La diferencia epigenética entre una abeja y una abeja reina

Una abeja obrera y una abeja reina tienen un genoma idéntico, sin embargo, son muy diferentes. La reina es fértil, las obreras no. Un artículo publicado en PLoS Biology sugiere que la diferencia es epigenética: 550 genes en el genoma de las abejas obreras están metilado, lo que afecta a la expresión (transcripción del ADN en ARN) de dichos genes. Ryszard Maleszka (Universidad Nacional Australiana, Canberra) y su equipo han estudiado el genoma de tejido del cerebro de abejas reinas (reproductoras) y abejas obreras (estériles). La metilación del ADN es la adición de un grupo metilo (-CH₃) a alguna de las bases de los nucleóticos que forman la cadena de ADN (se metila la citosina (C) contigua a una guanina (G), por lo que se habla de dinucleótico CpG metilado). La metilación es el mecanismo epigenético más importante en el control de la expresión de genes y permite regular el silenciamiento de ciertos genes. ¿Es la metilación la causa o el efecto de la diferencia entre reina y obrera? Por ahora no se sabe, pero los autores del artículo apuestan a que es la causa. Los humanos tenemos más de 200 tipos de células en nuestro cuerpo, todas con el mismo ADN, pero muy diferentes entre sí (basta comparar una célula de la piel con una neurona o con un glóbulo blanco). La diferencia entre estas células se cree que es epigenética y que la metilación ”diferencial” del ADN (diferente según el tipo de célula) puede ser la causa de esta diversificación. En resumen, un artículo interesante, que además es de acceso gratuito, Frank Lyko (German Cancer Research Center, Heidelberg, Germany) et al., “The Honey Bee Epigenomes: Differential Methylation of Brain DNA in Queens and Workers,” PLoS Biology, Nov. 2010.

El grafeno hasta en la olla: Fluorografeno, el nuevo teflón ultraplano

El fluorografeno es un nuevo miembro de la familia del grafeno: una hoja de un átomo de espesor de carbono en la que un átomo de flúor se une a cada átomo de carbono. Este material es un análogo bidimensional al teflón que ha sido desarrollado por los ganadores del Premio Nobel de Física de 2010, Kostya S. Novoselov y Andre K. Geim, de la Universidad de Manchester, Reino Unido. El fluorografeno es un aislante eléctrico (su resistencia es mayor de 10¹² Ω), con una resistencia mecánica similar a la del grafeno (su módulo de Young es de 100 N/m) y con una estabilidad química similar a la del teflón (inerte y estable hasta los 400 °C). El fluorografeno es un aislante eléctrico, al contrario que el grafeno que es un buen conductor de la electricidad, por lo que además de poder ser utilizado en aplicaciones donde se usa el teflón,  dada su extrema delgadez también puede ser utilizado como aislante en circuitos microelectrónicos de alta tasa de integración. El artículo técnico es Rahul R. Nair et al., “Fluorographene: A Two-Dimensional Counterpart of Teflon,” Small, Published online on 4 Nov. 2010. Novoselov y Geim aclaran en su artículo que el fluorografeno lo han descubierto ellos los primeros, ya que otros autores han publicado antes que ellos el desarrollo y caracterización de este mismo material; pero según ellos su preprint ha estado público antes que el de los otros. Por ejemplo, Jeremy T. Robinson et al., “Properties of Fluorinated Graphene Films,” Nano Letters 10: 3001–3005, July 16, 2010. Por cierto, Robinson et al. le llaman al nuevo material perfluorografano.

El grafeno actúa como una macromolécula gigante que como otras moléculas puede modificarse mediante reacciones químicas. Novoselov y Geim desarrollaron en 2009 el grafano, grafeno en el que cada átomo de carbono se une a un átomo de hidrógeno y en la actualidad están estudiando cómo unir al grafeno otros átomos. Así ha surgido el fluorografeno (o perflurografano), un análogo bidimensional al teflón (de hecho, el fluoruro de grafito es un material tridimensional muy usado en baterías y como lubricante). Fabricar fluorografeno no es fácil, ya que si hay defectos en la capa de flúor (huecos sin rellenar) las propiedades del grafeno dominan sobre las del fluorografeno (o las propiedades del fluorografeno se degradan y se reducen a las del grafeno). Nair et al. nos proponen dos procedimientos diferentes y Robinson et al. un tercero. Un nuevo material que dará mucho que hablar y que abre la ruta hacia al desarrollo de gran número de moléculas gigantes basadas en el grafeno. 

Dan Brown, “Ángeles y Demonios,” y las trampas de antimateria en el CERN

La película “Ángeles y Demonios” basada en la novela homónima de Dan Brown utilizó el LHC del CERN como arma publicitaria: Tom Hanks visitó el laboratorio europeo, aunque en la película se utilizó una reconstrucción holliwoodiense. Y en este blog utilicé la película como arma publicitaria: para hablar de los experimentos ALPHA y ATRAP del CERN que en 2008 habían fabricado ya cientos de millones de antihidrógenos (“La verdadera ciencia de la película “Ángeles y Demonios”,” 11 Mayo 2009; y ““Ángeles y demonios” en Nature Physics (anti-spoilers abstenerse de leer),” 18 Junio 2009). Repito el inicio de la primera de estas entradas “A la mayoría de la gente no le interesa la ciencia ni las noticias científicas, salvo cuando se estrena una película que utiliza algo científico como excusa. Entonces, todo el mundo está “mágicamente” interesado en la ciencia de la película y en la posible ciencia “verdadera” detrás de dicha ciencia de película.” ¿Sigue alguien interesado en las trampas de antimateria? ¿Sigue alguien interesado en los experimentos ALPHA y ATRAP?

Aprovecharé la noticia de Eugenie Samuel Reich, “Antimatter held for questioning. Magnetically trapped atoms could test fundamental physics,” News, Nature 468: 355, Published online 17 November 2010, para volver a hablar de estos experimentos. La noticia (un artículo de ALPHA publicado en Nature) fue comentada por muchos medios. Quizás os guste la traducción de Kanijo, del artículo “Antimatter atoms produced and trapped at CERN,” Symmetry Breaking, Nov. 17, 2010, “Se producen y atrapan átomos de antimateria en el CERN,” Ciencia Kanija, Nov. 18, 2010. En portada de Menéame ya apareció la noticia de Europa Press, “CERN: Atrapan por primera vez 38 átomos de antihidrógeno,” Nov. 17, 2010, y volvió a aparecer en portada gracias a Yuri, “38 antihidrogenitos,” La pizarra de Yuri, Nov. 21, 2010. Por supuesto, Yuri lo borda y no puedo hacerlo mejor (recomiendo encarecidamente la lectura de su artículo). Pero bueno, ya que en España estamos de “puente” y yo estoy afónico “encerrado” en casa, creo que merece la pena que le dedique una entrada a ALPHA y los antihidrógenos.

Antes de nada, ¡y el artículo técnico! Lo olvidaba: G. B. Andresen et al., “Trapped antihydrogen,” Nature 468: 673–676, 02 December 2010 (Published online 17 November 2010). Bueno, ya podemos empezar…

Fabricar antimateria ”caliente” es fácil, se hace todos los días en los aceleradores de partículas y en los escáneres PET (tomografía por emisión de positrones). Pero fabricar antimatiera ”fría” es mucho más difícil, ya que hay que enfriar la antimateria ”caliente” y para ello hay que atraparla. La ventaja de la antimateria ”fría” es que al estar prácticamente en reposo es fácil estudiar sus propiedades con mucho detalle. Cinco años han necesitado los físicos del experimento ALPHA del CERN para desarrollar una trampa magnética capaz de almacenar “muchos” átomos de antihidrógeno, atrapados uno a uno, durante “mucho” tiempo, aunque no el suficiente para viajar desde Ginebra a Roma (con la tecnología de transporte actual). “Muchos” entre comillas significa 38. “Mucho” entre comillas significa 172 milisegundos. Solo 38, ¡qué poquitos! Bueno para fabricar estos 38 antihidrógenos se han tenido que fabricar previamente 10 millones de antiprotones  y 700 millones de positrones (por cierto, un átomo de antihidrógeno está formado por un antiprotón en su núcleo y un positrón (antielectrón) que lo orbita). Como cualquiera puede comprender, fabricar 10 millones de antiprotones no es barato, pero para eso está ALPHA localizado en el CERN, para utilizar su infraestructura de “ciencia a lo grande.” Más aún, han tenido que repetir el experimento, paso a paso, 335 veces para lograr alcanzar la cifra récord de 38 antihidrógenos almacenados (en el resto de los experimentos se lograron almacenar menos de 38).

Los experimentos ATHENA y ATRAP ya fabricaron miles de átomos de antihidrógeno en 2002, pero estos antiátomos no fueron atrapados por trampas magnéticas, por lo que en pocos milisegundos se aniquilaban con los átomos de las paredes de sus contenedores. En el experimento ALPHA se ha desarrollado una trampa magnética específica y se ha logrado el récord de 38 antihidrógenos almacenados ¿Son suficientes 38 átomos para realizar experimentos espectroscópicos de alta precisión con el antihidrógeno? En realidad, no. Se estima que requieren al menos 100 antihidrógenos almacenados para mejorar las mejores medidas espectroscópicas actuales (obtenidas por otros procedimientos) y comprobar el teorema CPT. ¿Cuándo logrará ALPHA alcanzar este cifra? Supongo, no soy experto, que no tardarán mucho en lograrlo, es decir, uno o dos años. Aún así, con 38 antihidrógenos se pueden hacer muchas cosas. El experimento AEgIS del CERN estudiará el efecto de la gravedad sobre el antihidrógeno y si hay alguna diferencia respecto al hidrógeno convencional.

En la película “Ángeles y Demonios” se fabrican varios miligramos de antimateria que se envían al Vaticano, en Roma, de estraperlo. ¿Cuánto pesan 38 átomos de antihidrógeno? Exactamente lo mismo que 38 átomos de hidrógeno. ¿Cuántos átomos de hidrógeno hay en un miligramo? Hoy por hoy es imposible fabricar un miligramo de antihidrógeno en el CERN y atraparlo en una trampa magnética durante unos días, pero quien sabe si algún día será posible.

Duro varapalo contra el Tevatrón del Fermilab: colisiones en el LHC del CERN hasta finales de 2012

Cuando el río suena, piedras lleva. Nos lo ha comentado varias veces, de pasada, Tommaso Dorigo: si hay colisiones en el LHC del CERN durante 2012 (la decisión final se tomará a finales de enero de 2011 en Chamonix), no tiene ningún sentido financiar el Tevatrón del Fermilab hasta 2014 (aunque solo cueste 150 M$), máxime si la gran excusa es la búsqueda del bosón de Higgs y la SUSY. Y ahora nos lo vuelve a recordar Philip Gibbs: los rumores apuntan a que en Chamonix en enero se decidirá que el LHC funcione con colisiones a 8 TeV c.m., que se acumulen unos 7/fb de datos en 2011 y que no sea parado en 2012, como estaba planificado, sino que siga con colisiones durante 2012, hasta alcanzar unos 14/f b de datos. Si en enero se confirma, ya será casi imposible argumentar que el Tevatrón debe seguir en funcionamiento más allá de diciembre de 2011 (momento en que está planificado que deje de funcionar). ¿Por qué este cambio de planes? Bueno, en grandes laboratorios como el LHC del CERN los planes se hacen año a año y en función de como ha ido el año. Este año ha sido increíble. El LHC del CERN ha funcionado mucho mejor de lo esperado (en julio, incrementar la luminosidad de los haces de protones fue mucho más fácil de lo esperado y en noviembre se ha logrado alcanzar el doble de luminosidad pico de lo esperado). Por todo ello, las estimaciones para su comportamiento el año próximo parece que podrían ser mucho mejores de lo que se pensaba en enero de 2010. Y siendo así, la oportunidad es única para extender su funcionamiento hasta finales de 2012. Por ahora todo son deseos y conjeturas. Habrá que esperar a finales de enero para confirmarlas, pero muchos lo ven muy claro, el LHC del CERN funcionará en modo colisiones hasta las navidades de 2012 y se realizarán los arreglos necesarios para poder alcanzar con seguridad las colisiones a 14 TeV c.m. durante el año 2013.

“The Tevatron running has been suggested to be continued until 2014. All the ingredients for a heated debate are there: Europe vs US competition, the future of HEP at stake, struggle for funds, who gets to see the Higgs first. With the LHC we will be able to produce 20 more years of new finds and investigations of fundamental physics. Why focusing on 2014 and improbable claims?” Tommaso Dorigo. 

“CERN directorate is now proposing to extend the run to two years instead of just one, taking them to the end of 2012 before the long shutdown. It remains to be seen how this will affect the decision at Fermilab to continue their run. A meeting at Evian on the 7th-9th December will be used to go over the possibilities with final details to be hashed out at Chamonix in January.” Philip Gibbs.

La mecánica cuántica que le hubiera gustado conocer a Einstein

Una mecánica cuántica “realista” y  ”relativa” (que no relativista) es la propuesta de Griffiths (1984) y Gell-Mann y Hartle (1993) en la llamada Teoría Cuántica Consistente. Una mecánica cuántica muy al gusto de Einstein, bordeando las “paradojas” y con la complementaridad como principio fundacional. “Realista” porque los objetos tienen propiedades reales. “Relativa” porque la única forma de explorar/conocer/medir dichas propiedades es definiendo un “marco” y un marco solo permite explorar ciertas propiedades, pero no todas y no todas simultáneamente. Lo más importante, es que la Teoría Cuántica Consistente es solo una interpretación de la mecánica cuántica no relativista y conduce a los mismos resultados para todos los experimentos que ella. Lo que cambia es la interpretación, que podríamos llamar versión “realista” de la interpretación de Copenhaguee. Los objetos cuánticos tienen propiedades bien definidas pero para describirlas mediante una función de onda hay que utilizar un “marco” (que conlleva una base del espacio de Hilbert de estados) y el mismo sistema físico puede que tenga que ser descrito de forma complementaria por varios marcos diferentes. Las bases de un espacio de Hilbert son equivalentes entre sí, pero los marcos no lo son. La medida de las propiedades de un sistema físico “preparado” según cierto marco solo permite medir los atributos asociados a dicho marco. Cuando se cambia de marco, o si se utiliza otro marco diferente para medir, es como si la función de onda colapasara, pero no hay física (o dinámica) en este colapso, que es un mero artificio interpretativo (necesario para utilizar el concepto de función de onda para describir la realidad cuántica). ¿Cómo resuelve la teoría cuántica consistente el problema del gato de Schrödinger? Muy fácil. Hay (al menos) dos descripciones diferentes de este sistema en dos marcos diferentes. El marco unitario, en el que la función de onda (y los objetos) pueden estar en estados de superposición, y el marco macroscópico, en el que la superposición de estados no es aplicable. En el marco unitario no existe el concepto de “gato” (no se puede medir un “gato” ni se puede medir una superposición de dos estados de un gato). En el marco macroscópico existe el concepto de gato y un gato puede estar vivo o muerto, pero en este marco no se pueden realizar superposiciones, no hay estados vivo-muerto en los que un gato está a la vez vivo y muerto. Curiosa solución salomónica de la paradoja. Los interesados en los detalles matemáticos y físicos disfrutarán con P. C. Hohenberg (Department of Physics, New York University, NY, USA), “Colloquium: An introduction to consistent quantum theory,” Reviews of Modern Physics 82: 2835-2844, Oct.-Dec. 2010 [gratis en ArXiv]; versión resumida en inglés. El artículo discute el problema de la medida, el colapso de la función de onda, el entrelazamiento (entanglement), la decoherencia, las paradojas de Einstein-Podolsky-Rosen, las desigualdades de Bell y otras sutilezas en el contexto de la teoría cuántica consistente. El artículo me ha resultado una lectura refrescante y creo que los profesores de física cuántica disfrutarán con los argumentos (ideales para discutir en clase con los alumnos).

Un flaco favor para los jóvenes investigadores

Hay muchos investigadores jóvenes (postdocs) que creen que publicar un artículo en una revista de prestigio es más importante para su carrera académica que hacer ciencia de calidad per se. Hay muchos postdocs que pierden años enviando un artículo a una revista de alto impacto, que es rechazado de forma sistemática, pero que revisan una ya otra vez gastando muchos meses en esta tarea, en lugar de dedicarse a desarrollar nuevas ideas y a hacer ciencia de calidad. Es cierto que en la mayoría de los  países la financiación y la promoción de los investigadores jóvenes está condicionada a sus publicaciones en revistas de alto índice de impacto. Pero para la gente joven poner demasiado énfasis en la publicación en revistas de alto impacto es la mejor receta para acabar en un desastre, salvo excepciones. En el caso más extremo, provoca la tentación de falsificar los datos. Incluso para los que nunca lo harían, el mensaje es que el éxito en ciencia no es desarrollar ciencia de calidad sino publicar ciencia a cualquier precio. La hipocresía de las publicaciones, publicar en revistas por su índice de impacto y no por el contenido científico de lo que publican. Se olvida muy fácil que el índice de impacto se inventó para ayudar a los bibliotecarios a la hora de elegir las revistas que contratar. Se olvida que utilizarlo para evaluar la calidad de un investigador, un departamento o una institución académica es un claro ejemplo de efecto lateral y uso indebido de un concepto útil para lo suyo. Aunque las intenciones de los evaluadores sean las mejores posibles, nada bueno se puede esperar de una evaluación centrada en el índice de impacto. Todos estamos de acuerdo, supongo, pero a veces es necesario que nos lo recuerden, y nos lo recuerdan Eve Marder, Helmut Kettenmann, Sten Grillner, “Impacting our young,” Editorial, PNAS, Published ahead of print, November 22, 2010. Porque estas verdades a veces hay que recordarlas.