miércoles, 29 de agosto de 2007

Jugando con nuestros fantasmas, tocándonos las narices

Cuando oímos hablar de un miembro fantasma pensamos inmediatamente en alguien que, a pesar, de haber perdido un brazo o una pierna, la sigue sintiendo como suya (más información en una entrada anterior). Durante mucho tiempo se pensó que una persona con todos sus miembros intactos no podría sentir estas alteraciones, pero el neurólogo V. S. Ramachandran, con un par de sencillos experimentos demostró que cualquiera podía alterar la representación de su cuerpo en su mente llegando a sentir que su nariz mide un metro o que una mano de goma forma parte de su cuerpo. Por suerte, para realizar estos experimentos no se necesita ningún instrumento sofisticado, simplemente la ayuda de un par de amigos, así que veamos como llevarlos a cabo.



El experimento se basa en que, a pesar de lo que nuestra intuición nos asegura, la representación que tenemos de nuestro cuerpo en nuestra mente se puede alterar fácilmente. La descripción original de los tres experimentos se encuentra en la trascripción de una conferencia impartida por el investigador y en el magnífico libro "Fantasmas en el cerebro".



Para el primer experimento se necesita un sujeto, llamémosle Adrián, y dos ayudantes, Bea y Carlos. Todo lo que Adrián debe hacer es sentarse en una silla con los ojos vendados y Bea se sentará en una segunda silla delante de él. Ambas sillas no deben estar enfrentadas sino una detrás de otra y alineadas en el mismo sentido. A continuación, Carlos, que se situará junto a ambos, debe agarrar la mano derecha de Adrián y hacer que su dedo índice toque la nariz de Bea en una secuencia de golpecitos aleatorios. Al mismo tiempo, Carlos con su mano izquierda debe dar los mismos golpecitos en la nariz de Adrián. Es muy importante que los golpes sigan una secuencia aleatoria, cuando más impredecible sea la secuencia más intensa será la ilusión, y que los toques del dedo de Adrián en la nariz de Bea y del dedo de Carlos en la nariz de Adrián sean simultáneos. Con algo de suerte a los 30 o 40 segundos Adrián sentirá que ,o bien su nariz se ha alargado hasta medir un metro, o que se le ha separado del cuerpo y que se encuentra flotando un metro más allá de su cara. El investigador probó el experimento en 18 individuos y 12 sintieron la extraña distorsión de su cuerpo.
La alucinación se basa en que el cerebro de Adrián está detectando unos golpes en su nariz y, al mismo tiempo, detecta que se está golpeando con su dedo índice una nariz. Si los toques son aleatorios e impredecibles concluye que si le están tocando la nariz y él está tocando una nariz necesariamente ambas narices deben ser la misma y deforma la representación interior que tiene de su cuerpo para que todo siga cuadrando.



Una vez conseguido que una persona sienta la nariz de otro como si fuese suya, el neurólogo decidió ir más allá, concretamente hasta una tienda de artículos de broma, y allí compró una mano de goma. En el segundo experimento se pretende conseguir que el sujeto sienta que esta mano de goma forma parte de su cuerpo. En esta ocasión, además de la mano de goma, se necesita un ayudante y una pared de cartón de 60 x 60 cm. Adrián debe sentarse junto a una mesa y debe situar su mano derecha detrás de la pared vertical de cartón, de forma que no pueda verla. La mano de goma se colocará justo delante del cartón para que quede bien visible frente a Adrián. Todo lo que debe hacer Carlos es golpear suavemente la mano de Adrián y la mano de goma en puntos equivalentes siguiendo una secuencia, que de nuevo debe ser aleatoria. Además es muy importante que Adrián no vea los movimientos de la mano de Carlos oculta tras el cartón. Si hay suerte, a los pocos segundos Adrián comenzará a sentir que la mano de goma forma parte de su propio cuerpo y que Carlos le está golpeando su mano de goma.



En el último experimento Ramachandran decidió probar si era necesario que el elemento que iba a ser integrado en la imagen mental debía, necesariamente, guardar un parecido anatómico con el miembro que se iba a sustituir. Para ello, simplemente, sustituyó la mano de goma del experimento anterior por un zapato y repitió el experimento. Por sorprendente que pueda parecer el resultado fue que el sujeto integró el zapato como parte de su propio cuerpo. Según describe el investigador incluso consiguió hacer sentir al sujeto que la propia mesa formaba parte de su cuerpo cuando escondió la mano del sujeto bajo la mesa y los golpes simultáneos se dieron en la mesa y en la mano.



Sorprende que la imagen mental que tenemos de nuestro cuerpo y que nos ha acompañado de forma estable desde la infancia se pueda alterar tan groseramente con una simple secuencia del golpes. Al parecer, esta imagen corporal es una construcción interna totalmente transitoria actualizada segundo a segundo. A pesar de que conscientemente sabemos que la nariz, el zapato o la mano de goma no pertenecen a nuestro cuerpo el procesamiento inconsciente de la información sensorial que se realiza en nuestra mente nos induce a sentir como propio algo absurdo. Tan sólo resta añadir que mientras preparo una entrada sobre como conseguir hacer a un sujeto sentir que se encuentra fuera de su propio cuerpo con un equipo de realidad virtual y unas cuantas palmaditas quedo a la espera de las noticias de algún lector temerario que quiera compartir sus experiencias.

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lunes, 27 de agosto de 2007

Ingeniería genética, corta y pega molecular

En los años 70 del pasado siglo se desarrolló una tecnología que ha revolucionado, entre otras ramas de la ciencia: la medicina, la biología, la agronomía e, incluso, la historia. La base fundamental de la ingeniería genética se basa en disponer de herramientas que permiten cortar y pegar genes. Lo que implica cortar con precisión dos enlaces químicos en una molécula que mide 2.6 nanómetros de ancho, es decir, es 20.000 veces más fina que un cabello, y tiene, en el caso del cromosoma humano número 1, una longitud de 220 millones de pares de bases. Nos enfrentamos pues a cortar un segmento concreto en un collar que tiene 220 millones de cuentas y una anchura de dimensiones moleculares, para, a continuación, pegarlo en un nuevo collar de similar tamaño. Y, además, esto debe hacerse con una precisión de una sola base en millones de moléculas idénticas. A pesar de lo que se podría pensar a priori, se ha conseguido que el proceso sea muy sencillo y en cualquier laboratorio de genética del mundo se lleva a cabo rutinariamente. ¿Cómo lo hacen?



Antes de comenzar aclarar que he escrito esta entrada para intentar aclarar alguna de las dudas que una entrada anterior suscitó en Jacob y espero, por supuesto, que genere otras nuevas.



Para poder cortar y pegar ADN se necesitan, evidentemente, dos elementos, ADN y una caja de herramientas molecular. Lo primero ya sabemos como obtenerlo y ahora se trata de echar un vistazo en la caja de herramientas que los biólogos guardan en la nevera. Como no podría ser de otro modo, los instrumentos necesarios para cortar moléculas deben, a su vez, tener un tamaño molecular y, efectivamente, son moléculas, concretamente proteínas bacterianas.
Una de las más utilizadas se denomina EcoRI y se extrae a partir de Escherichia coli. Podríamos ser mal pensados y preguntarnos por qué como fuente de una tecnología que iba a hacer que las siglas ADN apareciesen hasta en la sopa se buscó una bacteria presente predominantemente en la caca (podría haber escrito heces o mierda, pero no lo he hecho porque pretendo que este blog siga siendo teniendo la etiqueta de "Para todos los públicos"). Pero no vaya a pensar que el científico que descubrió la proteína era un coprófago irredento, simplemente E. coli es uno de los organismos más estudiados por la biología.


¿Pero para que quería la bacteria tener una proteína capaz de pulverizar el ADN reduciéndolo a pequeños fragmentos? La proteína EcoRI, es, en realidad, parte de un sistema de defensa del bichito. Cuando un virus intenta infectar una célula, ya sea ésta una bacteria o una célula humana, lo primero que debe hacer es introducir su ADN en la célula y activar las instrucciones codificadas en él para hacerse con el control de la maquinaria celular. Un equivalente humano de lo anterior sería ir a un edificio en construcción, golpear al jefe de obra y sustituirlo, para llevarse a la cuadrilla de albañiles a construirnos un chalé en la sierra mostrándoles unos planos falsos. Para defenderse de estos ataques en los que las instrucciones se sustituyen lo que hacen las células es pulverizar las instrucciones ajenas en cuanto las detectan. Este es el papel de EcoRI, cuando un virus introduce su ADN en la célula EcoRI reconoce que el ADN es extraño y lo corta en pequeños fragmentos. Por supuesto, el sistema de defensa es algo más complejo ya que si EcoRI cortase cualquier fragmento de ADN la célula se quedaría sin sus instrucciones genéticas. Para evitarlo hay otras proteínas que se encargan de modificar ligeramente el ADN celular para que no se pueda confundir con el vírico, pero esto es otra historia que deberá ser contada en otra ocasión. Otro detalle importante sobre esta proteína es que no corta el ADN por cualquier punto, sólo lo hace cuando encuentra la secuencia de nucleótidos GAATTC (Para saber más sobre qué es una secuencia de nucleótidos ver la entrada sobre el código genético). Dicho sea de paso, estas proteínas que catalizan reacciones en el interior de la célula son en realidad enzimas químicos y, por eso, en un alarde de originalidad se les denominó enzimas.



Una vez que tenemos aislada la enzima, EcoRI ¿qué podemos hacer con ella? Si la añadimos a un ADN con la secuencia GAATTC en él será cortado rápida y eficientemente. Este descubrimiento constituyó la base de la moderna genética molecular y les valió a tres microbiólogos el premio Nobel de medicina de 1978. Más tarde se continuó buscando otras enzimas que cortasen otras secuencias distintas, lo que permite elegir el punto de corte a lo largo de la interminable cadena de ADN simplemente eligiendo la enzima. A todas estas proteínas se les denominó enzimas de restricción y hasta el momento de escribir esta entrada se han encontrado más de 3800. Actualmente no es necesario purificarlas a partir de las bacterias en las que se encontraron, para conseguirlas simplemente hay que consultar un catálogo y pedirlas por teléfono.


Para que la tecnología funcione necesitamos, además de enzimas para cortar, enzimas para pegar. Por fortuna las bacterias además de tener enzimas para cortar también tienen otros enzimas llamados ligasas que unen el dos fragmentos de ADN. El proceso completo para, por ejemplo, introducir el gen que hace luminiscente a la luciérnaga en una planta de tabaco, consiguiendo de este modo una bonita planta que brilla en la oscuridad, se reduce básicamente a cortar el ADN del insecto con un enzima, pegar el gen de interés, utilizando una ligasa, a un fragmento de ADN bacteriano e introducirlo en la células de la planta por las buenas o por las malas.



Por supuesto, la tipología y la variedad de herramientas disponible la caja de herramientas de un investigador actual mucho más amplia de lo que se ha visto en esta entrada, tan sólo he explicado sucintamente, las herramientas que, históricamente, propiciaron la explosión tecnológica que representó la ingeniería genética, para otras entradas quedan los métodos por los que se pueden separar los fragmentos de ADN cortados utilizando moldes de comida china, los minicromosomas bacterianos que nos han permitido convertir a las bacterias en trabajadores esclavos o las enzimas que han obrado el milagro de la multiplicación de los panes y los peces.

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viernes, 24 de agosto de 2007

Mecánica cuántica: olas, balas y desconcierto

Supongo que después ver las palabras mecánica y cuántica, una tras otra, la mitad de los lectores ha decidido cerrar la página y volver a pasarse por Aristarcos otro día. Les recomiendo que lo hagan porque si aguantan hasta el final les prometo asomarnos a uno de los asombros más grandes que he encontrado en este gran cosmos. Y además, les aseguro que no voy a utilizar, términos técnicos difíciles de comprender, ni hacer uso de matemáticas avanzadas.


No vamos a intentar comprender el universo cuántico ni las matemáticas utilizadas en su descripción, ya que, por desgracia, lo ignoro todo al respecto. Simplemente siguiendo los pasos de Feynman en una de sus "Seis piezas fáciles" vamos a observar cuales son los resultados de un experimento mental en el que se lanzan electrones contra una pared con varios agujeros, lo cual no es tan extraño como pudiera parecer, cualquier tubo de rayos catódicos es un dispositivo de lanzar electrones contra una pared fluorescente e hipnótica.




Supongamos primero que realizamos el experimento con balas. Tenemos una ametralladora que dispara balas contra una pared impenetrable. Estas balas podrán a travesar la pared si llegan a un agujero presente en ella. Una vez en el agujero, la bala puede ser desviada al chocar contra los bordes del mismo. Tras la primera pared se encuentra otra de madera en la que se pueden contar las balas que han impactado en cada punto. De hecho, si se representa el número de balas que llegan a cada punto de la pared de detección, se obtendrá una curva similar a la de la figura A. De este modo, hemos respondido a la cuestión, ¿cuál es la probabilidad de que una bala que ha pasado por un agujero acabe en un punto concreto de la segunda pared? Evidentemente si ahora abrimos un segundo agujero y cerramos el primero obtendremos una curva similar desplazada respecto a la anterior (figura B). Y, por supuesto, la probabilidad con ambos agujeros abiertos a la vez es la suma de las dos probabilidades anteriores ya que las balas deben haber pasado por uno o por el otro agujero (figura C). Hasta aquí nada extraño, pero ya aviso que nos vamos a arrepentir profundamente del "Por supuesto" de la frase anterior.



En el siguiente vídeo se puede disfrutar de unos gráficos mucho mejores que los de la figura anterior, aunque, por desgracia, el audio es en versión original sin subtítulos. (Actualización acabo de encontrar una versión del vídeo con subtítulos en castellano.)




Repitamos ahora el experimento con olas en el agua. Esta vez en vez de una ametralladora tendremos un objeto que golpea repetidamente la superficie del agua en calma, por ejemplo, el pico de un pájaro, y la primera pared se sustituye por un dique con dos agujeros. En esta ocasión, lo que llegará a la segunda pared, al detector, es un patrón de ondas en el agua (figura D) y lo que se detectará es la energía trasportada por la onda en cada punto. La diferencia fundamental con el primer caso, es que esta vez, la distribución de la energía, en el caso con los dos agujeros abiertos, no es simplemente la suma de las encontradas cuando se cerraban los agujeros alternativamente. Ahora hay interferencia. Esta es una propiedad de las ondas fácil de entender. Si las ondas correspondientes a los dos agujeros se encuentran en un punto en el que ambas están en su máximo se sumarán, pero si una está en su máximo y otra en el mínimo se restará en ese punto el agua ni subirá ni bajará. El resultado obtenido se observa en la figura D.



Hasta este momento todo era macroscópico, balas y ondas en el agua, y los resultados de los experimentos no eran demasiado sorprendentes. Veamos que sucede cuando sustituimos las balas por electrones y nos adentramos en el mundo cuántico. Disparamos los electrones de uno en uno y representamos el número de electrones que llega a cada punto de la segunda pared. Este el el momento de puntualizar algo que debería ser obvio, los electrones llegan al detector de uno en uno, nunca llega medio electrón ni un cuarto, o llega un electrón o no llega, no se rompen por el camino.


¿Las probabilidades de encontrar al electrón en un punto de la segunda pared, serán equivalentes a las que encontramos con las balas o a lo que se vio con las ondas? Aquí es donde la diversión comienza y nos adentramos en un mundo desconcertante. La probabilidad de encontrar a un electrón se distribuye como lo hacían las ondas, se observa interferencia. Ya hemos visto que para que haya interferencia deben cumplirse dos requisitos: debe haber una onda implicada y la onda debe pasa por los dos agujeros a la vez. Pero ya habíamos visto que un electrón no se puede dividir, ¿cómo es posible que pase por las dos rendijas a la vez? Si pasa por un sólo agujero no debería haber interferencia y el patrón encontrado debería ser como el visto para las balas (figura C). Debería ser así, pero no lo es. Hay interferencia cuando los dos agujeros están abiertos, a pesar, de que nuestra intuición nos indica que el electrón debería pasar sólo por una rendija. Se comporta como una onda que pasa por los dos agujeros y, por o tanto, aparece la interferencia. El cosmos simplemente es mucho más extraño de lo que podríamos atrevernos a soñar.


Se podría repetir el experimento con un detector intermedio capaz de observar por que agujero pasa cada electrón para asegurarnos de que realmente atraviesa uno u otro y así intentar comprender como es posible que haya interferencia en una partícula. En este caso la distribución de los electrones cambia abruptamente y se hace idéntica a la observada en el caso de las balas. El observar el paso del electrón modifica el resultado del experimento, lo cual no tienen parangón en el mundo macroscópico. Cuando no los vemos, los electrones se comportan como ondas y cuando sí los observamos como partículas. La razón de este interferencia en el observador y el experimento se debe a que para observar al electrón hay que lanzarle una partícula de luz, un fotón, que, de algún modo, lo modifica. Esto equivale a decir, que los invitados a una fiesta en una sala con dos puertas entraran por una sola puerta si alguien los ve, pero se comportarán como ondas y entraran por las dos a la vez si ninguna cotilla se preocupa de espiarlos. Cuanto más nos adentramos en el terreno cuántico más debemos olvidarnos de nuestras intuiciones forjadas en un mundo macroscópico.



Podríamos permitirnos el lujo de suponer que todo esto no son más que delirios enfermizos de la comunidad de físicos, una especie de histeria colectiva si no fuese porque renunciar a la mecánica cuántica implicaría olvidar, entre otros inventos, el transistor y el láser, y entre otras tecnologías, internet, el ordenador personal y el teléfono móvil. La mecánica cuántica no sólo ha cambiado la forma de pensar en nuestro mundo, a través de la tecnología, ha modificado irreversiblemente la vida de los seres humanos.


El mundo microscópico es extraño, salvaje incluso. Se puede pensar en una isla paradisiaca, nos hemos pasado la vida en una playa de arenas claras frente a un mar cálido, generoso y rico en recursos. Nunca hemos necesitado abandonar esta playa hermosa y cómoda. Pero una mañana un espíritu inquieto decide mirar en otra dirección, se da la vuelta y se adentra en la selva. Tras los primeros pasos ve por primera vez una gran tucán y maravillado decide continuar el viaje y un poco más allá una tormenta le brinda el fuego. Al abandonar nuestra cómoda orilla en el océano macroscópico que hemos aprendido a comprender y a amar descubrimos que nada de lo que conocíamos es aplicable. Ni siquiera nuestros sueños podrían habernos llevado a lugares tan extraños y salvajes, pero tenemos la fortuna de que la física nos ha permitido conocerlos y admirarlos, aunque tal vez nunca lleguemos a comprenderlos del todo. Sólo queda añadir que si todo esto no le ha parecido extraño e incomprensible precoupese, Niels Bohr, premio nobel por ser uno de los padres de la mecánica cuántica afirmó: "Cualquiera que piense que puede hablar de teoría cuántica sin sentirse mareado todavía no la ha entendido."

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miércoles, 22 de agosto de 2007

Ramachandran y el extraño caso de la amputación del fantasma

Un miembro fantasma es una extremidad que se sigue sintiendo como propia a pesar de que haya sido amputada años atrás. El fenómeno no es extraño, ocurre entre el 50 y el 80% de las amputaciones. Uno puede hacerse una idea de lo que se siente con tan sólo cerrar los ojos y concentrarse en un brazo, no lo vemos pero lo sentimos y sabemos que está ahí, conocemos su posición y podemos moverlo sin problemas. Esto mismo se siente con un brazo fantasma, la única diferencia es que el equivalente real ya no existe.


En ocasiones el miembro duele y no es fácil eliminar este dolor que puede llegar a ser un problema grave e incapacitante para el paciente. A veces, por ejemplo, se puede sufrir un calambre muscular continuo y el dolor es devastador. Evidentemente, no se puede amputar el miembro porque eso ya se hizo, o al menos eso es lo podría pensarse a priori. V. S. Ramachandran, un neurólogo nacido en Madrás, cambió de opinión tras conseguir amputar un brazo fantasma con un espejo y una caja de cartón.


La historia comienza con un californiano con un brazo amputado y un terrible dolor. Su inexistente brazo sufría constantes calambres y las uñas se le clavaban con fuerza en la palma de la mano. En este caso el paciente era completamente incapaz de mover el brazo y la mano, a pesar de desearlo con todas sus fuerzas. Al parecer, la parálisis del fantasma se correspondía con una parálisis anterior del brazo real que había estado inmovilizado durantemente meses antes de ser amputado. El neurólogo pensó que la parálisis permanecía tras la amputación puesto que el cerebro del paciente la había aprendido. Diríase que su mente, tras tanto tiempo sin recibir respuesta del brazo por estar paralizado, había interiorizado que ese brazo no se podría mover nunca más.


El doctor supuso que el problema se solventaría si pudiese indicar al cerebro del paciente que el brazo fantasma podía volver a moverse, pero ¿cómo hacerlo? Si el brazo existiese se podría masajear o mover con la ayuda de rehabilitación, pero eso no se puede hacer con un brazo que sólo está en dentro de la cabeza de alguien. El truco consistió en hacer, con una caja de cartón y un espejo, un dispositivo en el que al meter una mano por un agujero parezca hay dos. Se puede ver una fotografía del mismo en el artículo original.


En la siguiente sesión el doctor indicó a paciente que debía cerrar los ojos, apretar el puño de su brazo real para clavarse las uñas, tal y como se clavaba sus uñas fantasma, introducir la mano real el la caja con el espejo y, en ese momento, abrir los ojos. ¡Dios mío, puedo moverlo! fue lo que el paciente gritó a continuación. Al parecer el cerebro al ver la mano que faltaba había adaptado el fantasma a la nueva mano del espejo. Cuando el paciente decidía conscientemente mover las manos de forma simétrica ambas obedecían y el fantasma seguía fielmente los movimientos de la mano del espejo. Tras años de calambres y dolor vieron su fin mientras usaba la caja. Por desgracia al sacar la mano real del dispositivo el dolor reapareció.


Ramachandran le dio la caja al paciente y le recetó que jugase con ella una hora al día. A la semana siguiente el paciente le llamó y le dijo que se había ido. ¿Quién se ha ido? La mano, el brazo ¿Te molesta? No, en absoluto, el único problema es que aunque la mano y el brazo han desaparecido los dedos todavía están, salen del hombro y se me clavan, ¿podría rediseñar la caja para amputármelos también? Ramachandran no pudo y todavía hay un hombre en California que se pasea con unos dedos fantasma en el hombro.


Las conclusiones del neurólogo son aun más asombrosas si cabe que el propio caso. Propone que no sólo los pacientes que sufren el síndrome del miembro fantasma tienen fantasmas, en realidad, todos los tenemos. En todos nosotros hay un fantasma que se ajusta a nuestro cuerpo real como un guante a una mano. Sólo cuando falta algún miembro aparece el síndrome porque el fantasma ya no puede ajustarse correctamente al cuerpo. Partiendo de este razonamiento Ramachandran propone métodos para alterar el fantasma en personas sanas. Para realizar estos experimentos sólo hacen falta tres personas y todo consiste en tocarse las narices con la punta de los dedos, pero todo esto será contado en otra ocasión.


Esta historia junto a otras se pueden disfrutar en el excelente podcast radiolab y en el no menos apasionante libro de Ramachandran "Fantasmas en el cerebro".


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sábado, 18 de agosto de 2007

Materia oscura, el misterio continua



No ha llovido demasiado desde que revisamos el misterio de la materia oscura. Hoy vía menéame leo sobre un descubrimiento relacionado con el tema explicado en un pobre artículo en la sección de ciencia de El Mundo. Tras visitar la fuente original podemos reafirmarnos en dos opiniones: continuamos sin saber demasiado acerca de la materia oscura y la estima que nos merece el periodísmo científico presente en los medios generalistas no ha aumentado.





En el trabajo se ha estudiado el choque de dos cúmulos de galaxias, en la región conocida como Abell 520. Estos cúmulos están formados por tres componentes: galaxias individuales, constituidas por billones de estrellas, gas caliente entre las galaxias y la elusiva materia oscura. Observando los rayos X han detectado la radiación producida por el gas extraordinariamente caliente, presente en el choque, y utilizando un telescopio óptico han sido capaces de ver las galaxias y la materia oscura.



Obviamente, tal y como su nombre indica, la materia oscura no se puede ver, ¿cómo es posible pues que la hayan detectado con un telescopio óptico si es, como su su propio nombre indica, completamente oscura? Ya vimos en la entrada anterior que se podía detectar por los efectos gravitatorios que esta materia tiene sobre otros objetos astronómicos visibles. En este caso lo que se ha medido para poder cartografiar esta misteriosa materia es la desviación de la luz proveniente de objetos situados tras el cúmulo galáctico estudiado. Este efecto fue predicho por Einstein y se conoce como lente gravitatoria. Según la relatividad general, incluso la luz se ve atraída por los objetos masivos y, por tanto, un rayo de luz que pase junto a un buen pedazo de materia oscura debe ser desviado produciendo la ilusión de que las estrellas tras de si no están donde deberían. Este efecto fue, de hecho, el utilizado en una de las primeras comprobaciones de la relatividad general llevada a cabo por Arthur Eddington y, dicho sea de paso, esta es también la razón de que los agujeros negros sean negros.


¿Y qué es lo que se ha observado con este arsenal de equipos y teorías? Lo que se ha visto es la distribución de las galaxias, el gas y la materia oscura. Se esperaba que las galaxias y la materia oscura estuviesen estrechamente asociadas debido a la atracción gravitatoria de ambas. Pero no ha sido así, se ha encontrado un núcleo de materia oscura junto al gas caliente pero completamente desprovisto de galaxias, además de otra región con bastantes galaxias pero sin materia oscura alguna. Al parecer la materia oscura y las galaxias han sido separadas en este titánico choque entre cúmulos galácticos.


¿Cómo es posible que la gravedad no haya mantenido unidas a las galaxias a la materia oscura? No se sabe, pero como algo hay que proponer como hipótesis se postula que las galaxias puedan haber sido alejadas por la propia gravedad. Esto, al parecer, es contrario a lo que muestran las simulaciones. Otra idea que se propone es que se haya observado el efecto de una interación desconocida entre las partículas que forman la materia oscura. Esta última hipótesis traducida a un lenguaje más mundado podría reescribirse como: lo que hemos visto se debe a una interacción desconocida entre unas partículas desconocidas que forman una materia que no podemos ver, lo cual es tanto como concluir el trabajo con un humilde: no tenemos ni idea, pero nos diverte observar el cosmos.



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jueves, 16 de agosto de 2007

ADN, una molécula fácil de copiar



¿Por qué los ratones tienen ratones como hijos y no petunias, colibríes o neumococos? ¿Por qué los hijos se parecen a los padres? Estas sencillas cuestiones han venido espoleando la curiosidad de los pensadores desde tiempos inmemoriales. Es fácil entender como puede crecer un ser vivo, pero ¿cómo se genera uno nuevo? Para explicarlo se incluso se propuso que en el esperma había pequeños hombrecillos ya preformados esperando a crecer. Esta teoría del homúnculo tiene dos problemas fundamentales, colleva una regresión infinita, ya que el homúnculo ha de tener a su vez pequeños hombrecillos en su diminuto esperma, y además es falsa.


Hoy, por fortuna, disfrutamos del privilegio de conocer como a partir de un ser vivo se puede generar otro. La búsqueda de esta respuesta ha sido larga y tortuosa, pero creo que se puede afirmar que el punto de inflexión definitivo se encuentra en un artículo publicado por la revista Nature en 1953 firmado por Watson y Crick. En este trabajo se sugería una posible estructura para el ácido desoxirribonucleico (ADN). ¿Pero que tiene que ver esta estructura con las petunias?




Si la vida no tiene nada que ver con homúnculos, ¿cómo funciona? En los espermatozoides y los óvulos de los elefantes no hay elefantes microscópicos sino las instrucciones para construirlos. Cómo ya vimos las instrucciones están escritas en la molécula del ADN, lo que hace que un orangután fabrique pequeños orangutanes y no pequeños camellos es que las instrucciones presentes en el ADN de los orangutanes y de los camellos son diferentes. Para saber como se puede duplicar un ser vivo lo que hay que saber en realidad es como se pueden duplicar las instrucciones. Si tuvíesemos que dar a alguien unos planos lo primero que haríamos es ir a una fotocopiadora y generar una copia y esto es básicamente lo que hacen las células.


Lo que Watson y Crick descubrieron es cómo se las apañan las células sin fotocopiadoras. El truco que utilizan es tener las instrucciones escritas en una molécula, el ADN, que debido a su estructura es muy fácil de copiar. De hecho, lo que hace extraordinario al ADN es su capacidad para duplicarse, no su química, que es bastante aburrida comparada con la de las proteínas. Si se piensa detenidamente, como lo hizo Schrödinger no debería extrañar que la parte más esencial los seres vivos sea una molécula fácil de copiar ya que la característica más definitoria de un ser vivo es justamente su capacidad de generar nuevos seres similares a si mismo.



El ADN está formado por dos cadenas de nucleótidos. Cada uno de estos nucleótidos es una letra en el libro de instrucciones para fabricar al ser vivo y hay, en el ADN, cuatro tipos de nucleótidos: Adenina (A), Timina (T), Guanina(G) y Citosina (C), es decir, hay cuatro letras disponibles A, T, C y G. El quid de la cuestión es que la información presente en ambas cadenas del ADN es redundante, frente a una A siempre se encuentra una T y frente a una C siempre una G. Si en una de las cadenas está escrito GATACCA en la otra necesariamente encontraremos CTATGGT. Esta complementariedad de las bases se debe a sus propiedades químicas, concretamente a la capacidad de formar enlaces químicos débiles entre ellos. A y T encajan con dos enlaces y G y C con tres, cualquier otra combinación es difícil de obtener e inestable.


Este es el truco que hace que los seres vivos puedan copiarse tan fácilmente, una vez que tenemos una cadena es fácil generar la complementaria porque los nucleótidos saben con quien deben aparearse. Cuando una célula decide dividirse lo primero que hace es duplicar su material hereditario, el ADN. Para ello hace que las dos hebras se separen y utilizando cada una de ellas como molde genera una nueva molécula completa. Este proceso puede repetirse cuantas veces se desee y se acaba obteniendo una legión de clones.



No podría acabar de describir la estructura del ADN sin comentar que tiene que ver la famosa doble hélice con todo esto. Son las dos cadenas redundantes las que forman la doble hélice. La estructura se parece mucho a una escalera de caracol con las barandillas formadas por las cadenas y los peldaños por la parejas de AT y GC. Esta simetría espiral es extraordinariamente bella, pero no olvidemos que el verdadero secreto reside en la complementariedad de la información presente en las dos cadenas que forman la doble hélice, esto es lo que permite que los papas y las mamas tengan hijitos y que la rueda siga girando.



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lunes, 13 de agosto de 2007

Ver y no ver



Oliver Sacks además de ser un reputado neurólogo es un consumado escritor capaz de crear maravillas como "Despertares", "El hombre que confundió a su mujer con un sombrero", o "El tío Tugnsteno". Hoy les recomiendo un libro en el que describe varios casos clínicos, similar al del sombrero, "Un antropólogo en Marte". Se podría decir que en este trabajo se describen siete casos clínicos, pero esto sería una tremenda injusticia.




Sacks no es un médico que sólo vea la enfermedad, el ve pacientes, personas con una limitación que afecta a su vida seriamente. Cuando describe un caso el sujeto principal siempre es el paciente, nunca la enfermedad. Y esto no hace que la rigurosidad de la descripción del problema neurológico se resienta, sino todo contrario, el retrato de la enfermedad y los síntomas se enriquece al ser enmarcado en el entorno vital del paciente.


Para los que no hayan leído nunca un libro de Oliver Sacks voy a tratar de resumir uno de los casos descritos en el libro. Espero transmitir algo de la maravillada mirada a los mecanismos más íntimos de la mente humana, pero renuncio conscientemente a reflejar la tremenda humanidad del texto original, simplemente me reconozco incapaz de llegar allí donde Sacks se mueve con absoluta sencillez y profundidad.


En el capítulo "Ver y no ver" se reflexiona sobre el proceso de la visión a partir del caso de un hombre de cincuenta años prácticamente ciego desde la niñez debido a un problema de cataratas. Un buen día gracias a una operación realizada por un diestro oftalmólogo este señor recupera la función de los ojos, pero una vez que sus ojos vuelven a funcionar, ¿consigue él ver con normalidad? El sentido común nos dice que sí, que todo lo que se necesita para ver es un par de ojos, pero no es así. Al parecer existe un periodo crítico en el que debemos abrir los ojos y utilizarlos para familiarizarnos con ellos, si este periodo pasa no podremos aprender a ver con facilidad. Existen periodos críticos similares en otras muchas facultades humanas, como por ejemplo el oído o el lenguaje. Este último ya lo mencionamos en una entrada previa.


La alegría del paciente al recuperar la vista después de tantos años debió de ser inmensa, pero por desgracia no duró demasiado. Según describe el paciente al quitarle las vendas de la operación vio, sí, pero una mezcla de movimiento, color y luz en un remolino sin sentido. La retina funcionaba, pero el cerebro no había aprendido a interpretar lo que veía. A pesar de eso disfrutó de su nuevo mundo lleno de colores y movimientos aunque nunca llegó a entenderlo del todo. No entendía las distancias, confundía lo próximo con lo lejano, las sombras le dejaban perplejo e incluso confundía a su perro y su gato si no los tocaba. Del gato veía sus partes, las patas, la cola, las orejas, pero no veía un conjunto integrado, un gato completo.
Los ciegos viven en el tiempo, sus impresiones son secuenciales, primero una cosa y después otra. Los que vemos vivimos en el espacio, una cosa a la izquierda y otra a la derecha. La mera idea del espacio es extraña para ellos. Para esta persona las formas eran muy difíciles. Sobre todo entender que un mismo objeto tiene apariencias distintas desde distintos puntos de vista. Esto lo aprendemos siendo niños sin aparente esfuerzo, a pesar de ser un problema computacionalmente muy complejo.
Y un mayor reto todavía lo presentaban los objetos animados, como por ejemplo las expresiones faciales. Tampoco comprendía las representaciones bidimensionales de los objetos y no era capaz de reconocer a la gente en las fotografías.
En el texto se hace referencia a otros pacientes enfrentados al reto de empezar a ver siendo adultos. Muchos de ellos ante la fatiga que les produce la visión deciden volver a comportarse como ciegos y se niegan a ver. Se les exige un cambio muy grande, pasar de un mundo en el tiempo a un mundo en el espacio.


Pero en el libro no se habla solamente de este caso, este es uno más de los 7 descritos de modo que si le interesa echar un vistazo al funcionamiento del ser humano puede subirse a los hombros de este gigante y disfrutar del paisaje retratado en "Un antropólogo en Marte". Aviso a los lectores de este blog que no será esta la última vez se hable de Oliver Sacks.


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jueves, 9 de agosto de 2007

¿Somos realmente sólidos?



Cuando observo mis manos, la mesa que está frente a mí y los demás objetos que me rodean tengo la fuerte impresión de vivir en un mundo sólido, de ser sólido yo mismo. A pesar de que sea un hecho conocido hace tiempo me sigue fascinando el saber que, en realidad, estamos prácticamente huecos y somos atravesados continuamente por una ingente cantidad de partículas para las que somos meros fantasmas inmateriales.


Nos parece que somos sólidos porque los átomos que nos forman no pueden superponerse, son como pequeñas canicas. Del mismo modo que no podemos hacer que dos bolas ocupen el mismo espacio tampoco se puede obligar a dos átomos a ocupar el mismo lugar. Pero esto, a pesar de lo que nuestros sentidos nos indican no se debe a que las canicas o los átomos que las forman estén rellenos de materia, en realidad están prácticamente vacíos, es la repulsión eléctrica entre los electrones de los átomos lo que impide que estos se superpongan. Estas fuerzas de repulsión son similares a las que sentimos cuando intentamos unir dos imanes, de los que utilizamos en las neveras, acercándolos en el sentido que no toca. Algo invisible, pero real, un campo de fuerza nos impide unirlos. Del mismo modo la repulsión entre los electrones cargados negativamente impide que los átomos se acerquen más.


Los átomos por lo tanto están prácticamente vacíos y las paredes, que están formadas por esos mismos átomos también lo están. Si intentamos atravesar una pared no lo conseguiremos porque las fuerzas de repulsión eléctricas nos lo impiden. En realidad debido a esta repulsión nunca conseguiremos tocar la pared o cualquier otro objeto sólido, cuando las nubes electrónicas cargadas negativamente de los átomos de nuestros dedos y de los átomos de la pared se acercan demasiado aparece una fuerza de repulsión eléctrica que impide que nos acerquemos más. Esto hace también que en realidad nunca toquemos el suelo, sino que levitemos sobre él.


Si no estuviésemos formados por partículas cargadas eléctricamente las cosas serían muy distintas y atravesar paredes no presentaría ninguna dificultad. Por ejemplo los neutrinos, unas partículas neutras generadas en el Sol y en los reactores nucleares nos pueden atravesar sin problema. De hecho 50 billones de neutrinos creados en el Sol atraviesan un cuerpo humano típico cada segundo a una velocidad cercana a la de la luz.


De vez en cuando uno de estos neutrinos pasa lo suficientemente cerca de un núcleo atómico como para poder interaccionar con él, pero esto no sucede fácilmente. Igual que sucede cuando ponemos un bloque de plomo frente a una bala podemos intentar detener un grupo de neutrinos con plomo. La única diferencia es que en este último caso se necesita un bloque de un año luz de grosor, y aun así la mitad de los neutrinos que entren por un lado saldrán por el otro como si nada se hubiese interpuesto en su camino.


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lunes, 6 de agosto de 2007

¿Se pueden borrar los recuerdos?


En el otoño de 2004 se estrenó una película, Olvídate de mí, en la que Jim Carrey decidía acudir a un servicio de borrado de memorías para que le hiciesen olvidar un amor roto. La película, que recomiendo encarecidamente, fue clasificada como de ciencia ficción. En esas mismas fechas una investigación científica llevada a cabo algo muy similar en seres humanos y demostraba que un recuerdo concreto, por ejemplo, un hecho traumático, se puede erosionar seriamente utilizando una droga. No se llegó a borrar la memoria, pero sí se consiguió deteriorarla eliminando el trauma asociado a la misma.





Este trabajo comenzó investigando los recuerdos traumáticos en las ratas. ¿Pero cómo se hace esto, se le pregunta por su infancia al animal? El truco está en crear una memoria sencilla que genere en la rata un comportamiento fácilmente detectable. Lo que se hace en la práctica es introducir a la rata en una caja capaz de darle descargas eléctricas y hacer que antes de cada descarga suene un determinado sonido. Cuando esto se repite unas pocas veces el animal queda condicionado y cada vez que oye el sonido se paraliza ante la expectativa de recibir otra descarga. Exactamente lo mismo que le sucede al protagonista de La naranja mecánica con la novena sinfonía de Beethoven.


La cuestión es, ¿una vez creada una memoria se puede borrar? Al parecer sí se puede, o al menos se puede en parte. Para conseguirlo pusieron a la rata en la caja y mientras volvía a oír el sonido asociado a la descarga se le administró propanolol, una droga utilizada normalmente para tratar la hipertensión. Después de esto la rata dejó de quedar paralizada al oír la señal y además el efecto fue duradero y persistió incluso aunque la droga ya no estuviese presente. Se podría pensar que la droga dañó irreparablemente el sistema nervioso de la rata y que no fue este el único recuerdo alterado. Para descartar esta posibilidad se repitió el experimento en una nueva rata con dos sonidos distintos, ambos se asociaron a la descarga eléctrica y ambos aterrorizaban a la rata por igual. Pero cuando se suministró la droga del olvido a la rata sólo uno estaba sonando. A partir de ese momento ese sonido concreto dejo de alterar al animal, pero el otro siguió teniendo el mismo efecto. Al parecer no sólo se pueden borrar recuerdos en la rata sino que se puede eliminar uno particular con precisión quirúrgica.



Si esto es sorprendente esperen a descubrir cual es el mecanismo de acción propuesto. Tenemos la impresión de que los recuerdos entran en nuestra cabeza y quedan depositadon en una biblioteca hasta que los necesitamos. Cuando queremos recuperarlos de algún modo se extrae una copia del capítulo en cuestión y se revisa. Esta descripción puede parecer razonable, pero está profundamente equivocada. Cuando recordamos algo no revisamos lo que dejamos escrito tiempo atrás. En realidad no hay biblioteca, cuando recordamos volvemos a experimentar lo que sentimos cuando almacenamos el recuerdo, volvemos a vivir lo que sucedió en una especie de realidad virtual y al hacerlo recreamos el recuerdo de nuevo. Pero este nuevo recuerdo no es igual al anterior, simplemente se basa en él puesto que se crear a partir de la reconstrucción virtual. Cada vez que rememoramos algo lo alteramos, sólo los recuerdos que no traemos a la mente se mantienen intactos. Además cuanto más significativo es un recuerdo para nosotros y más veces lo regeneramos más alterado queda con el paso del tiempo porque más veces se recrea.


El propanolol, la droga utilizada en el experimento tiene su acción alterando este proceso de regeneración del recuerdo. Cuando la rata escucha el sonido recuerda lo que hay asociado a él introduciéndose en una realidad virtual desagradable. En este preciso instante esa precisa memoria es vulnerable porque está siendo regenerada y la droga es capaz de socabar este proceso de recreación. De este modo el propanolol consigue que, a partir de este momento, la rata deje de estar perseguida por ese recuerdo. Por supuesto esto podría ser muy útil en los seres humanos, por ejemplo, en los casos de estrés post-traumático en los que los pacientes sufren las consecuencias de un hecho aterrador. La prueba se ha hecho y ha funcionado. Se ha probado con víctimas de esta afección, administrándoles el propanolol mientras recordaban sus pesadillas. Al parecer, en estos casos la memoria del episodio no ha desaparecido, pero el trauma emocional asociado al mismo sí. Parece ser que no podemos borrar los recuerdos, al menos de momento, pero podemos hacer que no nos importen. Si esto les ha parecido tentador a la vez que inquietante, pueden seguir profundizando en el tema escuchando el episodio dedicado a la memoria del excelente programa Radio Lab de la Radio Pública de Nueva York, en el que además de contar como se borran las memorias verdaderas se explica como inducir recuerdos falsos.


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jueves, 2 de agosto de 2007

¿Cómo extraer ADN sin salir de la cocina?


El material hereditario está formado por ADN (ácido desoxirribonucleico), una molécula microscópica encerrada en el núcleo de la célula. Se podría pensar que se necesita un equipo valorado en miles de euros para poder detectarlo, pero no es así, todo lo que se necesita lo tenemos a nuestra disposición en cualquier modesta cocina.


Para extraer el ADN se requiere un plátano (aunque también funciona con cesped), sal de mesa, detergente, alcohol frío, un filtro de café, una batidora, agua (mejor si es agua destilada para la plancha) y una cerveza fría. Lo primero que hay que hacer es batir el plátano en una taza de agua (si estuviesen en un laboratorio con bata blanca y no en la cocina de vuestra casa con un delantal la batidora se denominaría homogeneizador). Al batir el plátano lo que conseguimos es romper sus células y así exponemos todas las piezas que las forman, ADN incluido, a lo que les vamos a añadir a continuación.


En una taza mezclar suavemente, sin formar espuma, una cucharada de jabón con una pizca de sal y dos cucharadas de agua. Añadir dos cucharadas del batido de plátano a la mezcla corrosiva que acabamos de preparar, mezclar con una cucharilla y dejar reposar 10 minutos. Durante este paso el jabón estará disolviendo las membranas celulares y liberando el ADN.


Mientras transcurren los 10 minutos hay que abrir la cerveza y verterla en un vaso pre-enfriado en el congelador. A continuación, y sin dar tiempo a que se caliente, debe introducirse en el estómago del investigador. Este paso se suele obviar en los laboratorios profesionales por miedo al que dirán, pero dado que estamos en nuestra cocina podemos obviar esos recelos. Los menores de edad pueden quedar bien servidos con cualquier bebedizo azucarado.


Transcurridos los 10 minutos el ADN "platánico" habrá abandonado su antigua morada celular y flotará libre en el agua. Para deshacernos de todos los restos del plátano que no queremos filtramos la mezcla utilizando el filtro de café. Esto puede tardar entre 5 y 10 minutos y durante este tiempo podemos continuar con el estudio de la coloración del fermentado de cebada.


Para terminar hay que añadir el líquido que hemos filtrado a un tubo transparente con alcohol frío. Si todo ha ido bien el ADN aparecerá como unos hilos blancos flotando en el etanol, lo que técnicamente se conoce como medusa. En este punto reside el meollo de la cuestión, el ADN no es soluble en el alcohol y precipita formando estas hebras. Con una aguja y un poco de paciencia puede usted recoger la molécula fundamental de la vida, el material genético del plátano, lo que hace al plátano ser un plátano y no una oruga, y hacerse un collar con él.


Una receta más detallada, aunque en inglés, se puede encontrar en el sitio web de PBS. Este procedimiento puede parecer sencillo y tosco pero es muy similar a la que se utiliza diariamente en los laboratorios de genética molecular de todo el mundo para extraer el ADN de todo tipo de muestras. Por supuesto en los laboratorios de verdad no utilizan jabón de cocina, ni alcohol de quemar sino productos químicamente puros, pero la idea general y el procedimiento general son idénticos. Si se ha quedado con ganas de continuar con la investigación genética en el futuro tal vez expliquemos como ver el ADN fluorescente metiéndolo en moldes de comida China. Hasta la fecha diviértase explicándoles a sus vecinos y conocidos como conseguir aprehender el secreto de la vida con un plátano y una cerveza.


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