El pedigüeño Pier Oddone, director del Fermilab: “Deme un dólar, por favor, para el Tevatrón, EE.UU. encontrará el Higgs”

El Tevatrón es el acelerador de partículas del Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory), sito en Batavia, cerca de Chicago, EE.UU. Su financiación se acaba a finales de 2011 y tendrá que clausurar en 2012. Pier Oddone, director del Fermilab, preside un comité externo que ha decidido solicitar financiación adicional por 3 años (entre 2012 y 2014). El problema es que redirigir dinero público del DOE (U.S. Department of Energy) hacia el Tevatrón supone quitárselo a otros proyectos de investigación. El Tevatrón lleva funcionando 25 años. Sus colisiones protón-antiprotón permitieron encontrar el quark top (cima) en 1995 y estudiar el modelo estándar con gran precisión. ¿Para qué seguir financiando el Tevatrón durante 3 años más? Oddone confía  en que el Tevatrón encuentre el bosón de Higgs antes que el LHC (Large Hadron Collider) del CERN, cerca de Ginebra, Suiza, si se amplia su financiación hasta 2014. Su gran baza baja la manga es que el LHC sufrirá una parada técnica de unos 15 meses durante todo 2012 y el inicio de 2013. Durante dicho tiempo, si el Tevatrón no funciona, se perderá una oportunidad de oro para encontrar el Higgs en EE.UU. antes que en Europa. Nos lo cuenta Adrian Cho, “High-Energy Physics: Higgs or Bust? Fermilab Weighs Adding 3 Years to Tevatron Run,” Science 329: 1266 – 1267, 10 September 2010.

La crisis es la crisis. Si la financiación en EEUU para partículas elementales se concentra en el Tevatrón, otros proyectos en fase de diseño tendrán que sufrir recortes. Por ejemplo, Mark Messier trabaja en el Fermilab en un proyecto sobre neutrinos, llamado NOA, que necesita 260 millones de dólares de financiación (recibió 55 el año pasado). Mark quiere recibir financiación en 2012 para que su proyecto empiece a tomar datos en 2013. Mark teme que si se financia al Tevatrón de 2012 a 2014 su proyecto se retrasará. Un retraso de varios años puede llevar a que NOA no sea competitivo a nivel internacional con otros proyectos similares.

Money, money, money, … Mantener en marcha el Tevatrón durante tres años más costará unos 150 millones de dólares. Parece poco. El DOE dispone de unos 810 millones de dólares al año para gastar en física de partículas, de un total de unos 4900 millones de dólares. Oddone y su comité opinan que mantener en marcha el Tevatrón es una ganga que puede dar muchas alegrías a los EE.UU. Solicitó a un grupo de 38 físicos teóricos, entre ellos cuatro premios Nobel, que enviasen el 28 de julio de 2010 una carta de apoyo al Tevatrón a Steven Chu, también premio Nobel y “jefe” del DOE. Oddone cree que Chu habrá tirado la carta a la basura, pero cree que la presión mediática en todos los frentes es necesaria. La decisión sobre la financiación será tomada en las próximas semanas. El DOE tiene que enviar pronto sus peticiones a la Casa Blanca para el año fiscal 2012, que se inicia en octubre de 2011. Oddone quiere que el futuro del Tevatrón debe ser uno de los temas estrella en dicha petición. Todos deseamos que así sea, por el bien de la física de partículas durante 2012.

Por qué es difícil entender el comportamiento bioquímico de las células

El ruido es natural en el interior de una célula. La concentración de cualquier sustancia (metabolito o enzima) fluctúa de forma aleatoria. En ciertas ocasiones el funcionamiento de una célula ha de ser controlado con precisión. Pero un mecanismo de control eficaz y robusto capaz de lidiar con todo el ruido de la célula es muy costoso. Johan Paulsson y sus colegas han estudiado dicho coste y han demostrado que un mecanismo de control que reduzca el ruido en un factor de dos requiere un mecanismo de control 16 veces más complejo. Un coste altísimo que explica que en las mayoría de los procesos bioquímicos en una célula el ruido no puede ser despreciado. La simulación por ordenador de una célula requiere métodos estadísticos (estocásticos). Nos lo cuenta Li Sun y Attila Becskei, “Systems biology: The cost of feedback control,” News and Views, Nature 467: 163–164, 09 September 2010, haciéndose eco del artículo técnico de Ioannis Lestas, Glenn Vinnicombe, Johan Paulsson, “Fundamental limits on the suppression of molecular fluctuations,” Nature 467: 174–178, 09 September 2010.

El ruido en los procesos bioquímicos dentro de un célula penaliza sus funciones. Un mecanismo de control adecuado puede eliminarlo, pero el costo es muy alto. El diseño óptimo del metabolismo celular es la hipótesis básica con la que se trata de entender el funcionamiento de la célula. Cada día que pasa es más obvio que esta hipótesis no es correcta, por lo que muchos procesos biológicos serán muy difíciles de comprender. Ioannis Lestas y sus colegas han estudiado mediante técnicas matemáticas de la teoría de sistemas el costo de un sistema de realimentación capaz de controlar el funcionamiento de una vía metabólica. Su resultado es sorprendente. El coste crece exponencialmente. El comportamiento aleatorio de la célula es inevitable. Una ambigüedad intrínseca que dificulta nuestra comprensión de su diseño y funcionamiento íntimo.

Un circuito realimentado que reduzca las fluctuaciones en la concentración de ciertas moléculas requiere utilizar información sobre estas fluctuaciones. Conocer el ruido es necesario para reducir el ruido. Lograr un control en un ambiente ruidoso es muy costoso. Por ejemplo, el mantenimiento de la temperatura corporal constante en los mamíferos (homeotermia) significa que se consumen alrededor de diez veces más energía que los reptiles (poiquilotermos). Este control tiene sus ventajas ya que los mamíferos están activos incluso cuando la temperatura ambiental no se lo permite a los reptiles, lo que ha favorecido su expansión global. El problema es que este tipo de mecanismos de regulación tan costosos no pueden formar parte de todas los rutas metabólicas.

Hay un factor más sutil aún que también destacan Lestas et al. en su artículo. Si el funcionamiento óptimo de una ruta metabólica bajo ruido requiere un control riguroso, entonces el funcionamiento óptimo de un control riguroso bajo ruido también requiere un mecanismo de metacontrol, que controle al controlador, y así sucesivamente. Una pescadilla que se muerde la cola. Y un coste asociado que según Lestas et a. crece de forma exponencial. La hipótesis de muchos biólogos es que la célula es fácil de entender porque los mecanismos por los que funciona son óptimos y la hipótesis de optimalidad limita las posibles opciones. Esta hipótesis se cae por su propio peso.

Los fundamentos de la matemática fueron resquebrajados por las ideas de Gödel (incompletitud) y Turing (incalculabilidad). Los fundamentos de la física fueron resquebrajados por las teorías cuánticas y su incertidumbre intrínseca. Quizás los fundamentos de la biología estén siendo resquebrajados a principios del s. XXI y hay límites intrínsecos en lo que podemos llegar a comprender del funcionamiento de la célula que ahora no podemos ni imaginar, como no se podían imaginar los límites de la matemática y de la física a principios del s. XX.