Para qué sirve encontrar un objeto perdido en la luna

La noticia “Descubren reflector láser soviético en La Luna, perdido durante 40 años,” aparecida en Menéame, nos dirige a la noticia de Richard A. Kerr, “ScienceShot: Decades-Old Soviet Reflector Spotted on the Moon,” Science Now, April 26, 2010, noticia que nos contó Susan Brown, “Lost Light from the Moon May Be Sent Astray by Dusty Reflectors,” UC San Diego News, April 15, 2010, que nos volvieron a contar, supongo que por si las moscas, tras el éxito en Science Now en Kim McDonald, “UC San Diego Physicists Locate Long Lost Soviet Reflector on Moon,” UC San Diego News, April 26, 2010.

El 22 de abril, gracias al Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA, se ha encontrado un vehículo lunar soviético (Lunokhod 1, que se lee/escribe en español como Lunojod) que aterrizó en la luna el 17 de noviembre de 1970, que tenía montado un retroreflector de esquina de fabricación francesa. Este vehículo se había perdido en la luna. El retroreflector está diseñado para reflejar cualquier señal luminosa que reciba en la misma dirección en la que fue enviada por lo que es ideal para medir la distancia entre la tierra y la luna con una precisión de centímetros. ¿Para qué sirve encontrar un objeto perdido como éste si ya hay otros reflectores puestos por los americanos de la NASA en la luna? Parece una tontería, pero al tener varios puntos en los que medir la distancia tierra-luna tenemos la posibilidad de triangular y de verificar con gran detalle la teoría de la gravedad. La de Newton y la de Einstein. Realmente es curioso que encontrar un reflector de espejo en esquina soviético perdido por los rusos nos permite estudiar la validez de la teoría de la relatividad general de Einstein para la gravedad. Realmente curioso. “A long-lost object on the Moon will help test general relativity,” Symmetry breaking, April 26, 2010.

El Lunojod 1 fue transportado a la Luna por la sonda Luna 17, y alunizó el 17 de noviembre de 1970. El pequeño vehículo poseía ocho ruedas, tenía una longitud de 2,22 m y 1,60 m de ancho y un peso de 756 kg. Teledirigido desde la Tierra, exploró ampliamente el Mare Imbrium (Mar de las Lluvias), realizando en casi un año de actividad más de 10 km de recorrido y transmitiendo a la Tierra más de 20 000 imágenes televisivas y 200 vistas panorámicas de una zona de más de 80 000 metros cuadrados. El reflector-láser diseñado y construido por especialistas franceses permitió obtener excelentes medidas de la distancia Tierra-Luna con una exactitud 100 veces superior a la de los métodos tradicionales de radio localización.

Durante 10 días lunares, el Lunojod 1 obedeció las órdenes dadas por el equipo de Tierra, superando con creces los 90 días terrestres que se estimaron de vida útil, dejando de obedecer a los técnicos en octubre de 1971, al finalizar su undécima noche lunar. La causa del cese de actividad de esta sonda, fue debido al agotamiento de la pila isotópica de la calefacción del equipo de instrumentos, con el consiguiente congelamiento del mismo.”

Desde que dejó de funcionar, muchos lo han tratado de encontrar en la luna, pero parecía imposible (sobre todo porque era buscado a varios kilómetros de distancia de donde realmente estaba). Salvo por este pequeño detalle, la misión fue todo un éxito. El retroreflector que utilizaba estaba formado por 14  reflectores en esquina, cada uno formado por un prisma que actúa como 3 espejos que forman la esquina de un cubo. Este tipo de reflector tiene la ventaja de que si recibe un rayo de luz en cierta dirección lo refleja exactamente en la misma dirección, independiente de la orientación que tenga el reflector. Este tipo de reflector funciona como un juego de niños, si lo piensas un poquito.

Es una gran noticia que se haya localizado y se puedan realizar experimentos con él, casi cualquiera puede hacerlo, como nos muestra el siguiente vídeo de Myth Busters que también explica el funcionamiento de este tipo de reflectores y más curiosidades sobre ellos.

Producción científica y revisión por pares a la velocidad de la luz

Parece imposible. O ya tenían preparados los borradores a falta de rellenar las tablas de datos o no se entiende. El 30 de marzo fueron las primeras colisiones a 7 TeV. Una semana más tarde ya había varios artículos enviados para publicación en revistas internacionales. El 14 de abril ya había 4 artículos aceptados para publicación en revistas internacionales y al menos otros 15 artículos adicionales en preparación. Más rápido parece imposible. Nos lo ha contado Sergio Bertolucci, Director de Investigación y Computación Científica del CERN, en una entrevista que le ha hecho Dan Drollette, “Peer-reviewed physics at the speed of light,” Symmetry breaking, April 30, 2010, entrevista para la revista International Science Grid This Week, April 28, 2010.

Drollette: We have heard that a lot of papers have already been published in the time since the start-up of the LHC. Is that right?

Bertolucci: Four papers on high-energy physics have already published, and 15 are in preparation as of today, April 14, all based on the collisions that just happened. One week after the first collisions, the first papers were published electronically. And these were all peer-reviewed.

¿Cómo lo han logrado? Según Bertolucci, las miles de personas que trabajan en cada experimento están divididas en pequeños proyectos o equipos que producen sus artículos de forma separada. Una vez escritos, se pasan dichos artículos al resto de los equipos para que los revisen de forma interna. Tras este proceso, un comité específico del CERN realiza la última revisión. El resultado es que la revisión interna es mucho más dura que la que cualquier revista internacional pueda realizar, por eso muchos revisores externos confían a pies juntillas en ella y realizan una revisión por pares anónima célere y efectiva. Bertolucci nos indica además que la revisión interna en el CERN es muy rápida ya que se realiza en paralelo y no en serie, de tal forma que en la mayoría de los casos se puede garantizar que la publicación de un resultado tarde sólo una semana desde que se realizaron las observaciones que la sustentan. ¡Increíble! Una máquina de publicar perfectamente engrasada…

¿Por qué publicar tan rápido? Bertolucci afirma, como Obama y su yes, we can, que “si podemos hacerlo, por qué no aprovecharse de ello.”

Bertolucci: The whole system sounds complex, but nonetheless is fast, as seen by one week between observation and publication.

Drollette: Why publish so fast?

Bertolucci: We have the capability to do it, so why not take advantage of it?

Algunos de vosostros se preguntará, en un artículo firmado por más de mil autores, ¿todos se han leído el artículo? ¿Quién lo ha escrito? ¿Quién sabe lo que cada uno ha aportado al artículo? ¿Importa? Tommaso Dorigo, como no, nos lo contó en “A Thought On Scientific Output Of Experimentalists In Large Collaborations,” A Quantum Diaries Survivor, April 8th 2010. Os recuerdo que él sabe lo que dice, Tommaso es miembro del experimento CMS del CERN y ha sido miembro del experimento CDF del Fermilab durante muchos años, además, ha formado parte del comité interno de revisión de artículos técnicos del Fermilab.

Tommaso tiene más de 440 artículos científicos, pero sólo ha escrito unos 20 de estos artículos, sólo ha contribuido significativamente en otros 20 o así, sólo ha ojeado unos 200, y ni siquiera se ha molestado en ojear los otros 200. Nos lo confiesa literalmente como sigue.

Dorigo: My publication list counts over 440 entries by now. But what that number means, it is not so clear – I edited about twenty of those papers, contributed significantly to another 20 or so, and barely read some other 200, while I have not even browsed through the remaining half.

El experimento CDF lleva 20 años produciendo artículos y ha producido unos 600 (el número exacto no importa en este ejemplo) cada uno de ellos con unos 600 autores, lo que indica que cada colaborador del experimento CDF ha producido el equivalente a un artículo/persona en 20 años. La física experimental a lo grande, big science, en instalaciones como el Fermilab o el CERN es así. Todo lo contrario a lo que ocurre con los grupos de físicos teóricos. Grupos pequeños, de 3 a 5 miembros, que producen uno o dos artículos al año.

Da que pensar…

PS (11 mayo 2010): También de recomendable lectura (y bien ilustrado con humor) Zachary Marshall, “I Wrote That!,” US/LHC Blogs, 11 May 2010.

Dos galaxias espirales en colisión fusionan sus superagujeros negros y forman una galaxia elíptica

Estas simulaciones muestran la fusión de dos galaxias espirales similares a la Vía Láctea, una de ellas con una masa doble de la otra, incluyendo la fusión final de sus respectivos superagujeros negros y la formacióin de una galaxia elíptica final, con una duración total de 2000 millones de años. Los discos galácticos iniciales están en equilibrio, con propiedades similares a las observadas, con una protuberancia esférica central, un superagujero negro central y un halo de materia oscura. Conforme los halos orbitan entre sí, las galaxias pierden momento cinético por fricción que adquiere la materia oscura, lo que provoca que acercen sus agujeros negros centrales hasta colisionar. Este proceso lleva mucho gas hacia el centro de cada galaxia por lo que los respectivos agujeros negros y su disco de acreción crecen. Dicha zona se convierte en una cuna de estrellas aunque se mantienen muy pequeños respecto al tamaño global de la galaxia, por lo que aparece una zona a su alrededor de gran formación de nuevas estrellas. Tras la fusión de los superagujeros negros, el gas que le rodea se calienta provocando un viento galáctivo que expulsa de forma explosiva el gas que está más frío. Cuando la formación de nuevas estrellas finaliza, el sistema se relaja y evoluciona hacia una galaxia elíptica típica. Las animaciones muestran la evolución del gas, cuya temperatura se codifica con colores de 104 K (azul) a ~106 K (rojo), y la evolución de las estrellas, cuya edad media se codifica con colores de  107 años (azul) a ~109 años (rojo). El brillo de los colores codifica la densidad estelar superficial, en escala logarítmica, claro. La página web del autor de la simulación, Philip F. Hopkins en la Universidad de Harvard (ahora está en la Universidad de California en Berkeley), incluye animaciones adicionales (formato AVI). El vídeo se realizó en colaboración con Volker Springel de la University de Heidelberg.

Las simulaciones por ordenador de la colisión entre galaxias nos presentan resultados que se parecen mucho a las imágenes de galaxias en colisión que nos ofrece el telescopio espacial Hubble de la NASA. Este vídeo muestra algunos ejemplos. En mi opinión, es realmente espectacular el parecido entre los resultados de las simulaciones por ordenador y las imágenes. La simulación es de Chris Mihos (Case Western Reserve University) y Lars Hernquist (Harvard University) y ha sido extraída de “Hubble Studies Different Stages in the Collision Between Galaxies.”

La dinámica de las colisiones galácticas está controlada fundamentalmente por la interacción entre sus superagujeros negros, como muestra esta simulación de Tiziana Di Matteo, Volker Springel, y Lars Hernquist. La simulación muestra la distribución del gas en las dos galaxias, con el color indicando la temperatura y el brillo la densidad. El vídeo está extraído de la web “Galaxy collisions awaken dormant black holes,” información complementaria del artículo técnico T. Di Matteo, V. Springel, L. Hernquist, “Energy Input from Quasars Regulates the Growth and Activity of Black Holes and Their Host Galaxies,” Nature 433: 604-607, 10 February 2005.

Todos estos vídeos y más aparecen en la “Video Gallery: Galactic Mergers,” Science 328: 576-578, 30 April 2010, que acompaña al artículo de Joel Primack, “Astronomy: Hidden Growth of Supermassive Black Holes in Galaxy Mergers,” Perspectives, Science 328: 576-578, 30 April 2010. Todo indica que la colisión de galaxias produce la fusión de sus superagujeros negros y la aparición de un cuásar que inicialmente está oculto por el gas y el polvo producido durante la colisión. Unos 100 millones de años más tarde, el cuásar se hace visible al emitir chorros transversales del material que lo oscurecía. Esta es la conclusión más importante del interesante artículo técnico de Ezequiel Treister et al., “Major Galaxy Mergers and the Growth of Supermassive Black Holes in Quasars,” Reports, Science 328: 600-602, 30 April 2010, que muchos ya conoceréis por que se publicó originalmente en Science Express el 25 de marzo de 2010.

La importancia de la firma de un “pope”

La producción y financiación de muchos grupos de investigación depende de la firma y del nombre del pope, del boss, del jefe, del IP, del investigador principal, sobre todo si es una superestrella. Todo el mundo lo sabe, pero ¿de verdad es verdad? Un estudio estadístico de Azoulay et., del MIT, lo ha demostrado empíricamente. Han estudiado 230 000 investigadores en facultades de medicina de EEUU, 10 000 de los cuales han sido calificados como miembros de la élite, superestrellas científicas, en función de 7 criterios profesionales objetivos. ¿Qué le pasa a un grupo de investigación cuando fallece su IP? Suena duro, pero también fallecen… En los últimos 20 años, han fallecido 112 investigadores de élite entre los 10 000 estudiados, ¿qué les ha pasado a sus grupos de investigación? Su productividad científica (en número y calidad de sus publicaciones) y su financiación anual ha descendido en casi un 10%. Mucho o poco, según se mire, según quien lo mire. Pertenecer a un grupo de investigación cuyo IP es un pope es una garantía que permite acceder a ciertos privilegios, tanto en financiación como en publicación de resultados científicos. Más claro, agua. El artículo técnico es Pierre Azoulay, Joshua S. Graff Zivin, Jialan Wang, “Superstar Extinction,” Quarterly Journal of Economics 125: 549-589, May 2010, y nos lo cuenta brevemente Gilbert Chin, “Economics: The Invisible College of Ideas,” Editor’s Choice, Science 328: 549,  30 April 2010.

La hipótesis de Némesis, el planeta X y la nube cometaria de Oort

La hipótesis de Némesis, propuesta en 1984, afirma que puede existir una estrella compañera del Sol, quizás una enana marrón, que cada 26 millones de años atraviesa la nube de Oort provocando una intensa lluvia de cometas sobre la Tierra, que provoca catástrofes como extinciones masivas de seres vivos. Nos lo recuerda José Manuel Nieves, “¿Un nuevo planeta gigante en el Sistema Solar?,” ABC.es, 28/04/2010 (visto en portada de Menéame), que se hace eco del artículo de John J. Matese y Daniel P. Whitmire, “Persistent Evidence of a Jovian Mass Solar Companion in the Oort Cloud,” ArXiv, 26 Apr 2010, que proponen la posible existencia de un planeta joviano (tipo Júpiter) en la parte exterior de la nube cometaria de Oort (más allá de Plutón). Este planeta podría tener una masa entre 1 y 4 veces la de Júpiter y estaría orbitando el Sol a una distancia de cerca de un año luz según un análisis estadístico de ciertas anomalías observadas en la población de cometas en la zona externa de la Nube de Oort. Caso de existir este planeta será fácilmente detectado por el satélite WISE (Explorador de Observación Infrarroja de Campo Amplio o Wide Field Infrared Explorer), que la NASA puso en órbita el  14 de diciembre de 2009. Las anomalías en la órbitas del 25% de 82 cometas de la nube de Oort ya fue estudiada por los mismos autores hace unos años, J. J. Matese, P. G. Whitman, D. P. Whitmire, “Cometary Evidence of a Massive Body in the Outer Oort Clouds,” Icarus 141: 354-366, October 1999, y J. B. Murray, “Arguments for the presence of a distant large undiscovered Solar system planet,” Mon. Not. R. Astron. Soc. 309: 31-34, 1999 [versión gratis].

Como nos indica José Manuel, estos autores no quieren que se confunda su hipótesis con Némesis y juran y perjuran que lo suyo es un planeta joviano, no una enana marrón. ¿Por qué si la mayoría de los astrónomos no ven demasiado clara las diferencias entre planetas jovianos pesados y enanas marrones ligeras? La razón quizás sea que la hipótesis de Némesis está asociada a cierto esoterismo (como que la NASA nos oculta la existencia de dicha enana marrón). De hecho, quizás por ello José Manuel Nieves se ha olvidado de otro artículo reciente que afirma apoyar la hipótesis de Némesis de Igor Yu. Potemine, “Giant Nemesis candidate HD 107914 / HIP 60503 for the perforation of Oort cloud,” ArXiv, 27 Mar 2010.

¿Cuáles son los límites actuales para la posible existencia de planetas y/o estrellas marrones en la región de la nube de Oort? Nos los detalla Lorenzo Iorio, “Constraints on planet X/Nemesis from Solar System’s inner dynamics,” Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 400: 346-353, 2009 [versión en ArXiv]. Estos límites, la verdad, limitan poco estas hipótesis y dejan la puerta abierta para todo tipo de conjeturas.

Yo me enteré de la hipótesis de Némesis en Investigación y Ciencia, abril de 2001, en un artículo de Daniel Grossman, “Perfiles. Richard Muller: un desastre tras otro,” que en inglés podemos leer en “One Disaster after Another. The father of the idea that a sibling of the sun periodically wreaks havoc on Earth finds inspiration in catastrophes,” Scientific American 30-31, February 2001. Muller se ha caracterizado por ofrecer gran número de “ideas locas” que han sido muy criticadas. Si James Bond tiene licencia para matar, Muller tiene licencia para acercarse a la parte esotérica de la astrofísica.

La hipótesis de Némesis tiene su origen en 1983, cuando el astrofísico Richard A. Muller, el “chico malo” de la astrofísica teórica, y su mentor, el Premio Nobel Luis W. Alvarez, se propusieron explicar la periodicidad de 26 millones de años para las extinciones de animales y plantas en la Tierra provocadas por la colisión de cometas que publicó Luis, ya emérito, con su hijo Walter y otros colegas, en la mismísima Science (Luis W. Alvarez, Walter Alvarez, Frank Asaro, Helen V. Michel, “Extraterrestrial Cause for the Cretaceous-Tertiary Extinction,” Science 208: 1095-1108, 6 June 1980). Como no, Muller no iba a ser menos, y publicó su trabajo en nada más y nada menos que Nature (Marc Davis, Piet Hut, Richard A. Muller, “Extinction of species by periodic comet showers,” Nature 308: 715-717, 19 April 1984). Una hipótesis apoyada por Science y Nature no es moco de pavo, aunque verse sobre una estrella enana marrón llamada Némesis que orbita el Sol en la nube de Oort y que causa periódicamente que la Tierra sufra una lluvia intensa de cometas. Una hipótesis que parece razonable ya que el 85% de las estrellas de la Vía Láctea tienen compañeras. Sin embargo, sin evidencias experimentales, como las que podrá obtener WISE, la hipótesis es sólo eso, una hipótesis y la mayoría de los astrónomos y astrofísicos piensan que esta hipótesis es poco razonable (y que se llegó a publicar en Science y Nature porque iba amparada por un Premio Nobel).

Hay muchísima información en la web sobre la hipótesis de Némesis (ver Menéame). Quizás por ello uno de los lectores de este blog me preguntó el año pasado en un comentario qué opinaba sobre la hipótesis de Némesis. ¿Qué opino? Que habrá que esperar qué tiene que decir al respecto WISE. La ciencia se construye a base de hipótesis descabelladas que son ratificadas o refutadas por los experimentos. Así que, tiempo al tiempo.

Publicado en Nature: Observada la transición de superfluido a supersólido en un estado condensado de Bose-Einstein excitada por superradiación

En 1954, Robert H. Dicke de la Universidad de Princeton, predijo la superradiación: una nube de átomos densa y muy alargada que es excitada con luz emite espontáneamete fotones a la largo del eje mayor de la nube, como un petardo o una bengala encendida en ambos extremos. La luz emitida es coherente, como la de un láser. Este fenómeno se confirmó utilizando condensados de Bose-Einstein (BEC). Ahora, Baumann y sus colegas han repetido este experimento dentro de una cavidad óptica (entre dos espejos) y han demostrado que la superradiación viene acompañada de una ruptura espontánea de la simetríaespacial, que implica una transición de fase de los átomos de un estado superfluido a un estado supersólido.  Algo tan sencillo como encerrar el BEC entre dos espejos incrementa la intensidad de la superradiación, gracias al rebote de los fotones emitidos entre los dos espejos de la cavidad. Nos lo cuentan Cheng Chin y Nathan Gemelke, “Quantum physics: Atoms in chequerboard order,” Nature 464: 1289–1290, 29 April 2010, haciéndose eco del artículo técnico de Kristian Baumann, Christine Guerlin, Ferdinand Brennecke, Tilman Esslinger, “Dicke quantum phase transition with a superfluid gas in an optical cavity,” Nature 464: 1301–1306, 29 April 2010.

Baumann et al. han mostrado que la interferencia entre la radiación incidente y la superradiación produce un conjunto de pozos de potencial a modo de tablero de ajedrez en el que se redistribuyen los átomos del BEC. En función de la fase relativa entre la luz incidente y la superradiación se observan dos modos diferentes en los que se pueden distribuir los átomos en la red cuadrada de pozos de potencial, como muestra la imagen que abre esta entrada. El fuerte acoplamiento entre los fotones y el condensado, según Baumann et al., introduce interacciones a larga distancia entre sus átomos, lo que provoca una transición de fase cuántica de Dicke hasta un estado supersólido. Las transiciones de fase cuánticas, a diferencia de las transiciones de fase convencionales, no son provocadas por cambios en la temperatura, sino por fluctuaciones cuánticas. La explicación detallada del fenómeno observado requiere futuros estudios. La interacción conjunta en un BEC de la superradiancia, la ruptura espontánea de la simetría espacial, una transición de fase cuántica y la supersolidez es fascinante y presagia un futuro muy prometedor en óptica cuántica. Este trabajo ha abierto la puerta al país de las maravillas cuánticas en átomos ultrafríos encerrados en cavidades ópticas.

Publicado en Nature: Un asteroide cubierto de hielo en el cinturón de asteroides entre Marte y Júpiter

El cinturón de asteroides está repleto de cuerpos rocosos que están tan cerca del Sol que parece imposible que puedan estar recubiertos de hielo. Sin embargo, desde Telescopio Infrarrojo en la cima del monte Mauna Kea, Hawai, dos equipos de investigadores han encontrado evidencias de hielo en la superficie de uno de los asteroides más grandes, el número 24 de la familia de asteroides llamada Themis. El espectro infrarrojo de Themis 24 mide la luz solar reflejada en su superficie y permite determinar la composición del material de la superficie del asteroide. Una línea de absorción en su espectro ha indicado la presencia de agua helada (una delgada capa sobre la superficie). Más aún, como Themis 24 rota sobre sí mismo cada 8’37 horas y se ha observado la misma línea de absorción en cuatro lecturas sucesivas, todo indica que Themis está completamente recubierto de hielo. Una cantidad de hielo tan grande en la superficie de un asteroide es una gran sorpresa para los astrónomos ya que la temperatura media en su superficie (entre 150 y 200 grados Kelvin) debe causar que dicho hielo se sublime en unos pocos años. La única explicación es que la capa de escarcha es continuamente generada por una lenta liberación de vapor de agua desde el interior de Themis 24. Obviamente una hipótesis que parece descabellada. Si este descubrimiento se confirma con estudios posteriores, supondrá un cambio profundo significativo en la manera en que entendemos la física de los pequeños cuerpos del sistema solar. Hsieh califica estos estudios de paleontología cósmica: en Themis 24 los científicos han descubierto el equivalente astronómico de un celacanto, un pez prehistórico que se creía extinto hasta que uno fue rescatado del mar en 1938 en Sudáfrica. Themis 24 representa un ventana “viva” hacia los orígenes del sistema solar en forma de hielo que, según todo el mundo cree, debería haber desaparecido hace mucho tiempo. Themis nos ofrece pistas muy interesantes sobre el surgimiento del agua líquida en la superficie de la Tierra. Habrá que estar al loro de lo que se descubra en este campo en un futuro próximo. Nos lo ha contado Henry H. Hsieh, “Asteroids: A frosty finding,” News and Views, Nature 464: 1286–1287, 29 April 2010, haciéndose eco de los artículos técnicos Humberto Campins et al., “Water ice and organics on the surface of the asteroid 24 Themis,” Nature 464: 1320–1321, 29 April 2010, y Andrew S. Rivkin, Joshua P. Emery, “Detection of ice and organics on an asteroidal surface,” Nature 464: 1322–1323, 29 April 2010. Uno de los investigadores del primer artículo es español, Javier Licandro del Instituto de Astrofísica de Canarias y de la Universidad de La Laguna.

La noticia del descubrimiento ya apareció en muchos medios, por ejemplo, en Ron Cowen, “Ice confirmed on an asteroid. Frozen water leaves its signature over the entire surface of the asteroid 24 Themis,” Science News, 176: 9, November 7th, 2009 [visto en su momento en Menéame].

PS (30 abr. 2010): A propósito de esta noticia, os recomiendo la lectura de César, “La falta de rigor en la comunicación de la ciencia: el caso del hielo en 24 Themis,” Experiencia docet, viernes 30 de abril de 2010.

Publicado en Nature: Un estudio confirma que los gemelos tienen genoma y transcriptoma idéntico, pero no epigenoma idéntico

Todo el mundo sabe que los gemelos monocigóticos (o univitelinos) tienen idéntico genoma ya que nacieron del mismo óvulo. Pero, ¿alguien lo ha comprobado? Sorprendentemente, se publica hoy en Nature la primera comprobación de que dos gemelas, una con esclerosis múltiple (EM) y la otra sin ella, tienen idéntico genoma hasta donde la tecnología de secuenciación genómica actual permite verificar. Tienen idénticos genes y expresan los mismos genes. Sin embargo, cómo es posible que una de ellas tenga EM y la otra no (el origen genético de EM parece bastante documentado). Los científicos han encontrado pequeñas diferencias en el epigenoma (lo que se hereda que no está en el ADN) entre ambas gemelas, pero estas diferencias no parecen suficientes para explicar la aparición de EM en una de las gemelas. Entonces, si ni el genoma, ni el transcriptoma, ni el epigenoma son la causa, ¿cuál es la posible causa? Sergio Baranzini, de la Universidad de California, San Francisco, y Stephen Kingsmore, del Centro Nacional para Recursos Genómicos, Santa Fé, Nuevo México, creen que la diferencia es la exposición al entorno. El mismo genoma expuesto a dos entornos diferentes, uno de ellos susceptible de provocar la aparición de la EM, parece la mejor explicación posible. Realmente curioso para quienes piensan que la medicina genética es la panacea de la medicina. Nos lo cuenta Alla Katsnelson, “Twin study surveys genome for cause of multiple sclerosis. Mapping milestone emphasizes complexity of disease,” News, Nature 464: 1259, Published online 28 April 2010, quien se hace eco del artículo técnico de Sergio E. Baranzini et al., “Genome, epigenome and RNA sequences of monozygotic twins discordant for multiple sclerosis,” Nature 464: 1351–1356, 29 April 2010.

Publicado en Science: Confirmación definitiva que la comunicación extracelular mediante cAMP inicia la agregación de las amebas sociales Dictyostelium

La ameba social, Dictyostelium discoideum, forma agregados multicelulares en forma de esporas cuando el alimento escasea que se descompone en células individuales cuando vuelve a estar disponible. Un nuevo estudio muestra los detalles bioquímicos de este proceso. Una ameba sintetiza de forma periódica AMP cíclico (cAMP) que segrega al medio extracelular para comunicarse con otras amebas y excitar en ellas una actividad similar, que en cadena, acaba provocando que todas estas amebas decidan agregarse formando una espora multicelular. El vídeo que abre esta entrada muestra este proceso gracias a imágenes por fluorescencia (se han marcado las moléculas de cAMP con moléculas fluorescentes de YFP). En el vídeo se muestran unas 180 amebas en una región de unos 0’42 mm cuadrados. Los flashes que parpadean en el vídeo corresponden a las oscilaciones transitorias en la concentración de cAMP citoplasmática (en el interior de la membrada de cada ameba). Más información en la página web de los autores. El artículo técnico es Thomas Gregor, Koichi Fujimoto, Noritaka Masaki, Satoshi Sawai, “The Onset of Collective Behavior in Social Amoebae,” Science, 22 April 2010.
 
Realmente es curioso comprobar los grandes avances que se han realizado en el conocimiento sobre el comportamiento social de la ameba Dictyostelium desde los trabajos pioneros en 1947 de John Bonner, ahora profesor emérito de la Universidad de Princeton. Hace 60 años, Bonner filmó por primera vez el comportamiento social de esta ameba (como muestra el vídeo de más abajo) y sólo ahora ha sido posible comprender los detalles bioquímicos de este proceso de agregación. Alguien me dirá, ¿cómo que ahora? Eso ya se sabía desde hace muchos años. Es cierto, la hipótesis de que el cAMP era el mensajero de la comunicación que iniciaba la formación de las esporas es ya clásica, se había propuesto en los 1970, pero sólo ahora ha recibido una confirmación experimental definitiva. Así es la ciencia. Una hipótesis, por muy plausible que sea, es sólo eso, una hipótesis, hasta que recibe una confirmación definitiva, una confirmación fuera de toda duda. Todos ya lo habíamos escuchado muchas veces, todos ya lo sabíamos, pero sólo ahora se ha confirmado definitivamente y por eso el artículo ha merecido publicarse en la prestigiosa Science.

Cuando los árboles no dejan ver el bosque… o la autosemejanza de la distribución de árboles en un bosque

Proclamar que un fenómeno es fractal parece que está mal visto así que muchos ahora utilizan el término autosemejante. Pero en el fondo es prácticamente lo mismo, una ley de potencias. ¿Es autosemejante la distribución de tamaños de árboles en un bosque? Filippo Simini et al., “Self-similarity and scaling in forest communities,” PNAS 107: 7658-7662, April 27, 2010, nos presentan un modelo ecológico sencillo en extremo, un modelo matemático resoluble de forma exacta, que explica la relación entre el tamaño de la copa de un árbol en un bosque y la disponibilidad o abundancia de recursos en el mismo. Una ley de potencias en su expresión más pura. Más sencillo es casi imposible. Me sorprende y me admira. Máxime cuando los autores afirman que el exponente de su ley de potencias, que confirman estudios previos obtenidos experimentalmente, puede ser utilizado para predecir la efectos antropogénicos en los bosques. Su ley describe los bosques en su estado natural. Si un bosque no sigue su ley es que algo pasa. A veces los árboles no dejan ver el bosque… y a veces los artículos en PNAS no dejan de sorprenderme.

Hablando de fractales, en el mismo número de PNAS el artículo de Gergely Palla et al., “Multifractal network generator,” PNAS 107: 17 7640-7645, April 27, 2010, nos indica cómo generar por ordenador una red (o un grafo) con propiedades concretas de multifractalidad. Estos grafos pueden ser muy útiles para verificar o contrastar hipótesis sobre la fractalidad o autosemejanza de datos experimentales concretos. Una herramienta, a priori, de gran utilidad para ecólogos, biólogos, informáticos y otros científicos interesados en sistemas complejos, hoy tan de moda. ¿Qué pasaría si contrastamos el modelo de Simini et al. con estas redes? Supongo que nadie se molestará en hacerlo, por si las moscas…