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6 rarezas del universo cuántico que te causarán asombro

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Una de las grandes maravillas que nos ha enseñado el impresionante mundo de las partículas es que las cosas extrañas que ocurren a ese nivel, son totalmente naturales y tienen una explicación científica perfectamente inserta en todo el sistema de la realidad. Aun así, resulta difícil para nuestras mentes ―y también para la de los grandes científicos como Einstein― entender una serie de leyes que aparentemente entran en contradicción con el macromundo. Para que conozcas un poco más sobre el tema, hoy te traigo 6 rarezas del universo cuántico que te causarán asombro.

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6. Materia que nace y desaparece

Siempre nos imaginamos el espacio como un lugar completamente vacío, sin embargo, a la luz de las últimas observaciones, la ciencia considera que en el cosmos es una gran masa de partículas que pueden surgir de repente tomando para ello energía del universo. Igualmente pueden desaparecer sin más ni más.

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5. Los agujeros negros no son negros

Que los agujeros negros no son negros en lo absoluto no solo resulta una rareza sino una afirmación ilógica. Y aun así, es cierta. Los agujeros negros son oscuros pero no negros, pues emiten una luz llamada Radiación de Hawking ―descubierta por el físico Stephen Hawking―. Eventualmente, el agujero irá perdiendo su masa y su energía hasta desaparecer.

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4. Ubicuidad de las partículas

La ubicuidad de las partículas es una de las mayores rarezas del universo cuántico. Una partícula puede estar en dos lugares al mismo tiempo y eso, definitivamente, desafía nuestra lógica cartesiana. En efecto, los experimentos prueban que, antes de ser medido, un electrón que es colocado ante una placa con dos aberturas no atraviesa una u otra, sino ambas entradas.

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3. La clave está en la observación humana

A lo largo de los años, los científicos han llegado a una conclusión muy interesante en relación con las partículas: la observación humana de estos eventos, de cierto modo, obliga al propio universo a tomar un camino. En el ejemplo anterior, cuando se realiza una medición, el electrón asume una de las dos aberturas. En el famoso experimento de Schrödinger, el gato está vivo-muerto mientras no abrimos la caja, pero al hacerlo, aparece una de las dos variantes. Es algo extraño, confuso, pero que señala una relación indisoluble entre el conocimiento humano y su percepción.

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2. ¿Dónde están las partículas?

Otra cosa extraña es que nunca podemos saber con exactitud dónde se encuentra una partícula y cuál es su velocidad en un mismo instante de tiempo. Ello significa que si conocemos a qué velocidad va esa partícula no podemos localizarla, en cambio, si sabemos dónde se encuentra, no sabremos cuán rápido se está desplazando.

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1. El presente afecta el futuro

Más extraño aún resulta el siguiente fenómeno: en el mismo experimento del electrón ante una placa con dos aberturas, se ha comprobado que si se observa cuál de las dos entradas atraviesa la luz, esta se comporta como una partícula, sin embargo, cuando se observa la pantalla a la cual llega ese haz, la luz se comporta como onda. Ahora bien, si se espera a que la luz atraviese las aberturas y se observa el camino que esta ha seguido, se fuerza a las partículas a atravesar una u otra abertura. Lo que significa que nuestra observación presente determina el comportamiento pasado de la luz.

No me cabe duda de que debes haberte asombrado mucho con estas 6 rarezas del universo cuántico. Los científicos también, y están metidos de lleno en investigaciones que les ayuden a entender por qué suceden todas estas excentricidades en el mundo de laspartículas elementales.

Quizás no lo lleguemos a saber nunca, en cualquier caso, aproximarnos a la realidad y explicarla es parte de nuestra esencia como seres humanos y es algo que el hombre seguirá haciendo hasta el fin de los tiempos. ¿Tú que dices?

http://curiosidades.batanga.com/6939/6-rarezas-del-universo-cuantico-que-te-causaran-asombro

Los científicos están cerca de ver un universo extenso e ‘invisible’

(CNN) — Mira a tu alrededor y limpia al azar todo salvo una pequeña fracción de lo que puedes ver, pretende que el extenso resto de realidad está allí pero es invisible.

Probablemente quisieras un dispositivo que te ayude a ver mucho más de eso.

Los científicos que trabajan en el CERN, la Organización Europea de Investigación Nuclear, progresaron hacia esa dirección con el Espectrómetro Magnético Alfa (AMS, por sus siglas en inglés), que ha estado en la Estación Espacial Internacional desde 2011.

Los físicos creen que sólo 4% del universo se manifiesta como la materia y energía que podemos percibir. De éste porcentaje, 70% es la llamadaenergía oscura y 20% lo que conocemos como materia oscura, ninguna de las dos puede ser detectada directamente por los ojos humanos.

Pero los científicos están seguros de que debe existir, en parte debido a la gravedad que ejerce sobre el universo visible.

Esta semana, los científicos del CERN publicaron un análisis de datos del AMS, que detecta partículas subatómicas que constantemente bombardean la Tierra. Incluye partículas extremadamente raras de antimateria que pueden resultar de la descomposición de materia oscura.

Cuando la materia oscura choca

Se llaman positrones y también son conocidos como antielectrones. Tienen la misma masa que los electrones pero tienen una carga positiva.

Los científicos creen que la materia oscura choca y se divide en pares de electrones y positrones, así que la capacidad de examinar positrones a detalle podría ayudar a probar la existencia de materia oscura.

Los positrones se producen en cantidades pequeñas en nuestra parte del universo, y en su mayoría vienen volando desde sus confines, atados con conjuntos de otras partículas subatómicas, principalmente protones y electrones.

Las partículas voladoras llevan el nombre “rayos cósmicos”, un nombre poco apropiado que se les da en una época en la que no son tan bien comprendidos.

El proyecto AMS analizó 41,000 millones de partículas de rayos cósmicos, y determinó que 10 millones de estos estaban compuestos de electrones y positrones.

Datos sin precedentes y esperanza

Hubo fluctuaciones en la cantidad de positrones que había, y gracias al espectrómetro que orbita, por primera vez en medio siglo de investigación de rayos cósmicos, los científicos pudieron medir un auge importante en positrones.

“El AMS ahora reveló datos que ningún otro experimento había podido registrar”, dijo el vocero del CERN, Arnaud Marsollier.

Los datos apuntan a la existencia de materia oscura. Pero los científicos del CERN no están completamente seguros todavía de que la materia oscura sea la verdadera fuente de los positrones.

“Podría venir de fenómenos de alta energía en algún lugar de nuestro universo: ¿pero qué?”, pregunta Marsollier. “¿Púlsares? ¿Supernovas?”.

Los púlsares son estrellas similares a los hoyos negros que rocían partículas y luz a través del universo. Las supernovas son antiguas estrellas que explotaron.

Debido a que detecta partículas opuestas a la luz, de la forma en la que lo haría un telescopio, el AMS también puede ver otros fenómenos cósmicos que un telescopio no puede.

Los datos mostrados esta semana necesitan más estudio, pero a primera vista, según el CERN, lo que han visto hasta ahora se ve “tentadoramente consistente con las partículas de materia oscura”.

Si ese es el caso, el AMS podría comenzar a quitar la mayor ceguera de la humanidad.

http://mexico.cnn.com/tecnologia/2014/09/22/los-cientificos-estan-cerca-de-ver-un-universo-extenso-e-invisible

Captan por primera vez el sonido del átomo

Científicos suecos han logrado captar por primera vez el sonido que produce un solo átomo, el sonido más débil que es posible captar, según los físicos.

¿Y cómo es ese sonido? Resulta que es la nota re, pero 20 octavas más alta que la nota más alta en el piano, algo que queda muy fuera de lo que puede detectar el oído humano.

Para su experimento los investigadores, que publicaron su estudio en la revista ‘Science‘, crearon un átomo artificial de 0,01 milímetros de tamaño y lo pusieron en un lateral de un material superconductor. Después dirigieron ondas acústicas sobre la superficie del material, reflejaron las oscilaciones del átomo y grabaron el resultado con un diminuto micrófono puesto en el otro lado del material.

¿Para qué se hizo? Los investigadores señalan que manipulando el sonido en el nivel cuántico les llevará a nuevos descubrimientos en la computación cuántica.

“Hemos abierto una nueva puerta al mundo cuántico, escuchando a los átomos y hablando con ellos”, así calificó el descubrimiento Per Delsing, uno de los coautores del estudio. “Nuestro objetivo a largo plazo es aprender física cuántica para poder beneficiarnos de sus leyes, por ejemplo, crear computadoras superrápidas”.

http://actualidad.rt.com/ciencias/view/140103-captan-primera-vez-sonido-atomo

Hawking afirmó que la ‘partícula de Dios’ haría colapsar al Universo

El laboratorio donde se descubrió el Bosón de Higgs.

El laboratorio donde se descubrió el Bosón de Higgs.

Conocido y respetado en el mundo académico por sus descubrimientos sobre los agujeros negros y sus planteos sobre física teórica, y popular gracias a sus libros de divulgación (entre ellos, el más conocido: ‘La teoría del todo: el origen y el destino del universo’), ahora se refirió a la llamada ‘partícula de Dios’, que se descubrió en 2012 durante las investigaciones que se está llevando a cabo en un laboratorio ubicado en la frontera entre Suiza y Francia.

Según Hawking, la búsqueda que se lleva adelante en el enorme laboratorio construido por la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN, su sigla en francés) podría desatar el colapso total del Universo.

Según el científico, la partícula descubierta en 2012 (Bosón de Higgs o ‘partícula de Dios’) tiene la potencialidad de convertirse en megaestrella con energía superior a 100 mil millones de giga-electrón-voltios (GeV), lo que provocaría un “retraso catastrófico de vacío” si es que se somete a una presión extrema.

Luego de advertir que ese colapso “se producirá en cualquier momento y no lo veremos venir”, Hawking señaló que, no obstante, para ello haría falta un acelerador de partículas del tamaño de la Tierra para experimentar con esta clase de energía, lo que parece poco probable en el corto plazo.

http://www.diarioregistrado.com/tec-y-ciencia/101576-hawking-afirmo-que-la-particula-de-dios-haria-colapsar-al-universo.html

Hallan la ‘madre’ del bosón de Higgs en los superconductores

Los científicos por primera vez han observado correctamente un pariente teórico del bosón de Higgs. El descubrimiento fue posible gracias a las observaciones de comportamiento de los fotones en los superconductores.

Se cree que el campo de Higgs, que da lugar al bosón de Higgs, regala peso a otras partículas, ralentizando su movimiento a través del vacío del espacio. Supuesta en la década de 1960, la partícula finalmente apareció en el Gran Colisionador de Hadrones en el CERN, cerca de Ginebra, Suiza, en 2012, y algunos de los científicos detrás de este descubrimiento recibieron el Premio Nobel de Física en 2013.

La idea en realidad apareció tras observar el comportamiento de los fotones en los superconductores, metales que, cuando se enfrían a temperaturas muy bajas, permiten que los electrones se muevan sin resistencia.

Cerca de cero grados kelvin, en el material superconductor se configuran vibraciones que ralentizan los pares de fotones que se desplazan por él, haciendo que la luz actúe como si tuviera masa. Este efecto está estrechamente ligado a la idea del Higgs; “en realidad, es su madre”, dice Raymond Volkas, de la Universidad de Melbourne, en Australia.

Esas vibraciones son el equivalente matemático de las partículas de Higgs, dice Ryo Shimano, de la Universidad de Tokio, quien dirigió al equipo que realizó el descubrimiento, informa ‘The New Scientist’. La versión del superconductor explica la masa virtual de la luz en un superconductor, mientras que el campo de partículas de Higgs explica la masa de los bosones W y Z en el vacío

Texto completo en: http://actualidad.rt.com/ciencias/view/139466-boson-higgs-madre-superconductores-fisica

5 teorías para creer que vivimos en un multiverso

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Para nuestra sorpresa, desde hace ya un buen tiempo, los científicos han comenzado a considerar que nuestro universo no es único, es decir que no es un universo precisamente, sino que más bien sean muchos: un multiverso. Ello supondría que, simultáneamente al discurrir de este, podrían estar desarrollándose muchísimos otros mundos. Hoy queremos poner a tu consideración 5 teorías para creer que vivimos en un multiverso.

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5. ¿Existen infinitos universos?

Actualmente, la ciencia no puede saber cuál es la forma del universo; sin embargo, se cree que es llano y que se extiende infinitamente. Si este es el caso, nos encontramos con una situación un tanto peculiar: las formas en que las partículas se organizan en el tiempo y el espacio es finita, por tanto, en algún momento dado el universo debe comenzar a repetirse. Esta teoría de los universos infinitos supone que en este mismo instante de tiempo debe haber infinitas versiones de uno mismo, haciendo o no lo mismo que hacemos justo ahora.

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4. Universo de burbujas

El universo de burbujas es el modelo de multiverso propuesto a partir de la teoría de la inflación eterna. La misma está basada en el Big Bang y plantea que, después de la explosión inicial, el universo comenzó a extenderse exponencialmente, inflándose como un gran balón. El modelo nos dice que en tal proceso se formaron especies de bolsones que no continuaron inflándose mientras otros espacios sí lo hacían. A partir de ahí se crearon universos de burbujas aislados.

Nuestro universo estaría ubicado en uno de estos pliegues en los que la inflación se ha detenido, permitiendo la formación de estrellas y galaxias. En tanto, otras regiones continúan expandiéndose y probablemente contienen bolsones con burbujas de universos como el nuestro.

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3. Universos paralelos

Los universos paralelos son el modelo de multiverso más conocido popularmente, pues diversos filmes y series ―como el serial televisivo Fringe― han tratado el tema. Plantea la existencia de otros mundos más allá de nuestro alcance y está basado en considerar que existen más dimensiones de las tres que podemos percibir, además del tiempo.

La imagen más recurrida para describir este modelo es una barra de pan cortada en rebanadas. Cada universo sería una de estas lascas, mundos flotando en un espacio multidimensional. Se hipotetiza, además, que estos universos no estarían tan fuera de contacto, sino que cada cierto tiempo colisionarían y entonces se produciría un Bing Bang que restablecería los sistemas una y otra vez.

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2. Universos hermanos

El modelo de los universos hermanos está basado en las teorías de la física cuántica y de las probabilidades. Supone que cada vez que en un universo se produce un evento donde hay más de una posibilidad, surge el número de universos que realiza cada una de estas variantes. Por ejemplo, en cada universo habría uno de nosotros pensando que tomó la decisión correcta y que solo existe su mundo, cuando en realidad todas las opciones se están realizando paralelamente.

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1. Universos matemáticos

La ciencia debate constantemente si las matemáticas son simplemente una herramienta que utilizamos para entender la realidad o si son propiamente la realidad, solo que las limitaciones en nuestra percepción del cosmos nos impiden ver su naturaleza matemática. De ser esto cierto, podrían existir universos matemáticos, esto es, muchos mundos con todas las estructuras matemáticas posibles.

Como vemos, el tema es bien profundo. Las teorías para creer que vivimos en un multiverso intentan dar cuenta de todas las posibles variantes de complejidad que se ocultarían tras esa red de eventos cósmicos que llamamos universo.

¿Qué opinas al respecto? ¿Cuál es tu postura ante las teorías del multiverso?

http://curiosidades.batanga.com/6736/5-teorias-para-creer-que-vivimos-en-un-multiverso

Los Mundos Paralelos

¿Hay otro usted leyendo este artículo en este momento exacto en un universo paralelo?

 

El Dr. Brian Greene, autor de La Realidad Oculta – Universos paralelos y las profundas leyes del cosmos, cree que puede existir esta monstruosa peculiaridad de la naturaleza, y discute sus posibilidades increíbles en esta entrevista de TV de 3 minutos:

http://bcove.me/2ihb8h4s

Un número creciente de cosmólogos están de acuerdo con Greene de que no somos más que uno de muchos universos y al menos uno de estos otros mundos se encuentra cerca del nuestro, tal vez sólo a un milímetro de distancia.

No podemos ver este mundo, porque existe en un tipo de espacio diferente de las cuatro dimensiones de nuestra realidad cotidiana. Sigue leyendo

Experimento científico podría comprobar que el mundo es un holograma

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En los últimos años la ciencia ha empezado a considerar seriamente la posibilidad de que nuestro universo sea la proyección holográfica emitida desde el horizonte de sucesos de un agujero negro. Esta hipótesis, sin embargo, es una versión moderna de una idea recurrente en la historia del pensamiento: que el universo es una ilusión y que vivimos en una construcción artificial.

Científicos del Fermi National Laboratory en Illinois han lanzado recientemente un experimento en el que buscan saber cómo almacena información el universo, para poder determinar si vivimos en un holograma bidimensional (que ilusoriamente percibimos como un mundo tridimensional). “En el mismo sentido que el personaje de un programa de TV no sabría que su mundo aparentemente en 3D sólo existe en una pantalla en 2D, podríamos no saber que nuestro espacio en 3D es sólo una ilusión. La información de la totalidad del universo podría estar codificada en pequeños paquetes bidimensionales”, señala el comunicado de prensa.

Detectar esos paquetes de información 2-D de los cuales la realidad en 3D sería una representación es lo que el experimento busca. Cuando uno se acerca mucho a una pantalla se pueden observar los píxeles, pequeños puntos de data que conforman la imagen que vemos a distancia. El experimento parte de la hipótesis de que el espacio tiene un tamaño de pixel de 10 billones de billones de veces más pequeño que un átomo, o lo que se conoce como la escala de Planck.

El director del Fermi Lab, Craig Hogan, explica que se intenta descubrir si el espacio-tiempo es un sistema cuántico al igual que la materia y está compuesto, por así decirlo, de partículas de información y tiene un aspecto digital. “Por cientos de años hemos asumido que el espacio está hecho de puntos y líneas. Pero tal vez eso no es correcto –quizás está hecho de ondas, de la misma manera que el materia y la energía”.

Como si se tratara de un ejercicio de ciencia ficción (pero no), los investigadores del Fermi Lab han construido un aparato que llaman holómetro, el cual consiste de dos rayos láser de alta intensidad que son fragmentados y enviados perpendicularmente por dos brazos de 40 metros. Luego en la punta de estos brazos, los rayos son regresados y son recombinados. La idea es que cuando los rayos hacen contacto con el “fragmentador” (splitter, en inglés) este aparato debería de moverse de cierta forma haciendo que el brillo de los rayos fluctuara. Esta fluctuación luego sería analizada para determinar si ha entrado en contacto con lo que llaman “ruido holográfico” (oquantum jitter), que serían los mismos bits cuánticos que codifican el holograma del universo. De toparse con este “jitter” o fluctuación informática se podría decir que vivimos en un espacio-tiempo holográfico; nos habríamos topado también con el límite de lo que podemos medir en nuestro universo. El holómetro está diseñado para descartar otro tipo de vibraciones, como la radiación de fondo o las emitidas por otros aparatos electrónicos

Hogan y su equipo creen que en un año podrán tener los primeros resultados.

http://pijamasurf.com/2014/08/experimento-cientifico-pronto-podra-decirnos-si-vivimos-dentro-de-un-holograma-2-d/

Alberto Rojo: Borges anticipó una de las teorías de la física cuántica más importantes

Es uno de los casos en que la literatura se puede leer como ciencia y la ciencia se puede leer como ficción
Borges anticipó una de las teorías de la física cuántica más importantes, explica en la siguiente entrevista Alberto Rojo, doctor en física, autor de varios libros de divulgación, y compositor musical. Rojo considera que Borges es uno de los casos maravillosos en que la literatura se puede leer como ciencia y la ciencia se puede leer como ficción. En un nuevo libro, relatará la historia de la física en 13 canciones. Por Emanuel Pujol.
Alberto Rojo: Borges anticipó una de las teorías de la física cuántica más importantes
La ciencia y el arte no están tan distanciados como se cree a veces. Alberto Rojo alude a ello en su libro Borges y la física cuántica y personifica en sí mismo una estrecha cercanía: parte de sus horas las dedica a resolver problemas físico-matemáticos y, una cantidad semejante de tiempo, a componer música.Su próximo material buscará relatar ni más ni menos que la historia de la física.

Jorge Luis Borges decía no entender nada de física más allá del funcionamiento del barómetro. Sin embargo, el doctor Alberto Rojo asegura que el escritor anticipó, sin saberlo y por más de 15 años, una de las teorías de la física cuántica más importantes.

¿En qué consiste el “hallazgo científico” que Borges realizó a través de la literatura?

Ocurre que, en el mundo cotidiano, es impensable imaginar que los objetos puedan estar en varios lugares al mismo tiempo. En cambio, en la física cuántica, no tiene sentido decir que las partículas estén en un sitio y no en otro.

En el universo de la mecánica cuántica hay que pensar como si las partículas pudieran moverse en cualquier dirección y pudieran estar en varios lugares a la vez antes de que el detector las observe.

Por eso, en la física cuántica, cada vez que hay una medición, el universo se replica en tantas copias como alternativas posibles. Ésta es la única teoría coherente que se ha encontrado hasta ahora y fue publicada por el físico Hugh Everett III, en 1957: la partícula elige todas las alternativas a la vez.

El hecho es que, 15 años antes, en El jardín de los senderos que se bifurcan, Borges había propuesto eso mismo: que el Universo es un laberinto temporal en el que cada vez que uno toma un decisión crea diversos porvenires que se ramifican.

Borges habla de un jardín de senderos y Everett, de un árbol ramificado, por lo que las similitudes entre el cuento y el artículo científico son sorprendentes. Al comparar lado a lado algunos de los párrafos del trabajo de física y del cuento, se encuentra uno de los casos maravillosos en que la literatura se puede leer como ciencia y la ciencia se puede leer como ficción.

Durante la vida, una persona debe optar y dejar de lado algunos porvenires… Elegir entre ser abogado o médico, por ejemplo, pero es como si usted hubiera tomado todas las opciones posibles y hubiese abierto distintos universos: es científico y, al mismo tiempo, es un músico reconocido.(Risas) Nunca lo había pensado de ese modo. Lo que mencionas sería como una especie de alegoría de mi vida y es una metáfora para reflexionar sobre las limitaciones que, a veces, se suelen poner las personas antes de abordar algunas aventuras de la vida.

Pero, en rigor, lo que ocurre en la física cuántica y en el cuento de Borges es que se van generando varios individuos que no se conocen ni hablan entre sí, que viven en distintos universos paralelos, en uno de los cuales soy abogado, en otro soy médico y en otro universo soy el que soy ahora.

En su faceta como músico, ya realizó tres discos y tocó junto a Mercedes Sosa y Charly García. ¿Qué metas tiene a futuro?

Estoy componiendo para el próximo disco con un trío que tengo armado en Estados Unidos, donde estoy radicado. Grabaremos el CD allá y lo sacaremos en Argentina. El desafío que tengo es aventurarme a avanzar un poco más en la unión entre la ciencia y la música, al realizar composiciones que combinen conceptos científicos, aunque sea alegóricamente. En el próximo disco, intentaremos contar la historia de la física en 13 capítulos, en 13 temas.

El hacer alusión a los conceptos científicos a través de la melodía y los ritmos no parece una tarea sencilla…

Hay recursos sonoros que evocan cosas. A veces, los sonidos agudos seguidos de otros sonidos agudos pueden hacer pensar en campanitas o en estrellitas, más allá de que las estrellas no hacen ruido. Por eso es que hay incluso un problema lingüístico.
Nosotros, para el próximo disco, debemos pensar cómo tocar la idea de círculos concéntricos, por ejemplo, de círculos que giran dentro de círculos; en cómo narrar musicalmente el desplazamiento del centro del Universo, es decir, de que se abandonara la idea de que el Sol y los astros giran alrededor de la Tierra, para que luego los humanos comprendiéramos que el Universo no tiene centro.

Así como la composición de un tema tiene una estética, en Borges y la física cuántica usted explica que las ecuaciones también tienen cierta simetría…

Es cierto, al presentar una ecuación en ciencia, ésta debe tener cierta estética o cierta simetría. Es una de las observaciones que hago en el libro y también durante mis clases. De hecho, hay muchos avances científicos y de la física teórica que se lograron por la búsqueda de cierta elegancia, simetría, simplicidad. Todos estos conceptos son subjetivos; no es que uno trate de explicar un experimento, sino una forma más sencilla de formular las cosas. Y en esa búsqueda de simplicidad se llega a la verdad. Entonces, aquello que la mente percibe como bello, armonioso, encuentra su materialización en el mundo real.

Puesto que se aventuró tanto al mundo de la ciencia como al del arte, ¿cómo hace para repartir su tiempo entre ambas vocaciones?

Trato de dedicarle varias horas del día a la física y también varias horas a la música. Pero hay mucho trabajo que se hace de manera inconsciente, incluso cuando uno está haciendo otras cosas.

Cuando estoy escribiendo un libro, paso más tiempo orientado a la física, aunque, en general, trato de dividir mi tiempo en iguales cantidades.

Justamente, ahora está preparando un nuevo libro…

Sí, es un libro a pedido de la Universidad de Cambridge y lo tengo que terminar en el transcurso de este año. Se llama La historia y la física del principio de mínima acción, que trata sobre el principio de que todas las leyes de la física se pueden explicar cómo una minimización de algo. En otras palabras, sería como que a las leyes de la física le gustan los extremos y, en este libro, observamos cómo se ha desarrollado este principio en la física desde el año 1700 hasta hoy.

En este momento, ¿en qué área de la física cuántica está investigando?

Ahora, estoy tratando de resolver algunos problemas de física matemática, relacionados a los sistemas no holonómicos, que son sistemas mecánicos que tienen ciertas limitaciones en su manera de moverse y todavía no se sabe cómo tratarlos desde la física cuántica.

Es un problema técnico, pero muy interesante, y lo estoy trabajando con un matemático de la Universidad de Michigan, con quien ya hemos publicado varias cosas.

Usted también le dedica tiempo a la divulgación científica. En su parecer, en los últimos años, ¿hay una mayor tendencia a la divulgación en Argentina?

Sí, sin dudas. Siempre ha habido divulgación y, de hecho, yo me interesé por la física por los textos de divulgación que leí de chico. Pero, ahora, hay una divulgación al estilo argentino, con una impronta propia que sin dudas es legado de Diego Golombek y Adrián Paenza.

Lo que se propuso Golombek es trasladar la tradición anglosajosa del libro de divulgación que incorpora narraciones, algo de lo que no había mucho en el habla hispana o, al menos, en Argentina. Y nos dio a muchos científicos una plataforma de expresión.

También está el hecho de que, en Argentina, se ha prestigiado la divulgación. Es bueno que así sea, porque incluso se puede hacer ciencia estricta con una buena divulgación.

Perfil

Alberto Rojo, nacido en Tucumán, se doctoró en Física en el Instituto Balseiro. Fue investigador en la Universidad de Chicago y, actualmente, es profesor en la Universidad de Oakland. Ha publicado numerosos trabajos de investigación en revistas científicas. Como divulgador científico, ha publicado La física en la vida cotidiana, El azar en la vida cotidiana y Borges y la física cuántica (Siglo XXI Editores); además, es conductor de la serie Artistas de la ciencia, emitida por el canal Encuentro. Como músico, realizó tres discos: De visita, Para mi sombra y Tangentes.

http://www.tendencias21.net/Alberto-Rojo-Borges-anticipo-una-de-las-teorias-de-la-fisica-cuantica-mas-importantes_a36173.html

domi ¿La vida artificial ya está aquí?

Nuestro colaborador Carlos Briones resume los avances recientes en el campo de la biología sintética, y reflexiona sobre si con ellos ya podemos decir que se ha creado vida artificial.

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¿La vida artificial ya está aquí?

“Científicos norteamericanos crean vida artificial”. “Comienza la era de la vida artificial”. “La vida artificial ya está aquí”. Con titulares tan grandilocuentes como éstos, varios medios de comunicación de nuestro país sorprendían a la opinión pública el 27 de marzo de este año. En esta tentación cayeron tanto algunos periódicos de gran tirada como un buen número de canales de televisión, emisoras de radio y portales de internet.

No todos, afortunadamente, como fue el caso de Materia o de Next. Pero el incendio se había iniciado y tenía varios frentes. De hecho, la propia revista Science, en la que se había publicado el trabajo del que hablaban todos los medios, lo había calificado como “el monte Everest de la biología sintética”.

Lógicamente, una oleada de comentarios de todo tipo inundó los informativos y las redes sociales. En ellos se mezclaban la sorpresa, el miedo y la esperanza. Así, se estaba poniendo de manifiesto cómo suele funcionar en nuestro país el binomio de la comunicación científicaen ocasiones como ésta. Por un lado, somos parte de una ciudadanía que posee (nuestros gobernantes presentes y pasados sabrán por qué) una cultura científica muy escasa, lo que impide reaccionar con criterio propio ante la información que nos llega (y además prepara un excelente caldo de cultivo para la propagación de creencias irracionales y maguferías de toda índole, como es sabido). Por otro lado está la urgencia de algunos medios por generar titulares espectaculares… sin permitir que la realidad se los estropee, claro está. Ante el debate sobre lo que es o no es una noticia, parece claro que la creación de vida artificial (significara esto lo que significara, como veremos) sí era una noticia. O, quizá, la noticia.

Pasaron las horas, y tanto unos como otros fueron haciendo algo siempre aconsejable: leer el artículo original del que derivaban tales titulares, o al menos repasar los comentarios razonados de otros que sí lo habían leído, para ponerlo todo en el contexto adecuado. Con ello, la forma de enfocar esa información se fue matizando, relativizando, racionalizando. Empezaba a decirse que “se daba un paso de gigante hacia…”, o que “nos acercábamos a…”. Pero quizá, para el público general, con estos matices todo aquello dejaba de ser noticia. Ya ni siquiera daba miedo. De hecho, durante los días 28 y 29 de marzo este tema fue migrando de las primeras páginas a las secciones de ciencia. Y las emociones dieron paso a la reflexión. Como ejemplo, una semana después se utilizaba acertadamente como titular de una entrevista al último firmante del artículo su respuesta más realista y modesta: “Sólo estamos jugueteando con genomas”. Pero entonces, ¿qué era en realidad lo que se había publicado enScience?

Science, 27 de marzo de 2014

El artículo publicado en la versión electrónica de Science el 27 de marzo (y cinco días después en su edición impresa) estaba firmado por un equipo internacional liderado por Srinivasan Chandrasegaran (profesor de la Johns Hopkins University School of Public Health, Baltimore) yJef D. Boeke (director del New York University Langone Medical Center). En él se describía un logro extraordinario de esa disciplina relativamente nueva conocida como biología sintética: ensamblar en el laboratorio un cromosoma completo de un organismo eucariótico (es decir con núcleo definido, a diferencia de las bacterias y las arqueas), la levadura Saccharomyces cerevisiae.

Este hongo unicelular es una de las especies tipo utilizadas desde hace décadas por los investigadores de todo el mundo, debido entre otros factores a que posee uno de los genomas eucarióticos más pequeños, con 12 millones de pares de nucleótidos (abreviado como pb, por “pares de bases nucleotídicas”) repartidos en 16 cromosomas (el nuestro, por ejemplo, tiene unos 3.300 millones de pb y 23 pares de cromosomas). Por ello, este fue el primer genoma eucariótico secuenciado en su totalidad, en 1996. Se han desarrollado muchas técnicas experimentales para manipular genéticamente S. cerevisiae, y hay miles de laboratorios en todo el mundo utilizando esta levadura con fines biotecnológicos. De hecho, los humanos nos hemos beneficiado de las capacidades metabólicas de esta especie y de otras levaduras relacionadas desde la antigüedad, ya que permiten la fermentación de tres alimentos esenciales para un adulto con amigos: la cerveza, el vino y el pan.

El trabajo ha sido titulado “Total synthesis of a functional designer eukaryotic chromosome” (una forma más descriptiva y menos espectacular que otro artículo del que hablaremos posteriormente). Está centrado en el cromosoma III de S. cerevisiae, una molécula de ADN lineal, de 316.617 pb de longitud. En él, mediante herramientas bioinformáticas se habían diseñado 500 mutaciones que no deberían impedir su funcionalidad pero sí permitir distinguirlo claramente de su equivalente natural. Algunos de esos cambios servían para activar o silenciar a voluntad ciertos genes funcionales contenidos en dicho cromosoma, y otros lo dejaban preparado para futuros cambios de mayor calado. Además, se habían eliminado (o “delecionado”) varias regiones del material genético, con lo que el cromosoma sintético (denominado SynIII) quedaba reducido a una longitud de 272.871 pb.

Representación esquemática del cromosoma SynIII de Saccharomyces cerevisiae, mostrando en color marrón las regiones delecionadas con respecto al cromosoma III natural, y con marcas de colores los distintos tipos de mutaciones introducidas [adaptado del servidor de la Johns Hopkins University
Representación esquemática del cromosoma SynIII de Saccharomyces cerevisiae, mostrando en color marrón las regiones delecionadas con respecto al cromosoma III natural, y con marcas de colores los distintos tipos de mutaciones introducidas [adaptado del servidor de la Johns Hopkins University]

Una vez diseñado el cromosoma variante SynIII se procedió a sintetizarlo químicamente a partir de fragmentos cortos de ADN (denominados “oligonucleótidos”) con la secuencia correspondiente. En el ensamblaje de ese gigantesco puzzle participaron, a través del proyectoBuild-a-genome60 estudiantes universitarios que no sólo tuvieron la suerte de colaborar en una investigación puntera sino que varios de ellos fueron reconocidos como coautores del trabajo.

Uno de los puntos más relevantes de esta investigación tiene que ver con las plasticidad de los genomas, pues sus autores demuestran que las células en cuyo núcleo habían sustituido el cromosoma III por el SynIII (como se ha indicado, bastante diferente del original) se comportan de manera casi idéntica a las levaduras naturales, aunque poseen ciertas funciones nuevas como la capacidad para crecer en algunos medios de cultivo diferentes.

Tal como se ha planteado el trabajo, la posibilidad de ensamblar cromosomas modificados de levadura permitirá alcanzar uno de los fines de la biología sintética: alterar los genomas y/o capacidades metabólicas de ciertos organismos con el fin de producir nuevos fármacos, biocombustibles o materias primas para obtener alimentos. Con ello, los autores destacan los potenciales beneficios de un avance tan espectacular como éste, sin que en teoría nadie pueda sentirse amenazado por un ser artificial creado en un laboratorio de investigación. De hecho esto es sólo el principio, pues un gran consorcio internacional ya está trabajando en la modificación y ensamblaje de los otros 15 cromosomas de esta levadura, con intención de disponer en cinco años del genoma completo en versión sintética. Para realzar su vertiente tecnológica, el proyecto ha sido bautizado con el significativo nombre de “Sc 2.0”.

Logotipo del proyecto Sc 2.0, con las marcas de un puzzle superpuestas sobre la fotografía de una levadura en gemación [adaptado de Build-a-genome]
Logotipo del proyecto Sc 2.0, con las marcas de un puzzle superpuestas sobre la fotografía de una levadura en gemación [adaptado de Build-a-genome]

Con todo, realmente en marzo estábamos ante un gran logro de la biología sintética que merecía ser publicado en las mejores revistas científicas. Pero, ¿se había creado vida?; ¿la vida artificial ya estaba aquí? Si partimos de la información genética previamente conocida de un microorganismo, realizamos cambios que intuimos cómo van a funcionar porque tal organismo es el más conocido (junto con la bacteria Escherichia coli) de todos los que habitan en este planeta, ensamblamos (empleando herramientas moleculares proporcionados por otros microorganismos) uno de sus cromosomas a partir de los fragmentos que contienen la información deseada… ¿realmente estamos creando algo nuevo o artificial¿Diseñar una variante alternativa del dibujo en la banda de rodadura de un neumático quiere decir que hemos inventado la rueda?

Tal pretensión (en esta ocasión, más de la revista que de los propios autores del artículo) no es nueva, sino que se inició hace dos décadas. De hecho, Chandrasegaran ha comentado que lainspiración para iniciar este trabajo partió de los avances logrados durante los últimos años por alguien fundamental en la investigación sobre biología sintética… y que también ha protagonizado varios “pasos de gigante hacia la vida artificial”: J. Craig Venter.

La sombra de Venter es alargada

J. Craig Venter es un investigador y empresario de éxito, que con frecuencia ha sorprendido a la comunidad científica con logros extraordinarios. Su salto a la fama se inició en el año 1998, cuando comenzó a liderar una iniciativa fundamental (a la par que muy polémica) durante lasecuenciación del genoma humano. Han sido también importantes sus aportaciones a lametagenómica en los últimos años, y tiene el curioso honor de haber sido el primer individuo de nuestra especie cuyo genoma ha sido secuenciado por completo. ¿Casualidad? Realmente no, pues ese trabajo fue realizado precisamente en el J. Craig Venter Institute, fundado y dirigido por él en Rockville y La Jolla.

Pero lo que le dio un papel de pionero en la línea de investigación que estamos comentando fue la publicación en diciembre de 2003 del ensamblaje del genoma completo de un virus (el bacteriófago PhiX174) a partir de oligonucleótidos sintetizados en otro laboratorio, cuya secuencia correspondía a otros tantos fragmentos contiguos de la secuencia del genoma viral. Dicho genoma es una molécula de ADN de banda sencilla (en lugar de la habitual doble hélice) y circular, con 5.386 nucleótidos de longitud. La inserción de ese genoma ensamblado en células de E. coli, uno de sus hospedadores naturales, producía partículas virales infecciosas.

Empleando un método similar, en enero de 2008 el grupo de Venter logró otro éxito: sintetizar por primera vez un genoma celular. Se trataba del cromosoma de Mycoplasma genitalium, la bacteria de vida libre conocida que posee el genoma más corto: una molécula de ADN con unos 580.000 pb. Como en el caso anterior, estábamos ante un gran avance de la biotecnología y de la biología sintética, que también había sido posible gracias al conocimiento previo de la secuencia del genoma completo que se iba ensamblando in vitro.

El siguiente hito en este fructífero camino fue la publicación en Science, el 20 de mayo de 2010, de un artículo aún más impactante. La primera parte del trabajo consistió en la síntesis del genoma completo de la bacteria Mycoplasma mycoides, en esta ocasión realizando en levaduras el ensamblaje de los oligonucleótidos. En dicho genoma (una molécula circular de ADN de aproximadamente 1.080.000 pb) se insertaron algunas mutaciones que no afectaban a ninguno de los genes bacterianos, a modo de “código de barras” para distinguirlo del genoma natural. La segunda etapa del experimento supuso la inserción de ese genoma en una célula receptora de la especie Mycoplasma capricolum previamente desprovista de su material genético. La nueva célula quimérica era funcional, y estaba controlada por el único DNA presente en ella: el cromosoma sintético de M. mycoides. Con ello se demostraba que el genoma de una especie, previamente ensamblado fuera de ella, podía ser plenamente funcional en células de otra especie muy relacionada con la donante del material genético. En efecto, tras varias generaciones en la vida de estas bacterias quiméricas (a las que se denominó M. mycoides JCVI-syn1.0), el nuevo genoma había tomado el control y su expresión reemplazaba toda la maquinaria macromolecular que había estado previamente operando en el citoplasma de la célula receptora. Lo que por otra parte era esperable: el software manda.

Representación esquemática de la estrategia seguida para ensamblar el genoma de Mycoplasma mycoides, y fotografía de microscopía electrónica de barrido de células de M. mycoides JCVI-syn1.0 [adaptadas del JCVI]
Representación esquemática de la estrategia seguida para ensamblar el genoma de Mycoplasma mycoides, y fotografía de microscopía electrónica de barrido de células de M. mycoides JCVI-syn1.0 [adaptadas del JCVI]

Este artículo volvía a poner de manifiesto tanto la elegancia experimental de Venter como su enorme capacidad económica (se estima que el trabajo costó la asombrosa cifra de 40 millones de dólares). Su repercusión en los campos de la ingeniería genética y la biología sintética fue enorme, y distintas voces comenzaron a proponer a este científico pionero como un seriocandidato al Premio Nobel, un galardón que quizá acabe consiguiendo. En paralelo, corrieron ríos de tinta y de bits sobre la posibilidad de que, con sus últimos trabajos, Venter hubieracreado vida artificial. De hecho, el título elegido por él para este artículo (que había causado gran extrañeza en el ámbito científico) era: “Creation of a bacterial cell controlled by a chemically synthesized genome”. La realidad era que en absoluto se estaba creando vida: como mucho, se estaba copiando. Además, lo copiado no era la vida, ni un ser vivo, ni una célula, sinoun genoma. Y por otra parte no se puede denominar artificial a un proceso en el que (haciendo un símil con esos muebles suecos que nos rodean) tanto las piezas que hemos desembalado como el plano con las instrucciones de montaje y hasta los destornilladores… nos los ha proporcionado la naturaleza, son fruto de la evolución biológica. Dicho de otra forma, ¿por qué llamar creación de vida artificial al bricolaje, por muy habilidoso que sea quien lo practica?

Pero Venter mantiene que con este experimento “creó la primera especie auto-replicativa de este planeta cuyo progenitor no es otro ser vivo sino un ordenador”. Casi nada. Diciendo esto parece inapropiado lamentar después que el público tenga miedo a sus avances científicos. Como en esa época comentaba irónicamente Harold J. Morowitz (eminente biofísico de la Universidad George Mason en Virginia): “se ha sintetizado un genoma bacteriano y con ello se ha creado un miedo artificial”. En cualquier caso, los resultados publicados por Venter en la primera década del siglo (que han sido muchos más de los aquí reseñados) hacían presagiar que no tardaría mucho en lograrse el siguiente hito: ensamblar un cromosoma completo de un organismo eucariótico.

Y ese logro es el que ha publicado Science hace cuatro meses. Como hemos visto, elcromosoma SynIII de S. cerevisiae es tres veces más corto que el genoma de M. mycoides, pero a cambio la nueva aproximación ha incluido numerosos avances conceptuales y metodológicos respecto al trabajo previo con micoplasmas. Y también ha inaugurado una visión más humilde de la relación de los humanos con la biología, ya que Chandrasegaran ha comentado en varias ocasiones: “realmente estamos muy lejos de crear ninguna clase de vida artificial desde la nada”. De hecho, como ha subrayado Tom Ellis (del Imperial College de Londres), este último trabajo “ha servido para demostrar que puedes construir un cromosoma sin tener que ser alguien como Venter, con un instituto tuyo trabajando para ti”. Definitivamente, los dos líderes del consorcio que ha publicado sus resultados en marzo caen mejor en la comunidad científica que el primer humano que se secuenció su propio genoma.

Nature, 7 de mayo de 2014

El primer semestre de 2014 no sólo nos ha traído sobresaltos relacionados con el ensamblaje del primer cromosoma eucariótico. El 7 de mayo, la versión electrónica de la revista Naturepublicaba un artículo revolucionario del grupo de Floyd E. Romesberg, investigador delScripps Research Institute en La Jolla. En él se describe cómo dos nucleótidos diferentes de los cuatro que forman parte del ADN (abreviados, como ATP, CTP, GTP y TTP, por el símbolo de la base nucleotídica que contienen, junto con el azúcar desoxirribosa y tres grupos fosfato) pueden insertarse en los genomas y con ello ampliar el alfabeto de la vida de 4 a 6 letras. Esos dos nuevos nucleótidos se denominan abreviadamente dNaMTP y d5SICSTP, e incluyen dos bases nucleotídicas sintéticas (simbolizadas como X e Y) diferentes de las naturales. Ambas son complementarias entre sí, por lo que cuando una está frente a la otra en sendas cadenas del ADN, entre ellas se establece una interacción por puentes de hidrógeno (X-Y) como ocurre con las naturales (A-T y G-C). Este tercer par de letras se puede incorporar a una cadena de ADN, y en el artículo se demuestra insertándolo en un único punto dentro del plásmido pINF (una molécula de ADN circular de 2.686 pb) que fue posteriormente introducido en E. colimediante técnicas convencionales de biología molecular.

Estructura de los nucleótidos sintéticos que incluyen las bases nucleotídicas X e Y, y representación esquemática del plásmido en el que se ha insertado el par X-Y  [adaptado de la referencia original]
Estructura de los nucleótidos sintéticos que incluyen las bases nucleotídicas X e Y, y representación esquemática del plásmido en el que se ha insertado el par X-Y [adaptado de la referencia original]

Lo más interesante es que ese par X-Y no es reconocido como una anomalía genética por la propia “maquinaria de control” del ADN celular: por tanto no se corrige y se propaga de forma estable en la progenie de la bacteria. Eso sí, dado que las células no pueden sintetizar los dos nuevos nucleótidos, éstos siempre tienen que estar presentes en el medio de cultivo para que la bacteria los pueda tomar, gracias a la acción de una proteína transportadora específica que se ha insertado en su membrana. Tal aparente limitación se convierte en una ventaja desde el punto de vista de la bioseguridad, ya que estas “E. coli de seis letras” no pueden vivir fuera del laboratorio. Una vez que están en el interior celular tanto los nucleótidos como el molde ADN que contiene el par X-Y, éste no sólo puede replicarse sino también transcribirse a ARN(conteniendo únicamente sus cuatro ribonucleótidos naturales), y lógicamente los ribosomas pueden traducir dicho ARN a proteínas (utilizando los 20 aminoácidos naturales). Por el momento esta es la situación, pero quizá más adelante las modificaciones en la gramática de la vida puedan condicionar cambios en su semántica.

Este trabajo está basado en una tradición de tres décadas en el desarrollo de nucleótidos sintéticos que incorporan variantes de las bases nucleotídicas naturales. De hecho, el propio Romesberg ha dedicado los últimos 15 años a sintetizar y probar más de 300 nucleótidos artificiales. Pero el artículo de mayo va mucho más allá de la química sintética y plantea cuestiones básicas sobre cuáles son los límites en el número de nucleótidos que puede tener el ADN, por qué toda la vida está basada en sólo cuatro, y también sobre si serían viables moléculas de ARN o proteínas que incluyan versiones sintéticas de algunos de sus monómeros. Adicionalmente, es interesante investigar si (en un medio que contenga dNaMTP y d5SICSTP) las E. coli con alfabeto genético ampliado muestran mayor capacidad adaptativa frente a las naturales, o si por el contrario no sobrevivirían a una competición frente a ellas.

Por otro lado, este estudio abre la puerta a preguntas más “aplicadas” y de evidente relevancia económica. El propio Romesberg ha afirmado que a partir de lo ya publicado tienen previsto dirigir la evolución de las bacterias modificadas para obtener nuevos fármacos. En este sentido, un interrogante de gran calado es si se podrá patentar seres vivos cuyo genoma incluya estos u otros nucleótidos artificiales. El Tribunal Supremo de Estados Unidos sentenció en 2013 que “los productos de la naturaleza” no son patentables… pero ¿hasta qué punto es producto de la naturaleza una bacteria cuyo genoma incluye algún nucleótido sintético?

Por tanto, esta línea de investigación abre interesantes vías de investigación y de debate. Para lo que aquí nos ocupa, entre la mayoría de los investigadores una aproximación de este tipo resulta más cercana que el ensamblaje de genomas a algo parecido a la vida artificial. Pero, aun así, hasta ahora no se están proponiendo mecanismos radicalmente novedosos de almacenamiento de información genética en los seres vivos, sino un ajuste fino del sistema que la vida lleva utilizando desde su origen, y que se basa en el apareamiento por puentes de hidrógeno entre las bases nucleotídicas complementarias de los nucleótidos del ADN. Es decir,seguimos copiando… y no al compañero de al lado sino al maestro: la naturaleza.

La ampliación del alfabeto del ADN de 4 a 6 letras supone un gran avance en biología sintética, aunque se trata de una copia de la estrategia básica de los seres vivos en el almacenamiento de su información genética [adaptado de Synthorx]
La ampliación del alfabeto del ADN de 4 a 6 letras supone un gran avance en biología sintética, aunque se trata de una copia de la estrategia básica de los seres vivos en el almacenamiento de su información genética [adaptado de Synthorx]

¿Biología sintética o vida artificial?

El repaso de estos trabajos de investigación nos lleva a plantearnos si son equivalentes dos términos a veces usados indistintamente: biología sintética y creación de vida artificial. Una revisión reciente sobre la historia, motivación y variantes de la biología sintética ha sidopublicada en Nature Reviews Microbiology y en el resumen que hizo Francis Villatoro poco después de aparecer este artículo. También se repasa este campo en una reseña sobre el libro “Regenesis: how synthetic biology will reinvent nature and ourselves”, de George M. Church y Ed Regis (2012), publicada el año pasado. Para los lectores más interesados, es recomendable el número especial que la revista Nature Methods ha dedicado a este tema hace dos meses, haciendo hincapié en las metodologías experimentales que se utilizan en la actualidad.

Por su parte, la creación de vida artificial supondría algo de lo que ya hemos hablado: el diseño y construcción de sistemas biológicos diferentes de los naturales por medio de una química o bioquímica alternativas. Su planteamiento tiene mucho que ver con la famosa frase de Richard Feynman en 1988: “lo que no puedo crear me resulta incomprensible”. Existe otra línea de investigación muy interdisciplinar nacida a finales del siglo pasado y también denominada Vida Artificial (VA), que combina los avances en computación, teoría de sistemas y robótica para proponer aproximaciones a los sistemas vivos pero mediante “organismos digitales” que no requieren un soporte bioquímico: de ella no trataremos en este texto, centrado en la dimensión biológica del tema.

Centrémonos en la biología sintética. Una de sus principales aplicaciones, derivada de cuatro décadas de investigación en ingeniería genética y de la creciente aportación de la biología de sistemas, consiste en la modificación de los genomas de ciertas especies (generalmente microbianas, pero también de plantas y animales) para alterar su funcionalidad natural o lograr actividades metabólicas concretas con aplicación en biomedicina, alimentación o medio ambiente. Así, por ejemplo, se obtienen microorganismos modificados que bio-sintetizan un nuevo antibiótico, ven incrementada su capacidad para bio-capturar dióxido de carbono, o degradan un compuesto tóxico y por tanto ayudan a bio-remediar entornos contaminados.

Otra de las líneas de trabajo más exploradas actualmente se centra en el diseño de circuitos genéticos en bacterias (y también en eucariotas) que permiten activar o reprimir la expresión de genes (dispuestos en construcciones o módulos que se suelen denominar “bioladrillos”) como si se tratara de componentes en un circuito electrónico, y lograr con ello que el sistema realice actividades funcionales útiles. Existen también líneas de trabajo alternativas que buscan la construcción de protocélulas artificiales ensamblando los tres subsistemas que forman los seres vivos (membrana, genoma y metabolismo) bien de dos en dos o bien los tres simultáneamente, aunque siempre partiendo de componentes moleculares que se toman prestados de E. coli u otras especies. Con todo, la biología sintética y sus derivaciones son una de las puntas de lanza en la ciencia del siglo XXI y hay cientos de investigadores en el mundo (incluyendo varios grupos relevantes en España) explorando sus enormes posibilidades.

Algunos de los científicos que trabajan en estos campos prefieren decir (quizá para atraer más atención o más financiación) que en lugar de estar trabajando en biología sintética lo que hacen es sintetizar vida o (llevando más allá la supuesta plasticidad del lenguaje y tal vez buscando otras connotaciones) crear vida. Y dado que trabajan en laboratorios dicha vida es, lógicamente, artificial. Como hemos comentado, este es también el caso de algunos de quienes exploran otras variantes de la biología sintética: el ensamblaje de genomas o la síntesis nucleótidos alternativos para el ADN. Evidentemente, cada investigador puede defender elgrado de artificialidad de su sistema de trabajo con respecto a los organismos naturales, algo que podría llevarnos a una larga discusión a medio camino entre la ciencia, la historia (desde la revolución neolítica hasta hoy) y la filosofía. En cualquier caso, actualmente muchos de los avances en cualquier ámbito de la biología sintética son interpretados como lo que no son, y al ser amplificados por los medios producen el efecto contrario al deseado: el miedo de la población a un nuevo Frankenstein salido de los laboratorios, como ya ocurrió tras el primer experimento de química prebiótica de Stanley L. Miller y en otros avances de la biología molecular y la ingeniería genética desde la década de 1970.

La imaginación al poder: a un árbol filogenético universal mostrando los tres dominios de la vida se le ha añadido (marcado en color rosa) un supuesto cuarto dominio formado por genomas y organismos sintéticos [adaptado de la iniciativa artística de Alexandra Daisy Ginsberg “The synthetic kingdom: a natural history of the synthetic future”
La imaginación al poder: a un árbol filogenético universal mostrando los tres dominios de la vida se le ha añadido (marcado en color rosa) un supuesto cuarto dominio formado por genomas y organismos sintéticos [adaptado de la iniciativa artística de Alexandra Daisy Ginsberg “The synthetic kingdom: a natural history of the synthetic future”]

Pero todo ha de ser puesto en contexto. La auténtica creación de vida artificial (si alguna vez llega a lograrse) consistiría en ser capaces de construir una entidad auto-replicativa y metabólicamente viable dotada de un genoma (de ADN o de ARN) cuya secuencia fuera totalmente nueva. O, mejor aún, que albergara su información heredable no en un ácido nucleico natural sino en otra entidad molecular diferente (por ejemplo, alguno de los polímeros artificiales análogos a los ácidos nucleicos que ya se han sintetizado in vitro). Si alguien logra esto alguna vez, probablemente lo hará empleando una aproximación no “de arriba hacia abajo” o top-down como las comentadas aquí (que parten de la información biológica contenida en los organismos actuales) sino imaginando una estrategia bottom-upque busque construir un sistema vivo a partir de sus componentes moleculares por separado. Sólo eso permitiría pasar de lo no vivo a lo vivo.

En este sentido resulta relevante la aproximación que desde hace más de una década está llevando a cabo Jack W. Szostak en la Universidad de Harvard con protocélulas artificiales. En ellas combina dinámicas auto-replicativas de polímeros genéticos naturales o artificiales con procesos de auto-ensamblaje, crecimiento y división de las vesículas que los contienen. Precisamente aprovechar la capacidad natural de las moléculas para ensamblarse entre sí es una de las estrategias bottom-up más útiles cuando se pretende fabricar vida en el laboratorio. Quizá su grupo, u otros que están trabajando en líneas similares, nos sorprenda en el (todavía lejano) futuro con la noticia de que un proceso artificial ha logrado recrear esa transición clave producida hace algo más de 3.500 millones de años: el origen de la vida.

Planteamiento de J.W. Szostak para la síntesis, mediante una aproximación bottom-up, de protocélulas artificiales con capacidad para dividirse y evolucionar [adaptado de su artículo “Template-directed synthesis of a genetic polymer in a model protocell”]
Planteamiento de J.W. Szostak para la síntesis, mediante una aproximación bottom-up, de protocélulas artificiales con capacidad para dividirse y evolucionar [adaptado de su artículo “Template-directed synthesis of a genetic polymer in a model protocell”]

Dentro de este planteamiento de construcción ascendente que lleve de la química a la biología algunos autores han propuesto que, gracias a los avances de la nanotecnología para manipular moléculas individuales, llegará a ser posible ensamblar un ser vivo pieza a pieza a partir de sus constituyentes fundamentales. Sin embargo, a pesar de que la bionanotecnología ofrece un futuro lleno de posibilidades, el ensamblaje de un ser vivo como si se tratara de un puzzle resulta imposible debido a las limitaciones tecnológicas intrínsecas al proceso y a la extraordinaria complejidad molecular que poseen incluso bacterias tan aparentemente sencillas como las que hemos comentado anteriormente.

En particular, cada vez se sabe más sobre los componentes moleculares de las células de forma aislada (por ejemplo cómo es y cómo funciona una enzima, una proteína transmembrana, un plásmido o un ribosoma), pero el comportamiento conjunto de cualquier sistema vivo, con los millones de interacciones que se establecen y se rompen en cada fracción de segundo, es todavía un gran desconocido para la ciencia. Y es precisamente esa interdependencia mutua entre las partes del sistema lo que define a los seres vivos, que además van sintetizando y degradando constantemente sus componentes (con la excepción de su genoma) dentro del equilibrio cinético en el que viven. La biología y la química de sistemasinvestigan sobre ello pero, por el momento, aunque dispusiéramos de una cantidad ilimitada de tiempo, bio(nano)tecnólogos y dinero para manipular todas las moléculas que forman parte de un ser vivo, no sabríamos cómo construirlo. Y lógicamente tampoco podríamos ensamblar ningún ser vivo nuevo: necesitamos la foto para saber a qué debería parecerse el puzzle una vez terminado.

De hecho, quizá sea necesario encontrar otro ejemplo de vida fuera de la Tierra (y que además haya tenido un origen diferente del nuestro) para poder imaginarnos químicas diferentes y suficientemente complejas capaces de originar sistemas vivos alternativos. Porque recordemos que en nuestro planeta todas las formas de vida que habitan en todos los lugares conocidos (desde nuestro entorno hasta los ambientes más extremos) resultan idénticas desde el punto de vista químico, básicamente iguales en su la bioquímica, y son el fruto de la evolución del genoma que poseía LUCA, nuestro antepasado común. Ninguna especie escapa de esta uniformidad en la vida que conocemos, y evidentemente ni siquiera la supuesta “vida basada en arsénico” era tal. Los seres vivos que habitamos en este punto azul pálido, aunque parezcamos tan diferentes como Deinococcus radiodurans, una ameba o un bonobo… no somos sino variaciones de un mismo tema. Entre nosotros hay pocas pistas para imaginar las características que podría tener una química auto-replicativa diferente cuya viabilidad decidiéramos probar. De hecho, aunque no vamos a profundizar sobre ello en este artículo, lasconsideraciones éticas y ecológicas deberían tenerse muy en cuenta si la creación de algún tipo de vida artificial en el laboratorio fuera posible.

Por tanto, a pesar de que las ciencias adelantan que es una barbaridad… hemos de ser cautos ante los continuos “pasos de gigante” que se publiquen en este campo y además así evitaremos alarmismos: hasta ahora ni se ha creado vida, ni es artificial. Eso sí, merece la pena recorrer el largo y fascinante camino que tenemos ante nosotros. Entre otras cosas porque, en la línea de lo que sobre la inteligencia artificial ha dicho Douglas Hofstadter, quizá sea persiguiendo la vida artificial como descubramos las claves del funcionamiento de la vida.

Carlos Briones es investigador del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en el Centro de Astrobiología (CAB), centro mixto del CSIC y del Instituto Nacional de Tecnología Aeroespacial (INTA), asociado al NASA Astrobiology Institute (NAI).

 http://naukas.com/2014/07/31/la-vida-artificial-ya-esta-aqui/