Científico de la Universidad de Chile logra calcular “el número de la vida”

Hace un par de años el PhD en Astrofísica Teórica de la Universidad de Yale, Estados Unidos, Andrés Escala Astorquiza incursionó en la biología al corregir la formulación matemática de la llamada “ley del fuego de la vida”, que considera la energía mínima que debían consumir los organismos vivientes para existir. Hoy el académico de la Universidad de Chile sube un nuevo peldaño y presenta una predicción relacionada a la esperanza de vida de los organismos vivos, según su metabolismo.

La razón por la cual los seres vivos envejecen y eventualmente fallecen, es aún un gran misterio, pero podría llegarse a una explicación de acuerdo a esta investigación donde “relacioné directamente la esperanza de vida en todos los organismos vivientes con su sistema respiratorio. Si bien la idea de que el metabolismo está relacionado al envejecimiento viene dando vuelta hace mucho tiempo, no había una fórmula concreta y válida para todo tipo de organismos, como la que se presenta en este trabajo y propongo evidencia a favor”, explicó el también investigador del Centro de Excelencia en Astrofísica CATA.

“El descubrimiento -en concreto- es que todos los organismos vivientes, desde más sencillos como los amebas, hasta grandes mamíferos como elefantes o la ballena azul, consumen a lo largo de su vida aproximadamente la misma cantidad de energía por gramo que lo constituye, pero solamente tras corregir dicho consumo por temperatura y por el número de latidos en cada ciclo respiratorio”, indica el científico.

Esto implica, según el formalismo presentado por Escala, que todas las especies deben de vivir aproximadamente lo mismo en términos de sus ciclos respiratorios (el tiempo que toma inhalar y exhalar en un ser humano, por ejemplo), por lo que a dicho número de ciclos respiratorios que tienen en común todos los organismos vivientes, se le podría llamar “el número de la vida”. “Esto contrasta con que en términos de tiempo absoluto, la vida en el mundo animal sobre la tierra se extiende desde menos de un día (vida adulta de algunas moscas como la efímera) a cientos de años (ciertas tortugas como las de galápagos)”. agrega Escala.

La relación entre metabolismo y envejecimiento ha sido tradicionalmente estudiada en términos de la llamada “hipótesis de los radicales libres”, la cual si bien ha presentado problemas en años recientes, “es indudable que estudiar la relación exacta entre el número de ciclos respiratorios a lo largo de la vida y los subproductos del proceso respiratorio, debería entregar grandes pistas sobre el origen del envejecimiento y la razón física (a nivel molecular) de la muerte natural”, comentó el astrofísico.

El consumo energético a lo largo de la vida

En el año 2019, Andrés Escala publicó un artículo en la revista Theoretical Ecology donde corregía la formulación matemática de la ley del “fuego de la vida”, también conocida como ley de Kleiber.

En esta ley, el químico y biólogo suizo Max Kleiber planteó cuál es el gasto energético mínimo que necesitan algunas especies para mantenerse vivas. En esta establecía que el metabolismo basal de un animal (su circulación sanguínea, sistema respiratorio, entre otros procesos) se podía estimar calculando su peso corporal elevado a la 0,75 potencia. Pero las mediciones posteriores indicaron que dicha potencia no se cumplía por igual en todas las especies, habiendo diferencias notables entre mamíferos y anfibios por dar un ejemplo. Fue así como Escala demostró que las excepciones a la Ley de Kleiber eran debido a su mala formulación matemática y no a la complejidad del problema per sé.

De acuerdo a este nuevo estudio, basado en la versión corregida por Escala de la Ley de Kleiber, a lo largo de su vida un ser vivo debe consumir (a una temperatura de 30°C) del orden de 8000 ml (mililitros) de oxígeno, esto es por gramo que constituye el organismo y por latido en cada ciclo respiratorio, que en términos energéticos equivale a que cada gramo consume aproximadamente 160.000 Joule, o más simple, a la energía necesaria para calentar un tazón de té o para mantener prendida una computadora por 10 minutos.

Desde hace un siglo se piensa que los organismos que tienen un metabolismo más rápido mueren más jóvenes, es decir “vive rápido y muere joven” como dice el refrán popular. Sin embargo, en años recientes esta idea ha sido puesta en duda por una serie de experimentos y datos contradictorios, pero que ahora con este trabajo que entrega una estimación más correcta de la energía consumida, se solucionan esos problemas que la evidencia contradecía.

“Una de las ventajas de la fórmula encontrada para el consumo energético de los seres vivos a lo largo de su existencia, es que se puede estimar cuánto subiría el consumo energético de los organismos vivos a medida que sube la temperatura de la tierra, importante en contexto del calentamiento global actual. Por ejemplo, en el caso de los organismos de “sangre fría” como reptiles, insectos o peces, su consumo energético subiría un 8.3% por cada grado Celsius que suba la temperatura en la tierra”, indica Escala.

Corrigiendo la descripción matemática en biología

Escala estuvo seis meses recopilando los datos sobre el tema hasta lograr formular su nueva propuesta matemática. “La herramienta o concepto matemático principal es la homología dimensional, que se basa en que solo cantidades equivalentes (es decir con las mismas unidades) se pueden comparar. En ese concepto se basa la ley metabólica que se utiliza en este trabajo para calcular el consumo energético a lo largo de la vida de los organismos”, explica el astrofísico.

Pero su trabajo no termina aquí, pues piensa continuar con investigaciones, tomando los mismos postulados utilizados en este trabajo, para lograr nuevas predicciones para el crecimiento ontogenético (desarrollo del organismo desde el nacimiento hasta la edad adulta) y de población animal, donde demuestra como la frecuencia cardíaca puede determinar otros tiempos biológicos sumamente relevantes, tales como el tiempo de crecimiento de un organismo a la vida adulta, de crecimiento de poblaciones, etc.

Los resultados de este trabajo aparecieron hoy en el artículo “Universal relation for life-span energy consumption in living organisms: Insights for the origin of aging” (“Relación universal para el consumo de energía a lo largo de la vida en los organismos vivos: Perspectivas para la comprensión del origen del envejecimiento”) que apareció en la revista Scientific Reports.