Un premio por mirar donde no se debe

EL NOBEL DE FISICA FUE OTORGADO A DOS INVESTIGADORES DEL EXTRAÑO MUNDO CUANTICO

El francés Serge Haroche y el estadounidense David Jeffrey Wineland fueron galardonados por sus logros en las mediciones de partículas cuánticas. Sus desarrollos abren la posibilidad futura de la ansiada supercomputadora, mucho más potente que las actuales.

Por Leonardo Moledo y Ezequiel Acuña
 

Una cualidad asombrosa de las partículas cuánticas es su especial reacción cuando se las intenta medir. Digamos que las partículas, como por ejemplo los fotones, son un poco vergonzosas frente al ojo medidor. Una partícula cuántica es una “mezcla de estados”... mientras no se la observa, pero apenas uno mira, chau, colapsa a un estado determinado. Lo que hicieron los físicos que recibieron esta vez el Premio Nobel –el francés Serge Haroche y el estadounidense David Jeffrey Wineland– es abrir una puerta hacia la observación de dos estados simultáneos. El solo hecho de medir implica, en la física cuántica, un cambio en lo que sucede en ese mundo de lo terriblemente diminuto. Ese cambio abre la perspectiva futura de la supercomputadora, una computadora cuántica, mucho más veloz que las actuales.

Una manera de entender esto (llevándolo al mundo macroscópico), de cajas y gatos, que, para el avisado lector serán más familiares que los fotones y los átomos, es recurriendo a la famosa paradoja del gato de Schroedinger.
La mecánica cuántica (MC), iniciada por Planck, Einstein y completada hacia el final de los años ’20 por obra y gracia de Heisenberg, Schroedinger, Bohr y Born, entre otros, se convirtió en una formidable herramienta para el estudio del universo atómico y nuclear, y desde entonces funcionó a la perfección. Desde entonces, también, tuvo sus costados inquietantes, por lo menos filosóficamente, tanto o más que la teoría de la relatividad.
El principio de incertidumbre, por ejemplo, afirma que es imposible conocer determinadas magnitudes con precisión en forma simultánea (por ejemplo, la posición y velocidad de un partícula). Un electrón está representado por una onda que indica la probabilidad de que el electrón esté en tal o cual lugar. Al principio, por lo menos, muchos físicos tomaron estas descripciones como tales, es decir, como meras descripciones, pero alrededor de los años ’30 cristalizó una teoría, “la interpretación de Copenhague”, piloteada principalmente por Niels Bohr, que adoptó una visión radicalizada del asunto, que ponía (y sigue poniendo) en tela de juicio todos los conceptos sobre la realidad, por lo menos, tal como se la conoce en la vida cotidiana.
Para los físicos de Copenhague, las imprecisiones, probabilidades e incertidumbres de la MC no son una limitación de la física o la señal de que la MC es una teoría incompleta. No. Para ellos, la naturaleza es así: un electrón es una superposición de probabilidades de estar aquí o allá, tal y como la MC lo describe. Pensar en un electrón en tal lugar no tiene sentido.
A menos que lo observemos. En ese caso, la función de onda “colapsa” hacia una posición fija; todos los estados se condensan y el electrón aparece campante ocupando una determinada posición. Esta postura despertó, como es natural, no pocas resistencias. Los teóricos de Copenhague sostienen que lo observado y el observador interactúan entre sí: de alguna manera el electrón “sabe” que está siendo observado y por eso su función de onda colapsa. Y si el electrón no está siendo observado, no tiene sentido preguntarse dónde está: es una superposición de estados diferentes.
No se trata, por cierto, de un interpretación tranquilizadora –desde el punto de vista clásico el observador y lo observado son dos entidades totalmente diferentes– y, como es natural, despertó serias resistencias.
Erwin Schroedinger (notablemente, uno de los héroes de la MC) publicó también una crítica de la concepción de Copenhague, proponiendo un experimento mental, que quedó en el folklore como “la paradoja del gato de Schroedinger” que, sin entrar a discutirlo, nos puede servir para ver qué es lo que hicieron estos dos señores.
Y es así. Imaginemos –decía Schroedinger– una caja completamente cerrada que contiene un gato vivo y una pequeña cantidad de material radiactivo. Imaginemos también que dentro de la caja hay un dispositivo diabólico (pero perfectamente posible), por el cual cuando una partícula es emitida por alguno de los átomos radiactivos, pone en funcionamiento un detector que a su vez suelta un martillo que rompe una ampolla de vidrio llena de un gas venenoso, efectivo e instantáneo. O sea, apenas un átomo se desintegra, el gato muere. Para la MC, no hay manera de saber en qué momento un átomo se va a desintegrar: todo se reduce a probabilidades. Solamente mirando, podemos saber si el átomo se ha desintegrado o no, y mientras la caja esté cerrada, el átomo (o los átomos en cuestión) son una mezcla de dos estados (se desintegró-no se desintegró). Entonces, razonaba Schroedinger, puesto que no tiene sentido preguntarse si el material radiactivo se desintegró o no hasta que abramos la caja y miremos, tampoco tiene sentido preguntarse si el gato está vivo o no hasta ese mismo momento. Simplemente –siguiendo la interpretación de Copenhague– el gato está en una mezcla de dos estados: “vivo” y “no vivo”, y pensar que está vivo o que está muerto no tiene sentido.
Pues bien, Serge Haroche y David J. Wineland recibieron en el día de ayer el Premio Nobel de Física por su trabajo en un método de medición y manipulación que les permitió mirar adentro de la caja y contemplar al gato en los dos estados simultáneos: vivo-muerto, o dicho un poco más técnicamente, atisbar partículas individuales (gatos) sin destruir el sistema cuántico que se intenta observar de manera directa. Los dos laureados vienen trabajando en el área de óptica cuántica, un campo que obsesiona a los físicos desde mediados de los ’80, y que trabaja precisamente estudiando la interacción entre luz y materia para desarrollar sistemas de medición específicamente cuánticos. Los métodos de Haroche y Wineland, que trabajan por separado y cada uno con su grupo, tienen sin embargo varias cosas en común.
Para Wineland y su equipo, el gato (o los gatos) fueron iones: armaron una trampa rodeándolos con campos eléctricos y manteniéndolos aislados del calor y la radiación del ambiente con experimentos en vacío a muy bajas temperaturas. Mediante láseres, el equipo de Wineland se encargó de suprimir el movimiento térmico en la trampa para llevar al ion a su estado más bajo de energía. Esa utilización de los rayos y pulsos láseres es la que habilita un estudio del sistema cuántico alrededor del ion. El pulso láser es usado para llevar al ion a una superposición de estados. Eso que vuelve tan incomprensible a veces la mecánica cuántica es la posibilidad de plantear varios estados al mismo tiempo para una partícula, situación imposible desde la física clásica a la que estamos acostumbrados por experiencia. Como en el experimento de la doble ranura, en el diminuto mundo de la mecánica cuántica, invisible para nuestro ojo, las partículas pueden estar en diferentes estados simultáneamente. Con un pulso láser, Wineland y su equipo del laboratorio de Boulder, Colorado, prepararon el ion para ocupar dos niveles diferentes de energía, llevándolo desde el menor nivel de energía hasta mitad de camino hacia el mayor, y abandonándolo a la mitad entre los dos niveles, con igualdad de probabilidades de terminar en cualquiera de ellos. Todo esto para estudiar el fenómeno cuántico de la superposición de estados de la manera más controlada y estable.
En el laboratorio de París, Serge Haroche y su equipo de investigación emplearon otro método para poder mirar dentro del mundo de lo cuántico: sus gatos fueron fotones que hicieron rebotar ida y vuelta entre dos espejos con tres centímetros de diferencia. Aquellos espejos, hechos de un material superconductor y enfriados por debajo del cero absoluto, son tan brillantes y reflejan de tal forma que pueden mantener a un fotón, solito, rebotando de ida y de vuelta en esos tres centímetros por casi una décima de segundo, antes de que el fotón sea absorbido o se pierda. Parece poco, pero una décima de segundo es mucho tiempo, ya que se mueve a 300 mil kilómetros por segundo, con lo cual en ese lapso recorre un tiempo record de vida para un fotón. Y mantenerlo rebotando durante ese tiempo implica que el fotón recorre 30 mil kilómetros, es decir, poco menos que un viaje alrededor de la Tierra. Con el fotón rebotando, Haroche introdujo grandes átomos (átomos Rydberg), preparados especialmente, que son enviados de a uno, cruzando el recorrido del fotón a una determinada velocidad que permita una interacción controlada con el fotón. Esta interacción altera las propiedades cuánticas del átomo y los cambios en la onda cuántica del átomo pueden ser medidos para comprobar la presencia o ausencia del fotón entre los dos espejos, comprobando que está ahí sin destruirlo. La interacción de los átomos Rydberg permite ir haciendo un mapa de la vida y muerte del fotón, paso a paso, con cada átomo que cruza su recorrido e interacciona con el fotón. Una derivación de este método le permitió a Haroche contar fotones en el interior de la cavidad.
Los laureados ayer con el Premio Nobel se enfrentaron con éxito al colapso y pérdida de la superposición de estados que genera el acto de medición de un estado cuántico, atrapando partículas elementales y sosteniendo la superposición de estados.
A partir del manejo de iones, el equipo de David Wineland construyó en base a su trampa de iones un reloj cien veces más preciso que el reloj atómico basado en caesium, estándar actual de la medición del tiempo. Como siempre, la ciencia promete y es importante que siga prometiendo avances deslumbrantes que pueden acontecer o volverse literatura de las próximas décadas. Un desarrollo de la trampa de iones permitiría la fabricación de una supercomputadora, una computadora cuántica, mucho más veloz que las actuales que no tenga que depender de la elección entre 0 y 1 por cada bit sino que pueda ser 0 y 1 al mismo tiempo. Por ahora, los bits cuánticos son sólo una promesa de alta tecnología.

Nobel a la ingeniería genética

EL PREMIO DE MEDICINA FUE PARA LA INVESTIGACION DE CELULAS MADRE

El Premio Nobel de Medicina correspondió a dos investigadores que consiguieron modificar el paradigma según el cual las células diferenciadas estaban en un estado estable e irreversible. Son un científico británico y otro japonés.

Por Leonardo Moledo y Ezequiel Acuña 
 

Antes de que John B. Gurdon, recientemente laureado, pusiera manos a la obra con sus hipótesis sobre la funcionalidad de las células, la medicina suponía que las células maduras, especializadas en su trabajo por pertenecer a un determinado tejido del cuerpo e incapaces de cumplir otra función que la que ocupaban, estaban entregadas de manera irreversible a su destino. Así se diferenciaban de las jóvenes células madre de los embriones, esas células de las que todos venimos y a las que, de una forma u otra, todos vamos (darwinianamente, a través de nuestros hijos); células capaces de especializarse en cualquier función y convertirse en cualquier tipo de célula de un organismo adulto: células musculares, nerviosas, del pulmón, el hígado o cualquier órgano del cuerpo: células pluripotentes o totipotenciales.

En 1962, Gurdon, que se había formado en la Universidad de Oxford, llegó con su investigación a resultados que contradecían esta regla básica de la fisiología celular. Durante el desarrollo embrionario, las células se van volviendo progresivamente más restringidas en sus posibilidades, se diferencian unas de otras y pierden su capacidad pluripotente, reservada sólo para algunas células del cuerpo en la médula, el intestino o la piel. La diferenciación de las células es bastante estable y su destino, una vez escrito, no cambia... según parecía.
Sin embargo, la hipótesis de Gurdon era que las células adultas todavía debían guardar la información genética que tenían al inicio de su vida como células embrionarias, información que les había permitido evolucionar hacia cualquier tipo de células. El año, entonces, es 1962, y John B. Gurdon se dedicó a reemplazar el núcleo de una célula de un cigoto de rana por el núcleo de una célula madura y especializada, del intestino de un renacuajo. El cigoto se desarrolló y se volvió un renacuajo, sano, salvo y completamente funcional. El siguiente paso fueron, obviamente, las ranas adultas. Los resultados de sus experimentos probaban, entonces, que los núcleos de las células maduras trasplantados a cigotos no habían perdido en absoluto su capacidad de desarrollarse, especializarse y volverse un organismo plenamente funcional.
Como cualquier lector atento puede imaginarse, éste fue uno de los pasos iniciales que llevaría años más tarde a la clonación de mamíferos.
Hace bastante poco, en 2006, pero unos 44 años después de las investigaciones de Gurdon, Shinya Yamanaka, japonés de la Universidad de Kobe y doctorado por la Osaka City University, dio a aquel descubrimiento una vuelta de tuerca más, que resultaría en un avance prometedor.
El experimento de Gurdon, tomado con gran escepticismo por el ambiente científico de la época pero confirmado a lo largo de esas cuatro décadas por otros investigadores, implicaba quitar el núcleo de la célula e introducirlo en otro, pero no modificaba en sí misma la célula madura. El trabajo de Shinya Yamanaka estuvo destinado, precisamente, a volver a una célula madura de ratón una célula joven, inmadura, plenipotente. Para eso, disponía de células embrionarias aisladas del embrión y cultivadas en el laboratorio, inicialmente aisladas de un ratón por el Premio Nobel de 2007, Martin Evans. Yamanaka se propuso, entonces, encontrar los genes que mantenían inmadura a la célula; los genes, digamos, de una especie de juventud eterna y totipotencial de las células. Una vez que identificó gran parte de esos genes, comprobó que una combinación de ellos podía reprogramar la célula madura para que se volviera una célula madre pluripotencial.
Nuestro lector atento supondrá, y bien, lo que vino después. Yamanaka y su equipo de trabajo introdujeron estos genes en diferentes combinaciones en células maduras intactas de tejido conectivo y fueron probando resultados hasta dar con una combinación de solamente cuatro genes que introdujeron en células maduras. Estas células resultantes se pudieron desarrollar como fibroblastos, células nerviosas e intestinales.
Como era esperable, y de allí que se hagan acreedores del premio, los descubrimientos de Gurdon y Yamanaka tuvieron como conclusión que algunas células especializadas, bajo ciertas circunstancias, pueden invertir el reloj y volverse jóvenes y (pluri)potentes. Las investigaciones de los últimos años que se basaron en estos dos grandes quiebres de la fisiología clásica abrieron camino a la posibilidad de generar cualquier tipo de células del cuerpo a partir de las células madre inducidas. Las promesas médicas todavía están en desarrollo, pero la comprobación de que, a pesar de que el genoma de las células se modifica durante su desarrollo y especificación, esa modificación no es irreversible, implicó un cambio en la mirada sobre el desarrollo de los organismos. También, cuando estos procedimientos se desarrollen lo suficiente, podrán resolver los absurdos problemas religiosos que les crean a algunos la utilización de células madre. Todavía falta, aunque se están haciendo nuevos avances, que se puedan controlar los “daños colaterales” que la introducción de esos cuatro genes pueden producir en el genoma celular.
De paso, nada escapa a las recetas del FMI: este año, la Fundación Nobel ajustó sus premios; la crisis parece haberlos obligado a pasar de diez a ocho millones de coronas suecas, es decir, 1,2 millón de dólares.

“La historia de la ciencia es una aventura inigualable”

LEONARDO MOLEDO, AUTOR DE HISTORIA DE LAS IDEAS CIENTIFICAS

A partir del miércoles próximo, Página/12 comenzará a publicar la serie de 40 fascículos que van de Tales de Mileto a la Máquina de Dios, con ilustraciones de Milo Lockett. En esta entrevista, el autor reflexiona sobre los enrevesados caminos del pensamiento.

 

Por Nicolás Olszevicki

–Una de las cosas que llaman la atención de los fascículos que va a publicar Página/12 a partir del miércoles próximo es que se trata de una historia de las ideas científicas y no de una historia de la ciencia a secas... ¿Por qué?

–Bueno, me pareció interesante hacer hincapié no tanto en los hechos concretos o descubrimientos concretos –lo que también es interesante, obviamente–, sino en las líneas de pensamiento que llevaron a esos descubrimientos, teorías, hallazgos. En última instancia, la ciencia nace de una sociedad que está pensando cosas, y esas cosas que se piensan, así como los estilos en pintura, en literatura o en música, son los titiriteros que manejan en forma explícita o implícita la actividad de los científicos. Y hay corrientes de pensamiento, linajes intelectuales, posiciones que duran muchísimo tiempo y que recorren toda la historia de la ciencia, a veces desde Tales de Mileto hasta hoy.

–¿Por ejemplo?
–Durante siglos se discutió la existencia o no del vacío, la existencia o no de los átomos, y esa discusión tuvo diferentes respuestas de acuerdo con quiénes fueran los personajes que intervinieran y cuál fuera el momento histórico. La discusión sobre la existencia de los átomos va desde los atomistas griegos y Aristóteles, que los negaba, hasta el siglo XIX, en el que todavía muchos químicos negaban la existencia de los átomos y los consideraban simples maneras de hablar.

–Y una historia de las ideas científicas obviamente no puede desvincularse de una historia social y política...
–En general, no, porque la ciencia más o menos acompaña los objetivos o las formas de funcionar de una sociedad determinada. Para poner un ejemplo muy ingenuo: una sociedad cazadora-recolectora es probable que se interese más por la botánica que una sociedad basada en la pesca. Ahora bien: las sociedades burguesas, que surgieron a partir del siglo XVI o XVII en Europa...
–Y un poquito antes también...
–Se podría decir que antes eran sociedades con burgueses, no burguesas. Las sociedades burguesas se interesan más por cuestiones abstractas y de medición que la sociedad medieval. El descubrimiento de América y la invención de la imprenta multiplicaron los intereses y las posibilidades de acceder al conocimiento, y por lo tanto, la cantidad de gente interesada. No es lo mismo un mundo sin libros que un mundo con libros. Y la relación entre la ciencia y la sociedad no pasa sólo por los intereses sino por las posibilidades. De cualquier manera, no hay que caer en un reduccionismo absoluto. Esta cuestión de la teoría atómica de la que hablábamos, por ejemplo: no sé si hay una correspondencia tan punto a punto. Se puede decir que la teoría atómica responde más a una filosofía mecánica, y que una filosofía mecánica responde más a un mundo donde se valoran las máquinas y la producción. Pero obviamente no hay una relación punto a punto.
–Porque si se pensara así, habría que pensar que el atomismo surge recién con la Revolución Industrial.
–Y surge en realidad en la polis griega, aunque triunfa de manera definitiva en el siglo XIX. Entre Demócrito (siglo V a.C.) y Dalton (1810) no hay ningún avance sobre la naturaleza de los átomos y su naturaleza química o real. De hecho, la primera edición de la Enciclopedia Británica, en el siglo XVIII, define al átomo como lo definía Demócrito.
–Y eso va muy en contra del sentido común sobre la historia de la ciencia. El sentido común tiende a pensar que hay una progresión lineal de la ciencia, que el pensamiento se plantea problemas que va solucionando linealmente en un progreso indefinido.
–Sí, ésa es la visión actual.
–Actual, ¿desde cuándo?
–La idea de progreso es relativamente nueva, una idea que podríamos remontar a la Revolución Científica. La aparición de la burguesía es la que instala la idea de progreso. A pesar de que hay ciertas épocas previas (en Alejandría, por ejemplo, o en la época romana, alrededor del siglo I, cuando se hacían exposiciones con aparatos a las que los romanos iban para ver los avances de la técnica) en las que estoy seguro de que esa idea estuvo presente. La cuestión es que la ciencia no avanza linealmente sino a los tumbos: avanza, retrocede, tropieza, se equivoca. Y no puede sino ser de otra manera, porque, como decía antes, la ciencia toma gran parte de sus ideas subyacentes de la evolución o el cambio o el estado de las ideas de la sociedad. Y todas esas progresiones no son sincrónicas. Alguien puede desfasarse o adelantarse, como en la sociedad. Lo que pasa es que nosotros ahora tenemos una idea clara de lo que es el progreso.
–¿Sí?
–En lo científico, sí. El progreso en lo científico es descubrir más sobre el Big Bang y el momento cero del universo, curar más enfermedades, descifrar capas más profundas del genoma, encontrar partículas elementales. Por ejemplo, el Bosón de Higgs muestra una faceta interesante, porque de alguna manera cierra el modelo estándar de partículas. Pero eso no quiere decir que se haya terminado. Ahora, nosotros, que vivimos imbuidos de la ideología del progreso científico, en general pensamos en extrapolaciones de lo que se está haciendo en este momento: sabemos que nos faltan tales aparatos para hacer tales cosas que no podemos hacer ahora y eso es lo que concebimos como progreso científico. Pero seguro que nos faltan aparatos que no sabemos que nos faltan, como Copérnico no sabía que le faltaba el telescopio, a pesar de que parece que los árabes ya tenían algo de eso. Y eso es lo más interesante: lo que no sabemos y no sabemos que no sabemos.
–Esta concepción de la ciencia puede traerle varios enemigos. ¿No es algo ingenuo pensar en la ciencia como algo que progresa, teniendo en cuenta todos los desastres a los que ha llevado?
–La idea de progreso es ambigua. La visión del progreso del siglo XIX, incluso la visión racionalista del progreso, produjo bastantes desastres, como es obvio. Acá mismo, el progreso era el ferrocarril y con el ferrocarril venía el rifle. Y ahí viene la vieja discusión sobre el problema de la teoría y la aplicación: una mala aplicación no desautoriza una buena teoría. Pero incluso hubo teorías científicas que fueron utilizadas ellas mismas como elemento de opresión, como las teorías raciales que se (mal) derivaron de la teoría de la evolución. De cualquier manera, creo que es necesario hacer una distinción entre el aspecto puramente teorético de la ciencia y su aspecto institucional. Me parece sensato pensar que la ciencia efectivamente avanza en su conocimiento por más que institucionalmente se utilicen mal sus resultados. Y hay un buen ejemplo para eso: el VIH. En sólo treinta años se consiguió cronificar la enfermedad y por lo tanto, en principio, controlar la epidemia. Pero la epidemia sigue en algunos países por razones puramente económicas y sociales, como en ciertas zonas de Africa. Eso no quiere decir que la ciencia en sí misma defienda los intereses de ninguna clase social ni nada por el estilo.
–Cuando uno habla de historia de la ciencia, o de historia de las ideas científicas, tiende a pensar que ciencia propiamente dicha no hay hasta bien entrado el siglo XVI o XVII con la Revolución Científica. Sin embargo, su historia comienza con Tales de Mileto.
–Es falso que no haya habido ciencia antes de la Revolución Científica. Completamente falso. Los griegos hicieron buena ciencia, construyeron un sistema astronómico bastante preciso, se ocuparon de biología, matemáticas, medicina, lógica. Tuvieron muy claramente el concepto de lo que es una ciencia racional, de lo que es la observación y la teoría... Incluso, en algún momento la cuestión se transformó de los grandes sistemas a las ciencias particulares. La Biblioteca de Alejandría, por ejemplo, funcionaba como una universidad moderna, más o menos. No es verdad, tampoco, que no hubo ciencia en la Edad Media. En la segunda parte de la Edad Media, después del siglo XI, se pensaba (y mucho) sobre la estructura del mundo, sobre la naturaleza del movimiento. Se discutía, había distintas escuelas y había, sobre todo, un brillo intelectual impresionante. Roger Bacon pensaba en máquinas voladoras y submarinos antes que Leonardo... ¡Eso sí que era una idea de progreso! Y en el siglo XII o XIII, Bernardo de Chartres decía: “Si vemos más lejos, es porque estamos subidos en hombros de gigantes” y Nicolás de Oresme en algún momento dice que deja las cuestiones de las que tratan sus estudios para los estudiantes que vengan después de él. O sea que sí hubo ciencia antes de la Edad Moderna. Uno podría ver todo el pensamiento científico como una aventura: la aventura de expandirse y ser cada vez más preciso en los conocimientos que se adquieren. Es razonable pensar que sabemos más de astronomía que Ptolomeo.
–¿Es razonable? ¿Nada más?
–Bueno, no: sabemos más de astronomía que Ptolomeo, de medicina que Hipócrates, de química que Lavoisier. Tenemos en nuestras manos piedras lunares, hay aparatos explorando Saturno, Júpiter; nuestra medida del universo es más exacta que la de Copérnico. Me parece que a pesar de lo que no sabemos y de lo que no nos imaginamos que no sabemos –que es lo más importante–, podemos decir que el acervo de conocimientos que tenemos es mayor que el que tenían los griegos, o el que se tenía hace dos siglos. Y si lo pensamos así, nos podemos preguntar cómo llegamos desde Tales de Mileto a la Máquina de Dios. Todo esto tiene evidentemente ribetes de aventura, de una aventura inigualable: la historia de las ideas científicas es una historia de una serie de pensamientos, de ideas, de equivocaciones y rectificaciones, de intuiciones geniales, de soluciones extraordinarias a problemas a simple vista insolubles, todos los cuales implicaron esfuerzos intelectuales tremendos. Incluso aquellos que luego fracasaron. Entonces una historia de esos esfuerzos intelectuales metidos en una realidad que (como toda realidad contemporánea) uno conoce poco, tiene un interés muy especial. Es la historia del esfuerzo intelectual del hombre. Nada más y nada menos.

Caminos de la evolución

 DIALOGO CON SUSANA ROSSI, DOCTORA EN BIOLOGIA E INVESTIGADORA DEL CONICET, FCEN

Los procesos evolutivos funcionan, a veces, por selección natural. Otra parte de las variaciones genéticas depende del azar. Las lagunas de los esteros del Iberá son un laboratorio de la evolución.

–Usted trabaja con genética evolutiva.

–Sí, particularmente con dos modelos que plantean problemas teóricos que tienen muchos puntos de contacto pero que tienen implicancias distintas. Uno de los modelos son roedores subterráneos, en particular un subgrupo que habita un ambiente muy particular, los esteros del Iberá. La problemática en este caso es que se trata de un grupo de especies de divergencia relativamente reciente, semejantes entre sí. Es una especie de ensalada de especies: no se sabe cuántas especies hay, qué poblaciones pertenecen a cada especie... Es un problema clásico de saber a qué grado de complejidad nos estamos enfrentando.
–Antes de empezar, quisiera que explicara qué es la genética evolutiva. –Pero ya empezamos.
–Bueno, igual. –Lo que yo hago es utilizar la genética molecular para historiar biología evolutiva. Lo que hace el biólogo evolutivo que utiliza la genética como herramienta es ir al campo, tomar muestras de los individuos que quiere estudiar, extraer el ADN de la muestra y estudiar determinados genes en particular. Se analiza la variabilidad que hay en esos genes en los distintos individuos en los cuales uno tiene interés, y ése es el material crudo. Con ese material uno construye hipótesis, pero no el tipo de afirmaciones sencillas, sino hipótesis muy complejas en su elaboración.
–¿Cómo es eso? –Se utiliza información de la variabilidad genética y las diferencias entre los organismos que se estudian para inferir las relaciones evolutivas, relaciones que pueden representarse gráficamente por un árbol de divergencia dicotómica, es decir, de un tronco común (el ancestro común de todo el grupo que uno estudia) sale una primera divergencia o dicotomía.
–¿A partir de una variación en un gen? –Claro. Lo que diferencia a un grupo del otro es una o más variantes genéticas. Lo que tratamos de identificar, entonces, es cuáles son las variantes genéticas que están diferenciando a las especies. Esa variabilidad en conjunto es la que permite establecer el orden de las dicotomías o de las separaciones o divergencias de linajes. Pero hay que tener cuidado porque ésa no es la verdad histórica del grupo. Esa es simplemente una sofisticada hipótesis en base a una evidencia parcial de datos. Es uno de los lugares donde la evolución deja sus huellas, pero hay que tomar otro conjunto y finalmente, mediante el análisis combinado de árboles e hipótesis resultantes de datos moleculares, morfológicos y comportamentales, podemos establecer con una cierta aproximación una idea acerca de cuál ha sido el orden de evolución de este grupo.
–¿Qué otras cosas, además de los genes, marcan la evolución? –Prácticamente todo es evidencia de evolución. Tanto aquellos caracteres que han cambiado mucho como aquellos que no han cambiado. Porque la evolución es, también, no cambio. El conjunto del proceso evolutivo también contempla procesos de estasis o estancamiento.
–Bueno, pero hablemos de cuando se producen los cambios. La evolución funciona por selección natural... –Funciona por selección y por otros procesos que no son selectivos. La selección es un mecanismo determinista: si un grupo de individuos tiene un determinado carácter que es más ventajoso que otro grupo de individuos, se supone que tiene mayor sobrevida y se reproduce más. Con lo cual uno podría determinar la dirección del cambio evolutivo si conoce el ambiente, por ejemplo. Pero la evolución también ocurre mediante otro tipo de procesos, que son procesos no selectivos.
–A ver... –Son procesos no deterministas. Pueden ocurrir a varios niveles: tanto a un nivel muy general o muy macro (por ejemplo, una catástrofe o un episodio ambiental raro que elimine por azar a prácticamente un linaje completo, como el tsunami de hace unos años, que eliminó a especies con pocos representantes) como a niveles más locales.
–¿Por ejemplo? –Por ejemplo, uno de los grupos con los que yo trabajo, los roedores que habitan los esteros del Iberá, pueden estar sometidos a extinciones locales producidas por alteración del ambiente. Los esteros son un sistema interconectado de lagos y lagunas donde los niveles de agua pueden subir en determinados períodos, de tal manera que pueden extinguir a poblaciones enteras, o bajar y dejar al descubierto terrenos utilizados por los tucos. Durante el período en que las aguas bajan hay una recolonización de zonas, pero los que recolonizan no es que hayan estado mejor adaptados que el que se extinguió antes, sino que simplemente tuvo suerte. Pero también hay procesos de tipo estocástico, o aleatorio, en el que algunas secuencias con capacidad intrínseca de amplificarse con más eficiencia que otras pueden predominar sobre otras secuencias que tienen sistemas replicativos menos eficientes. Si consideramos el número de copias que es evidencia de la selección natural podemos decir que es un proceso selectivo, pero muchas veces simplemente son secuencias silenciosas, que no se expresan en genes, que no se pueden asociar a un rasgo adaptativo puntual. Estamos hablando de evolución en términos generales.
–¿El ADN basura? –El ADN basura se denominó a mediados del siglo pasado, cuando lo que reinaba era el gen (una secuencia con determinadas características que se transcribe a un ARN mensajero y luego a una proteína). Buena parte del genoma, y en algunas especies hasta la mayoría, no tiene la estructura de un gen: no tiene un promotor, no tiene un marco de lectura abierto, etc. Son secuencias en las cuales no son reconocibles marcos de lectura, no pueden producir una proteína y, sin embargo, están en grandes cantidades. A esto se lo llamó ADN basura. Hoy esa terminología está perimida, porque a esos grupos de secuencias se los llama “secuencias no génicas”, dentro de las cuales hay secuencias muy importantes para la regulación de la expresión de genes. Por ejemplo: una variedad evolutiva muy importante en el caso de primates se origina por la traslocación de una secuencia mal llamada de ADN basura (en este caso, un retrovirus endógeno) delante de un gen que estaba silenciado. Los humanos tenemos dos tipos de enzima amilasa (una enzima que rompe los hidratos de carbono complejos en hidratos más simples): una que está en páncreas, que es la más antigua, y otra que está en parótida y se secreta en saliva.
–¿Y entonces? –El hecho de que se secrete en saliva es relativamente reciente en el linaje evolutivo de mamíferos, se da en algunos mamíferos, pero no en todos. Es importante porque la amilasa, al romper hidratos de carbono complejos, hace que algunas fuentes de alimentos sean reconocidas por el sabor dulce como fuentes de alimento, como hidratos de carbono justamente. El gen que sintetiza la amilasa que se secreta en la saliva en realidad estaba silenciado, sin promotor, y se empezó a expresar cuando en el ancestro de primates una secuencia de ADN basura, que tiene promotores muy fuertes, se insertó antes del gen que de otra manera hubiese estado silenciado. Es una novedad evolutiva muy grande que se produce por un hecho aleatorio o no predecible.
–¿Y esa ventaja selectiva se impuso? –Sí. Pero su origen es no selectivo, es completamente aleatorio: ya no es la mutación puntual la que juega un rol, sino el ADN basura.
–¿Por qué se produce eso? ¿Cómo es que un pedazo de ADN basura se reposiciona? –Porque el genoma tiene su propia dinámica, su propio mundo. La visión de que el genoma es algo que de forma estable se hereda de generación a generación es una visión errada. El genoma es bastante dinámico, hay relocalización de secuencias dentro de un cromosoma o relocalización de secuencias que varían su posición inclusive entre cromosomas. Los cromosomas de especies emparentadas, de hecho, son muy variables. ¿Cómo puede producirse a partir de un ancestro en común una variabilidad tan grande? Bueno, uno de los mecanismos es que al haber secuencias de ADN basura en distintos cromosomas, que no son homólogos (es decir, que no podrían reconocerse y juntarse normalmente), se aparean en forma anómala merced a la similitud que tienen entre estas secuencias no codificables. Hay reorganizaciones e intercambio de material, y un brazo entero puede pasar de un cromosoma a otro, dando lugar a una gran variabilidad en un tiempo relativamente corto. Estas secuencias no codificantes son un elemento muy importante en la variación cromosómica y en el origen de las especies. Por no ser codificantes, estas secuencias tienen una tasa de sustitución a nivel de los nucleótidos mucho más alta que la de un gen. Pueden producir, entonces, una renovación de su secuencia a una tasa muy alta sin que se altere su funcionalidad.
–Y los bichos que usted estudia están evolucionando. –El que fue mi director de tesis dijo alguna vez que estos bichos eran un laboratorio de evolución.
–Nosotros, los humanos, ¿estamos evolucionando? –Por supuesto que sí, pero no en el sentido en el que quizás están evolucionando los tucos (donde hay, por ejemplo, formación de nuevas especies y fusiones). No creo que los humanos estemos evolucionando en ese sentido. Cromosómicamente no estamos evolucionando.
–Somos una sola especie. –Sí.
–¿Y hay linajes? –Sí, claro. Hay variantes que predominan en determinadas etnias, pero al ser una especie cosmopolita y con una movilidad muy alta, hay mucho borrado de las marcas étnicas.

Materia y energía (haiku)

¿Qué es lo que existe verdaderamente? Nadie puede saberlo. La pregunta, que atraviesa la historia humana como un cuchillo, se intentó contestar desde los comienzos: desde los cuatro elementos y el éter, hasta la materia sutil que los formara, desde las ideas cuya sombra se proyectaba en la caverna de Platón, hasta la extensión y el movimiento de Descartes, que se manifestaba en universales torbellinos. ¿Qué es lo que hay? ¿Cuál es el sustrato? No podemos saberlo, y seguramente - tal vez por suerte- no lo sabremos jamás. Pero a esta altura de nuestro conocimiento, podemos pensar que en el universo hay solamente dos cosas: materia y energía.


Verás árboles y estrellas, verás el vidrio
blanquísimo
verás a las hormigas caminando hacia la nada.
Verás el espejismo que de pronto
desaparece
y el lento marchitarse de la tarde
y la aurora feliz, y el viento norte
que reseca la piel.
Todo verás: el trigo, y los planetas,
el átomo sencillo y seguro de sí mismo.
y el vacío que ocupa el universo.
Verás la apariencia y la forma
y el rayo y la voz y la tintura
que cambia los colores.
Y te dirás : ¿qué es lo que hay?
¿qué es lo que existe verdaderamente?

La penosa vida del Sol

Arpa soy, salterio soy
donde vive el universo.
Vengo del Sol y al Sol voy.
Soy el amor, soy el verso.

José Martí
Pablo Milanés

El sol no puede hacer huelga, y sin embargo sus condiciones de trabajo son penosas, no cobra sueldo, produce con pasmosa eficiencia, y solo le cabe esperar una muerte segura como premio a sus esfuerzos. Por empezar, se ocupa de atraer a los planetas y mantener al sistema planetario en funcionamiento. Pero esta menuda faena gravitatoria es relativamente fácil (al fin y al cabo todos los cuerpos de universo la cumplen) si se la compara con la titánica tarea de brillar. Atraer, el sol atrae de taquito. Brillar, son palabras mayores. Y aunque cueste rendirse a la evidencia, hay que reconocer que el sol esta lejos de pertenecer al sector servicios; muy por el contrario, trabaja en uno de los sectores básicos de la economía estelar: la producción de energía, de la cual, como una especie de aristocracia parásita nosotros y todos los seres de la Tierra vivimos y nos desarrollamos cuando nos dejan.

A primera vista, la estructura del sol no parece gran cosa: una esfera gaseosa, de 1.400.000 kilómetros de diámetro, compuesta casi exclusivamente por los dos materiales mas simples del mundo: hidrogeno (70%) y helio (27%). Solo un miserable 3% queda para el resto de los elementos, en especial el carbono y el oxigeno. Y sin embargo, ese paisaje en apariencia sencillo encubre el desarrollo de un drama. Bajo la acción de su propio peso, que las arrastra hacia el centro, las capas exteriores comprimen a las interiores, y esta compresión de las capas interiores produce en el centro del pobre astro una escalada de presión y temperatura que alcanzan valores de pesadilla ( los modestos 6000 grados de la superficie solar remontan hasta veinte millones de grados o más en el núcleo). Condiciones duras, es verdad, pero que son capaces de contener el empuje de la materia hacia el centro y mantienen a nuestra estrella en equilibrio, evitando que colapse sobre si misma. Y que tienen, para nosotros por lo menos, un saludable efecto colateral, ya que en semejante ambiente, nadie puede razonablemente pretender que la materia mantenga su compostura. Y así, los núcleos atómicos se aplastan unos contra otros y se desencadenan reacciones nucleares de fusión: dos núcleos de hidrogeno se funden para formar uno de helio. Pero el detalle pintoresco es que la masa final (la del núcleo de helio) es ligeramente inferior a la suma de las masas (de hidrógeno) empleadas para formarla. La masa que falta se evaporo en forma de energía, según la celebre formula einsteiniana (e=mc2). Cada segundo, el sol cocina seiscientos treinta millones de toneladas de hidrógeno transformándolas en helio. De esa enorme suma, cada segundo, también, cuatro millones seiscientas mil toneladas desaparecen para proveer la energía solar.

Fusionar hidrógeno para fabricar helio (el mismo proceso que, en pequeño, el hombre ha conseguido reproducir en la bomba de hidrógeno, que es una especie de sol en miniatura), ser un horno nuclear a escala cósmica. Mal que nos pese, ese es el secreto del sol y esas son las condiciones de su vida. Ahora bien. ¿Hasta cuando puede durar tamaño despilfarro? Porque el hidrógeno es la materia prima que ha sostenido a la estrella desde su nacimiento, hace cinco mil millones de años, pero la provisión de hidrógeno, si bien muy grande, no puede ser eterna. Y no lo es: dentro de ocho mil millones de años llegara el momento fatal en que todo el hidrógeno se habrá consumido en cenizas de helio, y el sol se quedara sin combustible. Ese día comenzara la muerte de este esforzado integrante del proletariado estelar, al que solo por desconocimiento de los procesos nucleares se confirió durante siglos el atributo de la inmortalidad y los oropeles de la monarquía. Primero se expandirá (hasta convertirse en una Gigante Roja), luego tendrá un breve chispazo de vida, cuando las temperaturas permitan que arda el helio, transformándose en carbono, y luego, la gravitación retomara su tarea: el sol se contraerá hasta convertirse en una enana blanca, o quizás en una estrella de neutrones. Pero no veremos al astro rey caer de su trono: la Tierra se habrá evaporado hace mucho. Podría ser peor: la muerte del sol será lenta y continua: no habrá, según se sabe hasta ahora, ni novas, ni supernovas, ni malos comportamientos que supongan un brusco apocalipsis: solo un lento, caliente y largo momento final.

Interpretación de los ambientes del pasado

DIALOGO CON CECILIA LAPRIDA, DOCTORA EN BIOLOGIA, DEL INSTITUTO DE ESTUDIOS ANDINOS

Imagen: Pablo Piovano

 

Los fósiles microscópicos sirven para reconstruir la historia de los océanos, lo cual despierta la curiosidad del Jinete Hipotético. También el problema metodológico de los modelos generados por computadora y su relación con la realidad.

–Usted forma parte del grupo de...

–Un grupo que hemos formado ad hoc, de registro paleoclimático y cambio ambiental, que integran investigadoras de diversos institutos del Conicet. Somos un grupo no orgánico: yo pertenezco al Instituto de Estudios Andinos, otras investigadoras pertenecen al Igeba. Y hemos decidido hacer un grupo basado en la confianza más que en propuestas orgánicas. Tenemos subsidios en común, presentamos proyectos en común.
–¿Y usted qué hace? –Yo soy paleontóloga, no de título, porque la carrera de paleontología se creó hace muy poco (en el 2001 más o menos), pero hice la orientación paleontología dentro de la carrera de biología. Y dentro del área de la paleontología soy micropaleontóloga, es decir, estudio los restos fósiles de organismos que a simple vista no se ven. Se necesita un microscopio para poder verlos.
–¿Con qué objetivos? –A mí lo que más me interesa, y me parece más aplicable a las otras disciplinas, es la interpretación ambiental, la interpretación de los ambientes del pasado en base a estas asociaciones, estos grupos de especies microfósiles que nosotros encontramos en los sedimentos de distintas edades.
–Y está trabajando en el cuaternario, o sea, hace dos millones y pico de años. –Sí. Lo más antiguo que estamos estudiando son testigos marinos, muestras de sedimentos oceánicos de fondos marinos, muestras que extraemos de 3000 o 3500 metros de profundidad.
–¿De dónde las sacan? –Enfrente de las costas entre Mar del Plata y Bahía Blanca. Ahí hay todo un sistema de cañones submarinos muy poco conocidos para el gran público, que no tenemos idea de cuándo ni cómo se formaron. Hay algunos cañones submarinos, por ejemplo los del Golfo de Viscaya, entre Francia y España, que se formaron tectónicamente: al separarse las placas, al despegarse España de Francia y rotar en sentido antihorario, se fractura la corteza y se forman esos cañones. Aquí jamás pudieron haberse formado así. Entonces sospechamos que podrían haber sido antiquísimos ríos...
–Antiquísimos... –Decenas de millones de años. Esos ríos, presumimos, pueden haber sido inundados con el ascenso del nivel del mar del cuaternario. Así que lo que estudio son los sedimentos asociados a esos cañones submarinos y de la plataforma y el talud (es decir, desde algunos metros hasta varios miles de metros de profundidad) del frente argentino.
–¿Y qué encontraron? –Hemos encontrado cosas interesantes. Yo trabajo en ambiente marino, en estas escalas de tiempo y en otras escalas a las que después me referiré. En estas escalas de tiempo hemos encontrado unos grupos de sedimentos con unos fósiles que brindan mucha información para la reconstrucción de la historia de los océanos: los foraminíferos. Hemos podido reconstruir la temperatura superficial del mar de hace 150 mil años, por ejemplo, casi como si uno fuera ahora y tomara la temperatura superficial del mar desde un buque. Hemos desarrollado una técnica y la hemos aplicado con éxito.
–¿Cómo se hace? –En la actualidad, estos microorganismos siguen existiendo y viven en la superficie del agua, comiendo fitoplancton. Cada especie en particular está asociada a una temperatura superficial del agua. Lo que uno hace es ver la distribución actual y a partir de un análisis multivariado (componentes principales, estudios estadísticos) analiza las asociaciones fósiles que se encuentran en los sedimentos de distintas edades y le asignamos la temperatura más probable en base a esa composición. Es un estudio estadístico basado en la distribución de las especies.
–Porque cada especie tiene su rango de temperatura asociado. –Exacto. A partir de ese análisis multifactorial, entonces, yo puedo determinar cuál es la temperatura más probable que me explique esa distribución de especies.
–¿Y qué hacemos una vez que sabemos la temperatura del mar hace 200 mil años? –Es muy importante Todo el desarrollo de la climatología comienza a ser más importante cuando empiezan a correrse modelos de predicción climática que consideran un factor de, por ejemplo, el doble de dióxido de carbono. Estos modelos siempre van a arrojar un resultado, porque es simplemente aplicar una función más o menos compleja a un set de datos y listo. El único modo de validar la salida de esos resultados es viendo qué pasó en el pasado.
–Lo que pasa es que esos modelos también incluyen... –Sí, claro, se retroalimentan. Pero uno tiene más control, porque uno aplica muchos sets de datos independientes.
–¿Y qué da por ahora? –El problema es que hoy por hoy manda más el modelo que la realidad. Y ése creo que es el gran problema de los modeladores del clima y de los trabajos que uno lee. Le dan tanta importancia al dato real como al dato modelado. Y el dato modelado es un constructo.
–El dato modelado es un constructo, pero bastante especial. Porque es muy confiable... –Por supuesto. Pero el asunto es cuando el dato modelado no coincide con la medición real. Ahí hay que elegir. Uno pensaría que es obvio elegir la medición real, pero esto no suele ocurrir. Se dice que la temperatura en determinado momento fue de tantos grados, pero eso no es el producto de una medición real, sino de haber corrido un modelo. A eso me refiero cuando digo que al dato de la salida del modelo a veces se le da más importancia que al dato real.
–Ese es un problema metodológico de toda la ciencia actual, con la irrupción de las grandes computadoras. –Sí. La tiranía de la matemática.
–Y la creencia de que la ciencia en realidad construye modelos y no se ocupa de la realidad. –Exactamente.
–Yo creo que eso no es verdad, creo que la ciencia no es simplemente construir modelos. Pero forma parte de eso, me parece. –Sí, claro. Es una conceptualización que tiene que abarcar demasiadas cosas.
–Esas conceptualizaciones son conjuntos de funciones, pero esos conjuntos de funciones no son nada al lado de la complejidad real. –Pero no hay conciencia de esa distancia.
–¿Entre quiénes? –En casi nadie. En el gran público, sin lugar a dudas: se le vende el modelo como la realidad, de modo que el gran público no tiene acceso a esta distinción entre uno y el otro. Se le dice: con un aumento de tres grados va a desaparecer el 60 por ciento de las especies y pone la tortuga en la heladera. Y tiene razón en hacerlo.
–¿Y eso es culpa de quién? –Bueno, no hay formación científica, filosófica ni epistemológica que permita esa distinción. Ese es un problema grande en clima y en paleoclima. Mi idea básica es generar información no sólo a estas escalas de decenas y centenas y miles de años, sino en escalas menores. Esto sirve en el mar, donde mandan esas escalas de variabilidad.