Palabras y ciencia: Lucifer

Phosphorus y Hesperus.
Evelyn de Morgan

Para la tradición cristiana Lucifer representa el ángel caído. Un ser, de belleza sublime y gran sabiduría, a quien la soberbia condujo a los infiernos, transformándolo en Satanás, el demonio o el también conocido como diablo. Sin embargo lejos de su atributo actual, Lucifer tuvo un inicio y una connotación completamente diferente. 

En la mitología griega Héspero es el lucero vespertino, que se refiere al planeta Venus visto por la tarde. Su hermano es Eósforo o Heósforo el lucero del alba o el portador de la aurora. En muchos casos se usaron los dos nombres para la personificación del mismo planeta (Venus) visto a diferentes horas del día. Para los romanos el equivalente al griego Eósforo fue Lucifer (del latín lux «luz» y ferre «llevar») o el portador de luz. Actualmente existen palabras en español derivadas tanto de las raíces griegas (pherein) como de las romanas (ferre), y en ambos casos hacen alusión a la luz. Así tenemos: fósforo, semáforo, lucifer, ignífero, fértil, calciferol, oferta, relatar y referéndum entre otras.

Todavía en el siglo VII d.C, Lucifer designaba a Venus, y para los cristianos de la época nada evoca a un ente demoníaco. Incluso en algún momento las comunidades cristianas del siglo III y IV usaron la palabra Lucifer para referirse al “altísimo” o el portador de la luz, tal como lo justifica un pasaje atribuido al poeta Aurelio Clemente Prudencio. Por otro lado en los libros sagrados hebreos se indicaba que satán, en hebreo, significa adversario, lo cual empieza a generar la idea de una dualidad entre el bien y el mal. Esto hace que a partir del siglo VIII se personifique al ángel caído que se opuso a Dios y se trasformó en el príncipe del mal. Todo inicia principalmente debido a un salmo del Antiguo Testamento (libro de Isaías) en donde se relata que el rey de Babilonia, usando el epíteto real en hebreo Helel “resplandeciente o portador de luz», quien retenía algunos israelitas en su ciudad, había muerto o “caído de su alta posición”. Luego San Jerónimo, en la Vulgata (la versión de la Biblia hebrea al latín), traduce este salmo usando el vocablo Lucifer (por resplandeciente), que a partir de ese momento sería considerado un nombre propio, identificado y relacionado con el “caído del cielo”. Con el tiempo varias leyendas medievales se nutrirían de estas ancestrales raíces llevando el mito y el término Lucifer hasta nuestros días, olvidando su distinguido origen celeste y de portador de luz.

Si dejamos a Lucifer tranquilo, podemos hablar de su contraparte griega: la estrella de la mañana, el  portador de luz, Eósforo, el dios griego que traía las primeras luces del día. A menudo fue representado con una antorcha y su nombre finalmente cambio hacia phosphoros, Fósforo. Actualmente se conoce con esta palabra al sencillo artilugio que todavía usamos para encender un pequeño fuego mediante fricción, y también se refiere al elemento número 15 de la tabla periódica. En 1827 el químico británico John Walker (nada que ver con el whisky, esa es otra historia) inventó la cerilla; objeto inicialmente muy peligroso, pues soltaba chispas fácilmente, hasta que en 1832, el austríaco J. Siegal logró fabricar los primeros fósforos o cerillas de fricción. Asombrosamente 170 años después, otro químico, de igual nacionalidad y nombre, también estaría relacionado con el fósforo. Se trata de John Ernest Walker, quien fue galardonado con el Premio Nobel de Química del año 1997 por dilucidar la maquinaria molecular de la enzima ATPsintasa, que cataliza la producción de ATP (adenosín trifosfato, molécula de la cual hablaremos un poco más adelante). Si de palabras se trata, la raíz griega phos, photos nos deja: diáfano, fotosíntesis, fototropismo, fotografía y fotón, que de alguna manera evocan la idea de luz.

Rastrear la historia del fósforo como elemento químico nos lleva hacia tiempos muy lejanos, pero es muy interesante. El fósforo es parte esencial de nuestros cuerpos, y sin embargo también puede ser mortal. Estamos a mediados del siglo XVII, en la denominada “era del flogisto”, en la cual a pesar de todas las conjeturas equivocadas, también se produjeron algunos, y muy importantes, descubrimientos. En aquel tiempo, mediante una serie de procesos para nosotros extraños e inusuales, un alquimista descubrió un nuevo elemento. Su nombre Hennig Brand, un alemán, quien en busca de la piedra filosofal (proceso mágico que buscaba fabricar oro a partir de metales comunes como plomo o hierro) tuvo la extraña idea de hurgar en la orina humana. Recogió cierta cantidad de orina y la dejó reposar durante dos semanas. Luego la calentó hasta el punto de ebullición con el fin de retirar el agua, reduciendo todo a un residuo sólido. Mezcló un poco de este sólido con arena, calentó intensamente la mezcla y recogió el vapor obtenido. Cuando el vapor se enfrió, dio lugar a un sólido blanco y ceroso, que para su gran asombro, brilló en la oscuridad. Corría el año de 1669.

La sustancia que Brand aisló fue el fósforo, llamado así según el antiguo griego φωσφόρος phosphoros, que lleva al latín phosphŏrus, y que significa “portador de luz”. El fósforo es muy reactivo debido a que se combina espontáneamente con el oxígeno del aire en una combustión muy lenta, dando como resultado la emisión de luz por fosforescencia. Algunas fuentes aseguran que incluso el propio Boyle, descubridor del oxígeno, preparó un poco de fósforo sin conocer el trabajo previo de Brand.

 El alquimista descubriendo el Fósforo. Joseph Wright. 1771. Derby Museum and Art Gallery.

El fósforo existe en su forma pura en varias estructuras moleculares, el fósforo rojo, blanco y negro. El negro es muy poco común, conduce la electricidad, es el más denso de todos, no es inflamable y no tiene aplicaciones prácticas. El rojo es relativamente estable y se utiliza mucho en cerillas como detonante. El fósforo blanco, por su parte, se acerca mucho a la maldad pura (lucifer, y a la vez, portador de luz). Su olor no es para nada agradable, es altamente tóxico, pirofórico y ha sido muy utilizado en conflictos bélicos. Esta forma de fósforo fue la responsable, en 1943, de quemar Hamburgo hasta arrasarla en una de las grandes tormentas de fuego de la Segunda Guerra Mundial. El caos fue producido en la denominada Operación Gomorra que incluyó bombas explosivas con magnesio, que arrasaron edificios, mientras que el ataque se reforzaba con bombas incendiarias de fósforo que quemaron a la gente que trataba de escapar del ataque de las primeras bombas. El número de víctimas de la operación se estima en al menos 34.000 muertos y 125.000 heridos. Actualmente todavía se usa el fósforo blanco en artillería y en proyectiles de mortero, causando graves consecuencias.

Sin embargo, en forma de fosfatos, el fósforo es vital. Es parte clave en los ácidos nucleicos (ADN y ARN), está presente en huesos y dientes de animales en forma de fosfato de calcio y las células utilizan el adenosín trifosfato, ATP, para almacenar energía. Por otro lado, durante la mayor parte de la historia humana los fosfatos han sido el factor limitante en el crecimiento de las cosechas. El agotamiento del fósforo en la tierra ha causado hambrunas masivas, y la búsqueda por reintegrarlo ha determinado la suerte de civilizaciones enteras. El problema se solucionó en forma definitiva hacia mediados del siglo XIX cuando desarrollamos los fertilizantes a base de fosfatos.

En un contexto complementario, hablar del fósforo nos lleva hacia dos procesos muy comunes, y parecidos, que se presentan en determinadas sustancias: La fosforescencia y la fluorescencia. Los dos términos se refieren a igual proceso de emisión de luz, que tiene relación con la estructura molecular de las sustancias, lo que les permite absorber una determinada longitud de onda de luz (visible, ultravioleta…). La energía absorbida, excita los electrones de las capas más externas de los átomos del compuesto, enviándolos hacia órbitas (orbitales, para ser más exacto) superiores de mayor energía. Como esta situación no es estable, el átomo debe recuperar su estado original, devolviendo el electrón excitado a su orbital más bajo, liberando parte de la energía absorbida en forma de radiación. Esta energía puede o no estar en igual rango de longitud de onda de la radiación absorbida, de tal manera que se puede mirar a simple vista o bajo la influencia de otra luz. Así podemos tener objetos que absorben luz ultravioleta y emiten en el rango visible (como las pinturas ultravioleta) pero también son conocidos objetos que absorben luz visible y que se miran en la oscuridad. La diferencia fundamental entre los dos fenómenos en cuestión está en la capacidad de almacenar la energía. La fluorescencia absorbe la energía de la luz (ultravioleta, por ejemplo) e, inmediatamente, emite la radiación luminosa. En el caso de la fosforescencia, el proceso se inicia de idéntica manera, pero la energía se almacena, retardando la posterior emisión. De esta manera las sustancias u objetos fosforescentes son capaces de emitir la radiación luminosa poco a poco durante minutos u horas después de haber cesado la exposición hacia la fuente de radiación inicial. En las lámparas fluorescentes, la descarga eléctrica de encendido hace que el mercurio en su interior  emita luz  ultravioleta, la cual es absorbida por una capa de fósforo que la reemite en longitud de onda visible y que nos ilumina. La aplicación de la fosforescencia también está muy extendida, desde agujas de los relojes que brillan en la oscuridad, estrellas y planetas plásticos para el techo de tu habitación y, mucho más importante, carteles y señales de ayuda en caso de apagón en el interior de un edificio.

Por otro lado, estamos seguros que no existe un Lucifer, pero sí que hay varios seres vivos con la capacidad de emitir luz. Esto se logra mediante un proceso denominado bioluminiscencia. Esta es la capacidad para producir luz gracias a la energía liberada por una reacción química. En esta reacción actúan dos grandes protagonistas. La verdadera molécula de lucifer, la luciferina, que es la molécula que se oxida gracias a la acción de una enzima, también con un sonoro nombre, la luciferasa. En realidad se conoce como luciferina a toda una serie de moléculas que actúan como sustratos, oxidándose en presencia de luciferasa, para producir oxiluciferina y energía en forma de luz visible. La luciferina es la molécula responsable de la emisión de luz en bacterias, algas, hongos y otros animales, siendo el más conocido, y en donde fue descubierta, en la luciérnaga.

Hermoso campo lleno de luciérnagas y molécula de luciferina. (Fuente).

La bioluminiscencia puede ser del tipo intracelular, extracelular o mediante simbiosis. En la primera la emisión de luz ocurre en células llamadas fotocitos, que envían la luz al exterior a través de la piel, la cual mediante un efecto lente se concentra e intensifica. Las ya nombradas luciérnagas son el mejor ejemplo. Si la reacción bioluminiscente se da fuera del animal, el proceso se conoce como extracelular. Ocurre cuando los componentes de la reacción se almacenan en glándulas diferentes en la piel o bajo su superficie. La expulsión y posterior mezcla de ambos reactivos produce nubes luminosas. Es común en crustáceos y algunos cefalópodos abisales. En otros animales marinos es muy frecuente la simbiosis con bacterias luminiscentes. Aquí el cuerpo del animal dispone de pequeñas vejigas, llamadas fotóforos, en donde guardan las bacterias luminiscentes; es decir, la emisión de luz no proviene de las células del animal, sino de las bacterias con las que se encuentra en simbiosis.

Pero todo esto no solo se ha quedado en lo bonito y extravagante. No en vano en 2008 se otorgó el premio Nobel de Química al japonés Osamu Shimomura y a los estadounidenses Martin Chalfie y Roger Tsien, quienes realizaron el estudio, descubrimiento y desarrollo de la proteína fluoresente GFP (Green Fluorescent Protein); proteína que fuera observada por vez primera en la medusa Aequorea victoria ya en el lejano 1962. La GFP es una proteína que se utiliza en biología molecular como marcador celular, y que ha permitido a los científicos la observación de procesos como el desarrollo de las células nerviosas o la extensión del cáncer en las células. Desde cerdos hasta moscas, pasando por ratones, sapos o gusanos, e incluso levaduras, hongos y plantas, se encuentran entre la biota fluorescente que vive en los laboratorios del planeta. La GPF tiene la particularidad de emitir color verde al ser iluminada con luz ultravioleta. Al igual que un pintor colorea de verde determinadas áreas de su obra, los científicos son capaces de introducir los genes responsables de la producción de GFP en partes concretas del ADN, en los que brillarán grupos determinados de células una vez sometidos a luz ultravioleta.

Pero esto no es todo, la compañía británica Lick me I’m delicious acaba de lanzar al mercado un invento muy extraño y divertido: el helado que brilla en la oscuridad. ¿Cómo se obtuvo? Charlie Francis, un creador de comida extravagante, ideó el helado fluorescente a partir de la adición de proteínas GPF activadas a su mezcla habitual para helados. El particular efecto se logra porque el helado reacciona a la lengua de quien lo come: la saliva eleva el pH en la proteína, lo cual logra que su luminiscencia aumente con cada lamida. ¡Ideal para la noche! ¿Cuál es el problema? Si quieres degustar el helado que brilla “solo” necesitas unos 300 dólares americanos. ¡Te animas!

Alexis Hidrobo P.

Profesor Química Universidad San Francisco de Quito. 

Notas:

La pintura fluorescente corresponde a un fan art. Es la tapa del disco Lateralus de la banda Tool, dibujada por Alex Grey. El link es: fluorencia.deviantart.com/art/Lateralus-Tool-UV-FAN-ART-349650209.

Esta entrada participa en la Edición XXXV (Edición del Br) del Carnaval de Química, cuyo anfitrión es Ángel Rodríguez Villodres en su blog Ciencia para todos.  

 Para Saber más:

• Theodore Gray. Los elementos – una exploración visual de todos los elementos que se conocen en el Universo –. Silver Dolphin en español. 2009.
• La búsqueda de los elementos.  Editorial Plaza y Janés, colección divulgación. Primera edición. Barcelona. 1986.
• http://sciencuriosities.blogspot.com/2013/06/fluorescencia-vs-fosforescencia.html#sthash.fKuKnMlx.dpuf
• http://www.esepuntoazulpalido.com/2013/11/13-compuestos-quimicos-con-nombres.html
• http://etimologias.dechile.net/?lucifer

Alexis Hidrobo

Invierto mi tiempo en la enseñanza de Química en la Universidad San Francisco de Quito. Además me apasiona la divulgación científica y la ciencia ficción.