios aminoácidos dispondrían por ellos mismos de la información necesaria para ello.

Estructuras primaria (1), secundaria (2) y terciaria (3) ya plegada, de una proteína (Wikipedia licencia GNU FDL 1.2)

Una vez formados en la naturaleza este tipo de compuestos orgánicos elementales, que serían inicialmente tan sólo unos treinta o cuarenta, se vieron en condiciones de seguir un camino de combinación entre ellos de forma que aparecieran polímeros con estructuras moleculares más complejas. Inicialmente serían polisacáridos, polipéptidos y polinucleótidos. Más tarde aparecerían los lípidos complejos. El proceso pudo ser tutelado según los principios generales definidos por Morowitz, o quizás simplemente como consecuencia del juego de la competencia y evolución, tesis que planteamos en los siguientes pasos, que les llevó a encontrar unas formas termodinámicamente más estables, algunas de las cuales resultaron ser geométricamente muy laberínticas.

Estas formas tan particulares que adoptaban las cadenas de los polímeros que iban apareciendo eran como su tarjeta de visita: con una cara exterior real llena de recovecos físicos y una capacidad de generar posibles enlaces adicionales extramoleculares en los rincones de su estructura, lo cual facilitaba en alguna medida la complementariedad entre dos o más de estos polímeros. Se habría llegado a una tremenda versatibilidad, a partir de la cual estas moléculas ya más “serias” interactuaban con el medio que les rodeaba, siendo capaces de ejercer un involuntario influjo sobre él, modificándolo o resistiéndose a ser modificadas, lo que podría ser considerado como algo semejante a una primitiva función catalítica.  Sus inicios debieron ser muy débiles e inespecíficos, para irse potenciando con el paso del tiempo. Aquellas estructuras más estables y eficientes, con mayor capacidad de influir, serían las que sobrevivirían en el mundo prebiótico.

Supongamos pues un caldo lleno ya de estas moléculas de polipéptidos y polinucleótidos, una charca sobre una roca del acantilado o un lúgubre espacio en las profundidades más remotas de los océanos. Quizás habían llegado transportados por los meteoritos y cometas que caían sobre la Tierra. En aquel momento aún todo era química, y sólo química prebiótica. A partir de este escenario tuvo que derivar la complejidad.

Primeros autorreplicantes: moléculas “selfmade” sobre bandejas planas

La complejidad, con el tiempo, acabará llamándose metabolismo y replicación. Es decir, capacidad de tener una máquina en movimiento, generando no sólo las moléculas necesarias para seguir funcionando sino también la diversidad. Al estar sometidas a mutaciones, al autorreplicarse solas o con ayuda, al transmitir sus cambios en el proceso, iniciaron un camino para la herencia, paso previo e imprescindible al de modelado por la selección.

En esta senda la mayoría de expertos apuestan por un mundo inicial de química prebiótica en donde apareció un primer replicante. Una molécula que no iba mucho más allá que hasta una incipiente y simple reproducción de sí misma. Se encontró inmersa en un mundo que le imponía múltiples interrelaciones, algunas de las cuales condujeron a un proceso cíclico de síntesis que se asemejaba a una máquina sin fin, y en el que dicha molécula participaba de forma principal. El mecanismo pudo ser algo parecido a un ciclo catalizado por el propio primer replicante, ciclo al que entraban  moléculas del entorno y del que surgían otras como subproductos del mismo, entre las que se encontrarían moléculas iguales al replicante. Aunque sencillas, no dejaban de ser auténticas fábricas cíclicas de síntesis de un polímero elemental. El hecho de que la autocatálisis sea un proceso natural muy común en los sistemas cíclicos bioquímicos de la naturaleza nos permite pensar que este primer replicante no fue una entelequia teórica. La autorreplicación primigenia no sería muy sofisticada, no habría más complejidad en el proceso que repetir su recreación, sin un más allá, de una forma que podríamos llamar “rutinaria” y sin consecuencias inmediatas.

Ejemplo de posible ciclo autocatalítico del primer replicante A1 apoyado en una cadena de moléculas “familiares”

Este proceso no se correspondía aún a una replicación “vital”, ya que se produciría de una forma aleatoria y no persistente en el tiempo.

Se cree que en una disolución tridimensional, como podía ser el entorno de una charca o del fondo del mar, la generación espontánea de autorreplicadores debía ser bastante compleja dada la dispersión en que se encontrarían los actores que tenían que participar. Por otro lado, la unión de moléculas más elementales para formar polímeros se realiza normalmente mediando un proceso de condensación, durante el que se elimina una molécula de agua, y esto sería muy difícil en el seno de una disolución precisamente en agua. Así que ¿por qué no imaginar un mecanismo medianamente probable, mediante el cual se pudiera echar el lazo a los ladrillos necesarios para las estructuras moleculares de los autorreplicadores en un entorno en donde la autocatálisis fuera a la postre menos dificultosa? El proceso pudo darse sobre  una superficie que limitara la dispersión a tan sólo dos dimensiones, sobre la que las moléculas que la recubrieran establecerían relaciones entre sí, aprovechando el “velcro” que supone la fuerza de sus enlaces químicos. Estos no serían demasiado potentes, ya que debían permitir la flexibilidad y fluidez suficiente como para que se produjera un fácil tejer y destejer de moléculas. Dado que los velcros de las moléculas de tipo orgánico suelen presentar anclajes electromagnéticos negativos, una especie de anzuelos aniónicos del tipo –PO₃^2-o –COO^-, las superficies donde reposaban tendrían que ofrecer la cara contraria. Una posibilidad entre los materiales catiónicos lo encontramos en la pirita, que además forma sales insolubles que fácilmente se decantan produciendo sólidos. Volveremos con la pirita, S₂Fe, más tarde en esta historia, ya que es una de las bases de la teoría del “mundo del hierro y el azufre”. Recordemos que esta teoría la apuntó ya el bioquímico alemán Günter Wächtershäuser defensor, al igual que Morowitz, del axioma “primero el metabolismo”, por el que proponía que una forma primitiva de metabolismo precedió en el entorno de la biología a su contrapartida genética, y en el que intervendrían especies químicas y compuestos de hierro y azufre. La energía liberada a partir de las reacciones redox de los sulfuros metálicos no sólo estaba disponible para la síntesis de moléculas orgánicas sencillas, sino también para la formación de polímeros de largas cadenas.

Nos quedamos en este momento procesal, después de levantar acta notarial de cómo pudo iniciarse la Vida y las primeras simples moléculas autorreplicantes. En un mundo escondido y casi abstracto que, al menos a mí, me resulta muy difícil de imaginar. Espero que el interés del tema haya hecho más llevadera la lectura, a pesar de su evidente aridez. A lo largo del esfuerzo hemos convivido con un eslabón  muy importante de nuestra historia. En la próxima entrada seguiremos su pista y veremos cómo se fueron complicando sus funcionalidades, con la conquista de la información y la replicación a gran escala, lo que nos llevará hasta el mundo del ARN, fin de una etapa e inicio de algo nuevo.

Pero nos encontrábamos con un problema: el mundo no es ideal. En el mundo ideal, poner 0s y 1s es fácil, y podemos decidir poner un 1 aquí y un 0 allá y otro 0 acullá. Pero en el mundo real hacer eso, todo a la vez, es imposible. Las señales tardan un cierto tiempo (muy pequeño, pero no nulo) en propagarse por los cables. Los transistores tardan un cierto tiempo (pequeño, pero no nulo) en pasar de saturación a corte o viceversa. Es decir, que no todos los 1s y 0s se ponen a la vez en los circuitos combinacionales.

Así que lo que hacemos es introducir el concepto de entrada de sincronismo.

De momento vamos a intentar hacer lo siguiente: si la señal de sincronismo es un 0, simplemente el biestable ignora todo lo que venga en los bits R y S. Simplemente, sigue manteniendo el valor que había. Si la señal de sincronismo es un 1, entonces sí, hace lo que digan los bits R y S. Esto es lo que se llama un biestable RS síncrono o biestable RS con cerrojo o biestable RS temporizado. Su esquema es el siguiente:

Piénsalo un poco y verás que es sencillo: mientras C es cero, a las entradas R y a S del biestable RS les llega siempre un 0. Solamente cuando C es 1 los valores de R y S de la entrada son llevados hasta al biestable RS (me vas a perdonar que utilice el nombre R y S dos veces; todas las fuentes que conozco lo hacen así, de modo que he preferido mantenerlo por si luego tratas de profundizar). La forma de saber si el biestable RS que estamos dibujando es síncrono o asíncrono es mirando la entrada C: si tiene entrada C es un biestable RS con cerrojo; si no la tiene, pues no.

¿Qué es lo que nos permite hacer esto? Lo que nos permite es lo siguiente: cuando C es 0, vamos poniendo 0s y 1s en todas las entradas R y S de todos los biestables que tengamos en nuestro ordenador. Es posible que esto no ocurra a la vez,^[1] pero no nos importa, porque como C es 0, todos esos “estados temporales intermedios” serán ignorados. Luego ponemos C=1, y todos los biestables se cargan con el valor que queríamos.

Podemos definir ahora un biestable un poco más sencillo conceptualmente (aunque requiere meter algo más alrededor del biestable RS): el biestable D. Su esquema es el siguiente:

No te confundas con el biestable RS: aunque el dibujo es el mismo, las entradas no son R y S, sino D y C. El funcionamiento es el siguiente: cuando C es 0, se mantiene lo que hay dentro. Hasta aquí, todo igual. Pero cuando C es 1, lo que hay en D se almacena dentro del biestable, y ahí se queda. Fíjate en la ventaja adicional de que la combinación R=1, S=1 (que decíamos que estaba prohibida) ya no puede producirse.

Entonces, ya tenemos un biestable que almacena las cosas solo cuando una señal de sincronismo C se lo dice. Solo nos falta un paso más para llegar a los biestables que realmente se utilizan en nuestros computadores: el sincronismo por flanco. Existen dos formas: por flanco de subida o por flanco de bajada. En ambos casos, tanto cuando C es 0 como cuando C es 1 no cambia nada: la memoria sigue manteniendo el valor. El único momento en que se introduce la entrada en el interior del biestable es cuando hay un cambio en la señal C. En el caso del biestable por flanco de subida, D se almacena en el biestable cuando C pasa de 0 a 1. En el caso del biestable por flanco de bajada, ocurre cuando pasa de 1 a 0.

Estos biestables se representan de la siguiente manera:

El triangulito de la señal C indica que es “por flanco” y el hecho de que sea “por flanco de subida” o “por flanco de bajada” se indica con el círculo: si tiene círculo, es “por flanco de bajada”; y si no, es “por flanco de subida”. A menudo se añaden un par de entradas más, PRE (de preset, algo así como “preponer”) y CLR (de clear, limpiar). Esas entradas son asíncronas, y funcionan de la siguiente manera: si están desactivadas, el biestable se comporta como siempre. Si están activadas, independientemente del valor de C se almacena en el biestable un 1 (si lo que se activa es el PRE) o un 0 (si lo que se activa es el CLR). Te puedes imaginar que estas entradas se utilizan para hacer la inicialización del biestable.

No vamos a ver en detalle cómo funciona. A continuación tienes el esquema lógico de un biestable D comercial, por si quieres echarle un vistazo:

Diagrama lógico del biestable D por flanco de subida de Texas Instruments (sn7474). Aquí, CLK representa la señal de sincronismo C.

Vamos a dejarlo aquí, porque este capítulo, a pesar de no haber sido muy largo, probablemente ha sido duro. Hemos dejado fuera, además, algunos tipos biestables que se usan mucho, como por ejemplo el biestable JK, pero que no nos van a hacer falta para seguir avanzando. En el próximo capítulo veremos cómo combinar estos biestables para hacer circuitos secuenciales.

1. Mejor dicho: sabemos que es seguro que ocurrirá eso.

De las profundidades de este eón, entre fuego y explosiones, a través de un agitado caminar hacia la estabilidad, surgieron como de la nada, empujados por las fuerzas universales, nuestro planeta Tierra, y sobre él una misteriosa Vida. En este momento de su biografía vamos a intentar desmadejar, en la medida de lo que el conocimiento actual nos permite, cómo sucedió todo.

En la entrada introductoria del Hadeico fuimos manejando muchas palabras nuevas, diferentes realidades moleculares y actores desconocidos, como no podía ser menos casi en el inicio de esta biografía. Hablaremos de todos tarde o temprano, empezando a continuación con los más elementales, que no por ello dejan de ser menos trascendentales, en los cimientos de esto que llamamos Vida. Sin ello puede quedar la tramoya ininteligible. Ahí va, pues, un poco de química.

La Vida pudo escoger a su viejo patriarca entre varios de los habitantes de la tabla periódica de elementos químicos. Pero eligió al Carbono.

Nuestro amigo el carbono

Y el Carbono organizó su trabajo echando mano de los elementos más abundantes del entorno que le rodeaba y que fueran compatibles con su especial “fenotipo” –su cara visible-: formaron el equipo de los bioelementos.  Los más frecuentes en los organismos vivos, de forma que entre todos ellos aportan más o menos un 96% de sus masas, son los siguientes: comenzando con el ya mencionado pivote, el carbono C, la relación continúa con el hidrógeno H, el oxígeno O, el nitrógeno N, el fósforo P y el azufre S. Luego, en menor proporción (3,9%) participan el calcio Ca, sodio Na, potasio K, cloro Cl, yodo I, magnesio Mg y hierro Fe.

Todos ellos pueden unirse formando diversas asociaciones químicas, las moléculas. Un poco más abajo intentaremos desmitificar la “alquimia” de tales enlaces.

Así que la mayor parte de las moléculas que componen los seres vivos tienen su base en el carbono, el cual representa aproximadamente un 20% del peso de los organismos. Este elemento muestra una serie de propiedades muy diversas que derivan de su pequeño radio atómico y de que la capa más externa de su bagaje electrónico está formada por cuatro electrones que le dan una gran versatilidad y múltiples habilidades:

1. Ofrece una amistad universal: Su particular estructura de electrones le permite formar enlaces hasta con cuatro elementos distintos, lo que le da una increíble variabilidad molecular. A su vez estos enlaces pueden ser sencillos, dobles o triples, lo que quiere decir que puede agarrar con una, dos o con tres manos a la vez.

2. Sabe hacer fuertes amigos: Cuando se junta con otros elementos en una molécula, forma con sus compañeros enlaces de unión del tipo denominado covalente, que son muy estables y acumulan mucha energía.

3. Su red social es potente: Es un elemento que puede formar largas cadenas lineales, planas o tridimensionales, ya que se puede unir fácilmente a otros carbonos. Por lo que iremos viendo a lo largo de estos primeros capítulos se entenderá la importancia que para el metabolismo y la vida es el poder tener moléculas estructuralmente complejas.

4. Sabe amoldarse a las circunstancias: Los compuestos del carbono, aún siendo estables, no son inalterables y a la vez pueden ser transformados con facilidad en otros mediante reacciones químicas.

5. Sus facetas de comunicación son versátiles: Los compuestos del carbono no son solamente sólidos, sino que al unirse al oxígeno los forma gaseosos.

Quizás por todo ello fue el preferido por la Vida.

Los cuatro orbitales electrónicos más externos del átomo de carbono. En el centro, el núcleo atómico (Wikimedia GFDL 1.2)

El principal aliado del carbono en la aventura de la vida es la molécula del agua: H₂O. El agua es el disolvente perfecto, por lo que es esencial en el mantenimiento de un medio en donde las moléculas químicas puedan moverse e interrelacionarse. Por otro lado. tiene una capacidad calorífica muy alta –absorbe bien el calor sin aumentar su temperatura- lo que estabiliza las condiciones biológicas en los organismos que funcionan mediante energéticas reacciones químicas. Podemos comprender, por tanto, que su función es absolutamente esencial: sin agua no hay Vida tal como la conocemos. Esta molécula es la más abundante de los seres vivos: en las medusas puede alcanzar el 98% del volumen del animal, y en la lechuga, el 97% del volumen de la planta.

Un poco de química molecular

Me interesa ahora resaltar la estructura de átomos y moléculas, sus formas y tal como tienen distribuidas sus cargas eléctricas. Ya que, según sea, así se interrelacionarán formando compuestos, entre ellos los que se encuentran en la base de la Vida.

La imagen que voy a dibujar es la elemental de átomos y moléculas, aunque es tan sencilla que veremos cómo se parece a la de una pieza de “lego” imantada. Podemos imaginar a la química como una caja de versátiles piezas encadenables e intercambiables, gracias a la fuerza de atracción-repulsión de sus cargas eléctricas, que actúan sobre una pista de pruebas diseñada por las leyes físicas y termodinámicas universales del Cosmos.

Un átomo, y por extensión una molécula más compleja, son ínfimas, son aparentemente la nada. Pongamos una naranja en el centro de un campo de fútbol. Esta naranja es el núcleo del átomo, en donde los protones con carga positiva, su tarjeta de identidad, cohabitan con los neutrones. No esperemos encontrar a los terceros de la fauna atómica, los electrones, en el césped del campo de juego. Para ello tenemos que mirar más allá, por los confines del graderío de estadio. El número de este colectivo coincide con el de los protones del núcleo y con un valor de su carga negativa igual a la positiva de los protones, neutralizando así la carga total del átomo. Si la naranja es de un kilo, no espere más de un gramo de electrones revoloteando entre los asientos. Vacío. Un poco de materia, que es mucho, y una activa fuerza electromagnética.

Los electrones no revolotean como un sistema planetario a lo largo y ancho de perfectas capas superpuestas, como las de una cebolla, aunque esta imagen es bastante útil para imaginar la configuración electrónica de los átomos. Estas partículas se posicionan rodeando al núcleo de forma que comienzan rellenando su capa interior, menos energética, para una vez saturada con dos electrones llenar la siguiente hacia fuera con ocho y luego la siguiente hacia fuera, así hasta colocar una cantidad de pequeñas partículas negativas en un número igual al de los protones del núcleo. Pero las “capas de cebolla” tienen formas curiosas, como podemos verlo en la figura de más abajo que representa los orbitales electrónicos de la segunda capa. Cada electrón dibuja su propio orbital de acuerdo a sus características cuánticas y según su ecuación de onda. El resultado es una solución probabilística que no sólo podríamos imaginar como un lugar físico, sino el lugar físico donde es más probable que encontremos al electrón… ¡cosas de la cuántica! Y tienen la forma y tamaño que tienen, no otro, ¡más caprichos de la cuántica! Ahora podemos comprender el por qué del vacío del átomo: los electrones tienen que poder encajar sus orbitales en este espacio. Que además alberga a multitud de partículas virtuales surgidas del borboteo cuántico. Pero eso es otra historia. Quien tenga curiosidad no puede dejar de leer la magnífica serie sobre cuántica sin fórmulas de Pedro en el blog hermano El Tamiz.

Ejemplo de cómo son los orbitales electrónicos de la segunda capa. Raritos ¿no? (Wikimedia GFDL 1.2)

Es fácil entender que el átomo se relaciona con su entorno mostrando sus orbitales más externos –que no son más que las locas pistas de carreras de electrones con carga negativa-, los cuales actúan como tentáculos con los que formar moléculas. Pero no hay que olvidar que en su pequeño punto central se encuentran los protones con sus cargas positivas, que condicionan la energía y el movimiento de los electrones, es decir, condicionan las características de los orbitales sus formas y fuerzas. Todo ello hace que cada átomo se comporte como un pequeño imán, una pequeña pieza de lego imantada, con los brazos –algo así podemos entender que son los orbitales aunque no es exactamente correcto- exteriores, que son los elementos de unión mediante los que las piezas hagan “clik”. Y según sea su configuración, así se relaciona.

Los átomos, como todo en la naturaleza, tienden espontáneamente a buscar posiciones en un entorno energético “redondo”, como una piedra que bajo la acción de la gravedad no para hasta encontrar su posición estable en el fondo del valle. El óptimo energético lo encuentran cuando en su capa externa hay tantos electrones como teóricamente sea posible. Algunos están cerca de este óptimo por exceso, les sobran unos pocos electrones, y otros por defecto, les faltan otros pocos. Y ahí es donde colaboran unos con otros prestándose electrones, de forma que los átomos lleguen a formar una molécula que a su vez tenderá a instalarse también en una posición energética “redonda”. A veces estas uniones son prácticamente espontáneas: las piezas de lego que participan encajan espontáneamente como anillo al dedo. A veces hay que darles un empujoncito para vencer la repulsión negativa entre sus capas externas, sólo hay que buscar un poco de energía para cebar la reacción. Su entorno también tiene algo que decir, ya que influye en sus movimientos y velocidades, sus trayectorias, sus energías cinéticas, etc, circunstancias todas ellas que condicionan el baile de aproximaciones y choques. Si todo es favorable, y la probabilidad de que así sea no es que sea precisamente baja, se formará un enlace y una nueva molécula, o bien se producirá la ruptura. La verdad es que nuestra experiencia constata que la química de la naturaleza dispone para ello de un manual absolutamente versátil.

Tras el anterior largo paréntesis teórico recojo argumentos y me concentro en la moraleja: la unión de átomos y la configuración de nuevas moléculas no es un acto de magia, sino un suceso que la naturaleza propicia. Si las condiciones de entorno, pastoreadas por las omnipresentes leyes fundamentales y universales del Cosmos, son medianamente favorables, sucederá sí o sí. Y llegaremos a estructuras complejas como la del azúcar de la figura siguiente, o extremadamente complejas como la de la hemoglobina. Esta “involuntaria” dinámica llevó a los sorprendentes “imanes-lego” a construir la Vida. Y esto sí es una certeza para nosotros que estamos observando el final de la historia.    

A la izquierda representación tridimensional de la molécula del agua (dominio público) y a la derecha la de la D-glucosa (dominio público). Las esferas representan los átomos: el carbono en negro, el oxígeno en rojo y el hidrógeno en blanco. Las barras entre átomos representan los orbitales moleculares, allí por donde aparece la densidad electrónica con mayor probabilidad.

Continuemos ahora hablando, con nombres y apellidos, de los ladrillos con los que se ha ido montando el guión, ya en el ámbito de la bioquímica, ladrillos formados en su mayoría por carbono, oxígeno e hidrógeno. O quizás mejor, CO₂ y H₂O.

Las biomoléculas

Los bioelementos se combinan entre sí para formar las moléculas que componen la materia viva. Estas moléculas orgánicas basadas en el carbono las podemos agrupar en familias, que como podemos imaginar se van a diferenciar por sus estructuras moleculares. Aquí vamos a obviar estas estructuras para centrarnos en sus funcionalidades dentro del marco de necesidades de un organismo vivo, que precisa alimentarse, construir un entramado físico en donde mantener una actividad vital, comunicarse con el medio y, finalmente, reproducirse y transmitir su herencia.

En la función de nutrición tienen un especial peso los lípidos (grasas) y los glúcidos (azúcares). Estos últimos también participan activamente en la estructura informativa de los ácidos nucleicos ADN o ARN, e incluso colaborando con proteínas en tejidos de sostén.

Los lípidos también son los elementos esenciales en determinadas estructuras celulares, gracias a sus largas cadenas moleculares, como la del ácido esteárico en la figura siguiente.

Las proteínas, uno de los prótidos, son las “funcionarias” que soportan el sistema: con sus moléculas construyen los entramados estructurales de los organismos, con su trabajo enzimático agilizan las reacciones metabólicas que son la base de la vida e incluso participan como actrices directas en las mismas, son los vehículos de transporte de diversas sustancias a nivel celular, nos defienden de amenazas exteriores del organismo… y un largo etcétera. Son largas moléculas, con un intrincado y esencial enmadejamiento estructural, formadas por una cadena de aminoácidos, otro de los prótidos esenciales. La forma de la madeja depende de la secuencia de aminoácidos, su forma geométrica y los  posibles enlaces “intramoleculares” (como puentes de hidrógeno) independientes de los propios que forman el polímero, siendo esta especial estructura enmarañada la característica esencial que condiciona su función. Así como sea su forma, condiciona los espacios de acoplamiento con otras moléculas y las posibilidades de enlaces adicionales químicos mediante sus grupos fosfato o creando puentes de hidrógeno, entre otros.

La proteína hemoglobina, formada por cuatro proteínas globulares (Wikimedia GFDL 1.2)

La responsabilidad de la función de herencia recae sobre los ácidos nucleicos, el ADN y el ARN. De ellos hablaremos con mucho más detalle en una próxima entrada. Baste decir aquí que sus moléculas están formadas por largas cadenas de lo que llamamos nucleótidos, un entramado molecular de cooperación a tres entre un azúcar, una base nitrogenada -unas especiales moléculas orgánicas que forman anillos- y un grupo fosfato –el ión PO₄³⁻-. Sus funciones también se extienden al campo enzimático, facilitando las catálisis, y metabólico, fabricando proteínas y autorreparándose. Las cadenas del ADN están formadas por una hélice de doble hebra mientras que las moléculas de ARN pueden formar estas hélices aunque son de hebra simple, a veces cerrada sobre si misma.

La falsa doble cadena del ARN (Wikimedia GFDL 1.2)

Una vez conocidos los participantes, profundizaremos en el cómo, cual debió ser la forma más plausible para que con estos mimbres pudiera representarse la función de la Vida:

¿Cómo apareció realmente la Vida en la Tierra? ¿Qué es lo que mejor sabemos de ello?

Son muchas las teorías, y explicaremos las más importantes por su trascendencia a lo largo del camino del conocimiento y por sus sólidas bases científicas. Hay que decir que todo son especulaciones, pero con una alta probabilidad de que funcionen, al menos con una probabilidad más alta que la que tienen otras explicaciones puestas sobre la mesa. Conocer con exactitud lo que pasó es una utopía, ya que exigiría revivir la historia geológica, y esto es un imposible. Los seres vivos más próximos en el tiempo han dejado un reguero importante de fósiles, sin embargo la Vida más antigua ha dejado solamente unas pistas químicas, enmarcadas en un entorno ambiental al que podemos analizar con un grado de especulación que resulta confortable para la ciencia. A partir de todo ello hay que conjeturar lo que pasó, ponerlo en el escenario del conocimiento, contrastarlo y someterlo a una crítica continua.

Vamos a dejar de lado las teorías que postulan una generación espontánea de la Vida por estar científicamente más que superadas.

Hay teóricos que opinan que la Vida vino del exterior, la panespermia, aminoácidos a caballo de meteoritos y cometas que cayeron sobre la Tierra y que fueron la semilla para una expansión futura. Científicos tan prestigiosos como el británico Sir Fred Hoyle postulaban esta posibilidad, ya que consideraba que el inicio de la Vida en la Tierra comportaba una mínima e increíble probabilidad. Hoy se sabe que el espacio interestelar está repleto de biomoléculas. En 1969 cayó un meteorito en Murchison, Australia, en el que, al ser analizado, se pudo detectar restos orgánicos y de aminoácidos. Estos resultados se repitieron en los análisis realizados con otros meteoritos.

Estructura del ALH84001 (Wikimedia dominio público NASA)

Hay un segundo hecho relacionado también con meteoritos, esta vez de origen marciano, el ALH84001 que fue encontrado en la Antártida en 1984. Los gases que encerraba corroboraron su origen en el planeta rojo. Con una antigüedad de 4.500 millones de años, debió de saltar durante una de las terribles y múltiples colisiones de objetos que se daban en aquella época en el sistema solar interior. Presenta unas vetas de calcita que se forman por infiltraciones de agua, una pista de la Vida, al menos del tipo que conocemos en la Tierra. Se hallaron también granos minerales de magnetita de posible origen bacteriano, moléculas orgánicas y unos cuerpos que bien pudieran ser bacilos, como se ve en la fotografía anterior (aunque hay también opiniones en contra).

Sin embargo, si éste hubiera sido el germen de la Vida en la Tierra siempre quedaría en el aire la pregunta de cómo se inició en el espacio, fuera de nuestro planeta.

Si el origen físico de la Vida se produjo realmente sobre la Tierra, debió surgir progresivamente a lo largo de un proceso con raíces en un mundo de química abiótica y que desembocó en un mundo de química biológica elemental: a este proceso se le conoce como la síntesis abiogénica, nombre que proviene del griego α- “no”, βιος- “vida” y γενεσις-  “principio”, el inicio de la Vida desde una “no-vida”.

Son muchas las mentes teóricas que han discurrido sobre cómo pudieron ser los inicios de la Vida, cómo a partir de los átomos más elementales se llegó a las moléculas complejas que gestionan lo que hoy llamamos Vida. Comenzando por las ideas del bioquímico soviético Alexander I. Oparin , padre de la abiogénesis, ninguna teoría por sí misma da una explicación completa, e incluso algunas de ellas son meramente especulaciones sin un soporte experimental, por otro lado difícil de conseguir dada la baja probabilidad de reproducir en un laboratorio aquellos desconocidos inicios. En el mundo de la ciencia hay dos corrientes principales de opinión, las que apuestan porque la complejidad se inició como un mundo de información y replicación, en donde el material genético fue perfeccionando su función, y las que argumentan que el metabolismo, la máquina interna de los organismos, apareció antes que los sistemas codificadores de información. Entre las del primer grupo se encuentra la conocida teoría del mundo de ARN, postulada por el premio nobel Walter Gilbert en 1986, donde el ácido ribonucleico desarrollaría funciones tanto de archivo de la información como de catálisis química. Entre las del segundo grupo está la teoría del mundo de hierro y azufre que postuló en 1989 Günter Wächtershäuser.

Alexander I. Oparin fue el primero que teorizó en 1924 una evolución espontánea molecular que daba lugar a ciertos agregados complejos, que bautizó como coacervados. Él había observado que los principales ladrillos de la vida orgánica, como podían ser los azúcares, los aminoácidos o las proteínas, se podían sintetizar a través de procesos de laboratorio que no diferirían en gran medida de las condiciones y lo que pudo haber pasado en la Tierra más antigua. Estaba convencido de que en las aguas de los océanos primitivos debieron formarse sustancias orgánicas muy complejas y diversas, semejantes a las que constituyen los actuales organismos, aunque también era consciente de que una cosa es un ser vivo y otra una disolución de moléculas, de tamaño más o menos grande, en agua. Y se puso a estudiar el mundo de las disoluciones coloidales de moléculas relativamente grandes, en las que observó una cierta anarquía e inestabilidad, entre las que de vez en cuando, a través de un proceso muy sencillo y espontáneo, se estabilizaban grumos de ciertas moléculas, decantándose como un sedimento o formando unos coágulos en equilibrio dentro del coloide. Todo dependía del tipo y estructura de las moléculas. A esos grumos, como ya hemos comentado, les llamó coacervados, del latín acervus, montón.

Los coacervados tenían una propiedad muy especial: habían condensado todas las moléculas de la solución coloidal primitiva de forma que ahora sólo se observaban unos grumos casi sin agua, rodeados de agua prácticamente pura, con la que no se mezclaban nunca. Ésta es la misma propiedad que tiene el protoplasma de las células vivas.

Dentro de los coacervados Oparin observó otra interesante particularidad: a pesar de su consistencia líquida, tenían cierta estructura interna. Las moléculas coloidales que los formaban no se encontraban dispersas al azar, sino que estaban dispuestas con una cierta estructura espacial y con una capacidad, en la mayoría de los casos, de absorber distintas substancias que se encontraban en la solución que les rodea. Esto solía provocar transformaciones químicas en su interior. La consecuencia de todo ello es que los coacervados podían aumentar de volumen y crecer a expensas de las sustancias externas absorbidas en su núcleo, aunque no todos lo hacían por igual.

Coacervados de Oparin (Wikimedia CCO1.0)

A partir de todo lo anterior le fue fácil colegir que la mezcla de distintos cuerpos proteinoides primitivos -que se habían formado espontáneamente como los aminoácidos interestelares- en las aguas de la Tierra primigenia debió de dar origen a la formación de coacervados, que evidentemente no se podían calificar aún como seres vivos, pero que llevaban la semilla de la vida en su interior. Y al igual que en el laboratorio, cada coacervado desarrollaría una química distinta, dependiendo de cómo se hubiera organizado su estructura interna y de qué tipo de moléculas se iba encontrando en el medio exterior. Algunas opciones resultaron útiles, se conservaron y crecieron, mientras que otras fueron desapareciendo, aisladas por la presión medioambiental. Un inicio de la estrategia de la selección natural.

Las que crecieron lo hacían hasta un tamaño permitido por las leyes físicas y termodinámicas, más allá del cual el coacervado se debía romper en dos o más hijos, que poseerían una química idéntica a la del antecesor, es decir, habían heredado una química ganadora. Y tendrían aún más ventajas los que crecieran más deprisa, aquellos que tuvieran una mayor capacidad de absorción de moléculas externas, con lo que su química interna se iría complicando y haciendo todavía más rápida. Se comprende perfectamente que estos coacervados, dinámicos en su química y reproducción y estables en sus repetitivos procesos de replicación de sus componentes, podían haber tenido grandes ventajas sobre los demás coacervados que flotaban en la misma solución primigenia.

Y así, siguiendo un camino de incremento de la complejidad dentro de la estabilidad, se llegaría a un ser metabolizante y replicante, al ser vivo más primitivo. La teoría de Oparin, sin ser verdaderamente exacta, ha iluminado un camino probable, una senda de progresiva especialización molecular que pudo hacer posible el inicio de la Vida.

En los siguientes párrafos enhebraremos a lo largo de una misma historia cronológica lo que pudo ser el desarrollo de las biomoléculas a partir de la “nada”, historia compuesta por retazos del ya comentado extenso universo de teorías sobre la abiogénesis. En la lectura de esta exposición no se nos debe olvidar en ningún momento que se trata de un relato posible –bastante probable a la luz del conocimiento actual-, aunque especulativo, y no se nos debe olvidar tampoco que el proceso es el sumatorio a lo largo del tiempo de una sucesión de cambios infinitesimales, modelados en cada  momento por su particular medio ambiente.

Los inicios son claros de puro simples: Vemos un mundo de gases y polvo. Los elementos químicos revolotean en la espiral de acreción de la Tierra. Poco a poco se van juntando y van creando alianzas. En un primer momento todo fue muy sencillo.

Ya hemos comentado cómo las leyes de la química, de la termodinámica y del universo en general actuaban de forma “impersonal” y silenciosa, pero insistente. El electromagnetismo es la base de la unión, cargas positivas con cargas negativas: intercambios de electrones, enlaces iónicos y enlaces covalentes.

De las moléculas sencillas se tuvo que pasar a la complejidad. La Vida necesita moléculas sencillas, como el agua, o el amoniaco, o el metano. O el dióxido de carbono, o el cianhídrico… moléculas que ya sabemos que estuvieron desde el principio presentes como resultado de procesos geoquímicos naturales.

Pero también necesita de la complejidad, así que el nacimiento de las moléculas orgánicas fue otra cosa. Como ya hemos comentado, hay múltiples teorías que postulan un posible camino, pero en general la hoja de ruta comúnmente suele pasar por los siguientes pasos:

1. Creación de ciertas moléculas pequeñas básicas para la vida, como los azúcares, nucleótidos o aminoácidos, ladrillos elementales de moléculas más complejas como los ácidos nucleicos –ARN, ADN- y las proteínas.

2. Generación de fosfolípidos, moléculas de ácidos grasos con átomos de fósforo, imprescindibles para la formación de membranas cerradas, elemento clave para el metabolismo celular.

3. Fusión de nucleótidos formando cadenas de ácidos nucleicos, inicialmente de tipo ARN.

4. La “conquista” de la función enzimática por algunos ácidos nucleicos al aparecer las ribozimas –enzimas basadas en la ribosa, componente del ARN-, que catalizarían la síntesis de pequeñas proteínas.

5. Diversificación funcional: los ácidos nucleicos quedarán como portadores de información genética, mientras que las proteínas catalizarán las reacciones metabólicas.

Y hasta aquí los aspectos generales. En la próxima entrada hablaremos más concretamente sobre el posible arranque de la Bioquímica, que es lo mismo que decir de la Vida.

Una actitud tal como ésa podrá parecer incongruente, pero tuvo sus causas. Y, lógicamente, también tendría consecuencias. A comienzos del siglo XX se produjo un verdadero cisma musical cuyas causas fueron varias, pero también hay evidencias de que hubo carencia de bases científicas, por parte de los músicos, para hacer ciertas propuestas de reforma de la teoría general de la música. No es que tal cosa haya ocurrido por primera vez en la historia, pero ahora la irrupción de las nuevas ideas tuvo ribetes nunca vistos que perduran todavía hoy, en pleno siglo XXI. Me refiero a la ruptura de la tonalidad y sus consecuencias – incluso para los oyentes. Debido a que la ciencia fue invocada repetidas veces para fundamentar esa ruptura, ése será precisamente el enfoque que le daremos a este artículo.

La otra cara de la escala de 12 sonidos.

En el artículo dedicado al círculo de quintas indagábamos a fondo en el sistema tonal y la escala temperada de 12 sonidos. Vimos también que una música se puede definir como “tonal”  cuando utiliza únicamente 7 de los 12 sonidos de la escala cromática. Esos 7 sonidos, recordemos, son los que corresponden exclusivamente a la escala diatónica elegida para componer la música. Desde luego, éste es un ámbito bastante restringido, y los compositores comenzaron a recurrir forzosamente a los cambios de tonalidad, es decir, a las “modulaciones”, durante el desarrollo de una misma partitura. En otras palabras, utilizaron normalmente más de 7 sonidos a lo largo de una misma composición. Y, lógicamente, a medida que fueron combinando cada vez más cantidad de tonalidades en una misma obra, terminaron por utilizar casi constantemente la escala completa de 12 sonidos. En consecuencia, las obras así creadas parecieron carecer de un perfil tonal nítidamente definible. A causa de ello se creyó que la música había entrado en una fase nueva que sería irreversible: el atonalismo (ausencia de tonalidad).

Por otra parte, ese momento coincidió con el empuje del conocimiento científico y el desarrollo rápido de la tecnología que caracterizaron al siglo XX. Entonces, a pesar de una resistencia tenaz de parte de muchos artistas, surgiría con fuerza la iniciativa de apelar a la ciencia para explorar nuevos caminos.

Pues bien, esta iniciativa no encierra ninguna novedad. Como ya sabemos, la ciencia estuvo presente a lo largo de casi toda la historia de la música, y no pocas veces en forma decisiva y hasta profética. La escala de 12 sonidos es un buen ejemplo de esto que decimos. Ya en el año 234 AC., un teórico chino llamado Lin-Len escribió uno de los documentos más antiguos que se conocen relativos a la música, y ahí él ya calculaba una octava dividida en 12 semitonos, aunque sería recién en 1850 cuando se comenzaría a generalizar el uso del temperamento igual (con la evolución del piano moderno). Es decir, la escala de 12 sonidos es muy antigua y, de hecho, Pitágoras también había calculado una, si bien no era la escala temperada actual. Lo que estos hechos demuestran es bastante evidente: en todas las épocas los músicos tuvieron la necesidad de disponer de herramientas teóricas lo más exactas posibles para componer la música. Y la ciencia se las proporcionó.

Pero en ningún antecedente histórico ocurrió lo que sucedería, al transcurso de los siglos, con la escala temperada moderna: ésta heredaría de la Edad Media 7 nombres para las notas, los famosos Do-Re-Mi-Fa-Sol-La-Si, en tanto que los sonidos utilizables son, en realidad, 12. Tal hecho marcaría – sin exageración – casi un destino en los fundamentos teóricos de la música.

Esta escala de 12 sonidos – que, como se recordará, también se llama “cromática” – se escribe, en efecto, con 7 notas. Pero éstas son alteradas de tal manera que los sonidos puedan quedar representados a distancia de ½ tono cada uno. Y, debido justamente al uso de las “alteraciones” (cinco de uso común en total: sostenido, bemol, becuadro, doble sostenido y doble bemol), ocurre que se multiplican mucho las posibilidades de notación. Esto da la apariencia de una enorme riqueza armónica, pero… tan sólo en la escritura, pues los sonidos son ¡nada más que doce!

Este hecho incontrovertible fue la premisa de los primeros partidarios del atonalismo en la primera década del siglo pasado. Ahora bien, para alcanzar la comprensión cabal de una solución tan drástica como el atonalismo hay que seguir un orden histórico que justifique ese desenlace.

El célebre álbum de Juan Sebastián Bach titulado “El Clavecín bien temperado”, fue escrito en demostración, precisamente, de las grandes posibilidades que ofrecía el temperamento igual para usar cualquier tonalidad en los instrumentos de teclado – no sólo en el clavecín, sino también en el órgano, instrumento para el que escribió muchas obras importantes. Estudios recientes indicarían que en realidad la escala temperada utilizada por Bach no habría sido la deducida a partir de la raíz 12 de 2 como separación entre semitonos, sino otra, se cree que de su propia invención, pero muy similar a la que hoy se usa.

Pero, como sea, a partir de ahí, muchos cambios comenzarían a producirse en la composición de la música: he aquí que la capacidad así adquirida para cambiar de tonalidad sin dificultades, cuantas veces se quisiera y a cada pocos momentos si hiciese falta, permitió a los compositores una libertad como nunca se había visto antes. No tardaron en pensar en que usar, por ejemplo, ocho o diez tonalidades distintas en una misma composición podía ser algo perfectamente normal, incluso en la música orquestal y el canto.

Pero siguieron utilizando sólo 7 notas.

Y, como es evidente, y lo hemos dicho más de una vez, 7 notas no son suficientes para anotar todas las escalas posibles. De ahí que cuanto más abundantemente el compositor combine las diferentes tonalidades, mayor será la cantidad de alteraciones necesarias para poder escribir la partitura – y mayor será también la cantidad de sonidos utilizados, por lo que fácilmente se ve que la tendencia es a usar el total de 12.

El siglo XIX fue el punto culminante de esa tendencia, durante el Romanticismo, con el agregado de notas alteradas para ornamentar la armonía y saltar de una tonalidad hacia otra. Llegaría un momento en que no se podría decir con exactitud en qué tonalidad estaba compuesta una obra musical. Esto ocurriría principalmente con algunas de las últimas obras de Franz Liszt y mucho más con Richard Wagner. La característica más saliente del último período creador de ambos autores fue el cromatismo, es decir, un uso tan abundante de notas alteradas que hizo tambalear las mismísimas bases de la tonalidad. Y si no se podía decir con certeza absoluta si una música estaba compuesta en alguna tonalidad, entonces se iba derecho a la abolición de la escala diatónica como estructura básica para componer música. Menos de un siglo atrás, nadie habría sospechado que la escala de 12 sonidos, tan útil como siempre había sido, tenía una faz oculta, y ahora la estaba mostrando: ¿Qué seguiría de ahí en adelante? Ya comenzaba el siglo XX.

El cambio de siglo marcó mucho más que una fecha para la música.

La música es el arte que más vínculos puede llegar a tener con la ciencia, pero no únicamente por el cálculo de escalas y acordes, o la tecnología, que puede influir de manera directa en las herramientas materiales – como el perfeccionamiento de los instrumentos y otros aspectos afines -, sino porque el sonido en sí es un hecho físico que constituye la materia prima para el músico. Y el tiempo, a su vez, es un intangible, pero es el medio en el que “vive” la música. Ese medio ambiente donde lo físico convive con lo inmaterial hace posible la existencia de un arte tan particular.

El músico de comienzos del siglo pasado fue consciente quizá como nunca antes de este hecho, tal vez a consecuencia de creer en la inminente caducidad de las bases que habían sustentado la música hasta ahí. Era un callejón sin salida. Si a ello agregamos las rápidas transformaciones sociales, la fuerte pujanza del conocimiento científico y el consecuente avance de la tecnología, pareció muy lógica una reacción contra la estética ochocentista, considerada desubicada para los nuevos tiempos. Y de ahí resultó un panorama bastante complicado. En ese mundo el artista comenzó a verse a si mismo casi como un cuerpo extraño engendrado en el Romanticismo.

En Europa nacieron algunos movimientos intelectuales que buscaron nuevas concepciones artísticas, aunque conciliándolas en lo posible con la estética heredada del arte del siglo anterior. Pero también hubo movimientos radicales de vanguardia que sostuvieron que una etapa se había cerrado definitivamente, sin vuelta posible atrás, y se sintió urgencia en despegar definitivamente del pasado. De ahí derivaron encontradas posiciones en todas las artes, que oscilaron entre mantener la esencia de las tradiciones o, bien al contrario, negarlas rotundamente. Y la música no escaparía a tales discusiones. Dichos movimientos no tardaron en trasladarse hasta América, con lo que adquirieron proporciones mucho mayores. Paralelamente se miró hacia Oriente, con la esperanza de hallar, quizá, alguna idea diferencial basada en tradiciones milenarias, y así, otras escalas y otros ritmos fueron puestos bajo la lupa del análisis de la musicología y otras ciencias. Hacia 1911 ya se podía afirmar que la música occidental iniciaba otros rumbos.

Pero la perspectiva desde el siglo XXI nos muestra – cien años después – una brecha profunda y de ribetes paradójicos. Por un lado, las corrientes que permanecerían vigentes necesitaron, ya desde sus propios comienzos, una especie de “carta científica de presentación” para tener aceptación en la comunidad musical dominada por las corrientes de vanguardia, donde sus más fervientes partidarios no vacilaban en hablar de la “música de la era tecnológica”. Esta posición fue firmemente combatida y despreciada por quienes no compartieron esas ideas, creándose un verdadero cisma sin parangón en toda la historia de la música, pues nunca se había visto un enfrentamiento tan violento entre un pensamiento conservador contra una intención tan perseverante de alcanzar una ruptura total y absoluta con el pasado. Ese enfrentamiento envolvió al público, dividiéndolo en forma obstinada hasta el día de hoy.

La carta científica de presentación.

La carta de presentación de cualquier nueva idea debía ser científica, por una causa muy lógica: se consideró imprescindible una adaptación del arte al rápido avance de los conocimientos en ciencia y tecnología. La invención de los motores, el desarrollo de la electrónica, los descubrimientos de la Física, la Teoría de la Relatividad y, más tarde, el comienzo de la era espacial, fueron tan sólo algunos de los factores que influyeron poderosamente en la mentalidad de muchos músicos de la época, haciéndoles sentir una falta de “actualización” del arte respecto a la marcha del mundo. Los motivos de inspiración para el artista ya no podrían ser nunca más los que siempre habían sido. Esta cuestión todavía está lejos de ser resuelta, pues queda implícito un problema existencial: Incluir necesariamente el arte en el rumbo presente de la civilización.

Esa necesidad de inclusión tuvo infinidad de facetas de origen, donde tampoco faltó la imitación directa de ruidos y hasta cuestionándose si era real la diferencia entre música y ruido. Surgieron así propuestas que llegaron a incluir la posibilidad de hacer música con el sonido de diversos aparatos de uso industrial. Pero tales propuestas fueron duramente condenadas por varios músicos vanguardistas que, siendo ya contrarios al impresionismo que ganaba mucho terreno, dijeron: - Si no estamos de acuerdo con que el impresionismo pretenda imitar a la naturaleza, pues eso es extramusical, también es inaceptable imitar el ruido de una locomotora.

Así estaban las cosas cuando adquirió mucha fuerza una pregunta aparentemente simple: ¿Por qué renunciar a la evidencia que está ante los ojos de todo el mundo, que es la escala de 12 sonidos? Prescindir de las tonalidades no tendría por qué equivaler a renunciar a la estructura que había sustentado a la música durante los últimos siglos; haría falta solamente darle otro sentido partiendo de la base de que, en sí misma, se trata de una escala atonal.

Las primeras tentativas de música atonal datan de 1909, pero fue Arnold Schönberg (1874 -1951) quien en 1923 expondría formalmente su teoría del dodecafonismo, donde las 12 notas están en plano de igualdad, al contrario de las escalas diatónicas donde las notas tienen un orden jerárquico determinado por un sonido fundamental (tónica). Más tarde el dodecafonismo derivaría en el serialismo dodecafónico, donde se aplica el cálculo combinatorio para organizar los sonidos al componer la partitura. Luego vendría el serialismo integral, donde el cálculo de las combinaciones se aplica a todas las cualidades del sonido: altura, duración, intensidad y timbre.

Sin entrar en detalles técnicos excesivamente complicados para el objetivo de estos artículos, podemos ver la intervención evidente de las matemáticas, pero esta vez es una intervención directa hacia el acto creador. Ya no se trataba de una base teórica predeterminada, como herramienta para la fantasía del compositor, tal cual habían sido las escalas en el pasado. Ahora, las ideas del compositor debían partir de posibilidades estructurales que él mismo debía calcular para componer la partitura. Es decir, el compositor debía tener necesariamente ciertos conocimientos científicos para poder componer. Parecería entonces que la música tendría, por fin, una carta de presentación aceptable en el mundo moderno.

¿Pero quiénes creyeron que eso significaba algo importante?

Quizá ésta sea una pregunta cruel en el momento actual, pero si tenemos en cuenta las palabras de Schönberg: “El arte no es para muchos; y si fuese para muchos, no es arte”, lo cierto es que han transcurrido más de 100 años desde las primeras manifestaciones vanguardistas y, si de verdad el arte lo es solamente cuando lo comprenden unos pocos, hay que reconocer que sigue siendo una minoría la que entiende propuestas tan privilegiadas, ésas que serían realmente arte, pero… cuidado: hoy son cada vez más quienes advierten que hay peligro de que el público se aleje definitivamente de la música clásica como género que interese escuchar. Es decir, hay algo que no encaja bien en la cultura musical del mundo moderno, y no sería conveniente caer en explicaciones fáciles.

Los oyentes parecerían haber quedado navegando entre dos aguas: la marea mediática de la música comercial – que no es lo mismo que la música popular – y el reflujo de la música clásica con preferencias marcadas hacia los autores de los siglos XVIII y XIX. Por primera vez en la historia el público no logra comprender la música de su propia época, aunque pase el tiempo y surjan nuevos compositores.

Por supuesto, me refiero a esa música genéricamente llamada “música clásica”. Sin distraernos en revisar si ese calificativo es o no acertado, hay una pregunta muy interesante que podemos hacernos: ¿Será cierto que la música contemporánea refleja el espíritu de la época, el de la “era tecnológica” – como se dijo –, y será verdad que la ciencia halló cabida en aquellas ideas que ya dejaron de ser novedosas, por el tiempo transcurrido, aunque todavía haya continuadores? ¿Tan elevado habrá sido, o es, el pensamiento de los músicos, que aún hoy pocos lo entienden?

Los detractores de la música de vanguardia suelen creer que el único motivo es un afán irracional de desafiar todo lo establecido y aceptado, recurriendo a veces hasta a lo insólito con tal de llamar la atención. Pero no es exactamente así.

Arnold Schönberg

El debilitamiento de antiguos imperios, la inminencia de la Primera Guerra Mundial y los descubrimientos de Freud acerca del subconsciente, que provocaron la crítica frontal de las instituciones tradicionales, fueron sólo algunos de los hechos que motivaron un sentimiento generalizado de inseguridad, de derrumbe de los valores socialmente aceptados. No deja de ser lógico que en aquel medio ambiente haya surgido la propuesta de un “retorno al sujeto” a modo de reencuentro del arte con el “ser”. Esto fue el expresionismo que se manifestaría fuertemente en la pintura, pero también en la música, como la exteriorización más pura y directa posible del inconsciente. Influido por estas ideas, en 1912 Arnold Schönberg componía en Viena su “Pierrot Lunaire” definiendo así un camino de enorme influencia en la música del siglo XX.

Pero la estética expresionista no resistiría la prueba de una incompatibilidad entre, por un lado, la expresión pura del inconsciente, y por el otro, la síntesis necesaria de alguna teoría manejable por la razón. Tratar de hacer encajar una cosa con la otra llevaría a Schönberg a una concepción estructuralista, que se concretaría en su teoría del dodecafonismo, pero, en esencia, tal teoría se oponía mucho a la “inspiración” del artista. En otras palabras, la expresión del inconsciente estaba limitada por la teoría.

Edgard Varèse

Y, como era natural que ocurriese, hubo reacciones contra eso. Surgiría muy destacadamente la propuesta de Edgard Varèse, de corte filosófico y no estructuralista. Para Varèse el sonido debía ser ambiguo, el oyente debía entenderlo como un lenguaje primitivo de la música, sin tiempo ni lugar definidos, aunque tal vez no llegase a ser comprensible por ignorarse el “código” de ese lenguaje. Para el oyente, descubrir ese código podría ser una aventura fascinante e imposible de explicar objetivamente. Según algunos críticos ese lenguaje expresaría simplicidad, soledad, desierto. Puede decirse que es una concepción anti-teórica de la música y así lo expresaba en parte el propio Varèse, cuando decía que “El compositor no puede decirle a nadie de dónde le viene la sustancia de su obra, y de ella puede hablar solamente como artesano”. Como es natural, el lenguaje artesanal de Varèse es atonal y libre de toda regla predeterminada.

Tanto las ideas de Schönberg como las de Varèse – y sus respectivos discípulos más tarde – reflejan claramente, aunque desde ángulos opuestos, que creían que uno de los peores obstáculos a ser superados era la inercia de la música del siglo XIX que todavía proclamaba, y reclamaba, la expresión de “sentimientos”. El impresionismo era particularmente mal visto y calificado como resabio disimulado de la expresión romántica, pues estaba “sugiriendo más que representando” pero, en definitiva, pretendía una imitación bucólica de la naturaleza. Imitar la naturaleza y expresar o sugerir sentimientos, se pensaba, eran pretensiones extramusicales y, por lo tanto, estéticamente inadmisibles.

Existía así un panorama complejo donde se intentaba redefinir el papel del músico en la sociedad, pero también el significado de la música para el hombre. Se trataba evidentemente de enfoques distintos, aunque motivados por una misma inquietud: buscar una forma de insertar al artista en una época futura, con la certidumbre de que el presente ya indicaba claramente los cambios que inevitablemente habrían de producirse. Sería sólo cuestión de tiempo esperar a que un gran vacío resultase evidente, a medida que una estética conservadora caducase irremisiblemente, a pesar de que el público aún no se percataba de esa posibilidad. El pensamiento vanguardista se inclinaba a pensar que la sensibilidad, en la mayor parte del público, se encontraba en un estado de letargo y los artistas tenían la misión visionaria de alcanzar un despertar futuro. Sintieron necesidad de llamar la atención, así fuese a costa de incomprensión, repulsas y caricaturizaciones. Debían hallar un lugar entre el público, y estaban convencidos de que buscar el camino sería para el bien de la música.

Hoy, con la perspectiva de un siglo transcurrido, se tornó evidente aquel vacío predicho, pero tan sólo a causa de que su lugar entre el público nunca fue hallado. Sigue habiendo minorías de entusiastas, tal como fue en los comienzos. ¿Habrá alguna explicación, no convencional, que pueda justificar este hecho? Si Varèse es considerado un precursor de la música de la segunda mitad del siglo XX, si sus propuestas estético-filosóficas siguen considerándose vigentes todavía entre los compositores de la actualidad, si las ideas de Schönberg pudieron ser la puerta para otros caminos bien definidos de la vanguardia, como realmente ocurrió, pero la gran mayoría de los oyentes de hoy no entiende nada de toda esa música, tal vez habría que pensar muy seriamente en una posibilidad: Quizá sea una música que no acierta a expresar la época, tal vez porque idealice un estereotipo imaginario de la sociedad moderna.

Si considerásemos esta posibilidad habría que ver en seguida que la sociedad humana no es algo estacionario que se pueda estereotipar. El medio ambiente social de principios del siglo XX no era el mismo cincuenta años después, ni tampoco idéntico al de fin de siglo y comienzos del XXI. ¿Podría haber, entonces, un error de interpretación, por parte de los músicos, acerca de cómo es la psicología de la sociedad moderna y no acertarían a expresar la época? Esta posibilidad explicaría, aunque quizá sólo en parte, por qué una música que supuestamente quiere expresar la época que vivimos sigue resultando tan incomprendida.

Pero salgamos de los terrenos especulativos y ya mismo vayamos a lo práctico. Escuchemos con atención, y de forma consecutiva, estos tres ejemplos que siguen:

Dos de estos ejemplos no pertenecen a ninguna obra y fueron confeccionados cuidando mantener constante la disonancia general, y tan sólo eso. Solamente uno de los ejemplos es de una obra real, y es de un autor célebre. ¿Alguien puede distinguir cuándo es un caso o el otro? Posiblemente un músico especialista pueda hacer la distinción, pero quizá casi nadie más. En cambio, no ocurriría lo mismo si fuese una música inimitable como ésta:

Lo dramático de una situación así planteada nos lleva directo a estudiar cuáles fueron las bases científicas invocadas tantas veces por varios músicos del siglo pasado y por sus continuadores en el siglo presente. ¿Cuáles han sido los argumentos de peso que le aseguren a tal género de música contemporánea un sitial en el mundo moderno?

Primero que nada: ¿Existe realmente el atonalismo?

En el octavo artículo de esta serie, demostrábamos que los sonidos llamados “cromáticos” se originan en el conjunto de sonidos que forman todas las escalas diatónicas, y en el artículo anterior  demostrábamos que en acústica no existen sonidos “ajenos” a la tonalidad. Recomiendo leer lo dicho en esos artículos para comprender bien lo que diremos de ahora en adelante.

Mediante la solución de la escala temperada de 12 sonidos, lo que realmente se consigue es disponer, con aproximación suficiente, de todos los sonidos que forman el conjunto de tonalidades, y eso ya lo sabemos. El pasaje de una tonalidad para otra (modulación), funciona debido a que existen grados de afinidad muy perceptibles entre las diferentes escalas. ¿En qué consisten esas afinidades? Las mismas se miden por la cantidad de sonidos en común que haya entre dos o más escalas, y eso depende de la relación armónica que exista entre sus respectivas notas fundamentales, es decir, sus respectivas tónicas: cuanto más simple sea la relación, mayor será la afinidad, porque también será mayor la cantidad de sonidos en común. Por ejemplo, las escalas de Do y de Sol son muy afines porque sus respectivas notas fundamentales (do y sol) están en relación 3/2 (quinta justa) – que es la relación más simple exceptuando al intervalo de octava (2/1) –, y esto hace que ambas tonalidades (la de Do y la de Sol) tengan 6 notas en común y sólo una diferente (Fa o Fa #). Ésta es la causa de que el oído perciba poco el cambio de tonalidad entre ambas escalas. En cambio, las tonalidades de Do y Mi son menos afines, pues las respectivas notas fundamentales están en relación 5/4, que es una relación algo más compleja, lo que hace que haya nada más que 3 notas en común entre ambas tonalidades (Mi, La y Si), mientras que hay 4 notas diferentes. En este caso, el cambio de tonalidad es más perceptible.

El gráfico siguiente permite ver dichas diferencias y coincidencias. Los puntos amarillos muestran cuáles son las notas pertenecientes a cada escala (Do, Sol y Mi), y los azules marcan las notas de la escala de Do que no forman parte de las escalas de Sol o de Mi.

Afinidades entre escalas musicales (Do-Sol-Mi)

Existe una gama muy amplia de afinidades entre las tonalidades, y el grado de afinidad depende de la simplicidad o complejidad de la relación armónica entre las respectivas notas fundamentales, es decir, entre las respectivas “tónicas”. Se dice que no existe afinidad entre dos escalas cuando no existe ningún sonido en común, pero ¿es posible que esto pueda ocurrir?

Eso depende de cómo le llamemos a las notas. Si observamos de nuevo el gráfico arriba, y si pensamos que la escala de Mi se puede escribir también como Fa bemol, entonces no habría afinidad alguna con la escala de Do ni con la de Sol, pues la escritura de la escala resultaría así: Fab, Solb, Lab, Sibb, Dob, Reb, Mib, Fab, pero éste es el meollo de la discusión entre la entonación justa, la escritura y la escala temperada. En efecto, una vez aceptado el temperamento igual (el basado en la raíz 12 de 2) como aproximación suficiente de la entonación justa, entonces, comoquiera que las notas sean escritas, el grado de afinidad es idéntico por igual, sea que la escala se anote como Mi o como Fa bemol.

Desde este punto de vista, es decir, insisto, aceptando la aproximación suficiente del temperamento igual, la falta de afinidad entre tonalidades es imposible para cualquier caso sin excepción. Si cada escala diatónica tiene siete notas de un máximo de 12, es obligatorio que haya siempre como mínimo dos notas iguales entre cada par de escalas, y la explicación es simple: dada una escala inicial cualquiera, con sus siete notas de las doce posibles, la escala más alejada posible de esta inicial, la que menos notas tenga en común, será la que contenga todas las notas restantes, las cinco notas que no están en la escala inicial. Pero para completar la escala faltan dos sonidos, que tienen obligatoriamente que ser dos de los siete que componían la escala inicial. Así es como las escalas de Do y Re bemol son entre sí las más alejadas posibles, con 5 notas diferentes (Reb, Mib, Solb, Lab y Sib) y 2 notas en común (Fa y Do). La afinidad es muy poca, pero existe, aunque la escala de Re bemol se escribiese como Do sostenido.

Los compositores han aplicado infinidad de veces el recurso de la afinidad entre las diversas tonalidades – y mucho más al imponerse el temperamento igual, suprimiéndose la diferencia de la “coma” – siguiendo distintos propósitos dictados por la propia fantasía. En el ejemplo siguiente se puede percibir auditivamente el efecto de afinidad entre tonalidades: un mismo elemento melódico va repitiéndose en forma ascendente, a la vez que va cambiando de tonalidad; los primeros cambios están en relación 3/2 y entonces se percibe bien que la melodía va “subiendo”, aunque no tanto que la tonalidad va cambiando; pero después, hacia el final, las relaciones armónicas entre las tónicas son más complejas y el efecto del cambio de tonalidad se vuelve mucho más notorio al disminuir la afinidad:

La importancia de este tipo de efectos de los que estamos hablando no está en que con ello hayamos “descubierto” alguna novedad, se entiende, sino que hay algo de mucho peso: a pesar de que en el ejemplo que terminamos de escuchar hay 6 tonalidades diferentes en menos de un minuto, esa música es explicable por vía de la acústica de punta a punta. Además, suena bastante tradicional, a pesar de tales características tonales, excepto quizá al final. Pero aquí está justamente el foco de la cuestión: el mismo ejemplo que terminamos de escuchar, tan convencional por cierto, bien podría transformarse en esto otro:

¿Atonal? Pues no, no exactamente. Se trata de las mismas notas que las del otro ejemplo, el que habíamos escuchado antes, ni una nota más, ni una menos. Los sonidos están, eso sí, desorganizados.

¿O tal vez debimos decir organizados de acuerdo a algún patrón sonoro diferente, y sólo eso? ¿Y cuál sería ese nuevo patrón? No podríamos decirlo. No podríamos, porque no basta con desorganizar los sonidos de un sistema y afirmar que se ha creado otro diferente. No podríamos afirmar tampoco la existencia de algún orden coherente, ni siquiera en caso de recurrir al cálculo combinatorio para explicar la ordenación, pues las combinaciones no se tienen que corresponder necesariamente con las leyes de la física. Y todos sabemos que cuando las matemáticas son aplicadas sobre premisas falsas, los cálculos pasan a ser un mero ejercicio de entretenimiento intelectual – artístico sí, tal vez, pero jamás la base de una teoría.

¿Deberíamos creer, entonces, que para que la música concuerde con la acústica deberemos contentarnos necesariamente con eso que se llama “convencional”, y que ya está “superado”? Es claro que no, que no hay ninguna razón para suponer tal cosa. Según seguiremos viendo – y demostrando – en este artículo, la tonalidad le sigue ofreciendo al músico muchas más posibilidades de originalidad que, en cambio, el atonalismo.

Saliendo por un momento de los ejemplos sencillos que sirven a las explicaciones, y entrando ahora en el arte, podemos apreciar la forma como Henryk Gorecki (1933 – 2010), en el primer movimiento de su Sinfonía N° 3 “de las Lamentaciones”, nos hace oír un único tema (de alrededor de un minuto de duración) que se repetirá a lo largo de todo el movimiento, pero, a cada vez que se reinicia, lo hace modulando a una tonalidad que se halla una quinta justa más alta – en otras palabras, las respectivas tónicas se hallan en relación 3/2, y eso corresponde a las tonalidades de mayor afinidad posible en la marcha de la música. El resultado es que, mucho más que los cambios de tonalidad, lo que se percibe aquí es que el tema único “viene avanzando” desde alguna parte, reforzado por la orquestación y el crecimiento del volumen de la masa orquestal. O sea, es un buen ejemplo de cómo hasta los recursos más sencillos que pueden provenir de la acústica pueden llegar a ser tan efectivos como insustituibles para el arte, y todo ello sin caer en lo convencional (esta obra fue comentada completa por Macluskey en su serie). Escuchemos el mencionado primer movimiento:^[1]

Es probable que, para un partidario del dodecafonismo y el serialismo, todo esto que se está diciendo sea absolutamente discutible, pero eso es porque está acostumbrado a pensar la música con 7 notas, con sólo 7 notas. Es un hecho que la escritura atonal, aunque utilice 12 sonidos, sigue usando sostenidos, bemoles y becuadros para las notas do, re, mi, fa, sol, la, si, lo cual es un evidente absurdo, aunque esté aceptado por los compositores. Así que tenemos un problema: no basta con borrar de un plumazo el diatonismo, diciendo que es suficiente usar 12 sonidos donde ninguno tiene valor de tónica (o sea, deja de existir el sonido fundamental de una escala), porque eso no es cierto: cualquier sonido que sea – incluyendo los de la escala temperada – puede producir la serie de armónicos 1,2,3,4,5,6,7… y esto permite afirmar que desde cualquiera de las 12 notas temperadas se podría calcular, si se quisiera, una escala diatónica aun en su entonación justa.

Obvio, ¿verdad?

Sí, tal vez sea excesivamente obvio como para haberlo reiterado, pero ese hecho pone al atonalismo de cara a un problema que jamás podrá resolver: si se puede demostrar (no suponer) que las notas cromáticas tienen como único origen el cálculo de las escalas diatónicas que forman el conjunto de todas las tonalidades posibles (ver el octavo artículo de esta serie), y si no existe ninguna excepción – sea que se escriba con bemoles o sostenidos –, y si, todavía, la escala temperada es tan sólo una solución práctica para expresar los mismos resultados del cálculo original con aproximación suficiente, la deducción es, sin error posible, que el atonalismo en general no existe como tal, sino que, en cambio, se trata de un sistema que prescinde deliberadamente de cualquier cálculo matemático vinculado con la acústica.

Pero, aunque afirmaciones así produzcan acaloramientos, lo cierto es que los problemas tampoco terminan ahí. Las modulaciones están vedadas por principio, al igual que los modos, o sea que hay una renuncia expresa a muchas de las posibilidades que una serie armónica le puede dar al músico, y eso es un empobrecimiento. El conocido argumento de una base cultural, del hábito auditivo heredado por siglos para rechazar hoy al atonalismo, pierde fuerza cuando la acústica dice otra cosa.

Quizá por razones de inconsistencia, al poco tiempo el dodecafonismo evolucionaría hacia la idea de ordenar los sonidos por permutación, que es una parte del cálculo combinatorio que permite saber de cuántas maneras diferentes es posible ordenar los elementos de un conjunto. En este caso el conjunto es de cantidad 12 y el resultado para esta cantidad es una cifra tan grande que, aun renunciando a todas las ordenaciones que podrían sugerir tonalidades, la variedad es enorme. Cada combinación deducida por permutación puede constituir una “serie” que, como ordenación, es única. Se creyó, por esta razón, que el serialismo dodecafónico sería la solución definitiva, generadora de una cantidad casi infinita de música hacia el futuro. La frontera de la tonalidad, se dijo, se había cruzado definitivamente y por delante había un vasto universo sonoro por explorar.

Pero hubo varios motivos para que una teoría que, en su momento, pareció tener el futuro asegurado poco menos que para los siglos venideros, tuviese vigencia plena durante no mucho más de treinta años. Tuvo una rápida decadencia y, aunque hoy todavía hay compositores que la aplican, se considera que el dodecafonismo, como método de composición, es cosa más bien del pasado. La primera causa provino de las características que el propio cálculo combinatorio demuestra. Es decir, a medida que crece la proyección de las permutaciones posibles para un mismo conjunto de elementos, si el número de elementos es suficientemente grande, la diferencia entre una u otra ordenación se vuelve cada vez más difícil de percibir. El ejemplo siguiente permite corroborarlo, pues son nada más que cuatro ordenaciones diferentes de las 12 notas de la escala cromática, pero es muy difícil percibir dónde están las diferencias en las sucesivas ordenaciones. Escuchemos:

En los cuatro casos que terminamos de escuchar, no sólo se cambió en cada caso el orden en que aparecen los sonidos, sino que también se modificaron las frecuencias de algunos sonidos bajándolos o subiéndolos una octava. Debería ser algo muy perceptible para el oyente, pero no lo es. Para el dodecafonismo esto fue un enemigo solapado, pues muy pronto ocurrió que todas las melodías dodecafónicas empezaron a parecerse excesivamente unas a otras.

También conspiró una cualidad intrínseca del dodecafonismo, y es que la consonancia casi siempre sugiere tonalidad – y esto es a causa de que la consonancia pone en evidencia las relaciones armónicas simples que son el fundamento de la escala diatónica –, razón ésta que lleva a evitar de manera muy sistemática cualquier consonancia en lo posible. La música dodecafónica es esencialmente disonante a causa de sus propias leyes, produciendo en el oyente una sensación de monotonía sumamente difícil de evitar. Eso contribuyó a que todavía hoy el público en su gran mayoría no la acepte, a pesar de que en los orígenes ya lejanos se creyó que era música imaginada para el oído de las futuras generaciones.

Así empezó a resquebrajarse desde muy temprano aquel vasto universo recién descubierto, que hasta se pensó que estaba regido por leyes desconocidas que recién se comenzaban a investigar. El propio Schönberg pareció intuir toda esta problemática cuando cierta vez dijo, decepcionado de su propio método, que “El futuro de la música posiblemente será un retorno a la tonalidad, aunque una tonalidad renovada”. Esto sería hacia el final de su vida, y se le atribuye haber dicho incluso cuánto le gustaba escuchar un buen Do mayor…

No obstante, el serialismo dodecafónico tendría una influencia muy grande en otro campo experimental: la música electroacústica. Hacia 1935, Karlheinz Stockhausen (1928 – 2007) desarrolló el serialismo hasta sus últimas consecuencias en una teoría que denominó “serialismo integral”. El concepto de serie no se limitaría a ordenaciones según la altura (frecuencia) relativa de los sonidos, sino que se volvería extensible al ritmo, a la intensidad y al timbre. Se pensó que esto revolucionaría el concepto de la forma (que es la manera de organizar los elementos que componen una partitura), pues a partir de ahora el cálculo combinatorio se aplicaría a la totalidad los elementos que componen el propio sonido, lo que también permitiría pensar en que no era imprescindible limitarse a un conjunto de 12 sonidos de afinación predeterminada. La tecnología disponible en un laboratorio electroacústico permitió efectuar combinaciones muy desarrolladas al irse aplicando herramientas informáticas combinadas con sintetizadores de gran poder. El impacto causado por las ideas de Stockhausen trascendería el ámbito del laboratorio y, aún hoy día, tiene muchos partidarios entre compositores que aplican el serialismo integral hasta en la música instrumental, convencidos de que no está todo dicho en materia del uso de instrumentos clásicos.

Karlheinz Stockhausen

Sin embargo, el serialismo integral tampoco lograría escapar de los límites para percibir diferencias en las combinaciones. Así que, una vez más, hubo que poner un punto de inflexión en tanto entusiasmo. Sin necesidad de cálculo matemático alguno, es suficiente introducir cualquier modificación arbitraria en la ordenación – como podría ser en la medida del tiempo – y la combinación general resultará alterada aunque nada hubiese variado en la disposición de la altura de los sonidos, ni en el timbre o la intensidad. Para decirlo con toda sencillez: si tengo un conjunto de sonidos organizados por su frecuencia (altura), amplitud de onda (intensidad), mezcla de armónicos (timbre) y duración medida según una unidad de tiempo, y por “inspiración” se me ocurre cambiar la duración de tan sólo un sonido en algunas fracciones de la unidad de tiempo, ya habré creado una nueva combinación sin necesidad de cálculo matemático alguno. Y así lo entendieron los compositores opuestos al estructuralismo de las teorías seriales. Se pensó: - Pongamos la inspiración en el lugar que el arte se merece, y también al intérprete, dejándolo todo librado al azar y la espontaneidad. De este pensamiento, que muchos consideran quizá demasiado extremista, nacería la “música aleatoria”.

En la música aleatoria – como lo dice su nombre – se da por sentado que cualquier combinación al azar es admisible en el universo de todos los elementos de la música. Cualquier combinación así descubierta es válida, y la probabilidad de que jamás volverá a repetirse es muy grande.

El compositor de música aleatoria escribe de todos modos una partitura, pero solamente indica en ella elementos sueltos que el intérprete podrá ordenar, y aun desarrollar, según le dicte la inspiración al azar. Existen básicamente dos formas de interpretar la música en ese contexto. Una es la improvisación total y espontánea sobre los elementos sueltos indicados por el compositor. Una interpretación así jamás volverá a repetirse, porque ha sido impredecible, al azar. La otra forma es más planificada y el intérprete puede escribir, a su vez, una partitura para uso propio, ordenando – y aun desarrollando – a su gusto los elementos indicados por el compositor. El azar, en este caso, es librado a la incógnita de quién será el intérprete y qué decidirá escribir a partir de las ideas del compositor e incluso – por qué no – dejar algunos trozos para improvisar al azar durante la presentación en público. La única condición es que nunca, en ningún momento, se sujete a cualquier “fórmula” preestablecida.

Por último, podemos recordar también que la música electroacústica, por su parte, usa con bastante frecuencia el ruido procesado mediante sintetizadores y lo aplica en el serialismo y en la melodía de timbres. Esta última – la melodía de timbres – consiste en mantener constante la frecuencia fundamental de un sonido cualquiera, en tanto podrá variar la mezcla de armónicos que lo componen. El efecto auditivo es asimilable a una melodía a causa de que, por ejemplo, si los armónicos mezclados son de alta frecuencia, el sonido se percibe como más “alto” que si, en cambio, los armónicos de la mezcla son de baja frecuencia. Esta particularidad fue descubierta en el ruido y se pensó que podía tener aplicación en la música compuesta por procesos electrónicos. El ruido, en sí mismo, se inscribiría luego en una tendencia que ganaría independencia bajo el nombre de música concreta, que se vale casi exclusivamente de ruidos de diversos orígenes como material sonoro e incluso, eventualmente, en estado puro, sin procesamiento electrónico alguno aparte de la grabación directa de los mismos. Esta tendencia cuestionó la existencia real de una frontera entre el ruido y la música.

Cuando se piensa que todas estas teorías y propuestas partieron de elaborar, discutir y aun contradecir al dodecafonismo, uno se pregunta por qué éste decayó tan rápidamente mientras que sus derivaciones pudieron permanecer vigentes, hasta hoy día, como movimientos vanguardistas en el siglo XXI.

Parecería que el entorno que rodeó al dodecafonismo fue de mucho menor peso científico que otras teorías. Incluso la música aleatoria, que tiene la “magia” de la inspiración súbita del artista, dio pasos firmes y respetables dentro del ambiente de los laboratorios electroacústicos. El dodecafonismo, al contrario, aunque en un principio pareció científico al ser explicable mediante el cálculo matemático, terminó evidenciando carencias que fueron vistas por algunos de los propios discípulos de Schönberg. Hoy muchos llegan a decir que cualquier pensamiento vanguardista que manifestase algún vínculo con diferentes ciencias y, por supuesto, con las matemáticas, si tuviese algo que ver con la música dodecafónica, no es serio y pertenece al pasado. Es que en realidad hay algo de cierto en esa afirmación tan intolerante: si nos atenemos estrictamente a lo que dice la ciencia y, por supuesto, las matemáticas, es verdad que la atonalidad es inviable.

Lo irónico del caso es que una deducción de ese calibre, en vez de ayudar a poner en claro las ideas de la vanguardia contemporánea, arroja nuevas dudas sobre ella e induce a meditar más. La intervención de las matemáticas, y aun de la acústica, por sí solas, no garantizan que se esté pensando en términos científicos. Si se aplica el cálculo combinatorio para organizar los sonidos, pero sin considerar si el resultado concordará o no con las leyes de la acústica, se traduce en pensar en base a premisas falsas. Y si interviene la acústica para manejar armónicos y otras cualidades del sonido, pero sin considerar algunas de las cualidades de la percepción humana – por ejemplo, los llamados “umbrales de percepción”, que son los límites donde una sensación comienza o deja de ser percibida –, el resultado podrá ser tan sólo intelectual en base a la lectura de cifras, estadísticas, promedios, etc., pero estará fuera de la consciencia sensorial. No hay método educativo que valga, pues si el estímulo sensorial está fuera de los umbrales de la percepción, y si la persona cree estar de todos modos percibiendo la sensación después de un supuesto entrenamiento, estará tan sólo bajo los efectos de lo que en psicología se llama “percepción imaginaria”, con lo que nuevamente los teóricos de la música estarían girando alrededor de premisas falsas, ignorando ex profeso lo que la psicología le puede aportar a los músicos. Si, en cambio, nos basamos directamente en lo que la psicología nos habla acerca del subconsciente y la percepción, y suponemos que ello será un enfoque enriquecedor para la música, pero no tenemos en cuenta para nada lo que otras ciencias podrían decir respecto al resultado, volverá a ocurrir lo mismo. El enfoque científico – como tal – se caracteriza por formular hipótesis que deberán ser comprobadas de tal modo que concuerden con lo que ya se sabe, o bien, si no concuerdan, habrá que demostrar por qué es así, y validar o rechazar las hipótesis. Lo contrario es seudociencia. No descubriremos nada nuevo en el Universo por más maravillas que el cálculo combinatorio nos mostrase acerca de cómo las galaxias se podrían organizar y cómo funcionaría ese universo que da el cálculo. De manera muy similar, nada nuevo se descubrirá en la teoría de la música aplicando conocimientos de la ciencia en forma parcial e ignorando el resto, afirmando que ciertas hipótesis son ciertas sin demostrarlas.

¿Qué nos ofrece hoy toda esta perspectiva ya centenaria?

Es justo decir que el siglo pasado nos dejó también la herencia de otras propuestas, diferentes de las de la vanguardia, pero no tuvieron continuadores. Una larga lista de compositores inscritos en corrientes como el neoclasicismo, el neorromanticismo o el nacionalismo musical que ya venía del siglo XIX, o el impresionismo, para no hablar de las innovaciones poswagnerianas de Gustav Mahler (fallecido en 1911), fueron – en el mejor caso – “toleradas” por los vanguardistas que, más o menos educadamente, trataban de hacer entender que todos los “neos” , “pos” e “ismos” que observaban tenían raíces más que evidentes en el pasado, mientras que lo que hacía falta era un enfoque “contemporáneo” al pie de la letra.

Y parecería que la comunidad musical habría terminado escuchándoles. No hubo continuadores de cualquier otra tendencia que no tuviese raíz en aquella vanguardia de comienzos del siglo XX.

Pero tampoco nunca más volvió a aparecer alguna otra propuesta tan revolucionaria como lo fue – y eso no se puede negar – el dodecafonismo en su época. Durante la segunda mitad del siglo pasado, y en lo que va del presente, no ha habido alguna idea siquiera medianamente original para salir de una especie de letargo. No hubo nadie de la talla de un Igor Stravinsky, sólo para citar uno de quienes forman una larga lista de compositores con estilos bien diferenciados entre sí por fuera del experimentalismo. Para los compositores nacidos en los últimos cincuenta o sesenta años, ese género que la mayor parte del público hoy no entiende tiene el sello inconfundible de “música contemporánea” congelado en el tiempo.

Pero tal vez algún giro esté próximo a producirse, porque una vez más la ciencia vuelve a golpear en las puertas casi inaccesibles del arte. En estos últimos años se viene investigando en los procesos cerebrales vinculados a la práctica musical, la creatividad de los músicos y la audición, y se nos están revelando importantes secretos. Muchas creencias se están desmitificando, como es normal que ocurra cuando el conocimiento se amplía. Acerca de este tema hablaremos en el próximo artículo.

1. El vídeo sólo presenta la primera parte del movimiento, cuya duración es prácticamente el doble de la del vídeo mostrado. Para escuchar la obra completa, mejor hacerlo desde el artículo citado.

¿Más química? No solo está haciendo Pedro un apasionante trabajo contándonos los elementos que hay y dónde nos los encontramos, sino que Alex Girón está explicándonos detalladamente cómo funciona la tabla periódica, y qué compuestos hay. Mi humilde aportación en relación a lo que están haciendo esos dos genios es explicar química de una forma más de andar por casa, y ver por qué las cosas tienen las propiedades que tienen.

Los químicos presumimos de que todo es química. Hay química en el aire que respiras, en los yogures que comes de postre, en el tren que te lleva a trabajar y hay química también en la ropa que llevas puesta. Sin embargo, no hay química en todo; el hecho de que cuando tiras de la cadena el agua se escape por las tuberías no lo puede explicar la química, y tampoco puede explicar por qué el jefe que el otro día te gritaba hoy está arrepentido y te tiene en un altar.

Sin embargo, esto es una serie de química, y te quiero explicar por qué estudiamos la química, para qué nos vale y por qué nos interesa.

La química nos permite entender de qué están compuestas las sustancias, y qué diferencia hay entre una sustancia y otra. ¿Por qué los cristales se rompen con una pedrada y en cambio los ladrillos no? ¿Por qué si tiro un cañonazo a una pared de ladrillos se rompe, pero si se lo tiro al agua veo cómo se hunde sin que el agua se rompa? ¿Por qué las cosas son de colores distintos? ¿Por qué un anillo de hierro se oxida y uno de oro no? ¿De qué está compuesta la atmósfera, y por qué tiene esas propiedades? Esto se explica por la composición de los materiales; a diferente composición, los materiales van a tener propiedades diferentes, y eso nos lo explica la química.

Sin embargo, no sólo nos vale con saber qué elementos químicos hay en una estructura para saber las propiedades que van a tener. Necesitamos también conocer la estructura, es decir, como están “enganchadas” entre sí las partículas que lo forman. Seguro que tú, inteligente lector, te has preguntado muchas veces, ¿por qué algunos plásticos son transparentes y otros no, y por qué unos son duros y otros blandos, si están hechos a partir de más o menos lo mismo? ¿Por qué hay animales que pueden andar sobre el agua? ¿Por qué el aceite forma bolitas sobre el agua? Todo esto se explica por la estructura de las sustancias, y esto es especialmente importante en el caso de la bioquímica, que es la química de las cosas vivas como tú y como yo. A diferente estructura, los materiales tienen propiedades diferentes, y eso nos lo explica la química.

Pero, sin duda, lo más útil de la química es que explica las reacciones químicas. Las reacciones químicas son transformaciones de unas sustancias en otras. Esto suena a magia, pero es algo que haces siempre que vas a la cocina a prepararte unas salchichas. Unas cosas se transforman en otras, y eso lo usamos también para construir cosas en la industria. Además, las reacciones químicas biológicas explican por qué tienes resaca después de beber vino, entre otras cosas interesantes. ¿Adivinas cuál es la ciencia que estudia las reacciones químicas? La química, obvio.

Por eso la química es tan fabulosamente interesante, y por eso quiero contarte un poco de qué va. En el siguiente capítulo, si te parece, hablamos de cómo clasificamos los materiales.

Un biestable es una cajita de electrónica capaz de almacenar un bit, y dejarlo allí hasta que pongamos otro bit (del mismo valor u otro). Es decir, es la unidad mínima de memoria. En inglés se les suele llamar flip-flop o latch.

Fíjate en que, con las cajas que hemos visto hasta ahora, esto no era posible. Imagina que tenemos una puerta NOT. Si en la entrada tengo un 1, en la salida tengo un 0. Pero si quito el 1, en la salida tengo… ¿qué tengo? Yo qué sé. Depende de lo que haya puesto cuando quité el 1, ¿no? Eso es lo que definía a la lógica combinacional: la salida dependía exclusivamente de la entrada. En cambio ahora vamos a ver un componentes cuya salida no depende únicamente de la entrada, sino del estado anterior.

Supongo que ese trabalenguas te parece ininteligible, así que vamos a meternos directamente en harina y verás cómo lo vas entendiendo. Te advierto, no obstante, de que será un artículo durillo, quizá requiera que lo leas un par de veces (por este motivo, será cortito).

El tipo más sencillo que vamos a ver es el biestable RS. Se construye de la siguiente manera (y mostramos a la derecha el símbolo habitual para representarlo):

Fíjate en el detalle: tenemos dos entradas, pero lo que sale de cada una de las puertas NOR, lo enviamos de nuevo hacia la entrada y lo metemos en la otra puerta. Es lo que se llama un sistema realimentado: la salida realimenta a la entrada. Fíjate también en que tenemos dos salidas, Q y Q’. Son dos salidas, en principio independientes, pero supongo que por el nombre ya te vas imaginando que una siempre será lo contrario de la otra. Por si acaso no recuerdas el funcionamiento de la puerta NOR, lo copiamos aquí:

A	B	NOR
0	0	1
0	1	0
1	0	0
1	1	0

Como tenemos dos entradas, tenemos cuatro estados posibles. Pero de momento, en lugar de representarlo como tabla, vamos a explicarlo en roman paladino:

• Cuando R=0 y S=0. Vamos a fijarnos en la puerta NOR de arriba. Como R es 0, la salida Q depende de la segunda entrada. Esa segunda entrada, debido a la realimentación, es Q’. Ahora fíjate en la tabla del NOR, y verás que, dado que la primera entrada es 0, la salida es lo contrario de la segunda entrada. Es decir, la salida Q es NOT Q’. Pero… ¿qué es Q’? No lo sabemos aún, eso dependerá de la salida de la puerta NOR de abajo, ¿verdad? Vamos a estudiar entonces la puerta NOR de abajo. Dado que S es 0, la salida Q’, siguiendo el mismo razonamiento que antes, es lo inverso de la primera entrada; es decir NOT Q. Fíjate en el detalle: la salida Q depende de Q’, que a su vez depende de Q, que a su vez depende de Q’, que depende de Q, que depende de Q’,… De momento vamos a dejarlo ahí. Luego seguiremos razonando sobre esto.
• Cuando R=0 y S=1. Este caso es más sencillo: en la puerta NOR de abajo, dado que S=1, Q’ siempre es 0. Da igual lo que entre por la primera pata de la puerta NOR: dado que por una de las patas ya entra un 1, la salida es siempre 0. Por lo tanto, a la puerta NOR de arriba le entran un 0 y otro 0, y por lo tanto la salida Q es un 1.
• Cuando R=1 y S=0. Este caso es el espejo del anterior: en la puerta NOR de arriba, dado que R=1, Q siempre es 0. Por lo tanto, a la puerta NOR de abajo le entran sendos 0s, y por lo tanto la salida Q’ es 1.
• Cuando R=1 y S=1. Este caso parece fácil, pero no lo es. Vamos a ver ahora la parte fácil y dejaremos la difícil para luego. Como R es 1, Q es siempre un 0, independientemente de lo que entre por la segunda para del NOR de arriba. Como S es 1, Q’ es siempre un 0, independientemente de lo que entre por la primera pata del NOR de abajo.

Vamos a resumirlo, ahora sí, en forma de tabla:

Vamos a volver a leerlo, pero ahora en otro orden y con otras palabras:

• Cuando solo la entrada S es un 1, la salida Q es un 1. Es por eso que la entrada S se llama Set en inglés, algo así como “poner”.
• Cuando solo la entrada R es un 1, la salida Q es un 0. R viene del inglés Reset, que en este contexto sería algo así como “quitar”.
• Cuando ambas R y S son un 0… ¿es realmente indeterminado? Si te fijas en la descripción de antes, veíamos que Q dependía de Q’, que dependía de Q, que dependía de Q’… y así hasta el infinito. Parece indeterminado. Es como si el mismo valor estuviera por ahí, debido a la realimentación, dando vueltas infinitamente. Pero ¿qué ocurre si antes de que ocurra R=0 y S=0, había por ejemplo R=0 y S=1? En ese caso, el “valor anterior” estaba claro. Era Q=1. Justo en el momento en que ponías 0-0 en la entrada… ese Q=1 se ponía a dar vueltas en el circuito, y allí se quedaba, manteniendo siempre Q=1. Lo análogo ocurre si anteriormente había R=1 y S=0: había un Q=0, que al pasar a R=0, S=0 se queda ahí dando vueltas y manteniendo siempre Q=0.

Así que podemos volver a escribirlo en la siguiente tabla

Es decir, es un sistema con memoria: cuando ponemos S=1, se mete un 1 en esa memoria. Cuando ponemos R=1, se mete un 0 en esa memoria. Cuando dejamos que ambos R y S sean 0, simplemente mantiene la memoria de lo último que se metió.

¿No te parece curioso? Guardamos un 1 en esa memoria (poniendo R=0, S=1 en la entrada). Luego ponemos R=0,  S=0… durante horas, por ejemplo. Diez horas después vamos a mirar lo que hay en Q y ¡sigue habiendo un 1! Lo mismo ocurre (pero al contrario) si guardamos un 0 (poniendo R=1, S=0 en la entrada). Si luego volvemos a R=0, S=0, podemos mirar dentro de tres o cuatro horas y seguiremos viendo que en Q hay un 0.

¿Recuerdas cuando veíamos los circuitos combinacionales? Allí decíamos que la salida del circuito era siempre consecuencia de lo que había en la entrada. Bueno, pues ahora hemos inventado el biestable, y resulta que la salida ya no es solo consecuencia de lo que hay en la entrada, sino también de lo que hubo antes en la entrada. Es decir, el biestable tiene memoria (algo que no tenían los circuitos combinacionales).

En cuanto a la entrada R=1, S=1, es una entrada prohibida. En principio podría parecer que no importa, que debía ser algo correcto. Lo malo es que si desde R=1, S=1 pasamos directamente a R=0, S=0, tenemos un problema, porque tanto Q como Q’ son 0, y entonces no hay un valor concreto por ahí dando vueltas, sino que Q y Q’ valen ambas cero, y entonces el valor dando vueltas es cambiante (oscilante, se dice). En realidad ni siquiera eso ocurre, porque nunca jamás se pasa de 11 a 00 a la vez. Es imposible. En el mundo digital, podemos decir que las cosas son ideales y ocurren a la vez. Pero en el mundo físico, una de ellas habrá pasado de 1 a 0 un pelín antes que la otra, y será la segunda que pase de 1 a 0 la que marque el valor almacenado. El problema es que eso es algo sobre lo que no tenemos control, y eso nos disgusta.

Pero todo esto nos podría hacer preguntarnos… ¿este problema no ocurre en otros casos?

Sí, ocurre. No solo en el biestable, sino en los circuitos que alimentarán al biestable: los pasos de 0 a 1 no tienen por que ser limpios, no tienen por qué estar perfectamente sincronizados. Bien, pues eso es lo que intentaremos solucionar en el próximo capítulo.

Comencemos por el inicio:

Se hizo la Tierra y la Vida. De 4.570 a 3.800 millones de años (mm aa)

La Tierra primitiva, eón Hadeico (también llamado Hádico o Hadeano), duró aproximadamente desde hace 4.570 hasta hace 3.800 millones años, es decir, un 16% de la vida de la Tierra, y fue un eón de formación y asentamiento. En la mitología griega Hades, de donde recibe el nombre este eón, alude al antiguo inframundo, la neblinosa y sombría morada de los muertos. Y realmente la Tierra en aquellos años se perdía en la niebla de lo desconocido, del calor y la confusión, como un infierno catastrófico y en llamas.

Hablaremos en esta entrada y siguientes de cómo apareció la Vida a partir de los más elementales átomos, incrementando su complejidad y cooperación, hasta la preservación de la información, replicación y transmisión de la misma. Hablaremos de los entornos donde surgió y donde, protegida, prosperó en forma de una primera célula procariota, la ancestral eubacteria.

Representación artística de cómo pudo ser la acreción del sistema solar, con el Sol central, la franja interior de planetas rocosos donde se estaba gestando la Tierra y la exterior de planetas gaseosos y helados (Wikipedia Dominio público)

Durante este período, probablemente, el Sistema Solar se estaba formando dentro de una gran nube de gas y polvo. En su centro se iba condensando la mayor parte de la materia que la constituía, al final un 98,8% del vecindario. La gran presión gravitatoria de esta masa encendió el horno del Sol, expulsando radiaciones que barrían los elementos más ligeros de sus proximidades, dejando sólo a los pesados, empujándolos hacia el espacio hasta encontrar una posición más cómoda. Allí, en cuatro zonas muy concretas, pudieron ya aglutinarse de acuerdo a los grumos que la gravedad iba formando.  Se estaban gestando los gigantes de gas Júpiter y Saturno, y los de hielo Urano y Neptuno. Próximo a ellos, ya suficientemente lejos del calor de la protoestrella central, hacía el suficiente frío (tanto que se le llama la “línea de hielo”) como para que sobre las motas de polvo de aluminio o de silicio que por allí se movieran pudieran congelarse poco a poco las moléculas de agua, metano y dióxido de carbono, formando cuerpos helados de todos los tamaños.

El volumen tremendo de los cuatro planetas gaseosos impuso su orden: absorbieron a los pequeños cuerpos, y a los que no pudieron los fueron barriendo del mapa arrojándolos al espacio exterior, en donde quedaron como viveros de los futuros cometas que se acercan de vez en cuando al Sol, o bien los impulsaron contra los protoplanetas rocosos interiores entre los que se encontraba lo que sería la Tierra, que se iba transformando poco a poco en un cuerpo independiente a medida que absorbía parte de esta materia y la de la nube de gas y polvo inicial. Habían pasado los 100 primeros millones de años de nuestro sistema solar.

Nuestra visión se aclara si en aquel caos hacemos foco sobre los “ladrillos” con los que  se contaba en el proceso de gestación de la Tierra.

Por un lado, los gases, entre los que dominaba desde el “Big Bang” el  hidrógeno, H₂. A continuación el helio, He, inerte, y posiblemente los resultantes de la reacción del cuantioso hidrógeno con el resto de participantes según su abundancia: oxígeno, nitrógeno, carbono, azufre… (agua, H₂0; amoniaco, NH₃; metano CH₄y sulfuro de hidrógeno, SH₂). La creciente radiación ultravioleta disociaría progresivamente el amoniaco, dando nitrógeno, N_2; y el metano, dando dióxido de carbono, CO₂.

Si nos fijamos ahora en los sólidos, se trataría de metales y silicatos metálicos. Los elementos sólidos más pesados, silicio, hierro, níquel, magnesio… estaban presentes, pero con unos porcentajes muy pequeños. No obstante había lo suficiente como para que reaccionaran entre ellos. La base la constituyó el silicio, que se combinó con el oxígeno. El óxido de silicio (SiO₂) se combinó con otros elementos formando los silicatos que predominan, hasta hoy, en el manto y la litosfera terrestre.

Estos eran los ingredientes de la mezcla en la batidora inicial.

Apretamos el ON y…

Hay varias teorías sobre la formación de la Tierra, pero la que parece tener más adeptos, y de la que hemos dado ya una ligera pincelada, es la de la acreción (agregación de materia a un cuerpo) heterogénea, es decir, toda la materia que al final conformó la Tierra provenía de la nebulosa primigenia, ya como materiales simples próximos al núcleo inicial de atracción gravitatoria o bien como cuerpos de gran volumen captados por la cada vez más grande masa que iba compactándose.  En definitiva: un planetesimal más dentro del conjunto de los que se iban formando en el incipiente sistema solar.

A lo largo de este proceso de acreción, la masa que se iba formando se fue calentando por el choque de los cuerpos que se unían al núcleo central y el calor de la desintegración de los elementos radiactivos que se iban captando, lo que hacía que se elevara considerablemente la temperatura del conjunto. Esta altísima temperatura hizo que comenzara a fundirse el hierro (lo que se conoce como gran acontecimiento térmico), ya que es menos refractario que los silicatos y tiene mayor densidad, comenzando a viajar por su gran peso hacia el interior, arrastrando al níquel. A lo largo de este viaje la presión producida por el peso de los materiales que iban quedando por encima incrementaba aún más la temperatura. Así fue que mientras aún se iba formando la Tierra, su núcleo comenzó a tener entidad propia. Según el geofísico de la Universidad de París Claude J. Allègre, eso sucedía probablemente hace unos 4.440 a 4.410 millones de años, cuando aún la radiación solar barría los volátiles de la incipiente atmósfera.

Mientras, los silicatos (que en la actualidad conforman el 95% de la corteza terrestre) quedaban en las capas exteriores formando el manto. Se supone que, a pesar de la intensidad energética del momento, estos silicatos nunca llegaron a un punto de fusión total y generalizada en toda la Prototierra, lo que hubiera formado un gran océano de magma. Si hubiera sido así se hubieran sedimentado según densidades, no habiéndose encontrado en la actualidad ninguna evidencia de este fenómeno.

En paralelo, el bombardeo de materia exterior seguía y, a medida que iban chocando más cuerpos atraídos por la Prototierra, éstos se iban fundiendo, adquiriendo sus componentes la dinámica general del conjunto.  Muchos de estos cuerpos serían los cometas impulsados por las fuerzas gravitatorias de Júpiter, los cuales aportaban al planeta Tierra agua y dióxido de carbono, e incluso alguna molécula orgánica. El calor era tremendo, y más tras cada uno de los tremendos choques, de forma que el agua que había condensado en protomares se evaporaba una y otra vez.

Un escenario realmente del Hades, como lo imaginó el artista en la imagen siguiente:

El Hades imaginado por el artista (NASA dominio público)

Mientras todo esto sucedía, los elementos gaseosos y más volátiles, dadas las altas temperaturas que existían, iban permeando las capas sólidas y saliendo al exterior. En realidad, en un principio la gravedad no era suficientemente grande como para que estos gases pudieran ser retenidos formando una atmósfera inicial. La Prototierra tuvo que esperar hasta tener un 40% de su masa actual para poder crear una primera atmósfera: aproximadamente con este tamaño fue capaz de retener el H₂O y a partir de aquí, a medida que iba creciendo, los gases y volátiles pesados. Los más ligeros, entre otros el H₂ restante o el He, fueron barridos por el viento solar. Se estaba generando la protoatmósfera terrestre.

Hay varias hipótesis sobre la composición de esta atmósfera primitiva. La más antigua consideraba que la abundancia inicial del hidrógeno conllevaría una atmósfera de carácter reductor, con abundancia de vapor de agua (H₂0), amoniaco (NH₃) y metano (CH₄), como así sucede en otros planetas. Sin embargo, actualmente, y según el estudio de las rocas más antiguas (3.900 millones de años), se piensa que su composición sería muy parecida a la actual, aunque sin oxígeno. En esta atmósfera, provocada en gran medida por las emisiones volcánicas, que tuvieron que ser semejantes a las actuales, dominarían el CO₂, el SO₂ y el H₂O, a los que se añadiría el agua de la evaporación de los océanos y el nitrógeno. Por tanto no tendría un carácter reductor, sino más bien neutro. Aunque, bien pensado, ¿pudo una atmósfera ser continuación de la otra?

De un cielo neblinoso y espeso, tétricamente iluminado, a través del cual apenas se podrían ver las estrellas, caía el infierno: el bombardeo seguía. Nunca se detuvo. Se cree también que cuando la Prototierra llegó al 60% de su tamaño tuvo lugar el episodio de formación de la Luna debido al choque de la entonces Tierra con otro cuerpo del tamaño de Marte, Theia, la mitológica madre de Selene. Este segundo cuerpo o bien se formó en el mismo disco de acreción de la Tierra o fue un cuerpo captado por la gravedad de la Prototierra. El hecho de que los materiales de la Tierra y la Luna sean muy parecidos hace pensar que lo que debió suceder con más probabilidad fue lo primero, cuando en los puntos de Lagrange –puntos de equilibrio gravitatorio entre tres cuerpos, en este caso el Sol, la Tierra y Theia- en la órbita terrestre fueron acreciendo dos masas principales que por alguna inestabilidad, y en aquel momento de esto no faltaba, colisionaron.

La enorme energía del choque produjo una elevación de la temperatura, con fusión y expulsión de los materiales licuados y volátiles. Los primeros quedaron orbitando el cuerpo principal, creando una atmósfera de rocas vaporizadas alrededor del joven planeta, mientras que los volátiles quedaron expuestos a la dinámica de la atracción gravitatoria y de los vientos solares; la mayoría se perdieron en el espacio. Los sólidos fundidos en órbita sobre la Prototierra formaron un nuevo disco de acreción independiente y, por fin, la Luna. En este proceso, la Luna quedó con un mínimo de volátiles, tanto libres como embebidos en su masa sólida. De ahí, se supone, la inexistencia de una atmósfera en ella.

Representación artística del choque entre la Tierra y Theia (NASA dominio público)

El bombardeo seguía, aunque cada vez más mitigado al irse agotando el material libre disponible. El núcleo se iba conformando. La protoatmósfera se iba recuperando tras el choque lunar a partir de los gases y volátiles que exudaba el manto residual de la tierra.

A pesar de todos los fenómenos catastróficos que eran habituales en aquella edad de la Prototierra, ésta se iba enfriando. Inicialmente se hallaba prácticamente fundida en su totalidad debido a la creciente presión interna de su propia gravedad, ya que iba acumulando más y más material que venía del espacio exterior, todo ello unido a las aportaciones de energía calorífica de choque que se generaba en su caída violenta sobre la superficie del planeta. Es lógico el pensar que los efectos del gran acontecimiento térmico que la había fundido en su totalidad se iban poco a poco atenuando, al compás de la propia atemperación de estas circunstancias debido al agotamiento progresivo de la “basura espacial”.

Las desintegraciones de los elementos radiactivos en el manto y las deformaciones plásticas de su masa producidas por el estira y afloja de las mareas solares y lunares apoyarían también el calentamiento. Cuando el reloj iba por los cien millones de años, el espectáculo debía ser tremendo, con la Luna dando una vuelta a la Tierra cada cinco días  y tres o cuatro veces más cerca de lo que lo hace ahora. Imaginemos qué tremendos tsunamis causaban las mareas. Sin embargo, también estas fuentes de energía iban menguando, al irse consumiendo los elementos radiactivos de menor vida media y al alejarse la Luna de la Tierra, ya que, desde su aparición, se veía continuamente frenada en su girar alrededor de su planeta agarrada por los anclajes de la inducción de mareas entre ambas.  Como dos niños que giran cogidos de las manos, cada uno conteniendo el giro del otro.

Por otro lado, la energía solar recibida iba en aumento, a pesar de que en aquella época era muy inferior a la actual, un 30% menos, puesto que, a medida que en el Sol se iba produciendo helio a partir de la fusión del hidrógeno primitivo, se iba incrementando su eficiencia energética. No obstante, este incremento no era suficiente para saldar los procesos de enfriamiento por las causas mencionadas en el párrafo anterior.

Como consecuencia de todo ello, la Tierra iba perdiendo temperatura. Su motor de cambios, aunque aún potentísimo, se iba atemperando.

El núcleo interno se solidificó quedando aún una parte líquida que lo rodeaba. El núcleo líquido tenía dos caraterísticas especiales. Era magnético, al estar constituido principalmente por hierro, y además estaba en movimiento, arrastrado por el giro del planeta  al que se superponían los inevitables flujos convectivos en un mundo líquido y caliente. El campo magnético producido por este movimiento de cargas interactuaba con el propio núcleo en movimiento, induciendo corrientes que reforzaban el campo magnético inicial. Este proceso continuó y continuará mientras no cese la rotación terrestre, manteniendo una magnetosfera protectora y decisiva para el desarrollo de la Vida en el planeta, ya que constituye un eficaz escudo contra las radiaciones solares y cósmicas.

Mientras, en el manto fundido (océano subterráneo de magma), que también se iba paulatinamente enfriando, se producían corrientes convectivas que transportaban material desde el fondo hacia la superficie. En aquellos puntos donde había una mayor fuente energética interna calentando el manto se producía una mayor corriente vertical de material, y por tanto una mayor aportación a la superficie del planeta. Esta acumulación de material teóricamente produciría un punto frío –menos caliente- en la superficie, lo que permitía que se fuera solidificando, apareciendo pequeños cratones de corteza (masas de tipo continental), posiblemente hace ya 4.400 millones de años, con una dinámica muy activa, ya que o bien recibían más materiales a través de procesos volcánicos, o flotarían y se subducirían otra vez en el manto magmático, o bien serían destruidos por el alcance de un cuerpo espacial exterior. En aquel momento la litosfera era sumamente cambiante y se cree que hace 4.200 millones de años ya se había formado una capa sólida recubierta por materiales que formaban su corteza.

Dinámica en la formación de la litosfera en el Hadeico (elaboración propia a partir de Origen e historia de la Tierra, F. Anguita Virella) 

La protoatmósfera también se iba enfriando. Era muy densa, mucho más que la actual; por eso su presión era bastante elevada, lo que permitió, a pesar de la alta temperatura, la condensación del agua y la aparición de la lluvia desde un momento muy temprano (hay diversas opiniones que se mueven entre los primeros 20 millones de años de la vida de la Tierra y hace 4.300 millones de años). Así se formaron los primeros protoocéanos, cálidos, dada la temperatura del manto y de la atmósfera, y ligeramente ácidos por la disolución del CO₂ atmosférico, proceso por el cual este gas disminuyó en gran medida su presencia en la atmósfera.

A finales de este eón se produjo el bombardeo tardío que afectó a los planetas interiores del Sistema Solar, hace de 4.000 a 3.800 millones de años. Se piensa que este bombardeo fue el coletazo final de la transición entre la era inicial de formación de planetesimales y un escenario semejante al actual: el último arrastre efectuado por la gravedad de los planetas definitivos sobre la basura planetaria remanente en aquel momento. Otras teorías especulan sobre la posibilidad de que este episodio hubiera sido producido por migraciones de Júpiter y Saturno dentro del sistema solar.

Representación artística de los primeros océanos. La Luna muy próxima a la Tierra en esos momentos. Evidentemente aún no tenía la configuración de cráteres que corresponden a la actual (Harvard-Smithsonian, Center for Astrophysics)

Este bombardeo tardío destruyó la mayor parte de las rocas primigenias. La corteza litosférica que vemos hoy, con algunas excepciones muy contadas, es bastante más joven que la edad de este período.

De hecho, en la actualidad no hay muchas evidencias de rocas de esta época. Los minerales más antiguos que se conocen tienen una antigüedad de aproximadamente 4.300 millones de años y se localizan en Australia. Se encuentran incrustados en otro tipo de rocas, distintas a las de su formación, tras un viaje geológico de subducción, cohabitación en el magma y vuelta a resurgir. Se tratan de circones (silicato de circonio, ZrSiO₄).  Por lo que conocemos del proceso de generación de circones, necesariamente se debieron producir en aguas someras y templadas, de donde podemos imaginar que en un momento muy temprano de la vida de la Tierra ya había corteza litosférica y océanos templados.

Para encontrar rocas arcaicas hay que esperar a las que se formaron unos millones de años después, subproductos de la cocción en la chocolatera magmática que era la Tierra por aquellos años, recubierta de costras cambiantes. Los meteoritos caían por doquier, destruyendo lo poco sólido que se iba formando. Sin embargo, algo ha perdurado hasta nuestros días. Hasta hace poco las muestras más antiguas de rocas de este eón se encontraban en el noroeste de Canadá y tenían una edad de 4.030 millones de años. Se tratan de gneises, rocas de origen magmático sometidas a un proceso de metamorfosis muy rápido. Sin embargo hoy se conocen nuevos datos correspondientes a rocas situadas en el cinturón de Nuvvuagittuq, en la costa este de la bahía de Hudson, en Québec, datadas en 4.280 millones de años, cuando la Tierra apenas tenía 300 millones de años.

Como hemos comentado, habría que esperar a la finalización del episodio del bombardeo tardío para que la litosfera comenzara a estabilizarse. Inmediatamente tras el fin de este apocalipsis encontramos las formaciones rocosas más antiguas. Son rocas sedimentarias (confirmando la existencia de mares profundos en donde se acumularon los sedimentos) de hace 3.800 millones de años que se encuentran en Isua, Groenlandia, e incluyen ya formaciones de hierro bandeado, si bien la mayoría de estas últimas se producirán más tarde, entre 2.500 y 1.800 millones de años.

Hierro bandeado (Wikimedia  cc a-s-a 2.5 generic)

Las formaciones de hierro bandeado son rocas sedimentarias que contienen al menos un 15% de hierro en forma de óxidos y presentan una estructura formada por bandas, estando unas compuestas por el hierro, y las otras por sílex (SiO₂) descompuesto. Son consecuencia de un proceso lento y progresivo de oxidación del hierro disuelto en los mares ácidos del Hadeico bajo la acción del incipiente oxígeno de aquella época.

Coexistiendo con las últimas etapas del bombardeo meteorítico parece que surge la Vida. Dada la relación de los isótopos del carbono C¹²/C¹³ en las rocas de Isua, se especula con la posibilidad de que ya en su momento hubo vida. El C¹² es preferido por los organismos vivos al ser más ligero y, por tanto, exigir menos energía su manejo. Apoya la teoría el hecho de que los fósiles más antiguos conocidos se han encontrado en los estromatolitos de Warrawoona, Australia, y datan de unos pocos cientos de millones de años más tarde (3.500 millones de años).

Podemos conjeturar. La Tierra se engendró hace unos 4.570 millones de años, los primeros mares debieron aparecer, si hacemos caso a los zircones, hace 4.300 millones, y la primera evidencia de posible Vida es de hace unos 3.800 millones o quizás anterior, según lo que nos cuentan las rocas de Isua. Como las formas de vida que conocemos necesitan sí o sí agua líquida, parece que se tuvo una ventana de unos 500 millones de años para probar y tener éxito. Todo ello tamizado por un ambiente totalmente inhóspito, con un vulcanismo intenso, un cielo cargado de bombas amenazantes, abundantes aguas termales, sin oxígeno y expuesto a letales radiaciones solares.

En la actualidad hay otras opiniones que estiman que la Vida pudo quizás aparecer con anterioridad, en una edad de la Tierra de pocas decenas de millones de años, lo cual es un tiempo muy reducido en comparación al que se había estimado anteriormente. De todas formas, da la impresión de que la Vida fue un suceso con una alta probabilidad.

Lógicamente debemos pensar que antes de que se produjera el primer atisbo de Vida en la Tierra se debió organizar algo semejante, aunque extremadamente simple, en un mundo dirigido por la química no orgánica.  En el escenario al que se llegó se moverían múltiples moléculas cada vez más singulares, con unas interrelaciones entre ellas que progresivamente se irían haciendo más complejas, capaces de cambiar su estructura, transmitir estos cambios y retroalimentarse: es decir, un atisbo de metabolismo, replicación y herencia.

Hay que partir de que la probabilidad de que esto sucediera en un salto o en unos pocos saltos es menos que mínima. Pero si imaginamos el camino de la complejidad dividido en un sinfín de pasos infinitesimales encadenados, una especie de inapreciables saltitos progresivos en zigzag, la cadena completa, aún teniendo una baja probabilidad de ocurrencia, la tendrá mayor que el cambio en un salto. El truco está en que la selección natural juega con los dados marcados, que impiden muchos de los infinitos posibles caminos en zigzag entre las posiciones de inicio y final. La dificultad incluso se aminora si pensamos en que la baja probabilidad juega a lo largo de un periodo temporal muy alto, del orden de cientos de millones de años, y que no hubo solamente una pista de pruebas, sino quizás millones de ellas sobre todo el planeta.

Partimos también de que la unión entre moléculas, como comentaremos más tarde, es un hecho relativamente fácil, regulado por las leyes físicas y termodinámicas que controlan sus “existencias”, y que están en el Universo desde que existe, actuando sobre todo, guste o no guste. En una gran mayoría de las uniones químicas se necesita una energía de cebado para sintetizar moléculas complejas a partir de elementos o moléculas más simples. Y se necesita un lugar “confinado”, donde las concentraciones de sus disoluciones sean muy elevadas, para permitir el encuentro fácil entre moléculas que acabarán uniéndose. Sobre la Tierra primigenia podíamos encontrar las circunstancias adecuadas: piezas para ensamblarse, agua para diluir y facilitar su movimiento, energía para salvar las dificultades de un enlace si éste es el caso y emplazamiento adecuado para que todo suceda. Un poco como en la probeta del químico.

Entonces interviene el “azar” probabilístico, al que le llamaremos fuerza evolutiva. En el zigzag del cambio unas posiciones resultaban más ventajosas que otras. Pensando en que la química de entonces era exactamente igual a la de ahora no es difícil imaginar que los volúmenes poblacionales de los ladrillos de la Vida que se iban formando espontáneamente en la naturaleza, pasito a pasito, se iban acomodando en el escenario en base a sus intrínsecas condiciones de éxito: el que se sintetizaba con más rapidez se extendía más, copando así la materia prima que cada vez se iba haciendo más escasa en el mundo primigenio. Los primeros nuevos polímeros que consiguieron una adecuada estructura física tridimensional, en cuanto a forma geométrica y composición química, así como de reparto de cargas electromagnéticas que facilitasen su recombinación, tendrían más éxito en un mundo cada vez más carente de medios. Los polímeros que encontraron más rápidamente interrelaciones con otros que activaban mínimamente su velocidad de polimerización, o aquellos que iniciaron un camino con promesas de novedades, por fuerza tendrían que ser más exitosos en el entorno donde se encontraran, ya que tenían más “boletos” premiados en la carrera para copar el espacio “existencial”. Los polímeros que antes encontraron un indicio elemental de replicación, aún imperfecta, abrieron una nueva dimensión para colonizar el medio. Podemos decir, como sabemos hoy en día, que acababan de iniciar el camino necesario por el que poco a poco  iban a construir la biosfera.

Estos procesos y otros más pueden ser rastreados al estudiar los minisaltos en zigzag siguiendo un camino de ida y vuelta: Partiendo de la sólida base de las características comunes del metabolismo y reproducción-herencia que conocemos en los seres vivos actuales, en busca del antecesor común vivo más antiguo -el LUCA, “Last Universal Common Ancestor”, del que hablaremos más tarde- para, una vez llegado a él, rescribir un camino de vuelta, reconstruyendo de nuevo la película viendo cómo se abre progresivamente el abanico hasta la realidad de hoy.

Unos miles de millones de años después de LUCA, habitante de la raíz más profunda del árbol de la Vida (Wikimedia dominio público)

Mucho se conoce de esta aventura y mucho se basa en hipótesis más o menos bien fundamentadas. Es muy difícil reconstruir la cadena, casi imposible, pero lo que sí será siempre cierto es que la curiosidad humana estará continuamente imaginando e intentando demostrar la veracidad de los posibles eslabones. Nos anima el hecho de pensar que, si fueron una realidad a pesar de su baja probabilidad, también contaremos con una mínima probabilidad de reproducir sus etapas en el laboratorio.

En los seres vivos contemporáneos, ya sean animales, plantas, hongos o bacterias, hay una serie de elementos biológicos que son comunes, a pesar de que aparentemente no tenemos nada que ver unos con otros. Es decir, elementos biológicos básicos que son comunes en la Vida. Conocemos también bastante bien, o al menos creemos que esto es así al sentirnos apoyados por las muy serias herramientas de la ciencia y la tecnología, cómo es la ramificación básica del árbol de la vida. Discutiremos sobre detalles… pero no sobre el fondo de la cuestión. De forma que todos estamos de acuerdo, por ejemplo, en que los seres eucariotas aparecieron con posterioridad a los procariotas, y que dentro de estos las eubacterias son anteriores a las arqueas, y por tanto forman lo que parece ser los organismos vivientes más antiguos de los que tenemos conocimiento. E inferimos que en aquellos eones iniciales las bacterias no debían ser muy diferentes a las actuales bacterias, ya que su forma de vivir ha demostrado ser una solución exitosa en un caldo medioambiental cambiante a lo largo de los últimos ¡¡3.800 millones de años!! Lo mismo podemos inferir, aunque a una escala temporal más corta, de otras parcelas de la Vida, como por ejemplo la existencia del huevo amniota que permitió a ciertos animales vivir sobre la tierra sólida y seca: una buena solución en su momento que aún mantiene su vigencia. Podemos pensar también que un “alguien ancestral” inventó el primer paso hacia el óvulo aislado y húmedo, alguien en cierto sentido con una bioquímica, en lo referente al huevo, no muy diferente a la de los actuales animales con los que comparte el singular invento.

Es decir, confiamos con una cierta garantía de certeza en que determinados aspectos básicos de la biología que son compartidos por diversos seres vivos ya eran propios de antecesores comunes. Y así encontraremos una serie de características, que de forma general son comunes en toda la biota actual, que provienen de un ancestro primigenio, y que como un testigo han pasado de mano en mano, de generación en generación, a través de los eones.

Todos los seres vivos compartimos la estructura del genoma: Un ADN-ARN formado por una cadena de pares de nucleótidos muy concretos. Compartimos también el mecanismo de replicación de estas cadenas, y compartimos el mismo código genético que permite traducir su información en cadenas de aminoácidos que forman las proteínas.

Todos vivimos en base a un software idéntico, el ADN, y un hardware basado en los mismos elementos: proteínas. El software está parcelado en genes, de distintos tipos y diversos cometidos, con diversas interrelaciones operativas entre ellos: tipos, cometidos, interrelaciones y operaciones compartidas casi hasta el detalle por todos los seres vivos. Los genes de la segmentación actúan de igual forma en todos los animales, e incluso se encuentran también en animales no segmentados. El hardware lo forman las proteínas, y las que son compartidas por organismos diferentes ejecutan en ellos prácticamente las mismas funciones. Los fosfolípidos de las células ejercen idénticas funciones en la constitución de sus membranas, sean las células que sean.

Las formas de conseguir la materia prima para que nuestros organismos perduren vivos son variadas, aunque en su mayoría representan la misma estructura de metabolismo. En cuanto a la forma de procesar esta materia prima, es en muchos casos muy semejante.

La energía necesaria para cebar el fuego de la vida y hacer que continúe se obtiene de forma variada, aunque con estrategias comunes muy concretas. Después de conseguida la energía desde el exterior, por regla general las bacterias la almacenan en forma de molécula ATP, el adenosín trifosfato, como las píldoras energéticas que su metabolismo irá usando según necesidades. Al igual que lo hace una vaca, o una secuoya. El procedimiento  de fabricación del ATP esta basado en un desequilibrio de protones entre ambos lados de una membrana celular, procedimiento que es general en todos los seres vivos. Incluso el primer paso de este proceso tan universal, antes de almacenar la energía en los enlaces del ATP, es utilizado directamente en el metabolismo de seres elementales.

La bioquímica de todas las formas vivas conocidas sobre la Tierra está basada en el carbono, y sólo en el carbono. Los oligoelementos constituyentes mayoritarios son los mismos en todos los organismos vivos, carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno… Las biomoléculas presentes son idénticas, azúcares, proteínas, ácidos grasos… El 90% de la materia celular está compuesta por unos pocos representantes de estas biomoléculas, escasamente cincuenta.

Así que, a lo largo de este viaje de inmersión en el tiempo y la química orgánica en la búsqueda del origen de la Vida, encontramos identidades ya a partir de los escalones más elementales. Ahí deben estar sus orígenes. Ahí debemos buscar. Ahí estarán las piezas fundamentales, ahí las “probetas” en donde se diluyen y encuentran, ahí donde la energía se aprovecha, ahí es donde están las estructuras que se ven empujadas por las fuerzas evolutivas, donde se ubican las plantillas en las que se ajustan y replican, donde al final encuentran la autosuficiencia necesaria para mantener el motor individual y de especie en marcha, en plena libertad.

¡¿A qué esperamos para iniciar la búsqueda?!

En la próxima entrada veremos las bases teóricas, algunas de ellas muy simples y conocidas, en las que se anclan los inicios de las moléculas orgánicas.

Localización de los Países Bajos en Europa. En verde clarito, la Unión Europea. (NuclearVacuum/CC BY-SA 3.0 Unported)

El país

El Reino de los Países Bajos es un país un tanto complicado. Antiguamente era una federación integrada por dos países: los Países Bajos europeos propiamente dichos^[2] y las Antillas Neerlandesas.^[3][4] Ambos países compartían relaciones exteriores, defensa y ciudadanía, aunque las Antillas Neerlandesas no pertenecían a la Unión Europea. En el año 1986, Aruba decidió salir de las Antillas Neerlandesas, constituyendo un país aparte —pero aún dentro del Reino de los Países Bajos—. Finalmente, en 2010 y tras la celebración de un referéndum, las Antillas Neerlandesas fueron disueltas: Curazao^[5] y San Martín^[6] decidieron seguir los pasos de Aruba y separarse, mientras que el resto de islas —Bonaire, San Eustaquio^[7] y Saba— pasaron a formar parte integral de los Países Bajos europeos, como municipios especiales u openbare lichamen, «entidades públicas». En conclusión, el Reino de los Países Bajos se encuentra hoy formado por cuatro países, Aruba, Curazao, San Martín y los Países Bajos: Aruba utiliza el florín arubeño y Curazao y San Martín siguen utilizando el antiguo florín de las Antillas Neerlandesas, así que solo los Países Bajos europeos usan el euro. A este país es al que me referiré a partir de ahora.

Los Países Bajos se encuentran en el norte de Europa, haciendo frontera con Bélgica al sudoeste y con Alemania al este, y abriéndose al mar del Norte por el norte, valga la redundancia. Su capital es Ámsterdam^[8] —aunque la sede del gobierno se encuentra en La Haya^[9]— y su forma de gobierno es la monarquía parlamentaria, por lo que el jefe de Estado es un rey o, en este caso, una reina: Su Majestad Beatriz I de Orange-Nassau,^[10] desde la abdicación de su madre en 1980. De hecho, ella misma ha anunciado recientemente que abdicará el 30 de abril, dejando el trono a su hijo, Guillermo Alejandro de Orange-Nassau.^[11] Por su parte, la jefatura del Gobierno la ostenta, desde 2010, el primer ministro Mark Rutte.

La división territorial de los Países Bajos consta de doce provincias: Groninga, Frisia, Drente, Transisalania, Güeldres, Utrecht, Flevolanda, Holanda Septentrional, Holanda Meridional, Zelanda, Brabante Septentrional y Limburgo.^[12] La zona más influyente de los Países Bajos es la región de Holanda, hoy dividida en dos provincias, razón por la que, erróneamente, suele llamarse «Holanda» al país entero. Por otra parte, y como curiosidad, el país de Nueva Zelanda se llama así en honor de la provincia neerlandesa de Zelanda, ya que sus descubridores eran neerlandeses.

Fotografía de la reina Beatriz I de los Países Bajos. (Emiel Ketelaar/CC BY 3.0 Unported)

Los Países Bajos fueron la última de las naciones fundadoras de la Comunidad Económica Europea en 1957, y digo «la última» porque ya hemos visto todas las demás: Alemania, Bélgica, Francia, Italia y Luxemburgo. Es el segundo país con más renta per cápita de la Unión Europea, después de Luxemburgo, y el más desarrollado, según el Índice de Desarrollo Humano de la ONU.

Antes del euro: el florín neerlandés

Breve contexto histórico

La historia de la moneda neerlandesa, el florín,^[13] es una de las más largas de la Unión Europea. El florín (símbolo: ƒ) se remonta al siglo XVII, a 1680, cuando las entonces Provincias Unidas comenzaron a acuñar una nueva moneda de plata. Esta moneda tomaba su nombre de otra, emitida entre los siglos XIII y XVI por la República de Florencia: el fiorino d’oro o «florín de oro», que pronto se extendió por toda Europa y tuvo una importantísima repercusión en la economía de la época. Parece lógico, debido al gran éxito del fiorino, que los neerlandeses se fijasen en él a la hora de inaugurar un nuevo sistema monetario. Y parece que la fortuna les sonrió: cuando el florín —dividido en 20 stuivers— comenzó su andadura debía convivir con otras monedas de plata que ya existían antes de él, como el tálero y el ducado; pero con el tiempo las acabó sustituyendo.

En el año 1806, Napoleón entra en Batavia —que así se llamaban los Países Bajos entonces— e instaura una monarquía, el Reino de Holanda, con su hermano Luis en el trono.^[14] Como Luis no cumplió con las expectativas de Napoleón, éste acabó absorbiendo el Reino de Holanda en 1810, con lo que empezó a circular allí el franco francés. No sería hasta la caída del régimen de Napoleón, en 1816, que el recién restaurado Reino Unido de los Países Bajos reinstaura su antiguo florín, y en 1817 lo decimaliza: deja de estar dividido en 20 stuivers para dividirse en 100 cent.

Este florín primitivo se asentaba sobre un patrón bimetálico, con equivalencias con el oro y la plata. Este patrón fue sustituido en 1848 por un patrón plata, y en 1875 por un patrón oro,^[15] que fue eliminado a principios del siglo XX con la Primera Guerra Mundial. Y a partir de ahí, el valor del florín dependería de la situación política del país: durante la Segunda Guerra Mundial, Alemania ocupa los Países Bajos e introduce su moneda, el Reichsmark o marco imperial, con una equivalencia ƒ 1 = 1,5 ℛℳ. Por su parte, cuando la guerra acaba y los Aliados entran en el país, lo fijan al dólar, a ƒ 3,62 = $ 1.

Por fin, cuando en 2002 el euro entró en circulación, lo hizo a una tasa de cambio de 1 € = ƒ 2,20371.

Las monedas del florín neerlandés

Como siempre, antes de mostrarte la serie neerlandesa del euro, vamos a admirar las monedas que los holandeses llevaban en sus bolsillos antes del 1 de enero de 2002.

Denominación	Reverso	Anverso	Imagen
5 ct stuiver	Valor facial	Efigie de Beatriz I
10 ct dubbeltje	Valor facial	Efigie de Beatriz I
25 ct kwartje	Valor facial	Efigie de Beatriz I
1 G gulden	Valor facial	Efigie de Beatriz I
2½ G rijksdaalder	Valor facial	Efigie de Beatriz I
5 G vijfje	Valor facial	Efigie de Beatriz I

Curiosamente, el símbolo empleado para el florín en las monedas no es «ƒ», sino «G», por el holandés «gulden». Y mi alienada mente ingenieril no puede por menos que maravillarse por la placentera homogeneidad de las monedas neerlandesas: todas ellas llevan el valor facial en el reverso, acompañado por una trama geométrica tanto más complicada cuanto mayor sea el valor de la moneda, y todas llevan en el anverso el retrato de la reina Beatriz, junto con el texto «BEATRIX KONINGIN DER NEDERLANDEN», es decir, «BEATRIZ REINA DE LOS PAÍSES BAJOS». ¿Simplonas? No, sencillas. Y, a veces, en la sencillez está la elegancia.

Observa que, bajo los valores faciales, he escrito otra palabra: es el nombre coloquial con el que se conocía a cada moneda antes de la entrada del euro. Quisiera llamar especialmente la atención sobre la moneda de 5 cent, denominada stuiver, igual que aquella antigua moneda que valía la veinteava parte de un florín antes de su decimalización. El nombre stuiver se ha exportado, incluso, a la actual moneda de 5 euro cent. En cuanto a la moneda de ƒ 2½, llevaba el sobrenombre de rijksdaalder, que era una de las monedas que circulaban en la zona antes de la aparición del florín, y equivalía, precisamente, a dos florines y medio. Menuda memoria tienen los holandeses.

Los euros neerlandeses

Los diseños de los euros neerlandeses no difieren mucho de los de los antiguos florines: valor facial en el reverso —cara común— y retrato de Beatriz I en el anverso —cara nacional—.  Esta es la serie:

Los 8 valores del euro: caras nacionales neerlandesas. (Imagen: Wikipedia, editada por Saúl Iglesias)

Como ves, una vez más, no hay gran cosa que comentar sobre las monedas de los Países Bajos, que son muy similares a las que vimos para Luxemburgo. Las monedas bimetálicas conservan, a grandes rasgos, el diseño de los antiguos florines: la efigie de la reina Beatriz aparece cortada por la mitad para hacer sitio al texto, que se sitúa en vertical. En las demás monedas, aparece el retrato completo, con un fondo de puntos en el que apenas pueden distinguirse las estrellas de la Unión. Igual que vimos con el retrato de Enrique I, en las monedas de Luxemburgo, aquí el retrato de Beatriz I tampoco aparece con trazos realistas, sino de forma muy geométrica, tal y como ya aparecía en las antiguas monedas de florín. El responsable de este diseño, tanto para el florín como para el euro, fue el diseñador neerlandés Bruno Ninaber van Eyben (1950-), que muestra con orgullo su obra en su página web.

Marcas de ceca —derecha— y del director de ceca —izquierda, correspondiente a Brouwer— en una moneda de 2 € conmemorativa de los 50 años del Tratado de Roma.

Como siempre, hay ciertos elementos que se repiten de una moneda a otra:

1. Las doce estrellas presentes en la bandera de la Unión Europea.
2. La marca de ceca, correspondiente a la Koninklijke Nederlandse Munt, la Real Casa de la Moneda Neerlandesa. Ya vimos en los artículos de Eslovenia y Luxemburgo cuál es la marca de la Koninklijke Nederlandse Munt: el caduceo, un bastón alado con dos serpientes ensortijadas. Puede verse a la derecha del año, en las monedas de céntimos, o bajo las palabras «KONINGIN DER», en las monedas grandes.
3. La marca del director de ceca. Es visible a la izquierda del año, en las monedas de céntimos, o bajo la palabra «NEDERLANDEN», en las bimetálicas. La Koninklijke Nederlandse Munt ha tenido, desde la entrada en circulación del euro, cuatro directores de ceca, con cinco marcas:
   • 1999: Chris van Draanen. Marca: un arco y una flecha.
   • 2000: Erik J. van Schouwenburg (interino). Marca: un arco y una flecha, diferenciados por una estrella.
   • 2001: Robert Bruens. Marca: uvas y hoja de vid.
   • 2002: Maarten T. Brouwer (interino). Marca: uvas y hoja de vid, diferenciadas por una estrella.
   • 2003 en adelante: Maarten T. Brouwer. Marca: barco de vela.
4. El año de acuñación, empezando desde 1999.
5. El identificador de país. No aparece un identificador como tal, pero sí puede leerse el nombre del país en el título de la reina Beatriz: Koningin der Nederlanden, es decir, «Reina de los Países Bajos».

Además, el canto de la moneda de 2 € es especial. No es ni Tipo 1 ni Tipo 2, sino que consta del lema nacional, igual que en el caso de Alemania: «GOD ★ ZIJ ★ MET ★ ONS ★», que significa «DIOS ★ ESTÉ ★ CON ★ NOSOTROS ★». Esta referencia tan explícita a Dios es un caso excepcional en las monedas europeas, que siempre han intentado ser lo más laicas posible; no obstante, esta inscripción ya se mostraba en los florines desde el siglo XIX, y el último intento de retirarla de las monedas se topó con una fiera oposición popular.^[16]

Las monedas conmemorativas

Monedas conmemorativas de dos euros

Los Países Bajos no han sido muy prolíficos en lo que a monedas conmemorativas de 2 € se refiere. Únicamente han sido emitidas tres monedas, de las cuales dos se corresponden con las emisiones conjuntas «Tratado de Roma» (2007) y «10 años de la Unión Económica y Monetaria» (2009).

Monedas conmemorativas de 2 € emitidas por los Países Bajos hasta 2011. Las superiores corresponden a las dos emisiones conjuntas.

La tercera, emitida en 2011, se acuñó con motivo del 500 aniversario de la publicación del Elogio de la locura, escrito por Erasmo de Róterdam. El Elogio de la locura es una sátira en la que Erasmo, por boca de la Locura —o la Estulticia, dependiendo de la traducción—, va haciendo una crítica, más o menos feroz, pero siempre sarcástica y cargada de ironía, de la sociedad y la religiosidad de su tiempo, crítica que, en muchos casos, es trasladable a la actualidad. Realmente, parece ser que Erasmo no le prestó demasiada atención a esta obra —la escribió relativamente rápido, pues estaba enfrascado en otros escritos que él consideraba más serios e importantes—, pero, para su sorpresa, el Elogio se convirtió rápidamente en una de sus obras más populares: antes de su muerte ya había sido traducida del latín al alemán y al francés, y pronto lo sería también al inglés.

En cualquier caso, en la moneda aparece, precisamente, Erasmo de Róterdam escribiendo su libro, junto con un retrato de la reina Beatriz I. Curiosamente, en todas las monedas neerlandesas aparece el retrato de la reina Beatriz, incluyendo las de coleccionista —como se verá en la siguiente sección—. Desconozco si hay alguna ley que obligue a ello, como pasaba en Luxemburgo, pero no lo creo: Luxemburgo modificó los diseños de las emisiones conjuntas para incluir el retrato del gran duque Enrique, mientras que los Países Bajos no lo han hecho. Más bien, me inclino a pensar que tiene que ver con la elevada popularidad de la monarquía holandesa: según las últimas encuestas, la reina Beatriz contaba con una popularidad entre los ciudadanos neerlandeses del 80 %.

Monedas de coleccionista

Moneda de 5 € de plata, emitida en 2008 para conmemorar a los arquitectos neerlandeses.

Los Países Bajos han emitido 22 diseños diferentes para sus monedas de coleccionista, pero el número total de monedas diferentes es más del doble: 46 monedas. Esto se debe a que, con cada motivo, la Koninklijke Nederlandse Munt emite siempre dos o, en ocasiones, tres valores distintos. Un ejemplo vale más que cualquier explicación: en el año 2004, con motivo del nacimiento de la princesa Catalina Amelia —hija primogénita del príncipe Guillermo Alejandro—, se emitieron tres monedas: una de 10 €, otra de 20 € y otra de 50 €, pero todas ellas con el mismo diseño.

Así pues, hablemos de valores y metales, como hacemos siempre en esta sección. El primer valor es el de las monedas de 5 € de plata 950 ‰:^[17] una en 2003, 2005, 2007 y 2008; dos en 2004, 2009 y 2010, y tres en 2006 y 2011. Y a cada una de estas monedas le acompaña, siempre, una de 10 € de oro 900 ‰, en las mismas cantidades —más una emitida en 2002—. Como excepciones, hay tres monedas de 10 € de plata esterlina, emitidas en 2002, 2004 y 2005, y dos monedas de 20 € de oro 900 ‰ acompañadas por otras dos de 50 € del mismo metal, en los años 2004 y 2005.

En todas estas monedas aparece el retrato de Beatriz I de los Países Bajos, como ya dije previamente. No obstante, hay una diferencia fundamental con Luxemburgo: en las monedas luxemburguesas los retratos del gran duque eran siempre más o menos similares, y todos ellos relativamente convencionales. Por el contrario, los retratos de las monedas neerlandesas son casi todos diferentes y, en muchos casos, realizados con innovadoras técnicas de grabado. Para muestra, un botón: observa la moneda de aquí al lado. Está dedicada a los más prominentes arquitectos neerlandeses, y el retrato de la reina aparece al jugar con los grosores de las letras que componen los nombres de dichos arquitectos, escritos en espiral. La imagen es más elocuente que cualquier descripción. En la página web de la KNM solamente hay una selección de las monedas de coleccionista más recientes, pero investigando en Google Imágenes podemos llevarnos auténticas sorpresas.

Doble ducado de oro emitido en 2012.

Pero el tema de las monedas de coleccionista neerlandesas no acaba aquí. La KNM tiene por tradición emitir, cada año, sus ducados de plata y ducados y dobles ducados de oro,^[18] que llevan acuñándose como moneda de coleccionista desde el siglo XIX, y como moneda de curso legal desde mucho antes. Estos ducados no llevan valor facial, y de hecho, en la actualidad no son de curso legal —es decir, no puedes pagar nada con ellos, al contrario de lo que sucede con las monedas de coleccionista ordinarias—, sino que se emiten exclusivamente para coleccionistas e inversores, y son tremendamente populares en los Países Bajos. Dentro de dos artículos, cuando lleguemos a San Marino, veremos algo parecido con sus scuti.

Cambios futuros

Para terminar este artículo, hay que decir que falta muy poco para que cambie el diseño de la serie de euros de los Países Bajos: la reina Beatriz abdicará a finales de este mes, por lo que comenzará una nueva serie de euros cuyo protagonista será el rey Guillermo Alejandro, de momento solo príncipe.

Pero, aunque Beatriz I no hubiera decidido abdicar y la primera serie continuase indefinidamente, hubiera sido necesario realizar ciertos cambios antes o después. La razón es que en ninguna de las monedas aparecen correctamente las estrellas de la Unión Europea: en las bimetálicas aparecen formando un semicírculo en la parte izquierda del anillo exterior, mientras que en las restantes monedas casi no son visibles, y además también están mal colocadas —si te fijas, verás que no se corresponden con las posiciones de los números en un reloj, que es como deberían estar situadas—. Todo esto contraviene a las Recomendaciones de la Unión, así que los Países Bajos están obligados a subsanar estos defectos en la segunda serie —de la cual, con total seguridad, podré informar en el último artículo de esta serie, la «actualización»—.

Y esto es todo de momento. En el próximo artículo veremos las monedas del último país de la Eurozona perteneciente a la Unión Europea. Los que me leéis desde España ya conoceréis de sobra esas monedas, pues han pasado muchas veces por vuestras manos. A los demás, espero que el artículo os resulte igualmente interesante. Viajaremos, entonces, a la República Portuguesa. Hasta entonces.

1. En holandés: Koninkrijk der Nederlanden.
2. En holandés: Nederland.
3. En holandés: Nederlandse Antillen.
4. Más antiguamente, también pertenecía a esta federación la Guayana Holandesa, hoy país independiente llamado Surinam.
5. En holandés: Curaçao.
6. En holandés: Sint Maarten.
7. En holandés: Sint Eustatius.
8. En holandés: Amsterdam.
9. En holandés: ’s-Gravenhage o, en forma corta, Den Haag.
10. Su nombre completo es Beatriz Guillermina Armgard de Orange-Nassau y Lippe-Biesterfeld.
11. Su nombre completo es Guillermo Alejandro Nicolás Jorge Fernando de Orange-Nassau y Amsberg.
12. En holandés, las provincias son: Groningen, Friesland, Drenthe, Overijssel, Gelderland, Utrecht, Flevoland, Noord-Holland, Zuid-Holland, Zeeland, Noord-Brabant y Limburg.
13. En holandés: gulden, pronunciado «júlde».
14. Tal y como hizo en España en 1808, colocando a «Pepe Botella», su hermano José I.
15. Ya hablé sobre los patrones metálicos en el artículo sobre la Unión Monetaria Latina.
16. También hay que precisar que esto fue en el año 1953, y que las cosas podrían haber cambiado mucho desde entonces… pero bueno.
17. También llamada, como ya sabes, plata esterlina.
18. En holandés: dukaten, en singular dukaat.

Pues eso es lo que vamos a hacer hoy: hacer un bloque funcional que se encargue de las operaciones aritméticas y lógicas entre palabras, al que llamaremos unidad aritmético-lógica.

Para ello necesitamos primero definir qué es una palabra, pero no la definición en castellano, obviamente, sino la definición en el contexto de la arquitectura de los ordenadores. Incluso dentro de ese mundillo hay ligeros matices sobre lo que significa palabra, así que yo voy a dar una definición y a tratar de ceñirme a ella (si luego necesitamos matizarla, ya lo haremos). Y lo voy a hacer en forma casi tautológica: una palabra es la unidad de información con que opera la unidad aritmético-lógica del ordenador.

Si has entendido lo que acabo de decir, probablemente es porque ya sabías lo que es una palabra. Y de hecho, también lo que es una unidad aritmético-lógica. Así que vamos a ir describiendo todo y verás como al final se forma la imagen completa en tu cabeza.

Nosotros vamos a usar un tamaño de palabra de 16 bits. Supongo que no te sorprende si te digo que los ordenadores más comunes utilizan palabras de 8 bits, 16 bits, 32 bits, 64 bits (lo más habitual del mercado de consumo ahora mismo)… De hecho, ¿no recuerdas que dijimos que se solía representar los números precisamente con esos tamaños? Ahora ya sabes el motivo.

A menudo se usan otras definiciones para la palabra, como puede ser el ancho del bus de datos o la cantidad de información que puede direccionar la memoria principal con un solo acceso o con una sola dirección, pero como todo eso son cosas que aún no hemos visto, vamos a quedarnos con la nuestra de más arriba. Además, con el nivel de profundidad con que estamos viendo esta serie, todas esas definiciones son equivalentes (en los ordenadores reales, en cambio, no tiene por qué ser la misma cosa).

Supongo que, a poco que no hayas vivido en una cueva en los últimos años, sabes que existe una unidad llamada byte, compuesta de 8 bits. No se suele traducir al español, pero cuando se hace, se utiliza el vocablo octeto. Como hoy en día todos los ordenadores utilizan múltiplos de 8 bits para casi todo, es muy habitual utilizar los bytes como unidad de medida.

Por consiguiente, una palabra no son más que esos 16 bits puestos uno al lado del otro.

A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0

Y para simplificar, vamos a llamar a todo eso simplemente A.

Cuando estamos mostrándolo de manera gráfica, podemos dibujar las 16 rayas. Por ejemplo, en el siguiente dibujo vemos 16 líneas de 1 bit como entradas en un circuito combinacional:

Pero, claro, eso es un incordio, así que habitualmente lo resumimos en una sola línea, en la que representamos el número de bits que tiene con una raya cruzada (o a veces ni eso, y tenemos que deducirlo del contexto, como haremos más adelante):

Así que vamos ahora con la unidad aritmético-lógica. La unidad aritmético-lógica no es más que un circuito combinacional que tiene:

• Varias entradas de datos. Fíjate en que esas entradas no son de un bit, como solían ser hasta ahora, sino que cada una de esas entradas tiene 16 bits (o el tamaño que corresponda en cada unidad aritmético-lógica, claro).
• Una o varias salidas de datos. Lo mismo: de 16 bits.
• Una entrada de control, que le indica a la unidad aritmético-lógica la operación a realizar. El número de bits que tenga dependerá del número de comandos diferentes que queramos poder enviarle a la unidad aritmético-lógica (luego lo veremos con más detalle).
• Opcionalmente, una o varias salidas de flags (algo así como indicadores, en inglés). De nuevo, el número de bits que tenga (es decir, el número de flags) depende de lo que estemos haciendo (también lo veremos).

El símbolo para la unidad aritmético-lógica es habitualmente algo como lo siguiente:

En este caso hemos dibujado una unidad aritmético-lógica con dos entradas de datos y una salida, así como la entrada de control y la salida de flags.

Por cierto… ¿no te cansas de leer tantas veces “unidad aritmético-lógica”? Si tú te cansas de leerlo, imagínate lo que me canso yo de escribirlo. La mayoría utiliza el acrónimo ALU para referirse a ella, del inglés Arithmetic-Logic Unit. Así que eso lo que haré yo a partir de ahora: usar simplemente ALU.

Nosotros vamos a definir una ALU muy sencillita, que solo tenga cuatro comandos posibles:^[1]

• Sumar (SUM): suma A más B y deja el resultado en S. Es decir, S=A+B (suma aritmética, no OR binario; no te confundas).
• Cero (CERO): pone un 0 en S. Es decir, S=0.
• Decrementar (DEC): resta 1 a lo que entra por A y deja el resultado en S. Es decir, S=A-1.
• Transferir (TRANS): transfiere el valor de B a S. Es decir, S=B.

Como tenemos 4 operaciones posibles, podemos, por ejemplo, codificarlas con 2 bits:

Así que la entrada C de nuestra ALU tiene únicamente 2 bits de ancho.

El único flag que genera esta ALU tan simple es el de desbordamiento: si la operación de suma da un valor mayor de lo que se puede representar o si la operación de decremento devuelve un valor menor de lo que se puede repreentar, este flag vale 1; en caso contrario, vale 0.

Como ves, las operaciones son muy sencillas. En fin… decir que eso son operaciones aritméticas y lógicas requiere un esfuerzo considerable de imaginación. Prácticamente, hay solo dos operaciones aritméticas (SUM y DEC), ninguna operación lógica y hay dos (TRANS y CERO) que difícilmente podríamos llamar “operaciones”. Bueno… claro… es que hemos definido una ALU muy-muy sencilla, con lo mínimo absoluto necesario para poder seguir avanzando. Otras ALUs más completas y más reales tienen comandos para:

• Muchas operaciones aritméticas, como restar, multiplicar…
• Operaciones lógicas, como hacer el AND de las dos palabras, el OR…. Fíjate en que siempre hemos definido el AND de dos bits, no el de dos palabras. Generalmente se define que una palabra vale, desde el punto de vista lógico, 0 si todos sus bits son 0; y 1 en caso contrario. Y así, el AND ya se puede hacer el AND sobre estos “bits virtuales” que son la palabra completa.
• Comparaciones entre dos palabras, determinando cuál de ellas es mayor, si son iguales, etc.
• Operaciones lógicas de bit, como hacer el AND del primer bit de A con el primer bit de B, y poner el resultado en el primer bit de S; y eso para los 16 bits. Esto se llama bitwise AND (que no tiene traducción fácil… algo así como “AND bit-a-bit”). Imaginarás que también hay bitwise OR, bitwise XOR,… O también puede hacer desplazamiento de las palabras: mover cada uno de los bits de la palabra un paso o varios hacia la izquierda, o hacia la derecha, rellenando con 0s o con 1s, o con lo que salga por el otro extremo… en fin, muchas posibilidades.
• Incluso operaciones mucho más complejas, como trigonométicas, logarítmicas…

Si eso ocurre, lógicamente, no nos valdrán con 2 bits para el comando C, porque a lo mejor necesitamos codificar… yo qué sé… 400 comandos distintos. Puede que necesitemos 4 bits u 8 bits ó 20 bits ó más. Y además no tienen por qué tener dos entradas, sino que pueden tener muchas más. Y lo mismo para la salida: no tienen por qué tener una, pueden tener más. Además de que, como ya hemos visto, la palabra (es decir, el tamaño de A, B y S) no tiene que ser solamente de 16 bits, sino que puede ser de otros tamaños.

Pero fíjate en lo más importante. Céntrate en esto. Lo más importante es lo siguiente: tenemos un montón de entradas (los 16 bits de A, los 16 bits de B y los 2 bits de C) y unas cuantas salidas (los 16 bits de S y el único bit de F). Lo que obtengamos en la salida dependerá únicamente de lo que hayamos puesto en las entradas. Ya hemos estudiado la lógica combinacional, así que sabemos que existe un circuito de puertas lógicas que es capaz de construir esa ALU. Ese circuito será sencillo, complicado, barato, caro, pequeño o grande… pero está compuesto única y exclusivamente por puertas lógicas conectadas de una forma más o menos astuta. Relee este párrafo hasta que lo hayas interiorizado.

Con el conocimiento que has ido adquiriendo a lo largo de esta serie, ya tienes suficiente para diseñar tú mismo esta ALU tan sencilla. No espero que lo hagas, ya que hemos ido muy rápido y sin hacer ejercicios, pero… ¿quieres que la hagamos para que veas que es verdad? Aquí la tienes:

Espero que, aunque no se te ocurriera cómo hacerlo, al verlo sí entiendas todo lo que hay ahí. La parte inferior son los cuatro bloques que hacen las operaciones básicas (la cajita con el + es simplemente el sumador de un bit que ya vimos en su momento). El bloque de la izquierda se llama “decodificador”, y simplemente convierte los valores de la operación c1c0 en algo que sea más fácil de utilizar por el siguiente bloque, que es un multiplexor. Vamos a dedicarle unas líneas, porque nos hará falta más adelante. Lo que hace es que si la entrada es un 0 en binario (es decir, c1=0 c0=0), activa la salida número 0 y desactiva las demás (es decir, pone un 1 en la salida número 0 y un 0 en las demás); si la entrada es un 1 en binario (es decir, c1=0 c0=1), activa la salida 1; y así sucesivamente. No es difícil deducir que si el decodificador tiene n entradas, tendrá 2^n salidas (pero solo una de ellas será un 1; el resto serán un 0).

El multiplexor simplemente tiene 4 entradas (de 16 bits cada una, en este caso) y pone en la salida la que corresponda a la que le está diciendo el decodificador. Fíjate en que, en realidad, nuestra ALU calcula las 4 operaciones básicas (suma, borrado, decremento y transferencia), pero debido al decodificador y al multiplexor, solo la que corresponda al comando seleccionado por C se pone en la salida.

Los siguientes símbolos son los que se suelen utilizar para representar estos dos componentes. Recuérdalos, porque los necesitaremos más adelante. A veces se asume que la entrada al multiplexor es una elección binaria (es decir, n entradas) y a vece se asume que ya está “decodificada” (es decir, 2^n entradas), pero tendrás que deducirlo del contexto.

Decodificador y multiplexor

Como decía, no espero que hayas llegado tú solo hasta el diseño de este circuito, pero sí que una vez que lo hayas visto, te hayas dicho “pues es verdad, tampoco es tan difícil, lo entiendo todo”. No hemos hecho la parte que genera el flag de salida… hazlo tú mismo si quieres.

Existen formas más eficientes (pero menos didácticas) de hacer este mismo circuito. Y si en vez de cuatro operaciones sencillitas, como es el caso, tuviéramos un centenar de operaciones, podría ser que el diseño de la ALU ocupara un libro entero de cientos de páginas… pero lo que tienes que tener claro es que la salida solo depende de las entradas y del comando seleccionado, y por lo tanto existe un circuito combinacional que implementa esa ALU.

¿Y por qué tanto hincapié en este asunto? Porque en el próximo artículo introduciremos un nuevo componente, el biestable, que nos permitirá adentrarnos en un nuevo concepto: los circuitos secuenciales.

1. Este diseño está basado en el de la ALU de simplez, diseñado y descrito por Gregorio Fernández Fernández en su libro “Curso de ordenadores. Conceptos básicos de arquitectura y sistemas operativos“, que será una de las referencias que daremos al final. Según vayamos avanzando iremos viendo de todos modos que nuestro diseño es aún más simple que el suyo.