Cuatro micrófonos son suficientes para oír la forma de una habitación

Dibujo20130723 portal Lausanne cathedral - microphone array - Floor plan

Se publica en PNAS la solución a un problema clásico en acústica, cuántos micrófonos son necesarios para oír la forma de una habitación tridimensional utilizando los sonidos generados por un altavoz. La respuesta es al menos cuatro (con probabilidad uno y para una habitación poliédrica convexa). Como los autores del artículo son de la Escuela Politécnica Federal de Lausana, Suiza, han ilustrado su algoritmo con la Catedral de Lausana. Los sonidos se reflejan en las paredes y forman ecos que son recogidos por los micrófonos y etiquetados por el nuevo algoritmo, lo que permiten reconstruir la forma tridimensional de la habitación. Se necesitan al menos cuatro micrófonos porque con menos pueden aparecer “ecos fantasmas” que parecen provenir de una pared “fantasma” (que no existe). Quizás pienses que es más fácil ver la forma tridimensional de la habitación que oírla, pero la técnica permite detectar objetos o personas en movimiento dentro de la habitación, luego si se usan ultrasonidos puede tener aplicaciones prácticas muy curiosas. Por supuesto, lo más interesante del trabajo técnico es la demostración matemática y el algoritmo desarrollado, que se basan en álgebra lineal y será disfrutado por muchos matemáticos. Nos lo ha contado Mark D. Plumbley, “Hearing the shape of a room,” PNAS 110: 12162–12163, 23 Jul 2013, que se hace eco del artículo técnico de Ivan Dokmanić, Reza Parhizkar, Andreas Walther, Yue M. Lu, Martin Vetterli, “Acoustic echoes reveal room shape,” PNAS 110: 12186-12191, 23 Jul 2013.

Sigue leyendo

El coste enzimático de la eficiencia en el metabolismo energético

Dibujo20130605 structural differences between ED and EMP glycolytic pathways

Todo el mundo sabe que el coste de una obra de teatro además del trabajo de los actores incluye a mucho personal entre bambalinas. El coste termodinámico de una ruta metabólica también incluye un coste entre bambalinas, el coste proteómico de la síntesis de sus enzimas. Nos lo recuerda un nuevo artículo en PNAS que estudia en procariotas la ruta metabólica de la glucólisis, la síntesis de energía (moléculas de ATP) oxidando glucosa. La ruta metabólica estándar para la glucólisis es la de Embden-Meyerhoff-Parnass (EMP), que contiene 10 reacciones enzimáticas y cuyo producto son dos moléculas de ATP. Sin embargo, hay otras rutas para la glucólisis en procariotas, siendo la más común la ruta de Entner-Doudoroff (ED), que produce una sola molécula de ATP, pero sólo tiene 6 reacciones enzimáticas. Avi Flamholz (Instituto Weizmann de Ciencia, Rehovot, Israel) y sus colegas afirman que la prevalencia de la ruta ED en procariotas es debido a que requiere menos enzimas (6 en lugar de 10); este resultado lo han obtenido tras un análisis termodinámico de la cinética química de estas rutas metabólicas que incluye el coste termodinámico de la producción de las enzimas (normalmente despreciado en este tipo de análisis). El nuevo estudio nos recuerda que las bambalinas también existen en el metabolismo celular. Nos lo cuentan Arion I. Stettner, Daniel Segrè, “The cost of efficiency in energy metabolism,” PNAS, AOP May 31, 2013, quienes se hacen eco del artículo técnico de Avi Flamholz et al., “Glycolytic strategy as a tradeoff between energy yield and protein cost,”PNAS, AOP Apr 29, 2013.

Sigue leyendo

La dinámica caótica del aprendizaje del ajedrez

Dibujo20130211 Complex learning dynamics showing strategy trajectories

¿Por qué aprender a jugar bien al ajedrez es tan difícil? Un nuevo estudio afirma que la razón podría ser que la dinámica del aprendizaje por refuerzo de estos juegos bipersonales es caótica (está caracterizada por un atractor extraño). Las estrategias de juego aprendidas se comportan como órbitas (trayectorias) del sistema dinámico y son impredecibles debido su gran sensibilidad a los detalles del proceso (pequeños cambios en el proceso de aprendizaje conducen a grandes cambios en el resultado final) ). El estudio de Tobias Galla (Universidad de Mánchester, GB) y J. Doyne Farmer (Universidad de Oxford, GB; Instituto de Santa Fe, Nuevo México, EEUU), publicado en PNAS, ha consistido en la simulación por ordenador de miles de juegos de dos jugadores en los que se simulaba la toma de decisiones propia de una persona. Obviamente, eran juegos muy sencillos, pero los autores creen que si se observa la dinámica caótica para juegos tan sencillos también se debería observar en juegos más complejos (como el ajedrez o el póker). Como siempre, el nicho natural de la teoría de juegos son los mercados financieros, por ello los autores creen que su estudio podría tener implicaciones socioeconómicas; quizás los mercados son impredecibles debido a que aprender cómo evolucionan está controlado por una dinámica caótica. El artículo técnico es Tobias Gallaa, J. Doyne Farmer, “Complex dynamics in learning complicated games,” PNAS 110: 1232-1236, Jan 22, 2013. Vía “Una explicación científica para la imposibilidad de dominar por completo algunos juegos,” CORDIS, Jan 11, 2013.

En teoría, basta medir 293 metabolitos para conocer el estado de los 2763 de una célula humana

Dibujo20130131 inference diagram - example metabolic network

El metaboloma humano (H. sapiens) comprende 5.283 reacciones bioquímicas que relacionan 2.763 metabolitos con una red metabólica de 21.026 conexiones. Para reconstruir el estado completo de esta red metabólica, es decir, la concentración de todos los metabolitos, ¿cuántas concentraciones de metabolitos hay que medir en laboratorio? La respuesta es 293 (para S. cerevisiae bastan 99 y para E. coli solo 96). ¿Sólo 293 permiten reconstruir el valor de 2.763? Así es, en teoría, claro, pues en la práctica que se pueda hacer no significa que sea factible lograrlo. Lo afirma un nuevo artículo interesantísimo de Albert-László Barabási y dos colegas que estudia la observabilidad (según la teoría del control) de redes metabólicas y de regulación génica. Todo biólogo matemático, o matemático biólogo, debería leer este artículo (tanto si trabaja con datos in silico como, y sobre todo, in vivo). El artículo técnico es Yang-Yu Liu, Jean-Jacques Slotine, Albert-László Barabási, “Observability of complex systems,” PNAS Early Edition, Jan 28, 2013. A los biólogos que tengan dificultades a la hora de entender el concepto de derivada de Lie y el jacobiano correspondiente les recomiendo consultar a cualquier matemático, o si no tienen ninguno a mano estudiar la tesis de licenciatura de Milena Anguelova, “Nonlinear Observability and Identi ability: General Theory and a Case Study of a Kinetic Model for S. cerevisiae,” Department of Mathematics, Chalmers University of Technology and Göteborg University, April 2004 [pdf].

Sigue leyendo

Al final, nadie puede luchar contra los elementos…

Y Margulis es todo un elemento. Los editores de PNAS no pueden luchar contra las “naves” de Margulis. Nos hicimos eco en “Lo siento, Margulis, el artículo sobre la evolución más polémico del año no aparecerá publicado en PNAS,” de que los editores de PNAS querían paralizar la publicación en papel de un polémico artículo “colado” por Margulis utilizando una puerta trasera y que ya había aparecido online. Desafortunadamente, dicho proceso afectó a un artículo de la propia Margulis que también iba a tener problemas para ser publicado (tampoco pasó por un proceso de revisión por pares o peer review). Sin embargo, Margulis es mucha Margulis y los editores han tenido que echarse para atrás. No pueden luchar contra los elementos… Si Margulis, miembro de la Academia Americana de Ciencias quiere que se publiquen se tienen que publicar por “cojones” (sin necesidad de revisores que los avalen). Así son las reglas y lo serán hasta el próximo verano. Pero este año, las reglas no se pueden cambiar. Así que los editores han dado su brazo a torcer, se han metido el rabo entre las piernas y han aceptado que ambos artículos aparezcan en la versión de PNAS en papel de la próxima semana (ya están online). Tanto el polémico artículo de Donald I. Williamson, “Caterpillars evolved from onychophorans by hybridogenesis,” PNAS published online before print August 28, 2009, como el artículo más “estándar” de Øystein Brorson, Sverre-Henning Brorson, John Scythes, James MacAllister, Andrew Wier, y Lynn Margulis, “Destruction of spirochete Borrelia burgdorferi round-body propagules (RBs) by the antibiotic Tigecycline,” PNAS published online before print October 20, 2009.

Rectificar es de sabios, dirán algunos, pero al comité editorial de la revista PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) no les tiene que haber hecho ninguna gracia que los ninguneen. El editor principal Randy Schekman tras generar una disputa con la “señora” Lynn Margulis, bióloga celular de la Universidad de Massachusetts, Amherst, EEUU, ha tenido que comerse su lengua y reconocer que la palabra de un Académico es la palabra de un Académico y si dice que sus artículos se deben aceptar sin revisores, serán aceptados sin revisores, que quien no corre vuela y el año que viene ya no podrá hacerlo. ¡Cosas de los americanos!

¿Cuántos más papers colará Margulis en PNAS de aquí hasta que ya no se pueda hacer?

Sabiendo que muchos lectores de este blog son amantes de los libros de divulgación de Margulis (“¿Qué es la vida?” junto a su hijo es buenísimo), quisiera hacer constar que no tengo nada en contra de esta señora. Lo único que me molesta es que le moleste que sus artículos pasen por revisores sabiendo que con toda seguridad se los van a aceptar sin problemas. Sobre todo tras apoyar un artículo polémico y enconarse con el editor principal de PNAS. ¿Qué sentido tiene que ponga sus “cojones” por delante? ¿No es el avance de la ciencia el objetivo de las publicaciones científicas?