Los retrovirus endógenos y la predicción del árbol evolutivo de los mamíferos

  

Los retrovirus son virus cuyo genoma de ARN, gracias a la transcriptasa inversa, se transforma en ADN que se inserta dentro del ADN de la célula infectada donde se comporta como un gen más y sufre los procesos genéticos de la evolución. El retrovirus más famoso es VIH, el virus del síndrome de inmunodeficiencia adquirida o SIDA. El genoma de muchas especies presenta retrovirus endógenos, copias parciales del genoma de retrovirus de antiguas infecciones retrovirales que afectaron a células germinales. Hay miles de retrovirus endógenos en el ADN humano. Se han identificado retrovirus endógenos humanos en los australianos que carecen el resto de los humanos, retrovirus endógenos sólo compartidos por humanos y chimpancés, pero ausentes en otros simios, compartidos por algunas familias de mamíferos y no otras, etc. El vídeo de youtube que abre esta entrada nos muestra de forma pedagógica estas ideas. Visto en Leokl, “How Endogenous Retroviruses Predict Evolution by Common Descent,” I Am Just A Theory, June 6, 2010. A los interesados en detalles más técnicos sobre retrovirus endógenos y pseudogenes en la evolución de los mamíferos les recomiendo (es de acceso gratuito) Richard A. Gibbs et al. (Rat Genome Sequencing Project Consortium), “Genome sequence of the Brown Norway rat yields insights into mammalian evolution,” Nature 428: 493-521, 1 April 2004, del que he extraído la siguiente figura, y Jennifer F. Hughes, John M. Coffin, “Evidence for genomic rearrangements mediated by human endogenous retroviruses during primate evolution,” Nature Genetics 29: 487-489, 12 November 2001, de donde he extraído la de más abajo. 

 

 

El sexteto de Higgs, Premio de la APS en honor a J.J. Sakurai, y la historia del mecanismo de Higgs

El Premio de la Sociedad de Física Americana (APS) para contribuciones a la Física de Partículas Teórica (J. J. Sakurai Prize for Theoretical Particle Physics) de 2010 le fue concedido a Carl R. Hagen (University of Rochester), Francois Englert (Universite Libre de Bruxelles), Gerald S. Guralnik (Brown University), Peter W. Higgs (University of Edinburgh), Robert Brout (Universite Libre de Bruxelles), y T.W.B. Kibble (Imperial College) por sus contribuciones al mecanismo de Higgs–Brout–Englert–Guralnik–Hagen–Kibble para explicar la ruptura espontánea de la simetría electrodébil, mecanismo normalmente abreviado a mecanismo de Higgs.

La historia del mecanismo de Higgs es curiosa. En 1962, Goldstone, Salam y Weinberg demostraron un teorema (conjeturado en 1960) que afirma que la ruptura espontánea de la simetría (global) en una teoría de campos relativista conduce a la aparición de nuevas partículas sin masa, de espín cero, llamadas bosones de Goldstone (técnicamente: en una teoría cuántica de campos invariante Lorentz, si hay simetrías continuas bajo las cuales el lagrangiano es invariante, entonces o el estado del vacío es invariante ante la simetría, o deben existir partículas de espín cero de masa nula). Si existieran bosones escalares de masa nula deberían haber sido detectados experimentalmente. Entre 1963 y 1964 varios investigadores trataron se superar este teorema. P.W. Anderson observó en 1963 que en un superconductor los bosones de Goldstone se pueden transformar en plasmones masivos debido a la interacción electromagnética, es decir, se transforman en grados de libertad longitudinales que se acoplan a la polarización transversal de una onda electromagnética, aparentando ondas luminosas con masa no nula (básicamente el efecto de Meissner). En opinión de Anderson, el problema del bosón de Goldstone en una teoría de Yang-Mills podía ser resuelto de forma similar, aunque ni enunció el teorema ni discutió en su trabajo el caso relativista. Peter Higgs recogió el guante de Anderson.

A. Klein y B.W. Lee en marzo de 1964 discutieron una variante del trabajo de Anderson, también aplicado a superconductores, que parecía prometedora a la hora de extender dicho trabajo al caso relativista. W. Gilbert trató de hacerlo y creyó que era imposible lograrlo; publicó un artículo que apareció el 22 de junio en Physical Review Letters. Dicho artículo llegó a Edimburgo el 16 de julio y cayó en manos de Peter Higgs, quien se dio cuenta de que el ingrediente que faltaba era evitar el teorema de Goldstone era la simetría (gauge) local. En pocos días escribió un artículo corto que envió el 24 de julio al editor en el CERN de la revista Physics Letters, que fue rápidamente aceptado. Escribió un segundo artículo concretando dichas ideas en un modelo relativista que envió a dicha revista el 31 de julio, pero que fue rechazado. Durante agosto se dedicó a revisar dicho artículo y decidió que era mejor enviarlo a Physical Review Letters, como así hizo el 31 de agosto. El artículo fue aceptado aunque uno de los revisores (que años más tarde le confesó ser Yoichiro Nambu) le dijo que discutiera la relación de su trabajo con el de Francois Englert y Robert Brout, enviado a PRL el 22 junio y publicado el 31 de agosto, en el que se presentaba un mecanismo similar. En octubre de 1964 se publicó un trabajo independiente de Gerald Guralnik, Carl Hagen y Tom Kibble con una solución similar a la de Higgs. Gilbert no estaba convencido de que Higgs hubiera logrado lo que él pensaba que era imposible y Higgs, a hombros de todos estos autores, logró resolver todas las dudas de Gilbert en 1965.

Los interesados en esta historia disfrutarán con el relato de manos del propio Higgs en su conferencia ”My Life as a Boson,” MCTP, Ann Arbor, Michigan, 21 May 2001 (vídeo de 53:59 y 13 transparencias, una de ellas la que acompaña a esta entrada) y con las actas de dicha conferencia.

La tecnología fue el gran problema de Babbage y es el gran problema de los ordenadores cuánticos

Imagina que un periodista le pregunta a Charles Babbage en 1822: ¿Para cuándo espera usted que existan ordenadores clásicos escalables? ¿Cuándo uno de estos ordenadores clásicos estára en la casa de todos los ciudadanos? Qué podría haber contestado: En 20 años (1842), en 50 años (en 1872), … Se necesitaron 120 años para lograr ordenadores clásicos escalables (gracias a la electrónica) y 160 años para que llegaran a los hogares (gracias a la microelectrónica). Cuando la gente se pregunta ahora ¿para cuándo se espera que existan ordenadores cuánticos escalables? o ¿cuándo un ordenador cuántico estará en la casa de todos los ciudadanos? la única respuesta posible es que el gran problema de Babbage era la tecnología: ni existía la electrónica, ni el transistor, ni el circuito integrado, … El gran problema de los ordenadores cuánticos en la actualidad es tecnológico: cómo conseguir que un gran número de cubits (sean fotones, núcleos atómicos o cualquier otra cosa que puedan ser) estén infinitamente aislados del entorno de tal forma que la decoherencia actúe en una escala de tiempo cientos de órdenes de magnitud más grande que las que actualmente se logran en los laboratorios más avanzados. Ahora mismo esto parece prácticamente imposible. Nadie puede imaginar una tecnología capaz de lograrlo. Igual que Babbage no podía imaginar una tecnología que posibilitara el transistor y menos aún un circuito integrado con 1000 millones de transistores en unos centímetros cuadrados (como los Itanium de Intel). Nos lo cuenta Scott Aaronson, “What’s taking so long, Mr. Babbage?,” Shtetl-Optimized, May 22nd, 2010.

Como bien nos recuerda Scott, no existe ningún límite fundamental (conocido) que impida que (pongamos dentro de 160 años) existan ordenadores cuánticos con miles de millones de cubits en un estado entrelazado invulnerable a la decoherencia durante unos segundos. Ahora bien, nadie puede ni soñar cual será la tecnología que lo posibilite. Hoy en día, dependiendo de la manera en que se cuenten los cubits, se han fabricado ordenadores cuánticos con muy pocos cubits. El algoritmo de Peter Shor ha sido implementado con 4 cubits (con tecnologías de trampas de iones y con arquitecturas fotónicas). También se ha implemento con tecnología NMR (aunque no es el algoritmo original sino una versión incoherente) con 7 cubits. Se han logrado estados entrelazados GHZ de hasta 12 cubits. Etc., etc. Grandes logros, para unos, parcos para otros.

Las dolinas kársticas en España, zona de alto riesgo en Europa, aunque mucho más pequeñas que las de Guatemala

Dolimas kársticas "acojonantes" en Ciudad de Guatemala.

La formación de dolinas kársticas como la que recientemente se ha formado en Guatemala tras el paso de la tormenta tropical Agatha es mucho más habitual de lo que le puede parecer a la mayoría (aunque tan espectaculares como éstas y dentro de un casco urbano son menos habituales). Incluso en España se han formado este tipo de dolinas muchas veces. Abajo tenéis cuatro ejemplos: (A) un edificio seriamente dañado el 23 de abril de 1997 en la pequeña ciudad de Ripon, North Yorkshire, Inglaterra; (B) hundimiento de una carretera de servicio en junio de 1996 entre la carretera nacional N-232 y la fábrica de Pikolín, a las afueras de Zaragoza; (C) pequeña dolina cercana a la carretera nacional N-232 durante la noche del 23 de mayo de 2006; y (D) dolina formada en 1954 en la Llanura de La Violada, Hoya de Huesca (cuenca del río Ebro). Fotos extraídas del artículo F. Gutiérrez, A.H. Cooper, K.S. Johnson, “Identification, prediction and mitigation of sinkhole hazards in evaporite karst areas,” Environmental Geology 53: 1007-1022, 2008 [versión gratuita].

Hay muchos más ejemplos. A la izquierda tenéis dos ejemplos españoles más: (C) Dolina generada de forma catastrófica en el interior de una nave del Polígono Europa (Zaragoza), y (B) Colapso formando en noviembre de 2003 en Calatayud. El edificio adyacente tuvo que ser demolido. Hay más ejemplos en Francisco Gutiérrez (Universidad de Zaragoza), “El riesgo de dolinas de subsidencia en terrenos evaporíticos. Investigación y mitigación” y en Soriano María Asunción et al., “Problemas causados por el karst aluvial en el centro de la cuenca del Ebro (España).” Como Francisco Gutiérrez lo cuenta infinitamente mejor que yo, me permito copiar algunos párrafos (resumidos) de su artículo, que desde aquí recomiendo a todos los interesados en más información científica sobre estas interesantes formaciones geofísicas.

“La karstificación de sedimentos solubles mediante flujos de agua subterránea puede provocar la deformación gravitacional de los materiales suprayacentes y el hundimiento de la superficie del terreno. Estos fenómenos de subsidencia por disolución generalmente se manifiestan en superficie mediante depresiones cerradas denominadas dolinas de subsidencia (sinkholes). El hundimiento que experimenta el terreno durante el desarrollo de las dolinas de subsidencia puede provocar daños graves en distintos tipos de estructuras (obras lineales, edificios, presas, centrales nucleares, almacenes de residuos), e incluso poner en peligro la vida de las personas cuando éstas se generan de forma catastrófica. Debido a la gran extensión que ocupan los sedimentos evaporíticos en buena parte de los continentes, el riesgo de subsidencia por disolución de estos materiales afecta a un gran número de regiones del Planeta.”

“España es posiblemente el país europeo en el que el riesgo de subsidencia por disolución de evaporitas tiene una mayor repercusión socio-económica. Estos fenómenos se deben fundamentalmente a la karstificación de formaciones triásicas y terciarias, cuyo afloramiento ocupa una extensión de unos 35 000 km², aproximadamente un 7% de la superficie del país. Los mayores problemas se registran en zonas donde los sedimentos evaporíticos terciarios se encuentran cubiertos por depósitos cuaternarios de origen aluvial (karst aluvial). Esta situación se produce en determinados tramos de los valles excavados por algunos de los principales sistemas fluviales como los ríos Ebro y Tajo. Estas zonas, en las que la subsidencia es más activa, son frecuentemente las áreas que presentan una mayor ocupación humana, produciéndose situaciones de alto riesgo.”

D.E.P. Vladimir Igorevich Arnold: “Siempre la verdad aunque escandalice”

Vladimir I. Arnold nació en Odesa, el 12 de junio de 1937, y ha fallecido en París el 3 de junio de 2010. Alumno aventajado de Kolmogórov, resolvió en su tesis doctoral el décimo tercer problema de Hilbert (que trata de las soluciones para ecuaciones de séptimo grado). Arnold trabajó en una gran cantidad de temas: sistemas dinámicos, ecuaciones diferenciales, mecánica clásica, mecánica celeste, geometría algebraica, geometría simpléctica, hidrodinámica, teoría de singularidades, etc. Escribió numerosos libros, algunos de los cuáles se han convertido en auténticos clásicos. Entre sus resultados más notables está el llamado Teorema KAM (por Kolmogorov-Arnold-Moser) sobre la estabilidad de los sistemas dinámicos y la persistencia de órbitas cerradas; el descubrimiento de lo que se conoce como difusión de Arnold; resultados sobre la teoría de singularidades y cáusticas que complementan la teoría de catástrofes de Thom; la teoría de subvariedades lagrangianas, etc. Nos lo resume magistralmente Manuel de León, “Vladimir Igorevich Arnold, el hombre que amaba los problemas,” Instituto de Ciencias Matemáticas, 4 Junio, 2010. Manuel nos recuerda la entrevista de S. H. Lui, “An Interview with Vladimir Arnol’d,” Notices of the American Mathematical Society 44: 432-438, April 1997 [entrevista realizada el 11 de noviembre de 1995]. Permitidme algunas notas de dicha entrevista.

La primera experiencia matemática real de Arnold fue cuando su maestro de escuela I. V. Morozkin le planteó a sus alumnos el siguiente problema: “Dos ancianas comienzan a andar al amanecer a velocidad constante. Una va desde A a B y la otra de B hacia A. Se encuentran al mediodía y continúan andando sin parar. La primera llega a B a las 16:00 horas y la segunda a A a las 21:00 horas. ¿A qué hora salió el sol ese día?” Arnold, niño, pasó todo el día pensando en el problema. La solución de este problema fue para él toda una revelación. La misma revelación que ha vivido muchas veces durante su carrera de matemático.

Arnold nos recuerda que la teoría KAM fue consecuencia del trabajo docente de Komogórov que impartía un curso de sistemas hamiltonianos en el segundo año de carrera. En este curso se estudiaban diferentes sistemas completamente integrables, como el movimiento de una partícula en la superficie de un toro de revolución (un dónut) colocado horizontalmente. En una época en la que no había ordenadores estos problemas que presentan órbitas cuasiperiódicas le parecían demasiado sencillos para sus alumnos. Kolmogórov buscaba problemas más complicados, en sus palabras, con trayectorias “mezcladas” (lo que hoy en día llamamos “caos determinista”). Buscó problemas integrables perturbados que mostraran estas trayectorias y no los encontró. Esta búsqueda le llevó al descubrimiento del teorema KAM. Arnold compara a Kolmogórov con Colón. Buscaba un nuevo camino hacia Las Indias y encontró el Nuevo Mundo.

Arnold recuerda haber dirigido unas 40 tesis doctorales (en el MGP aparecen sólo 29). Nunca asignaba un tema de tesis a sus doctorandos (sería como buscarles una mujer para casarse). Se limitaba ha mostrarle lo que se sabía y lo que no se sabía sobre diferentes temas. Sus seminarios en Moscú, en los que intervenían más de 30 matemáticos, la mayoría ex-doctorandos suyos, eran el medio más adecuado para hacerlo. Estos seminarios se mantuvieron durante más de 30 años.

Rusia y EEUU son dos universos matemáticos completamente diferentes. Arnold confiesa que siempre se ha preguntado cómo es posible que tantos estadounidenses lleguen a ser grandes matemáticos si el nivel de las enseñanzas de matemáticas en EEUU es pésimo, comparado con Rusia. Por ejemplo, ningún catedrático ruso de matemáticas sería capaz de resolver correctamente el siguiente problema que Arnold vio en un examen para el acceso a un doctorado de matemáticas: “Encontrar el par más cercano a (ángulo, grado) entre los pares: (tiempo, hora), (área, pulgada cuadrada), y (leche, cuarto de galón).” Cualquier matemático estadounidense lo resuelve correctamente de inmediato. La explicación oficial de la respuesta correcta (área, pulgada cuadrada) es la siguiente: un grado es la medida mínima del ángulo, una pulgada cuadrada es la medida mínima de un área, mientras que una hora contiene minutos y un cuarto de galón contiene dos pintas. Arnold también se quedó boquiabierto cuando H. Whitney le contó que sólo 30% de los niños de 14 años en escuelas norteamericanas eran capaces de resolver correctamente el siguiente problema: “El 120% del número 80 es un número mayor que, menor que, o igual a 80.” Whitney le contó que los que proponían este problema pensaban que este porcentaje indicaba que el 30% de los adolescentes estadounidenses comprendían el manejo de porcentajes. Sin embargo, como es obvio, una respuesta aleatoria conduce a un porcentaje de acierto del 33%, con una incertidumbre del 5%.

Louis Pasteur afirmaba que “no existen ciencias aplicadas, sino aplicaciones de las ciencias.” Igualmente no podemos hablar de matemática aplicada versus matemática pura, sino de aplicaciones de la matemática. Las diferencias entre un matemático aplicado y un matemático puro son sociales, no científicas. Cuando Colón fue a descubrir una nueva ruta a Las Indias actuó como matemático aplicado, cuando descubrió el Nuevo Mundo actuó como matemático puro. En realidad, ambas cosas fueron la misma, el Descubrimiento de América.

Publicado en Science: Rocas con carbonatos similares al meteorito ALH84001 encontradas en Marte gracias al reanálisis de datos del robot Spirit de hace cuatro años

El meteorito de origen marciano ALH 84001 es tristemente famoso porque presenta depósitos de carbonatos de magnesio e hierro con forma de “bacterias” (hoy sabemos que no lo son). Nadie había encontrado este tipo de rocas en Marte, hasta ahora. Datos del robot Spirit de hace cuatro años presentan muestras cuya composición es muy similar a la dicho meteorito, en concreto 34% de olivino, 33% de silicatos amorfos y 34% de carbonatos de Mg-Fe. ¿Por qué nadie los observó en cuatro años? Porque el detector que analizó dichas muestras está parcialmente cegado por el polvo marciano. El instrumento en cuestión es Mini-TES (Miniature Thermal Emission Spectrometer). Se sabía que había un problema con dicho instrumento pues no era fácil interpretar sus medidas pero hasta que un reanálisis de sus datos no ha propuesto que están falseadas por la presencia de polvo marciano no se han podido interpretar correctamente. Los científicos que lo han logrado han recibido como premio un artículo publicado hoy en Science, en concreto Richard V. Morris et al., “Identification of Carbonate-Rich Outcrops on Mars by the Spirit Rover,” Science Express, Published Online June 3, 2010. Un noticia tan llamativa nos la cuentan en muchos medios, como en ”Outcrop of Long-Sought Rare Rock on Mars Found,” ScienceDaily, June 3, 2010, y “Mars rover instrument helps identify outcrop of long-sought rare rock on Mars,” Phys.Org, June 3, 2010 (original).

Puede parecer una tontería que sea una noticia el descubrimiento en Marte de rocas con la misma composición que un meteorito que se creía que provenía de Marte. Como nos cuenta Richard A. Lovett en ”Mars rover finds conditions ‘more conducive to life’,” News, Nature, Published online 3 June 2010, la cuestión son las implicaciones de este descubrimiento sobre el clima actual y pasado de Marte. En la Tierra, la formación de carbonatos requiere agua líquida. Las rocas encontradas en Marte nos indica que una vez más cálido y húmedo, por lo que cumplía con las condiciones para que albergara vida (microbiana). Si Marte de joven tuvo una atmósfera, sería delgada y formada por dióxico de carbono. ¿Dónde ha ido a parar dicha atmósfera? Gracias al agua habría precipitado en forma de carbonatos (como los encontrados ahora por Spirit y en meteoritos de origen marciano).

Pierde el tiempo un rato decidiendo si el título de un artículo de física teórica es real o no

Un juego al que no te puedes resistir a jugar… diferenciar entre el título de un artículo de física teórica publicado en ArXiv y un artículo cuyo título ha sido inventado por un programa de ordenador llamado snarXiv. Yo he jugado durante 10 minutos y he acertado sólo 30 de 41 títulos (y me jacto de leer los títulos de muchísimos artículos de ArXiv todas los fines de semana). Empecé muy bien, 5 de 5, pero luego caí en 3 fallos seguidos, … hay que prestar atención, es muy fácil caer en la trampa de snarXiv. Visto en Tommaso Dorigo, “Guess Fake Physics Papers,” A Quantum Diaries Survivor, June 3rd 2010. Más información en David Simmons-Duffin, “snarXiv,” DSD, Mar 10, 2010. “The snarXiv is a ran­dom high-energy the­ory paper gen­er­a­tor incor­po­rat­ing all the lat­est trends, entropic rea­son­ing, and excit­ing mod­uli spaces. The arXiv is sim­i­lar, but occa­sion­ally less ran­dom.”

El título de un artículo aporta muy poca información sobre el contenido de dicho artículo, por lo que es fácil que el título de un artículo tenga sentido y sea un fake, y no tenga ni pies ni cabeza y sea un artículo técnico de verdad. Más aún cuando ArXiv (y la mayoría de las revistas internacionales de prestigio) están repletas de artículos que son pura basura.

PS (5 junio 2010): Ya hay un listado de las puntuaciones más altas (ahora mismo hay 5 personas que han logrado un 100%).

Atención, pregunta: ¿Debería haber profesores universitarios dedicados sólo a la docencia?

En la universidad española los profesores son Personal Docente e Investigador (PDI). Las 40 horas semanales (teóricas) de trabajo de los profesores se reparten (teóricamente) entre un máximo de 14 horas dedicadas a la docencia y 26 horas dedicadas a la investigación. Las 14 horas docentes corresponden a un máximo de 8 horas a la semana de clases presenciales y un máximo de 6 horas a la semana de tutorías. El 35% del sueldo de un PDI sufraga su trabajo como docente y el 65% su trabajo como investigador. Todos sabemos que hay profesores que además de a la docencia y a la investigación también se dedican a la gestión, para lo que reciben reducciones de su carga docente y sobresueldos específicos (obviamente su producción investigadora también sufre y quizás más que su docencia).

En varias ocasiones se ha propuesto la posibilidad de que haya figuras diferenciadas de profesores más docentes que investigadores (PD), más investigadores que docentes (PI), e incluso más gestores que docentes e investigadores (PG).

Me gustaría conocer vuestra opinión al respecto. ¿Qué os parece que hubiera profesores PD, PI y PG junto a los actuales PDI?

¿A colación de qué viene todo esto? Los recortes de financiación en las universidades de EEUU han llevado a que algunas “mentes pensantes” hayan propuesto que las universidades norteamericanas deberían ofertar plazas específicas a profesores sólo dedicados a la enseñanza. A los que no se les exigiría nada de investigación, con lo que las universidades y el estado se ahorrarían los costes de sufragar su investigación. Nos lo contaron en Diane Auer Jones, “Financial pain should focus universities,” News, Nature 465: 32–33, 06 May 2010. Os dejo las palabras originales de Diane, que no tienen desperdicio (tres párrafos que resumen un artículo de dos páginas).

“There won’t be enough money in the US treasury over the next decade to even maintain the current federal R&D baseline. R&D funding will squeeze out. Spreading research dollars thinly over a larger number of institutions seems likely to have reduced the efficiency and productivity of the overall research enterprise. Federal R&D investment [focused on] a smaller group of research-intensive institutions could improve the efficiency and productivity of US research, while preserving teaching-intensive institutions.  [Today,] those faculty members who do not have an inclination towards research may find themselves applying for grants just to keep their jobs or to advance in their careers. Talented researchers, meanwhile, may be distracted from what they do best, as the broader-impacts criterion forces them to participate in a new set of activities for which many are untrained and inexperienced, or in which they have only a marginal genuine interest.

“Enabling faculty members to select between a research or teaching track might improve job satisfaction.” As faculty members are encouraged to devote more and more time to research they can become less engaged in teaching, often transferring the education of first-year students to adjunct faculty members and inexperienced graduate students. [The] institutions [must] develop promotion and tenure policies that evaluate and reward performance based on teaching or other scholarly work rather than on grant and publication success.

There are many benefits to be gained. The elimination of spending on research infrastructure at many institutions will surely reduce the rate of tuition increases, which currently puts a college education out of the reach of many American families. And faculty members will be freer to focus on either teaching or research, wherever their talents lie. It is vital that the United States recognizes both the importance of teaching colleges in educating vast numbers of young adults, and the increased efficiency and productivity to be gained by consolidating academic research programmes. The shrinking federal R&D budget might just help us to achieve both goals. Despite some short-term pain, there might be a longer-term gain.”

Las reacciones obviamente no se han hecho esperar y en el número de hoy de Nature hay varios comentarios criticando fuertemente esta postura. Yo destacaría el de Peter A. Bednekoff, “Budget cuts: leaven the curriculum with a pinch of research,” Nature 465: 547, 03 June 2010.

“The best way to learn science is to do science. Science as taught at US secondary schools is prone to emphasizing static, authoritative facts. Science in practice focuses on open questions, competing explanations and new discoveries. Undertaking research at university will seal this gap. Universities need teacher-scholars who can incorporate the excitement of research into their classes and bring students into research projects to give them a sound understanding of scientific practice.”

¿Realmente incorporamos los profesores nuestra labor investigadora en nuestras clases? ¿Logramos los profesores transmitir a nuestros alumnos nuestra vocación investigadora, nuestra pasión por la ciencia? ¿Realmente los profesores tenemos que ser grandes investigadores para poder ser grandes docentes?

Vídeos de los primeros milisegundos de la explosión de una supernova simulados por ordenador

Simulación de los primeros 500 milisegundos (Leonhard Scheck, Max Planck Institute for Astrophysics)

Simulación de los primeros 900 milisegundos  (Visualización: Markus Rampp, Rechenzentrum Garching)

No es una noticia nueva pero las primeras simulaciones 3D de la explosión de una supernova merecen todo nuestro interés, aunque se publicaran el 10 de mayo de 2010. Nos lo han recordado en el número de Nature de hoy mismo. Eric Hand, “Model stars set to explode. Realistic computational models of supernovae might soon solve a long-standing mystery,” News, Nature 465: 534-535, 3 June2010, aunque muchos ya lo disfrutásteis en Hannelore Hämmerle, “How a supernova obtains its shape. Researchers of the Max Planck Institute for Astrophysics in Garching managed for the first time to reproduce the asymmetries and fast-moving iron clumps of observed supernovae by complex computer simulations in all three dimensions,” News from Max-Planck-Institut für Astrophysik, que ya fue meneada jm22381 (traducido en “¿Cómo obtiene su forma una supernova?,” Universo a la vista, 8 mayo 2010); o en Hannelore Hämmerle, “Death of a star in three dimensions. New computer models show in detail how supernovae obtain their shape,” News, Max Planck Society, May 11th, 2010.

Para los interesados en los detalles técnicos, el artículo es N. J. Hammer, H.-Th. Janka, E. Müller, “Three-dimensional Simulations of Mixing Instabilities in Supernova Explosions,” The Astrophysical Journal 714: 1371-1385, 10 May 2010 (disponible gratis en ArXiv).

Imágenes de los primeros 500 milisegundos de la explosión de la supernova. A la izquierda, el radio de la explosión es de 200 km. y la derecha de 1900 km. (C) Nature, Max Planck Inst. for Astrophysics

Publicado en Nature: Quien a buen árbol se arrima, buena sombra le cobija (o la importancia de que tu director de tesis haya dirigido muchas tesis)

El Mathematics Genealogy Project presenta el árbol genealógico de 114 666 matemáticos (desde 1637), incluyendo para cada matemático quien fue o quienes fueron sus directores de tesis doctoral y a quien o a quienes ha dirigido él mismo. Un estudio de Malmgren et al., de la Universidad de Northwestern en Evanston, Illinois, publicado en Nature, demuestra que hay una correlación muy fuerte entre el número de doctorandos dirigidos y el éxito de estos doctorandos en su carrera científica. A un matemático joven le conviene tener como director de tesis a un matemático muy prolífico que haya dirigido muchas tesis, si quiere una futura carrera de grandes éxitos y logros matemáticos. Han utilizado métricas como el número de publicaciones y el impacto (número de citas) de dichas publicaciones. Quizás sorprenda pero los doctorandos dirigidos por los directores que tienen mayor número de alumnos, a su vez dirigen un 31% menos de tesis de las que se esperaría estadísticamente. Realmente curioso, el estudio no indica nada sobre la posible extensión de estos resultados hacia otras áreas de la ciencia e ingeniería. El artículo técnico es R. Dean Malmgren, Julio M. Ottino, Luís A. Nunes Amaral, “The role of mentorship in protégé performance,” Nature 465: 622–626, 03 June 2010; ver también “Mentoring for success,” In Brief, Nature 465: 651, 2 June 2010. Por cierto, el estudio ha utilizado contrastes de hipótesis por técnicas de Montecarlo basadas en el teorema de Bayes y estimadores de máxima verosimilitud. También han usado los datos de publicaciones en MathSciNet e información de la Academia Nacional de Ciencias (US National Academy of Science).

Publicado en Nature: ITER, una obra faraónica con dificultades de financiación

La energía de fusión es el futuro. La energía de fusión siempre está a 25 años vista. ITER es el futuro. ITER continúa a 25 años vista. ITER es un futuro demasiado caro en plena crisis financiera. El diseño original de ITER tuvo que ser modificado, para reducir sus costos. Cosas de la crisis de inicios de 1992. Ahora, la nueva crisis, vuelve a plantear un nuevo rediseño. El 26 de mayo de 2010 a los países de la Unión Europea, que pagarán el 45% del coste del ITER, les empezaron a temblar las piernas. “No siento las piernas,” dicen que dijo Merkel [es broma]. Se estima que el ITER costará 3 veces más de lo que se estimó en 2006. La Unión Europea tiene que aprobar 1400 millones de euros para cubrir su parte del presupuesto de ITER para los años 2012 y 2013. Son 27 estados miembros. Son 27 los que piensan que es demasiado dinero. La crisis pesa. La crisis pesa mucho. Annette Schavan, Ministra Alemana de Educación e Investigación, opina que habrá que rediseñar de nuevo la máquina, una versión menos ambiciosa. El 17 de junio la Unión Europea tiene que dar su última palabra. Si se niegan a pagar su parte, los otros seis países miembros de la colaboración ITER tendrán que tomar una decisión: correr ellos con los gastos o proponer un nuevo rediseño. ITER es el futuro. Siempre ha sido el futuro. ¿Será siempre el futuro? Nos lo cuenta Geoff Brumfiel, “Financial meltdown imperils reactor. Faced with a huge budget shortfall, Europe rethinks future of ITER fusion project,” News, Nature 465: 532-533, 28 May 2010.

Publicado en Nature: El autoengaño de los profesores universitarios

"Academic scientists value teaching as much as research — but universities apparently don't." Nature, Editorial.

Profesores, alumnos y la sociedad en su conjunto se quejan de la mala calidad de la enseñanza universitaria. Una encuesta a 450 profesores de universidad de 30 países indica que más de la mitad opina que la educación universitaria es mediocre, pobre o muy pobre, pero la mayoría opina que ellos dan las clases muy bien (de forma altamente efectiva). ¿Se autoengañan los profesores? Si ellos creen que lo hacen tan bien, ¿cómo es posible que crean que los demás lo hacen tan mal? Más aún, el 77% opina que para ellos la enseñanza es tan importante como la investigación y el 16% opina que es más importante. ¿Realmente lo creen? El estudio fue realizado el año pasado por la división de educación (Nature Education) de la editorial de la revista Nature (Nature Publishing Group) y está disponible gratis, tras registro. En opinión de los editores de Nature, el mayor problema de la educación universitaria es que no mejora porque los profesores creen que no lo pueden hacer mejor. Además, no ayuda nada que los sistemas universitarios premien la investigación e infravaloren la enseñanza. Se trata de una contradicción interna fuertemente arraigada en la universidad en todo el mundo. De hecho, la mayoría opina que si se le ofreciera un puesto de investigador sin docencia con el mismo sueldo y condiciones actuales lo aceptaría sin pensárselo dos veces. La enseñanza universitaria de calidad requiere de un sistema de evaluación de la calidad de la enseñanza estandarizado que permita a los profesores realimentarse sobre sus propios progresos. Sin esta realimentación se cae y recae en la autocomplacencia. Según el editorial de Nature es necesario apoyar la investigación educativa con miras a desarrollar un sistema de evaluación de la calidad docente fiable, objetivo y que reciba el beneplácito de la mayoría del personal docente e investigador de las universidades. Nos lo cuentan en “Education ambivalence,” Nature 465: 525–526, 03 June 2010.

La mayoría de las innovaciones pedagógicas son incorporadas con gran lentitud por parte de los profesores de enseñanza universitaria, sobre todo en los primeros cursos universitarios. Todos los estudios pedagógicos indican que la clase magistral no es tan efectiva como la práctica de técnicas cooperativas y aprendizaje activo. Sin embargo, la incorporación de dichas prácticas requiere un esfuerzo por parte del docente, que muchos docentes no están dispuestos a asumir porque penalizaría su labor investigadora. Es necesario mejorar los sistemas de apoyo y formación del docente y crear un sistema de recompensas para los buenos docentes a nivel universitario. Por ejemplo, las universidades y las sociedades profesionales podrían ofrecer una capacitación sistemática a su personal en cómo enseñar bien, algo al estilo del CAP (curso de adaptación pedagógica) que se imparte en España. Las universidades deberían alentar a los profesores responsables de cátedras, áreas de conocimiento y departamentos para favorecer la creación de una red de docentes de excelencia que compartan sus experiencias con los demás docentes. Así mismo, las agencias de financiación pública deberían financiar de forma prioritaria los proyectos de innovación educativa, sobre todo en la rama de las ciencias, cuya enseñanza está cada día más devaluada. También vendría muy bien la creación de premios a la excelencia docente que complementen a los premios que en la actualidad se concentran en la excelencia investigadora.

Los sistemas de educación superior deben buscar equilibrar docencia e investigación si quieren lograr el objetivo de la calidad docente. No basta con buenas intenciones. Hay que equilibrar la financiación y la asignación de recursos. Si todas las perras van al mismo saco, aunque los científicos y profesores piensen que la educación es tan importante como la investigación, esta última será la que se lleve el gato al agua.

Por qué el “pan de pueblo” tradicional no se pone duro en una semana y el pan poco o mal cocido se pone duro en un par de días

El pan se vende al peso. Los panaderos modernos cuecen poco el pan para que quede un exceso de agua y lograr el mismo peso con una menor cantidad de harina. Así se ahorran dinero y el consumidor paga gato por liebre. El pan expuesto al aire no se pone duro porque se seca, sino porque se humedece con el vapor de agua del ambiente, aunque éste sea muy escaso. Este exceso de agua produce demasiados enlaces de hidrógeno entre las largas cadenas de celulosa de la harina, lo que crea excesiva rigidez en el pan (se pone duro pronto). Al recalentarlo se rompen muchos de esos enlaces y el pan recupera su aspecto de pan recién hecho. ¿Por qué para retrasar su endurecimiento se guarda el pan recién hecho en el frigorífico, o cubierto con un trapo o plástico, o se guarda en una caja herméticamente cerrada? Al poner en el frigorífico un pan mal cocido retiene su exceso de agua, pero prácticamente no forma más enlaces de hidrógeno. Tapándolo con un trapo o un plástico lo aislamos de la humedad ambiente y así permanece casi como recién hecho. Nos lo cuenta Manuel García Velarde, uno de los grandes divulgadores de la ciencia en España, en su artículo M. G. Velarde y V. M. Starov, “Humectación: conceptos y cuestiones básicas,” Enseñanza, Revista Española de Física, Octubre-Diciembre 2009 [preprint].

Hay que recordar que el agua es una molécula polar formada por un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno. El agua (y una cocción incompleta) permiten la formación de puentes (enlaces) de hidrógeno entre las largas cadenas de celulosa de la harina. El agua y las disoluciones acuosas juegan un papel fundamental en casi todos los aspectos de nuestra vida y quizá en la propia existencia de vida en la Tierra. Manuel nos recuerda en su artículo que “por el sitio que ocupa el oxígeno en el grupo VI de la Tabla Periódica, junto al azufre, el selenio y el telurio, el agua (H2O) debería hervir a unos setenta grados centígrados bajo cero y congelarse a unos noventa bajo cero (a presión atmosférica ordinaria). En realidad lo hace a cien sobre cero y cero, respectivamente. La causa de esta anomalía es el hidrógeno, debido a los “enlaces de hidrógeno” que por atracción electrostática dipolar hace con los oxígenos de moléculas en su entorno, lo que confiere al agua diferencias con otros hidruros; el agua tiene esa plus valía, por lo que el conjunto de moléculas de agua da un total superior a la suma “ordinaria” de los hidruros de oxígeno. Además, el átomo de oxígeno tiene electrones fácilmente tentadores para los átomos de hidrógeno circundantes.”

Por supuesto, Manuel nos subraya que el concepto del endurecimiento o envejecimiento del pan con el tiempo es un proceso muy complejo. “El proceso de envejecimiento del pan común tiene más que ver con el estado de cristalización del almidón que con la actual humedad presente. En un pan recién hecho, el almidón de la miga está presente en una forma amorfa, hidratada que exhibe las características suaves y sabrosas que nos gusta a todos y la costra es crujiente con un sabor agradable. Con el tiempo, el almidón empieza a convertirse en su forma cristalina más estable termodinámicamente, un proceso llamado “retrogradación”, liberando internamente moléculas de agua antes asociadas con el almidón. El resultado es un pan duro y con un paladar y gusto de pan “viejo”. Mientras que este proceso es natural e imparable, su rapidez depende de varias condiciones, como las características del almidón, la presencia de materia grasa, emulsionantes y mejoradores de masas, el uso de enzimas que modifican el almidón y las condiciones ambientales, etc. Calentando pan viejo, especialmente con vapor, se puede regenerar hasta cierto punto, pero nunca al punto de recuperar un verdadero pan fresco.”

El experimento OPERA en Gran Sasso observa en directo la transformación de un neutrino muónico generado en el CERN en un neutrino tauónico

Un neutrino muónico producido en el colisionador SPS del CERN, tras atravesar 732 km. por el interior de la corteza terrestre, se ha transformado en un neutrino tauónico que se ha desintegrado en un tauón (leptón tau), que tras recorrer unos cientos de micrómetros durante unas billonésimas de segundo ha colisionado con un átomo de un detector del experimento OPERA en el laboratorio subterráneo de Gran Sasso, en el norte de Italia, produciendo un bosón W que a su vez se ha desintegrado en tres partículas cargadas que han sido observadas en los escintiladores de dicho experimento. Una señal inequívoca y por primera vez una observación directa de que los neutrinos oscilan (cambian de identidad).  In extremis, justo cuando el experimento ICARUS, el relevo de OPERA, acaba de iniciar la toma de datos, este experimento ha logrado observar lo que ya parecía (casi) imposible. Una gran noticia en la física de partículas de la que se han hecho eco muchos foros, como “Particle Chameleon Caught in the act of Changing,” CERN Press release, 31 May 2010 (noticia traducida en Ciencia Kanija); ”The metamorphosis of a neutrino directly observed for the first time,” INFN.it, 31-05-2010; ”OPERA catches its first tau neutrino,” Symmetry breaking, May 31, 2010; Tommaso Dorigo, ”OPERA Sees Tau Neutrino Appearance!!,” A Quantum Diaries Survivor, May 31st 2010; y Lubos Motl, ”CERN sends muon neutrinos, Gran Sasso detected one tau neutrino,” The Reference Frame, May 31, 2010. El vídeo de youtube que abre esta entrada, de CERN Video News, explica la noticia muy bien.

Los neutrinos oscilan (cambian de tipo) porque tienen masa en reposo no nula (Premio Nobel de Física de 2002). Hay tres tipos de neutrinos (electrónico, muónico y tauónico). La evidencia cientifíca de que los neutrinos cambian de tipo conforme se propagan (tanto en el vacío como en un medio material) era indirecta (obtenida o confirmada por primera vez en 1998 por los japoneses de SuperKamiokande): al observar un flujo de neutrinos de cierto tipo se encontraban menos neutrinos de ese tipo de los esperados (luego el resto debía haber cambiado de tipo, la materia ni se crea ni se destruye). La oscilación de los neutrinos ha sido confirmada en muchos experimentos desde entonces. El experimento OPERA, en el Laboratorio de Gran Sasso, norte de Italia, se diseñó para observar ”en directo” (hay que recordar que es un proceso que dura unas decenas de billonésimas de segundo)  un neutrino tauónico (en realidad el tauón en el que se ha desintegrado) en un flujo de neutrinos muónicos que ha recibido desde el CERN, a 732 km de distancia. Cada neutrino muónico necesita 2’4 milisegundos para llegar desde SPS hasta uno de los cubos del detector OPERA.

La primera vez en la historia que se observa de forma directa este fenómeno. Muchos dirán que esta noticia es poco relevante, ya que todo el mundo sabe que los neutrinos oscilan. Bueno, en OPERA llevan tres años esperando esta observación directa. Se esperaba que OPERA realizara esta observación en muchísimas ocasiones durante estos tres años. Muchos ya daban por perdida la búsqueda. Pero nunca digas nunca jamás y al final lo han logrado. In extremis. ¡Enhorabuena!

PS: la reconstrucción por ordenador del evento observado (en física de partículas, candidato a neutrino tauónico). La línea celeste es la trayectoria de un leptón tau que se supone que se produjo en la desintegración de un neutrino tau que incidió en uno de los cubos (ladrillos o bricks) de los detectores.