El universo por Neil Tyson

Jóvenes, sanos y delgados

La relación entre cáncer y envejecimiento es bien conocida desde hace décadas. Pese a los desgraciados ejemplos que podamos tener más o menos cercanos de pérdida de vidas jóvenes a causa del cáncer, es evidente que el mayor factor de riesgo para el desarrollo de una enfermedad neoplásica es la edad. La explicación más evidente a este fenómeno es que el cáncer se produce tras la acumulación de daños no resueltos convenientemente y que comprometen las funciones esenciales de nuestras células. Del mismo modo, muchos investigadores sugieren que esa acumulación de células dañadas en nuestros tejidos con el paso de los años son la base del envejecimiento.

El laboratorio que dirige Manuel Serrano, del Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO) en Madrid, intenta indagar en el funcionamiento de los genes que nos protegen frente al cáncer de manera natural, los denominados “supresores de tumores”. Estos genes codifican proteínas cuya actividad se ha demostrado esencial para prevenir el desarrollo de cáncer y se encuentran inactivados o ausentes en las células tumorales. En los últimos años, el trabajo de este grupo ha puesto de manifiesto que dichos genes supresores de tumores podrían estar actuando de un modo más general como mecanismos de defensa frente a distintos tipos de daño.

Utilizando modelos de ratón modificados genéticamente para portar copias extra de algunos de estos genes supresores de tumores (en condiciones normales un ratón, al igual que un humano, tiene solo dos copias de cada gen), el grupo de Manuel Serrano describió que es posible aumentar las defensas antitumorales, lo que abriría la posibilidad a futuras terapias preventivas, algo sin embargo aún más cercano a la especulación teórica que a una aproximación real.
Sin embargo, un dato adicional que estos modelos animales ofrecieron para sorpresa de muchos, es que reforzar estas defensas naturales anticancerígenas conlleva también una mayor protección frente al envejecimiento. Los ratones que portan copias extra de estos supresores de tumores no solo no desarrollan menos cáncer, sino que además se encuentran protegidos de los rigores del paso del tiempo, demostrando mejores parámetros de salud, coordinación motora, mejor metabolismo, etc. La interpretación que se dio a esta observación, repetida usando varios modelos animales distintos, es que estos genes podrían representar unas defensas naturales frente a diversos tipos de daño y, como ya hemos comentado al principio, el cáncer y el envejecimiento tienen una base común en la acumulación de células dañadas que no han sido reparadas adecuadamente, por lo que aumentar las defensas parece un método eficaz frente a ese daño.

Continuando con esta línea de trabajo, el grupo de Manuel Serrano se preguntó si estas observaciones serían también extensibles a un nuevo gen supresor de tumores más, el gen PTEN. Ana Ortega, una joven estudiante de doctorado del laboratorio, comenzó hace ahora cinco años la tarea de desarrollar un ratón que portase copias extra de este gen como parte de su tesis doctoral.
Confirmando las observaciones realizadas con otros modelos animales anteriores, Ana encontró que sus ratones estaban más protegidos frente al cáncer y, de nuevo, eran también más longevos. Pero además, y para su sorpresa, estos ratones presentaban otra característica destacable. Los ratones eran sorprendentemente más delgados (un 28% de media) pese a comer igual, o incluso más que los ratones de referencia no modificados. Además de controlar mejor el peso, los ratones con copias extra de PTEN mostraban también una mayor sensibilidad a la insulina, lo que está directamente relacionado con una mayor protección frente a la diabetes, y si eran alimentados con una dieta rica en grasas, sus hígados soportaban mucho mejor el exceso.

Cuando Ana se puso a buscar cuál era la causa de esta mayor protección metabólica que permitía a los animales comer sin engordar, la respuesta la halló en el tejido de más reciente descripción para los humanos y el que mayor atención está recibiendo en los últimos años en la investigación de la obesidad, la grasa parda. Este tipo de tejido graso permite quemar la energía de manera desacoplada a la producción de energía. Es un tejido esencial en los animales que hibernan y en los bebés humanos, permitiendo la generación de calor.

Los ratones con más PTEN son capaces de activar la grasa parda, poniéndola en marcha para que quemen la energía procedente de la dieta incluso cuando esta es rica en grasas. Esto es lo que les permite estar más protegidos frente a la obesidad, la diabetes y el conocido como síndrome metabólico.
Bioquímicamente, la actividad más reconocida de PTEN es la de actuar como enzima fosfatasa, oponiéndose a la ruta de señalización que gobierna otra enzima llamada PI3K. Para demostrar que esa vía es también la responsable de los efectos descritos en estos animales con más copias de PTEN, Ana administró un compuesto experimental desarrollado en el CNIO capaz de inhibir la enzima PI3K a ratones normales. Del mismo modo que los ratones modificados genéticamente con más PTEN, los ratones tratados con inhibidor de PI3K mostraron también una mayor capacidad de activar la grasa parda, demostrando con ello que esa es la vía alterada responsable del efecto observado.

Podríamos, por tanto, estar ante una primera demostración de que es posible activar la grasa parda mediante un compuesto sintético que nos permita quemar los excesos de nutrientes, nos proteja de la obesidad y la diabetes, y quizás al mismo tiempo suponga una barrera frente al desarrollo tumoral y contribuya a alargar nuestro periodo de vida saludable. Vamos, una joya para cualquier farmacéutica. Pero para ello, aún quedan muchos pasos que dar, pero este es sin duda un salto hacia adelante.
Por tanto, tenemos en PTEN un nuevo ejemplo de la acción protectora de los denominados hasta ahora (quizás haya que considerar ampliar su nombre) genes supresores de tumores. No solo protegen frente al desarrollo del cáncer, si no que además aumentan la longevidad y actúan frente a la obesidad y enfermedades asociadas a ésta.

Si la evolución ha seleccionado genes con una actividad protectora tan eficiente y valiosa, ¿por qué terminamos desarrollando cáncer, envejeciendo, y engordando y con diabetes? Todo parece indicar que mientras somos jóvenes estamos protegidos por la acción de este tipo de genes, pero el paso del tiempo parece desactivar estas defensas o, al menos, las hace incapaces de solventar la acumulación de daño experimentada con los años. A fin de cuentas, a la evolución le da lo mismo un organismo desechable que ya ha superado la edad reproductiva.

Cómo calienta un microondas

Siempre me sorprendo de lo extendida y aceptada que está la errónea explicación que le atribuye al fenómeno de la resonancia el mérito de ser el principio físico de funcionamiento de los hornos microondas, ya sea en la sabiduría popular como entre los propios físicos. Dicha explicación sostiene que la frecuencia de trabajo de estos aparatos (2,45 GHz) está especialmente escogida por su proximidad con la supuesta frecuencia natural del agua. Debido a esto, las moléculas de agua entrarían en resonancia absorbiendo mucha más energía de la que obtendrían a otras frecuencias. Puede que precisamente aquí se halle uno de los orígenes del miedo a muchas de las tecnologías inalámbricas que utilizan bandas de frecuencias coincidentes o adyacentes (véase WiFi, Bluetooth, móviles, etc.). Nada más lejos de la realidad.
Lo cierto es que la elección de la frecuencia de trabajo no es casual, así en el caso de los hornos microondas como en dichas tecnologías de comunicaciones. Sin embargo, la razón subyacente no tiene nada que ver con la excitabilidad del agua; es más simple. Como sabréis, el reparto del espectro electromagnético está regulado y, en general, se requiere el pago de licencias para su aprovechamiento. No obstante, existen ciertas bandas de frecuencias llamadas ISM (Industrial, Scientific and Medical) que no requieren licencia: cualquiera puede emitir en ellas respetando unos límites. Esto ha hecho que se encuentren saturadas de aplicaciones que se molestan mutuamente.
La elección de frecuencias ISM responde, por tanto, a su gratuidad. La utilización en concreto de la banda de 2,4 GHz, y no otra, en comunicaciones responde a un compromiso: por un lado, en frecuencias más altas se dispone de mayor ancho de banda (caben más datos, a más velocidad) y las antenas son más pequeñas; por otro lado, a medida que aumenta la frecuencia, se encarece el equipamiento para generarla. En el caso de los hornos microondas, el compromiso es similar: a mayor frecuencia, más energética es la radiación y más calentará, pero tampoco queremos que los electrodomésticos se disparen de precio.

El funcionamiento de un horno microondas se basa en la vibración de las moléculas de agua al ser excitadas por un campo electromagnético debido a que se trata de una molécula polar. Cualquier onda electromagnética aporta energía al medio por el que se propaga, pero, en el caso del agua, se acentúa este aporte a causa de esta vibración. No obstante, hay frecuencias mucho más adecuadas para perseguir ese propósito. Esto se aprecia muy bien en los diagramas de absorción en función de la frecuencia y el medio: es decir, la energía que pierde la radiación (y que gana el medio, que se calienta) a diferentes frecuencias.
En la figura 2 se aprecian sendas curvas para el oxígeno (línea continua) y el agua (línea discontinua). Se ve claramente que la frecuencia de 2,4 GHz no es nada especial en cuanto al calentamiento del agua se refiere (y hay que tener en cuenta que esta curva se corresponde con el vapor de agua: para agua líquida, los valores de absorción son menores). Sí que hay picos de absorción (frecuencias de resonancia, podríamos llamar), pero son tan lejanos que se sitúan por encima de los 100 GHz.

La capacidad de calentamiento se sustenta, por tanto, en la potencia. Potencia, potencia y potencia dentro de una cavidad que hace rebotar las ondas una y otra vez. Así, cualquier frecuencia es capaz de cocinar alimentos. De hecho, el primer microondas utilizaba radiofrecuencia en el rango de los 10-20 MHz.

El cielo de Canarias

Uniendo la técnica timelapse y la fotografía astronómica se logra captar la verdadera belleza del paisaje y el cielo nocturno en un mismo vídeo, reproduciendo de forma real pero acelerada el movimiento del cielo. Lo que ocurre en horas o días podemos verlo en segundos. Lo que el ojo no puede ver por falta de luz, lo podemos captar y mostrar en forma de vídeo con unos colores y matices imposibles de captar durante el día.
Todos los vídeos son reales, los paisajes, estrellas, constelaciones, vía láctea etc se han grabado usando técnicas de obtención de imágenes astronómicas y sistemas especiales (grúas y raíles) para lograr el efecto de movimiento del paisaje y cielo en la misma secuencia.
Todas las escenas están grabadas por la noche, la única luz que ilumina el paisaje es el de la Luna y en ocasiones, algunos pequeños focos.

Neuronas bajo cero

Vivir en aguas que se encuentran a tan solo unas décimas de grado de la congelación no es fácil. Y sin embargo, hay unas cuantas especies que viven bajo cero en aguas polares. La mayoría de animales que allí viven son, además, ectotermos; esto es, son animales cuya fuente de calor corporal es externa, es el entorno. Quiere esto decir que su temperatura corporal es la misma que la ambiental; o sea, sus propios fluidos corporales se encuentran en el límite de la congelación.

Hay especies emparentadas entre sí que viven en ambientes térmicos muy dispares. Unas viven en mares ecuatoriales y otras en aguas polares. Cuando ocurre eso, lo normal es que las características de las enzimas metabólicas (V_max y K_M) [1] sean tales que funcionen perfectamente a las temperaturas propias de las aguas en las que vive cada especie. También es normal que haya diferencias en la composición lipídica de las membranas celulares de unas y otras especies.

Las de las especies de aguas frías tienen una mayor proporción de lípidos insaturados, porque esos lípidos proporcionan una mayor fluidez a la membrana y gracias a esa mayor fluidez los procesos que dependen de esa característica no se ven paralizados por los efectos del frío. En aguas calientes ocurre lo contrario, los lípidos de membrana tienen un mayor grado de saturación y gracias a ello, las membranas no alcanzan una fluidez excesiva. Ese fenómeno se denomina “adaptación homeoviscosa” y junto con el ajuste enzimático citado, permite mantener similares tasa metabólicas bajo diferentes condiciones térmicas y, por lo tanto, similares niveles de actividad.

Hay un aspecto en la adaptación a medios de muy diferente régimen térmico que ha sido poco estudiado hasta ahora; es el de la conducción del impulso nervioso y, en concreto, el del efecto de la temperatura sobre la apertura y cierre de los canales iónicos que intervienen. Los impulsos nerviosos consisten en despolarizaciones transitorias de la membrana neuronal que se desplazan a lo largo del axón; a esas despolarizaciones, que cursan con extraordinaria rapidez, se las denomina “potenciales de acción”.
El potencial de acción es un fenómeno “todo-o nada” que se produce porque hay unos canales de sodio en la membrana axónica que se abren cuando sube el potencial de membrana, y se disipan por dos razones: porque los anteriores canales de sodio se inactivan rápidamente, y porque hay otros canales, estos de potasio, que se abren a continuación, aunque más lentamente. De forma muy resumida puede decirse que al abrirse los canales de sodio en respuesta a una (incluso ligera) elevación del potencial de membrana, este catión entra en la célula y hace que la cara interna de la membrana adquiera carga eléctrica neta positiva; posteriormente, cuando se abren los de potasio, sale este otro catión del interior de la célula y de esa forma es el exterior de la membrana la que adquiere la carga neta positiva, quedando negativa la cara interior.

En realidad ocurren algunas cosas más, porque también hay una bomba de sodio/potasio que saca sodio y mete potasio, y algún que otro ión más que también puede moverse a un lado y otro de la membrana, pero lo esencial es lo que ocurre con los dos principales cationes animales, el sodio y el potasio.

Se da la circunstancia de que el canal de sodio no es demasiado sensible al cambio térmico, pero el de potasio sí lo es. La cinética de la apertura y cierre de un canal de potasio es muy dependiente de la temperatura. Por esa razón, siempre se había pensado que las especies que viven en aguas polares tendrían canales muy diferentes de los de las que viven en aguas calientes. De otra forma, si las neuronas de una especie del océano antártico tuviesen, por ejemplo, el mismo canal de potasio que las de una del mar Caribe, los canales de potasio de la especie polar tardarían tanto en abrirse que no sería posible que se generasen secuencias de potenciales de acción (secuencias de impulsos nerviosos). De ocurrir eso, el sistema no podría funcionar, porque para que funcione es imprescindible que el potencial de membrana, tras elevarse debido a la entrada de sodio en la neurona, descienda por la posterior salida de potasio. Sin ese descenso no volverían a desencadenarse nuevos potenciales de acción; o sea, no habría señales nerviosas, al menos tal y como las conocemos.

Y no solo se había pensado que los canales de las especies de aguas calientes y los de las especies de aguas frías serían diferentes, sino que, además, esas diferencias obedecerían a diferentes secuencias de nucleótidos en el gen que codifica la proteína que configura el canal.

Esta cuestión se ha analizado recientemente y para ello se han utilizado, como modelos animales, dos especies de pulpos. Una pertenece al género Pareledone, habitante típico de aguas que se encuentran a -1’8ºC, en las que esos animales viven desde hace bastantes millones de años. La otra es Octopus vulgaris procedente de aguas de Puerto Rico, donde la temperatura fluctúa entre los 25ºC y 35ºC. Pues bien, resulta que los investigadores analizaron los ortólogos (las dos secuencias de genes homólogos) del gen del canal de K⁺ y se encontraron con la sorpresa de que esas secuencias eran muy parecidas, demasiado como para que puediran explicar, por sí mismas, el que ambos canales funcionen con normalidad a temperaturas tan diferentes. Solo diferían en cuatro posiciones.

Por si acaso, decidieron expresar los dos ortólogos en ovocitos del anfibio anuro Xenopus para poder caracterizar los canales resultantes a tres temperaturas, 2º, 15º y 25ºC. La conclusión a la que llegaron era que ambos canales eran virtualmente idénticos. Es más, la velocidad de apertura y cierre del canal obtenido a partir del ortólogo de la especie de aguas frías era muy inferior a la de la especie de aguas calientes, cuando ambos canales se encontraban a las que habrían sido sus respectivas temperaturas normales (14 veces más lenta la apertura y 60 veces más lento el cierre).
Los investigadores contemplaron, entonces, la posibilidad de que la adaptación térmica fuese el resultado de algún mecanismo postranscripcional. Y evaluaron si en este caso se produce lo que se conoce como “edición del ARN” (RNA editing), proceso mediante el cual la información contenida en una molécula de ARN se ve alterada por un cambio químico en su composición de nucleótidos. Y efectivamente, encontraron que se produce tal edición, dando lugar a que numerosas tripletas que debían haber sido decodificadas como adenina fuesen leidas como guanosina. El ARN del pulpo antártico había sido editado en 18 sitios, nueve de los cuales habían provocado cambios en la secuencia de aminoácidos del canal iónico, y el del pulpo tropical había sido editado en 15 sitios, de los que 10 habían dado lugar a cambios en la secuencia de aminoácidos.

La cuestión que se plantearon a continuación fue si esos cambios afectaban a la función del canal, y para ello decidieron profundizar en el estudio de cuatro sitios, dos candidatos a ser los que propiciaban la adaptación al frío y otros dos candidatos a ser los que propiciaban la adaptación al calor. Para caracterizar sus efectos, cada una de las cuatro ediciones fue introducida por separado en el genoma original (sin editar) y el canal que expresaba en cada caso fue estudiado a 15º y a 25ºC.

Y resultó que tres de los sitios dieron lugar a cambios funcionales en las propiedades del canal. Los dos sospechosos de propiciar la adaptación al calor ejercían efectos de similares características en la cinética de apertura y cierre del canal: ambos hacían más lento el cierre y la inactivación del canal. Y de los dos sospechosos de propiciar la adpatación al frío, uno de ellos resultó tener un efecto mínimo, mientras el otro (I321V) ejercía efectos muy importantes sobre la cinética del canal, entre los que destacaba la duplicación de la velocidad de cierre.

Finalmente, los investigadores pensaron que si la edición del codón I321 constituye un mecanismo de adaptación al frío, era esperable que en otros pulpos adaptados al frío también se produjese el mismo fenómeno y que, con carácter general, el grado de edición de ese codón fuera diferente en función de la temperatura característica de la localidad propia de cada especie de pulpo. Y, efectivamente, existe una relación negativa muy clara entre el grado de edición de ese codón y la temperatura ambiental; esto es, cuanto menor era la temperatura característica de las aguas de las que procedía el pulpo, mayor era el porcentaje de edición que experimentaba el codón. Así pues, la última fase del estudio sirvió para confirmar que la adaptación al frío de la función nerviosa de los pulpos se basa, en una importante medida al menos, en la edición postranscripcional del ARN.

Se desconoce aún lo sustancial del modo en que se desarrolla un fenómeno de edición de ARN como el mencionado en estas líneas. Pero tal y como se ha puesto de manifiesto en este trabajo con el factor térmico, dicha edición puede obedecer a una presión ambiental. Los pulpos, aunque mantienen el plan básico original de los canales de potasio, pueden construir versiones de cierre rápido mediante el mecanismo citado, y lo hacen en una medida proporcional a las necesidades. Este estudio no permite determinar si el mecanismo en cuestión, -la edición de ARN-, constituye una respuesta a corto plazo al cambio térmico o si, por el contrario, es una adaptación a largo plazo; el modo en que la temperatura ambiental induce el proceso de edición sería diferente bajo cada una de las dos posibilidades.

En todo caso, y sea cual sea el mecanismo preciso que interviene, lo que muestran investigaciones como esta es que las herramientas de que disponen los animales para adaptarse a muy diferentes condiciones ambientales son variadas y muy versátiles. Y gracias a ellas pueden llegar a exhibir una flexibilidad enorme, flexibilidad que les permite adaptarse a un abanico muy amplio de condiciones ambientales.

La imágen más precisa de la Nebulosa de Carina

La mayoría de estrellas muy masivas de la Vía Láctea se forman en nebulosas en las profundidades de la galaxia. Estas estrellas de gran masa influyen profundamente en su entorno, y aunque es posible que dispersen las nubes moleculares natales, también pueden comprimir las nubes a su alrededor, creando nuevas posibilidades de formación a nuevas generaciones de estrellas.

Esta interacción es muy importante en los procesos estelares de formación, pero los mecanismos astrofísicos exactos que tienen lugar en estas situaciones no se comprenden del todo, mayormente porque las regiones con interacciones entre estrellas masivas están demasiado lejos para ser estudiadas con detalle.

La nebulosa de Carina, en la constelación de Carina (la Quilla), es un excelente candidato de estudio en este aspecto. Situada en el brazo de Sagitario, a una moderada distancia de 2,3 kpc (unos 7.500 años luz), puede ser objetivo de detallados exámenes para comprender mejor el desarrollo de los procesos mencionados.

Esta nebulosa contiene numerosos estrellas de tipo O (las que tienen temperaturas superiores a los 33.000 K), como Eta Carinae, una de las más brillantes de la Vía Láctea y que es muy probable explote en forma de supernova en un futuro cercano desde el punto de vista astronómico.

La mayoría de investigaciones en el Complejo de la Nebulosa de Carina se centran en la física de la violenta formación de estrellas masivas, pero hay muy pocos estudios orientados hacia las poblaciones de estrellas jóvenes y con poca masa.

Este reciente trabajo se ha centrado en detectar estrellas más débiles y menos masivas que nuestro Sol, y la imagen resultante es lo bastante profunda como para localizar también enanas marrones de corta vida.
A pesar de que la nebulosa es un excelente laboratorio para los científicos que se concentran en desentrañar los procedimientos en los que florecen las estrellas, muchos de sus secretos aún siguen ocultos bajo densas nubes de gas y de polvo.

Como las regiones del espacio en las que el polvo es abundante absorben la mayor parte de radiación visible, los astrónomos necesitan utilizar otros instrumentos para penetrar estas barreras cósmicas y poder estudiar al detalle los inmensos conjuntos de estrellas ocultas.

Un grupo de científicos capitaneados por Thomas Preibisch, del Observatorio Universitario, en Munich, han utilizado la cámara infrarroja HAWK-I, en el Very Large Telescope de ESO, para estudiar la parte central de la Nebulosa, de unos 0,36 grados cuadrados.

Los datos que así se han recopilado muestran más de 600.000 fuentes independientes de radiación infrarroja. Los resultados de un estudio reciente en rayos X se han usado para eliminar las contaminaciones que producen otros cuerpos astronómicos de los alrededores.

A continuación, los científicos analizaron diagramas de color-magnitud para obtener información sobre las masas y las edades de las estrellas de baja masa.

La imagen que podemos ver es una combinación de muchas fotografías para crear un mosaico de la Nebulosa de Carina, el más detallado hasta la fecha.

En esta imagen se puede apreciar notablemente la estrella Eta Carinae, que se muestra como un poderoso foco de luz en la parte inferior izquierda de la imagen. El cúmulo Trumpler 14 es la agrupación estelar hacia el centro de la imagen. En la parte inferior derecha de la imagen se aprecian los Pilares del Sur, creados por la permanente erosión de la radiación y el viento estelar.

Las edades de las estrellas de baja masa mostradas en los resultados de estas investigaciones concuerdan con estimaciones previas, y los diagramas de color-magnitud sugieren que unas 3200 estrellas de las seleccionadas del estudio en Rayos X tienen una masa mayor o igual a una masa solar. Las imágenes de HAWK-I confirman que alrededor del 50% de las estrellas jóvenes de Carina están distribuidas ampliamente.

En la imagen en luz visible se pueden observar las nubes de gas y de polvo. Las zonas donde se están formando estrellas aparecen como zonas oscuras en la esquina superior izquierda e inferior derecha de la imagen en infrarrojos.
Para terminar, la publicación sugiere que el mayor tamaño de la última generación de estrellas en Carina se puede deber a los altos grados de interacción que las estrellas más masivas mantienen con el entorno a su alrededor, y que esto sería mejor a la hora de activar los procesos de formación de estrellas que el mucho menor grado de interacción que mantienen las regiones con poblaciones más bajas de estrellas muy masivas.

Apple apuesta por las pilas de hidrógeno

De acuerdo al diario The Telegraph, la compañía Apple ha solicitado recientemente (en dos documentos) a la oficina de patentes de E.U. el uso de pilas de hidrogeno.  Esta filtración de información es factible y bien podría brindarnos futuros laptops y smartphones mucho más ligeros y delgados de los que ahora contamos.  Ahora bien, en palabras llanas: ¿qué es un pila de hidrogeno?

Una pila de hidrogeno es…

Actualmente, las pilas que regularmente utilizamos funcionan a base de reacciones químicas para producir energía eléctrica.  Lamentablemente en el proceso también producen desechos químicos muy tóxicos y difíciles de degradar.
Como bien nos cuenta Pedro Gómez Romero en un artículo, en una pila de hidrogeno, la energía química se convierte directamente en energía eléctrica a través de una reacción electroquímica, alcanzando valores de eficiencia de hasta aprox. 70%, lo cual se considera alto.  El dispositivo es conceptualmente muy simple; una celda de hidrogeno individual está formada por dos electrodos separados por un electrolito que permite el paso de iones pero no de electrones.  En el electrodo negativo tiene lugar la oxidación del combustible (normalmente H2, de donde se toma el nombre de la pila de hidrogeno, aunque puede ser también metanol u otras sustancias) y en el electrodo positivo se produce la reducción del oxígeno del aire.  Las reacciones que tienen lugar son las que se indican en la figura siguiente, donde también se muestra un esquema conceptual del dispositivo.

De este modo, los iones de H+ migran a través del electrolito mientras que los electrones (e-) circulan a través del circuito externo; es decir, se obtienen la corriente eléctrica que puede hacer funcionar a nuestro aparato electrónico. Como material de desecho lo que se obtiene es agua pura, la cual parece que la podemos consumir.  De cierto es que contamos con sistemas excelentes de filtraje de agua, tanto que incluso algunos astronautas beben su propia orina después de ser filtrada.Por lo cual beber agua proveniente de una pila de hidrogeno es poco descabellado.
Ahora bien, para generar más voltaje, las celdas se conectan en serie (igual que las pilas comunes) hasta que se obtiene el voltaje necesario para encender un teléfono celular, por ejemplo.
Sin embargo, se requiere una energía eléctrica inicial que comience la reacción química en la pila de hidrogeno.  Después la ganancia de electricidad producida en la pila es mucho mayor.  De hecho, la energía eléctrica inicial se obtiene de otra fuente de energía; por ejemplo: energía solar o eólica.  Actualmente, las investigaciones sobre el uso masivo de las pilas de hidrogeno se enfocan en su almacenamiento y transporte. Con todo, observando tendencias,  vaticino que en cinco años se tendrán pilas de hidrogeno en el mercado.

Un viejo conocido redescubierto

Las pilas de hidrogeno se conocen desde el año de 1839. Pues el inglés William Grove (ilustrado en la figura 2), en uno de sus primeros experimentos, unió en serie cuatro celdas electroquímicas, cada una de las cuales estaba compuesta por un electrodo con hidrógeno y otro con oxígeno, separados por un electrolito (como se ve en la figura 3), de la reacción electroquímica del hidrogeno y oxigeno se generó la corriente eléctrica.

En ese momento, este experimento solo fue tomado como una curiosidad más de la naturaleza, sus aplicaciones tendrían que esperar un tiempo.

Es fácil de hacer una pila de hidrogeno

Realizar un experimento de pilas de hidrogeno es tan fácil que en el siguiente video, estos chavales de bachillerato nos muestran con orgullo como realizaron la suya en el Instituto.  Su diseño es simple: consiste de un recipiente lleno de una disolución de sosa caustica (NaOH – hidróxido de sodio), que funcionará como el electrolito. También utilizan un metal (acero inoxidable) en una solución de acido clorhídrico (HCl) para producir hidrogeno.
Por otro lado, construyeron una serie de tubos donde se encuentran otros tubitos invertidos de ensayo.  En cada tubito se introduce un electrodo (acero inoxidable), y mediante una fuente de alimentación externa, producen la reacción química (electrólisis) en el interior de los tubos.  Los tubitos se llenan de gas; uno de hidrógeno, y el otro de oxígeno.  Después, se desconecta la fuente de alimentación externa, y se logra obtener la pila, alimentada por el hidrógeno y el oxígeno acabado de generar. El siguiente video muestra el experimento.



Efectivamente, realizar un experimento de celdas de hidrogeno es sencillo, con la supervisión adecuada para evitar accidentes.  Por tanto, sólo falta esperar que los prototipos comerciales de celdas de hidrogeno alcancen la miniaturización, aumenten su eficiencia y vida útil para que sean parte de nuestra tecnología cotidiana.  Así, en un futuro cercano, de tu teléfono celular o laptop podrías obtener el agua para hacerte un café gracias a sus pilas de hidrogeno