Mijaíl Leonidovich Gromov — uno de los matemáticos contemporáneos más conocidos, cuyas obras abarcan desde la geometría diferencial y la topología hasta investigaciones interdisciplinarias en biología. Sus enfoques a menudo generan debates, pues procura aplicar el rigor matemático a cuestiones relacionadas con la evolución, el origen y los principios fundamentales de la organización de la vida.
En una de sus notas conceptuales Gromov subraya que la colonización de la tierra firme por la vida —y en última instancia la aparición de seres racionales, incluidos los homínidos— solo fue posible gracias a cierta «desigualdad» en la reacción de síntesis del amoníaco: «2237 < 2346». Desde la perspectiva de la literatura científica estricta, tal fórmula puede parecer inusual o incluso metafórica, pero Gromov la emplea para mostrar el delicado equilibrio de energías que subyace a la fijación del nitrógeno atmosférico y a la formación de estructuras proteico-nucleicas que se convirtieron en clave para la vida compleja.
¿Por qué el nitrógeno es tan importante para la vida?
Cualquier célula de un organismo vivo está formada por numerosas biomoléculas: proteínas, lípidos, carbohidratos y ácidos nucleicos. El nitrógeno (N) es la piedra angular de las proteínas (a través de los aminoácidos), así como del ADN y ARN (a través de las bases nitrogenadas). La atmósfera de la Tierra está compuesta aproximadamente en un 78% por nitrógeno molecular (N2), pero el problema es que se trata de una molécula extremadamente estable, que reacciona con mucha dificultad. Para que los organismos puedan extraer nitrógeno de la atmósfera e incorporarlo en moléculas biológicas, primero hay que «romper» el fuerte triple enlace N≡N. Este proceso se denomina «fijación del nitrógeno». Sin él, el «material de construcción» para proteínas y el aparato genético sería sencillamente inaccesible.
En los organismos modernos, la principal función en la fijación del nitrógeno la desempeñan enzimas especiales —las nitrogenasas— que se encuentran en ciertas bacterias y arqueas (por ejemplo, bacterias rizobiales en las raíces de las leguminosas). El método industrial para obtener amoníaco a partir del nitrógeno atmosférico se conoce como «proceso de Haber‑Bosch». El descubrimiento de este método a principios del siglo XX proporcionó a la humanidad una fuente prácticamente ilimitada de nitrógeno para fertilizantes minerales, lo que fue uno de los factores importantes de la «revolución verde» y del fuerte aumento de la población.
Síntesis de amoníaco: de la química general a la evolución de la vida
La reacción que está en la base del proceso de Haber‑Bosch se expresa así:
N2 + 3H2 → 2NH3.
A nivel microscópico implica romper el muy fuerte enlace de la molécula N2 (donde la energía del triple enlace es aproximadamente 945 kJ/mol) y formar enlaces N–H en el amoníaco (alrededor de 390–391 kJ/mol por cada enlace). La ganancia energética de la reacción global, especialmente bajo ciertas condiciones (alta temperatura y presión en la industria, o catálisis por enzimas en biología), permite la síntesis de amoníaco y, después, la formación de nitratos, nitritos y otros compuestos accesibles para el metabolismo.
Gromov señala que si la energía del enlace entre nitrógeno e hidrógeno en el amoníaco fuera algo menor (por ejemplo, 371 kJ/mol en lugar de 391 kJ/mol), la energía global del proceso podría volverse tan desfavorable que la reacción sería termodinámicamente muy poco viable, y la fijación biológica del nitrógeno resultaría difícil o casi imposible. Esto, a su vez, significaría que la vida, que requiere grandes reservas de aminoácidos, proteínas y ácidos nucleicos, no podría desarrollarse plenamente. Gromov apunta precisamente a ello al usar la expresión simbólica «2237 < 2346»: en términos generales, el «beneficio» de formar nuevos enlaces debe superar el «coste» de romper los anteriores.
Balance de energías: «2237 < 2346» como ilustración de un ajuste fino
La desigualdad condicional «2237 < 2346» no debe tomarse literalmente como una fórmula de un libro de química física. Más bien es una expresión matemático‑metafórica, donde «2237» y «2346» son valores simbólicos o rangos de parámetros termodinámicos (energía, entalpía, energía libre de Gibbs, etc.). La idea es que con la relación «correcta» de contribuciones energéticas la reacción de síntesis de NH3 resulta exotérmica (o al menos con una barrera energética lo bastante baja), y por tanto, en ciertas condiciones puede ocurrir y consolidarse en ciclos biológicos.
Los críticos pueden señalar que en las publicaciones científicas no aparecen tales «números mágicos» como «2237» o «2346». Eso es cierto: los científicos manejan cifras precisas de entalpías de formación, calores de combustión, etc. Pero el enfoque de Gromov es más bien una búsqueda por mostrar cuán estrecha puede ser la «ventana» de valores energéticos permisibles para que la vida se consolide en la tierra firme. Si la desigualdad cambiara de signo, la síntesis de amoníaco o bien no ocurriría o requeriría condiciones (temperatura, presión, catalizadores) que ninguna biosfera primaria en la Tierra podría proporcionar.
El papel del «ajuste fino» en las concepciones del principio antrópico
El debate sobre hasta qué punto las constantes físicas y químicas están «finamente ajustadas» para la aparición de formas de vida complejas no se limita a la síntesis de amoníaco. Durante décadas, los científicos han discutido el principio antrópico y la idea del «ajuste fino» (fine‑tuning) del universo. A menudo se citan la estabilidad del protón, la magnitud de la constante gravitacional, la velocidad de expansión del universo y otros parámetros: cualquier desviación pequeña y galaxias, estrellas o planetas en la forma que conocemos simplemente no se habrían formado.
En el ámbito de la química de la vida puede entenderse por «ajuste fino» valores específicos de fuerzas de enlace, potenciales redox, propiedades ácido‑base y otras magnitudes termodinámicas que determinan la eficiencia (y la posibilidad en sí) de reacciones biológicas. Un ejemplo ilustrativo es la fijación del nitrógeno: si fuera termodinámicamente demasiado «costosa», los organismos no podrían generar suficiente nitrógeno en formas accesibles para sintetizar proteínas y ácidos nucleicos, y ello implicaría que la vida basada en química carbono‑nitrógeno‑fósforo no podría complejizarse.
Fijación del nitrógeno en la naturaleza y su importancia evolutiva
En la biosfera moderna la vía principal de fijación del nitrógeno es la enzima nitrogenasa, presente en ciertas bacterias (con frecuencia en simbiosis con plantas). Esta enzima puede «romper» moléculas de N2 a presión normal y temperaturas relativamente bajas, empleando cofactores complejos basados en metales (hierro, molibdeno, etc.). Bioquímicamente es una ruta sumamente compleja que requiere ATP (la «moneda» energética de la célula), pero aun así funciona y abastece de nitrógeno a todo el ecosistema.
Las vías más antiguas de fijación del nitrógeno probablemente estuvieron relacionadas con descargas eléctricas y otros procesos de alta energía que ocurrían en la atmósfera de la Tierra primitiva. Sin embargo, para un ciclo continuo del elemento vital fue necesaria la evolución de proteínas catalizadoras especializadas. En cuanto organismos como las cianobacterias y grupos relacionados pudieron producir amoníaco a partir del nitrógeno atmosférico, biotas cada vez más complejas comenzaron a utilizar ese recurso para construir proteínas. Con el tiempo, ello condujo a un crecimiento exponencial de la biodiversidad.
De todo ello se deduce que si la naturaleza de los enlaces N–H fuera algo distinta (hacia una energía menor), quizá no tendríamos suficientes reservas de nitrógeno «accesible» para un estallido evolutivo y la formación de organismos multicelulares, y mucho menos el desarrollo de mamíferos, primates y humanos.
«Si hubiera sido distinto»: el papel de escenarios contrafácticos
Gromov enfatiza la importancia de los escenarios contrafácticos. «Si la energía del enlace N–H fuera menor en 20 kJ/mol» —este experimento mental nos ayuda a comprender cuán frágiles y ajustadas están las condiciones químicas fundamentales en las que surgió la vida. La cuestión no es que podamos «cambiar las leyes físicas», sino reconocer que pequeñas variaciones en ciertos parámetros pueden alterar radicalmente el curso de la evolución.
Al fin y al cabo, la química que posibilita nuestra existencia es el resultado de la coincidencia precisa de muchos factores: desde las fuerzas electromagnéticas a escala atómica hasta la termodinámica que determina la estabilidad de grandes moléculas. El «ajuste fino» puede parecer un simple cúmulo único de circunstancias —o el resultado necesario de un hipotético «multiverso» donde se exploran todas las combinaciones posibles de leyes—. En cualquier caso, es importante entender que las reflexiones contrafácticas sobre una «ligera variación de la fuerza de enlace» tienen bases reales en química y física.
Aspecto práctico: Haber‑Bosch y la civilización terrestre
Teniendo en cuenta todo lo anterior, es imposible obviar que la importancia de la reacción de síntesis del amoníaco supera la mera teoría. La agricultura moderna depende en gran medida de los procesos de síntesis de fertilizantes basados en el método de Haber‑Bosch. En condiciones industriales la reacción se realiza a altas temperaturas (400–500 °C), altas presiones (150–300 atm) y en presencia de catalizadores (normalmente a base de hierro). Si la energía necesaria para formar enlaces N–H fuera sustancialmente mayor, esta vía industrial podría resultar prohibitivamente cara o inviable a la escala requerida por la humanidad.
Así, existe un nexo evolutivo‑tecnológico profundo entre la evolución de la biosfera primaria y las tecnologías industriales humanas, fundado en un mismo principio básico: N2 es inerte, pero puede ser «domado» bajo condiciones «adecuadas», determinadas por detalles finos del balance energético. Y si el signo de la célebre —aunque condicional— desigualdad de Gromov se invirtiera, ni la biología ni la agricultura ni la civilización humana en su forma actual habrían podido surgir.
Conclusión
Observamos que la desigualdad discutida «2237 < 2346» es una ilustración conceptual de un corredor muy estrecho de posibilidades termodinámicas en las que vive la vida terrestre. Basta con cambiar un poco la energía del enlace en la molécula de amoníaco para que todo el camino evolutivo pudiera llegar a un callejón sin salida. La formulación cuantitativa exacta de ese balance puede diferir de «2237 < 2346», pero el mensaje general no pierde su valor.
La idea del «ajuste fino» del orden químico y físico nos impulsa a valorar y comprender mejor la singularidad de la vida en la Tierra. Ya sea por el principio antrópico, la búsqueda de bioquímicas alternativas en el universo o la simple curiosidad de los investigadores, al final comprendemos que cada eslabón de las grandes cadenas (la estabilidad del protón, la gravedad, los enlaces químicos) desempeña un papel importante en que estemos aquí y podamos plantearnos estas preguntas.
El argumento de Gromov es una especie de «recordatorio» sobre la fragilidad de los escenarios evolutivos y de que si procesos clave (como la fijación del nitrógeno) fueran energéticamente imposibles o significativamente obstaculizados, la biosfera no podría alcanzar el nivel de complejidad necesario para que surgieran ecosistemas terrestres desarrollados y, finalmente, seres racionales.
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