15 demostraciones indiscutibles de la teoría de la evolución de Darwin

La ciencia requiere cierta fe, la creencia en cierto credo, pero este credo es falsable. La fe y el credo no son parte de la ciencia como tal, son parte del método científico. Yo sé que si pego un salto volveré a caer al suelo (salvo que alguien me gaste una broma y me sujete en el aire). La gravedad de la Tierra que nos atrae al suelo es un hecho. No puedo creer o no creer en la gravedad. La teoría de Newton de la gravedad tiene ciertos límites de validez y permite entender perfectamente como yo caeré, pero no puede ser aplicada siempre con éxito. A energías altas o distancias cortas o intervalos de tiempo pequeños deja de ser válida debiendo ser reemplazada por la teoría relavista. La teoría de Einstein de la gravedad también tiene que tener límites de validez, pero todavía no los conocemos. Se cree que a energías muy altas o distancias muy cortas o intervalos de tiempo muy pequeños debería dejar de ser válida. Hay cierta fe en parte de la comunidad científica de que así sea (el científico es escéptico por naturaleza). Pero, hasta donde la realidad y los experimentos nos informan sobre ello, es la teoría “válida” (la mejor que tenemos) para comprender la gravedad a todas las energías, distancias y tiempos (en los que la hemos estudiado experimentalmente). La ciencia es así, la “verdad” es “verdad” mientras no se demuestre que es “mentira,” una mentira cualificada y cuantificada.

La teoría de la evolución de Darwin es parte de la ciencia. Como tal es un credo falsable. La fe de la mayoría de los científicos es que es completamente cierta. Lo avalan 150 años de evidencias y experimentos científicos. Sin embargo, desde que fue formulada por Darwin, muchas voces claman en su contra. Ningún científico ha sido tan criticado y denostado por sus ideas como Darwin. Ningún científico va a rellenar tantos titulares este año, en el 200 aniversario de su nacimiento, como Charles Robert Darwin (un 12 de febrero). Foros políticos, religiosos, filosóficos, artísticos y culturales le van a dedicar ríos de tinta. Ni siquiera Einstein en el 2005 lo logró. Casi nadie afirma públicamente que “entiende” las teorías de Einstein. Todo el mundo “cree” entender bien la evolución, sin necesidad de estudiarla, sin necesidad de preocuparse por rastrear en los libros de texto las pruebas que la avalan. La evolución como parte de las ciencias sociales. Pero la evolución es parte de las ciencias puras, es biología. Y en este contexto debe ser estudiada y debatida.

Al grano, la revista Nature, como parte de la celebración del año de Darwin,  ha destacado los 15 hechos experimentales sobre la evolución basados en restos fósiles más relevantes que se han publicado en sus páginas en la última década. El documento, en inglés, es de acceso gratuito: Henry Gee, Rory Howlett, Philip Campbell, “15 EVOLUTIONARY GEMS.” Su lectura, sin lugar a dudas es muy recomendable. Lo han trabajado bien, incluyendo además del enlace al artículo original, artículos adicionales y enlaces a las webs de los investigadores responsables de cada trabajo. El índice (sólo os comento las 3 primeras entradas) es como sigue.

1 Land-living ancestors of whales. Hay fósiles de más de 10 millones de años de criaturas acuáticas antecesoras de las ballenas como los Ambulocetus y Pakicetus. ¿Qué animal terrestre fue su antecesor? El ancestro de estas “protoballenas” fue el Indohydus raoellidae, un animal rumiante, muy similar al actual chevrotain (un extraño ciervo-ratón), que pasaba gran parte de su tiempo en el agua (como los hipopótamos). ¿Por qué abandonó definitivamente la tierra? Por el acceso a nuevos recursos alimentarios

2 From water to land. Hace unos 360 millones de años, los primeros peces abandonaron el mar. Los peces con “manos” Tiktaalik roseae más similares a un híbrido entre caimán y gran salamandra, tienen un esqueleto muy parecidos a los tetrápodos, pero presentan branquias en lugar de pulmones. Tuvo que ser un cazador feroz y temible entre los peces al estilo de los actuales cocodrilos.

3 The origin of feathers. Los pájaros más antiguos, como los Archaeopteryx, son más parecidos a dinosaurios con plumas que a pájaros. Hace 125 millones de años, muchos dinosaurios tenían plumas, como los Epidexipteryx.

4 The evolutionary history of teeth
5 The origin of the vertebrate skeleton
6 Natural selection in speciation
7 Natural selection in lizards
8 A case of co-evolution
9 Differential dispersal in wild birds
10 Selective survival in wild guppies
11 Evolutionary history matters
12 Darwin’s Galapagos finches
13 Microevolution meets macroevolution
14 Toxin resistance in snakes and clams
15 Variation versus stability

Kupershmidt vuelve a meter la pata demostrando la hipótesis de Riemann

Hay mañanas que uno se levanta con obligaciones imposibles de imaginar antes de irse a dormir. Esta mañana es una de ellas. Este fin de semana me toca estudiarme el siguiente artículo y descubrir qué error tiene. Una demostración de la Hipótesis de Riemann en sólo 7 páginas es imposible, obviamente. Error tiene que tenerlo. Pero mi primera lectura esta mañana no me ha permitido encontrarlo.

Boris A. Kupershmidt, “Remarks on Robin’s and Nicolas Inequalities,” ArXiv preprint, submitted on 5 Mar 2009 .

Abstract: “Robin’s Conjecture is strengthened, deformed, and proved. Nicolas conjecture follows.”

Para los que no lo sepan… quizás haya muchos… os recomiendo:

Y.-J. Choie, N. Lichiardopol, P. Moree, P. Solé, “On Robin’s criterion for the Riemann hypothesis,” Journal de Théorie des Nombres de Bordeaux 19: 357-372, 2007 ; ArXiv preprint, 7 Sep 2006 .

Ya os mantendré informado…

PS (7 marzo 2009): Ante todo perdón por cambiar el título de esta entrada. En parte en broma, en parte en serio. Os cuento. Boris A. Kuperschmidt escribió un artículo el año pasado “Remarks On A Nicolas Inequality,” ArXiv preprint, 6 June 2008 , que fue retirado del ArXiv por contener material “ficticio” en su sección de Agradecimientos, exactamente publicaron la siguiente razón:

“This submission has been withdrawn by arXiv admins because it contains inappropriate, fictitious text in the acknowledgments and the final reference.” 

Os extraigo la parte conflictiva del artículo para vuestra consideración:

“Acknowledgement 2. (…) Thi-Eve Jao (…) implored me to finish the proof of the Nicolas conjecture as expeditiously as possible, but no later than the opening of the next Congress of the Chinese Communist Gangsters Party. There was nothing else to do but to comply with so exquisitely framed request.”

“[YYa 2009] Yaweecan, X. M., and Yahodoo, Y.Z., The Only True and Definitive Proof Of The Great Chinese Theorem Formerly Known As Riemann’s Hypothesis, Asian J. of Pilfered Math. (to be announced as soon as possible, but no later than the last year.)”

Obviamente una “broma” por parte del autor. ¿Qué más si no? “Broma” que no gustó a los administradores de ArXiv. En aquel momento quise escribir una entrada en este blog al respecto, pero al final no cuajó. Me quedé con la espinita clavada. Ya me la he sacado.

La “demostración” de junio de 2008 de Kuperschmidt era incorrecta, como nos aclara en este nuevo artículo:

“Acknowledgment 3. I’m grateful to Pieter Moore for the careful reading of the first version of this paper and constructing a counterexample. I’m also deeply indebted to Patrick Sol´e for his encouragement after reading the fatally flawed 1st version of the Manuscript.”

La nueva demostración, “obviamente,” también lo es. ¿Entonces por qué prestarle atención en este blog? ¡Se le ha ido la “olla” a la Mula Francis! Quizás, quizás ya tiene la “olla” ida. Os cuento.

Conozco y admiro el trabajo de B.A. Kuperschmidt desde hace tres lustros. Tiene 124 artículos en el ISI WOS desde 1981 con un índice-h de 18, la mayoría como único autor. Sus trabajos en ecuaciones de evolución no lineales integrables (ecuaciones en derivadas parciales que modelan la propagación de ondas en medios dispersivos no lineales en los que se puede construir la solución general para cualquier condición inicial) son muy buenos. Sus trabajos más citados son B. A. Kupershmidt, “Mathematics of dispersive water waves,” Communications in Mathematical Physics 99: 51-73, 1985 , citado más de 217 veces (según el ISI WOS) y B. A. Kupershmidt, George Wilson, “Modifying Lax equations and the second Hamiltonian structure,” Inventiones Mathematicae 62: 403-436, 1980 , citado más de 204 veces (según el ISI WOS).

Yo “conocí “a Kuperschmidt con su artículo ”Quantum mechanics as an integrable system,” Physics Letters A 109: 136-138, 1985 , que desafortunadamente no consideraba el colapso de la función de onda, que sí consideraron R. Cirelli et L. Pizzocchero, “On the integrability of quantum mechanics as an infinite dimensional Hamiltonian system,” Nonlinearity 3: 1057-1080, 1990 . Me interesa/ba por un mecánica cuántica no lineal integrable. Obviamente, las extensiones “naturales” de la ecuación de Schrödinger no funcionan (violan propiedades físicas “necesarias” para compatiblilizar la teoría resultante con la actual, lineal).

Kuperschmidt me recuerda a mí mismo en el sentido de que varias veces he tratado de “demostrar” la hipótesis de Riemann (como traté en su momento de demostrar el último teorema de Fermat) y me imagino que cuando sea científicamente “anciano y deslenguado,” publicaré sin sentidos como los que está tratando de publicar Kuperschmidt. En la hipótesis de Riemann he tratado de explorar caminos heterodoxos, siguiendo la máxima de John Forbes Nash (ver su biografía “Una mente prodigiosa” de Sylvia Nasar), he disfrutado “perdiendo el tiempo” pero lo que es importante “he disfrutado.” ¿Estará disfrutando Kuperschmidt? ¿Cuánto tiempo durará su artículo en el ArXiv antes de que lo retiren?

Todo niño debe tener acceso a un ordenador en su escuela… máxima cubana de Fidel

Imagina un maestro de escuela dando clase a un grupo de niños utilizando la pizarra, la tiza y el borrador. Niños “obsesos” con la ”tele” y con grandes dotes para la “Game Boy” o sus variantes. ¡Pobre hombre! ¡Qué iluso! Pizarra, tiza y borrador. ¿Cómo va a incentivar a sus alumnos para que le sigan en clase? ¡Los hay inútiles!

Las escuelas deben tener laboratorios de ordenadores y los maestros deben utilizar programas de ordenador de apoyo a la docencia. Gracias a los ordenadores los alumnos aprenderán mucho más fácilmente. Se sentirán incentivados a usar y a aprender con esos programas de ordenador “maravillosos” que los maestros seleccionarán entre la “amplia” oferta disponible para ello.

Hace ya unos años se me quejaba un profesor de informática de una Universidad cubana. “Fidel quiere que toda escuela de primaria cubana tenga al menos un ordenador” para que todo niño cubano pueda “tocarlo” alguna vez en la vida. Sin embargo, en las aulas de informática de las universidades cubanas muchos alumnos se pegaban entre sí por “tocar” un ordenador. Esto ya ha cambiado. Algunos contribuimos con un pequeño granito de arena luchando porque los ordenadores obsoletos en las universidades españolas, en lugar de ir directos al almacén o al museo,  fueran enviados en barcos con bandera de conveniencia hacia la Isla. No siempre llegaron esos ordenadores a su destino (muchos se quedaron en la Aduana cubana). No siempre fueron bien recibidos en la Isla. Esperaban ordenadores de “primera mano” y no les agradaban los ordenadores de “segunda mano” que eran los únicos que podíamos enviarles. Aún así, algunos contribuimos con un pequeñito grano de arena.

¿Sirven de algo los ordenadores en enseñanza primaria? Sí. No. Sí. No… ¿cuántos pétalos tiene una margarita?

La única manera de saberlo es realizar un estudio. ¿Pero quién lo pagará? Pudiendo gastar el dinero en comprar ordenadores, ¿quién se lo gastará en saber si sirven para algo?

Si en algo he de quitarme el sombrero ante los norteamericanos, es que se gastan el dinero “alegremente” donde a los demás nos “duele.” El Deparmento de Educación de EE.UU. se gastó 14.5 millones de dólares en este estudio. Los encargados de realizarlo fueron de la empresa Mathematica Policy Research Inc. (MPRI), de Princeton, New Jersey. Los resultados preliminares publicados en abril de 2007 fueron claros. Usados en la enseñanza de inglés (“lengua”) en primer y cuarto año de primaria y en la enseñanza de matemáticas en el sexto y noveno año, sirven para … nada. No sirven para nada. Los alumnos que no utilizan los ordenadores para aprender estas materias obtienen mejores resultados en las encuestas realizadas en este estudio que los que los utilizan. Nos lo cuenta Jeffrey Mervis, “Study Questions Value of School Software for Students,” Science 323: 1277, 6 March 2009 .

¿Cómo es posible? ¡Imposible! Seguro que hicieron mal el estudio. ¡Estos norteamericanos! ¿Cuándo aprenderán a hacer bien los estudios? Los ordenadores en la enseñanza primaria tienen que ser claves para una enseñanza primaria de calidad. ¡Faltaría más! ¿Por qué perderán los norteamericanos el tiempo en estos estudios? Piensa un poco. ¿Sabes cuántas escuelas primarias hay en EE.UU.? ¿Sabes cuánto dinero cuesta poner ordenadores disponibles a todos los alumnos e enseñanza primaria en EE.UU.? Si sabes estimar, estímalo, si no, busca en internet. Compara el resultado con el coste del estudio…

Muchos criticaron el resultado del estudio. Faltaría más. ¡Habían usado los software de docencia equivocados! ¡Habían mezclado resultados de software diferentes! Todo el mundo sabe que hay software educativos “buenos” y ”malos”. Han mezclado “churras con merinas.” El estudio está mal hecho. Entre los críticos se encontraban los desarrolladores de “Cognitive Tutor” (un software para aprender Álgebra I desarrollado en la prestigiosa Universidad de Carnegie Mellon). A la empresa de Princeton le importaba un “comino” que software evaluar. Que hay que evaluar “Cognitive Tutor,” pues se evalúa (mientras el gobierno pague). El 17 de febrero de 2009 han publicado los datos del nuevo estudio, que incluye resultados para varios software estudiados de forma separada, no sólo de “Cognitive Tutor.” Si las cosas hay que hacerlas bien, se hacen bien.

El resultado… por supuesto, el esperado.

El nuevo resultado era el que tenía que ser. Faltaría más, como iba a ser de otra manera. Se confirma completamente los resultados del estudio ya realizado con anterioridad. ¿Cómo? Como lees. ¿Cómo no van a ser mejores los resultados para los alumnos que utilizan los ordenadores? Mula Francis, estarás de broma. La Mula Francis se hace eco de lo que han publicado en la prestigiosa revista internacional Science. ¿Es el 6 de marzo el día de los inocentes en EE.UU.? ¡Qué bromistas los editores de Science!

Como afirma el autor del artículo algo tiene que estar mal. “Education research is rarely definitive, however, and this study is no exception.” Los resultados del estudio son los que son. Pero no pueden ser los que son. Algo habrán hecho mal. El autor del artículo nos destaca lo que afirma el especialista en software docente en primaria de la empresa MPRI, Mark Dynarski, quien reconoce que ”the students and teachers were not randomly assigned to the products. Everyone began at different starting points. So we can only say how this product works at a particular school.” Lo dejo en inglés. Perdón. Esta claro que el estudio tiene que estar mal. ¡Faltaría más!

El autor nos lo deja claro. El estudio está mal porque se basa en encuestas (exámenes) de conocimiento a los alumnos que usan o no usan los ordenadores. El estudio “bien hecho” requiere más dinero para que los investigadores de la empresa puedan estudiar en vivo y en directo “cómo usan los alumnos y profesores los ordenadores”. Literalmente, en inglés, “researchers didn’t have enough money to continue observing teachers in their classrooms or surveying them about how they used the product. That makes it difficult to interpret large fluctuations from one year to the next in the amount of time spent using particular software.” Esta claro. Si el estudio no da lo que tiene que dar, es que el estudio está mal hecho.

El autor acaba el artículo con la frase lapidaria “There might be a lot of positive things going on in the classroom, such as greater fluency with computers. But it’s not leading to the kind of results that people want, which are better test scores.”

En resumen, es analfabeto el que no sabe usar un ordenador. Los ordenadores en la escuela “corrigen” este analfabetismo. No le busquemos 5 pies al gato. Aunque los alumnos aprendan menos “otras cosas” por tener clases con ordenadores, no importa. Lo importante es que no sean “ordenanalfabetos.” Ya tendrán tiempo de aprender “lengua” o “matemáticas” más adelante. ¡Y lo que disfrutan con la consola!

Bolonia, Garmendia y la falacia pedagógica (gracias a Pseudópodo)

 Lo confieso, ”ví” el programa “59 segundos” sobre el Proceso de Bolonia (una parte del mismo). No pude dar crédito a mis oídos (prácticamente no miré hacia la T.V.). ¿Por qué a quienes tienen que explicar el proceso les da “verguenza” explicarlo? ¿Por qué los que están en contra no “se preparan” argumentos en contra? Bueno, al menos me sirvió para recordar “La falacia pedagógica,” de Pseudópodo, cuya lectura recomiendo encarecidamente. Un extracto para abrir boca.

“A cualquiera se le ocurre que para hacer una buena investigación hace falta tener buenos investigadores y dotarlos de medios adecuados. (…) Análogamente, para tener una buena docencia hará falta tener buenos profesores que trabajen con medios adecuados. (…) ¿No es evidente? Pues no. En España estamos inmersos en una reforma que está poniendo patas arriba la Universidad, con el presunto objetivo de mejorar su docencia, sin plantearse para nada esta cuestiones. ¿Cómo conseguir los mejores profesores? Ni una palabra del tema. ¿Cuánto nos vamos a gastar? Ni un euro. Con este planteamiento, está claro [lo] que va a pasar con esta reforma: lo mismo pasó en su día con la enseñanza media.”

“Primera falacia: «no sólo es necesario saber de algo, sino que también es necesario saber enseñarlo». [Segunda] falacia: «todos aquellos que no son pedagogos, no son ni pueden ser nunca buenos profesores». La razón de ambas falacias es que sin ellas los pedagogos no podrían existir. Para que exista un pedagogo, para que el pedagogo tenga una razón de ser, es necesario que exista un mal profesor. Si no hubiera malos profesores, no habría necesidad de pedagogos. Por lo tanto, para los pedagogos, todos los profesores son, por definición, malos.”

Aunque no comparto todo lo que Pesudópodo nos relata, su lectura me parece necesaria, en estos tiempos “Bolonios y revueltos” que nos ha tocado vivir. En estos tiempos, Nuestro Tiempo, en el que lo importante es aparecer en la T.V. hablando de “Bolonia” aunque no se tenga nada que decir, ¿no habría que “cortarle la cabeza” al “Minhisteria” de Garmendia, es decir, a la susodicha, y poner alguien competente en su lugar? Garmendia es maravillosa como empresaria nacida en la universidad. Pero como universitaria… es “bicha” de otros lares. Basta oir las ”perlas” que suelta por su bonita boca …

 ”El Plan Bolonia es un gran avance… Para que se entienda se trata de que un profesional, un titulado español, automáticamente pueda trabajar en Francia.”

¿Un título español de grado será “automáticamente” equiparado en cualquier país europeo que haya firmado Bolonia? NO, señora Garmendia, eso no está escrito en ningún lado. La libertad universitaria es clave en el Proceso de Bolonia. NO hay un catálogo europeo de títulos oficiales. Por tanto, cada título, con una denominación propia en cada país y quizás en cada universidad, tendrá que ser “equiparado” exactamente como ahora. Los mismos trámites, la misma “burrocracia.” No habrá diferencia con lo que hay hoy. ¿A quien quiere engañar señora Garmendia?

“O que un estudiante alemán que termina su primer curso, empiece automáticamente a cursar su segundo curso en España.”

Señora Garmendia, si un grado es España son 4 años y en Alemania son 3 años, ¿qué estudiante alemán se va arriesgar a “perder” un año viniendo a estudiar a España? No, señora Garmendia, no se engañe. Es al contrario, los estudiantes españoles con dinero se irán a estudiar a Alemania o a Francia tras finalizar su segundo año aquí para tratar de aprovechar que allí les dan el grado en 3 años y no en 4 (con dinero algunos lo conseguirán). ¿A quien quiere engañar señora Garmendia?

“Y esto libremente, por supuesto, es libre elegir donde moverse.”

¿Sin convalidaciones? Cuando las asignaturas, sus denominaciones, contenidos, etc. son a completa libertad de cada universidad (según Bolonia). En España se va a buscar cierta “uniformidad” pero en el resto de Europa muchos países, como Alemania, no la pretenden, más aún, la “repudian” como parte de Bolonia. No, señora Garmendia, en el nuevo sistema los alumnos pasarán por las mismas “trabas” para su “libertad” que las que actualmente sufren cuando se quieren ir de Erasmus. Todo el mundo “les facilita” que se vayan  con “plena” libertad. Pero en muchos lugares se impide lo que tachan como su “libertinaje”. ¿A quien quiere engañar la señora Garmendia?

 ”Los profesores que recordamos con nostalgia y con ilusión, pues estos son los profesores que estaban aplicando Bolonia.”

Bolonia antes de Bolonia. Sra. Garmendia, todos hemos tenido buenos profesores. Seguirá habiendo buenos profesores, profesores regulares y malos profesores. Bolonia no puede cambiar la evidencia. Incluso si todos los profesores acabaran siendo buenos, una utopía, destacarían los excelentes, o los excelentes entre los excelentes. ¿Qué va a hacer su Ministerio para lograr que todos los profesores que apliquen Bolonia sean recordados por sus alumnos? Nada, ya que la reforma es a coste cero. ¿A quien quiere engañar la señora Garmendia?

“Conseguir sistemas docentes en los que garanticemos que el alumno está aprendiendo.”

“Cirujanos abrirán el cerebro de los alumnos y garantizarán que “realmente” están aprendiendo.” Alumnos cual  máquinas. Sra. Garmencia, no se engañe a sí misma, lo alumnos son personas, los profesores son personas, usted… quien sabe… quizás sea “perfecta.” Los demás, nos conformamos con ser personas. Que no es poco. ¿A quien quiere engañar la señora Garmendia?

Podría continuar “transcribiendo” el vídeo de youtube, que no tiene desperdicio. Pero no puedo continuar. A esta hora de la madrugada mi cerebro no me lo permite…

Perdonad pero no puedo continuar comentando las “barbaridades” que la puesta a dedo por nuestro Presidente Rodríguez para que su marido consiga ciertos contratos del Ministerio de Industria (así se ha publicado en varios periódicos nacionales), que le negaron antes de que ella llegara, nuestro Sr. Presidente sabrá el porqué, … la responsable de la Enseñanza Superior en España, el Sr. Rodríguez sabrá el porqué, … Mercedes Cabrera tenía otro “talante,” no sé, por lo menos era universitaria y entendía la universidad que todos vivimos todos los días, … perdonad pero prefiero no seguir teniendo opinión.

Me apena mucho que los que están en contra del Proceso de Bolonia no tengan ni idea de lo que es el Proceso de Bolonia. Que luchen cual Quijotes contra Molinos de Viento, que ven como Gigantes, Enemigos, en lugar de contra quienes de verdad son sus “enemigos,” los que se “ríen” en su cara de … perdonad, realmente me apena.

El agua es fundamental para entender la dinámica molecular de las proteínas

Todo el mundo lo sabe: las proteínas “viven” en un medio acuoso que fluctúa constantemente. Pocos lo tienen en cuenta. La mayoría de los libros de texto muestran las proteínas en una única conformación y “desnudas”. El “dogma” en bioquímica es una conformación (forma), una función. Este “dogma” es como el borracho que pierde las llaves y las busca debajo de la farola, porque allí hay luz. Tanto la función proteíca como su plegamiento y conformación están dominados por los efectos de las fluctuaciones del disolvente (que es polar en el caso del agua), como han demostrado Hans Frauenfelder, de Los Alamos National Laboratory, EE.UU., y sus colaboradores, quienes han estudiado la mioglobina en medio acuoso tanto experimental como teóricamente. El modelo “hidratado” permite explicar mejor la dependencia con la temperatura y con el tiempo del paso de monóxido carbónico a través de la mioglobina, explicando la dependencia no exponencial del tiempo de relajación tras su fotodisociación. Lo han publicado en Hans Frauenfelder et al. “A unified model of protein dynamics,” PNAS, Published online before print February 27, 2009 (es gratuito, open access).

La figura de arriba-derecha, extraída del artículo, muestra la mioglobina (globular) rodeada de una capa de moléculas de agua, utilizada en las simulaciones por ordenador. Las figuras de arriba-izquierda muestran como se estudia la molécula normalmente (figuras extraídas del famoso libro de Lehninger).

Las proteínas son sistemas dinámicos que interactúan fuertemente con su entorno. La mayoría de los libros de texto muestran las proteínas en una única conformación y “desnudas”, sin su envoltura de hidratación ni el disolvente en el que están disueltas, y mucho menos se mencionana las fluctuaciones de estos. Esta visión “pasiva” de la molécula contrasta con la visión “dinámica” que Frauenfelder y sus colaboradores proponen en lo que llaman su modelo unificado de la dinámica proteíca.

Las fluctuaciones del disolvente potencian y controlan los movimientos a gran escala y los cambios de forma (conformación) de la proteína. Además, los movimientos de la envolvente hidratada de la molécula potencian y controlan los movimientos internos de la proteína, como la migración de ligandos. En el caso de la mioglobina, estudiada por los autores, la envolvente hidratada está formada por 2 capas de moléculas de agua, con más de 200 moléculas, y es importante recordar que la versión no hidratada de la molécula no funciona. Más aún, durante la función proteíca, la forma (conformación) de la proteína no es única, sino que sufre importantes cambios, en gran parte influidos por las propias fluctuaciones del disolvente y de la envolvente hidratada.

Los cambios en forma (conformacionales) de la proteína se pueden representar en un espacio de energía (energy landscape). Cada posible conformación de la proteína viene caracterizada por un mínimo local de energía, los picos que muestra la figura (A) de la izquierda (con muchos picos localizados en mínimos más anchos). Durante la función bioquímica de la proteína, se producen fluctuaciones conformacionales (ilustradas en la figura (B) de la izquierda) que se pueden representar como un movimiento de un punto a otro en el espacio energético de conformaciones (en la figura, una proyección bidimensional del espacio “real” que tiene cientos de dimensiones). Estos movimientos son similares a caminos aleatorios en este espacio y dos proteínas no siguen exactamente el mismo camino (luego no tienen exactamente la misma estructura). Por ello se han de aplicar técnicas estadísticas para promediar el comportamiento de una muestra de proteínas observada en experimentos.

Pronto, los libros de texto de bioquímica tendrán que ser cambiados para incorporar los descubrimientos de este interesante artículo, cuya lectura recomiendo a todos los estudiantes y/o profesores de bioquímica (aprovechad que es de acceso gratuito). El “sacrosanto” de una conformación, una función, es como el borracho que pierde las llaves y las busca debajo de la farola, porque allí hay luz.

Cuánto durarán las reservas de uranio al ritmo actual de consumo

Buena pregunta, ahora que la energía nuclear está siendo reivindicada por muchos ecologistas. Las estimaciones de la Agencia de la Energía Nuclear (Nuclear Energy Agency, NEA) sobre los recursos de uranio económicamente explotables, si son correctos, indican que, al ritmo actual de consumo, hay uranio para unos 200 años.

Actualmente se producen unos 2.8 billones (con “b”) de kilowatios-hora de electricidad al año en reactores de agua ligera (LWR) que utilizan como combustible uranio poco enriquecido (LEU). Se necesitan unas 10 toneladas métricas de uranio natural para obtener 1 tonelada métrica de LEU, que permite generar unos 400 millones de kilowatios-hora de electricidad. Los reactores actuales requieren unas 70 mil toneladas métricas de uranio natural al año. La NEA ha identificado reservas naturales de uranio por un total de 5.5 millones de toneladas métricas y estima que existen unos 10.5 millones adicionales aún por descubrir, lo que garantiza uranio, al consumo actual, durante 230 años. Posiblemente estos datos son estimaciones a la baja. Más aún, las tecnologías de reactores actuales pueden reducir el consumo de LEU hasta la mitad, con lo que su incorporación futura en los reactores actuales podría duplicar la vida de las reservas. Por supuesto, en los próximos 50 años, los avances en los reactores que reciclan el uranio (“fuel-recycling fast breeder reactors”), cuya consumo de uranio es inferior al 1% del consumo actual incrementará mucho la vida útil de las reservas (al ritmo actual hasta unos 30 mil años).

Finalmente, un futuro encarecimiento del uranio permitirá explotar reservas que actualmente no son económicamente rentables. El caso ideal sería la extracción del uranio del agua del mar, que contiene unos 4500 millones de toneladas métricas de uranio. Se podrían extender las reservas actuales hasta unos 60 mil años (al consumo actual).

Nos lo cuenta Steve Fetter, decano de la University of Maryland’s School of Public Policy, en el número de marzo de 2009 de la revista Scientific American (pág. 84).

PS: Comentarios críticos a esta entrada en Menéame con referencias a la Agencia Internacional de la Energía (AIE) cuyas estimaciones para las reservas de uranio son más pesimistas (entre 50 y 80 años).

El nanotubo de menor radio posible tiene una sección cuadrada

Los famosos nanotubos de carbono no son los únicos nanotubos posibles. Muchos metales permiten “fabricar” nanohilos huecos cuya sección transversal tiene muy pocos átomos. Investigadores brasileños han observado con un microscopio electrónico de transmisión de alta resolución (HRTEM) los nanohilos de menor diámetro hasta el momento con una sección transversal de sólo 4 átomos de plata. En el vídeo podéis observarlos “en vivo y en directo.” El diámetro del nanotubo cuadrado es inferior a 1 nanómetro. El descubrimiento nanotubos metálicos de sección transversal cuadrada es una gran sorpresa para todos los nanotecnólogos. Nos lo cuentan en “Brazilian research group discovers new family of metallic nanotubes,” January 27, 2009 , quienes se hancen eco del artículo técnico de M. J. Lagos et al., “Observation of the smallest metal nanotube with a square cross-section,” Nature Nanotechnology, Published online: 25 January 2009 .

El estudio ha sido coordinado por los profesores Daniel Ugarte y Douglas Soares Galvão de Unicamp (Universidad del Estado de Campinas, Brasil) que han estudiado cómo se deforman por estrechamiento nanohilos de plata hasta su ruptura. Durante este proceso se forman espontáneamente estructuras huecas (nanotubos) cuya sección transversal es cuadrada. La sorpresa ha sido observar que estas estructuras tienen sólo 4 átomos. Nadie pensaba que estructuras así pudieran existir.

¿Cómo han logrado grabar en vídeo la formación de nanotubos tan pequeños? Han utilizado una técnica de microscopía que utiliza radiación sincrotrón (han utilizado las facilidades del Laboratorio de Luz Sincrotrón de Brasil, LNLS) que se desarrolló en la Universidad de Cambridge en 2007 (“Nanotube formation captured on video,” March 2nd, 2007 ). 

En palabras de los propios autores:

“We report the spontaneous formation of the smallest possible metal nanotube with a square cross-section during the elongation of silver nanocontacts. Ab initio calculations and molecular simulations indicate that the hollow wire forms because this configuration allows the surface energy to be minimized, and also generates a soft structure capable of absorbing a huge tensile deformation.”

“This hollow or tubular atomic arrangement is completely unexpected and is formed when nanowires are subjected to a high rate of stretching”, afirma el prof. Ugarte.

“Theoretical calculations methods suggest that the stability of these structures could be the result of a fortuitous combination of size and high stress regime”, afirma el prof. Galvão.

En el vídeo de abajo tenéis los resultados de las posibles configuraciones de la sección transversal de los nanotubos de plata estudiados según los cálculos teóricos desarrollados por los propios autores. Lo dicho, espectacular.

Zeptopulsos en lasetrones de petawatios

No, no te asustes, todavía no se han fabricado los lasetrones que produzcan zeptopulsos, no es fácil alcanzar un petawatio con un láser. Recuerda, un zeptosegundo son 10^-21 segundos y un petawatio son 10¹⁵ watios. Alexander Kaplan y Peter Shkolnikov propusieron en 2002 el lasetrón. ¿Cómo fabricar un lasetrón? Haz que un láser que emita pulsos de petawatios polarizados circularmente incida sobre un hilo conductor; sus electrones rotarán en órbitas circulares de radio muy pequeño a velocidades relativistas; estos electrones emitirán pulsos de radiación con una duración de zeptosegundos; ya tienes un lasetrón. ¿Para qué quiere alguien pulsos tan cortos aunque muy energéticos? Podrían ser utilizados para controlar las reacciones nucleares en cadena en reactores de fusión. Lo que no es moco de pavo.

En su momento, nos lo contó Philip Ball, “Lasetron to produce zeptosecond flashes. The world’s shortest bursts of light could make nuclear action movies,” News, Nature, 5 February 2002 , haciéndose eco del artículo técnico de A. E. Kaplan y P. L. Shkolnikov, “Lasetron: a proposed source of powerful nuclear-time-scale electromagnetic bursts,”  Physical Review Letters 88: Art. No. 074801, 2002 (versión gratis). Sus aplicaciones nos las cuenta Melissa Huang, “Ultrapowerful bursts of energy could some day help control fusion reactions,” The Johns Hopkins News-Letter, 3 August 2002 .

¿Qué me ha recordado este trabajo “tan antiguo”? Que los propios autores no cejan en su intento “teórico” de justificar que sus lasetrones en realidad se dan en el universo a escala astrofísica. Todavía nadie ha observado ninguno, pero ellos no pierden la esperanza. Su último artículo es A. E. Kaplan, A. L. Pokrovsky, “Laser Gate: Multi-MeV electron acceleration and zeptosecond e-bunching,” ArXiv preprint, Submitted on 28 Feb 2009 .

Los físicos teóricos “arriesgados” no dejan de sorprenderme. Pero es que los experimentales les siguen a la saga, con propuestas tan espectaculares como un “ping pong” relativista con fotones: M. Kando et al., “Relativistic Tennis with Photons: Demonstration of Frequency Upshifting by a Relativistic Flying Mirror through Two Colliding Laser Pulses,” ArXiv preprint, 7 May 2007 . Sin entrar en detalles técnicos, las figuras tienen cierto atractivo… cierta belleza… por ejemplo la siguiente.

Dificultades para ser un buen profesor

Nuestro buen amigo y lector José Luis nos ha recordado a algunos un extracto de Paul Lockhart, “El lamento de un matemático,” La Gaceta de la RSME 11: 739-766, 2008 , traducción al español de “A Mathematician’s Lament.”

Algunos nos lo ponen realmente difícil:

“En particular, no puedes enseñar a enseñar. Las escuelas de educación son una patraña. Puedes ir a clases sobre el desarrollo temprano de la infancia y qué sé yo qué más, y te pueden enseñar a usar una pizarra “efectivamente”  y a preparar un “plan de estudios” organizado (que, por cierto, garantiza que tu lección está planeada y, en consecuencia, sea falsa), pero nunca serás un verdadero profesor si no estás dispuesto a ser una persona verdadera. Enseñar significa apertura y honestidad, una habilidad para compartir la excitación y el amor por aprender…“

El profesor Miguel de Guzmán en su “Escuela de Pensamiento Matemático,” nos extrajo otro extracto de la misma fuente.

“Si enseñar se reduce a una mera transmisión de datos, si no comparte la excitación y el asombro, si los mismos profesores son recipientes pasivos de información y no creadores de nuevas ideas, ¿qué esperanza tienen los alumnos? Si sumar fracciones es para el profesor una serie arbitraria de reglas, y no el resultado de un proceso creativo y de elecciones estéticas y deseos, entonces por supuesto que los pobres estudiantes pensarán igual.”

En el blog de Alfonso y Compañía nos extraen otro fragmento “una reseña, que (le) ha llegado hondo.”

«Si privas a los alumnos de tener la oportunidad de participar en esta actividad -de proponer problemas, hacer sus propias conjeturas y descubrimientos, de estar equivocados, de estar creativamente frustrados, de tener una inspiración, y de improvisar sus propias explicaciones y demostraciones- les estás privando de las matemáticas en sí mismas. (…) Así que no, no estoy protestando por la presencia de hechos y fórmulas en las clases de matemáticas, estoy protestando por la falta de matemáticas en las clases de matemáticas.»

Finalmente, Héctor en “Cosas que no quiero olvidar…” nos extrae y destaca otra parte del mismo trabajo.

El sistema de educación matemática es una pesadilla. De hecho, si yo tuviera que crear un mecanismo con el solo propósito de destruir la curiosidad natural de los niños y el gusto por el descubrimiento de patrones. No tendría la imaginación para llegar al tipo de ideas insensibles y (des) motivadoras que conforman nuestra educación matemática contemporánea. (…) Todos saben que algo esta mal. Los políticos dicen “necesitamos mayores estándares”. Las escuelas dicen “necesitamos más dinero y equipos”. Los educadores dicen una cosa, los maestros dicen otra… todos están mal. (…) Los únicos que entienden lo que está pasando son a los que más frecuentemente se culpa y a los que menos se les escucha… los alumnos. Ellos dicen “la clase de mates es estúpida y aburrida”, y tienen razón.

Por cierto, Paul Lockhart escribió el artículo en 2002 pero nunca lo publicó hasta que Keith Devlin lo descubrió en Marzo de 2008 y lo publicó en MMA (con permiso de Paul). El artículo critica la enseñanza de la matemática en educación secundaria (grado K-12) en EE.UU. Lockhart ha escrito un libro sobre el tema de próxima aparición en las librerías “A Mathematician’s Lament: How School Cheats Us Out of Our Most Fascinating and Imaginative Art Form,” Bellevue Literary Press, April 1, 2009 . Si logro leerlo, ya os comentaré más en una futura entrada.

Por cierto, hace años, Paul decidió hacer un doctorado. Contactó con Ernst G. Straus de la Universidad de Californica, Los Angeles (UCLA) con quien publicó dos artículos técnicos: P. Lockhart, E.G. Straus, “Relations between the maximum modulus and maximum term of entire-functions,” Pacific Journal of Mathematics 118: 479-485, 1985 , y “Entire-functions which are infinitely integer valued at a finite number of points,” Transactions of the American Mathematical Society 293: 643-654, 1986 . Gracias a Straus conoció al genial Paul Erdös (se lee “erdish”). Estuvo también en Columbia, en el MSRI y acabó en Brown, como profesor asistente, donde obtuvo su doctorado bajo la dirección de J. Hoffstein, publicando, que yo sepa, sus dos últimos artículos J. Hoffstein, P. Lockhart, “Coefficients of maass forms and the siegel zero,” Annals of Mathematics 140: 161-176, 1994 (citado 72 veces) y P. Lockhart, “On the discriminant of a hyperelliptic curve,” Transactions of the American Mathematical Society 342:  729-752, 1994 (citado 24 veces).

Sólo 4 artículos, un índice-h de 2 y 98 citas. No está nada mal para un matemático. Posiblemente un “genio” de la matemática “perdido” en el mundo de la Educación Secundaria.

Espero que su lamento sea indicativo de que, al menos, es un buen profesor en secundaria. Y le deseo que gane “mucho dinero” con su nuevo libro. Ello indicará que muchos profesores de matemáticas lo leen lo que quizás influya en que impartan una mejor docencia. Aunque me temo lo peor…

PS: Comentarios en Menéame.

La singularidad desnuda, realidad o ficción

El colapso “teórico” de una estrella “perfecta” de suficiente masa conduce a la formación de un agujero negro que atrapa una singularidad con su horizonte de sucesos. Cual “censor cósmico” oculta toda posible singularidad desnuda. ¿Podría el colapso ”real” de una estrella “imperfecta” conducir a la formación de una singularidad desnuda? Simulaciones numéricas relativistas del colapso “realista” de una estrella parecen indicar que, en ciertas circunstancias, sí se pueden generar singularidades desnudas. ¿Serán detectadas algún día mediante observaciones astronómicas?

Quizás sí, como nos cuenta Pankaj S. Joshi, “Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
The black hole has a troublesome sibling, the naked singularity. Physicists have long thought–hoped–it could never exist. But could it?,” Scientific American, February 2009 . El artículo traducido al español lo podréis encontrar en el número de Abril de 2009 de la “gran” revista “Investigación y Ciencia.” Los que no podáis esperar tanto, podéis recurrir al “gran” blog Ciencia Kanija, que nos ha traducido el artículo como “¿Las singularidades desnudas rompen las leyes de la física?,” 28 febrero 2009 . ¡Kanijo te me has adelantado de nuevo! Otro borrador que he de mandar a la papelera por no ser tan rápido como Alonso (quien acostumbra a superar los 320 km/h.).

Por supuesto, hablando de grandes blogs y de singularidades desnuda no puede dejar de recordaros que ”La singularidad desnuda” existe, live & kicking,  y lo canta todo lo fuerte que puede… , en el blog de Carlos, “cantarín” donde los haya (“Happy Birthday To You… Mr. Darwin“).

¿Qué podría contar yo? ¿Cuál es el artículo más citado sobre singularidades desnudas en el ISI WOS, hoy? No, no es el de Roger Penrose en el que conjetura la existencia de un “censor cósmico” (suyo es el quinto más citado de título directo al grano “Naked Singularities,” de 1973 , citado 182 veces). Los más citados son sobre el problema de la desaparición de información cuántica tras la evaporación de un agujero negro debido a la radiación de Hawking. Algo mucho más “esotérico” que el artículo de Joshi. Por cierto, su artículo más citado (113 veces) es “Naked singularities in spherically symmentric inhomogeneous Tolman-Bondi dust cloud collapse,” Joshi, P.S., y Dwivedi, I.H., en 1993 (gratis en ArXiv). Joshi nos habla de los trabajos de G. Magli, “Gravitational collapse with non-vanishing tangential stresses: a generalization of the Tolman-Bondi model,” 1997, y “Gravitational collapse with non-vanishing tangential stresses: II. A laboratory for cosmic censorship experiments,” 1998 (gratis en ArXiv). También nos habla de los trabajos de K. Nakao, en concreto Harada et al., “Naked singularity formation in the collapse of a spherical cloud of counterrotating particles,” 1998 (gratis en ArXiv).

Lo dicho, los que tras leer a Kanijo se queden con ganas de “más marcha,” antes de dedicarse a estos artículos les recomiendo un artículo de revisión del propio Nakao “Physical processes in naked singularity formation,” 2002 (gratis en ArXiv). Por cierto, otro error en la base de datos del ISI WOS: Aparece el nombre del autor como “Nakano KI” (es el artículo más citado de Nakao y aparece su nombre mal escrito ¡pobre hombre!).

¿Necesita una revista internacional un editor principal? El caso de Chaos, Solitons & Fractals

“El movimiento se demuestra andando.” Si una revista internacional “funciona” sin editor principal, ¿puede cualquier otra lograrlo? Un buen grupo de eficientes administrativos, ¿puede sustituir al editor principal de una revista internacional? El editor y los administrativos son los únicos que cobran dinero. Los restantes miembros del comité editorial no cobran un euro. Los revisores técnicos de los artículos tampoco. ¿Realmente son necesarios varios administrativos? Quizás uno fuera suficiente. Los sistemas de envío de artículos online han automatizado la mayoría de las operaciones entre la revista y los autores. Fácilmente se podrían automatizar también las operaciones entre la revista y los revisores. ¿Puede funcionar una revista internacional sin editor principal? Chaos, Solitons & Fractals (CS&F), la revista que ha protagonizado ya varias entradas en este blog, “es que le tenemos un cariño especial,” nos muestra como una revista puede seguir funcionando, casi como si no pasara nada, sin editor principal. Hoy ha publicado su primer número de 2009 y su primer número sin editor (el número que aparece fechado el 15 de enero de 2009).

Yo no tengo ningún interés especial en comunicarme con los “editores” (no científicos) de Elsevier encargados de llevar sobre sus hombros la revista CS&F. Richard Poynder, periodista, autor del blog “Open and Shut?,” y quien también profesa cierto “cariño” por CS&F, lo hace por nosotros. El domingo 15 de febrero de 2009 publicó “Chaos, Solitons & Fractals: Update,” en el que anunciaba de palabras de la portavoz de la editorial Elsevier, Shira Tabachnikoff, que el primer número de CS&F de 2009 (que en 2008 era una revista quincenal) aparecerá el 20 de febrero (online) y el 10 de marzo (en papel). Para los que no lo sepan, CS&F no tiene editor principal desde noviembre de 2008, cuando Elsevier anunció que se (le) “jubilaba.” En la web de Elsevier se ha publicado que se anunciará el nuevo editor de CS&F en el primer número de 2009. ¿Quién será? No sé vosotros, a mí me pica la curiosidad.

El 21 de febrero, Poynder se levantó “inquieto” ya que el primer número de 2009 de CS&F no apareció. Se puso en contacto de nuevo con la portavoz Shira Tabachnikoff que le dijo (con otras palabras) “espera, candela, espera.” Desafortunadamente, 949 artículos aceptados (visibles online y con DOI, políticas de Elsevier) estaban esperando ser publicados (tener su “huequecito” en papel). Al ritmo y volumen habitual, más de un año (más de 24 números) de la revista.

El 27 de febrero, todavía estaba sin ser publicado y Poynder no pudo callarse ”Chaos, Solitons & Fractals: Still looking for an editor“ con ya 965 artículos aceptados (con DOI y visibles online) esperando “ver la luz” en papel. Poynder le preguntó a la portavoz de Elsevier, ¿pero qué pasa? Le contestaron que aparecería online el 2 de marzo (hoy).

“The delay in publishing this issue is due to very pragmatic, operational reasons. The latest update I have been given is that the journal is now in line to be uploaded onto ScienceDirect and we expect on Monday [2nd March] it will be up.”

Tatachín, tatachán, hoy, sí estimado lector, hoy, se ha publicado. ¡Ya ha aparecido! ¿Quién es… quién es el nuevo editor principal? Lo siento, se siente…

Publisher’s note. “The Founding Editor for Chaos, Solitons and Fractals Dr El Naschie has retired as Editor-in-Chief. The publisher will work with the editorial board and other advisors to identify a new editor. This is likely to also lead to revision of the aims and scope of the journal, as well as the editorial policies and submission arrangements. Prospective authors can keep informed of the progress on this through the journal’s homepage.”

Extraído del número publicado hoy de “Chaos, Solitons & Fractals, Volume 39, Issue 1, 15 January 2009, Page v,” número de la revista que contiene 472 páginas. “Fresquito y jugosito.”

Ya sólo quedan 916 artículos aceptados esperando tener volumen, número y página de inicio en la revista.

CS&F ha arrancado en 2009 sin editor principal. Para el que no lo sepa, no hay ninguna diferencia con un número normal. Quizás, muchos números más aparezcan sin tenerlo. ¿Demostrará CS&F que una revista internacional puede “vivir” sin editor principal? Sólo el tiempo lo dirá.

Trabajo de investigación excepcional de un físico teórico español

Physics es la revista de divulgación de trabajos de investigación excepcionales publicados en revistas de la Sociedad de Física Americana (APS). Luis Miguel Robledo Martín, profesor titular del Departamento de Física Teórica de la Universidad Autónoma de Madrid, ha logrado aparecer en dicha revista gracias a que ha sido capaz de determinar el signo correcto de una expresión matemática complicada por una técnica innovadora. Nos lo cuentan John Millener, Ben Gibson, “Finding the missing sign,” Physics, Feb. 2009 , que se hacen eco del artículo técnico de L. M. Robledo, “Sign of the overlap of Hartree-Fock-Bogoliubov wave functions,” Phys. Rev. C 79: Art. No. 021302, Published February 20, 2009 .

La aproximación de Hartree-Fock-Bogoliubov (HFB) se utiliza en física cuántica para aproximar el comportamiento de una partícula sujeta al efecto de muchas otras partículas como si estas generaran un campo promedio efectivo. De esta manera se evita tener que considerarlas de forma individual. La aproximación fue introducida por D.R. Hartree en 1928 y por V.A. Fock en 1930 , aunque se convirtió en una herramienta fundamental tras el trabajo de N.N. Bogoliubov en 1958 . Cuando se requiere un resultado más preciso, hay que aplicar la aproximación hasta segundo orden, lo que requiere combinar y solapar las funciones de onda de la aproximación HFB a primer orden. El signo del solape requiere evaluar una raíz cuadrada. El problema es saber qué signo tiene que ser utilizado para esta raíz cuadrada. En algunos problemas (en los que hay simetrías discretas) el resultado es independiente del signo (no importa el que sea). Pero en otros problemas (en los que estas simetrías están rotas) la aproximación no dice qué signo usar. El signo ha de ser calculado utilizando otra técnica.

Luis Robledo ha utilizado una técnica muy elegante (que se basa en el uso de estados coherentes fermiónicos) con la que logra determinar el signo del término de solape sin ninguna ambigüedad. El signo depende del pfaffiano de una matriz antisimétrica. La nueva técnica es mucho más eficiente y sencilla de aplicar que otras técnicas alternativas, sin necesidad de recurrir al uso de matrices no hermíticas.

El nuevo resultado tiene múltiples aplicaciones, como el uso de la aproximación HFB para el estudio de la dinámica de protones o neutrones en núcleos atómicos con número atómico impar (la suma del número de protones y neutrones). Enhorabuena, Luis.

ARN autorreplicante: Del origen de la vida hasta aplicaciones biotecnológicas en medicina en sólo un mes

Los enzimas de ARN (llamadas “ribozimas” o “aptazimas”) son moléculas de ARN capaces de autorreplicarse a temperatura constante en ausencia de proteínas. Utilizan la llamada replicación cruzada, en la que dos enzimas se catalizan el uno al otro de forma mutua. Este proceso permite entender cómo surgió la vida, pero los biotecnólogos las usan para algo mucho más prosaico. Estos enzimas de ARN pueden ser utilizados para detectar una gran variedad de compuestos, incluyendo muchos relevantes en diagnóstico médico. El compuesto orgánico se liga al aptazima, que se replica exponencialmente, amplificando exponencialmente la concentración del compuesto hasta permitir que sea fácilmente detectado.

Nos lo cuentan Mika Ono, “Scripps research scientists develop general-purpose method for detecting trace chemicals,” y “General-purpose Method For Detecting Trace Chemicals Developed,” ScienceDaily, Feb. 25, 2009 , quien nos comentan el artículo técnico Bianca J. Lam, Gerald F. Joyce, “Autocatalytic aptazymes enable ligand-dependent exponential amplification of RNA,” Nature Biotechnology, Published online: 22 February 2009 , secuela biotecnológica del artículo de investigación “básica” de Tracey A. Lincoln, Gerald F. Joyce, “Self-Sustained Replication of an RNA Enzyme,” Science 323: 1229-1232, 27 February 2009 , donde se confirma la hipótesis del “mundo de ARN” de Francis Crick.

Hace más de 40 años, el Premio Nobel Francis Crick propuso que ciertas moléculas de ARN podían autorreplicarse como posible origen para la vida en la Tierra hace más de 4000 millones de años. La hipótesis del “mundo de ARN” se ha visto ratificada con el reciente descubrimiento de Lincoln y Joyce de enzimas de ARN autorreplicantes. Publicado en Science (online en enero, en papel hace pocos días).

Pero Joyce no está interesado en pasar a la historia por darle la razón a Crick. Quiere “vender” su descubrimiento y puede hacerlo. Trabaja en una organización de investigación biomédica sin ánimo de lucro, el Scripps Research Institute, La Jolla, California, creado en 1961 y que actualmente emplea a más de 3000 científicos. Apuesto a que Joyce guardaba una “carta bajo la manga.” Las moléculas de ARN que ha descubierto se pueden unir a moléculas orgánicas y cuando se autoreplican también copian a dichas moléculas orgánicas amplificando su número y permitiendo la medida precisa de su concentración. La ciencia básica suele tardar años en llegar al campo aplicado. En este caso, ha bastado como más de un mes. Sin lugar a dudas, creo no equivocarme si anticipo que este será uno de los 10 descubrimientos científicos de este año. Ya me contaréis en diciembre.

En palabras del propio autor:

“This technology could be used to measure drugs and metabolites in the body or to measure toxic compounds in soil or groundwater,” says Professor Gerald Joyce.

“The development of these RNA replicators provides researchers with a valuable new tool for detecting the presence of specific molecules and measuring their levels,” says Richard Ikeda. “There is tremendous potential for application of this technology in diagnostic, environmental, and chemical testing.”

Por cierto, para los interesados que no conozcan aún el mecanismo de autorreplicación y la molécula en liz, copio la figura del artículo de Science que muestra el proceso. En dos palabras: “sin palabras.”

Gran sorpresa nanotribológica: La relación entre fuerza de fricción y área de contacto es lineal en la nanoescala

La tribología es la ciencia de la fricción, el desgaste y la lubricación en el contacto entre superficies. A escala macroscópica se cumple la Ley del francés Guillaume de Amontons, formulada en 1699: la fuerza de fricción entre dos cuerpos es linealmente proporcional a la carga aplicada e independiente del área de contacto. Esta ley deja de ser válida en la microescala, pero qué pasa en la nanoescala (a escala atómica). La mayoría de los nanotribólogos pensaban que tampoco era cierta. La sorpresa la han dado investigadores de la Universidad de Wisconsin, en Madison, EEUU, quienes han demostrado mediante simulaciones por ordenador de dinámica molecular a gran escala que dicha ley también se cumple en la nanoescala. La fuerza de fricción depende linealmente del número de átomos que interactúan químicamente en el contacto entre ambas superficies. Si se define el área de contacto como proporcional a este número de átomos, la ley de Amontons se cumple con sorprendente exactitud. Conforme el área de contacto se reduce de la microescala a la nanoescala se produce una transición entre una dependencia no lineal a una estrictamente lineal entre la fuerza de fricción y la carga. El artículo técnico es Yifei Mo, Kevin T. Turner, Izabela Szlufarska, “Friction laws at the nanoscale,” Nature 457: 1116-1119, 26 February 2009 .

En la figura vemos un ejemplo de las simulaciones realizadas. Un contacto en forma de punta (redondeada) de carbono amorfo se desliza por la superficie (plana) de un cristal de diamante. Los átomos dorados son carbonos (C) y los rojos hidrógeno (H). En ambos materiales estos átomos están unidos por enlaces covalentes. Los enlaces rosados en la figura central corresponden a fuerzas repulsivas. El área de contacto “efectiva” (abajo) para que se cumpla la ley de Amontons se define como la suma del área “efectiva” (hexágonos grises) de cada átomo activo (círculos rojos) durante el contacto.

La mecánica de los medios continuos se aplica a las leyes de la fricción a nivel macroscópico gracias al concepto de rugosidad superficial. La mecánica continua no se puede aplicar en el mundo nanoscópico, dominado por las interacciones átomo a átomo. Sin embargo, la nueva definición del concepto de área de contacto “efectiva” o “instantánea” permite seguir utilizando la teoría de la rugosidad para medios continuos con completo éxito. Basta utilizar el concepto de “aspereza”, introducido originalmente por Hertz para modelar el contacto no adhesivo entre dos superficies homogéneas e isótropas formadas por esferas elásticas.

Más sobre nanotribología en español: “Proyecto TRIBO: La tribología entra en la era nanotecnológica,” Revista de la investigación europea, N° 39 – Noviembre 2003 . “Esta disciplina científica y tecnológica (que estudia la resistencia de los materiales a los frotamientos y al desgaste en cualquier sistema mecánico), poco conocida por los no especialistas, constituye un canal para la entrada de las nanotecnologías en la industria.”

Jacqueline Krim, “Rozamiento a escala atómica,” Investigación y Ciencia: 243 - diciemb re 1996 . “La nanotribología, el estudio del origen atómico del rozamiento, que los físicos habían venido ignorando, indica que esa fuerza nace de fuentes inesperadas, la energía del sonido entre ellas. (…) De acuerdo con las estimaciones, si se les prestase mayor atención al rozamiento y el desgaste los países desarrollados se ahorrarían hasta el 1,6 por ciento de sus productos nacionales brutos, nada menos que 116.000 millones de dólares en los Estados Unidos, sólo en 1995.”

Un diamante, el mejor amigo de una mujer y de un científico

Un diamante es para siempre (aunque en “Ciencia de bolsillo” no estén de acuerdo). Un diamante es un cristal de Carbono muy duro (pocos materiales lo rayan), aunque también muy frágil y no soporta altas temperaturas. En muchas aplicaciones científico-técnicas, esto es un gran inconveniente. ¿Cómo superarlo? Dopando el diamante hasta obtener un carburo, compuesto de carbono y un elemento menos electronegativo. Obviamente, no es fácil lograrlo, pero científicos franceses utilizando el European Synchrotron Radiation Facility, en Grenoble, han logrado sintetizar un carburo de boro cúbico (c-BC5). Este diamante dopado con boro es el que presenta el mayor contenido de boro logrado hasta la fecha. Comparado con el diamante, el nuevo material es algo menos duro, aunque su dureza a escala nanoscópica es muy similar, pero con la ventaja de que es mucho menos frágil. Por ello, este nuevo material podrá ser utilizado en superabrasivos y para aplicaciones electrónicas a alta temperatura. El artículo técnico es de Vladimir L. Solozhenko et al., “Ultimate Metastable Solubility of Boron in Diamond: Synthesis of Superhard Diamondlike BC5,” Phys. Rev. Lett. 102: Art. No. 015506, January 9, 2009 . Visto a través de Daniel Ucko, “Diamonds are a scientist’s best friend,” Physics, Feb 2009 .

Los científicos utilizan los diamantes para muchas cosas, entre ellas, para estudiar sólidos a altas presiones. Un diamante soporta unos 300 GPa (gigapascales). Esto es mucho, pero no suficiente. Los científicos necesitan presiones aún mayores para estudiar los materiales sólidos en el núcleo de los planetas gigantes (Júpiter o Saturno) donde se alcanzan presiones de más de 1 TPa (1000 gigapascales). Cómo desvelar este misterio. D. K. Bradley y sus colaboradores del Lawrence Livermore National Laboratory, EEUU, han desarrollado una técnica de compresión basada en una onda tipo rampa que permite estudiar un diamante a una presión de 800 GPa. Esta onda actúa sólo durante unos pocos nanosegundos, mucho más rápido que la onda térmica que provocaría que el diamante se derritiera. En este sentido, la onda comprime el sólido sin producir calor. Los autores creen que la técnica permite someter a un sólido hasta un pico de 1400 GPa. Nos lo cuentan en D. K. Bradley et al., “Diamond at 800 GPa,” Phys. Rev. Lett. 102: Art. No. 075503, February 18, 2009 .

En las aplicaciones tecnológicas de los diamantes, su baja estabilidad térmica a alta temperatura es un inconveniente enorme. ¿Se puede lograr un material tan duro como el diamante pero mucho más estable térmicamente? En 2007 se descubrió un nanocompuesto que contiene una mezcla de un nitruro de boro cúbico (el segundo material más duro tras el diamante) y wurtzita (una forma cristalina del sulfuro de zinc) que es tan duro como el diamante. ¿Por qué este material es tan duro? La razón es la indentación a escala atómica entre ambos compuestos, un 58% mayor que la del propio diamante. Se ha descubierto en el análisis teórico-computacional presentado en Zicheng Pan et al., “Harder than Diamond: Superior Indentation Strength of Wurtzite BN and Lonsdaleite,” Phys. Rev. Lett. 102: Art. No. 055503, February 6, 2009 .