Cuando se estrenó
Cube (Vincenzo Natali, 1997), me encontré con una original e interesante película de terror gore modeno y con un aire muy
geek que me encantó. Trata sobre un grupo de personas secuestradas por una autoridad desconocida e introducidas en un opresivo, complejo y mortal laberinto compuesto de cubos con puertas en sus caras y que se van conectando unos con otros. Hay pistas para encontrar la salida, pero también sádicas trampas mortales.
Asi que, cuando su continuación,
Cube 2: Hypercube (Andrezj Sekula, 2002), llegó a mis manos la ví con ganas. La misma premisa, pero esta vez muchísimo mas
geek: el laberinto es un
teseracto o hipercubo, es decir, un cubo de 4 dimensiones espaciales. En este laberinto, se producen una serie de fenómenos físicos complejos, que hacen innecesario poner trampas: si tienes que apañarte con nuestra mente tridimensional (pensamos en alto x ancho x profundo + tiempo) en un espacio tetradimensional (alto x ancho x profundo x otra cosa + tiempo), estas bien jodido.
El resultado fué una película muy injustamente infravalorada, posiblemente por la dificultad para que un espectador pueda introducirse en el mundo tetradimensional en el que están inmersos sus protagonistas.
Yo no voy a hablar del espacio tetradimensional, ni de los hipercubos ni de cómo percibiríamos la física en un espacio de una dimensión adicional al que percibimos, porque me saldría del tema que quiero tratar y además me metería en un vecindario en el que los habitantes son físicos teóricos, y sería como en la peli
The Warriors, cuando los protagonistas se meten en el territorio de los
Baseball Furies. Asi que me limitaré a la química del asunto. ¿no veis que la tiene?, tranquis, ahora os lo cuento.
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| Momento ultra-geek en Cube2:Hypercube: un hipercubo, proyectado en tres dimensiones, en constante movimiento aparente al modificarse la proyección sobre el espacio tridimensional. Es el equivalente con una dimensión extra a dibujar un cubo (tridimensional) en un papel (dos dimensiones) según varias orientaciones posibles. |
QUIRALIDAD: Lo que nunca cuentan las fantasías hiperdimensionales
Hypercube contiene varios errores físicos, pero yo voy a centrarme en un grave error químico de la película y que la invalida completamente, aún haciendo todas las concesiones que solemos hacer cuando vemos ciencia-ficción. Un fallo que, si lo hubieran tenido en cuenta, habría añadido interesantes situaciones a la película...
Para saber cual es el error, tenéis que llegar al final de ésta entrada. Primero voy a hablaros de la QUIRALIDAD en QUÍMICA. Esta es una propiedad importantísima de las moléculas, esencial para nuestra vida. A pesar de ser tan importante, si no sois químicos, probablemente la palabra os suene a chino...
Definamos pues:
la quiralidad es la propiedad que posee un objeto que no se puede superponer a su reflejo en un espejo.
es decir, un objeto es quiral cuando, si lo reflejo en un espejo y saco la imagen del espejo, al darla la vuelta, no "coincide" con la original. Si no lo veis claro, veamos dos ejemplos. El primero es un objeto quiral en un espacio bidimensional (alto x ancho):
A la derecha teneis un objeto bidimensional: una figura geométrica dibujada en un papel (el papel es nuestro espacio de 2 dimensiones). La línea central es un espejo imaginario. Los espejos de nuestro mundo son planos, es decir, tienen dos dimensiones. Asi que, el espejo en nuestro mundo de papel bidimensional debe ser de una dimensión: una línea. A la izquierda teneis su reflejo en el espejo. La misma figura "dada la vuelta".
Si intentáis superponer el reflejo a la figura original, desplazándola hacia la derecha, no podeis. No son superponibles: la figura es QUIRAL en el espacio bidimensional. ¿Lógico verdad?
Pero hay un truco: si le dais la vuelta al reflejo por encima del papel, la superpondreis sin problema a la original. Es decir, la figura es AQUIRAL en el espacio tridimensional. Pero este truco lo podéis realizar porque en el espacio plano en el que vive la figura, vosotros sois un Dios que domina la tercera dimensión.
Ahora haced un ejercicio: poned vuestras manos una frente a la otra. Imaginad que entre ellas hay un espejo: la mano derecha es el reflejo de la mano izquierda. Y ambas no pueden superponerse. Si las colocais una encima de la otra, el dedo gordo de una esta a la derecha y el de la otra a la izquierda. Las manos son QUIRALES en un espacio tridimensional. ¿que pasa si hubiera una cuarta dimensión que pudiera ser dominada?...ya os podéis hacer una idea. Una forma quiral en tres dimensiones no lo es en cuatro, por lo que podría ser volteada a través de la cuarta dimensión. Sigamos...ya queda poco.
ESTEREOQUÍMICA: estudiando las moléculas según su estructura tridimensional.
Las moléculas son objetos tridimensionales y, como tales, según se orienten las partes de su estructura pueden tener diferentes propiedades. Es decir, las propiedades químicas de una sustancia no dependen sólo de los átomos que la componen y de cómo se enlazan, sino también de cómo se orientan en el espacio. Esto es especialmente importante en las moléculas orgánicas, basadas en el carbono. Por ejemplo, considerad la molécula orgánica mas simple: el metano, CH
4.
Si reflejais la molécula en un espejo, el reflejo es indistinguible. El metano es una molécula aquiral. Pero ahora construyamos una molécula cambiando las bolas blancas (hidrógeno) por sustituyentes diferentes:
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| alanina...espejo...alanina |
Esto que veis son dos moléculas del aminoácido
alanina. que se encuentra, por ejemplo, en nuestras proteínas.
Las dos moléculas tienen exactamente los mismos átomos, pero una de ellas es el reflejo en el espejo de la otra. Ahora teneis que ejercitar la imaginación espacial...si, no os lo iba a explicar todo. Si queréis entender el meollo de la quiralidad, tenéis que imaginar a las moléculas dando vueltas dentro de vuestra cabeza:
si tomais la imagen de la izquierda, la dais la vuelta y tratais de superponerla sobre la de la derecha, no podréis. No son superponibles, por tanto la alanina es quiral. No tenemos un sólo aminoácido llamado alanina. En realidad tenemos
dos aminoácidos llamados alanina, uno reflejo del otro. A uno de ellos le llamamos D (por dextro, derecha) y al otro lo llamamos L (por levo, izquierda), por analogía con nuestras manos izquierda y derecha, que son quirales también. Así las dos alaninas son: D-alanina y L-alanina, cada una de ellas en un lado de la imagen. A estas dos moléculas las llamamos
enantiómeros: moléculas con los mismos átomos, pero una de ellas es el reflejo en el espejo de la otra.
Lo alucinante de ésto es que sus propiedades químicas son lo suficientemente diferentes como para comportarse de diferente forma. Esto tiene una importancia
fundamental en bioquímica, farmacología, geoquímica, química orgánica...
Quiralidad y Vida: uno de los misterios de la Ciencia.
Sigamos con la alanina. Como la D-alanina y la L-alanina están formadas por los mismos átomos, en realidad no hay ninguna razón por la cual, si a mi se me ocurre una forma sencilla de sintetizarla, no se formen las dos.
Por ejemplo, si provoco descargas eléctricas en una atmósfera de metano y nitrógeno, se produce una mezcla orgánica en la cual la alanina es un componente importante. Pero aquí la alanina se encuentra como una mezcla exactamente al 50% de las dos formas, la de la izquierda y la de la derecha. Es una cuestión de probabilidad: la probabilidad de que los sustituyentes en el carbono quiral (la bolita gris que está en el medio) se distribuyan de una forma u otra es del 50%.
Así, cuando una sustancia es una mezcla al 50% de las dos formas, la D y la L, la mezcla se denomina
racémica.
Pues resulta que una de las propiedades fundamentales de la vida es la
homoquiralidad, es decir:
todas las moléculas quirales que existen en un organismo vivo, se encuentran necesariamente en una de sus formas enantioméricas.
¿por que?, pues
no tenemos ni idea.
Sabemos, por ejemplo, que todas las moléculas de alanina en nuestro cuerpo y en el de todos los organismos se encuentra como L-alanina. De hecho, cuando se encuentran moléculas quirales en la naturaleza fuera de los organismos vivos, siempre están en forma racémica. Es decir,
homoquiralidad y vida van unidas. Cuando vuestro cuerpo muera, todas las moléculas quirales, como la alanina, que lo forman, comenzarán un proceso de
racemización, es decir, se irá equilibrando la proporción de moléculas D y moléculas L hasta que, al cabo de un tiempo, haya el 50% de cada una. Esto es muy útil, ya que la proporción de enantiómeros se utiliza como
reloj en arqueología y paleontología.
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| La pregunta del millón..y en inglés encima... |
¿cual fué el origen de la homoquiralidad biológica? no lo sabemos. Sabemos que en nuestra bioquímica es necesaria. Nuestro organismo no funciona si los alimentamos con moléculas con la quiralidad "cambiada". Pero no sabemos cómo surgió la homoquiralidad. Esto da lugar a otras preguntas: ¿la homoquiralidad es una propiedad universal de toda Vida?, es decir, ¿si encontráramos vida extraterrestre, ésta sería homoquiral? ¿como sería la vida
al revés, es decir, dando la vuelta a todas las moléculas quirales que tenemos? ¿el hecho de que todos nuestros aminoácidos sean únicamente de la forma L y que todos nuestros azúcares sean de la forma D, es casualidad o un imperativo químico?
Quien encuentre respuestas a éstas preguntas, se habrá ganado un lugar en la Historia de la Ciencia.
¿Pistas?
Claro, tenemos pistas. Una de ellas surgió a partír de una de las reacciones químicas mas interesantes encontradas en el siglo XX: la
reacción de Soai
Esta reacción, que no voy a explicar en detalle, ahí la dejo para los lectores que tengan curiosidad, implica un hallazgo sumamente importante:
La homoquiralidad puede ser una propiedad que emerge a partir de un sistema de ciclos autocatalíticos
Esto significa que la homoquiralidad biológica puede ser una propiedad que nace a partir de la propia complejidad del sistema. Nuestra bioquímica está apoyada en un conjunto de ciclos autocatalíticos. Tal vez el hecho de que todas las moléculas quirales se presenten en una única forma, sea una consecuencia de las características autocatalíticas de las redes bioquímicas centrales. Yo había diseñado algunos experimentos para probar estas ideas, pero debido a los recortes en Ciencia en España, todo ha quedado en el tintero...
Volvemos a Hypercube
Si habéis entendido lo que os he contado, entendereis en qué falla la película Hypercube. Volvamos a pintar nuestra alanina:
Aquí esta en las dos formas. Es una molécula quiral
en nuestro espacio tridimensional. ¿que pasaría si pudieramos voltear la alanina en la cuarta dimensión?. En un espacio de 4 dimensiones, la alanina NO es quiral, podríamos invertir las moléculas y al final, en el espacio tridimensional, aparecerían al 50% las dos formas, en forma racémica.
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| "Hola, otra enantiómera de mi misma...." |
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| "¡ahora somos una mezcla racémica!" |
¿Que les pasaría a los protagonistas de Hypercube?. Podríamos pensar que tal vez se encontraran con sus
reflejos, como en la imagen anterior. Pero lo más probable es que pudieran invertirse a través de la cuarta dimensión. ¿al final habría una población de individuos, unos reflejo de otros?. Mas bién lo que ocurriría es que
sus moléculas se racemizarían. ya que al invertirse en la cuarta dimensión y volver a proyectarse en el espacio tridimensional, aparecerían como mezclas racémicas.
Esto provocaría que las proteínas y el ADN perdieran su estructura tridimensional y, por tanto su función, ya que la vida está directamente ligada a la homoquiralidad de las moléculas que la componen y los protagonistas
morirían instantaneamente convertidos en una masa informe y mucosa de color marrón dentro de piel reseca. Vamos, que la cuarta dimensión te deja hecho unos zorros. Chungo bacalao, como dice mi cuñao.
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| Así se te queda el cuerpo si te meten en un espacio de cuatro dimensiones... |
Que sepais que ésta entrada participa en el
XXIV Carnaval de Química, alojado en el más que recomendable blog
el zombi de Schrödinger.
