LA ENERGÍA METABÓLICA
EN LA SALUD Y LA ENFERMEDAD
Valentín Vásquez
San Andrés
Ixtlahuaca, Oaxaca, México
Valentin02111956@gmail.com
Introducción
La vida es metabolismo y éste es un proceso contradictorio (anabolismo vs catabolismo) compuesto por un conjunto de reacciones químicas en los organismos vivos; es decir, que sin química no hay vida. Así pues, se puede decir que la vida es química y en este sentido, es necesario retroceder en el tiempo para conocer el origen de los elementos químicos, cuya interacción son las reacciones químicas que transformaron cuantitativa y cualitativamente a la materia inorgánica para dar origen a la materia orgánica (química del carbono) y de esta a la materia viva (célula).
Los elementos químicos que antecedieron a la materia orgánica y a la materia viva, se originaron hace miles de millones de años en el cosmos (universo) para dar origen a la cosmoquímica, sucedida por la formación del sistema solar (El Sol y su “familia” de planetas) para generar la geoquímica (química de la Tierra) y finalmente apareció la vida (bioquímica) que culminó con la máxima complejidad (la bioquímica humana).
Otro proceso crucial que permea el movimiento de la materia desde la cosmoquímica, la química de la vida (bioquímica) y la bioquímica humana es la energía. Tradicionalmente se le ha identificado con el movimiento mecánico y por eso se ha definido como la capacidad de producir un trabajo (fuerza x distancia); sin embargo, es una definición limitada que hace referencia solo al desplazamiento espacial (distancia) de un objeto material como resultado de la aplicación de una fuerza; definición formulada en el contexto histórico al final del siglo XVII, cuando fueron expuestas las leyes de la mecánica newtoniana. No obstante, para movimientos más complejos como el químico y aún menos para el biológico y mental (pensamiento) no aplica; y, como todo concepto y correspondiente definición, también se desarrollan con el progreso histórico del conocimiento, por esto, es necesario recurrir a la lógica (pensamiento) como ciencia filosófica para formular una nueva definición de energía, en base al rasgo genérico deducido de las diferentes formas particulares de energía (mecánica, eléctrica, química, nuclear, etc.). En este sentido, el rasgo genérico que identifica a todas las formas específicas de energía es: capacidad de movimiento de los objetos materiales y trasladado a la esfera del pensamiento como su reflejo mental.
Es evidente, que conocer lo que son los procesos materiales y su expresión mental (definición) no es suficiente; es necesario avanzar en el conocimiento de la causa (energía), con lo que el conocimiento humano será más profundo para explicar los objetos de estudio, que en el presente escrito son el metabolismo y la energía. Así, se estará en mejores condiciones para hacer conclusiones y recomendaciones, que para la salud y la enfermedad su contra-parte son cruciales, porque si la energía metabólica no es de calidad repercutirá en la degradación de la salud y su conversión en enfermedad.
1. Marco de
referencia dialéctico
El marco de referencia dialéctico está integrado por tres leyes universales de la dialéctica materialista, expuesta entre 1839 y 1886 por grandes pensadores alemanes, entre los que destacan: Ludwig Feuerbach, Karl Marx y Friedrich Engels, quienes invirtieron la dialéctica idealista del gran pensador también alemán, Friedrich Hegel, para depurarla de su “misticismo religioso” y transformarla en materialismo dialéctico (materia en movimiento) cuyas leyes son las siguientes:
1.1. Ley de la contradicción
Esta ley establece que en el universo todos los procesos son contradictorios tanto en lo material como en su expresión mental (pensamiento). Esta ley es la más importante, ya que la contradicción es la que mueve a la materia y al pensamiento, lo que permite definir a la dialéctica como la ciencia de la contradicción.
1.2. Tránsito recíproco de la cantidad vs la cualidad
Esta ley es un caso particular de la anterior ley de la contradicción y concibe que en el universo todos los procesos materiales y mentales, se desarrollan en forma gradual (cantidad) y al rebasar cierto rango (medida) se produce un cambio repentino (brusco) cono conocido como salto con el que aparece una nueva cualidad (nuevo proceso). Los cambios cuantitativos (graduales) son acumulativos, mientras no se rebase un límite (medida) y el salto implica la aparición de un nuevo proceso material o mental.
1.3. Ley de la negación de la negación
Esta ley es la síntesis de las dos anteriores, ya que en el proceso dialéctico la contradicción implica la eliminación de dos adversarios; es decir, se trata de una doble negación para retornar al punto de partida, pero a un nivel superior. De esta ley se deduce que en el universo: todos los procesos son cíclicos y se mueven en espiral, porque no vuelven exactamente al punto de partida. Además, establece que el movimiento (cambio o transformación) de la materia y el pensamiento es de lo simple a lo complejo.
Las tres leyes universales de la dialéctica, son el fundamento teórico de todas las ciencias particulares, ya que lo universal o general está parcialmente contenido en lo particular. Es decir, que todo objeto es la unidad contradictoria de lo general vs lo singular, puesto, que lo particular es solo un eslabón intermedio entre ambos y son fundamentales para el estudio de los procesos materiales y mentales específicos, como es el caso del impacto de energía metabólica en la salud y su contra-parte la enfermedad.
2. Energía que mueve a la materia
2.1. Energía física (gravitatoria vs calorífica) que mueve al cosmos
En el universo todos los procesos son contradictorios y en el
macrocosmos las fuerzas contradictorias que mueven a las galaxias y a las
estrellas son, la atracción gravitatoria y la repulsión, expresada como
expansión producida por el calor que compensa a la fuerza de gravedad (imagen
1).
Imagen 1. Fuerzas contradictorias que
mueven a las estrellas
El universo es uno por su infinitud, y como tal no tiene principio ni fin, pero al mismo tiempo es múltiple por la diversidad de los objetos finitos singulares que lo componen. Como lo finito, es lo que tiene fin y límite, en consecuencia, la Vía Láctea y las galaxias cercanas que coexisten con ella, son parte finita del universo, en consecuencia, y como tal tiene origen y fin; así pues, el "Big Bang", es la hipótesis acerca del origen de una parte finita del universo y depurada de su "misticismo" religioso, explica que por la acción de la gravedad la materia se concentró, a tal grado que explotó y generó su contra-parte: la repulsión en forma de calor y materia que se dispersó en el espacio. Pero como se trata de una porción finita del universo, en algún momento nuevamente se producirá la concentración de la materia, para retornar al punto de partida. Es decir, se cerrará el ciclo, debido a la doble negación derivada de las fuerzas contradictorias de atracción y repulsión que mueven a las galaxias. Por su naturaleza cíclica, lo que es principio, también es final de un proceso que que se movía desde hace miles de millones de años y por la acción gravitatoria el material difuso, se concentró no en una "partícula milagrosa", a partir de la cual se generaron las estrellas y los planetas, sino en una magnitud, que produjo el "encendido" de las estrellas y simultáneamente emitieron calor -repulsión- para compensar a la fuerza de gravedad.
El movimiento cíclico de una parte finita del universo se presenta en la imagen 2.
Imagen 2. Movimiento cíclico de una
parte finita del universo
Actualmente, el universo visible está formado por 100 mil millones de estrellas
(imagen 3) y la Vía Láctea en la que está nuestro sistema solar está formada
por 200 mil millones de estrellas, siendo el Sol una de esas estrellas.
Nuestro sistema solar, cuya estrella central es el Sol, es una estrella
de segunda generación, lo que significa que se formó principalmente de
Hidrógeno y Helio, elementos químicos que se formaron por la explosión de
materiales compactados y muy densos; así, como por el resto de elementos
químicos más pesados generados por explosiones de estrellas más densas y
grandes que el Sol (novas y súper-novas).
Así pues, las estrellas son fundamentales en la síntesis de los elementos químicos, como se observa en la imagen que sigue.
Imagen 4. Elementos químicos de la tabla periódica y su origen
Como lo explica Ruíz (2017) el hidrógeno del Sol es finito, en unos 4500 millones de años se agotará, entonces, nuestra estrella se comprimirá por la fuerza de gravedad, lo que causará aumento de temperatura, será de alrededor de 100 millones de grados centígrados, suficientes para que entre en reacción el helio y por fusión se transformará cualitativamente en carbono y energía que enviará para otros procesos, porque la vida en la Tierra se extinguirá –si es que todavía existe-, ya que el incremento de la temperatura hará que nuestro Sol se expanda y se convierta en una gigante roja, que absorberá a los planetas más cercanos –Mercurio y Venus- y la Tierra quedará tan cerca, a tal grado que la temperatura será muy elevada, con lo que los océanos hervirán y con ello la vida tal como se conoce en nuestro planeta se extinguirá. A partir de este momento nuestra estrella se irá extinguiendo hasta convertirse en una “enana” blanca –“cadáver” del Sol- que previamente habrá expulsado al exterior sus materiales externos, para integrarse en las nubes cósmicas, que por fuerzas de atracción iniciarán otro ciclo en la formación de nuevas estrellas. Por consiguiente, para la síntesis de elementos químicos más pesados: desde el oxígeno hasta el hierro, será necesaria la participación de estrellas de tamaño mediano, que sucesivamente se irán comprimiendo para generar las temperaturas de fusión, primero los 600 millones de °C que requiere la fusión del carbono para generar oxígeno y, luego temperaturas de miles de millones de °C, para producir la fusión de elementos químicos más pesados hasta el hierro. Después del hierro, ya no se libera energía, por lo que a partir del cobalto y hasta el uranio, se sintetizan por la explosión violenta de estrellas muy grandes (supernovas), que al aumentar las temperaturas hasta miles de millones de °C, hacen posible la producción de los elementos químicos mencionados.
En la imagen siguiente, se muestra que el movimiento cuantitativo -gradual- y cualitativo -"salto"- de las estrellas está condicionado por su masa. Así, estrellas de tamaño relativamente pequeño como nuestro Sol evolucionan de su estado normal actual a gigante roja y terminan como enanas blancas. Las estrellas más grandes que el Sol, pueden culminar como estrellas de neutrones o como súper-novas. Entre más masiva es una estrella su edad es menor, debido a que tiene que consumir más rápido su combustible para compensar la enorme fuerza de gravedad, que tiene que ser compensada por una enorme fuerza de repulsión -calor- y materia que se dispersa violentamente para formar una nebulosa de gas y polvo.
Imagen 5. Evolución de las estrellas
Imagen 6. El Sol fuente de materia y de energía
Las estrellas al ser "laboratorios" naturales en los que se sintetizan los elementos químicos que forman la materia prima que forma a las propias estrellas y a los planetas, así como la energía que emiten en forma de calor. Tanto los elementos químicos -materia- como la energía fueron cruciales para que se diera la transformación dialéctica de la materia inorgánica en materia orgánica y posteriormente en materia viva, durante un largo proceso de miles de millones de años.
2.2. Energía solar
(calor) en la generación de la vida
Como se lee en la siguiente imagen, todas las formas de vida, desde la más simple hasta la más compleja -especie humana- están formadas por elementos químicos que se "fabricaron" en el interior de las estrellas.
Imagen 7. Vida: "ceniza"
química evolucionada de las estrellas
Es evidente por lo descrito y por lo que se observa en la imagen
anterior, que la química de la vida (bioquímica) tiene como sustrato material a
los elementos químicos (“cenizas”) sintetizados en el “horno” nuclea en las
entrañas de las estrellas (soles).
El eminente astrofísico Carl Sagan (1978) lo explica en los siguientes términos: hace cinco mil millones de años, cuando apareció el Sol, el sistema solar se transformó desde una oscuridad impenetrable a un cegador chorro de luz. En las partes interiores del sistema solar, los primeros planetas eran grupos irregulares de roca y metal -los desechos los constituyentes menores de la nube inicial, el material que no se había alejado tras la ignición del Sol-. Estos planetas se calentaron al formarse. Los gases atrapados en su interior fueron exudándose, para formar atmósferas. Se derritieron sus superficies y las erupciones volcánicas eran frecuentes. Las primeras atmósferas de los más diversos átomos y eran muy ricas en hidrógeno. La luz del Sol, al incidir sobre las moléculas de la primitiva atmósfera, las excitó, provocó choques moleculares y produjo moléculas de mayor tamaño. Bajo las inexorables leyes de la Química y la Física, estas moléculas actuaron recíprocamente, formaron verdaderos océanos y dieron lugar a la producción de otras moléculas más complejas que aquellos átomos iniciales de las cuales se habían formado, pero todavía microscópicas ante toda posible medida o norma humana. Estas moléculas, notablemente suficientes, son las que nos forman. Los bloques de construcción, de los ácidos nucleicos, que constituyen nuestro material hereditario, y los bloques de cimentación de las proteínas, los obreros que ejecutan el trabajo de la célula, se produjeron en la atmósfera y océanos de la Tierra primitiva. Sabemos esto porque hoy día podemos reproducir dichas moléculas repitiendo las condiciones primitivas.
El hidrógeno por ser ligero escapó al espacio. La producción de bloques moleculares declinó. Disminuyó el material alimenticio que, antiguamente, existía en gran abundancia. Se expulsó a la vida del jardín molecular del Edén. Tan solo fueron capaces de sobrevivir aquellos conjuntos de moléculas capaces de transformar cuanto les rodeaba, capaces de producir moléculas simples en otras complejas aptas para la supervivencia. Aislándose de cuanto las rodeaba, manteniendo las primitivas condiciones idílicas, aquellas moléculas que se rodeaban de membranas tenían una ventaja. Surgieron las primeras células.
Al carecer o al no ser fáciles de obtener los bloques moleculares de edificación, los organismos tuvieron que trabajar duramente para formarlos. Las plantas fueron el resultado. Las plantas se inician con aire y agua, minerales y luz solar, y producen bloques moleculares de edificación, de muy elevada complejidad. Los animales, como los seres humanos, son parásitos en las plantas.
Las condiciones ambientales variables exigían la adaptación para sobrevivir. Entre las adaptaciones que parece ser útiles está la que llamamos inteligencia. Hoy día existe una variedad que poseen esta cualidad que llamamos inteligencia. Los delfines la tienen y lo mismo ocurre con los grandes antropoides. Pero es mucho más evidente en el organismo llamado hombre. En este no solo existe esa información de adaptabilidad adquirida en la vida de un solo individuo, sino que se transmite estratégicamente a través de la cultura, libros y educación. Es precisamente esto, más que otra cosa, lo que ha elevado al hombre a su estado actual preeminente en el planeta Tierra. Somos el producto de cinco mil millones de años de evolución biológica lenta, fortuita, y no hay razón alguna para pensar en que se haya detenido tal proceso evolutivo. No es el clímax de una creación.
Así pues, los elementos químicos que se combinaron químicamente para dar origen a la vida, fueron producto de la síntesis nuclear en el interior de las estrellas (soles). Es decir, la vida está conectada con el origen de una parte finita del universo, porque el universo como totalidad no tiene principio ni fin es infinito.
En los primeros 500
millones de años, de existencia de la Tierra, durante el Eón
Hádico (4500-3800 millones de años), ya estaban dadas las
condiciones necesarias, para el surgimiento de la vida, como se observa en la
imagen siguiente.
Imagen 8. “Ingredientes” de la vida
El tránsito de la materia inorgánica a la materia orgánica y después a la materia viva (célula), siguió el siguiente proceso:
La humedad
atmosférica (el agua), mediante la energía aportada por el Sol, reaccionó
químicamente con el metano y el amoniaco, para sintetizar compuestos orgánicos
simples, que se depositaron en los océanos, en los que interaccionaron con los
minerales aportados por los continentes y/o fuentes hidrotermales, que a través
de la polimerización dieron origen a compuestos orgánicos más complejos:
lípidos, particularmente, fosfolípidos; proteínas y ácidos nucleicos;
compuestos, que al interaccionar con el agua de los océanos, principalmente,
los fosfolípidos, dieron como resultado la formación de la membrana celular,
con la que apareció propiamente la primera célula procariota y, con ella la
vida primitiva, hace 3500 millones de años, cambio cualitativo que implicó
el inicio del Eón Arcaico (3500-2500 millones de años).
Otros autores, entre
los que destaca Davies (1999) explica que otro entorno localizado en las
profundidades del mar, en las chimeneas hidrotermales en las áreas contiguas a
las dorsales oceánicas, existen gran cantidad de sustancias químicas minerales
que probablemente contribuyeron a la formación de la célula primitiva
aprovechando la enorme cantidad de energía (calor) aportada por la tectónica de
placas.
Con la vida primitiva surgió su rasgo esencial definitorio, que consiste en transformar la materia y energía que aportaba el medio para su desarrollo. En una condición de abundante alimento orgánico depositado en los océanos, producido en forma natural por procesos químicos, similares a los que formaron los compuestos orgánicos que dieron origen a la vida, por lo tanto, el metabolismo era heterótrofo, pues no era necesario elaborar el alimento. Respecto a esta necesidad alimenticia (Canfield, 2016) explica que a medida que creció exponencialmente la población bacteriana, el alimento se agotó, por lo que tuvo que aparecer necesariamente el metabolismo autótrofo con las cianobacterias; primero a base de la combinación de sustancias inorgánicas, como el sulfuro de hidrógeno y después, con el agua aportada por el océano que se combinó químicamente con el bióxido de carbono, para producir glucosa y la liberación de oxígeno molecular libre a la atmósfera, hace unos 2500 millones de años.
La fotosíntesis, fue la respuesta metabólica a la falta de alimento orgánico e inauguró un nuevo Eón: el Proterozoico (2500-550 millones de años). La vida primitiva se originó en un ambiente anaeróbico, es decir, en ausencia de oxígeno, ya que, en una atmósfera aeróbica, el oxígeno hubiera inmediatamente oxidado a los primeros compuestos orgánicos, con lo que la aparición de la vida hubiera sido imposible. Durante 1000 millones de años el oxígeno producto de la fotosíntesis fue liberado primero al océano y por tratarse de un elemento químico muy reactivo, se combinó con los elementos metálicos disueltos en los océanos, principalmente el hierro, para formar óxidos de hierro. Una vez agotada la oxidación de los metales disueltos en los océanos, tuvo que liberarse a la atmósfera en su forma molecular (O2).
La presencia del oxígeno en la atmósfera y su disolución en los océanos fue crucial para el desarrollo de vida más complejo. Antes de su aparición, el metabolismo era anaeróbico, en las nuevas condiciones, el oxígeno resultaba letal para la vida anaeróbica, por lo que muchas bacterias se extinguieron y otras se refugiaron en ambientes anaeróbicos. Otras se vieron obligadas a evolucionar y desarrollaron un metabolismo aeróbico, más eficiente energéticamente que su antecesor, ya que produce 36 moléculas netas de ATP por cada molécula de glucosa oxidada, contrastando con el metabolismo anaeróbico, que por cada molécula de glucosa genera 2 moléculas de ATP (energía química), según lo documenta Asimov (1985).
El oxígeno fue crucial para el desarrollo de organismos más complejos, como fue el origen de la célula eucariota, hace unos 1500 millones de años. Con la célula eucariota, aparecen los organismos pluricelulares y al final del Eón Proterozoico, surgió la fauna de Ediacara, en la que probablemente influyó el enfriamiento del planeta, al producirse su congelación, lo que se conoce como Tierra “bola de nieve” hace unos 650 millones de años. De no ser por la tectónica de placas, que generó una intensa actividad volcánica, que rompió la cubierta de hielo que envolvía al planeta, tal vez la vida se hubiera extinguido, pero los volcanes la rescataron, principalmente, por la emisión de grandes cantidades de vapor de agua y bióxido de carbono, ambos de efecto invernadero que calentaron al planeta y lo volvieron a la normalidad.
Después del episodio de la Tierra “bola de nieve” aparecieron formas de vida más complejas, con estructuras esqueléticas duras a base de minerales resistentes (compuestos principalmente de calcio y silicio) que favorecieron su preservación, dando origen a un nuevo Eón: el Fanerozoico (550-0 millones de años), cuyas eras son: la Paleozoica (550-250 millones de años), la Mesozoica (250-65 millones de años) y la Cenozoica (65-0 millones de años).
2.4. Energía biológica (química) en el origen de la especie humana
De todo lo expuesto, es evidente que el origen de la vida se remonta has el surgimiento de una parte finita del universo, lo que en la astrofísica se conoce como el “Big ban”, como se observa en la imagen 9.
Imagen 9. Desde el "Big Bang"
a la especie humana en la Tierra
En la anterior imagen, se esquematiza el prolongado proceso del movimiento de la materia, desde la explosión de estrellas de diversos tamaños y temporalidades diferentes, que dieron origen a la formación de estrellas (soles) con sus correspondientes planetas. En la Tierra, según Hazen (2015), en el Eón Hadeano, una vez que la Tierra se formó, en sus primeros 50 millones de existencia fue impactada por multitud de asteroides, destacando uno del tamaño de Marte, dando así origen a la Luna, que en aquel momento estaba a una distancia de 24,000 kilómetros de nuestro planeta y en la actualidad está a 382,000 km., por consiguiente, se aleja alrededor de 4 centímetros por año. Además, dicho impacto produjo la inclinación del eje terrestre en un ángulo de 23.5°, inclinación que genera la sucesión de las estaciones climáticas durante el año. En seguida, en los siguientes 50 millones de años, se formó una corteza de naturaleza basáltica, cuando la temperatura descendió por abajo de los 1500 °C. En los siguientes 100 millones de años, la temperatura siguió disminuyendo, hasta un valor que provocó por el frío, la condensación del vapor de agua de la atmósfera, para formar las nubes que posteriormente produjeron lluvias torrenciales, cuyos escurrimientos se almacenaron en las cuencas -depresiones del relieve-, dando como resultado la formación de los océanos. El basalto -roca- "selló" la corteza del océano global -solo emergían islas volcánicas-, mecanismo que atrapó el calor interno derivado de los elementos químicos radiactivos -uranio, plutonio, torio y potasio radiactivo 40- del manto terrestre, proceso que produjo el aumento de la temperatura (650 °C), con lo que se generó la fusión de la roca basáltica y en presencia del agua oceánica formó el granito, roca intrusiva de menor densidad que el basalto, por consiguiente, emergió para formar los continentes. Así, las condiciones necesarias estaban dadas para el surgimiento de la vida primitiva: una atmósfera de naturaleza reductora -ausencia de oxígeno-, cuyos gases principales eran el bióxido de carbono, el vapor de agua, metano y amoniaco; continentes de roca granítica, agua líquida contenida principalmente en las cuencas oceánicas y energía abundante proporcionada por el Sol y las fuentes hidrotermales terrestres. Los gases de la atmósfera reaccionaron químicamente para formar compuestos orgánicos simples, que por acción de la lluvia se depositaron en los océanos; junto con los elementos químicos inorgánicos derivados de las rocas continentales transportados por las corrientes superficiales -ríos- y depositados también en los océanos y/o minerales aportados por las fuentes hidrotermales, sustancias químicas inorgánicas que al combinarse dieron como resultado compuestos orgánicos, tales como azúcares, aminoácidos, nucleótidos, ácidos grasos, etc., que al interaccionar en el océano primitivo formaron sustancias orgánicas más complejas, como fueron las proteínas, ácidos nucleicos y fosfolípidos; moléculas fundamentales para el origen de la vida. Particularmente los fosfolípidos, en su interacción con el agua se organizaron de tal forma que envolvieron a las moléculas orgánicas complejas para formar una membrana que las separó del medio externo. Con la formación de la membrana apareció propiamente la célula procariota primitiva carente de núcleo y la propiedad genérica más esencial de la materia viva: el intercambio recíproco de materia y energía con su entorno externo. El aporte de materia orgánica por el ambiente exterior, implicaba su metabolismo en el interior de la célula. Por un lado, implicaba su transformación -anabolismo- en compuestos orgánicos como fuentes de nutrición y energía; y, por el otro, el catabolismo, particularmente la respiración anaeróbica que convertía a los compuestos orgánicos en materia y energía, que retornaban al entorno exterior. Así, apareció el metabolismo, proceso contradictorio que mueve a la materia viva para su reproducción y renovación de sus componentes vitales, rasgos también esenciales y proporciona la materia y energía para el desarrollo (crecimiento, reproducción, herencia, etc.) de la vida. Así pues, la vida había aparecido, como consecuencia de un prolongado movimiento cuantitativo y cualitativo de la materia inorgánica. Así, hace 3500 millones de años apareció la forma de vida más primitiva, representada por las bacterias procariotas, organismos unicelulares, que vivían en ausencia de oxígeno, es decir, en condiciones de anaerobiosis. Como uno de los rasgos esenciales de la vida es la nutrición, por consiguiente, los organismos primitivos tenían que buscar compuestos orgánicos sintetizados abióticamente para su alimentación. Como la reproducción es otra propiedad esencial de la vida, en consecuencia la población microbiana aumentó, generando el agotamiento de las fuentes de alimentación, por lo que hace 2500 millones de años aparecieron las cianobacterias, las cuales desarrollaron la capacidad de aprovechar el bióxido de carbono y el agua, que con el aporte de energía proveniente del Sol, produjo la fotolisis del agua, cuyo hidrógeno se combinó con el bióxido de carbono para formar los carbohidratos y la liberación de oxígeno molecular liberado a la atmósfera. A este proceso se le conoce como fotosíntesis y se caracteriza por la capacidad de las cianobacterias para elaborar sus propios alimentos. El oxígeno molecular liberado al aire, contribuyó a la formación de formas de vida más complejas, de tal forma que hace 1500 millones de años, aparecieron los organismos eucariotas, que a diferencia de los procariotas tienen un núcleo en el que se concentra el material genético, que controla la reproducción y la síntesis de las proteínas. Con la fotosíntesis de las cianobacterias y posteriormente de las algas y de las plantas superiores, el oxígeno molecular siguió aumentando en la atmósfera hasta alcanzar su valor actual de 21%. Con el oxígeno aparecieron formas de vida más complejas durante el Eón Fanerozoico, hace unos 550 millones de años, particularmente se desarrollaron los reinos animal y vegetal. Dentro del reino animal apareció la clase de los mamíferos, de la que se desprendió una familia, la de los primates que en su evolución generó una subfamilia de los homínidos que en su desarrollo dio origen a los Australopitecos, y debido a un cambio climático -enfriamiento- ocurrido hace tres y medio millones de años, desaparecieron los bosques por lo que se vieron obligados a caminar erectos, quedando las manos libres, que inicialmente les sirvieron de "herramientas" naturales para su defensa ante las fieras salvajes y posteriormente fueron cruciales para fabricar instrumentos de trabajo y de protección, dando así origen al hombre primitivo -Homo habilis- hace unos dos millones de años. Así pues, fueron los instrumentos de piedra más rudimentarios, los que permitieron al Homo habilis dar el “salto” para superar a su antecesor el Australopiteco. Las nuevas tecnologías líticas creadas por el Homo erectus le permitieron producir el fuego al tallar las piedras y luego por frotamiento de las mismas; así, como por frotamiento de ramas vegetales secas y luego usarlo en el cocido de los alimentos (vegetales y animales). La incorporación de carne a la dieta, tuvo consecuencias trascendentales, de tal forma que se produjo un aumento en el tamaño del cerebro, al pasar de 650 gramos de su predecesor el Homo habilis a 900 gramos.
Es evidente el cambio cuantitativo en el tamaño del cerebro, pero como es obvio no se puede dejar de lado el aspecto cualitativo, por lo que a la par con el crecimiento, el cerebro se volvió más complejo. El hombre de Cro-Magnon (Homo sapiens) que sucedió al Homo erectus, desarrolló un cerebro más grande -1500 gramos- y más complejo. Perfeccionó los instrumentos de trabajo, con esto su actividad productiva se hizo más compleja socialmente, lo que repercutió en la aparición del lenguaje articulado, base del pensamiento abstracto plasmado en el arte de las pinturas rupestres. Así pues, con la aparición del Homo sapiens, hace unos 40 000 años, apareció la materia pensante (cerebro) y con ella la conciencia, capacidad específicamente humana de reflejar la realidad material, a través de la religión, el arte (pinturas rupestres) y la ciencia como su forma superior.
En síntesis, todos los organismos vivos, desde los más simples hasta la especie
humana, son "hijos" de las estrellas, resultado de la transformación
cuantitativa y cualitativa de la materia inorgánica durante miles de millones
de años, para transformarse en materia orgánica, materia vida en materia
inteligente.
3. Energía celular (química)
Desde hace muchos años, en las carreras biológicas en general y en lo particular en la medicina y la nutrición humana, a pesar de los cursos de biología celular, bioquímica, anatomía y fisiología, etc.; los organelos celulares encargados de producir la energía química, para impulsar todos los procesos metabólicos (mitocondrias), han sido subvalorados y en consecuencia también han sido subestimados en la producción de energía de calidad para fomentar la salud y reducir el impacto de la enfermedad.
Entre los pocos libros que han resaltado el papel trascendental de las mitocondrias en la generación de energía está: La energía y la vida de Peña y Dreyfus (1997), en que sus autores explican la importancia de las plantas en la transformación de la energía solar en energía química (ATP), a través de la fotosíntesis en los organelos denominados cloroplastos propios de los vegetales, algas y cianobacterias, la cual involucra 2 fases: la primera en la que la luz solar al interaccionar con la clorofila de las hojas, genera la energía química (ATP); además, se produce por acción de la luz solar la rotura de la molécula de agua en hidrógeno y oxígeno molecular que se emite a la atmósfera (aire); la segunda que se realiza sin el concurso de la luz, en la que por medio de la energía aportada por el ATP, se combina el hidrogeno con el CO2 del aire para generar glucosa, según la siguiente reacción química:
6 CO2 (aire)+6 H2O (agua)+ATP
(energía química) = C6H12O6+6 O2 (liberado al aire)
La célula vegetal, además de los cloroplastos, también poseen mitocondrias, que realizan el proceso inverso de la fotosíntesis, la oxidación de los alimentos en la que el papel del oxígeno molecular liberado en atmósfera (aire) es protagónico, ya que al combinarse con los macronutrientes de los alimentos genera la energía para impulsar los procesos metabólicos.
La célula animal en general y de la especie humana en particular no tienen cloroplastos, por lo que dependen en la primera fase de la cadena alimenticia de las plantas para proveerse de alimentos como “combustibles” energéticos; y, en el caso de la especie humana recurre a los alimentos vegetales y animales como fuentes de energía para sus procesos metabólicos.
Clegg (2021) en lo que respecta a la energía
celular explica que el Trifosfato de Adenosina (conocido como ATP) es la moneda
de cambio de la energía de todas las células, de las bacterias a los seres
humanos. Todos los procesos que se producen en nuestro cuerpo, desde la
contracción muscular a la fabricación de nuevas proteínas, requieren energía
extraída de este nucleótido. El trifosfato de adenosina es una molécula de
tamaño relativamente pequeño cuya solubilidad hace que se pueda difundir
rápidamente y proporcionar energía donde se necesite. Consta de tres partes:
una base (adenina), un azúcar (ribosa) y tres grupos fosfatos (PO4 con
cargas negativas) enlazados que forman una cola. Cuando se rompe el enlace
relativamente inestable entre el último grupo fosfato y el anterior, se libera
una gran cantidad de energía y se forma difosfato de adenosina y fosfato
inorgánico (Pi). Nuestro cuerpo consume en promedio diario el equivalente a
nuestro peso en ATP, pero dado que se trata de un proceso contradictorio y por
ende cíclico, continuamente se está regenerando a partir de difosfato de
adenosina, siempre y cuando se aporte una alimentación equilibrada que en su
metabolismo aporte dichos sustratos.
Tanto las plantas como los animales utilizan principalmente para producir ATP a través de la respiración en las mitocondrias. Una sola molécula de glucosa el cuerpo puede producir hasta 38 moléculas de ATP.
Es conveniente resaltar que el organismo humano también puede recurrir a la “quema” de grasa para producir ATP y se trata de una energía más eficiente para impulsar el metabolismo del organismo humano. Esto sucede cuando la alimentación es baja en carbohidratos y alta en grasas y proteínas, y en condiciones de ayuno.
Otro estudio más reciente de Means (2025), destaca la importancia de las mitocondrias como centrales energéticas, en las que se “fabrica” de energía química (ATP) para que los organismos vivos en general y en particular en el organismo humano, impulse el metabolismo, como proceso esencial que define la vida.
Para que las mitocondrias produzcan energía metabólica de calidad hay que proporcionarles un estilo de vida propicio (entorno ambiental externo e interno favorable, alimentación baja en carbohidratos (almidones, harinas, sacarosa, etc.), cuyo metabolismo libera poca glucosa, sueño de calidad y actividad física regular, para reducir el estrés oxidativo, la inflamación y la glicación de la glucosa sanguínea; procesos metabólicos que en conjunto causan disfunción mitocondrial que deteriora la salud y propicia su conversión en enfermedad.
Así concluye la autora citada su libro: “El camino del bienestar humano no está hecho de fármacos y tratamientos para una lista cada vez más larga de enfermedades aisladas. Para mejorar nuestra salud hay que comprender que estamos conectados con el resto del universo, incluidos la tierra, las plantas, los animales, las personas, el aire, el agua y la luz del sol. Para prosperar, tenemos que volver a sentir admiración por nuestra interdependencia con todo lo que hay en el mundo natural. Debemos asimismo comprender que todas las partes de nuestro cuerpo están interconectadas, que no son un conjunto de órganos independientes, como las cuarenta y dos especialidades médicas nos quieren hacer creer. Cuanto más avanzamos en el conocimiento de la biología, más segura estoy de que, para alcanzar nuestro máximo potencial como seres humanos, debemos recuperar muchos elementos naturales de los que la vida moderna nos ha separado. No se trata de rechazar la modernidad o de recrear una época pasada, sino de utilizar diagnósticos, tecnologías e instrumentos de vanguardia para entender mejor nuestra relación con el mundo y para satisfacer nuestras necesidades metabólicas, codificadas en el interior de las células que nos conforman. Ahora contamos con los conocimientos y las herramientas necesarios para vivir más y mejor que en ningún momento de la historia. El quid está, pues, en conseguir que nuestras células produzcan más energía vital”.
4. Conclusiones
La vida está conectada químicamente con el universo, a través de la síntesis de los elementos químicos en el interior de las estrellas (soles) en que la materia está en estado plasmático (protones vs electrones), que dadas las altas velocidades con que se mueven, debido a las elevadas temperaturas (millones de °C) superan las fuerzas de repulsión de los protones (núcleos de hidrogeno) para su fusión, para generar otros elementos químicos (helio, carbono, oxígeno, etc.) y energía que la conecta con el Sol por medio de la fotosíntesis y a través de esta con el aire (CO2), con el agua (H2O) de los océanos y suelos, en los que se desarrollas los organismos fotosintéticos, etc. Además, la Tierra se conecta con su energía interna, también de carácter nuclear (fisión de elementos químicos pesados como uranio, plutonio, torio y potasio radiactivo 40), proceso físico que genera enormes cantidades de energía para mover a las placas tectónicas de la corteza terrestre, cuya interacción genera vulcanismo, terremotos, formación de montañas, océanos, etc. En suma, la vida está conexión con el universo, mediante varios intermediarios.
La vida es metabolismo y este es un proceso contradictorio (anabolismo vs catabolismo) constituido por un conjunto de reacciones químicas en todos los organismos vivos; es decir, sin química no hay vida. Así pues, se puede decir, que la vida es química y en este sentido, es necesario retroceder en el tiempo para conocer el origen de los elementos químicos (cosmoquímica), cuya interacción son las reacciones químicas que transformaron cuantitativa y cualitativamente a la materia inorgánica para dar origen a la materia orgánica (química del carbono) y de esta a la materia viva (célula).
Los elementos químicos que antecedieron a la materia orgánica y a la materia viva, se originaron hace miles de millones de años en el cosmos (universo) para dar origen a la cosmoquímica, sucedida por la formación del sistema solar (El Sol y su “familia” de planetas) para generar la geoquímica (química de la Tierra) y finalmente la vida (bioquímica) que culminó con la máxima complejidad con el ser humano (bioquímica humana).
Otro proceso central que se reitera en el movimiento de la materia, desde la cosmoquímica, la química de la vida (bioquímica) y la bioquímica humana es la energía. Tradicionalmente se le ha identificado con el movimiento mecánico y por eso se ha definido como la capacidad de producir un trabajo (fuerza x distancia); sin embargo, es una definición limitada que hace referencia solo al desplazamiento espacial (distancia) de un objeto material como resultado de la aplicación de una fuerza; definición formulada en el contexto histórico al final del siglo XVII, cuando fueron expuestas las leyes de la mecánica newtoniana. No obstante, para movimientos más complejos como el químico y aún menos para el biológico y mental (pensamiento) no aplica; y, como todo concepto y correspondiente definición, también se desarrollan con el progreso histórico del conocimiento, por esto, es necesario recurrir a la lógica (pensamiento) como ciencia filosófica para formular una nueva definición de energía, en base al rasgo genérico deducido de las diferentes formas particulares de energía (mecánica, eléctrica, química, nuclear, etc.). En este sentido, el rasgo genérico que identifica a todas las formas específicas de energía es: capacidad de movimiento de los objetos materiales y trasladado a la esfera del pensamiento como su reflejo mental.
Es evidente, que conocer lo que son los procesos materiales y su expresión mental (definición) no es suficiente; es necesario avanzar en el conocimiento de la causa (energía), con lo que el conocimiento humano estará con un conocimiento más exacto para explicar los objetos de estudio, que en el presente escrito se trata del metabolismo y la energía. Así, se estará en mejores condiciones para hacer conclusiones y recomendaciones, para la salud y la enfermedad como su contraparte son cruciales, porque si la energía metabólica no es de calidad repercutirá en la degradación de la salud y su degradación en enfermedad.
Para mejorar la función mitocondrial en la producción de energía metabólica de calidad, hay que proporcionarle el mejor ambiente externo e interno y principalmente los mejores alimentos como fuentes de energía, porque si seguimos como en la actualidad con alimentación “chatarra”, insomnio, sedentarismo, etc.; se producirá disfunción mitocondrial, lo que repercutirá en el deterioro de la salud y favorecer a su contraparte: la enfermedad.
Como establece el marco de referencia dialéctico, las tres leyes universales de la dialéctica materialista están implícitas parcialmente en los procesos biológicos, se deducen a través de un razonamiento deductivo elemental de la lógica aristotélica: y son: la vida al igual que todos los procesos del universo, es un proceso metabólico contradictorio (anabolismo vs catabolismo), que se mueve gradualmente hasta el momento en el que se rebasa la gradualidad (medida) y se produce un “salto” (cambios repentinos o bruscos) que interrumpe la cantidad para convertirse en un nuevo proceso biológico (calidad); es decir, hay una transición recíproca de la cantidad vs la cualidad. En este proceso dialéctico, se producen dos negaciones que anulan la contradicción metabólica: la primera en la que niega el anabolismo y es relevado por el catabolismo; la segunda que niega al catabolismo y para retornar al punto de partida y cerrar el ciclo. Esta ley de la doble negación afirma se mueve cíclicamente, para hacer posible la continuidad de la vida.
Desde luego las leyes generales de la vida no agotan su conocimiento específico (singular) y la ciencia biológica ha hecho muchos descubrimientos, entre los que destacan: a nivel celular: metabolismo (catabolismo vs anabolismo), carga iónica (catión vs anión), reproducción (mitosis vs meiosis), química (oxidación vs reducción), vida vs muerte, etc.; a nivel organismo: respiración (inhalación de aire vs exhalación de aire), homeostasis (estabilidad vs inestabilidad), salud vs enfermedad, sistema endocrino (insulina vs glucagón, testosterona vs estrógeno, cortisol vs melatonina, ghrelina vs leptina, etc.), sistema nervioso (centra vs periférico) sistema nervioso autónomo (simpático vs parasimpático), comunicación nerviosa (polarización vs despolarización) a través de la bomba sodio/potasio; etc. En síntesis, el movimiento biológico, al igual que todos los procesos de universo, es contradicción en acción.
5. Referencias bibliográficas
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