Los físicos Pankaj Mehta y Jané Kondev proponen un marco para comprender los límites fundamentales de la vida conectando las propiedades biológicas con constantes físicas universales. Basándose en el trabajo previo de Victor Weisskopf, los autores utilizan el análisis dimensional y la mecánica cuántica para demostrar que la velocidad de la luz, la constante de Planck y las masas de las partículas subatómicas determinan los límites energéticos y cinéticos de la materia viva. Su investigación proporciona estimaciones cuantitativas de parámetros biológicos esenciales, en concreto, el rendimiento másico del crecimiento, el tiempo mínimo de duplicación para la replicación y el consumo de energía necesario para que las células permanezcan vivas durante la latencia. El estudio destaca que la autorreplicación química está restringida por un delicado equilibrio entre las fluctuaciones térmicas y la estabilidad de los enlaces atómicos. Al identificar estas limitaciones físicas, los autores sugieren que sus hallazgos se aplican no solo a los organismos terrestres, sino también a la posible vida extraterrestre en otras partes del universo. En consecuencia, el trabajo define la vida como una forma de materia en desequilibrio cuyas funciones básicas se rigen, en última instancia, por las mismas leyes que dan forma a las estrellas y las montañas.
Enlace al artículo científico, para aquellos interesados en profundizar en el tema: "What do the fundamental constants of physics tell us about life?", por Pankaj Mehta y Jané Kondev. Publicado el 8 de Noviembre de 2025.
El resumen, la transcripción, y la traducción fueron hechas usando herramientas de software de Inteligencia Artificial.
El resumen se presenta en la forma de un diálogo entre dos personajes sintéticos que llamaremos Alicia y Beto.
Resumen
Alicia
De acuerdo, quiero que te imagines algo. Estás parado en la base absoluta de una montaña inmensa. Quizá el Everest, quizá el K2. Es una cumbre cortada y gigantesca de roca. Y alguien se te acerca, te entrega una calculadora básica y te dice: dime la altura máxima que esta montaña podría alcanzar.
Beto
Bien, suena a pregunta trampa.
Alicia
¿Verdad? Pero aquí está la trampa: no puedes mirar las rocas, no hay estudios geológicos. Solo puedes usar constantes fundamentales como la masa del electrón y la velocidad de la luz.
Beto
Suena a acertijo de fantasía, o a un examen de física realmente injusto.
Alicia
Exacto. Suena totalmente imposible. Pero en los años setenta hubo un físico legendario, Victor Weisskopf, que básicamente dijo: "sí, puedo hacerlo".
Beto
Tuvo esta idea — la gente la llama "el programa de Weisskopf" — de que podrías explicar las cosas grandes que vemos en el mundo macroscópico usando solo un puñado de constantes fundamentales diminutas.
Alicia
Es una idea increíble.
Beto
Fue brillante, casi arrogante en el mejor sentido. Weisskopf argumentó que si consigues bien los bloques básicos — la masa del protón, la carga del electrón ...
Alicia
No necesitas medir la montaña.
Beto
Puedes deducirla. Mostró que es solo una batalla entre la gravedad, que aplasta la roca, y las fuerzas electrostáticas que mantienen unidos a los átomos. Eso fija un límite rígido.
Alicia
Impresionante por sí solo. Lo hizo para montañas, para estrellas. Pero, y aquí es donde se pone realmente interesante para nosotros, se quedó corto. Dejó fuera lo más desordenado, caótico y transgresor del universo.
Beto
La vida.
Alicia
Exacto. La vida no la tocó. Y entiendo por qué: la biología parece romper todas las reglas.
Beto
Por seguro, es blanda, evoluciona, se adapta. Una roca es una roca; pones una bacteria ...
Alicia
Y tiene una agenda.
Beto
De acuerdo. Tendemos a pensar en la física como el escenario y en la biología como una banda de improvisación caótica que toca sobre él, suponiendo que inventa sus propias reglas.
Alicia
Pero el artículo que tenemos hoy, de Pankaj Mehta y Jane A. Kondo, plantea una pregunta muy audaz: se titula, "¿qué nos dicen las constantes fundamentales de la física sobre la vida?"
Beto
Básicamente intentan terminar lo que Weisskopf empezó.
Alicia
Correcto. ¿Podemos hacer por una célula lo que él hizo por una montaña? ¿Podemos calcular los límites duros de la vida, qué tan rápido crece, qué tan eficiente es, sin mirar nunca por un microscopio? Solo con matemáticas.
Beto
Exacto. Y su argumento es que la evolución no es magia. Puede optimizar cosas, sí, pero no puede violar las leyes de la física. Dicen que la física construye una jaula, o quizá sea mejor decir un contenedor, ...
Alicia
... y la vida simplemente lo llena hasta el límite.
Así que la misión de esta inmersión es averiguar las dimensiones de ese contenedor. Vamos a ver si podemos predecir las cifras vitales de una célula viva usando nada más que la mecánica cuántica.
Beto
Pero antes de llegar a la biología tenemos que abrir la caja de herramientas.
Alicia
¿Cuáles son esos números mágicos con los que trabajamos?
Beto
Estamos tratando con los pesos pesados absolutos del universo. Tienes la velocidad de la luz. Tienes la constante de Planck (ħ), que básicamente nos dice cuán “pixelado” está el universo a nivel cuántico. Luego tienes la masa del electrón, la masa del protón y la carga eléctrica.
Alicia
Y la constante de Boltzmann.
Beto
No podemos olvidar a Boltzmann: es el puente entre temperatura y energía; nos dice cuánta energía térmica reciben las partículas por estar calientes.
Alicia
Bien, así que tenemos seis o siete números abstractos. Pero no puedes simplemente meterlos en una licuadora y obtener una célula. ¿Cómo se traduce la velocidad de la luz en biología?
Beto
Los combinan para crear dos reglas, dos “cintas métricas” que definen la arena en la que juega la vida. La primera regla, para el tamaño, es el radio de Bohr, ...
Alicia
... que, dicho de forma aproximada, es el tamaño de un átomo de hidrógeno.
Beto
Exacto. Son unos medio angström. Piénsalo como el ladrillo más pequeño posible: no puedes construir nada con más detalle fino, porque ese es el tamaño de los átomos.
Alicia
Eso fija la resolución. ¿Cuál es la segunda regla?
Beto
La energía. Específicamente, la energía de Rydberg. Ésta es la escala de energía de los electrones que mantienen unidos a los átomos, cerca de 13,6 electron-voltios.
Alicia
Eso importa, ¿por qué?
Beto
Porque la vida, en su núcleo, es química. Y la química es simplemente el negocio de romper y formar enlaces. La fuerza de esos enlaces viene dictada por la energía de Rydberg.
Alicia
Si lo simplifico: el radio de Bohr dicta cuán grandes son los ladrillos, y la energía de Rydberg dicta cuán fuerte es el pegamento.
Beto
Es una analogía perfecta. Sí. Y todo lo que hace la vida, desde una ballena nadando hasta una bacteria dividiéndose, es manipular esos ladrillos y ese pegamento.
La física de la vida
Alicia
Bien, tenemos ladrillos y pegamento. Ahora hay que construir algo. Los autores definen la vida a la manera de un físico: “materia auto-organizada fuera del equilibrio”.
Beto
Suena como un buen nombre de banda.
Alicia
Lo es, pero en esencia significa cosas que usan energía para mantenerse organizadas y no convertirse en polvo.
Beto
Para lograr eso, la vida tiene dos trabajos principales: catabolismo y anabolismo.
Alicia
Por favor, explica estas palabras.
Beto
Catabolismo es descomponer materia para obtener energía; anabolismo es usar esa energía para construir nuevas cosas, en particular hacerse una copia de si mismo.
Alicia
Y construir cuesta energía. Esto nos lleva al primer gran indicador que el artículo calcula: el rendimiento de crecimiento.
Beto
Piensa en él como la eficiencia del combustible. No millas por galón, sino gramos de biomasa por julio de energía.
Alicia
Por cada julio que consumes, ¿cuántos gramos de ti puedes construir? Mi intuición me decía que esto tenía que variar mucho: una bacteria especializada no es lo mismo que una levadura, o una en una fuente termal frente a una en hielo.
Beto
Uno pensaría eso. Pero recuerda: estamos buscando límites fundamentales. A escala molecular, toda la vida en la Tierra hace lo mismo: pega átomos de carbono, nitrógeno y oxígeno.
Alicia
Todos usan los mismos ladrillos.
Beto
Así que el coste para pegar esos ladrillos no debería cambiar mucho. Los autores derivan una fórmula para esta constante de ensamblaje químico, Yc. Y aquí llega el momento al estilo Weisskopf: la fórmula depende solo de la masa del protón, la masa del electrón y la constante de estructura fina.
Alicia
Espera. ¿Así que el tamaño del organismo no importa? ¿El entorno no importa?
Beto
En este límite fundamental, no. La fórmula da un número de aproximadamente 8 × 10−7 gramos por julio.
Alicia
Eso parece minúsculo.
Beto
Sí, es la base si fueras solo hidrógeno. Pero la vida no es hidrógeno puro: está principalmente compuesta por carbono-12 y proteínas. Cuando ajustas por la masa atómica media de la materia biológica, la predicción cambia.
Alicia
¿A qué?
Beto
A alrededor de 10−4 gramos por julio.
Alicia
Bien, párate un momento. 10−4 gramos por julio. Esa es la predicción derivada únicamente de las leyes de la física, sin biología todavía.
Beto
Correcto.
Alicia
Entonces, ¿qué pasa cuando vamos a un laboratorio, tomamos E. coli, le damos azúcar y medimos su eficiencia?
Beto
Esta parte me hizo literalmente incorporarme en la silla. Cuando mides el rendimiento de crecimiento de estos organismos unicelulares en el mundo real, los valores coinciden casi exactamente con 10−4 gramos por julio.
Alicia
Coincide.
Beto
Coincide. La predicción física clava la realidad biológica.
Alicia
Eso es alucinante. Significa que la eficiencia de la vida no es un accidente evolutivo. No es que E. coli haya conseguido por casualidad ser así de buena.
Beto
Implica que E. coli es tan buena como físicamente es posible. La evolución ha empujado a la vida contra la pared de la física. No puedes construir biomasa más barata de lo que permiten las energías de enlace.
Alicia
Así que si un bioingeniero dice “voy a hacer una bacteria diez veces más eficiente”, ¿qué? ¿Miente?
Beto
Está luchando contra la masa del electrón. Y el electrón siempre gana.
Alicia
Vale, sabemos cuán eficiente es la vida. Tenemos la parte de masa de la ecuación. ¿Y el tiempo? Porque el tiempo biológico se siente muy distinto: unas cosas crecen rápido, otras lento. ¿Puede la física predecir el límite de velocidad?
Beto
Esto nos lleva al segundo indicador: el tiempo de duplicación. El artículo lo divide en dos escenarios, porque la vida suele estar en una de dos situaciones: o tiene comida de sobra o no.
Alicia
Empecemos por el bufé libre.
Beto
Este es el límite cinético. Imagina una bacteria en una sopa rica en nutrientes. Tiene toda la energía que necesita; vive el sueño.
Alicia
Entonces ¿qué la hace ir despacio? Si tiene recursos infinitos, ¿por qué no se reproduce al instante?
Beto
El cuello de botella se vuelve interno: la velocidad de la maquinaria dentro de la célula. Las moléculas tienen que encontrarse físicamente para reaccionar; tienen que nadar por el citoplasma.
Alicia
Difusión.
Beto
Difusión. Y el artículo introduce un concepto que me encanta: lo llaman "la viscosidad de Berg", “the Berg viscosity”.
Alicia
Suena a novela de espías, la “Berg viscosity”.
Beto
Sí, suena así. Pero trata sobre la física de los fluidos a micro-escala. Pensamos en el agua como algo fluido, pero a escala de una proteína el agua es increíblemente densa.
Alicia
Como nadar a través de miel.
Beto
Aún más densa. Y hay un límite fundamental de cuán libre puede ser un fluido; no puedes tener una viscosidad nula debido a la mecánica cuántica. La constante de Planck fija un límite inferior.
Alicia
Así que, como el agua no puede ser infinitamente resbaladiza, las moléculas tienen un límite en la velocidad a la que pueden moverse para encontrarse.
Beto
Exacto. Pero no es solo el movimiento: una vez que se encuentran, tienen que reaccionar. Usan una analogía de muelle: piensa en un enlace químico como un muelle. Para que ocurra la reacción, hay que estirar ese muelle hasta un punto de ruptura.
Alicia
Y estirarlo cuesta energía.
Beto
Esa es la energía de activación. Aquí la dependencia en la energía se vuelve exponencial: la velocidad de reacción depende exponencialmente de esa energía de activación. Un poco más rígido y la reacción se frena muchísimo.
Alicia
Por eso el rango de predicción tiene que ser enorme.
Beto
Y lo es. La física predice que el tiempo mínimo de duplicación — el más rápido absoluto para que una célula se divida — está entre aproximadamente un segundo y 1011 segundos.
Alicia
Bien, tengo que señalar eso: 1011 segundos ¿qué es? Unos 3.000 años. Decir “entre un segundo y 3.000 años” parece una evasiva.
Beto
Es un rango amplio. Estoy de acuerdo. Pero en física, fijar la cota inferior en alrededor de un segundo es enorme: te dice que una célula no puede dividirse en microsegundos; la química no lo permite.
Alicia
Entonces, ¿cuál es la realidad? ¿Quién es el Usain Bolt de las bacterias?
Beto
El actual poseedor del récord es Vibrio natriegens; en condiciones de laboratorio casi perfectas se duplica en unos 600 segundos — 10 minutos.
Alicia
Lo cual está dentro de la ventana permitida físicamente.
Beto
Confortablemente. En pocas palabras, nos dice que el límite de velocidad de la vida lo fijan la viscosidad del agua y la rigidez de los enlaces de carbono. Físicamente no puedes reproducirte más rápido.
Alicia
Pero eso es para los “ricos”. ¿Y los artistas hambrientos?
Beto
Escenario B. Éste es el mundo limitado por la energía. Piensa en bacterias profundas en la corteza oceánica, enterradas en roca: casi no hay comida.
Alicia
Entonces el cuello de botella no es cuán de prisa puedan construir, sino cuán rápido pueden encontrar una miga que comer.
Beto
Exacto: comer limitado por difusión. El artículo modela la bacteria como una esfera que espera a que una molécula de alimento la golpee por azar.
Alicia
Y como la comida es tan rara, ese juego de espera es solo probabilidad.
Beto
Correcto. Si enchufas la densidad de alimento del manto oceánico profundo, la física predice tiempos de duplicación de años o incluso décadas: entre 107 y 109 segundos.
Alicia
Para dividirse una vez.
Beto
Sí, años para duplicarse. Y cuando bajamos allí y muestreamos microbios del fondo, eso es exactamente lo que encontramos: se reproducen en escalas temporales de años.
Alicia
Es un resultado muy consistente. Tienes a Vibrio duplicándose en 10 minutos y a estos otros tardando 100 años; las mismas constantes explican ambos casos.
Beto
Realmente resalta el poder de este enfoque: la física marca el escenario — viscosidad, tasas de difusión — y la biología ocupa todos los nichos disponibles, del carril rápido al lento.
Alicia
Hablando del carril lento: incluso si no haces nada, cuesta energía existir.
Beto
El coste de la existencia. Éste es el tercer indicador: los costes del estado de latencia.
Alicia
Esta parte me impactó. Siempre pensé que una célula en latencia era como una semilla: simplemente está ahí. Pero no es así.
Beto
No. Latencia o quiescencia aborda esto: la vida es una batalla constante contra la entropía. Si dejas de luchar, te deshaces.
Alicia
¿Contra qué batalla principal luchan las células latentes? Si no crecen, ¿a dónde va la energía?
Beto
Va a las fugas: la membrana celular. La membrana es un aislante y la célula mantiene un voltaje a través de ella, como una pequeña batería. Pero el mundo es cálido: la energía térmica agita todo. Las fluctuaciones térmicas provocan pequeñas perforaciones temporales en la membrana.
Alicia
¿En serio? ¿El calor crea huecos cuánticos en la membrana de la célula?
Beto
Efectivamente. La membrana es una barrera física y el ruido térmico la perturba; a través de esos poros diminutos los iones se filtran. La batería se descarga.
Alicia
Así que la célula debe gastar energía constantemente para bombearlos de nuevo y mantener el potencial.
Beto
Exactamente. Es como estar en un bote con fugas lentas: tienes que seguir sacando el agua sólo para mantenerte a flote, ni siquiera para ir a ningún sitio.
Alicia
¿Y se puede calcular cuánto cuesta ese trabajo?
Beto
Sí. El artículo calcula la potencia necesaria para compensar esa fuga térmica. Depende de la energía térmica (kBT) y de ese tiempo cinético del que hablamos antes. Y el número resulta ser del orden de 3 × 10−15 vatios por célula.
Alicia
Suena increíblemente pequeño.
Beto
Lo es. Pero traducido a biología son unas 1.000 moléculas de ATP por segundo.
Alicia
Solo para mantenerse vivas.
Beto
Mil ATP por segundo, solo para no morir. Y el punto clave: esto coincide perfectamente con experimentos recientes en laboratorio sobre bacterias en latencia.
Alicia
¿Me estás diciendo que hemos predicho cuán eficiente es la vida, cuán rápido puede ir y cuánto cuesta simplemente existir, usando solo la masa del protón y unas pocas constantes más?
Beto
Sí. Sugiere que estas características biológicas no son arbitrarias: son inevitables.
Alicia
Entonces, ¿qué significa esto para, sí, tenía que preguntarlo, los extraterrestres?
Beto
Sabía que llegaríamos allí. Las implicaciones para la astrobiología son enormes.
Alicia
Porque la velocidad de la luz es la misma en Marte que aquí.
Beto
Exactamente. Las constantes fundamentales son universales. Si la vida en Europa, una de las lunas de Júpiter, o en algún exoplaneta, se basa en química, cualquier tipo de química, entonces está sujeta a los mismos límites.
Alicia
¿Se parecería una célula alienígena a la nuestra?
Beto
Visualmente, quién sabe. Pero funcionalmente, el artículo subraya un punto fascinante: el rendimiento de crecimiento probablemente sea una de las propiedades más constantes de la vida en todo el universo.
Alicia
¿Por qué el rendimiento y no la velocidad?
Beto
Porque el tiempo de duplicación y el coste de mantenimiento dependen mucho de la temperatura. Recuerda la ecuación de Arrhenius de la química.
Alicia
Vagamente, de la secundaria.
Beto
Dice que la velocidad de reacción depende exponencialmente de la temperatura. Pequeños cambios en la temperatura generan enormes variaciones en el tiempo.
Así que si un extraterrestre vive en un planeta más frío, la velocidad de reacción será mucho más lenta.
Alicia
¿Y la eficiencia?
Beto
Pero la eficiencia es más lineal: depende de los átomos de que estés hecho. Si estás hecho de carbono, tu eficiencia al convertir alimento en masa será del orden de 10−4 gramos por Julio.
Alicia
Así que si encontramos vida en Encélado, una de las lunas de Saturno, puede crecer muy despacio por el frío, pero será tan eficiente transformando alimento en masa como una E. coli en un tubo cálido.
Beto
Esa es la predicción. Nos da un objetivo: al buscar biofirmas no deberíamos fijarnos solo en formas raras, sino en sistemas que procesen energía con esa eficiencia específica.
Alicia
Es reconfortante pensar que, incluso a través de la galaxia, las reglas de la carretera son las mismas.
Beto
De verdad unifica las ciencias. Separamos física, química y biología en la escuela como si fueran materias totalmente distintas, pero esto muestra que son continuas: la física da las constantes, la química construye los bloques y la biología los organiza.
Alicia
Pero la biología nunca podrá romper las leyes que la física impuso.
Beto
Jamás.
Alicia
Pasamos de la masa del electrón a la vida útil de una bacteria profunda y las matemáticas aguantaron todo el trayecto.
Beto
Lo hizo. La física construye la jaula; la biología vive dentro.
Alicia
Es una imagen algo aterradora pero también alucinante.
Beto
Y plantea una pregunta profunda con la que terminar: el artículo muestra lo ajustada que está la vida a estas constantes. Si el protón fuera un poco más pesado, o la constante de estructura fina fuera algo distinta, ...
Alicia
... ¿sería la vida diferente?
Beto
¿O sería imposible, o simplemente más lenta?
Imagina un universo donde las constantes dictan que el tiempo más rápido en que una célula puede multiplicarse es cada mil años: la civilización no podría surgir.
Alicia
O un universo donde la fuga térmica fuera tan brutal que una célula se quema en micro segundos.
Beto
Exactamente. Parece que existimos en una zona “ricitos de oro” de constantes que permite la vida compleja tal como la conocemos.
Alicia
Pues en esa nota: la próxima vez que mires una roca y luego una planta, recuerda que los mismos seis números deciden lo dura que es esa roca y lo rápido que puede crecer esa planta.
Beto
Es la misma matemática.
Alicia
Gracias por profundizar con nosotros.
Beto
Siempre un placer.
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