La electricidad es vida

Cerebro y Universo. La electricidad es vida
Créditos: Izquierda, Mark Miller, Brandeis University, neurona y sus conexiones en el cerebro Derecha: Virgo Consortium for Cosmological Supercomputer Simulations, Simulación por computadora de una estructura del Universo a gran escala, via visualcomplexity.com y The New York Times

Hablamos mucho del plasma solar, del plasma galáctico, de las auroras, de la magnetosfera de la Tierra, etc… Todo ello son fenómenos eléctricos que están ahí afuera, en el cielo, en los confines del universo, lejos de nuestro alcance. Pero pocas veces nos hemos planteado observar y buscar a este lado, dentro de nosotros mismos, hasta un límite infinitesimal. Pues bien, en esa dirección vamos a encontrar lo mismo, cargas eléctricas, campos eléctricos y, en definitiva, fuerza eléctrica.

Como sabiamente establece el famoso principio de correspondencia: “Lo que es arriba, es abajo”. Lo esencial, el comportamiento último de las cosas, es algo que subyace en todas los niveles, en todas las escalas conocidas, desde la escala cosmológica a la escala infinitesimal.

Contemplando las dos imágenes de arriba no dejo de asombrarme por su increíble semejanza y me hace reflexionar acerca de lo que eso parece implicar. ¿El Universo es también un ser vivo? ¿Nosotros somos microorganismos dentro de ese gran ser vivo?

Lo que es arriba, es abajo. Por lo tanto, todas las manifestaciones de la realidad última son escalables.

La escalabilidad del fenómeno eléctrico

Uno de los axiomas de la fisica del plasma establece que el comportamiento eléctrico del plasma es escalable, es decir, que lo observado por ejemplo a escala estelar, es reproducible igualmente a escala de laboratorio. Pero debemos romper más nuestros esquemas e ir más allá. ¿Por qué quedarnos en el laboratorio?

El 99% del universo conocido está constituido por plasma eléctrico, el cuarto estado de la materia. Nosotros somos parte del universo, por lo que es razonable pensar que en nosotros mismos también debería manifestarse el fenómeno eléctrico.

La Bioelectricidad. Electricidad y vida

Por lo tanto, viajemos en sentido contrario y observemos hacia adentro: órganos, músculos, cerebro, fibras nerviosas, fibras musculares, neuronas, células musculares, moléculas, átomos, electrones… cargas eléctricas ¿Qué conclusión sacamos? Estamos hechos de la misma materia de la que están hechas las estrellas. Pero la principal conclusión a la que hemos llegado es que somos eléctricos. Todos los seres vivos son eléctricos en su más íntima esencia.

La electricidad es lo único suficientemente rápido como para transportar los mensajes y la información que nos permite ser lo que somos. Nuestros pensamientos, nuestra habilidad para movernos, ver, soñar, todo ello se lo debemos fundamentalmente a los impulsos eléctricos. Nuestros cuerpos físicos viven gracias a la fuerza eléctrica y a continuación vamos a ver por qué y cómo.

La biolectricidad se define como la corriente y potencial eléctrico producidos dentro de los organismos vivos. Los potenciales bioeléctricos se generan por medio de diversos procesos biológicos y generalmente poseen un voltaje de entre 600 milivoltios y 1 voltio.

Experimentos de Galvani con ranas
Experimentos de Galvani con ranas

Los efectos bioeléctricos se conocen desde tiempos remotos, gracias a ciertas especies de peces eléctricos como el siluro del Nilo y la anguila eléctrica. Los experimentos en ranas, que Luigi Galvani y de Alessandro Volta realizaron en el siglo XIII, estudiando la conexión entre la electricidad y la contracción de los músculos, fueron decisivos en el desarrollo de las ciencias de la física y la fisiología. En los tiempos modernos, las medidas de los potenciales bioeléctricos han constituido una práctica habitual en la medicina clínica. Los efectos eléctricos observados en las células activas del corazón y del cerebro, por ejemplo, son monitorizadas y analizadas con frecuencia en el campo de la diagnosis.

Los potenciales bioeléctricos son idénticos a los producidos por dispositivos tales como baterías o generadores. En casi todos los casos, sin embargo, una corriente bioeléctrica consiste en un flujo de iones (átomos o moléculas cargados eléctricamente) mientras que la corriente eléctrica usada para la iluminación, comunicaciones, etc… está constituida por un flujo de electrones.

Si dos soluciones con diferentes concentraciones de un determinado ión se separan por un membrana que bloquea el flujo de los iones, el desequilibrio de concentraciones da lugar a una diferencia de potencial eléctrico entre las dos soluciones. En la mayoría de soluciones, los iones de una carga eléctrica dada se acompañan de iones de la carga opuesta, de tal manera que la solución misma carece de carga neta.

Si dos soluciones con diferentes concentraciones se separan por un membrana que permite pasar un tipo de ión pero no el otro, las concentraciones del ión que puede pasar tenderán a igualarse en ambos lados, mediante difusión, produciendo carga neta igual pero opuesta en las dos soluciones.

Electricidad en las células. Bombas de sodio y potasio
Electricidad atravesando la membrana celular. Así funciona la bomba de sodio y la bomba de potasio, el proceso básico de nuestro metabolismo

En las células vivas, las dos soluciones se localizan a ambos lados de la membrana celular, una dentro y otra fuera de la célula. La membrana celular que las separa es semipermeable, permitiendo a ciertos iones pasar a través de ella, a la vez que bloquea a otros. En particular, la membrana de las células nerviosas y musculares son ligeramente permeables a los iones positivos de potasio (K+), que se difunden hacia afuera, dejando una carga negativa en el interior de la célula.

El potencial bioeléctrico a través de la membrana celular es de unos 50 milivoltios. A estePotencial de acción potencial se le conoce como “potencial de reposo”. Todas las células utilizan sus potenciales bioeléctricos para ayudar a los procesos de control metabólico, pero algunas de ellas hacen un uso especializado de las corrientes y potencial bioeléctrico en diversas funciones fisiológicas. Algunos ejemplos se encuentran en las células musculares y nerviosas. La información se transmite mediante impulsos eléctricos, denominados “potenciales de acción”, que circulan a lo largo de las fibras nerviosas , intervieniendo aquí el transporte de iones de sodio (Na+). Impulsos similares en las células musculares intervienen en la contracción muscular.

Impulso eléctrico circulando por una neurona
Impulso eléctrico circulando por una célula nerviosa (neurona). Crédito: www.enciclopediasalud.com V.Barceló

En las células musculares y en las nerviosas, la estimulación química o electroquímica da lugar a cambios temporales en la permeabilidad de las membranas celulares, permitiendo que el potencial eléctrico entre ambos lados de la membrana se descargue originando una corriente eléctrica que se propaga a lo largo de las fibras nerviosas o bien activando el mecanismo de contracción de las fibras musculares.

Las células sensitivas receptoras de la luz, del sonido y del tacto, así como las secretoras de hormonas, son algunas de las células cuyas funciones tan especializadas dependen directamente del buen funcionamiento de los potenciales bioeléctricos.

La electricidad como arma de defensa en algunos animales

Varios peces, tanto marinos como de agua dulce, han desarrollado órganos específicos capaces de generar descargas eléctricas considerables, mientras que otros poseen tejidos que pueden detectar en el agua débiles campos eléctricos.

En más de 200 especies distintas de peces, su órgano bioeléctrico tiene la función de auto-defensa o de caza. La raya eléctrica y la anguila eléctrica poseen unos órganos eléctricos especialmente potentes, que utilizan para inmovilizar o incluso matar a sus presas. La anguila eléctrica tiene tres pares de órganos eléctricos. Estos constituyen la mayor parte de su masa corporal y unas cuatro quintas partes de su longitud total.

Con un rango de unos centímetros alrededor de su cuerpo, la anguila eléctrica produce una descarga eléctrica que atonta y ralentiza a los pequeños peces que estén cerca. Además, cuando la anguila atrapa con la boca a su presa, se producen más descargas eléctricas que acaban por matarla, como se puede comprobar en el siguiente video:

A estos peces se les atribuye la capacidad de poder generar un shock eléctrico tan potente como para dejar aturdido a un ser humano. La anguila eléctrica puede producir una descarga de hasta 860 voltios con una intensidad de 1 amperio, pero con una duración de tan solo 2 milisegundos. Esta cortísima duración es lo que nos salva de sufrir daños importantes. Las rayas eléctricas poseen dos grandes órganos eléctricos con forma de disco, uno a cada lado del cuerpo, que contribuyen a la extraña forma de su cuerpo.

El siluro eléctrico africano o el pez cuchillo de Latinoamérica también utilizan probablemente sus órganos bioeléctricos como órganos sensoriales para detectar otros peces.

El elemento básico de su órgano bioeléctrico es una célula aplanada denominada electroplaca. Un gran número de electroplacas se ordenan en hileras y en paralelo para producir el voltaje y corriente eléctricos necesarios para la funcionalidad de su órgano eléctrico. Estos peces producen una descarga eléctrica súbita controlando el instante de activación de sus impulsos nerviosos en sus electroplacas.

Impulsos eléctricos a través de las neuronas
Representación artística de los impulsos eléctricos a través del tejido nervioso
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4 comentarios en “La electricidad es vida

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