Amador Menéndez Velázquez - Una revolución en miniatura

Si tomamos un material inerte, una célula, un chip de ordenador o una neurona y efectuamos un «zoom» hasta llegar al nanómetro, allí nos encontraremos con los mismos bloques básicos: átomos y moléculas. Así, por ejemplo, las propiedades macroscópicas de este papel que tiene en sus manos son una consecuencia directa de su estructura a nivel nanométrico. Es también en esa escala donde las estructuras fundamentales de la vida se presentan dentro de las células biológicas, incluyendo la molécula de ADN. Muy pronto los componentes electrónicos elementales, que son la base de la tecnología de información, tendrán dimensiones de unos pocos nanómetros. Entender el funcionamiento del cerebro humano requiere la investigación sobre fenómenos a escala nanométrica, como los que tienen lugar en los receptores ubicados en las neuronas.

Los desafíos científicos en la escala del nanómetro son tan inmensos como las oportunidades tecnológicas. El objetivo de este libro es acercar a los lectores este universo en miniatura y sus enormes posibilidades tecnológicas, pero presentando la tecnología no sólo como una mera colección de aparatos, sino como una parte esencial de la estructura de nuestro mundo. ¡Bienvenido al nanomundo!

Capítulo 0

LAS REVOLUCIONES CIENTÍFICO-TECNOLÓGICAS

Quizás sea difícil aceptar que los cambios y avances tecnológicos remodelan y trazan nuestro mundo y formas de vida, pero un contexto histórico puede ayudarnos a visualizar y asumir esta realidad. Por otra parte, el ritmo del cambio tecnológico se está acelerando. En las próximas décadas, se pueden producir más cambios tecnológicos que en todo el siglo pasado. Las lecciones de las anteriores revoluciones tecnológicas son nuestra mejor guía cuando nos enfrentamos a la siguiente. Por eso hemos querido articular este capítulo cero, en un intento de concienciar al lector del impacto de la ciencia y la tecnología en nuestra sociedad.

La primera mitad del siglo XX fue testigo de una explosión tecnológica que alteró sustancialmente la forma en que vivimos. En 1900 se consideraba imposible la existencia de máquinas voladoras más pesadas que el aire; para nuestra sorpresa, en 1950 los aviones ya se aproximaban a la velocidad del sonido. En 1900, las personas no tenían coches, electricidad o agua corriente; en 1950, los tuvieron a su alcance. Los mismos cincuenta años vieron una parte esencial del desarrollo de los antibióticos, la radio, la televisión, los plásticos, las armas nucleares y los equipos mecanizados. Tractores, cosechadoras y equipos similares redujeron en un factor de diez el número de personas necesarias para producir una determinada cantidad de alimentos.

En gran medida, la marcha del progreso continuó a través de la segunda mitad del siglo. Los aviones de pasajeros se convirtieron en algo común y, con el Boeing 747, el transporte aéreo se hizo rentable para algunos tipos de mercancías. La red mundial de comunicaciones forjó una economía mundial. Televisores, ordenadores, teléfonos celulares y aparatos similares pasaron a formar parte de nuestras vidas cotidianas. Se lograron algunas proezas históricas, como ese 21 de julio de 1969 en el que el hombre pisó la Luna.

Si en 1900 le hubiese dicho a un agricultor que algunos de sus descendientes en un siglo se pasarían la mayoría del tiempo en edificios con calefacción y aire acondicionado, sentados delante de un ordenador, hablando, leyendo y escribiendo, lo podría haber creído si fuera un creyente en el progreso. Si le hubiera dicho que eso se llamaría «trabajo», probablemente se habría reído en su cara. Los triunfos de la tecnología del siglo XX –el estómago lleno y el hecho de no tener que hacer trabajo físico– son una realidad, aunque hayan acarreado otros problemas.

Y si el progreso no va aún más rápido es porque hay un fenómeno real de los rendimientos decrecientes. Una máquina de afeitar con dos láminas no es dos veces tan útil como una con una sola hoja. Los coches alcanzaron un límite de velocidad y, por lo tanto, un límite de utilidad, debido a las limitaciones de los reflejos humanos y no a las limitaciones de la capacidad mecánica. Asimismo, los aviones de pasajeros alcanzaron un límite de velocidad como resultado de los regímenes económicos y de optimización del vuelo. La tecnología para el vuelo supersónico de pasajeros está preparada, sólo que cuesta demasiado.

EL PROGRESO CIENTÍFICO

En la primera mitad del siglo XX se produjo un gran impulso de la química y la física, revolucionando la forma de entender el comportamiento de la materia ordinaria con la mecánica cuántica. En 1950 un científico podía dar una explicación racional de propiedades de los materiales, basándose en las minúsculas partes que los constituyen. El científico de 1900 a lo más que podría haber llegado es a un conjunto de observaciones empíricas.

Avanzamos rápidamente hasta 1825. Los químicos siguen descubriendo nuevos elementos, dividiéndolos en dos clases –inorgánicos y orgánicos– que nunca confluían. Los compuestos orgánicos forman parte de los seres vivos, mientras que los inorgánicos los pueden crear los químicos en tubos de ensayo. Se pueden descomponer los compuestos orgánicos, por supuesto, basta con quemarlos. Pero ponerlos juntos, se pensaba, requeriría una fuerza de vida inefable. Entonces en 1825 un joven profesor de química, Friedrich Wöhler, produjo un sólido inerte de una mezcla acuosa de cianuro de hidrógeno y amoníaco. En 1828 se había logrado demostrar que el compuesto era químicamente idéntico a la urea, un compuesto orgánico que se encuentra en la orina.

La química ha sido una gran fuerza impulsora, haciendo posibles grandes cambios en los siglos XIX y XX. La elevada producción de amoniaco, ácido sulfúrico, cemento, hierro, aluminio, drogas, fibras, tintes, polímeros, plásticos, productos derivados del petróleo, etc. ha cambiado el mundo. La química impulsó varias economías. En el año 1947, en pleno apogeo de la química, se descubrió el transistor, la base de la moderna electrónica y computación. Más tarde vino el circuito integrado, que revolucionó más estos sectores e hizo posible una verdadera electrónica de consumo. Nacía así la era de la física.

A pesar de estos avances, seguíamos sin entender el maravilloso fenómeno de la vida. En 1944, sin embargo, las cosas habían avanzado hasta el punto de que Erwin Schrödinger escribió ¿Qué es la vida? Este ensayo histórico presentaba un argumento convincente de que una serie de fenómenos a nivel celular podrían ser parte de una cadena ininterrumpida de la explicación, confluyendo finalmente en la mecánica cuántica (de la que el propio Schrödinger fue uno de los principales impulsores). Nueve años más tarde, Francis Crick, James Watson y Maurice Wilkins descubrieron la estructura del adn, basándose en medidas de difracción de rayos X de Rosalind Franklin. Las puertas a la comprensión de la vida se abrieron por completo.

Cuando estudiaba en el colegio, recuerdo que mi profesor de biología explicaba las cuatro propiedades que hacen que los seres vivos seamos diferentes de los seres inanimados. Éstas eran organización, metabolismo, reproducción e irritabilidad. Organización significa que los organismos tienen una estructura interna compleja, que se compone de células, y a su vez estas células tienen su propia estructura interna. Metabolismo hace referencia al consumo de alimentos para el crecimiento y la actividad. Reproducción es un proceso biológico que permite crear nuevas criaturas. Y la irritabilidad se refiere a la reacción de un individuo ante los estímulos negativos, que va desde la acción consciente de los seres humanos a los tropismos de las plantas.

Lo que no nos explicaba, en parte porque era sólo un curso introductorio, era cómo todas las propiedades son el resultado de la actividad de las máquinas moleculares. La vida es un fenómeno molecular, un fenómeno en la nanoescala. Y algunas complejas nanomáquinas, como los ribosomas, son capaces de crear nuevas nanomáquinas. Desde aquel 1953 hemos progresado mucho en la respuesta a ese interrogante eterno sobre la vida. ¡Hoy sabemos qué somos, al menos desde el punto de vista biológico!