Aristarcos, de paseo por el cosmos

LHC, lo pequeño es enorme

2007-12-02T09:56:00.000+01:00

Cuando Demócrito pertrechado con un pequeño cuchillo, una manzana y un gran ingenio comenzó a caminar hacia el átomo no podía imaginarse que, 25 siglos después, ese deambular conduciría a una máquina de 27 kilómetros de radio refrigerada con helio líquido superfluído. Los siglos han pasado y la búsqueda comenzada por un solo hombre la lleva a cabo hoy un equipo internacional formado por miles de mentes. El Large Hardron Colider (LHC) es una catedral moderna, uno de los mayores esfuerzos tecnológicos humanos, una máquina ciclópea creada para estudiar un universo ridículamente pequeño, millones de veces más pequeño que un el átomo más diminuto. Si quieren averiguar por qué se necesita una máquina del tamaño de una montaña para estudiar algo tan pequeño y qué se espera observar con ella pasen y vean. Por cierto, si en Mayo se crea un agujero negro en Ginebra no me digan que estaban avisados.

En el colegio nos explicaron que los átomos son los constituyentes fundamentales de la materia, la base de la química y la biología. La historia de la física reciente tiene bastante que ver con ir más allá y atreverse a dividir lo indivisible. Los átomos se componen por una nube de electrones y un núcleo cargado positivamente según descubrió en los albores del siglo XX J. J. Thomsom. A estos electrones ya les consideramos como de la familia, sin ir más lejos fueron utilizados para hacer funcionar, en forma de rayos catódicos los televisores durante décadas. El 5 de Agosto de 1945 los habitantes de Hiroshima descubrieron, muy a su pesar, que además de electrones los átomos también tenían núcleos y que estos se podían fisionar. A partir de ese momento la historia no volvió a ser lo que era. Los físicos, envalentonados por su capacidad de destruir núcleos, situaron su punto de mira en sus constituyentes, los protones y neutrones. En los 60 Murray Gell-Mann un físico aficionado al queso y a la literatura de vanguardia demostró que los protones y neutrones, que forman los núcleos, por muy pequeños que pareciesen ser, también podían ser divididos y que estaban formados en realidad por tres quarks cada uno.

A partir de este punto esta carrera de muñecas rusas se transformó en una selva de mesones, bariones, hadrones, leptones, muones, piones y otros cientos de partículas subatómicas. Toda esta profusión de partículas, no tan fundamentales, fue domada y sistematizada en la teoría física más detallada que los humanos conocemos hasta la fecha, el modelo estándar. Según este modelo toda la materia del universo está formada por 6 leptones (uno de los cuales es nuestro querido electrón), 6 quarks y 5 bosones (entre los cuales se encuentra el humilde fotón). Pero esto, es otra historia que deberá ser contada en otra ocasión, dediquémonos a observar a un físico buscando nuevas partículas.

Para distinguir a un físico de partículas nada más sencillo que prestarle un reloj de pulsera. Lo primero que hará es lanzarlo contra la pared, para después pasarse horas estudiando las piececitas resultantes del choque. No hay ni malicia ni por odio a los relojeros en este comportamiento, simplemente es su método para estudiar la naturaleza. Para estudiar la composición del mundo subatómico hacen chocar átomos, protones y electrones con toda la furia posible. De hecho, el LHC es un acelerador de protones. Para hacernos una idea de como funciona podemos pensar en un par de pistoleros enfrentados a 27 kilómetros de distancia. Su objetivo es disparar ambas pistolas y hacer que las dos balas choquen justo en el punto en el que una cámara fotográfica espera para recoger el suceso. Claro está que el caso de los pistoleros es sencillo porque las balas son muchísimo más grandes y lentas que los protones. El desafío tecnológico consiste en acelerar los protones casi a la velocidad de la luz y provocar una colisión frontal en dos puntos determinados el anillo de 27 kilómetros.

Este nuevo experimento, el LHC, es, en realidad, una actualización del laboratorio acelerador de partículas más grande del planeta, el CERN. Fue creado en la década de los 50, está mantenido por 20 países y se localiza en el subsuelo bajo la frontera de Francia y Suiza. Actualmente trabajan en él 2600 empleados y colaboran con unos 8000 científicos e ingenieros de 500 universidades y 80 nacionalidades. Entre los logros del CERN se encuentran el descubrimiento de los bosones W y Z, la determinación del número de familias de neutrinos, la creación del antihidrógeno y el descubrimiento de la violación CP. Otro pequeño subproducto del CERN creado en 1990 ha sido la web, sí ha leído usted bien, el invento este que hace fluir a internet.

Pero dejémonos de historias y volvamos al mundo subatómico. Las gigantescas escalas manejadas en este nuevo experimento no son un mero capricho de los físicos. Cuanta más velocidad le impongamos al reloj que habíamos lanzado contra la pared, o a los protones disparados el uno contra el otro, más pequeñas serán las piezas que obtengamos. Si queremos observar los detalles más íntimos de los núcleos atómicos debemos conseguir imprimir una gran velocidad y energía a los protones. Esto se consigue acelerándolos en un círculo formado por imanes superconductores de una potencia tremenda. A medida que los protones se van haciendo girar en este circuito de 27 kilómetros se van acelerando hasta cerca de la velocidad de la luz, de modo que cuando choquen tengan una gran energía cinética acumulada. Esta energía se convertirá, de acuerdo con la famosa fórmula E=mc2, en materia. La materia y la energía son intercambiables, la materia se podría ver como una forma de energía condensada. Es así, como a partir del furioso choque de los protones, se obtiene una exótica mezcla de partículas. Estas nuevas partículas sólo aparecen en regiones del espacio en las que hay una gran energía acumulada. Esto sucedía por ejemplo en los primeros minutos tras la creación del cosmos y, en cierto modo, el LHC nos permite recrear las condiciones que reinaban segundos después del Big Bang.
Podríamos decir que la precisión de esta máquina debe ser milimétrica si no fuese porque los milímetros son enormes para un protón. El choque entre los protones debe localizarse exactamente en el centro de dos detectores, el Atlas y el Solenoide Compacto de Muones, CMS para los amigos. Básicamente estas cámaras de miles de toneladas de peso permiten fotografiar los chorros de partículas creados tras el choque de los protones. Estos detectores deben tener unas proporciones colosales, concretamente 20 y 15 metros de diámetro respectivamente, porque las partículas resultantes de los coches son extraordinariamente energéticas y atraviesan la materia con una gran facilidad. Si queremos estar seguros de poder recogerlas y analizarlas todas debemos disponer de detectores masivos capaces de detectar cualquier pequeña anomalía.

Una vez visto cómo funciona el aparatito veamos qué se espera obtener de él. Por supuesto esto es una pregunta trampa, este experimento explora una región desconocida de la física, de hecho, en esto reside su mayor interés y nadie sabe que vamos a encontrar. Sabemos que el modelo estándar, por muy buena teoría que sea, no puede ser correcto. Entre otros problemas, según esta teoría, la gravedad no existe y las masas y las cargas de las partículas que forman el universo son arbitrarias. Yo no sé ustedes, pero los físicos no se sienten excesivamente cómodos sin una buena gravedad que les una a suelo. Existen teorías que intentan solucionar estos problemas, como la teoría de supercuerdas o la gravedad cuántica de bucles, pero ninguna de ellas es demasiado satisfactoria. Los físicos quieren hacer experimentos con energías mayores para encontrar guías que les ayuden a solventar los problemas del modelo estándar. A pesar de este desconocimiento algunas predicciones sobre lo que nos puede acabar mostrando el LHC sí hay.

Una de las principales esperanzas es que se encuentre el bosón de Higgs. Según los físicos esta partícula debería explicar porque las cosas tienen masa, sin él deberíamos ser seres espirituales, incluso después de comer grandes cantidades de chocolate durante las fiestas navideñas. Por supuesto, nadie sabe si realmente se va a poder ver el bosón de Higgs en las energías generadas tras el choque de los protones. Si se ve, se descorcharán muchas botellas de champán y se concederán un par de premios Nobel, si no aparece, los teóricos deberán conformarse con seguir devanándose los sesos para introducir la masa en el modelo estándar.

Otra de las predicciones hechas por la teoría de cuerdas es que el universo tiene, en realidad, 9 u 10 dimensiones espaciales, en vez de las 3 que nosotros, pobres mortales somos capaces de observar. Esto, los teóricos de cuerdas, lo afirman sin sonrojarse lo más mínimo. El truco, según ellos, consiste en que las dimensiones adicionales están muy enrolladas y son demasiado pequeñas para que podamos verlas. Por supuesto, hay muchos otros físicos que dicen que esto es una soberana tontería. La disputa la podría resolver el LHC si consiguiese ver partículas desaparecer en una de las dimensiones adicionales después de hacer "pop".

Otro de los posibles descubrimientos es la supersimetría. Según algunas de estas teorías todas las partículas conocidas hasta el momento deben tener un "hermano" supersimétrico. Por ejemplo, al electrón le correspondería el selectrón. Esta predicción también es bastante arriesgada, pero no es la primera vez que los físicos, tras un malabarismo matemático, descubren una nueva partícula. La antimateria fue descubierta tras ser predicha por Paul Dirac y hoy en día se utiliza en aplicaciones médicas como el TEP (Tomografía por emisión de positrones).
Como nota a pie de página, los responsables del LHC avisan que, tal vez, se pueda crear algún agujero negro que otro en Ginebra. A reglón seguido, eso sí, explican que los agujeros negros no son tan negros como parece y que se evaporarán antes de que nuestro planeta completo desaparezca tras hacer "pop". Si en Mayo del 2008 sienten un siseo de rayos gamma en el cogote no se preocupen, ya será tarde.

Una de las críticas recurrentes a este experimento ha sido, por supuesto, el cochino dinero. Toda esta grandiosidad no ha sido barata, el presupuesto estimado en el 2001 era de 300 millones de euros. Muchos científicos, sobre todo los que no trabajan allí, cuestionan la utilidad de esta gran inversión, destinada a estudiar unas meras partículas subatómicas que hace decenas de millones de años que no se ven por estos lares. Los físicos teóricos responden que sin los avances de esta disciplina hoy no habrían ni ordenadores, ni microondas, ni bombas atómicas, ni web. Dejo al lector sumido en estas reflexiones no si antes añadir que, a mi entender, uno de los grandes beneficios del asunto es poder quedar a cenar con los amigos y soltarles un par de palabros como: quarks, supersimetría, supercuerdas, bosón de Higgs y, mi favorito, Solenoide Compacto de Muones.

Si les ha interesado el tema no tienen porqué conformarse con mis pobres explicaciones. Tienen a su disposición un excelente documental, Atrom

, producido por la BBC4, un buen puñado de páginas en la wikipedia e, incluso, un podcast podcast producido por uno de los científicos que trabajan en el proyecto.

¿Por qué morimos?

2007-09-16T07:28:00.000+02:00

En una entrada previa daf-2 fue acusado de gen asesino por interrumpir los mecanismos de mantenimiento celular y conducirnos a todos los animales a una muerte prematura. Este juicio ha sido apresurado e injusto. Es cierto que este gen acelera la muerte, pero, paradójicamente, su función es permitirnos vivir y reproducirnos. Esta argumentación puede, a priori, parecer un sin sentido, pero no se puede entender el papel de este gen asesino sin comprender antes por qué morimos.

A la cuestión anterior se suele responder con ligereza, morimos por el hambre, la enfermedad, la violencia, etc. Y, tal vez, para evitar estas respuestas apresuradas deberíamos replantear la pregunta, lo que buscamos es la causa última, ¿por qué la selección natural no produce animales inmortales? ¿Por qué los procesos de selección capaces de hacer evolucionar cámaras como los ojos o bombas como el corazón no han acabado con la vejez y la enfermedad?

Imaginemos que una mutación en un gen X genera una nueva copia capaz de conferir un año extra de vida a su portador. Este individuo tendría un año más de vida para reproducirse y repartir esta afortunada mutación. Con el tiempo el cambio quedaría fijado en la población, puesto que todos los individuos serían portadores de tan ventajosa mutación. ¿Por qué este proceso no se a repetido una y otra vez hasta conseguir animales cada vez más longevos? La respuesta es simple, no se ha creado un gen capaz de conferir tamaña vitalidad porque este gen no puede existir en un animal real. En la naturaleza las vacas no son esféricas, digan lo que dian los matemáticos, y los animales están sujetos a diversas restricciones.

Un animal es una máquina capaz de conseguir una cantidad de alimentos limitada. Estos recursos puede invertirlos en diversas partidas: mantenimiento y reparación de averías, reproducción y búsqueda de nuevo alimento. Para ser inmortal habría que aumentar la energía destinada a la reparación del desgaste causado por el tiempo. Ya conocemos un gen, daf-16, encargado de activar el mantenimiento de las proteínas celulares, de luchar contra los microbios y de reparar de los daños causados por la oxidación. Al activar estos mecanismos la célula se mantiene joven, pero también se consume energía, lo cual redunda en que la partida destinada a la reproducción se vea mermada.

Puede que no fuese un problema grave tener alguna dificultad durante la reproducción, si a cambio obtuviésemos una vida más longeva aumentando por tanto las oportunidades de reproducirnos. Podrían pues aparecer mutaciones que desviasen más energía a la reparación de las averías, dificultándose, como consecuencia, la reproducción durante ciertos periodos de carestía. Esto, podría suceder y, de hecho, sucede, pero existe un límite que no se puede rebasar impuesto por una eventualidad que no hemos tenido todavía en cuenta.

Calcémonos las botas de demiurgo y creemos un mutante prácticamente indestructible e inmortal, con unos sistemas de reparación hiperdesarrollados. A su lado situaremos a un competidor más enfermizo pero capaz de invertir más energía en la reproducción. En una época de vacas flacas, mientras el enfermizo se reproduce y va envejeciendo el mutante se mantiene joven y estéril a la espera de tiempos mejores. Llegados estos tiempos ambos individuos se reproducirán y el enfermizo acabaría por morir mientras el mutante continuará sano. Pero empeoremos las perspectivas de nuestro sano mutante situándolo al borde de un precipicio, una guerra o una hambruna. En cualquiera de estos casos fallecerá tal y como lo haría cualquier otro hijo de vecino. Mientras el enfermizo se reprodujo, distribuyendo sus genes, antes de sufrir las consecuencias de la guerra o la caída, el mutante sano no se habrá reproducido y por lo tanto sus genes se perderan.

La selección natural a creado seres enfermizos, pero capaces de reproducirse rápidamente. Esta es la causa última de la enfermedad y la muerte, no se puede dedicar demasiada energía a mantenerse sano para siempre, relegando la reproducción a un segundo plano, porque durante la juventud podríamos sufrir un accidente que nos impidiese tener descendencia.

Todas estas disquisiciones no son más que palabrería sin un modelo matemático que las justifique y unas observaciones experimentales que las apoyen, pero no dejan de ser bastante razonables. Esta no es una cuestión zanjada y lo expuesto no es más que una teoría razonable y es necesario andarse con pies de plomo en estos temas, porque la mayoría de las teorías, por muy razonables que sean son falsas. Recomiendo al lector interesado que se encamine al artículo de la wikipedia en el que se explican esta teoría y otras alternativas.

Ahora ya podemos hacernos una idea del papel de daf-2, el gen asesino. Su misión es evitar que el individuo destine demasiados recursos a mantenerse sano cuando no hay energía suficiente. Sin este gen durante un periodo de carestía podríamos quedar estériles e incuso morir de hambre. Sin daf-2 los tejidos se repararían continuamente y nos mantendríamos jóvenes, pero moriríamos al consumir todas nuestras reservas energéticas.

No sé lo que pensará usted, pero a mí se me entristece un poco darme cuenta de que cuando falta energía los genes deciden cortar la reparación de mi cuerpo antes que abandonar la posibilidad de reproducirse. Esto tiene toda la lógica cuando se interpreta desde la visión del gen egoísta, pero dado que yo también soy egoísta este abandono del soma, de nuestro cuerpo, frente al mantenimiento de las células reproductoras me ofende. Eso sí, dándole la vuelta al razonamiento, me alegra que la reproducción de mis antepasados no se detuviese a pesar de que tuviesen que pagar con sus vidas.

Acariciando fantasmas

2007-09-12T18:25:00.000+02:00

En previas entradas vimos cómo amputar o generar miembros fantasma, para acabar esta serie propongo que los acariciemos. En teoría, no debiera poderse tocar un pie que ya no existe, un pie que ha sido amputado, pero no olvidado. Podemos aceptar que Lord Nelson sintiese todavía como suyo un brazo perdido en Santa Cruz de Tenerife, pero ¿cómo vamos a rozar físicamente el recuerdo de un pié que ya no existe? De nuevo será, V. S. Ramachandran, el director del Instituto del cerebro y la cognición de la Universidad de California, quien nos guíe en este viaje a nuestro propio cerebro. En el camino, además, conoceremos a Penfield, un hombrecillo que habita en nuestras cabezas y daremos cuenta de orgasmos sentidos con los pies.

California, años 90 del siglo XX, un paciente, con los ojos vendados y sin brazo izquierdo, está siendo tocado por el doctor Ramachandran en distintas partes de su cuerpo. Al tocarle su hombro, responde, está tocandome el hombro, al tocar la barriga, me presiona usted la barriga doctor. Hasta aquí nada extraño, pero cuando le rozan su labio superior, oh, doctor, me hace cosquillas en mi pulgar fantasma. ¿Qué tienen que ver los labios con los pulgares? ¿Por qué este paciente siente que le tocan un dedo que ya no tiene cuando le acarician los labios? Para poder desentrañar el misterio hay que hacer primero un viaje a la corteza de nuestro cerebro.

Concretamente debemos dirigirnos al gyrus postcentral. Para hacernos una idea de dónde está esta región nada maś sencillo que proveerse de un rotulador de punta gruesa y trazar una línea desde la punta de una oreja a la otra. Es aquí donde el cerebro organiza las señales que le llegan desde la piel. Cuando algo nos toca el hombro, un grupo de neuronas de esta zona se enciende para indicarlo. De hecho, no es necesario que alguien nos toque el hombro para que lo sintamos, simplemente hay que estimular el punto exacto del cerebro.

El descubridor de esta región fue Wilder Penfield, un neurocirujano canadiense que realizó numerosas operaciones con el cerebro abierto y anestesia local, similares a las que vimos en el caso de las presencias amenazantes. Al estimular distintos puntos de la corteza con una punta eléctrica los pacientes relataban estar siendo tocados en distintas partes de su cuerpo, en la cara, la lengua, los pies o las rodillas. Penfield se dio cuenta de que distintas áreas del cerebro representaban distintas partes del cuerpo. La representación de la boca y la lengua está cerca nuestras orejas reales y al ir subiendo por la cabeza nos encontramos con las manos, el tronco, el pie y los genitales. Al dibujar los brazos, las piernas y el resto de partes del cuerpo sobre las regiones que los cartografiaban en el cerebro apareció un pequeño ser humano recostado sobre la superficie de nuestro cerebro. A este individuo se le denominó homúnculo de Penfield y constituye es una representación topológicamente, más o menos correcta, de nuestro cuerpo.

En este mapa, la representación de la cara está junto a la de la mano, por eso el paciente sentía que le tocaban los dedos al acariciarle los labios. En este momento veo a una parte de los lectores señalándome con sus dedos acusadores por haber dicho una estupidez. Todo el mundo lleva un pequeño señor acostado entre sus orejas con las manos cerca de los labios, pero no por ello sentimos que nos han besado los labios cuando sólo nos besaron la mano. Es cierto, no lo hacemos, pero hay que recordar que el paciente no tenía brazo y, por lo tanto, las señales eléctricas que debían circular desde el brazo a la representación del miembro en la cabeza faltaban. Cuando una región cerebral deja de alimentarse de las señales que normalmente le llegan tiende a ser invadida por las señales de las regiones vecinas. De modo que, al tocar los labios del paciente una señal sale disparada hacia el cerebro y una vez allí además de activar la región que inerva normalmente, actúa también en la zona vecina, la correspondiente a la mano fantasma, haciendo sentir al individuo que le han rozado la mano, cuando sólo su labio ha sido estimulado.

Ramachandran cuenta que al poner hielo en la cara del paciente el dedo gordo fantasma se le enfriaba y que al dejar que una gota de agua se pasease por sus labios el paciente descubrió alarmado que la gota le subía por el brazo, desafiando la ley de la gravedad.

En el estupendo Fantasmas en el cerebro el investigador relata la llamada telefónica de un avergonzado ingeniero de Arkansas. ¿Doctor? ¿Sí?. He leído en el periódico acerca de su trabajo y me preguntaba si podía hacerle una consulta. ¿Cómo no, adelante? Hace unos meses perdí una pierna por debajo de la rodilla y ahora cada vez que realizo el acto sexual siento cosas en mi pie. No se preocupe, en el cerebro los mapas que representan los pies y los genitales están muy próximos y puede que a causa de sus accidente las señales que se originan en los genitales acaben en el mapa cerebral de los pies. Sí todo eso está muy bien, pero usted no lo entiende, ahora siento los orgasmos también a lo largo de todo el pie y son enormes

Muérete gusano, dijo el gen

2007-09-09T10:15:00.000+02:00

Un ser vivo es una máquina bien engrasada con un objetivo claro, vivir lo máximo posible para poder reproducirse. Cada pieza del organismo cumple una función al servicio de su propietario. Los ojos sirven para ver, las manos para agarrar y cada minúsculo detalle trabaja por el bien del individuo. Sólo cuando estas piezas, con el tiempo, empiezan a fallar aparecen la enfermedad y la muerte. Es el desgaste de la máquina el que acaba por producir la muerte. Pero, ¿es todo esto realmente cierto? Si lo es, ¿cómo es posible que se hayan encontrado genes que al romperse aumentan la vida de sus portadores? Lo normal es que cuando un gen falla, cuando una pieza del individuo se estropea, una enfermedad aparezca. Pero, prácticamente en todos los animales en los que se han buscado, hay genes que no causan enfermedad cuando se rompen, causan vida, salud y juventud. Estas insidiosas piezas se han estudiado en gusanos, moscas y ratones, y hay indicios de que también puedan funcionar en humanos. Son una especie de bomba de relojería interna y cuando son destruidos la esperanza de vida puede llegar a multiplicarse por seis.

En 1990 Cinthya Keynon, una investigadora de la Universidad de California se preguntó, ¿por qué un rata vive 3 años mientras que una ardilla, que es fisiológicamente muy similar, es capaz de aguantar 25? ¿Hay algún gen que condene a la rata a una tumba prematura? Para buscar la respuesta recurrió a Caenorhabditis elegans, un gusano habitante de la materia orgánica en descomposición. Lo bueno de trabajar con este titán microscópico de 1000 células y 20000 genes, en vez de con humanos, es que nadie se queja cuando se le mata y además son bichitos muy sencillos, lo cual facilita la investigación. La metodología que aplicó fue la habitual, romper todos los genes del organismo de uno en uno. No sé si los biólogos rompen más platos que el resto de los mortales, pero cuando se les pone en un laboratorio no dejan gen en cromosoma.

Lo que encontró fue sorprendente, al inactivar el gen daf-2 el gusano no sólo no vivía peor sino que se mantenía joven mucho más tiempo y duplicaba su esperanza de vida, de dos a cuatro semanas. Se había encontrado una especie Jack el Destripador genético, una pieza de la maquinaria celular que destruye al organismo cuando se activa. ¿Será este un gen asesino?

Se necesitó trabajar durante años para encontrar otro gen, daf-16 que funciona de modo opuesto al presunto asesino. daf-16 funciona activando a unos 100 genes que mantienen las células sanas y al organismo saludable. Entre estos genes salutíferos hay antioxidantes, agentes antimicrobianos y proteínas carabina, encargadas de velar por la integridad estructural del resto de proteínas. Este daf-16 es, de hecho, el quid de la cuestión, puesto que la función del asesino daf-2 es detener a esta fuente de salud que representa daf-16. Los dos forman una especie de Yin-Yang genético.
La investigación en el gusano continuó y el récord de longevidad actual se encuentra en multiplicar por 6 su vida, lo cual en términos humanos sería equivalente a vivir unos 400 años. Si Newton o el Cardenal Richelie hubiesen sido gusanos, también en el sentido literal, todavía estarían coleando por aquí.

A estas alturas usted puede estar pensando, todo esto está muy bien, pero yo no soy un gusano, ¿qué hay de lo mío? Genes similares en secuencia y función a esta pareja se han encontrado en la mosca de la fruta y ratones. Concretamente a las moscas se les pudo hacer vivir un 80% más y a los ratones un 26%. ¿Y a las personas? Nadie va destruyendo genes humanos para investigar así que los datos en humanos son exiguos. Buscando en los judíos Askenazi centenarios se ha encontrado una alta frecuencia de una mutación en el equivalente humano de daf-2. Al parecer también en nosotros podría estar hacendo tic-tac una bomba de relojería similar, un gen cuya función nos va arrastrando a la tumba, paso a paso. Si es así desactivándolo se podría conseguir un aumento en la esperanza de vida, aunque seguramente este incremento sería mucho más modesto que el conseguido por el gusano. Algunos investigadores son pesimistas y avisan que puede que la fisiología humana sea lo suficientemente distinta de la de los ratones, moscas y gusanos como para que no se consiga ningún aumento en la calidad de vida deteniendo estos genes. La investigadora que realizó la investigación en gusanos no está tan segura y ha fundado una empresa, Elixir Pharmaceuticals, que actualmente está estudiando una droga inhibidora del equivalente humano del gen asesino. Tal vez en un futuro cercano haya disponible una pastilla capaz de regalarnos algunos años.

Comenzamos esta entrada pensando que todo en el individuo trabaja para que éste funcione perfectamente, pero hemos encontrado una minúscula pieza que, según toda la evidencia disponible, conspira para acabar con su dueño. ¿Es posible que la selección natural haya permitido un fallo semejante? ¿Hay realmente un gen asesino dentro de nosotros matándonos poco a poco? ¿No se suponía que los defectos en los seres vivos desaparecían a lo largo de la evolución porque no eran competitivos? ¿Cómo es posible entonces que este gen asesino haya perdurado, cómo es que uno de nuestros abuelos no lo perdió, vivió más años y tuvo muchos hijos mientras tanto? Damas y caballeros del jurado, a pesar de toda la evidencia presentada por el ministerio fiscal me propongo demostrar que daf-2 no es un mal tipo. Es cierto que creció en un barrio duro y que sufrió todo tipo de necesidades, pero tiene buen corazón y, como todos los demás genes, trabaja por nuestro bien, aunque a veces no parece que lo consiga. Para explicarles el asunto primero debemos averiguar porque mueren los seres vivos, porque la selección natural no ha creado ningún individuo inmortal, y esto nos va a llevar un tiempo, por ello solicito un aplazamiento de la vista hasta una próxima entrada.

Antes de cerrar del todo quisiera recordar que la idea para esta entrada se la debo mi podcast favorito, radiolab, y el grueso de la información la he encontrado, en el laboratorio de Cinthya Keynon y en la wikipedia (faltaría más).

Gengis kan, el emperador de las mujeres

2007-09-05T18:16:00.000+02:00

Aunque Gengis Kan significa, en lengua mogol, "el emperador de todos los hombres", más que a los hombres este señor a lo que se debió dedicarse con fruición fue a las mujeres. De otro modo no se explica que se convirtiese en el Padre de la Nación. Y por padre no nos referimos a que inspirase ideas o que unificase territorios, sino a un padre en el sentido biológico. Concretamente, se estima que el 8% de los hombres, que viven hoy en día en la región ocupada por el imperio Mongol, son descendientes por línea paterna del viril príncipe, lo cual representa uno de cada 200 hombres vivos en todo el mundo. Este dato no se ha publicado en un periódico amarillista sino en una de las más prestigiosas revistas de genética humana. Dado que me confieso incapaz de imaginar qué portentosas cualidades físicas permitieron a Gengis Kan convertirse en el padre más exitoso de la especie humana, me dedicaré a la más humilde labor, de explicar como se les puede seguir la pista a los descendientes de un señor que vivió hace casi mil años, sin acudir a un registro civil que, por aquel entonces, todavía tardaría siglos en ser creado. De hecho, es tan sencillo localizar a los descendientes, que incluso usted puede confirmar si esas ganas de acribillar a los vecinos, que de vez en cuando le asaltan, son debidas a que también es hijo de Gengis Kan.

La técnica se basa en estudiar el cromosoma Y recuerda a la ya vista para el caso de las genealogías criminales. El cromosoma Y se hereda, en los hombres de padre a hijo, lo que hace que siga la línea paterna en la familia, tal y como lo hace el apellido paterno. Además los investigadores disponen de tecnologías capaces de leer patrones específicos en cada cromosoma, digamos que se puede leer el código de barras de cada cromosoma. El resultado es que todos los hombres de una familia concreta comparten un cromosoma Y idéntico con un código de barras idéntico. Si en una población humana identificamos quienes de los hombres comparten cromosomas con el mismo código de barras podemos encontrar a todos los hombres de una familia concreta, aunque pertenezcan a ramas familiares separadas hace siglos. Dicho sea de paso, no todos los hombres del mundo comparten un mismo cromosoma Y, proveniente del primer hombre vivo, o incluso de algún antepasado primate, la razón es que la maquinaria que copia los cromosomas de padres a hijos, de vez en cuando, comete fallos (ver entrada sobre el secreto de la vida). Digamos que cuando se copia el cromosoma Y de padres a hijos la fotocopiadora que copia el código de barras de los cromosomas, a veces, deforma alguna de las líneas del código, creando así uno nuevo.

Las familias identificadas por el cromosoma Y se suelen distribuir en un área geográfica más o menos continua. Digamos que situamos todos los miembros de la familia "Unzua" en un mapa, lo habitual, es que estén distribuidos en una región determinada, por ejemplo, la mayor parte podría localizarse en Andalucía y alguno en Extremadura. Si, en el pasado algún miembro de dicha familia hubiese emigrado a Chile, otros individuos podrían estar localizados cerca de Santiago. Esto es lo observado normalmente y es lo que se esperaba encontrar en el estudio sobre el cromosoma Y llevado a cabo en Oriente, pero lo que se encontró fue muy diferente. En la región hay menos diversidad cromosómica de la habitual, es decir faltan cromosomas. El número de cromosomas Y diferentes de una población depende, sobre todo, del número de individuos en la población, pero en este caso hay muchos menos cromosomas distintos de los esperados para una población con ese número de hombres. Esto se debe a que hay una variante del cromosoma Y que se presenta en una frecuencia inusualmente alta, algo similar a lo que sucede con la frecuencia de Gracías en España, pero mucho más exagerada. Llamemos a este cromosoma Y concreto, cromosoma Y-g. Además, la distribución espacial de este cromosoma Y-g no se restringe, como en los demás casos, a una región concreta sino a una amplia superficie que abarca desde China a Uzbequistán.

Utilizando una técnica estadística conocida como teoría de la coalescencia (sugiero al lector recordar el nombre para poder introducirlo disimuladamente en la próxima cena con amigos) calcularon que el hombre que llevó este cromosoma, por primera vez, en sus espermatozoides debió vivir hace entre 700 y 1300 años. Y además, este hombre debió ser originario de Mongolia porque allí se observa actualmente una mayor frecuencia de dicho cromosoma Y-g. Por cierto, si desea usted saber si es portador del dichoso cromosoma puede acudir a uno de los servicios comerciales que en una semana le solventarán la duda, ¿seré yo también un hijo del gran Gengis?

La genética nos indica que hace unos 1000 años había un señor que paseaba por las estepas de Mongolia cazando yaks y era el único portador del cromosoma Y-g. De algún modo, el individuo se las ingenió para que el 8% de los varones actuales desde China hasta Ubzbequistán sean descendientes suyos. Pero, ¿qué pistas nos ofrece la historia sobre quién podría ser ese individuo? Gengis kan creó en esa época un imperio que se extendía tanto como lo hace el cromosoma Y-g y también se sabe que tuvo numerosos hijos reconocidos y naturales. Además, su ejercito tenía por costumbre matar a bastante gente, especialmente varones, al conquistar un territorio, lo que debió eliminar otros cromosomas Y competidores. A esta situación, en la que una población disminuye rápidamente de tamaño para volver a aumentar al poco tiempo, se le conoce en genética como cuello de botella. En estas circunstancias, según todos los modelos teóricos, unos pocos cromosomas aumentarán espectacularmente en la descendencia, tal y como se observa en el Y-g. De todos modos, aunque todos los indicios apuntan en esta dirección, para confirmar que realmente fue Gengis Kan, y no un lugarteniente suyo, el verdadero padre de la nación habría que hacer un análisis genético a sus restos y esto parece difícil porque nadie sabe donde descansan.

Resumiendo, si quiere usted convertirse en el próximo padre de la población mundial la receta es sencilla. Comience por conquistar el imperio, continúe masacrando a la mayoría de los hombres y provease de suficiente viagra. Este sencillo método tiene resultados garantizados, en 1000 años será reconocido como una gran figura. Eso sí, no meta la pata como Gengis Kan, asegúrese de dejar, al menos, un pelo para esta vez nadie pueda dudar de quien fue el gran estadista.

Caos y azar

2007-09-02T11:15:00.000+02:00

Cuando Newton acabó de crear el edificio de la física que obedecen los planetas, las manzanas y los arco iris el cosmos parecía ordenado y predecible. Si la manzana estaba a 2 metros sobre el suelo caería inexorablemente y los planetas seguirían órbitas predecibles hasta el fin del tiempo, el cosmos era una máquina, un mecanismo de relojería perfectamente engrasado. Al menos esta era la teoría, veamos por qué para Newton tres también son multitud y de que va esto del caos y el efecto mariposa.

En 1889 Poincaré se presentó a un concurso en el que se pedía determinar si el Sistema Solar era estable o si, por el contrario, cualquier día uno de los planetas podía salir despedido de su órbita sin más. Utilizando la mecánica newtoniana el gran matemático y físico demostró que el sistema era extraordinariamente caótico, es decir, que no se podía predecir la evolución de los planetas. ¿Cómo es posible que utilizando una física que nos permite lanzar satélites artificiales con portentosa precisión, se llegue a la conclusión de que el cosmos es impredecible? El truco está en las condiciones iniciales, Poincaré demostró que la evolución de los planetas, cuando había más de tres, sólo podría conocerse sí la posición y velocidad de todos ellos en un momento dado eran conocidas con infinita precisión. Poincaré se dio cuenta de que esto implicaba, en la práctica, que el sistema es impredecible porque una variación minúscula en las condiciones iniciales puede llevar a un cambio muy grande en el futuro, esto es, lo que más tarde se conoció, como efecto mariposa. En este ejemplo ya se observan varias de las características típicas de los sistemas caóticos. Primero, el caos no aparece en sistemas gobernados por el azar, sino en sistemas que obedecen leyes estrictas y deterministas. Si sé con precisión absoluta donde están hoy todos los planetas podré calcular dónde estarán el resto de la eternidad, es la incertidumbre en la medida la que ocasiona que el sistema sea impredecible y este error de medición es inevitable. Si nos equivocamos en unos miserables centímetros al determinar la posición de los planetas puede que estemos condenando a Plutón a abandonar el Sistema Solar dentro de 1000 años. El azar, a diferencia del caos, no sigue ley alguna, es completamente arbitrario e impredecible aunque lo conozcamos todo sobre el sistema.

La segunda característica típica de los sistemas caóticos es el número de elementos. El caos sólo aparece cuando hay, al menos, tres planetas y Newton sólo había resuelto las ecuaciones para dos cuerpos (en la wikipedia se puede ver una animación con el movimiento herrático y desordenado de los tres planetas frente a las órbitas elípticas del caso de dos cuerpos). Por cierto, este es el problema que Klaatu resuelve en "The Day the Earth Stood Still" para llamar la atención del científico.

Pero las conclusiones de Poincaré no cuajaron en la imaginación popular y no fue hasta la invención de los computadores que el estudio del caos no tomó la relevancia que hoy en día tiene. Ahora sabemos que no sólo los planetas son caóticos, otros ejemplos más conocidos son el clima, la bolsa, el cerebro o, incluso, el flujo del agua por una tubería. Fue Lorenz, un matemático y físico, quien, en 1960, estudiando un modelo del clima, determinó que por muchos esfuerzos que hiciésemos nunca seríamos capaces de predecir con más de dos o tres días de adelanto cuando va a llover. Para llegar a semejante conclusión introdujo su modelo sobre el movimiento del aire en la atmósfera en una computadora.

En su modelo el estado de la atmósfera en un momento concreto depende del que tuvo en el instante anterior. La simulación comenzaba en el instante cero, con unas condiciones iniciales, y progresaba calculando instantes posteriores de uno en uno. Como en aquel tiempo las computadoras no eran muy rápidas y no sólo de ciencia vive el hombre, cuando se acabó el día Lorenz, que había calculado, digamos, 1000 iteraciones hacia el futuro, imprimió los números que definían el estado de su modelo y se fue a dormir. Cuando volvió al día siguiente introdujo esos números como condiciones iniciales y dejó que el cálculo continuase a partir de la iteración 1001. Por suerte, para él y para el resto de curiosos del mundo, Lorenz era un científico meticuloso y decidió comprobar que la interrupción nocturna no había afectado al resultado así que volvió a correr la simulación desde cero hasta más allá de la iteración 1000 sin interrupción. Hasta la 1000 todo fue bien, los números de ambas simulaciones cuadraban a la perfección, pero más allá del 1000 el asunto se complicó. Al principio los cálculos eran similares aunque no idénticos, pero transcurridas unas cuantas iteraciones más los números del primer y del segundo día no se correspondían en absoluto.

Después de darle muchas vueltas Lorenz encontró la causa. Tras dejar descansar el ordenador durante la noche había introducido como condiciones iniciales los números que había impreso, pero esos números sólo tenían tres decimales mientras que, internamente, el computador funcionaba con 6 decimales. La minúscula diferencia en los números de partida, menor de una parte en 1000, hacía que los cálculos a partir de ese momento no cuadrasen. El matemático se dio cuenta de que esto implicaba que una variación mínima haría que cualquier sistema real fuese impredecible transcurrido un tiempo. Para describir este resultado Lorenz acuño el famoso término efecto mariposa. El aletear de una mariposa en Sebastopol, pequeña variación en las condiciones iniciales, puede causar un huracán en nuestra calle unos días maś tarde. Lo que Lorenz descubrió en 1960 sigue siendo válido hoy en día y esa es la razón de que las predicciones meteorológicas más allá de tres días sean tan imprecisas. Habría que conocer la posición y la velocidad de todas las moléculas de la atmósfera, mariposas incluidas, para poder hacer una predicción definitiva, pero esto, claro está, es imposible.

Pero no quería terminar sin remarcar que en el caos no todo es desorden, es el azar el que guía los sistemas completamente faltos de reglas y leyes. Hay un cierto orden interno en el caos porque, en el fondo, surge cuando se siguen leyes deterministas. Puede que no sepa si dentro de una semana va a llover en mi barrio o no, pero sé que en el próximo diciembre hará frío en Barcelona y calor en Buenos Aires. El caos presenta simetrías y sigue leyes, lo que lo diferencia del puro azar. En un universo completamente impredecible y azaroso la vida no sería posible porque los seres vivos explotan los patrones y las repeticiones para medrar y reproducirse. Este orden inherente al caos toma en muchas ocasiones bellos caminos, pero dada la extensión de esta entrada los fractales y los atractores tendrán que esperar a una próxima entrega.

Jugando con nuestros fantasmas, tocándonos las narices

2007-08-29T14:30:00.000+02:00

Cuando oímos hablar de un miembro fantasma pensamos inmediatamente en alguien que, a pesar, de haber perdido un brazo o una pierna, la sigue sintiendo como suya (más información en una entrada anterior). Durante mucho tiempo se pensó que una persona con todos sus miembros intactos no podría sentir estas alteraciones, pero el neurólogo V. S. Ramachandran, con un par de sencillos experimentos demostró que cualquiera podía alterar la representación de su cuerpo en su mente llegando a sentir que su nariz mide un metro o que una mano de goma forma parte de su cuerpo. Por suerte, para realizar estos experimentos no se necesita ningún instrumento sofisticado, simplemente la ayuda de un par de amigos, así que veamos como llevarlos a cabo.

El experimento se basa en que, a pesar de lo que nuestra intuición nos asegura, la representación que tenemos de nuestro cuerpo en nuestra mente se puede alterar fácilmente. La descripción original de los tres experimentos se encuentra en la trascripción de una conferencia impartida por el investigador y en el magnífico libro "Fantasmas en el cerebro".

Para el primer experimento se necesita un sujeto, llamémosle Adrián, y dos ayudantes, Bea y Carlos. Todo lo que Adrián debe hacer es sentarse en una silla con los ojos vendados y Bea se sentará en una segunda silla delante de él. Ambas sillas no deben estar enfrentadas sino una detrás de otra y alineadas en el mismo sentido. A continuación, Carlos, que se situará junto a ambos, debe agarrar la mano derecha de Adrián y hacer que su dedo índice toque la nariz de Bea en una secuencia de golpecitos aleatorios. Al mismo tiempo, Carlos con su mano izquierda debe dar los mismos golpecitos en la nariz de Adrián. Es muy importante que los golpes sigan una secuencia aleatoria, cuando más impredecible sea la secuencia más intensa será la ilusión, y que los toques del dedo de Adrián en la nariz de Bea y del dedo de Carlos en la nariz de Adrián sean simultáneos. Con algo de suerte a los 30 o 40 segundos Adrián sentirá que ,o bien su nariz se ha alargado hasta medir un metro, o que se le ha separado del cuerpo y que se encuentra flotando un metro más allá de su cara. El investigador probó el experimento en 18 individuos y 12 sintieron la extraña distorsión de su cuerpo.
La alucinación se basa en que el cerebro de Adrián está detectando unos golpes en su nariz y, al mismo tiempo, detecta que se está golpeando con su dedo índice una nariz. Si los toques son aleatorios e impredecibles concluye que si le están tocando la nariz y él está tocando una nariz necesariamente ambas narices deben ser la misma y deforma la representación interior que tiene de su cuerpo para que todo siga cuadrando.

Una vez conseguido que una persona sienta la nariz de otro como si fuese suya, el neurólogo decidió ir más allá, concretamente hasta una tienda de artículos de broma, y allí compró una mano de goma. En el segundo experimento se pretende conseguir que el sujeto sienta que esta mano de goma forma parte de su cuerpo. En esta ocasión, además de la mano de goma, se necesita un ayudante y una pared de cartón de 60 x 60 cm. Adrián debe sentarse junto a una mesa y debe situar su mano derecha detrás de la pared vertical de cartón, de forma que no pueda verla. La mano de goma se colocará justo delante del cartón para que quede bien visible frente a Adrián. Todo lo que debe hacer Carlos es golpear suavemente la mano de Adrián y la mano de goma en puntos equivalentes siguiendo una secuencia, que de nuevo debe ser aleatoria. Además es muy importante que Adrián no vea los movimientos de la mano de Carlos oculta tras el cartón. Si hay suerte, a los pocos segundos Adrián comenzará a sentir que la mano de goma forma parte de su propio cuerpo y que Carlos le está golpeando su mano de goma.

En el último experimento Ramachandran decidió probar si era necesario que el elemento que iba a ser integrado en la imagen mental debía, necesariamente, guardar un parecido anatómico con el miembro que se iba a sustituir. Para ello, simplemente, sustituyó la mano de goma del experimento anterior por un zapato y repitió el experimento. Por sorprendente que pueda parecer el resultado fue que el sujeto integró el zapato como parte de su propio cuerpo. Según describe el investigador incluso consiguió hacer sentir al sujeto que la propia mesa formaba parte de su cuerpo cuando escondió la mano del sujeto bajo la mesa y los golpes simultáneos se dieron en la mesa y en la mano.

Sorprende que la imagen mental que tenemos de nuestro cuerpo y que nos ha acompañado de forma estable desde la infancia se pueda alterar tan groseramente con una simple secuencia del golpes. Al parecer, esta imagen corporal es una construcción interna totalmente transitoria actualizada segundo a segundo. A pesar de que conscientemente sabemos que la nariz, el zapato o la mano de goma no pertenecen a nuestro cuerpo el procesamiento inconsciente de la información sensorial que se realiza en nuestra mente nos induce a sentir como propio algo absurdo. Tan sólo resta añadir que mientras preparo una entrada sobre como conseguir hacer a un sujeto sentir que se encuentra fuera de su propio cuerpo con un equipo de realidad virtual y unas cuantas palmaditas quedo a la espera de las noticias de algún lector temerario que quiera compartir sus experiencias.

Ingeniería genética, corta y pega molecular

2007-08-27T08:10:00.000+02:00

En los años 70 del pasado siglo se desarrolló una tecnología que ha revolucionado, entre otras ramas de la ciencia: la medicina, la biología, la agronomía e, incluso, la historia. La base fundamental de la ingeniería genética se basa en disponer de herramientas que permiten cortar y pegar genes. Lo que implica cortar con precisión dos enlaces químicos en una molécula que mide 2.6 nanómetros de ancho, es decir, es 20.000 veces más fina que un cabello, y tiene, en el caso del cromosoma humano número 1, una longitud de 220 millones de pares de bases. Nos enfrentamos pues a cortar un segmento concreto en un collar que tiene 220 millones de cuentas y una anchura de dimensiones moleculares, para, a continuación, pegarlo en un nuevo collar de similar tamaño. Y, además, esto debe hacerse con una precisión de una sola base en millones de moléculas idénticas. A pesar de lo que se podría pensar a priori, se ha conseguido que el proceso sea muy sencillo y en cualquier laboratorio de genética del mundo se lleva a cabo rutinariamente. ¿Cómo lo hacen?

Antes de comenzar aclarar que he escrito esta entrada para intentar aclarar alguna de las dudas que una entrada anterior suscitó en Jacob y espero, por supuesto, que genere otras nuevas.

Para poder cortar y pegar ADN se necesitan, evidentemente, dos elementos, ADN y una caja de herramientas molecular. Lo primero ya sabemos como obtenerlo y ahora se trata de echar un vistazo en la caja de herramientas que los biólogos guardan en la nevera. Como no podría ser de otro modo, los instrumentos necesarios para cortar moléculas deben, a su vez, tener un tamaño molecular y, efectivamente, son moléculas, concretamente proteínas bacterianas.
Una de las más utilizadas se denomina EcoRI y se extrae a partir de Escherichia coli. Podríamos ser mal pensados y preguntarnos por qué como fuente de una tecnología que iba a hacer que las siglas ADN apareciesen hasta en la sopa se buscó una bacteria presente predominantemente en la caca (podría haber escrito heces o mierda, pero no lo he hecho porque pretendo que este blog siga siendo teniendo la etiqueta de "Para todos los públicos"). Pero no vaya a pensar que el científico que descubrió la proteína era un coprófago irredento, simplemente E. coli es uno de los organismos más estudiados por la biología.

¿Pero para que quería la bacteria tener una proteína capaz de pulverizar el ADN reduciéndolo a pequeños fragmentos? La proteína EcoRI, es, en realidad, parte de un sistema de defensa del bichito. Cuando un virus intenta infectar una célula, ya sea ésta una bacteria o una célula humana, lo primero que debe hacer es introducir su ADN en la célula y activar las instrucciones codificadas en él para hacerse con el control de la maquinaria celular. Un equivalente humano de lo anterior sería ir a un edificio en construcción, golpear al jefe de obra y sustituirlo, para llevarse a la cuadrilla de albañiles a construirnos un chalé en la sierra mostrándoles unos planos falsos. Para defenderse de estos ataques en los que las instrucciones se sustituyen lo que hacen las células es pulverizar las instrucciones ajenas en cuanto las detectan. Este es el papel de EcoRI, cuando un virus introduce su ADN en la célula EcoRI reconoce que el ADN es extraño y lo corta en pequeños fragmentos. Por supuesto, el sistema de defensa es algo más complejo ya que si EcoRI cortase cualquier fragmento de ADN la célula se quedaría sin sus instrucciones genéticas. Para evitarlo hay otras proteínas que se encargan de modificar ligeramente el ADN celular para que no se pueda confundir con el vírico, pero esto es otra historia que deberá ser contada en otra ocasión. Otro detalle importante sobre esta proteína es que no corta el ADN por cualquier punto, sólo lo hace cuando encuentra la secuencia de nucleótidos GAATTC (Para saber más sobre qué es una secuencia de nucleótidos ver la entrada sobre el código genético). Dicho sea de paso, estas proteínas que catalizan reacciones en el interior de la célula son en realidad enzimas químicos y, por eso, en un alarde de originalidad se les denominó enzimas.

Una vez que tenemos aislada la enzima, EcoRI ¿qué podemos hacer con ella? Si la añadimos a un ADN con la secuencia GAATTC en él será cortado rápida y eficientemente. Este descubrimiento constituyó la base de la moderna genética molecular y les valió a tres microbiólogos el premio Nobel de medicina de 1978. Más tarde se continuó buscando otras enzimas que cortasen otras secuencias distintas, lo que permite elegir el punto de corte a lo largo de la interminable cadena de ADN simplemente eligiendo la enzima. A todas estas proteínas se les denominó enzimas de restricción y hasta el momento de escribir esta entrada se han encontrado más de 3800. Actualmente no es necesario purificarlas a partir de las bacterias en las que se encontraron, para conseguirlas simplemente hay que consultar un catálogo y pedirlas por teléfono.

Para que la tecnología funcione necesitamos, además de enzimas para cortar, enzimas para pegar. Por fortuna las bacterias además de tener enzimas para cortar también tienen otros enzimas llamados ligasas que unen el dos fragmentos de ADN. El proceso completo para, por ejemplo, introducir el gen que hace luminiscente a la luciérnaga en una planta de tabaco, consiguiendo de este modo una bonita planta que brilla en la oscuridad, se reduce básicamente a cortar el ADN del insecto con un enzima, pegar el gen de interés, utilizando una ligasa, a un fragmento de ADN bacteriano e introducirlo en la células de la planta por las buenas o por las malas.

Por supuesto, la tipología y la variedad de herramientas disponible la caja de herramientas de un investigador actual mucho más amplia de lo que se ha visto en esta entrada, tan sólo he explicado sucintamente, las herramientas que, históricamente, propiciaron la explosión tecnológica que representó la ingeniería genética, para otras entradas quedan los métodos por los que se pueden separar los fragmentos de ADN cortados utilizando moldes de comida china, los minicromosomas bacterianos que nos han permitido convertir a las bacterias en trabajadores esclavos o las enzimas que han obrado el milagro de la multiplicación de los panes y los peces.

Mecánica cuántica: olas, balas y desconcierto

2007-08-24T08:17:00.000+02:00

Supongo que después ver las palabras mecánica y cuántica, una tras otra, la mitad de los lectores ha decidido cerrar la página y volver a pasarse por Aristarcos otro día. Les recomiendo que lo hagan porque si aguantan hasta el final les prometo asomarnos a uno de los asombros más grandes que he encontrado en este gran cosmos. Y además, les aseguro que no voy a utilizar, términos técnicos difíciles de comprender, ni hacer uso de matemáticas avanzadas.

No vamos a intentar comprender el universo cuántico ni las matemáticas utilizadas en su descripción, ya que, por desgracia, lo ignoro todo al respecto. Simplemente siguiendo los pasos de Feynman en una de sus "Seis piezas fáciles" vamos a observar cuales son los resultados de un experimento mental en el que se lanzan electrones contra una pared con varios agujeros, lo cual no es tan extraño como pudiera parecer, cualquier tubo de rayos catódicos es un dispositivo de lanzar electrones contra una pared fluorescente e hipnótica.

Supongamos primero que realizamos el experimento con balas. Tenemos una ametralladora que dispara balas contra una pared impenetrable. Estas balas podrán a travesar la pared si llegan a un agujero presente en ella. Una vez en el agujero, la bala puede ser desviada al chocar contra los bordes del mismo. Tras la primera pared se encuentra otra de madera en la que se pueden contar las balas que han impactado en cada punto. De hecho, si se representa el número de balas que llegan a cada punto de la pared de detección, se obtendrá una curva similar a la de la figura A. De este modo, hemos respondido a la cuestión, ¿cuál es la probabilidad de que una bala que ha pasado por un agujero acabe en un punto concreto de la segunda pared? Evidentemente si ahora abrimos un segundo agujero y cerramos el primero obtendremos una curva similar desplazada respecto a la anterior (figura B). Y, por supuesto, la probabilidad con ambos agujeros abiertos a la vez es la suma de las dos probabilidades anteriores ya que las balas deben haber pasado por uno o por el otro agujero (figura C). Hasta aquí nada extraño, pero ya aviso que nos vamos a arrepentir profundamente del "Por supuesto" de la frase anterior.

En el siguiente vídeo se puede disfrutar de unos gráficos mucho mejores que los de la figura anterior, aunque, por desgracia, el audio es en versión original sin subtítulos. (Actualización acabo de encontrar una versión del vídeo con subtítulos en castellano.)

Repitamos ahora el experimento con olas en el agua. Esta vez en vez de una ametralladora tendremos un objeto que golpea repetidamente la superficie del agua en calma, por ejemplo, el pico de un pájaro, y la primera pared se sustituye por un dique con dos agujeros. En esta ocasión, lo que llegará a la segunda pared, al detector, es un patrón de ondas en el agua (figura D) y lo que se detectará es la energía trasportada por la onda en cada punto. La diferencia fundamental con el primer caso, es que esta vez, la distribución de la energía, en el caso con los dos agujeros abiertos, no es simplemente la suma de las encontradas cuando se cerraban los agujeros alternativamente. Ahora hay interferencia. Esta es una propiedad de las ondas fácil de entender. Si las ondas correspondientes a los dos agujeros se encuentran en un punto en el que ambas están en su máximo se sumarán, pero si una está en su máximo y otra en el mínimo se restará en ese punto el agua ni subirá ni bajará. El resultado obtenido se observa en la figura D.

Hasta este momento todo era macroscópico, balas y ondas en el agua, y los resultados de los experimentos no eran demasiado sorprendentes. Veamos que sucede cuando sustituimos las balas por electrones y nos adentramos en el mundo cuántico. Disparamos los electrones de uno en uno y representamos el número de electrones que llega a cada punto de la segunda pared. Este el el momento de puntualizar algo que debería ser obvio, los electrones llegan al detector de uno en uno, nunca llega medio electrón ni un cuarto, o llega un electrón o no llega, no se rompen por el camino.

¿Las probabilidades de encontrar al electrón en un punto de la segunda pared, serán equivalentes a las que encontramos con las balas o a lo que se vio con las ondas? Aquí es donde la diversión comienza y nos adentramos en un mundo desconcertante. La probabilidad de encontrar a un electrón se distribuye como lo hacían las ondas, se observa interferencia. Ya hemos visto que para que haya interferencia deben cumplirse dos requisitos: debe haber una onda implicada y la onda debe pasa por los dos agujeros a la vez. Pero ya habíamos visto que un electrón no se puede dividir, ¿cómo es posible que pase por las dos rendijas a la vez? Si pasa por un sólo agujero no debería haber interferencia y el patrón encontrado debería ser como el visto para las balas (figura C). Debería ser así, pero no lo es. Hay interferencia cuando los dos agujeros están abiertos, a pesar, de que nuestra intuición nos indica que el electrón debería pasar sólo por una rendija. Se comporta como una onda que pasa por los dos agujeros y, por o tanto, aparece la interferencia. El cosmos simplemente es mucho más extraño de lo que podríamos atrevernos a soñar.

Se podría repetir el experimento con un detector intermedio capaz de observar por que agujero pasa cada electrón para asegurarnos de que realmente atraviesa uno u otro y así intentar comprender como es posible que haya interferencia en una partícula. En este caso la distribución de los electrones cambia abruptamente y se hace idéntica a la observada en el caso de las balas. El observar el paso del electrón modifica el resultado del experimento, lo cual no tienen parangón en el mundo macroscópico. Cuando no los vemos, los electrones se comportan como ondas y cuando sí los observamos como partículas. La razón de este interferencia en el observador y el experimento se debe a que para observar al electrón hay que lanzarle una partícula de luz, un fotón, que, de algún modo, lo modifica. Esto equivale a decir, que los invitados a una fiesta en una sala con dos puertas entraran por una sola puerta si alguien los ve, pero se comportarán como ondas y entraran por las dos a la vez si ninguna cotilla se preocupa de espiarlos. Cuanto más nos adentramos en el terreno cuántico más debemos olvidarnos de nuestras intuiciones forjadas en un mundo macroscópico.

Podríamos permitirnos el lujo de suponer que todo esto no son más que delirios enfermizos de la comunidad de físicos, una especie de histeria colectiva si no fuese porque renunciar a la mecánica cuántica implicaría olvidar, entre otros inventos, el transistor y el láser, y entre otras tecnologías, internet, el ordenador personal y el teléfono móvil. La mecánica cuántica no sólo ha cambiado la forma de pensar en nuestro mundo, a través de la tecnología, ha modificado irreversiblemente la vida de los seres humanos.

El mundo microscópico es extraño, salvaje incluso. Se puede pensar en una isla paradisiaca, nos hemos pasado la vida en una playa de arenas claras frente a un mar cálido, generoso y rico en recursos. Nunca hemos necesitado abandonar esta playa hermosa y cómoda. Pero una mañana un espíritu inquieto decide mirar en otra dirección, se da la vuelta y se adentra en la selva. Tras los primeros pasos ve por primera vez una gran tucán y maravillado decide continuar el viaje y un poco más allá una tormenta le brinda el fuego. Al abandonar nuestra cómoda orilla en el océano macroscópico que hemos aprendido a comprender y a amar descubrimos que nada de lo que conocíamos es aplicable. Ni siquiera nuestros sueños podrían habernos llevado a lugares tan extraños y salvajes, pero tenemos la fortuna de que la física nos ha permitido conocerlos y admirarlos, aunque tal vez nunca lleguemos a comprenderlos del todo. Sólo queda añadir que si todo esto no le ha parecido extraño e incomprensible precoupese, Niels Bohr, premio nobel por ser uno de los padres de la mecánica cuántica afirmó: "Cualquiera que piense que puede hablar de teoría cuántica sin sentirse mareado todavía no la ha entendido."

Ramachandran y el extraño caso de la amputación del fantasma

2007-08-22T10:54:00.000+02:00

Un miembro fantasma es una extremidad que se sigue sintiendo como propia a pesar de que haya sido amputada años atrás. El fenómeno no es extraño, ocurre entre el 50 y el 80% de las amputaciones. Uno puede hacerse una idea de lo que se siente con tan sólo cerrar los ojos y concentrarse en un brazo, no lo vemos pero lo sentimos y sabemos que está ahí, conocemos su posición y podemos moverlo sin problemas. Esto mismo se siente con un brazo fantasma, la única diferencia es que el equivalente real ya no existe.

En ocasiones el miembro duele y no es fácil eliminar este dolor que puede llegar a ser un problema grave e incapacitante para el paciente. A veces, por ejemplo, se puede sufrir un calambre muscular continuo y el dolor es devastador. Evidentemente, no se puede amputar el miembro porque eso ya se hizo, o al menos eso es lo podría pensarse a priori. V. S. Ramachandran, un neurólogo nacido en Madrás, cambió de opinión tras conseguir amputar un brazo fantasma con un espejo y una caja de cartón.

La historia comienza con un californiano con un brazo amputado y un terrible dolor. Su inexistente brazo sufría constantes calambres y las uñas se le clavaban con fuerza en la palma de la mano. En este caso el paciente era completamente incapaz de mover el brazo y la mano, a pesar de desearlo con todas sus fuerzas. Al parecer, la parálisis del fantasma se correspondía con una parálisis anterior del brazo real que había estado inmovilizado durantemente meses antes de ser amputado. El neurólogo pensó que la parálisis permanecía tras la amputación puesto que el cerebro del paciente la había aprendido. Diríase que su mente, tras tanto tiempo sin recibir respuesta del brazo por estar paralizado, había interiorizado que ese brazo no se podría mover nunca más.

El doctor supuso que el problema se solventaría si pudiese indicar al cerebro del paciente que el brazo fantasma podía volver a moverse, pero ¿cómo hacerlo? Si el brazo existiese se podría masajear o mover con la ayuda de rehabilitación, pero eso no se puede hacer con un brazo que sólo está en dentro de la cabeza de alguien. El truco consistió en hacer, con una caja de cartón y un espejo, un dispositivo en el que al meter una mano por un agujero parezca hay dos. Se puede ver una fotografía del mismo en el artículo original.

En la siguiente sesión el doctor indicó a paciente que debía cerrar los ojos, apretar el puño de su brazo real para clavarse las uñas, tal y como se clavaba sus uñas fantasma, introducir la mano real el la caja con el espejo y, en ese momento, abrir los ojos. ¡Dios mío, puedo moverlo! fue lo que el paciente gritó a continuación. Al parecer el cerebro al ver la mano que faltaba había adaptado el fantasma a la nueva mano del espejo. Cuando el paciente decidía conscientemente mover las manos de forma simétrica ambas obedecían y el fantasma seguía fielmente los movimientos de la mano del espejo. Tras años de calambres y dolor vieron su fin mientras usaba la caja. Por desgracia al sacar la mano real del dispositivo el dolor reapareció.

Ramachandran le dio la caja al paciente y le recetó que jugase con ella una hora al día. A la semana siguiente el paciente le llamó y le dijo que se había ido. ¿Quién se ha ido? La mano, el brazo ¿Te molesta? No, en absoluto, el único problema es que aunque la mano y el brazo han desaparecido los dedos todavía están, salen del hombro y se me clavan, ¿podría rediseñar la caja para amputármelos también? Ramachandran no pudo y todavía hay un hombre en California que se pasea con unos dedos fantasma en el hombro.

Las conclusiones del neurólogo son aun más asombrosas si cabe que el propio caso. Propone que no sólo los pacientes que sufren el síndrome del miembro fantasma tienen fantasmas, en realidad, todos los tenemos. En todos nosotros hay un fantasma que se ajusta a nuestro cuerpo real como un guante a una mano. Sólo cuando falta algún miembro aparece el síndrome porque el fantasma ya no puede ajustarse correctamente al cuerpo. Partiendo de este razonamiento Ramachandran propone métodos para alterar el fantasma en personas sanas. Para realizar estos experimentos sólo hacen falta tres personas y todo consiste en tocarse las narices con la punta de los dedos, pero todo esto será contado en otra ocasión.

Esta historia junto a otras se pueden disfrutar en el excelente podcast radiolab y en el no menos apasionante libro de Ramachandran "Fantasmas en el cerebro".

Materia oscura, el misterio continua

2007-08-18T18:14:00.000+02:00

No ha llovido demasiado desde que revisamos el misterio de la materia oscura. Hoy vía menéame leo sobre un descubrimiento relacionado con el tema explicado en un pobre artículo en la sección de ciencia de El Mundo. Tras visitar la fuente original podemos reafirmarnos en dos opiniones: continuamos sin saber demasiado acerca de la materia oscura y la estima que nos merece el periodísmo científico presente en los medios generalistas no ha aumentado.

En el trabajo se ha estudiado el choque de dos cúmulos de galaxias, en la región conocida como Abell 520. Estos cúmulos están formados por tres componentes: galaxias individuales, constituidas por billones de estrellas, gas caliente entre las galaxias y la elusiva materia oscura. Observando los rayos X han detectado la radiación producida por el gas extraordinariamente caliente, presente en el choque, y utilizando un telescopio óptico han sido capaces de ver las galaxias y la materia oscura.

Obviamente, tal y como su nombre indica, la materia oscura no se puede ver, ¿cómo es posible pues que la hayan detectado con un telescopio óptico si es, como su su propio nombre indica, completamente oscura? Ya vimos en la entrada anterior que se podía detectar por los efectos gravitatorios que esta materia tiene sobre otros objetos astronómicos visibles. En este caso lo que se ha medido para poder cartografiar esta misteriosa materia es la desviación de la luz proveniente de objetos situados tras el cúmulo galáctico estudiado. Este efecto fue predicho por Einstein y se conoce como lente gravitatoria. Según la relatividad general, incluso la luz se ve atraída por los objetos masivos y, por tanto, un rayo de luz que pase junto a un buen pedazo de materia oscura debe ser desviado produciendo la ilusión de que las estrellas tras de si no están donde deberían. Este efecto fue, de hecho, el utilizado en una de las primeras comprobaciones de la relatividad general llevada a cabo por Arthur Eddington y, dicho sea de paso, esta es también la razón de que los agujeros negros sean negros.

¿Y qué es lo que se ha observado con este arsenal de equipos y teorías? Lo que se ha visto es la distribución de las galaxias, el gas y la materia oscura. Se esperaba que las galaxias y la materia oscura estuviesen estrechamente asociadas debido a la atracción gravitatoria de ambas. Pero no ha sido así, se ha encontrado un núcleo de materia oscura junto al gas caliente pero completamente desprovisto de galaxias, además de otra región con bastantes galaxias pero sin materia oscura alguna. Al parecer la materia oscura y las galaxias han sido separadas en este titánico choque entre cúmulos galácticos.

¿Cómo es posible que la gravedad no haya mantenido unidas a las galaxias a la materia oscura? No se sabe, pero como algo hay que proponer como hipótesis se postula que las galaxias puedan haber sido alejadas por la propia gravedad. Esto, al parecer, es contrario a lo que muestran las simulaciones. Otra idea que se propone es que se haya observado el efecto de una interación desconocida entre las partículas que forman la materia oscura. Esta última hipótesis traducida a un lenguaje más mundado podría reescribirse como: lo que hemos visto se debe a una interacción desconocida entre unas partículas desconocidas que forman una materia que no podemos ver, lo cual es tanto como concluir el trabajo con un humilde: no tenemos ni idea, pero nos diverte observar el cosmos.

ADN, una molécula fácil de copiar

2007-08-16T11:20:00.000+02:00

¿Por qué los ratones tienen ratones como hijos y no petunias, colibríes o neumococos? ¿Por qué los hijos se parecen a los padres? Estas sencillas cuestiones han venido espoleando la curiosidad de los pensadores desde tiempos inmemoriales. Es fácil entender como puede crecer un ser vivo, pero ¿cómo se genera uno nuevo? Para explicarlo se incluso se propuso que en el esperma había pequeños hombrecillos ya preformados esperando a crecer. Esta teoría del homúnculo tiene dos problemas fundamentales, colleva una regresión infinita, ya que el homúnculo ha de tener a su vez pequeños hombrecillos en su diminuto esperma, y además es falsa.

Hoy, por fortuna, disfrutamos del privilegio de conocer como a partir de un ser vivo se puede generar otro. La búsqueda de esta respuesta ha sido larga y tortuosa, pero creo que se puede afirmar que el punto de inflexión definitivo se encuentra en un artículo publicado por la revista Nature en 1953 firmado por Watson y Crick. En este trabajo se sugería una posible estructura para el ácido desoxirribonucleico (ADN). ¿Pero que tiene que ver esta estructura con las petunias?

Si la vida no tiene nada que ver con homúnculos, ¿cómo funciona? En los espermatozoides y los óvulos de los elefantes no hay elefantes microscópicos sino las instrucciones para construirlos. Cómo ya vimos las instrucciones están escritas en la molécula del ADN, lo que hace que un orangután fabrique pequeños orangutanes y no pequeños camellos es que las instrucciones presentes en el ADN de los orangutanes y de los camellos son diferentes. Para saber como se puede duplicar un ser vivo lo que hay que saber en realidad es como se pueden duplicar las instrucciones. Si tuvíesemos que dar a alguien unos planos lo primero que haríamos es ir a una fotocopiadora y generar una copia y esto es básicamente lo que hacen las células.

Lo que Watson y Crick descubrieron es cómo se las apañan las células sin fotocopiadoras. El truco que utilizan es tener las instrucciones escritas en una molécula, el ADN, que debido a su estructura es muy fácil de copiar. De hecho, lo que hace extraordinario al ADN es su capacidad para duplicarse, no su química, que es bastante aburrida comparada con la de las proteínas. Si se piensa detenidamente, como lo hizo Schrödinger no debería extrañar que la parte más esencial los seres vivos sea una molécula fácil de copiar ya que la característica más definitoria de un ser vivo es justamente su capacidad de generar nuevos seres similares a si mismo.

El ADN está formado por dos cadenas de nucleótidos. Cada uno de estos nucleótidos es una letra en el libro de instrucciones para fabricar al ser vivo y hay, en el ADN, cuatro tipos de nucleótidos: Adenina (A), Timina (T), Guanina(G) y Citosina (C), es decir, hay cuatro letras disponibles A, T, C y G. El quid de la cuestión es que la información presente en ambas cadenas del ADN es redundante, frente a una A siempre se encuentra una T y frente a una C siempre una G. Si en una de las cadenas está escrito GATACCA en la otra necesariamente encontraremos CTATGGT. Esta complementariedad de las bases se debe a sus propiedades químicas, concretamente a la capacidad de formar enlaces químicos débiles entre ellos. A y T encajan con dos enlaces y G y C con tres, cualquier otra combinación es difícil de obtener e inestable.

Este es el truco que hace que los seres vivos puedan copiarse tan fácilmente, una vez que tenemos una cadena es fácil generar la complementaria porque los nucleótidos saben con quien deben aparearse. Cuando una célula decide dividirse lo primero que hace es duplicar su material hereditario, el ADN. Para ello hace que las dos hebras se separen y utilizando cada una de ellas como molde genera una nueva molécula completa. Este proceso puede repetirse cuantas veces se desee y se acaba obteniendo una legión de clones.

No podría acabar de describir la estructura del ADN sin comentar que tiene que ver la famosa doble hélice con todo esto. Son las dos cadenas redundantes las que forman la doble hélice. La estructura se parece mucho a una escalera de caracol con las barandillas formadas por las cadenas y los peldaños por la parejas de AT y GC. Esta simetría espiral es extraordinariamente bella, pero no olvidemos que el verdadero secreto reside en la complementariedad de la información presente en las dos cadenas que forman la doble hélice, esto es lo que permite que los papas y las mamas tengan hijitos y que la rueda siga girando.

Ver y no ver

2007-08-13T14:29:00.000+02:00

Oliver Sacks además de ser un reputado neurólogo es un consumado escritor capaz de crear maravillas como "Despertares", "El hombre que confundió a su mujer con un sombrero", o "El tío Tugnsteno". Hoy les recomiendo un libro en el que describe varios casos clínicos, similar al del sombrero, "Un antropólogo en Marte". Se podría decir que en este trabajo se describen siete casos clínicos, pero esto sería una tremenda injusticia.

Sacks no es un médico que sólo vea la enfermedad, el ve pacientes, personas con una limitación que afecta a su vida seriamente. Cuando describe un caso el sujeto principal siempre es el paciente, nunca la enfermedad. Y esto no hace que la rigurosidad de la descripción del problema neurológico se resienta, sino todo contrario, el retrato de la enfermedad y los síntomas se enriquece al ser enmarcado en el entorno vital del paciente.

Para los que no hayan leído nunca un libro de Oliver Sacks voy a tratar de resumir uno de los casos descritos en el libro. Espero transmitir algo de la maravillada mirada a los mecanismos más íntimos de la mente humana, pero renuncio conscientemente a reflejar la tremenda humanidad del texto original, simplemente me reconozco incapaz de llegar allí donde Sacks se mueve con absoluta sencillez y profundidad.

En el capítulo "Ver y no ver" se reflexiona sobre el proceso de la visión a partir del caso de un hombre de cincuenta años prácticamente ciego desde la niñez debido a un problema de cataratas. Un buen día gracias a una operación realizada por un diestro oftalmólogo este señor recupera la función de los ojos, pero una vez que sus ojos vuelven a funcionar, ¿consigue él ver con normalidad? El sentido común nos dice que sí, que todo lo que se necesita para ver es un par de ojos, pero no es así. Al parecer existe un periodo crítico en el que debemos abrir los ojos y utilizarlos para familiarizarnos con ellos, si este periodo pasa no podremos aprender a ver con facilidad. Existen periodos críticos similares en otras muchas facultades humanas, como por ejemplo el oído o el lenguaje. Este último ya lo mencionamos en una entrada previa.

La alegría del paciente al recuperar la vista después de tantos años debió de ser inmensa, pero por desgracia no duró demasiado. Según describe el paciente al quitarle las vendas de la operación vio, sí, pero una mezcla de movimiento, color y luz en un remolino sin sentido. La retina funcionaba, pero el cerebro no había aprendido a interpretar lo que veía. A pesar de eso disfrutó de su nuevo mundo lleno de colores y movimientos aunque nunca llegó a entenderlo del todo. No entendía las distancias, confundía lo próximo con lo lejano, las sombras le dejaban perplejo e incluso confundía a su perro y su gato si no los tocaba. Del gato veía sus partes, las patas, la cola, las orejas, pero no veía un conjunto integrado, un gato completo.
Los ciegos viven en el tiempo, sus impresiones son secuenciales, primero una cosa y después otra. Los que vemos vivimos en el espacio, una cosa a la izquierda y otra a la derecha. La mera idea del espacio es extraña para ellos. Para esta persona las formas eran muy difíciles. Sobre todo entender que un mismo objeto tiene apariencias distintas desde distintos puntos de vista. Esto lo aprendemos siendo niños sin aparente esfuerzo, a pesar de ser un problema computacionalmente muy complejo.
Y un mayor reto todavía lo presentaban los objetos animados, como por ejemplo las expresiones faciales. Tampoco comprendía las representaciones bidimensionales de los objetos y no era capaz de reconocer a la gente en las fotografías.
En el texto se hace referencia a otros pacientes enfrentados al reto de empezar a ver siendo adultos. Muchos de ellos ante la fatiga que les produce la visión deciden volver a comportarse como ciegos y se niegan a ver. Se les exige un cambio muy grande, pasar de un mundo en el tiempo a un mundo en el espacio.

Pero en el libro no se habla solamente de este caso, este es uno más de los 7 descritos de modo que si le interesa echar un vistazo al funcionamiento del ser humano puede subirse a los hombros de este gigante y disfrutar del paisaje retratado en "Un antropólogo en Marte". Aviso a los lectores de este blog que no será esta la última vez se hable de Oliver Sacks.

¿Somos realmente sólidos?

2007-08-09T09:22:00.000+02:00

Cuando observo mis manos, la mesa que está frente a mí y los demás objetos que me rodean tengo la fuerte impresión de vivir en un mundo sólido, de ser sólido yo mismo. A pesar de que sea un hecho conocido hace tiempo me sigue fascinando el saber que, en realidad, estamos prácticamente huecos y somos atravesados continuamente por una ingente cantidad de partículas para las que somos meros fantasmas inmateriales.

Nos parece que somos sólidos porque los átomos que nos forman no pueden superponerse, son como pequeñas canicas. Del mismo modo que no podemos hacer que dos bolas ocupen el mismo espacio tampoco se puede obligar a dos átomos a ocupar el mismo lugar. Pero esto, a pesar de lo que nuestros sentidos nos indican no se debe a que las canicas o los átomos que las forman estén rellenos de materia, en realidad están prácticamente vacíos, es la repulsión eléctrica entre los electrones de los átomos lo que impide que estos se superpongan. Estas fuerzas de repulsión son similares a las que sentimos cuando intentamos unir dos imanes, de los que utilizamos en las neveras, acercándolos en el sentido que no toca. Algo invisible, pero real, un campo de fuerza nos impide unirlos. Del mismo modo la repulsión entre los electrones cargados negativamente impide que los átomos se acerquen más.

Los átomos por lo tanto están prácticamente vacíos y las paredes, que están formadas por esos mismos átomos también lo están. Si intentamos atravesar una pared no lo conseguiremos porque las fuerzas de repulsión eléctricas nos lo impiden. En realidad debido a esta repulsión nunca conseguiremos tocar la pared o cualquier otro objeto sólido, cuando las nubes electrónicas cargadas negativamente de los átomos de nuestros dedos y de los átomos de la pared se acercan demasiado aparece una fuerza de repulsión eléctrica que impide que nos acerquemos más. Esto hace también que en realidad nunca toquemos el suelo, sino que levitemos sobre él.

Si no estuviésemos formados por partículas cargadas eléctricamente las cosas serían muy distintas y atravesar paredes no presentaría ninguna dificultad. Por ejemplo los neutrinos, unas partículas neutras generadas en el Sol y en los reactores nucleares nos pueden atravesar sin problema. De hecho 50 billones de neutrinos creados en el Sol atraviesan un cuerpo humano típico cada segundo a una velocidad cercana a la de la luz.

De vez en cuando uno de estos neutrinos pasa lo suficientemente cerca de un núcleo atómico como para poder interaccionar con él, pero esto no sucede fácilmente. Igual que sucede cuando ponemos un bloque de plomo frente a una bala podemos intentar detener un grupo de neutrinos con plomo. La única diferencia es que en este último caso se necesita un bloque de un año luz de grosor, y aun así la mitad de los neutrinos que entren por un lado saldrán por el otro como si nada se hubiese interpuesto en su camino.

¿Se pueden borrar los recuerdos?

2007-08-06T11:38:00.000+02:00

En el otoño de 2004 se estrenó una película, Olvídate de mí, en la que Jim Carrey decidía acudir a un servicio de borrado de memorías para que le hiciesen olvidar un amor roto. La película, que recomiendo encarecidamente, fue clasificada como de ciencia ficción. En esas mismas fechas una investigación científica llevada a cabo algo muy similar en seres humanos y demostraba que un recuerdo concreto, por ejemplo, un hecho traumático, se puede erosionar seriamente utilizando una droga. No se llegó a borrar la memoria, pero sí se consiguió deteriorarla eliminando el trauma asociado a la misma.

Este trabajo comenzó investigando los recuerdos traumáticos en las ratas. ¿Pero cómo se hace esto, se le pregunta por su infancia al animal? El truco está en crear una memoria sencilla que genere en la rata un comportamiento fácilmente detectable. Lo que se hace en la práctica es introducir a la rata en una caja capaz de darle descargas eléctricas y hacer que antes de cada descarga suene un determinado sonido. Cuando esto se repite unas pocas veces el animal queda condicionado y cada vez que oye el sonido se paraliza ante la expectativa de recibir otra descarga. Exactamente lo mismo que le sucede al protagonista de La naranja mecánica con la novena sinfonía de Beethoven.

La cuestión es, ¿una vez creada una memoria se puede borrar? Al parecer sí se puede, o al menos se puede en parte. Para conseguirlo pusieron a la rata en la caja y mientras volvía a oír el sonido asociado a la descarga se le administró propanolol, una droga utilizada normalmente para tratar la hipertensión. Después de esto la rata dejó de quedar paralizada al oír la señal y además el efecto fue duradero y persistió incluso aunque la droga ya no estuviese presente. Se podría pensar que la droga dañó irreparablemente el sistema nervioso de la rata y que no fue este el único recuerdo alterado. Para descartar esta posibilidad se repitió el experimento en una nueva rata con dos sonidos distintos, ambos se asociaron a la descarga eléctrica y ambos aterrorizaban a la rata por igual. Pero cuando se suministró la droga del olvido a la rata sólo uno estaba sonando. A partir de ese momento ese sonido concreto dejo de alterar al animal, pero el otro siguió teniendo el mismo efecto. Al parecer no sólo se pueden borrar recuerdos en la rata sino que se puede eliminar uno particular con precisión quirúrgica.

Si esto es sorprendente esperen a descubrir cual es el mecanismo de acción propuesto. Tenemos la impresión de que los recuerdos entran en nuestra cabeza y quedan depositadon en una biblioteca hasta que los necesitamos. Cuando queremos recuperarlos de algún modo se extrae una copia del capítulo en cuestión y se revisa. Esta descripción puede parecer razonable, pero está profundamente equivocada. Cuando recordamos algo no revisamos lo que dejamos escrito tiempo atrás. En realidad no hay biblioteca, cuando recordamos volvemos a experimentar lo que sentimos cuando almacenamos el recuerdo, volvemos a vivir lo que sucedió en una especie de realidad virtual y al hacerlo recreamos el recuerdo de nuevo. Pero este nuevo recuerdo no es igual al anterior, simplemente se basa en él puesto que se crear a partir de la reconstrucción virtual. Cada vez que rememoramos algo lo alteramos, sólo los recuerdos que no traemos a la mente se mantienen intactos. Además cuanto más significativo es un recuerdo para nosotros y más veces lo regeneramos más alterado queda con el paso del tiempo porque más veces se recrea.

El propanolol, la droga utilizada en el experimento tiene su acción alterando este proceso de regeneración del recuerdo. Cuando la rata escucha el sonido recuerda lo que hay asociado a él introduciéndose en una realidad virtual desagradable. En este preciso instante esa precisa memoria es vulnerable porque está siendo regenerada y la droga es capaz de socabar este proceso de recreación. De este modo el propanolol consigue que, a partir de este momento, la rata deje de estar perseguida por ese recuerdo. Por supuesto esto podría ser muy útil en los seres humanos, por ejemplo, en los casos de estrés post-traumático en los que los pacientes sufren las consecuencias de un hecho aterrador. La prueba se ha hecho y ha funcionado. Se ha probado con víctimas de esta afección, administrándoles el propanolol mientras recordaban sus pesadillas. Al parecer, en estos casos la memoria del episodio no ha desaparecido, pero el trauma emocional asociado al mismo sí. Parece ser que no podemos borrar los recuerdos, al menos de momento, pero podemos hacer que no nos importen. Si esto les ha parecido tentador a la vez que inquietante, pueden seguir profundizando en el tema escuchando el episodio dedicado a la memoria del excelente programa Radio Lab de la Radio Pública de Nueva York, en el que además de contar como se borran las memorias verdaderas se explica como inducir recuerdos falsos.

¿Cómo extraer ADN sin salir de la cocina?

2007-08-02T12:12:00.000+02:00

El material hereditario está formado por ADN (ácido desoxirribonucleico), una molécula microscópica encerrada en el núcleo de la célula. Se podría pensar que se necesita un equipo valorado en miles de euros para poder detectarlo, pero no es así, todo lo que se necesita lo tenemos a nuestra disposición en cualquier modesta cocina.

Para extraer el ADN se requiere un plátano (aunque también funciona con cesped), sal de mesa, detergente, alcohol frío, un filtro de café, una batidora, agua (mejor si es agua destilada para la plancha) y una cerveza fría. Lo primero que hay que hacer es batir el plátano en una taza de agua (si estuviesen en un laboratorio con bata blanca y no en la cocina de vuestra casa con un delantal la batidora se denominaría homogeneizador). Al batir el plátano lo que conseguimos es romper sus células y así exponemos todas las piezas que las forman, ADN incluido, a lo que les vamos a añadir a continuación.

En una taza mezclar suavemente, sin formar espuma, una cucharada de jabón con una pizca de sal y dos cucharadas de agua. Añadir dos cucharadas del batido de plátano a la mezcla corrosiva que acabamos de preparar, mezclar con una cucharilla y dejar reposar 10 minutos. Durante este paso el jabón estará disolviendo las membranas celulares y liberando el ADN.

Mientras transcurren los 10 minutos hay que abrir la cerveza y verterla en un vaso pre-enfriado en el congelador. A continuación, y sin dar tiempo a que se caliente, debe introducirse en el estómago del investigador. Este paso se suele obviar en los laboratorios profesionales por miedo al que dirán, pero dado que estamos en nuestra cocina podemos obviar esos recelos. Los menores de edad pueden quedar bien servidos con cualquier bebedizo azucarado.

Transcurridos los 10 minutos el ADN "platánico" habrá abandonado su antigua morada celular y flotará libre en el agua. Para deshacernos de todos los restos del plátano que no queremos filtramos la mezcla utilizando el filtro de café. Esto puede tardar entre 5 y 10 minutos y durante este tiempo podemos continuar con el estudio de la coloración del fermentado de cebada.

Para terminar hay que añadir el líquido que hemos filtrado a un tubo transparente con alcohol frío. Si todo ha ido bien el ADN aparecerá como unos hilos blancos flotando en el etanol, lo que técnicamente se conoce como medusa. En este punto reside el meollo de la cuestión, el ADN no es soluble en el alcohol y precipita formando estas hebras. Con una aguja y un poco de paciencia puede usted recoger la molécula fundamental de la vida, el material genético del plátano, lo que hace al plátano ser un plátano y no una oruga, y hacerse un collar con él.

Una receta más detallada, aunque en inglés, se puede encontrar en el sitio web de PBS. Este procedimiento puede parecer sencillo y tosco pero es muy similar a la que se utiliza diariamente en los laboratorios de genética molecular de todo el mundo para extraer el ADN de todo tipo de muestras. Por supuesto en los laboratorios de verdad no utilizan jabón de cocina, ni alcohol de quemar sino productos químicamente puros, pero la idea general y el procedimiento general son idénticos. Si se ha quedado con ganas de continuar con la investigación genética en el futuro tal vez expliquemos como ver el ADN fluorescente metiéndolo en moldes de comida China. Hasta la fecha diviértase explicándoles a sus vecinos y conocidos como conseguir aprehender el secreto de la vida con un plátano y una cerveza.

El lado oscuro de la materia y la energía

2007-07-30T14:10:00.000+02:00

Es un hecho conocido que "La Fuerza" tiene dos lados, el luminoso y el oscuro, explotados respectivamente por los Jedi y los Sith en su interminable lucha galáctica. Lo que puede que no se haya publicitado suficientemente es que la materia y la energía también tienen un lado oscuro. Son en este caso los cosmólogos quienes lo cultivan, en su eterna batalla por el conocimiento. Llama la atención que estos señores tan serios, estos investigadores de edad provecta y luenga barba se pasen el día hablando sobre estos asuntos, a priori podría pensarse que sólo los fans de "La guerra de las galaxias" deberían dedicarse a discutir tales sutilezas. ¿Pero qué son realmente la materia oscura y la energía oscura?

La materia oscura más que oscura es invisible, nadie ha conseguido detectarla y por lo tanto lo que se sabe sobre ella es bastante limitado. Es posible que después de leer la última frase algún lector se haya alterado pensando: acepto que Stephen Hawking sea un maestro Jedi, pero ¿cómo es posible que la ciencia hable de algo que no se puede ver? Que no cunda el pánico, no se puede observar directamente, pero sí son observables sus efectos en otros cuerpos astronómicos perfectamente visibles. Si se estudia el movimiento de las estrellas en las galaxias se concluye que falta masa. Imaginemos que el Sol fuese invisible, completamente indetectable. En este caso veríamos a los planetas del Sistema Solar dar vueltas alrededor de nada y aplicando la ley de la gravitación universal a ese movimiento observado podríamos deducir con exactitud la masa de ese Sol invisible. De un modo equivalente se ha encontrado la materia oscura.

Muy bien, asumanos que se ve a las estrellas y a las galaxias girar alrededor de algo que no podemos ver, pero ¿qué es? La teoría más clara se la debemos a Futurama, según los guionistas de esta serie de televisión la materia oscura son las deposiciones de Mordisquitos. Pero esto no ha calado en la ciencia oficial. En realidad nadie tiene la más remota idea de qué es la materia oscura y cuando algo no se sabe el sueño de la razón engendra hipótesis. Entre otras se habla de axiones, neutrinos estériles y neutralinos. Aunque a mí la que más me ha gustado es la de los MACHOs, y no, no me he equivocado al escribirlo. Con ese nombre podríamos imaginar que los responsables de la materia oscura son unos marcianos hiper-hormonados dedicados a la persecución de marcianas en los centros comerciales galácticos, pero no, los MACHOs son los mundanos "Massive compact halo objects".

Al parecer sólo un 4% del universo está compuesto por materia y energía ordinarias, la materia oscura da cuenta de un 22% y el 74% restante es energía oscura. Bueno, si le ha parecido que sobre la materia oscura sabemos poco, espérese a ver lo que sabe sobre el otro 74% del universo. En realidad la energía oscura no es más oscura que otras energías, yo al menos todavía no he visto la gravedad, ni la energía nuclear ya sea fuerte o débil. La única energía que se ve es la responsable de la electricidad y el magnetismo, esta energía denominada, en un alarde de inventiva, electromagnética está transmitida por fotones. Estos fotones son tan bien conocidos vulgarmente como luz, otro día explicaré la relación exacta entre la luz, la factura eléctrica y los imanes de las neveras, pero ahora estamos con la energía oscura. Eso sí, aunque la gravedad sea invisible, me la tomo muy en serio, no la veo pero la siento, y no pienso abrir la ventana y emular a Superman.

La idea que se tenía sobre el universo es que se creó en una gran explosión (Big Bang) y que se infla como un globo. Se pensaba que a medida que fuese pasando el tiempo la gravedad iría atrayendo los fragmentos de esa explosión y haciendo que el globo cada vez se hinchase más lentamente. Pero no es así, en 1998 se hizo una observación sorprendente el universo no sólo no crece cada vez más lentamente sino que cada día que pasa la expansión es más rápida. Es decir, el globo cada vez se hincha más rápido. Esto es lo que se ha visto, pero ¿qué presión está hinchando el globo? La gravedad no puede ser la responsable dado que atrae los planetas, no los repele, entonces ¿qué? La energía oscura, por supuesto.

De nuevo, como en el caso de la materia oscura no sabemos que es. Se conocen algunas de sus propiedades, tiene una distribución homogénea en todo el universo y una densidad baja. Hay dos hipótesis que intentan explicarla: la constante cosmológica y la quintaesencia. Lo cierto es que este en un problema cosmológico abierto y si tiene usted afición por los planetas, la física y las matemáticas puede hacerse un hueco en los libros de texto resolviéndolo.

No querría dejar la impresión en el lector de que la ciencia no sabe nada. Es mucho lo que sabemos, usted lee esto gracias un ordenador que no se podría construir sin conocimientos avanzados de mecánica cuántica. Es mucho lo conocido, pero queda mucho por descubrir, no hemos terminado el viaje, seguimos navegando hacia Itaca. Por fortuna no creo que nunca dejemos de aprender cosas nuevas y sorprendentes. Tenemos la suerte de poder deleitarnos con lo ya visto en una aventura colectiva que dura ya más de 2000 años y, a la vez, poder soñar con lo que todavía nos queda por aprender.

Súper Ratón, la hormiga atómica y demás descerebrados

2007-07-26T14:01:00.000+02:00

¿Un ratón que se enfrenta a los gatos abiertamente? ¿Una hormiga que quiere llegar al cielo? Puede que cuando niños nos los presentasen como héroes, pero si lo pensamos seriamente no tendremos más remedio que admitir que los pobres estaban un poco chiflados. Admito a pesar de todo siento una punzada de nostalgia y culpa acusándolos de no estar en sus cabales, pero debo rendirme a la evidencia, una ratón que desafía a un gato no es un ratón que valore su pellejo. En su descargo, eso sí, reconozco que la culpa no es suya sino de dos malignos y microscópicos demonios llamados Dicrocoelium lanceolatum y Toxoplasma gondii.

Revisemos primero el caso de la Hormiga atómica. Su maldición, D. lanceolatum, es un gusano parasitario, una duela, con un complejo ciclo vital en el que parasita sucesivamente cabras y ovejas, caracoles y hormigas. Si empezamos el viaje en el interior de la oveja y lo primero que hace el gusanito es salir de su huésped utilizando una cápsula caliente y confortable, las heces. Claro está el confort hay que evaluarlo desde el punto de vista de un gusano parasitario. Una vez en el suelo simplemente espera a que aparezca un despistado caracol y se lo coma. Tras sufrir una metamorfosis en el interior del caracol, este lo excreta y el bicho acaba en el suelo en forma de una bola mucosa.

El problema que se le plantea al gusano es cómo ir del suelo a la boca de las ovejas y las cabras para volver a iniciar el suelo. Una opción habría sido desarrollar patas y saltar hasta caer en la boca de una oveja aburrida y despistada. Pero no queriendo traicionar su condición de gusano creando unas patas decidió una estrategia mucho más despiadada, introducirse en una hormiga, ir a su sistema nervioso y convertirla en una hormiga atómica deseosa de alcanzar el cielo. De modo que, una vez que la hormiga se come la bola mucosa, recubierta de atractivas feromonas, en la que se encontraba el parásito se encuentra con un gusano que se arrastra trabajosamente por su interior hasta llegar a un ganglio nervioso situado cerca del esófago. Es en ese momento cuando el gusano convierte a nuestra humilde hormiga en amante de las alturas y la incita a subirse a lo más alto de una hierba. Una vez ahí la hormiga se aferra a la punta de la hoja más alta con sus mandíbulas y espera a que una oveja se la coma junto al resto de la hierba. El dichoso D. lanceolatum es lo suficientemente maquiavélico como para suspender este comportamiento durante las horas más cálidas porque si su huésped muriese deshidratada él moriría con ella. Así que cuando pega el Sol el gusano deja que la hormiga abandone su atalaya y baje a refrescarse en la sombra. Eso sí, cuando el calor se amortigua algo en las entrañas le dirá a la hormiga que se ponga unas mayas y un casco e intente volar saltando desde lo alto de la hierba más alta.

El caso de Super Ratón es similar. El culpable en esta ocasión es Toxoplasma gondii un protozoo parásito que vive en los gatos y que utiliza a los ratones en parte de su ciclo vital. De nuevo el parásito abandona al huésped, en este caso al gato, utilizando las heces. Cuando un ratón o una persona come hierbas que no han sido convenientemente lavadas, lo cual los ratones tienen la mala costumbre de hacer habitualmente, ingieren al parásito. Una vez dentro del ratón T. gondii explota la mejor estrategia de vuelta al interior del gato, crear un Súper Ratón temerario. Este ratón convencido de que a él no le puede pasar nada porque es fuerte como un hombre de acero acabará rápidamente en el estómago de un nuevo gato y este gato quedará infectado por el parásito repitiendo el ciclo una vez más.

Ya hemos comentado que T. gondii también infecta a los seres humanos. En nosotros además de ser el responsable de una enfermedad bastante seria, la toxoplamosis tiene efectos más sutiles. La infección con este parásito se ha relacionado con un aumento en la tasa de nacimiento de niños, elevando la probabilidad de tener un niño desde 0.51 a 0.65. Al parecer en los humanos también es capaz de alterar el comportamiento. Se ha visto una correlación entre las infecciones latentes de Toxoplasma y los comportamientos de riesgo, los sentimientos de inseguridad y el neuroticismo. Estas relaciones entre la infección y el comportamiento humano todavía están siendo investigadas y no hay suficientes datos como para estar seguros de que este bichito pueda alterar nuestra conducta, pero la próxima vez que vea a alguien hacer puenting me preguntaré quién está saltando realmente.

¿Hablan las mujeres más que los hombres?

2007-07-23T13:04:00.000+02:00

Reconozco que esta cuestión no tiene graves implicaciones filosóficas ni su respuesta va a contribuir la paliar los problemas del mundo, pero sería curioso que alguien realmente hiciese un experimento para aclararla. Eso es exactamente lo que ha hecho un grupo de investigadores en Estados Unidos y la respuesta es clara, las mujeres no hablan más que los hombres. El trabajo completo puede encontrarse en el número del 6 de Julio de la revista Science.

Al parecer hay una leyenda urbana que atribuye a las mujeres unas 20.000 palabras diarias de media y unas 7000 a los hombres. Pero, en realidad, nadie se había molestado en contarlas. En este trabajo los investigadores han utilizado un dispositivo electrónico denominado EAR capaz de grabar 30 segundos de lo que está diciendo el sujeto cada 12,5 minutos. Una vez finalizado el experimento se recogen estos dispositivos y se cuentan las palabras cazadas.

En el estudio desarrollado entre 1998 y 2004 se han analizado muestras de 396 universitarios, concretamente 210 mujeres y 186 hombres. Las mujeres dijeron 16215 palabras de media y los hombres 15669 lo cual no representa una diferencia significativa estadísticamente. Además la variabilidad de persona a persona fue muy grande, habiendo gente que hablaba unas 7.000 palabras y otros que llegaban a las 22.000.

Realmente somos unos bichos curiosos, me sorprende que vayamos por el mundo soltando 16.000 palabras diarias. ¿Tanto nos gusta escucharnos? Menos mal que los sujetos y los predicados no ocupan lugar porque sino a estas alturas ya no cabríamos en el planeta. Según la wikipedia en 2005 había más de 6 mil millones de personas en el mundo. Si asumimos que la media encontrada en este trabajo es válida nos encontramos con 96 mil millones de palabras diarias. Bendito sea el silencio.

Dormir NO es sólo un mal hábito.

2007-07-19T20:16:00.000+02:00

En una entrada en un blog sobre medicina se señala que Dormir es sólo un mal hábito, pero no es así, aunque lo diga Sócrates. Dormir es una necesidad vital y esto se ha demostrado en numerosos estudios. No conozco más sobre la experiencia de Buckminster, descrita en la entrada reseñada, que lo que se explica en la misma, pero sí he leído algún trabajo documentado sobre el tema y me gustaría comentar el asunto a la vez que recomendar "El fascinante mundo del sueño" de Peretz Lavie, jefe del Laboratorio del Sueño y catedrático de psiquiatría biológica. Este investigador del sueño deja claro en su libro que dormir es necesario y que una falta la sueño disminuye nuestras facultades y puede incluso llevar a la muerte.

Existe la idea generalizada de que el sueño es un vicio de vagos o "un mal hábito". Al parecer sería rentable dormir menos para aprovechar mejor el tiempo. No creo que este sea el caso y duermo todas las noches al menos ocho horas. Pero no pretendo hacerles perder su valioso tiempo explicándoles mis relaciones con Morfeo, sino contarles algunas ideas científicas, contrastadas experimentalmente en condiciones controladas, y contadas por Lavie en su libro.

¿Podemos realmente reducir el tiempo dedicado al sueño y así ganar valiosas horas de vigilia? Según Lavie: "Las personas que reducen sus sueño pagan un precio en forma de mayor somnolencia durante el día, aunque pueden negar explícitamente cualquier efecto nocivo". Al terminar un estudio en el que se redujo el sueño a 5 horas por noche durante siete noches consecutivas la mitad de los sujetos "acabaron mostrando un nivel de somnolencia que se consideró patológico". En la wikipedia se hace referencia a otra investigación de la Universidad de Pensilvania en la que se concluyó que las facultades cognitivas disminuyen cuando se duerme menos de ocho horas.
Si no se duerme durante varias noches seguidas, cuatro a lo sumo, las personas "tienden a retraerse y a responder de manera agresiva a asuntos triviales (...) y crece asimismo la sensación de fatiga y modorra". Incluso puede aparecer un fenómeno de percepción distorsionada y de alucinaciones.
No obstante lo observado en general hay algún caso extraordinario, en el libro se describe el récord mundial de privación de sueño, la azaña de Randy Gardner que consiguió en 1965 permanecer despierto durante 264 horas sin grandes contratiempos.

Si la privación del sueño se prolonga demasiado tiempo seguramente morimos. Esto no se ha experimentado con humanos, por razones obvias, pero se ha hecho con ratas y otros animales de laboratorio. No está claro porqué mueren los animales privados de sueño, pero el proceso es implacable.

No sólo dormimos los seres humanos, duermen los mamíferos, las aves e incluso los reptiles y los anfibios. Si el sueño fuese algo opcional se habría abandonado durante la evolución de las distintas especies. Permanecer en estado letárgico no es recomendable si te importa no ser comido por un depredador o perder fuentes de comida a manos de otros animales que no están "perdiendo el tiempo durmiendo". Incluso cuando es imposible dormir los animales han encontrado la forma de hacerlo. Las aves migratorias que no se detienen hacen que una mitad de su cerebro duerma mientras la otra permanece despierta. Y el mismo truco utilizan los delfines y las ballenas que necesitan estar despiertos para respirar.

El sueño es fundamental en nuestras vidas, como hemos visto su falta puede resultar incluso mortal, y sin embargo nadie sabe porque dormimos. Hay distintas teorías, pero nadie sabe porque todos necesitamos dormir, es un misterio todavía sin resolver. El autor del libro que hemos recomendado concluye: "¿Y qué hay de la posibilidad de que en el futuro podamos acortar nuestro sueño de una forma drástica, o incluso existir sin él? Siento desengañar al lector, pero no puedo creer que sea posible un mundo sin sueño". Misterioso y fascinante es en vedad este reino ignoto y familiar al mismo tiempo, el reino más parecido a la muerte que nos es dado conocer hasta que no nos enfrentemos a nuestro último y definitivo sueño.

¿Hay alguien ahí? Como funcionan algunos fantasmas

2007-07-19T07:08:00.000+02:00

¿Quien no ha tenido la seguridad de estar siendo observado en la noche y tras reunir el coraje suficiente como para darse la vuelta y enfrentarse al intruso cara a cara se ha dado cuenta de que no había nadie? Podemos suponer que habrá sido el sonido de las hojas arrastradas por el viento o las sombras de la noche las que nos ha hecho estar seguros de tener alguien en la espalda hasta el punto de casi llegar a sentir su aliento y el sonido de los pasos. Pero el responsable no era el viento ni las sombras sino una mundana sobrecarga eléctrica en la corteza parieto-temporal, una zona del cerebro situada más o menos a la altura de la punta de las orejas.

La conclusión que se desprende del estudio publicado en la revista Nature y se basa en lo que una paciente relató al estimulársele la región parieto-temporal durante una operación cerebral. La chica dijo que había un individuo justo detrás de ella. Describió al intruso como un joven de sexo indeterminado, una sombra que ni se movía ni hablaba, situada muy cerca, detrás de ella. Supongo que la sensación que debió experimentar debe ser similar a la que sentimos cuando, por la noche, atravesamos un corredor sombrío y nos parece que alguien nos sigue. A veces la presencia es tan real que nos obliga a detenernos para comprobar si se oyen otros pasos superpuestos a los nuestros. En el caso de esta paciente la sombra también se movía tras ella, de hecho se movía imitando exactamente sus movimientos.

Estas presencias se han descrito también en pacientes psiquiátricos y neurológicos. Al parecer lo que sucede es que la estimulación de esta área cerebral hace que la mente sea engañada y considere algunas señales internas generadas por nuestro propio cuerpo y cerebro como recibidas desde el exterior. Esto es bastante típico en la esquizofrenia. Los paciente esquizofrénicos con sobre-excitación en la región cerebral señalada suelen atribuir sus propias acciones y pensamientos a terceras personas que en realidad no existen más que en su cabeza. Los autores del estudio sugieren que este mecanismo puede estar también relacionado con la paranoia, la manía persecutoria y la ilusión de estar controlado por otro.

Que el mecanismo haya sido desentrañado no significa que las sensaciones sean menos reales para quien las sufre. La paciente no pudo reconocer a la presencia que había tras ella como una ilusión a pesar de que sabía que le estaban toqueteando el cerebro y que debía resultar extraño tener a alguien tras de ti imitándote en todo cuando estás en una mesa de operaciones con la cabeza abierta y electrodos en tu cerebro.

Si las conclusiones de esta investigación pueden poner los pelos de punta la metodología es casi más terrorífica. La observación hizo estimulando esta región de la corteza cerebral con una punta capaz de generar descargas eléctricas. ¿Y cómo se puede tener acceso al tejido cerebral? Con una sierra radial y buen pulso. La operación realizada para tratar a una paciente con epilepsia grave consiste en abrirle la tapa de los sesos y urgar con la punta eléctrica. La estimulación eléctrica se realiza estando la paciente despierta (y con la tapa de los sesos abierta). Al parecer que te toquen el cerebro directamente no hace daño, lo que no tengo tan claro es que no haga daño el asunto de la sierra.

Lo de la estimulación eléctrica con el paciente despierto es una técnica habitual en este tipo de operaciones y se hace sobre todo para estudiar la región a tratar. Antes de cortar nada se le excita al paciente la zona en cuestión y se le pregunta que siente, si se advierte que la zona es demasiado importante procura evitar el causarle daño alguno. Por ejemplo si se tiene que operar cerca de una de las áreas del lenguaje se va tocando hasta que el paciente se queda mudo y una vez localizado el punto exacto se intenta no dañarlo demasiado.

De modo que la próxima vez que deambule por una calle solitaria y oscura recuerde no se preocuparse por el maníaco que le persigue, seguramente todo está en su cabeza y es una broma de esta pequeña zona situada junto a la punta de sus orejas. Eso sí, si ya le ve de los ojos febriles y el brillo del arma, corra, no vaya a ser que haya algo real ahí fuera, frente a sus ojos.

Plantas, familia y guerra

2007-07-15T16:54:00.000+02:00

Las plantas son seres amables que viven alejados de la competencia que llena nuestras vida diaria, poco saben de guerras, de tribus, de filias y fobias e incluso de primos y suegras. Si tuviésemos que buscar dos universos opuestos a un lado podrían situarse las bucólicas praderas y en el contrario las turbulentas guerras familiares descritas en "El padrino", ¿o no?.

Bueno, al parecer los comportamientos de las plantas y los mafiosos tienen en común más de lo que en un principio podríamos sospechar. Tal y como se puede leer en el trabajo de un grupo de investigadores canadienses las plantas sí luchan por los recursos y no se comportan del mismo modo con su familia que con el resto de miembros de la comunidad.

Que las plantas compiten por la luz, los nutrientes y el agua es algo que podíamos adivinar sin demasiada difcultad. Por ejemplo, es un hecho demostrado, que cuando una planta están cerca de otra fortalece sus raíces para conseguir más agua que su compañera. Y este aumento de la masa radicular no es gratuito sino que se hace aun a pesar de empobrecer las partes aéreas empeorando sus las posibilidades de reproducción. La planta elige la guerra a pesar de que las batallas tienen un coste energético.

Lo que no se sabía y ha sido demostrado en el estudio canadiense era que las plantas pueden no ir a la guerra con sus compañeras si las reconocen como familia. El trabajo, desarrollado en la oruga marina, una especie que habita las costas de Europa, Asia y Norte América, ha consitido en comparar la fortaleza de la raices de plantas crecidas junto a extraños o junto a miembros de su familia cercana. La conclusión es clara, las plantas fueron capaces de reconocer a los miembros de su familia. Los individuos que crecían en compañía de su familia no competían por el agua y los minerales haciendo raíces más profundas y ramificadas mientras sí que lo hacían cuando crecían junto a extraños.

Estamos acostumbrados a observar este comportamiento en los animales, pero es la primera vez que se documenta en las plantas. Todavía no se sabe como consiguen las plantas reconocer a los miembros de su familia aunque se sospecha que no lo hacen mirándose a los ojos. Lo que sí está claro que para ellas, como para Don Vito Corleone, también la familia es lo primero.

La agricultura, evolución y civilización

2007-07-12T15:47:00.000+02:00

Acostumbramos pensar en los frutos brindados por la agricultura como naturales, tenemos la vaga idea de que siempre han estado ahí para alimentarnos. Pero la realidad es no es tan sencilla, los tomates, las lechugas y prácticamente todas las demás especies utilizadas en la agricultura y la ganadería no son naturales. Son el fruto de una revolución biotecnológica ocurrida hace 10000 años que posibilitó la civilización tal y como la conocemos hoy en día. Estas tecnologías que consiguieron, entre otras cosas, multiplicar por 100 el número de granos de una panocha de maíz o eliminar las semillas de los plántanos, generaron fuentes de comida suficientes como para fundar ciudades y crear imperios.

Puede que tengamos la idea inocente de que los animales y las plantas que utilizamos han estado ahí siempre, que son inmutables, que los tomates siempre han sido grandes como puños o que los granos del maíz nunca se han desprendido de las mazorcas sin ayuda humana, pero no es así. Las características que nos interesan como agricultores suelen ser perjudiciales en la naturaleza. Está muy bien que los plátanos no tengan semillas, siempre que no seas un platanero que quiere reproducirse. El proceso de domesticación ha consistido en seleccionar generación tras generación los individuos con características deseables. Así se han conseguido nuevas especies adaptadas a nuestros deseos y necesidades y alejadas del ambiente natural y no modificado por el hombre del que partieron hace mucho tiempo. Otro ejemplo paradigmático del proceso lo podemos obsevar en los perros actuales obtenidos tras 15000 años de selección a partir de los lobos. Esta evolución de nuevas especies se basa en la selección artificial y es muy similar a la selección natural que mueve la evolución de las especies.

Los primeros signos arqueológicos de agricultura datan de hace 23000 años, pero lo que se cultivaba no eran las variedades ya domesticadas sino las propias plantas silvestres. Se tardó mucho tiempo en que se diese una domesticación real, con cambios evidentes en los frutos. El primer ejemplo conocido data de hace 10500 años. En esta época hubo una explosión agrícola en todo el planeta y numerosas especies fueron domesticadas en diversos lugares como por ejemplo trigo en el Próximo Oriente, maíz en centro América, calabacín en Sudamérica y arroz en China. Y en esta época no sólo crecieron las plantas, nuevas ciudades surguieron como los hongos.

Pero, ¿qué ocurrió en ese momento? ¿Fue casualidad que en todo el mundo hubiese una revolución agrícola? Al parecer el detonante fue el cambio climático que acabó con la última época glaciar. La mejora de las condiciones climáticas permitió el cultivo de unos suelos que ya no estaban helados y sería la mayor producción de alimentos propicidada por esta revolución la que permitiría el comienzo de la historia y la civilización humana.

Las especies no son inmutables pero se requiere un tiempo largo para que cambién y por eso nos parece que siempre hayan estado ahí. Fue una biotecnología antigua, la selección artificial, la que propició la agricultura y la que ha cambiado la faz de la Tierra poblándola con plantas y animales que sin los seres humanos no existirían. Debemos la civilización a esta revolución tecnológica y al clima que la hizo posible. Varios artículos en los que se discuten nuevas investigaciones sobre estos asuntos se pueden encontrar en un número de Junio de la revista Science.

genética y apellidos

2007-07-09T19:56:00.000+02:00

¿Se puede saber el apellido del asesino con tan sólo recoger un pelo en el lugar del crimen? No creo que ni los de CSI hayan llegado tan lejos, pero la sorprendente respuesta es que en algunos casos sí es posible. Esto parece implicar que algunos individuos llevamos el apellido grabado en los genes y más o menos es así.

Para entender como se puede averigüar el apellido de alguien tomándole una muestra de tejido hay que recordar primero algo de genética básica. En los seres humanos el sexo es determinado por una pareja de cromosomas, las mujeres tienen dos cromosomas X, son XX, y los hombres tienen un cromosoma X y un cromosoma Y, son XY. Los hijos heredan la mitad de su carga genética de cada uno de sus progenitores. En el caso de los cromosomas sexuales los hijos heredan un cromosoma X de su madre y el cromosoma Y de su padre, por eso acaban siendo XY. Las hijas por supuesto heredan un cromosoma X de la madre y otro del padre y son por lo tanto XX. Esto implica que un padre da su cromosoma Y a sus hijos y estos lo darán a sus nietos. Esta herencia es idéntica a la herencia de los apellidos, el primer apellido pasa de padres a hijos y más tarde a los nietos. Este es el paralelismo que permite el truco de la adivinación del apellido.

Imaginemos que pudiésemos etiquetar con una cinta de color el cromosoma Y de un señor apellidado Vondor, o cualquier otro apellido poco común. Dado que su apellido viajará junto a su cromosoma Y, en las generaciones posteriores podremos detectar todos los individuos llamados Vondor con tan sólo detectar los cromosomas Y etiquetados. Pero, ¿se pueden etiquetar los cromosomas? Sí, se puede y se hace rutinariamente en los laboratorios. Los individuos no somos idénticos porque hay ligeras variaciones en las instrucciones genéticas que se utilizan para construirnos. Sólo los gemelos monocigóticos son prácticamente idénticos puesto que sólo ellos comparten exactamente el mismo acervo genético.
Hoy en día en los laboratorios se dispone de multitud de técnicas para mostrar las diferencias genéticas entre los individuos, por lo tanto es muy sencillo encontrar las diferencias entre los genes de unos individuos y otros, se llamen Vondor o no. No es necesario pues etiquetar los cromosomas añadiéndoles ningún colorante o cinta, los de los diferentes individuos ya son diferentes y esas diferencias son fácilmente detectables.

Si recordamos que los apellidos se heredan junto al cromosoma Y y a esto le añadimos que podemos detectar los distintos tipos de cromosomas Y con tan solo tener una muestra del individuo empezaremos a entender como es posible saber como se llama alguien teniendo tan solo un pelo suyo. Para hacerlo hay que estudiar las variaciones en los cromosomas Y de muchos inviduos de la población y asociarlas a los apellidos. La relación entre ambos no es perfecta, fallará en el caso de adopciones, paternidades dudosas o alteraciones en el orden de los apellidos (desde hace algunos años en España se puede elegir como primer apellido el de la madre o el del padre). Por supesto también habrá problemas con los apellidos muy comunes, en el caso de los García no es posible seguirle la pista al cromosoma Y ya que hay muchos Garcías de familias distintas y muchos cromosomas Y distintos. Tampoco se podrá hacer esta determinación en las mujeres ya que los apellidos no se heredan por línea materna sino paterna.

Estas elucubraciones no son ciencia ficción, algunos de estos estudios se han llevado ya a cabo. Por ejemplo un grupo de la Universidad de Leicester publicó el resultado de este análisis para el caso de la población inglesa. Sus principales conclusiones son que tomando la población inglesa general sólo aciertan en el 19% de los casos. Pero si se ciñen a la mitad de la población con apellidos menos comunes el acierto se eleva al 34%. Esto por supesto no será una pista definitiva, pero puede constituir un buen indicio.

Creo que la principal conclusión que se puede obtener de todo esto es que si algún lector pretende comenzar una carrera delictiva debe ser especialmente cauto si es un hombre, tiene un apellido poco común y no tiene sospechas de ser adoptado o hijo ilegítimo. Los García están de enhorabuena, los Buenosvinos no tanto.

La física de los superhéroes

2007-07-05T21:04:00.000+02:00

Tengo intención de hacer una reseña de algún libro de vez en cuando. A veces leo libros de divulgación científica y quiero aprovechar para compartir los que me gusten. Para empezar he elegido el libro de James Kakalios "La física de los superhéroes", no porque me parezca el mejor de lo que he leido sino porque es el último que ha llegado a mis manos.

El autor hace un repaso de prácticamente todos los campos de la física, empezando por la mecánica de Newton y acabando por la física del estado sólido. Para ilustrar cada uno de los temas elige ejemplos extraídos del mundo del cómic de superhéroes en los que el principio físico subyacente se respeta o se viola. Pasan por sus páginas Superman, Flash, Atom, Ant-Man y un largo etcétera para mostrarnos los principios de la mecánica clásica, la termodinámica, la física de partículas, la física del estado sólido y la relatividad. La primera parte del libro, la dedicada a la física clásica podría servir para sazonar algún curso de física elemental y la segunda parte, la que más he disfrutado, es un ameno recordatorio de las leyes que rigen el microcosmos y el macrocomos.
No diría que el libro sea maravilloso, pero cumple su función con dignidad, entretiene y enseña. Incluso me atrevería a decir que puede incluso gustar a quienes no están muy próximos al mundo de los comics de superhéroes.