La experiencia enseña que es mucho más lo que desconocemos que lo que sabemos. También que muchas veces es más interesante el camino que el destino final y que lo verdaderamente revolucionario empieza con un “¡qué curioso!”.
Todas
las semanas se publican decenas de entradas interesantes. Algunas
ameritan de más tiempo para disfrutarlas, para la reflexión.
Necesitan de tiempo para leer.
¿Será posible que en cuanto vemos que otros ponen un precio a las cosas, nosotros entremos en el juego y rebajemos con ello nuestros estándares éticos?
Si uno se encuentra en alguna parte que
el universo está compuesto de cuatro elementos, automáticamente
asume que el texto que lee, o la historia que cuenta el vídeo que ve
o la narración que escucha, tienen que ver muy probablemente con la
Grecia prearistotélica [nadie debería pensar en nada posterior
porque todos sabemos que Aristóteles introdujo un quinto componente,
el éter]. Y es que la teoría de las cuatro “raíces” (la
palabra “elemento” es de Platón) es de Empédocles, que vivió
en el siglo V antes de la era común.
Pero no, existe la posibilidad de que
leas sobre cuatro elementos como constitutivos del universo y se te
esté hablando de algo muy reciente, con apenas un siglo de
antigüedad. En el año en el que conmemoramos el centenario de la
publicación del modelo atómico de Bohr, quizás convenga recordar
al que fuera su principal modelo rival y que influyó en el
desarrollo del propio modelo de Bohr, uno que ya no aparece ni en la
mayoría de los libros de historia, el modelo de John William
Nicholson.
El paso 10 de abril aparecía publicado
en Nature un método que “hacía transparentes” los
encéfalos, llamado CLARITY y que, por su espectacularidad, ocupó
periódicos y noticiarios televisivos. Pasado un tiempo razonable,
creo que puede resultar interesante para alguno saber cuál es el
fundamento de la técnica, que es un prodigio de química aplicada.
Permítaseme ir directamente al grano.
Para una introducción general este
artículo es tan bueno como cualquier otro (contiene un error en
los datos, te dejo que lo averigües, tras leer lo que sigue).
El encéfalo, como cualquier otro
órgano del cuerpo, está formado por células, muy especializadas
sí, pero células al fin y al cabo. Las células, simplificando
mucho, no son más que una serie de orgánulos nadando en un líquido
llamado citoplasma contenido por una doble capa lipídica, que es lo
que llamamos membrana. Algunos de esos orgánulos, como el núcleo,
también están contenidos por dobles capas lipídicas.
Estas membranas son permeables de forma
selectiva, esto es, dejan pasar determinadas moléculas pero no
otras, en concreto es muy difícil que dejen pasar macromoléculas.
Por otra parte la interfase entre la doble capa lipídica y el
citoplasma por un lado y por otro la interfase acuosa exterior a la
célula provocan la dispersión de la luz. Estos dos fenómenos
indican que ni podemos enviar tintes, u otras macromoléculas, al
interior de la célula ni podemos ver dentro de ella sin romper la
membrana. CLARITY es un método para acabar con estos problemas de
raíz: eliminar las dobles capas lipídicas, las membranas,
manteniendo su contenido en su lugar, sustituyéndolas por un
material que permita el paso de macromoléculas y fotones sin oponer
demasiada resistencia y que preserve la integridad estructural de
células y tejidos.
Para conseguir este objetivo tan
ambicioso CLARITY termina usando un hidrogel formado in situ, como
veremos en seguida. Quizás convenga aclarar antes de seguir
qué es un gel. Todos tenemos geles en casa, algunos geles de
baño/ducha son geles propiamente dichos; sabemos que hacen espuma,
que tienen color, que huelen, que se lleva bien con el agua y que
actúa como jabón. También es posible que tengas geles en el
frigorífico, en forma de gelatina; en esta ocasión te comes el gel.
¿Qué es un gel? Pues es un sistema en el que unas macromoléculas
(polímeros) tienen atrapado un líquido en su red estructural, y se
llaman hidrogeles si el líquido es agua. Los geles tienen la
peculiaridad de que son sólidos si no se agitan (están como
conGELados; su nombre viene del latín gelatus, congelado);
esta propiedad será muy útil en CLARITY.
CLARITY tiene tres fases:
Primera fase. El proceso
comienza introduciendo los monómeros componentes de los polímeros
que luego formarán el hidrogel (básicamente acrilamida y
bisacrilamida) junto con formaldehído e iniciadores de
polimerización por temperatura en los tejidos. Esto se hace en un
baño a 4ºC durante dos días.
En esta fase, el formaldehído
entrecruza, dicho en químico, une covalentemente, los monómeros de
lo que después será el hidrogel a distintas biomoléculas,
incluyendo proteínas, ácidos nucleicos y moléculas más pequeñas
que anden por allí.
Segunda fase. Se inicia la
polimerización de los monómeros (que están unidos a biomoléculas,
tengámoslo presente) simplemente elevando la temperatura del
conjunto a 37ºC durante 3 horas. Tras este tiempo el tejido y el
hidrogel se han convertido en una estructura híbrida que es capaz de
dar soporte físico al tejido y que incorpora químicamente las
biomoléculas a la red estructural del hidrogel.
Un punto muy importante a resaltar es
que ni lípidos ni aquellas biomoléculas que carezcan de los grupos
funcionales adecuados están unidas al hidrogel, por lo que pueden
ser retiradas del mismo.
Tercera fase. Se extraen los
lípidos. La extracción de las moléculas lipídicas se puede hacer
con mucho tiempo y empleando disolventes orgánicos (el hidrogel es
hidrofílico) o cientos de veces más rápido aprovechando la alta
carga de las dobles capas lipídicas (micelas
después de todo) usando electroforesis.
El resultado es que el hidrogel asegura
que las biomoléculas y los matices estructurales, como las proteínas
de membrana, las sinapsis o las espinas, se quedan en su sitio,
mientras que los lípidos de las membranas que causan la dispersión de
la luz e impiden la penetración de macromoléculas se han quitado de
en medio, dejando detrás un sistema biológico con todo en su sitio
listo para ser etiquetado, tintado y fotografiado a placer. No hay más que verlo:
“Los
cometas no son restos del disco protoplanetario que dio origen al
Sistema Solar. Realmente son sondas que manda una civilización que
habita un planeta errante oscuro, llamado Hadesun, más allá de la
parte más exterior del Sistema Solar para comprobar la evolución de
los humanos en la Tierra. Por eso los gobiernos de las potencias
mundiales están enviando sondas (Stardust, Rosetta, Deep Impact) con
objeto de hacerse con esa tecnología.”
No
sé si existe algún grupo que sostenga algo parecido a lo anterior.
En cualquier caso, yo me lo acabo de inventar a los efectos de
ilustrar lo que sigue.
Fijémonos
en el planteamiento: unimos hechos conocidos, a saber, existen los
cometas, tienen órbitas que los llevan a los confines del Sistema
Solar, su interior es desconocido (afirmación implícita), se está
gastando dinero en misiones complicadas para obtener información
sobre ellos, con una explicación estrambótica pero que, en cierta
manera, da cuenta de los hechos. Habrá quien la crea, además.
Aquí
viene uno de los quids de la cuestión que queremos plantear: la
explicación hadesunita “es falsable” en el sentido que venimos
criticando las dos últimas semanas (aquí y aquí).
Entonces, ¿es el hadesunismo una explicación científica hasta que
no se demuestre su falsedad? ¿Está a un nivel científico mayor que
la teoría de cuerdas, por ejemplo?
Si
reflexionamos un momento, veremos que demostrar explícitamente la
falsedad del hadesunismo no es tarea fácil. Las explicaciones que
demos se basarán en modelos de la formación del Sistema Solar, en
plausibilidades y en la navaja de Ockham pero no en una comprobación
experimental de que Hadesun no existe. Por lo tanto estas
explicaciones serán fácilmente criticables y habrá multitud de
hipótesis auxiliares a las que recurrir cuando los datos
experimentales que esgrimamos indiquen que Hadesun no existe.
Digámoslo claramente, es en este tipo de “dificultades” en el
que se basa la pervivencia de muchas pseudociencias y, de paso,
muchas creencias de tipo religioso .
Y,
sin embargo, la resolución de este tipo de planteamientos ya la
encontraron hace unos dos mil años los abogados romanos y es
extrapolable a la filosofía de la ciencia. Cualquier picapleitos
romano habría inmediatamente esgrimido elonus probandi, la
carga de la prueba, enunciando adecuadamente el affirmanti
incumbit probatio, al que afirma le incumbe la prueba, esto
es, será quien afirme que existe Hadesun* quien haya de aportar
pruebas tangibles de su existencia. Algo implícito en esta
tangibilidad es que debe ser comprobable/reproducible por cualquiera
siguiendo una metodología conocida, en cualquier momento y que no
valen ni textos revelados, ni palabras de una “autoridad”.
Vemos
que a la falsabilidad se le da la vuelta como un calcetín: no es una
característica inherente a la hipótesis que la legitime, sino la
actitud con la que debe ser tratada, siendo su falsedad la
posición por defecto. De la misma manera, vemos que las
hipótesis ganarán valor por sus éxitos. Si nos damos cuenta, y
siguiendo con los latinajos legales, es un habeas corpus al
revés, “una hipótesis es falsa hasta que se demuestra lo
contrario”.
La
demarcación entre ciencia y pseudociencia no es tan fácil como
parece y lo que sí parece evidente es que no puede basarse en un
único criterio.
Todas las semanas se publican decenas
de entradas interesantes. Algunas ameritan de más tiempo para
disfrutarlas, para la reflexión. Necesitan de tiempo para leer.
Enciclopédica, en el mejor sentido de la palabra, anotación sobre la vida y obra de Vera Rubin. Una obra de referencia que se lee con muchísimo agrado.
Comprendo que las matemáticas pueden resultar bastante difíciles de por sí para algunos como para encima estar haciendo matemática-ficción, pero este relato permite darle otra vuelta de tuerca a los números imaginarios de una forma, cuando menos, original.
Un recorrido histórico-nostálgico técnico-científico lúdico-chiripitifláutico por el mundo en vías de desaparición de los soportes magnéticos de grabación.
¿Qué ocurriría si no pudiésemos conocer con precisión y a la vez las coordenadas espaciales? Una exploración muy interesante de la indeterminación y la no conmutatividad profusamente ilustrada.
Se sabe desde hace mucho tiempo que la resolución espacial que se
puede conseguir con un microscopio óptico, esto es, la
característica más pequeña que se puede observar, es del orden de
la longitud de onda de la luz que se emplee. Para que nos hagamos una
idea del orden de magnitud, la longitud de onda del verde es de 550
nm (nanometros). Una forma de mejorar esta resolución es evidente:
usar partículas con longitudes de onda asociadas más pequeñas o,
lo que es lo mismo, más energéticas. Este es el fundamento de los
microscopios electrónicos, en los que las partículas que se usan
son electrones. Razones de índole puramente ingenieril hacen que la
energía de los electrones empleados en los microscopios electrónicos
de transmisión (MET) esté en el rango de los 100 a 300 keV, lo que
corresponde a una longitud de onda de entre 3,7 y 2 pm (picometros).
Parémonos aquí un momento porque esto es importante. El radio
del átomo de hidrógeno, llamado radio de Bohr (la distancia más
probable entre el protón del núcleo y el electrón en el estado
estacionario) es de 52,9 pm [ojo, el hidrógeno es el átomo más sencillo pero no el más pequeño]. ¿Significa esto que podemos ver
“dentro” de un átomo de hidrógeno usando un MET? Vamos a verlo.
La resolución de un MET está limitada no sólo por la longitud
de onda de los electrones, sino por las imperfecciones de las lentes
electrónicas. Las principales son las aberraciones esférica
y cromática.
Instalando correctores (lentes auxiliares) se puede conseguir una
resolución de 50 pm. Sí existen fotos de átomos, por tanto (véase
por ejemplo aquí).
En la MET lo que se hace es que un haz de electrones atraviese una
capa muy fina de la muestra (de ahí lo de transmisión) y después
medir cómo han sido afectados los electrones por ese paso. De esta
forma podemos saber la posición y más o menos el tamaño de los
átomos que constituyen la muestra. En este sentido, “vemos” los
átomos. Sabemos qué átomos son, qué elementos, por métodos
químicos: bien porque nosotros hemos sintetizado la muestra, bien
porque lo hayamos determinado analíticamente.
En el caso del MET, al atravesar la muestra los electrones pueden
perder una cantidad de energía que es característica del elemento
concreto con el que están interaccionando. Existe una versión de
los MET, la llamada con filtro de energías (MET-FE), que es capaz de
interpretar las energías de los electrones transmitidos y obtener lo
que se llaman mapas químicos de la muestra. Esta técnica ya es
comercial y permite realizar análisis químicos a escala nanométrica
(véase por ejemplo IMP).
Acabamos de decir nanométrica. ¿Pero no decíamos que la
resolución era 50 pm? Efectivamente, pero de nuevo nos encontramos
para las técnicas MET-FE los problemas de las aberraciones,
especialmente la cromática. Por lo tanto la MET-FE aún no ha
conseguido la resolución atómica.
Y aquí es donde interviene el equipo encabezado por Knut Urban,
del centro de investigación Jülich (Alemania). Urban recibió en
2011 el premio Wolf de física precisamente por sus trabajos para
corregir las aberraciones en los MET. En un artículo aparecido en
Physical Review Letters estos investigadores lo que vienen a
decir es que han conseguido corregir la aberración cromática en
MET-FT. Y para ello han usado el mismo razonamiento que se emplea en
astroquímica.
Para determinar que en una nebulosa existe la molécula X, lo que
se hace es tomar una muestra de esa molécula, ponerla en las
condiciones de temperatura y vacío del espacio interestelar, y medir
su espectro en esas condiciones. Después hay que cotejar los
espectros recogidos por los telescopios para comprobar si los picos
característicos de nuestra molécula están presentes. Pero, y esto
es lo interesante, lo que se hace si no se puede conseguir poner la
muestra en las condiciones del espacio por la razón que sea, son
cálculos teóricos (químico-cuánticos) a partir de primeros
principios que nos dirán cuál será probablemente su espectro.
Urban et al. han hecho esto mismo aparte de desarrollar nuevas
ópticas: cálculos teóricos que permiten interpretar la información
recibida.
Los autores pusieron a prueba su método con una muestra de
silicio consistente en un único cristal. Seleccionaron sólo
aquellos electrones que interactuaban con electrones muy específicos
del silicio. La resolución fue suficiente para visualizar las
“mancuernas de silicio”, átomos de silicio vecinos que se
emparejan en ciertos planos del cristal. Las imágenes muestran que
los centros de dos átomos que forman una mancuerna están separados
135 pm (te puedes entretener midiéndolo tú, sabiendo que el radio atómico del silicio es 111 pm).
Si nos damos cuenta, esto es exactamente lo que se ve en las
películas de ciencia ficción: introducen una muestra minúscula en
un equipo y éste te dice la composición átomo a átomo. El futuro
ya está aquí (otra vez). Nos falta la Enterprise.
