martes, 7 de mayo de 2024

5 experimentos que cambiaron la historia

 En todas las disciplinas, existen momentos que marcan la historia. Seguro que puedes señalar cual es la película que, según tu criterio, ha influido más en la evolución de la sociedad. Sin embargo, en el mundo de la ciencia, estos momentos cobran una importancia singular pues, además de quedarse grabados en los libros, significaronpuntos de no retorno en el conocimiento humano, es decir, situaciones en las que cambió completamente la forma en la que se aprecia la realidad y la naturaleza.

Aunque decidirse por cinco es una tarea muy complicada, te traemos una compilación de aquellos experimentos que, sin duda, supusieron un punto de inflexión en la historia del conocimiento.

NEWTON DIVIDE LA LUZ BLANCA

En el año 1672, Sir Isaac Newton llevó a cabo un experimento trascendental que revolucionó la comprensión que se tenía en aquel momento de la luz y de la óptica. En un laboratorio oscuro, Newton hizo pasar un delgado rayo de luz blanca a través de un prisma de vidrio triangular. Lo que emergió al otro lado del objeto, para sorpresa de Newton, no fue un simple haz de luz, sino un espectro que se abría en un abanico de colores. Se trataba de la revelación de la verdadera naturaleza de la luz blanca: no era una entidad homogénea, sino una combinación de colores individuales.Este experimento de refracción de luz blanca no solo desafió las creencias arraigadas de la época, sino que también sentó las bases para teoría corpuscular de la luz, en donde Newton postuló que la luz consistía en partículas distintas que viajaban a diferentes velocidades y se desviaban al pasar a través de diferentes medios. Así, no solo se transformó la óptica de forma radical, sino que fue un experimento que allanó el camino para los futuros avances en la ciencia de la luz y la visión.

CAVENDISH PESA LA TIERRA

En el año 1798, Henry Cavendish realizó un experimento que permitió, por primera vez,calcular la masa de la Tierra con enorme precisión. Utilizando un dispositivo conocido como balanza de torsión, Cavendish midió la fuerza de atracción gravitatoria entre dos masas pequeñas y dos masas grandes. Al suspender las masas pequeñas en un alambre y observar su ligero giro debido a la atracción gravitatoria de los objetos más grandes, Cavendish pudo determinar la constante de gravitación universal y, a partir de ella, calcular la masa de la Tierra.

Cavendish Experiment
CC

Dibujo de la sección vertical de la balanza de torsión de Cavendish, incluyendo el recinto en la que estaba ubicada. Las esferas grandes estaban suspendidas de un bastidor, de forma que se podían orientar desde el exterior respecto a las esferas pequeñas mediante un sistema de poleas.

Se trata de un experimento que requirió una precisión meticulosa y una enorme paciencia, pero que ofreció resultados sorprendentes: proporcionó una medida revolucionaria de la densidad y la masa de nuestro planeta, sentando así las bases para la comprensión moderna de la gravedad y la geodesia. Además, contar con un valor tan exacto permitió avanzar en los cálculos y las investigaciones de la época, tal y como si se tratase de la pieza que faltaba para completar el puzzle.

JOULE DEMUESTRA LA CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA

James Prescott Joule, en el año 1840, llevó a cabo un experimento que revolucionó por completo la comprensión de la naturaleza más fundamental: el principio de conservación de la energía. Joule diseñó un dispositivo muy ingenioso que consistía en una serie de paletas sumergidas en agua dentro de un recipiente aislado térmicamente. Al hacer girar las paletas utilizando un peso suspendido, Joule notó que la temperatura del agua aumentaba. Mediante medidas de la cantidad de trabajo realizado y la cantidad de calor generada, Joule consiguió establecer una relación directa entre el trabajo mecánico y el calor producido.

En otras palabras, este experimento demostró de manera concluyente y definitiva que la energía no podía ser creada ni destruida, sino que podía transformarse de una forma a otra, sentando así las bases para el principio de conservación de la energía, una ley fundamental en la física moderna. Este trabajo pionero de Joule cambió por completo la definición de energía, sentando las bases para futuros avances en la termodinámica y la física de partículas, así como dando origen a la famosa frase “la energía no se crea ni se destruye, se transforma”.

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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID

Esquema en movimiento que ejemplifica el experimento de Joule para determinar la conservación de la energía.

HIPPOLYTE FIZEAU MIDE LA VELOCIDAD DE LA LUZ

En el año 1851, Hippolyte Fizeau realizó un experimento innovador que permitió medir la velocidad con gran precisión. Utilizando un dispositivo óptico, Fizeau envió un haz de luz a través de un engranaje giratorio hacia un espejo situado a varios kilómetros de distancia. El espejo reflejaba la luz de regreso al punto de origen, donde otra sección del engranaje interceptaba el haz de luz en su regreso. Así, al medir la velocidad de rotación del engranaje necesaria para que la luz se bloqueara por completo, Fizeau pudo calcular la velocidad a la que se desplazaban los haces de luz.Este ingenioso montaje fue esencial no solo para una de las primeras mediciones precisas y rigurosas de la velocidad de la luz, sino que también actuó como pionero de un amplio abanico de investigaciones pioneras en este ámbito. El conocimiento de la velocidad de la luz fue indispensable para comprender el comportamiento y cómo recibimos desde la luz que emite una luciérnaga hasta la luminosidad del Sol.

ROSALIND FRANLIN FOTOGRAFÍA EL ADN

En el año 1953, Rosalind Franklin cambió la trayectoria de la genética al llevar a cabo un experimento en el que conseguía capturar las primeras imágenes del ADN utilizando la técnica de difracción por rayos X. Trabajando con una gran habilidad, Franklin produjo imágenes cristalográficas detalladas del ADN que revelaban su característica forma dedoble hélice, proporcionando una visión sin precedentes de la estructura molecular del ADN, arrojando luz sobre su disposición espacial y su composición química.Aunque el experimento en sí mismo no condujo directamente al descubrimiento de la estructura del ADN, ya que las imágenes se las apropiaron sus colegas Watson y Crick, sí fueron esenciales para formular el famoso modelo estructural de la doble hélice. Este fue un momento clave en la biología molecular y la genética, pues abrió las puertas al nacimiento de la medicina personalizada y a la comprensión de la herencia.

Enfermedad de los huesos de cristal: una rara alteración genética que quebranta la salud ósea

 Aproximadamente uno de cada 15 000 recién nacidos padece osteogénesis imperfecta, también conocida como la “enfermedad de los huesos cristal”. Esta patología hereditaria se caracteriza por una modificación en la formación del colágeno debido a una alteración genética, lo cual implica que los huesos sean más frágiles y se fracturen con mayor facilidad.

Los afectados pueden experimentar desde manifestaciones leves (deformidad ósea y escasas alteraciones en otros tejidos, lo que ocurre en la mayoría de los casos) a formas muy graves, asociadas incluso a la muerte en la etapa cercana al parto (período perinatal).

¿Por qué es tan vital el colágeno?

El colágeno es una de las proteínas más abundantes en el cuerpo humano: sus múltiples variedades suman hasta el 35 % de todas nuestras proteínas. Su función básica es el soporte estructural.

A nivel comercial, es conocido porque se ofrece en suplementos alimenticios para la mejorar la lozanía de la piel y las articulaciones. Estos productos son objeto de constante controversia, ya que no existe evidencia científica sólida de su utilidad. 

No consuma noticias, entiéndalas.

Los expertos suelen echar mano de una elocuente analogía: “comer pelo no hará que nos crezca más pelo, al igual que comer colágeno no hará que sinteticemos más colágeno en la parte del cuerpo que nos interesa”. Es decir, al consumir colágeno, este se descompone en componentes más pequeños (aminoácidos) que son utilizados para sintetizar diversos tipos de proteínas, y no necesariamente en la piel o en el cartílago de las articulaciones.

Volviendo al caso que nos ocupa, el colágeno constituye el principal componente orgánico de los huesos y es el que se encarga de proporcionarles flexibilidad y elasticidad. De ahí que su alteración propicie las fracturas o deformaciones características de la oseteogénesis imperfecta. 

El hueso, un tejido en continuo cambio

Antes de analizar cómo se afronta el tratamiento de esta enfermedad, conviene profundizar un poco más en la peculiar naturaleza de nuestros huesos.

En primer lugar, y a diferencia de lo que se cree, no son estructuras invariables a largo de la vida. Todo lo contario: se adaptan constantemente a las cargas a las que se ven sometidos.

Así, en un año renovamos hasta el 10 % del esqueleto. Como tejido biológico tiene la capacidad de modificar su estructura en función del estrés mecánico o cargas que recibe: en aquellas zonas donde no hay tensión se reabsorbe y en los puntos con más carga se forma tejido nuevo. 

Para realizar estas tareas tenemos a los osteoblastos, las células encargadas de formar hueso. Su contraparte son los osteoclastos, que se encargan de la resorción ósea o eliminación de hueso. 

Un encamamiento prolongado, por ejemplo, rompe estas dinámicas y puede llegar a provocar una pérdida ósea de hasta el 1 % en solo una semana. Por este motivo es por lo que los profesionales sanitarios consideramos tan importante evitar el reposo excesivo. 

Además, teniendo en cuenta la adaptación del hueso, antes de llegar a la madurez ósea (tercera década de vida) es importante tener un nivel de actividad física que permita acumular un pico de masa ósea. Evidentemente, después es importante seguir siendo activo con el fin de mantener un nivel óptimo de hueso. 

Como tratar la osteogénesis imperfecta

Para tener unos huesos resistentes se necesita, por lo tanto, una cantidad adecuada de materia en el esqueleto: es lo que se denomina densidad mineral ósea, que hace referencia a la cantidad de calcio en los huesos. Aunque, como pone de manifiesto la osteogénesis imperfecta, otros componentes como el colágeno juegan también un papel fundamental. Al mismo tiempo, la forma del hueso y su arquitectura interna son fundamentales para que pueda soportar cargas sin romperse. 

Además de prevenir las fracturas y controlar los síntomas, uno de los principales objetivos terapéuticos al abordar esta enfermedad consiste, precisamente, en incrementar esa masa ósea de los afectados. El tratamiento farmacológico más extendido son los bisfosfonatos, fármacos cuya función principal es inhibir a los antes citados osteoclastos para que no se produzca la resorción ósea o destrucción del hueso.

Sin embargo, el tratamiento de la osteogénesis imperfecta admite múltiples abordajes, como la colocación de órtesis(dispositivos colocados externamente para ayudar a la movilidad y evitar deformidades), la fisioterapia y la cirugía ortopédica (para fijar fracturas y corregir deformidades), entre otros. 

Por ejemplo, los fisioterapeutas enseñamos a los padres a movilizar a los bebés de forma segura y a facilitar su recuperación tras una fractura. Además, mediante programas de ejercicio terapéutico supervisado, favorecemos que el niño tenga una capacidad física adecuada y pueda alcanzar el máximo potencial de independencia.

En este momento se están estudiando herramientas terapéuticas que permitan un diagnóstico precoz y el trasplante de células madre en el útero. Aunque estas medidas aún se hallan en fase experimental, abren una ventana de esperanza a que la osteogénesis imperfecta se convierta algún día en una enfermedad del pasado.

¿De qué sirve conocer el genoma de todas las especies que viven en el planeta?

 El Proyecto Biogenoma de la Tierra (Earth Biogenome Project) es un proyecto científico global que busca secuenciar los genomas de todas las especies de plantas, animales y hongos de nuestro planeta. Como resultado, generará un mapa muy completo de la ecología y diversidad de la vida en el planeta. 

Pero ¿qué es un genoma y por qué es importante tener un mapa como este?

Un genoma es como un libro que contiene las instrucciones necesarias para que un ser vivo crezca, se desarrolle y funcione normalmente. En el genoma las letras son las bases del ADN y las palabras son los genes. Los genes contienen información sobre características específicas de un ser vivo. 

Secuenciar el genoma de una especie es, por tanto, como leer el libro de instrucciones de la vida. Es importante porque nos ayuda a entender cómo funcionan y se relacionan entre sí los seres vivos. 

No consuma noticias, entiéndalas.

Sin embargo, la labor de secuenciación es difícil porque un genoma puede contener miles de millones de letras químicas. Para hacerlo se necesita tecnología avanzada y tiempo. El ADN de la especie se separa de las células, se rompe en trozos pequeños y se leen las letras químicas de cada trozo. Después se arma un rompecabezas enorme y complicado con millones de estos trozos.

Si es tan complicado, ¿para qué secuenciar el biogenoma de la Tierra?

Hay millones de especies y cada una tiene un genoma de referencia único. Al secuenciar todos sus genomas, tendremos una comprensión más profunda de la biodiversidad y aprenderemos cómo protegerla.

Esta tarea enfrenta varios desafíos. Para empezar es un proyecto lento, que necesita mucho dinero. Además, requiere el desarrollo de tecnología de secuenciación más barata y más precisa. No podemos olvidar tampoco que es importante crear reglas éticas y de seguridad para el proyecto, y que sus resultados se usen de forma equitativa.

El proyecto empezó en 2018 y tiene tres fases. 

  • Fase 1 (2018-2023): se crearon tecnologías más rápidas y precisas para leer genomas. 

  • Fase 2 (2023-2028): se están secuenciando los genomas de las especies más importantes de plantas, animales y hongos para entender mejor la diversidad genética y biológica dentro de esos grupos de organismos. 

  • Fase 3 (2028-2033): se secuenciarán los genomas de todas las especies en la Tierra. 

Ahora mismo, se cumplen las expectativas para terminar el proyecto con éxito en el tiempo establecido.

¿Y de qué sirve todo esto?

Secuenciar el biogenoma de la Tierra será muy beneficioso para nosotros y para el planeta. Por ejemplo, conocer el genoma de plantas medicinales facilitará descubrir nuevos medicamentos. Del mismo modo, secuenciar el genoma del gorila, del chimpancé y de otros monos nos permitirá entender mejor sus necesidades y las diferencias entre ellos y nosotros. Será más fácil diagnosticar algunas enfermedades, o proteger especies contra la extinción.

Secuenciar el biogenoma de la Tierra también mejorará la seguridad alimentaria y la sostenibilidad agrícola. Con el biogenoma se entenderán mejor las relaciones entre plantas y insectos. Por ejemplo se podrían controlar plagas de insectos usando métodos más específicos y sostenibles. Esto reduciría la dependencia de pesticidas químicos y ayudaría a proteger la biodiversidad.

Conocer el genoma de organismos marinos, como corales o peces, hará más fácil entender el efecto del cambio climático y la contaminación en ecosistemas marinos y su salud. Esto es crucial para su conservación.

Hay animales salvajes, como murciélagos y roedores, que muchas veces pueden transmitir enfermedades a la gente. Conocer su genoma ayudará a reducir el riesgo de pandemias.

A nivel económico, conocer nuevos genomas permitirá a la industria a ser menos agresiva con el medio natural. Por ejemplo, hay organismos que crecen en aguas residuales y pueden transformar residuos orgánicos en productos necesarios, como la ectoína

Además de enseñarnos más sobre cómo funciona y ha evolucionado la vida en nuestro planeta, estudiar el genoma de diversos animales y plantas nos puede ayudar a enfrentar problemas futuros resultantes del cambio del clima y de la pérdida de entornos naturales.

¿Cómo participa España en el proyecto?

España también participa en este esfuerzo internacional. A nivel individual, científicos españoles secuencian el genoma de especies nativas y ayudan con el genoma de especies de otros lugares. A nivel institucional, se creó la Iniciativa Catalana para el Biogenoma de la Tierra en 2020. Esta iniciativa quiere secuenciar los genomas de especies nativas de Cataluña, Andorra, Comunidad Valenciana, Islas Baleares y Franja de Aragón. Actualmente, está terminando la secuenciación de los primeros genomas. 

Por ahora la iniciativa está secuenciando 42 especies. Algunas de ellas son solo locales, como las flores de nieve de los Pirineos. Otras especies viven en varias regiones, como la perdiz. Se espera que el número de especies aumente con el tiempo, sobre todo si se consigue financiación para extender la iniciativa.

jueves, 2 de mayo de 2024