Aunque parezca una sustancia simple, el agua continúa sorprendiendo a la ciencia. Un nuevo estudio apoyado por inteligencia artificial encontró evidencia molecular que respalda una hipótesis propuesta hace décadas: el agua podría alternar constantemente entre dos estructuras líquidas diferentes, lo que ayudaría a explicar varias de sus propiedades más extrañas.
La inteligencia artificial encontró evidencias de las dos «formas» del agua
Durante más de 30 años, numerosos científicos han planteado la llamada hipótesis de los dos estados, una teoría que sostiene que el agua líquida no existe en una única estructura molecular, sino que alterna continuamente entre una forma de alta densidad y otra de baja densidad. Sin embargo, obtener pruebas directas de este fenómeno había resultado extremadamente complicado.
Ahora, investigadores liderados por Xiao Cheng Zeng, químico físico de la City University of Hong Kong, utilizaron inteligencia artificial para analizar el comportamiento de cientos de miles de moléculas de agua mediante simulaciones computacionales de gran escala. El estudio, publicado el 4 de junio en la revista Nature Physics, identificó patrones que respaldan la existencia de estas dos configuraciones moleculares.
Para realizar el análisis, el equipo empleó aprendizaje profundo no supervisado, una técnica de inteligencia artificial capaz de descubrir patrones sin recibir instrucciones previas sobre qué buscar. Los investigadores generaron decenas de millones de datos utilizando el software de simulación molecular GROMACS.
La IA logró identificar un conjunto reducido de variables que describen cómo las moléculas cambian continuamente entre una estructura más compacta y otra más abierta. Según Zeng, un trabajo de esta magnitud habría requerido casi una década de análisis manual, mientras que la inteligencia artificial permitió completarlo en aproximadamente un año y medio.
Los investigadores consideran que este hallazgo representa la evidencia molecular más sólida obtenida hasta ahora en favor de la hipótesis de los dos estados del agua.
Un descubrimiento que podría explicar las propiedades más extrañas del agua
El agua presenta numerosas características que la diferencian de casi todos los demás líquidos. Por ejemplo, aumenta su densidad hasta los 4 °C, pero al seguir enfriándose comienza a expandirse, razón por la que el hielo flota sobre el agua líquida. También posee una capacidad excepcional para almacenar calor y responde de manera inusual a determinados cambios de presión y temperatura.
Según los investigadores, estas anomalías podrían tener una explicación común si realmente el agua alterna entre dos estados líquidos diferentes.
El estudio también reveló que las moléculas pueden cambiar entre ambas estructuras siguiendo distintos caminos energéticos. En la mayoría de las condiciones, la transición ocurre mediante una ruta relativamente sencilla con una única barrera energética. Sin embargo, cerca del límite entre ambas configuraciones, el proceso se vuelve más complejo y atraviesa tres barreras distintas antes de completarse.
A pesar del avance, los científicos subrayan que aún será necesario confirmar estos resultados mediante experimentos físicos con tecnologías más sensibles. Si futuras investigaciones validan el modelo, podría mejorar significativamente la comprensión de cómo interactúan el agua, las proteínas, las sales y numerosos compuestos biológicos.
Los autores destacan que este conocimiento podría tener aplicaciones futuras en áreas como la biología, la química, la medicina y el desarrollo de nuevos fármacos, aunque reconocen que todavía se trata de investigación básica y que cualquier aplicación práctica se encuentra a varios años de distancia.
El estudio ofrece una nueva perspectiva sobre una de las sustancias más comunes y esenciales del planeta. Aunque todavía falta confirmar experimentalmente los resultados, la combinación de inteligencia artificial y simulaciones moleculares podría ayudar a resolver uno de los mayores enigmas de la física y la química del agua.
Referencia:
- Nature Physics/Evidence for the generic existence of two local structures in liquid water. Link
