Bogdanov - El fisico visita al biologo

Prefacio

«Nadie puede abarcar lo inabarcable» —dijo Kozmá Prutkov . En efecto, es algo imposible. Y no obstante, ¡qué irresistible afán de hacerlo nos devora! ¿No fue, precisamente, ese afán de «abarcar lo inabarcable» el que sirvió de aliciente para el nacimiento y el rápido fomento —que continúa en la actualidad— de nuevas ciencias dispuestas en la linde de dos o varias ciencias tradicionales? Deviene claro que el ulterior progreso en cualquier ciencia es imposible sin la utilización de los logros de otras ramas del conocimiento. La matemática y la física. La física y la química. La matemática y la electrónica. La simbiosis de estas ciencias exactas, actualmente, parece natural, y la física matemática, la química física y la matemática de computación surgidas como resultado de esta simbiosis ya hace mucho que se han convertido en nombres acostumbrados.

Quiso la suerte que la biología y la medicina no fueran a parar a la categoría de ciencias exactas. El objeto de estudio de estas ciencias, el organismo vivo, es hasta tal grado complejo y multiforme que ni siquiera hoy en día existe la posibilidad de describir con precisión todas sus características y regularidades. En el curso de muchos siglos la biología intervenía tan sólo como ciencia descriptiva y, prácticamente, no explicaba las causas de la mayoría de los fenómenos que transcurren en el organismo vivo. Y he aquí que ahora todos nosotros somos testigos de cambios cualitativos operados en las ciencias biológicas. La utilización de los logros de la física y de la química ofreció la posibilidad de investigar los fundamentos de la vida a nivel molecular. Como resultado de la interpenetración de la química y la biología, así como de la física y la biología se originaron la bioquímica y la biofísica.

El libro que presentamos al lector es una introducción —al alcance de todos— a la biofísica, y da a conocer las diversas aplicaciones de la física a la biología.

Capítulo 1

Electricidad viva

...transformar la fuerza eléctrica en nerviosa.

M. Faraday

Contenido:

En los tiempos remotos

Membrana

Potencial de reposo

Potencial de acción

Propagación del impulso nervioso

Nódulos de Ranvier

Zombi y canales de sodio

¿Y qué viene por fuera?

Relámpagos vivos

Electricidad en las plantas

¿Poseen o no los animales una brújula magnética?

En el curso de más de cuatro siglos las relaciones entre los fenómenos electromagnéticos y la vida constituían el objeto de acaloradas discusiones. Y tan sólo en nuestro siglo, con la aparición de instrumentos lo suficientemente sensibles, se logró demostrar que el desarrollo de muchos procesos en el organismo vivo, efectivamente, viene acompañado de variaciones del campo eléctrico. En los últimos cuatro o seis lustros se acumularon numerosos datos que testimonian sobre alta sensibilidad de los organismos vivos al campo electromagnético. Y, además, los efectos observados de ningún modo pueden explicarse por la acción térmica de este campo.

Se conoce, por ejemplo, que la narcosis general (la pérdida del conocimiento y de la sensación de dolor) puede provocarse al dejar pasar a través del cerebro del hombre los impulsos de la corriente alterna. Este método de anestesia durante las operaciones se aplica en la actualidad ampliamente tanto en la Unión Soviética, como en otros países. La dirección de las líneas de fuerza del campo eléctrico de la Tierra sirve de «brújula» durante las migraciones lejanas de la anguila atlántica. Las capacidades de navegación de las palomas se basan en la percepción del campo magnético de la Tierra. El crecimiento de los huesos de nuestro esqueleto varía en el campo eléctrico y hoy en día esta circunstancia se utiliza para curar las fracturas. Si hubiéramos querido, podríamos continuar todavía más esta enumeración de los efectos biológicos del campo electromagnético, sin embargo, ésta no es nuestra tarea.

En los tiempos remotos

El pionero en la investigación del papel que desempeña el campo eléctrico en el organismo vivo fue el profesor de anatomía de la Universidad de Bolonia Luis Galvani. Desde el año 1775 comenzó a interesarse por la relación entre la «electricidad y la vida». En 1786 uno de los asistentes del profesor, al separar con el escalpelo el músculo de la pata de la rana, tocó casualmente con el instrumento el nervio conducente a este músculo. Simultáneamente, en la misma mesa en el laboratorio estaba trabajando una máquina electrostática, el generador de electricidad estática, y cada vez que la máquina producía una descarga el músculo de la rana se contraía. Galvani llegó a la conclusión de que, de cierto modo, la electricidad «entraba» en el nervio, lo que conducía a la contracción del músculo. El siguiente lustro Galvani lo dedicó al estudio del papel de diferentes metales en concepto de su capacidad de provocar las contracciones musculares. La deducción a que llegó Galvani consistía en que si el nervio y el músculo se encontraban en placas metálicas iguales, el cierre de éstas con el alambre no surtía ningún efecto (fig. 1). En cambio, si las placas resultaban preparadas de diferentes metales su cierre se acompañaba de contracción muscular.

Galvani comunicó sobre su descubrimiento en 1791. El científico consideraba que la causa de convulsiones de la pata de la rana era la «electricidad animal» engendrada en el propio cuerpo del animal, mientras que el alambre servía tan sólo para cerrar el circuito eléctrico. Una copia de su trabajo Galvani envió a Alejandro Volta, profesor de física en la ciudad de Pavía (Italia del Norte).

Figura 1. Esquema del experimento de L. Galvani; el análisis de este experimento llevó a A. Volta al descubrimiento de la fuente de corriente continua

Volta repitió los experimentos de Galvani, obtuvo los mismos resultados y, al principio, estaba de acuerdo con su conclusión, pero más tarde Volta prestó atención a que la «electricidad animal» sólo se engendra cuando en el circuito se tenían dos metales diferentes. Volta demostró que el contacto con la lengua de dos diferentes metales conectados entre sí provoca la sensación de sabor. Y si se toca con una hoja de estaño el globo del ojo, sujetando simultáneamente en la boca una cuchara de plata, el cierre de la cuchara y de la hoja produce la sensación de luz. En su intento de refutar la tesis de Galvani sobre la existencia de la «electricidad animal» Volta sugirió que el circuito constituido por dos diferentes metales en contacto con la disolución salina debía servir de fuente de corriente continua, a diferencia de la máquina electrostática que producía tan sólo descargas eléctricas.

La suposición de Volta resultó justa, y en 1793 el científico publicó su trabajo dando la descripción de la primera fuente de corriente continua. Aunque Galvani, poco tiempo después, demostró que la «electricidad animal» existía también en los circuitos que no comprendían contactos biometálicos, él se vio privado de la posibilidad de continuar su disputa con Volta. En 1796 la ciudad de Bolonia pasó bajo el control de Francia y Galvani que se negó a reconocer el nuevo Gobierno fue expulsado de la Universidad. Se vio obligado a buscar refugio en casa de su hermano donde ya no se podía dedicar a la actividad científica hasta su muerte que ocurrió en 1798. En 1800 Volta presentó su descubrimiento ante Napoleón, recibiendo una alta remuneración. De este modo, la discusión entre dos compatriotas diferentes por sus convicciones políticas, el temperamento y los puntos de vista científicos dio un impulso al desarrollo de la física y la biología modernas.