miércoles, 30 de enero de 2019

Reflexiones de una premio Nobel: “Hay que dar tiempo y recursos a la ciencia básica

El anuncio de mi obtención del Premio Nobel de Física por el desarrollo de un método para generar pulsos ópticos ultracortos de alta intensidad (CPA por sus siglas en inglés, Chirped Pulse Amplification) ha suscitado un gran interés por las aplicaciones prácticas de este logro.
Es lógico que la gente quiera saber cómo le puede afectar este método pero, como científica, me gustaría que la sociedad se interesase también por la ciencia básica, que conocieran todos sus aspectos. Al fin y al cabo, no se pueden obtener avances sin investigar. Merece la pena apoyar el aprendizaje de la ciencia por la ciencia, sin pensar únicamente en sus posibles aplicaciones prácticas.
Desarrollé el CPA a mediados de la década de los ochenta junto con Gérard Mourou, con quien comparto el Premio Nobel. Todo comenzó cuando mi compañero se preguntó si podría incrementar la intensidad del láser por órdenes de magnitud o por factores de mil. Mourou, mi supervisor del doctorado en la Universidad de Rochester en ese momento, sugirió estirar un pulso ultracorto de baja energía para amplificarlo y, posteriormente, comprimirlo. Yo, como estudiante de posgrado, me encargué de los detalles.

El objetivo, revolucionar la física del láser

Nuestro objetivo no era otro que revolucionar el campo de la física láser de alta intensidad, un área fundamental de la ciencia. Queríamos comprobar cómo la luz intensa modifica la materia, y cómo la materia afecta a la luz en esta interacción.
La ganadora del Premio Nobel Donna Strickland en su laboratorio de la Universidad de Waterloo. La científica recibió el galardón por sus innovadores descubrimientos en el campo de la física del láser, los cuales tienen múltiples aplicaciones, entre las que se encuentra la cirugía correctiva ocular mediante láser. THE CANADIAN PRESS/Nathan Denette
Después de un año construyendo el láser, pudimos probar que era posible aumentar la intensidad por órdenes de magnitud. De hecho, el CPA produjo los pulsos de láser más intensos registrados hasta el momento. Nuestro descubrimiento cambió la manera de entender cómo interactúan los átomos con la luz de alta intensidad.
Pero todavía tuvo que pasar una década para que se hicieran visibles los usos prácticos comunes de hoy en día. 

El láser y sus numerosas aplicaciones prácticas

El láser solo afecta al área donde es aplicado gracias a la brevedad de los pulsos de alta intensidad. El resultado es un corte preciso y limpio cuya aplicación ideal es en material transparente: un cirujano puede utilizar el CPA para realizar una incisión en la córnea de un paciente durante una cirugía ocular. Su efectividad es tal que puede cortar los componentes de cristal de nuestros teléfonos móviles.
Los científicos están aprovechando lo que se sabe sobre los láseres de CPA más intensos para utilizarlos en la aceleración de protones. Con suerte, algún día estas partículas aceleradas ayudarán a los cirujanos a extirpar tumores cerebrales inaccesibles hoy en día. Quizá, en el futuro, los láseres de CPA puedan deshacerse de la basura espacial empujándola fuera de nuestra órbita y de la atmósfera terrestre, donde se convertirá en ceniza y no podrá chocar con satélites activos.
En muchos casos, transcurren años e incluso décadas desde que se produce un hallazgo científico hasta que se desarrollan sus aplicaciones prácticas. Albert Einstein creó las ecuaciones para el láser en 1917, pero la primera demostración no llegó hasta el año 1960 de la mano de Theodore MaimanIsidor Rabi fue pionero en medir la resonancia magnética nuclear en 1938, descubrimiento que condujo a la invención de la imagen por resonancia magnética. La primera prueba de IRM en un paciente tuvo lugar en 1977.
Prof. Donna Strickland pronuncia la conferencia del Premio Nobel de Física 2018.
Está claro que las posibles aplicaciones merecen toda la atención pero, antes de conocerlas, los investigadores deben entender las preguntas básicas que hay tras ellas.
Hay gente a la que el término “ciencia básica” le crea la falsa impresión de que no afecta a sus vidas. Les parece algo lejano. Es más, el término “básico” responde a la definición no científica de simple, lo que socava su importancia en el contexto de la investigación básica.
Debemos facilitar a los científicos la oportunidad de investigar en ciencia básica a largo plazo y desde la curiosidad. Eso solo puede lograrse con tiempo y recursos. Porque la investigación que no repercute de manera directa en la industria o en la economía también merece la pena. Nunca se sabe lo que puede ocurrir si apoyamos una mente curiosa con ganas de descubrir algo nuevo.

¿Qué es la plasticidad fenotípica?

La plasticidad fenotípica es la capacidad del cuerpo para ajustar sus características observables (su fenotipo) en función de las presiones ambientales a las que se somete dicho cuerpo. 
Poco a poco, los biológos están encontrando más ejemplos de esta plasticidad en nuestros cuerpo. A continuación, vamos a ver algunas.

Sudor

El cuerpo desarrolla más glándulas sudoríparas si vivimos en ambientes muy calurosos, del mismo que tenemos piel más oscura durante el verano si es más probable que nos quememos la piel. 
Los humanos nacemos con millones de glándulas sudoríparas, pero el porcentaje glándulas que realmente secretan sudor cuando pasamos calor está influido por el calor que hayamos experimentado durante los primeros años de vida
Aunque esta adaptación pudiera parecer que tiene tintes lamarckianos, simplemente evidencia que en los primeros años de nuestra vida sufrimos adaptaciones muy rápidas al ambiente. Por ejemplo, si a un niño pequeño no le sometemos a un ambiente donde haya lenguaje o simplemente personas, ese niño difícilmente podrá aprender a hablar fluidamente en un futuro.
Dna 1500076 960 720

Huesos anchos

Si corremos más de niños, o cargamos peso sobre nuestros huesos de las piernas, estos tienden a crecer más gruesos. No es un fenómeno particularmente extraño a la luz de la plasticidad fenotípica: del mismo modo, si levantamos pesas de manera regular, a las pocas semanas nuestros músculos crecerán y se harán más fuertes. 

Ver bajo el agua

Los moken son un pueblo nómada que abandonó hace siglos la tierra firma por el mar de Andamán, es un sector del océano Índico situado al sureste del golfo de Bengala, al sur de Birmania, oeste de Tailandia y este de las Islas Andamán, de las que recibe su nombre. 
Los moken son delgados y de pelo oscuro, y casi toda su vida transcurre a bordo de barcas de madera. Los niños pasan mucho tiempo en el agua, de hecho aprender a nadar antes que a caminar. Estos niños también son capaces de ver con mucha claridad bajo el mar, como si llevaran gafas de buceo incorporadas. Según se comprobó con una cámara de fotos subactuática, las pupilas de los niños europeos se dilataban bajo el agua hasta alcanzar los 2,5 mm de diámetro. Pero las pupilas de los niños moken se contraían cuando se sumergían, reduciendo su diámetro hasta sólo 1,96 mm. Tal y como explica Jörg Blech en su libro El destino no está escrito en los genes:
Con el objetivo de realizar un análisis comparativo, Anna Gislén reunió a veintiocho niñas y niños europeos que se encontraban de vacaciones en ésta y en otras islas vecinas. A pesar del entusiasmo que mostraban ante el experimento y de su empeño, los niños turistas eran incapaces de ver con claridad bajo el agua. La visión de los jóvenes nómadas era más del doble de aguda, y les permitía reconocer líneas en torno a los 1,5 mm.

La verdad sobre la inteligencia de los cuervos


Cuervo de Nueva Caledonia

Cuervo de Nueva Caledonia

Ilustración: Almudena Cuesta
En una de sus fábulas, Esopo cuenta la historia de un cuervo sediento que se las ingenia para beber de una jarra medio vacía. Al no llegar con el pico, el animal llena el recipiente con piedras hasta que el nivel del agua asciende y puede beber. Así, gracias a su ingenio y destreza, sacia la sed. Esta fábula contiene una moraleja clara y entraña una gran verdad: ¡los cuervos son tremendamente inteligentes!


Los científicos han comprobado que a me­­nudo la realidad supera la ficción: inspirados en la fábula de Esopo, pusieron a prueba a unos cuervos de Nueva Caledonia para evaluar cómo se desenvolvían en unas pruebas de desplazamiento de volumen. Estos prefirieron tirar piedras en un tubo con agua que en un tubo con arena. Asimismo, eligieron los tubos más llenos y los objetos más densos para obtener antes la recompensa. Estas aves no pueden deducir el principio de Arquímedes, pero comprenden por qué se desplaza el agua y resuelven todo tipo de problemas, incluso cuando hay que usar diferentes herramientas sucesivamente. Según los investigadores del estudio, su conocimiento causa-efecto es parecido al de un niño de 5 años.
Según los investigadores, el conocimiento causa-efecto de los cuervos es parecido al de un niño de 5 años
Los cuervos de Nueva Caledonia son las únicas aves –y uno de los pocos animales– que fabrican y utilizan herramientas en la naturalezadesde ramas hasta hojas que recortan para crear ganchos con los que atrapar larvas que anidan en la madera. Dichas herramientas y su proceso de fabricación varían de un ambiente a otro, lo que sugiere que podría tratarse de un comportamiento cultural. Hasta hace poco estas conductas tan sofisticadas se creían exclusivas de los primates.
El cuervo americano es otro gran aprendiz social, y nunca olvida la cara de un enemigo: reconoce a quien lo ha molestado y pasa la información a terceros. Si el increpador vuelve por su área de nidificación, una horda de pájaros negros le plantará cara. De igual manera, consideran una amenaza a los humanos que deambulan cerca de sus compañeros fallecidos. De hecho, se reúnen alrededor de los cadáveres, como si fueran forenses, para esclarecer y aprender sobre las causas de la muerte.


Los cuervos tienen el cerebro del tamaño de una nuez, pero en relación al cuerpo es realmente grande (sobre todo la parte anterior, encargada de las órdenes superiores). Un estudio reciente va más allá y sugiere que pueden ser tan inteligentes como los chimpancés debido a su elevada densidad neuronal y a su estructura cerebral. Aunque córvidos y simios divergieron en la línea evolutiva hace más de 300 millones de años, ambos han desarrollado capacidades cognitivas complejas al vivir bajo presiones sociales similares.
Los cuervos resuelven problemas complejos, fabrican y usan herramientas, tienen una gran memoria, se comunican y aprenden entre sí e incluso podrían tener culturas propias. Después de todo, la fábula de Esopo se queda corta.

Oscar Cusó

las 79 lunas de jupiter

The Many Moons of Jupiter
Ío, Europa, Ganimedes, Calisto, Amaltea… y ya no me sé más de memoria. Cuando yo era pequeño Júpiter tenía unas 9 o 10 lunas, y ya era difícil aprendérselas todas –por muy friki que fueras– pero es que hoy en día la cifra y la lista de nombres es bastante más extensa. 
En The Many Moons of Jupiter se muestran las 79 que oficialmente se consideran lunas de Júpiter a día de hoy, incluyendo las últimas doce que se sumaron el año pasado –400 años después de las observaciones de las primeras lunas por Galileo– porque de vez en cuando se descubren algunas más.
Están todas: tanto las consideradas lunas regulares como irregulares y las «no se sabe»; también están ordenadas por grupos: Himalia, Pasiphae, Ananke y Carme. Hay algunos detalles sobre cada una de ellas, como su año de descubrimiento y los tamaños indican cuáles son más grandes y más pequeñas.
Quien quiera aprendérselas todas por puro frikismo o para poder responder sin dudarlo «Empieza por O: luna de Júpiter descubierta en el año 2001» en el Pasapalabra ya tiene dónde inspirarse.

El campo magnético de la Tierra estuvo a punto de desaparecer hace 565 millones de años

El campo magnético, el escudo que protege a la Tierra del viento solar y que permite que tenga una atmósfera y sea el mundo rebosante de vida que conocemos, estuvo al borde del colapso hace 565 millones de años, según concluye una investigación liderada desde la Universidad de Rochester (EE.UU.) y publicada ayer en la revista Nature Geoscience .
Las corrientes que se producen en el núcleo terrestre, hecho de metales como el hierro y el níquel, son las que generan el campo magnético de la Tierra. El núcleo está dividido en dos partes: una más interna, sólida, y otra más externa, líquida, que interaccionan entre ellas.

Pero no siempre fue así: en el pasado, todo el núcleo era líquido y el campo magnético era diferente. Se piensa que la solidificación de la parte interna, que hasta ahora se estimaba que se produjo hace entre 2.500 y 500 millones de años, le dio una potencia renovada al campo magnético.

La parte interna del núcleo terrestre se solidificó justo a tiempo para evitar que desapareciera el campo magnético


Los investigadores de la Universidad de Rochester han estudiado cristales de hace 565 millones de años en Quebec (Canadá), y han deducido que en aquella época el campo magnético terrestre se invirtió con una frecuencia anormalmente alta, lo que indicaría que estuvo a punto de colapsarse. Los autores concluyen que, para que el campo magnético estuviera a punto de desaparecer, la parte interna del núcleo aún no debía haber empezado a solidificarse.
Eso significaría que la solidificación del núcleo interno llegó justo a tiempo para evitar una sentencia catastrófica para la vida terrestre. Sin el escudo del campo magnético, el viento solar podría haber despojado a la Tierra de su atmósfera y haberla condenado a ser un mundo yermo e inhabitado. Ese fue precisamente el destino de Marte, que en el pasado fue húmedo y habitable, pero se convirtió en el desierto helado que es hoy después de perder su campo magnético y gran parte de su atmósfera hace entre 4.100 y 3.700 millones de años.
El campo magnético de la Tierra estuvo a punto de desaparecer hace 565 millones de años
Visualización digital del campo magnético de la Tierra (Greg Shirah, SVS, NASA)

Recrean con éxito el ‘Gato de Schrödinger’ en un laboratorio alemán

Un Gato de Schrödinger construido con pulsos de luz. Eso es lo que han fabricado en el laboratorio del Instituto Max Planck en Garching (Alemania). En concreto, luces de láser (paquetes de fotones) que han podido ver en dos estados a la vez. Algo así como observar a la luz “viva y muerta a la vez”, tal y como planetaba con un gato en 1935 uno de los experimentos mentales más alocados de la historia de la física. Erwin Schrödinger creía que aunque en el mundo cuántico, el de lo más pequeño, hay partículas, como los fotones, pueden estar en dos estados a la vez (“girando” –esto es metafórico– hacia un lado y el contrario, por ejemplo) no podríamos verlo. Pero hace un tiempo que sabemos que sí es posible, aunque no tanto como para que afecte al devenir vital de la materia en escalas como las del tamaño de un gato.

En 1935, Erwin Schrödinger planteó un experimento mental absurdo. Una caja opaca con una botella de veneno, un martillo que se activa con una partícula radiactiva y un gato en su interior. En mecánica cuántica, decimos que hay partículas que pueden estar en dos estados a la vez. Algo así como moviéndose en dos direcciones distintas al mismo tiempo. Un estado o tipo de movimiento golpearía el martillo, liberando el veneno e intoxicando al gato dentro de la caja. El otro no lo desataría. Eso implica algo verdaderamente loco: hay un momento en que el gato está vivo y muerto a la vez. Sin embargo, sabemos que en el mundo cuántico en el momento que un observador echa un vistazo, el sistema colapsa: la partícula ‘elige’ de golpe estar en uno de los dos estados, implicando que el gato viva o muera en el momento en que abrimos la caja y observemos | Vídeo: M.V. 

Para realizar este experimento filosófico en el laboratorio, los físicos han recurrido a varios sistemas modelo. El implementado en este caso sigue un esquema propuesto por los teóricos Wang y Duan en 2005. Aquí, la superposición de dos estados de un pulso óptico sirve como gato. 
Los investigadores involucrados en el proyecto se mostraron inicialmente escépticos en cuanto a si sería posible generar y detectar de manera fiable dichos estados cuánticos gatunos con la tecnología disponible. La mayor dificultad radica en la necesidad de minimizar las pérdidas de luz en su experimento. Una vez que se logró esto, se encontraron todas las mediciones para confirmar el juego mental de Schrödinger. El experimento permite a los científicos explorar el ámbito de aplicación de la mecánica cuántica y desarrollar nuevas técnicas para la comunicación cuántica.

Láser entrelazado cuánticamente

El laboratorio del Instituto Max Planck en Garching está equipado con todas las herramientas necesarias para realizar experimentos de vanguardia en óptica cuántica. Se utilizan una cámara de vacío y láseres de alta precisión para aislar un solo átomo y manipular su estado. En el núcleo de la configuración hay un resonador óptico, que consta de dos espejos separados por una ranura de solo 0,5 mm de ancho, donde un átomo puede quedar atrapado. Un pulso de láser se alimenta en el resonador y se refleja, y por lo tanto interactúa con el átomo.

Como resultado, la luz reflejada se entrelaza con el átomo. Es decir, lo que le pasa a los fotones de la luz repercute al átomo atrapado, incluso aunque “no se toquen”. Al realizar una medición adecuada en el átomo, el pulso óptico se puede preparar en un estado de superposición, al igual que el del Gato de Schrödinger. Una característica especial del experimento es que los estados entrelazados pueden generarse de manera determinista. En otras palabras, se produce un estado de gato-láser en cada prueba. Cada vez que miramos, el gato-láser o está vivo o está muerto. Pero sabemos que ha estado vivo y muerto a la vez justo antes de mirar.
Hemos tenido éxito en generar estados de gato-láser voladores 
“Hemos tenido éxito en generar estados de gato-láser voladores y hemos demostrado que se comportan de acuerdo con las predicciones de la mecánica cuántica. Estos hallazgos demuestran que nuestro método para crear estados de gato funciona y nos permitió explorar los parámetros esenciales”, explica el estudiante Stephan Welte.

Pasteur, el científico prudente

Reconstruir el pasado es tarea compleja y resbaladiza. No importa qué vertiente de ese pasado nos interese, ya sea la política, económica, social, científica, religiosa… Es seguro que el tiempo borrará innumerables detalles, que acaso serían muy relevantes a la hora de entender qué y por qué sucedió lo que ocurrió. El pasado es como el agua que se arroja sobre una malla: deja un recuerdo al humedecerla pero el agua la atraviesa perdiéndose inexorablemente.
Los historiadores se basan sobre todo en fuentes escritas publicadas (o que aparecen inscritas en monumentos, templos, restos arqueológicos o lápidas). Pero existe otro tipo de fuente: las correspondencias. Las cartas (hoy convertidas la mayoría en correos electrónicos) no buscan una audiencia extensa, sino que suelen estar dirigidas a un único destinatario. Y tienen la inapreciable virtud de que pueden reflejar mejor, de forma más espontánea, los pensamientos y situaciones vitales del autor. No es posible entender realmente lo que hicieron y pretendieron los grandes científicos, aquellos responsables de los cambios de dirección o rupturas científicas, sin acceder a sus correspondencias privadas, algo no siempre posible, bien porque sus cartas no se conservaron, bien porque no se han localizado o porque permanecen sin publicar, inaccesibles salvo para unos pocos privilegiados (habitualmente sus descendientes). Por supuesto, también son importantes los cuadernos de notas o los informes, pero estos carecen de una de las características de las cartas, que no son sino un diálogo entre personas, del que podemos sentirnos partícipes. Con este artículo inauguro «Correspondencias», una nueva sección de Investigación y Ciencia que pretende resaltar esta faceta de la historia de la ciencia, ofreciendo y comentando en cada número una o varias cartas de un científico.
En la bibliografía perteneciente a la historia de la ciencia abundan las ediciones de correspondencias. Algunas se hallan todavía en curso de publicación, como la de Charles Darwin, cuyo primer volumen, que cubría el período 1821-1836, apareció en 1985; en octubre de 2017 se publicó el volumen 25 (893 páginas), que se limitaba a las cartas que Darwin envió o recibió en 1877. Como murió en 1882, quedan todavía cinco años de vida del autor de El origen de las especies (1859) para completar la serie. De los colosos de la ciencia de todos los tiempos, posiblemente haya sido Darwin el corresponsal más prolífico: de las cartas que escribió o recibió se conservan unas 14.000, y debieron existir muchas más que se han perdido. Semejante actividad se vio facilitada por la eficacia del sistema postal inglés: a mediados del siglo XIX, en Inglaterra se despachaban 600 millones de cartas al año, distribuidas (once repartos diarios) por 25.000 carteros.
Para comenzar esta sección he elegido a Louis Pasteur (1822-1895), uno de los nombres importantes de la historia, no ya de la ciencia únicamente, sino de la humanidad: es considerado uno de sus grandes benefactores. Su obra cubre diversos campos y fenómenos: destaca la estereoquímica, disciplina que estudia las formas tridimensionales alternativas de las moléculas a la que dedicó su tesis doctoral (1847) y en la que continuó trabajando hasta 1857; también la fermentación y la generación espontánea, que demostró que no existía (1857-1865); las enfermedades del gusano de seda (1865-1870); la elaboración de la cerveza (1871-1876), y las enfermedades infecciosas (1876-1895).
En 1880, tras aislar el microorganismo responsable del cólera de las gallinas (un mal que podía matar hasta el 90 por ciento de un gallinero), Pasteur consiguió disminuir su virulencia si­guiendo la técnica que había desarrollado Edward Jenner en 1798; esto es, inyectando en las gallinas microbios debilita­dos. Estimulado por los resultados favorables que obtenía, aplicó el principio de la debilita­ción de los gérmenes para preparar vacunas contra la rabia, enfermedad infeccio­sa mortal, que afecta a los perros pero que también pueden contraer (mediante mordedu­ras de estos) las personas. Sus primeros estudios en este campo comenzaron en diciembre de 1880, cuando un veterina­rio le llevó dos perros rabiosos y le pidió su opinión. Solo había experimen­tado con perros cuando en julio de 1885 le llevaron un niño de nueve años, Joseph Meister, que había sido mordido por un perro rabioso. A pesar de no ser médico, Pasteur aceptó el desafío y experimentó la vacuna en el niño. Fue un éxito. Había nacido la vacunación moderna (la única gran modificación que se produciría posterior­mente fue la introducción de vacunas obtenidas por ingeniería genética, que se iniciaron en 1983 y cuyo primer producto comercializado fue la vacuna contra la hepatitis B, en 1986).
Esta historia, la del valor y pericia de Pasteur al atreverse a tratar a Joseph Meister, se ha repetido y repetirá, justificadamente, miles de veces, pero aquí, y recurriendo a dos de las cartas que escribió, veremos otra faceta, la de sus temores y precauciones. Disponemos de su correspondencia gracias a los esfuerzos que hizo por localizarla y reunirla uno de sus yernos. Nos referimos al escritor y primer biógrafo de Pasteur René Vallery-Radot, marido de Marie-Louise, una de las cuatro hijas de Pasteur (tuvo también un hijo). Continuó esa tarea Pasteur-Vallery-Radot (así firmaba), hijo de René, quién fue responsable de la publicación, en cuatro volúmenes, de la correspondencia de su abuelo.
El 14 de diciembre de 1884, Pasteur escribía a un inidentificado «X» (Correspondance, vol. 3, págs. 445-446):
Señor y muy respetado colega,
Lamento profundamente no poder decirle que me traiga a París ese querido niño. No me atrevo todavía a intentar nada con el hombre. Un fracaso comprometería todo el futuro posible. ¡Ah!, si toda mordedura de un perro rabioso implicase fatalmente la muerte por la rabia, yo no dudaría. Mis experiencias de intentos por conseguir el estado refractario sobre los perros después de la mordedura van bien; pero tengo todavía muy pocos resultados. Desde hace cinco meses me he visto muy retrasado debido a dificultades imprevistas, felizmente superadas, gracias a una instalación que debe permitirme multiplicar a partir de enero mis pruebas de profilaxis.
Resumido, este es el estado de mis estudios:
Usted me dirá: aquí están veinticinco perros, ¿puede usted asegurarme que si yo hago que les muerdan perros rabiosos, podría, sin lugar a dudas, hacer a los veinticinco refractarios a la rabia antes que se desarrolle el mal, como consecuencia de la mordedura? Y yo me vería obligado a responder que no puedo contestar que ninguno de los veinticinco no sufra algún accidente de vacunación. Es solamente cuando yo pueda decir que soy capaz de vacunar con seguridad después de la mordedura a un número cualquiera de perros mordidos, cuando me atreveré a pasar al hombre. Y todavía mi mano temblará, porque lo que es posible para los perros puede no serlo para el hombre. De todas maneras, no tendré ya escrúpulos científicos.
Reciba, señor, la seguridad de mis sentimientos muy distinguidos.
L. Pasteur
Que la familia del niño no se alarme excesivamente. ¡Hay tantas mordeduras, incluso no cauterizadas, que no tienen un fin fatal! La cauterización después de 24 horas puede ser muy útil y eficaz.
No olvide, se lo ruego, escribirme cómo se porta el niño en un mes, en seis semanas y ulteriormente en dos o tres meses.

En los meses siguientes Pasteur continuó experimentando con perros. Seguía sin atreverse con personas. Una carta que escribió el 12 de junio de 1885 al alcalde de Levier (Doubs), quien le había escrito preguntándole si consentiría en cuidar a dos habitantes de esa localidad a los que había mordido un perro rabioso, así lo muestra (Correspondance, vol. 4, págs. 21-22):

Señor,
He recibido su carta de ayer, 11 de junio, relativa a ese niño y a su padre, mordidos los dos por un perro rabioso y sobre lo que habría que hacer.
Siento mucho informarle que todavía no puedo intentar llevar el estado refractario a la rabia a los seres humanos. Lo hago fácilmente con perros, incluso después de que han sido mordidos. No me encuentro lejos de osar hacerlo sobre el hombre pero el punto en que se hallan mis investigaciones no me permite todavía actuar sobre el hombre.
Diga con claridad a esas bravas gentes que la mordedura de un perro rábico está lejos de anunciar siempre el mal. Tienen más de 80 buenas posibilidades sobre 100 de no adquirirlo.
Que no hagan nada, que no se dediquen a ningún remedio. No hay ninguno.
En su lugar, haga que un médico vigile atentamente a las personas a fin de identificar los menores cambios de carácter, excitación nerviosa, dolores de cabeza… y que me envíen un telegrama con las señales.
La muerte es invencible cuando comienzan los primeros síntomas, en general después de seis semanas, o dos meses. No existe entonces ningún escrúpulo para actuar y yo intentaré cualquier cosa sin dudar, aunque sepa que en este momento es muy tarde para que funcione.
Estoy desolado por no poder decir que haga venir a estas personas, pero la prudencia me ha aconsejado que los métodos muy simples que empleo no habrán recibido el perfeccionamiento que espero.
Reciba, Señor, la seguridad de mi consideración muy distinguida
L. Pasteur

Los consejos de Pasteur se siguieron y los afectados, vigilados cuidadosamente, no presentaron ninguna señal de la infecciosa rábica. Menos de un mes después, el 6 de julio, Pasteur llevaba a cabo la primera vacunación antirrábica de la historia.
El éxito obtenido con Meister atrajo al laboratorio de Pasteur a personas no solo de Francia, sino también de otras partes del mundo (sobre todo de Europa). El contenido de una carta que envió al cirujano y fisiólogo inglés Victor Horsley en agosto de 1886 nos da idea de la magnitud de ese éxito (Horsley viajó a París en 1886, como secretario de una comisión establecida por el Gobierno británico para estudiar los procedimientos de Pasteur en la inmunización contra la rabia; los experimentos que posteriormente realizó Horsley confirmaron el descubrimiento y método de Pasteur, como señaló en un informe posterior) (Correspondance, vol. 4, págs. 94-95):

Al 22 de agosto de 1886, han sido tratados en mi laboratorio preventivamente contra la rabia, después de mordeduras por animales que tenían rabia o que se sospechaba que la tenían:
                                            Mortalidad
Francia y Argelia.... 1324...... 4, Pelletier, Peytel, Lagut, Clédières
Inglaterra................. 68...... 0
Austria-Hungría......... 43...... 0
Alemania.................... 9...... 0
América.................... 18...... 0
Brasil......................... 2...... 0
Bélgica..................... 50...... 0
España..................... 75...... 2, Guardia Ribes (13 años) y Pita (70años)
Grecia...................... 10...... 0
Portugal................... 24...... 0
Holanda................... 14...... 1, Meulenick (13 años)
Italia..................... 138...... 0
Rusia.................... 186...... 8, de lobos sobre 50 tratados
                                          4, de perros sobre 136 tratados
Rumania................. 20...... 2
Suiza....................... 2...... 0
Turquía.................... 2...... 0
Bombay................... 1...... 0
            Total...... 1986..... 21, de los cuales 8 lo fueron por lobos.
                                        Y el resto (13) por perros
Esto representa una mortalidad de alrededor del 1 por 100, incluyendo las mordeduras de lobos. Y una mortalidad de alrededor del 1 por 150 por mordeduras de perros.
Si no consideramos más que los 1324 tratados de Francia y Argelia, con 4 muertos, la proporción es de 1 muerto por cada 330. De manera que la proporción más baja de muertes por rabia sobre 100 mordidos que habían osado invocar las personas hostiles al descubrimiento, del 5 por ciento, es completamente errónea. En cualquier caso, incluso con esta misma proporción del 5 por 100, los 1324 mordidos de Francia y Argelia habrían correspondido a 65 muertos.
En mi comunicación del 1 de marzo de 1886 [«Résultats de l’application de la méthode pour prévenir la rage après morsure»], dí la proporción de 16 muertos por 100 mordidos. Mi convicción es que esta proporción no es exacta todavía y que es demasiado reducida. Con esta estimación, los 1324 mordidos de Francia y Argelia habrían producido 112 muertos por rabia.
En definitiva, la eficacia del método es tal que solo en 4 casos ha sido ineficaz en tratamiento.

La difusión del método de Pasteur fue tal que en 1907 al menos 51 institutos, distribuidos por Europa, Asia, América y África, utilizaban ya vacunas contra la rabia.

miércoles, 9 de enero de 2019

Medir el reloj biológico

¿Es usted madrugador o trasnochador? Estos calificativos andan cada vez más en boca de los científicos, pues todo apunta a que tienen una base genética. Esa inclinación dependería del «cronotipo», o reloj biológico de cada cual, que en algunos casos mostraría un notable desfase con la hora marcada en el reloj de pared. Ahora, tres equipos de investigación parecen encaminados hacia un mismo modo de leer ese reloj interno mediante muestras de sangre. Un método rápido, preciso y barato como este permitiría aprovechar todas las ventajas de los tratamientos cuya eficacia depende del momento del día y facilitaría el estudio del vínculo entre los desajustes del reloj biológico y varias enfermedades crónicas.
El mecanismo que controla los biorritmos diarios es el reloj circadiano. Ayuda a regular la actividad de en torno al 40 por ciento de nuestros genes, orquestando los ritmos del apetito, la temperatura y la presión arterial. No hay prácticamente célula en el cuerpo que no posea su maquinaria circadiana; el reloj maestro que las sincroniza a todas (una diminuta región del cerebro llamada núcleo supraquiasmático) controla las concentraciones de hormonas determinantes del ciclo de sueño y vigilia. Los cronotipos son tan diversos que el reloj interno de dos personas puede diferir en ocho horas o más. «Pueden compartir el mismo lecho sin coincidir en él», en palabras del cronobiólogo Achim Kramer, de la Universidad de Medicina de la Charité en Berlín, que dirige uno de los grupos que está desarrollando la nueva técnica.
El método de referencia actual para medir el reloj interno, el ascenso de la melatonina con la atenuación de la luz, exige numerosas muestras de sangre o saliva, tomadas cada hora en condiciones de penumbra. En cambio, los tres trabajos novedosos detallan una técnica más sencilla que solo precisa una o dos muestras de sangre (según el método descrito por cada estudio), por lo que las mediciones del tiempo biológico pasarían a formar parte de la práctica médica cotidiana. El enfoque general implica evaluar la actividad fluctuante de los genes mediante la medición de las variaciones en las concentraciones sanguíneas del ARN. Los algoritmos informáticos «aprenden» así qué genes dan las mejores indicaciones del tiempo biológico. «Todos avanzamos en la misma dirección» en este campo de investigación, asegura el fisiólogo Derk-Jan Dijk de la Universidad de Surrey, que dirige otro de los grupos. «Estamos expectantes.»
La especialista en bioinformática Rosemary Braun, de la Universidad del Noroeste, ha dirigido el último de tales estudios, que salió a la luz el pasado septiembre en Proceedings of the National Academy of Sciences USA. Según ella, el método de su equipo sería el más generalizable, al poder aplicarse con cualquier técnica disponible que analice la actividad génica. No obstante, requiere dos muestras de sangre, mientras que el método de Kramer (publicado también en septiembre, pero disponible en Internet desde junio, en el Journal of Clinical Investigation) y el de Dijk (publicado en febrero de 2017 en eLife) funcionan con una sola muestra. Kramer y Dijk han validado sus enfoques cotejándolos con el método de referencia; no así el equipo de Braun, lo cual dificulta las comparaciones directas. «Pudiera ser que su medición fuera la mejor, pero no lo sabemos», aclara Dijk.
El método del equipo de Kramer concuerda con el de la melatonina, con un lapso de una media hora. Una explicación para esa exactitud, según Kramer, radica en que se extrae un solo tipo de células sanguíneas, los monocitos, que experimentan fuertes oscilaciones circadianas. Ello exige un análisis sanguíneo más complejo que el de los demás grupos, pero el estudio de Kramer es el más próximo a la aplicación clínica, opina Dijk.
El paso siguiente consistirá en averiguar hasta qué punto cada método resulta idóneo para las personas con el ritmo circadiano alterado debido a que sufren el síndrome de desfase horario (jet lag), el cambio de turno laboral o una dolencia, explica Dijk. Estos trastornos del sueño causan numerosos efectos nocivos para la salud, los cuales, según algunos indicios, podrían mitigarse con el reajuste del reloj interno mediante la exposición a la luz o con la administración de melatonina (la hormona del sueño). La nueva técnica permitirá a los médicos supervisar la eficacia de estos tratamientos. Las alteraciones del ritmo circadiano también han sido vinculadas con afecciones como la diabetes, cardiopatías, enfermedades neurodegenerativas o depresión. Braun afirma: «Sabemos que hay vínculos, pero ignoramos cómo actúan exactamente». Contar con mediciones sencillas del reloj interno facilitaría su estudio.
La eficacia de algunos tratamientos farmacológicos, como la quimioterapia o los antihipertensivos, varía con la hora del día en que se administran. Aprovechar esta circunstancia para sacar el máximo provecho de un medicamento se denomina cronofarmacología. Puesto que el reloj interno de las personas probablemente condiciona el resultado, poder medirlo con más facilidad ayudaría a los médicos a personalizar el tratamiento. «Esto significaría dosis más pequeñas, menos efectos secundarios y mayor eficacia. Las posibilidades son fascinantes», apunta Braun. Con todo, no está claro cuán eficaz resulta tal sincronización, pues ha resultado difícil separar a los pacientes por cronotipo en los estudios. Esta técnica podría fomentar ese tipo de estudios. Agrupar a los pacientes de ese modo también podría mejorar la eficacia de los nuevos tratamientos en los ensayos clínicos, según Kramer.
El equipo de Dijk dio a conocer otro gran avance en un estudio publicado en línea el pasado septiembre en SleepCon la misma estrategia, lograron señalar (con una precisión superior al 90 por ciento) a los participantes que no habían dormido la noche anterior. La prueba podría ayudar también a la policía a identificar a los conductores involucrados en accidentes de tráfico que no han dormido lo debido, o a los jefes a valorar si sus pilotos de aerolínea u otro personal que desempeñe labores críticas para la seguridad son aptos para trabajar. La prueba analiza 68 genes, que coinciden muy poco con los que se emplean para determinar el reloj interno, pero cuyas funciones biológicas brindan información sobre la repercusión de la pérdida de sueño en la salud.
Combinadas, las pruebas del reloj interno y de la privación del sueño son muy potentes, afirma Dijk. «Que uno rinda bien a las seis de la mañana depende de su reloj circadiano, pero también del tiempo que haya 
Los científicos están desarrollando un método para medir el reloj corporal interno. [GETTY IMAGES]

Markin Simon

Cantos de manatí

Los biólogos que quieren censar los manatíes antillanos de Costa Rica y Panamá afrontan un reto notable: viven en aguas cenagosas, lo que prácticamente impide verlos. «He remado cada día a lo largo y ancho del río San San [en Panamá] durante dos años y todo lo que he podido ver son algunos hocicos», se lamenta el biólogo e informático Mario Rivera-Chavarría. «Pude oírlos, pero no conseguí ver ninguno.» En 2013, Rivera-Chavarría, entonces en la Universidad de Costa Rica, y sus colaboradores en el Instituto Smithsoniano de Investigación Tropical emprendieron un censo de manatíes en los humedales de San San Pond Sak en Panamá, una zona fronteriza con Costa Rica que abarca el río San San. A bordo de una embarcación equipada con sónar de barrido lateral, que genera imágenes a partir del eco sonoro rebotado por los animales sumergidos y su entorno, el equipo estimó que la población en un tramo de 18 kilómetros del San San variaba entre un escaso par de manatíes en algunos meses y 33 en otros.
El problema estriba en que el sónar resulta perturbador para estos animales amenazados, por lo que Rivera-Chavarría quería demostrar que era posible llevar a cabo el censo con una técnica menos invasiva. Las vocalizaciones de los manatíes poseen rasgos distintivos que un oído entrenado o un ordenador saben reconocer como pertenecientes a un individuo u otro. El experto registró los cantos con micrófonos subacuáticos colgados de su kayak mientras surcaba a remo el San San.
Su colega Jorge Castro, informático en el Centro Nacional de Alta Tecnología de Costa Rica, diseñó un algoritmo para contabilizar automáticamente los manatíes a partir de las grabaciones. Castro demostró, con una muestra de 54 reclamos pertenecientes a cuatro manatíes, que su algoritmo poseía una precisión del cien por cien.
El algoritmo divide el proceso en cuatro etapas: separación de las grabaciones en tramos cortos, anulación del ruido de fondo, etiquetado de los reclamos de los manatíes y agrupación de los correspondientes a cada individuo. La cancelación del ruido de fondo es la más larga, por lo que para agilizar el proceso, Castro y su colaborador Esteban Meneses recurrieron a un superordenador. Tradujeron el algoritmo a un lenguaje de programación que permitió ejecutar las tareas en paralelo, lo cual aceleró el proceso 120 veces, según relataron el pasado julio en el Taller Internacional de Inteligencia Bioinspirada, del Instituto de Ingeniería Eléctrica y Electrónica. Ahora, Castro y su equipo planean refinar el algoritmo para identificar los reclamos del zorzal pardo, o yigüirro (Turdus grayi), el ave nacional de Costa Rica. Roberto Vargas-Masís, experto en bioacústica de la Universidad Nacional de Educación a Distancia de ese país, que no ha participado en el estudio del manatí pero que pretende hacerlo en la investigación ornitológica, afirma: «Con esta técnica podremos recabar y analizar grandes volúmenes de datos y averiguar con suma rapidez si la especie está presente en una región concreta»