viernes, 17 de mayo de 2013

Tiempo para leer (VII)


Todas las semanas se publican decenas de entradas interesantes. Algunas ameritan de más tiempo para disfrutarlas, para la reflexión. Necesitan de tiempo para leer.




Moral y mercados o...¿cuánto vale la vida de un ratón? por Juan Ignacio Pérez en La naturaleza humana

¿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?

Vera, la espía de las estrellas (II): "Lo que ves en una galaxia espiral, no es lo que hay" por Laura Morrón en Los mundos de Brana

Segunda parte de la apasionante historia de esta astrónoma.

28 neutrinos por Enrique F. Borja en Es extraño...

¿Se han detectado neutrinos de altas energías con origen mucho más allá de nuestro Sistema Solar?

Nanomundo de la nanomedicina por Dolores en Pero esa es otra historia...

Una iniciación a lo que la nanotecnología está consiguiendo ya en medicina.

El abominable hombre a -20º por Carlos Romá-Mateo en ¡Jindetrés, sal!

No sabrás si reir o llorar. Puede que hagas ambas cosas a la vez.


John William Nicholson, el Empédocles cuántico




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. 

Sigue leyendo en el Cuaderno de Cultura Científica 

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XXV Edición del Carnaval de Química que acoge ISQCH-Moléculas a reacción

jueves, 16 de mayo de 2013

Receta para hacer un encéfalo transparente


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:




Para María, con afecto.


Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XXV Edición del Carnaval de Química que acoge ISQCH-Moléculas a reacción


Referencias:

CLARITY Resource Center (información, vídeos, detalles metodológicos, formación)

Chung K., Wallace J., Kim S.Y., Kalyanasundaram S., Andalman A.S., Davidson T.J., Mirzabekov J.J., Zalocusky K.A., Mattis J. & Denisin A.K. & (2013). Structural and molecular interrogation of intact biological systems, Nature, 497 (7449) 332-337. DOI:

martes, 14 de mayo de 2013

Onus probandi y la definición de ciencia




“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.

Sigue leyendo en el Cuaderno de Cultura Científica

viernes, 10 de mayo de 2013

Tiempo para leer (VI)

Todas las semanas se publican decenas de entradas interesantes. Algunas ameritan de más tiempo para disfrutarlas, para la reflexión. Necesitan de tiempo para leer.  



Vera, la espía de las estrellas (I): Los misterios del cielo nocturno por Laura Morrón en Los mundos de Brana

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.

Algo más que un cuadro por Luis Moreno Martínez en El cuaderno de Calpurnia Tate

Un emotivo diálogo imaginado con uno de los padres de la ciencia.

Thíndar y los números elares por Pedro Castro en Las matemáticas

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.

Oblivion y las fuerzas de marea por Arturo Quirantes en Física de película

Parece que la película es lo que es, pero Arturo se las ingenia para que aprendamos cosas interesantes sobre la relación de la Tierra con su satélite.

Clanes y camarillas por Juan Ignacio Pérez Iglesias en La naturaleza humana

¿Con quién te relacionarías si pudieses elegir?

Cuestión de magnetismo por José M Morales en El zombi de Schrödinger

Un recorrido histórico-nostálgico técnico-científico lúdico-chiripitifláutico por el mundo en vías de desaparición de los soportes magnéticos de grabación.

Prohibido conmutar I por Enrique F. Borja en Cuentos cuánticos

¿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.

miércoles, 8 de mayo de 2013

Determinación de la composición elemental átomo a átomo usando microscopía electrónica.



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.

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XXV Edición del Carnaval de Química que acoge ISQCH-Moléculas a reacción



Referencia:

Urban K.W., Mayer J., Jinschek J.R., Neish M.J., Lugg N.R. & Allen L.J. (2013). Achromatic Elemental Mapping Beyond the Nanoscale in the Transmission Electron Microscope, Physical Review Letters, 110 (18) DOI: