Les comparto el #IQ de la semana pasada

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IQ 10-10-2014

Premio Nobel a la perseverancia. Es esta época del año de nuevo, cuando otorgan los Premios Nobel, uno por uno. Ya salieron los de Física, Medicina y Fioslogía, Química, Literatura y el de la Paz. Este año, quizás porque el 2015 es el año internacional de la luz (?), se otorgaron varios premios ...

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Un físico mexicano idea el futuro de los viajes intersiderales

Hoy les vamos a hablar de un tema cercano a las guerras de las estrellas y de un investigador mexicano famoso, del cual seguramente se va a hablar mucho en el futuro. Suponemos que habrán visto o escuchado hablar del supuesto nuevo proyecto de investigación de la NASA para construir una nave espacial de viaje en el espacio: el Enterprise. Ese proyecto debe su nombre a la súper nave de la serie de ciencia ficción Star Trek, que  capaz de viajes largos y rápidos de galaxia a galaxia. Por supuesto, este tipo de viajes a la velocidad de la luz es imposible hoy en día. La misma NASA, en sus documentos oficiales (e incluso en su página web) dice que los viajes a mayor velocidad que la luz todavía se consideran estar en un nivel de madurez equivalente a una especulación (luego, si se puede, sigue la ciencia, luego la tecnología, y finalmente la tecnología y la aplicación). Argumentan efectivamente que  “estamos en el punto en el cual sabemos lo que sabemos y sabemos lo que no sabemos, pero no sabemos si viajar más rápido que la luz es posible”. Sin embargo, un investigador mexicano, ha presentado en 1994 una idea teórica para resolver el problema y ahora, según la comunicación de la NASA, los proyectos de desarrollo de naves parecen estar cambiando y reportan que quizás se podrá pronto ir muy lejos y rápidamente. La carrera para los viajes estelares ha empezado.

La NASA ha publicado varios comunicados impactantes en los últimos meses, primero anunciando que su presupuesto iba a sufrir varios recortes y luego anunciando sus ambiciones para construir sus próximas naves espaciales especializadas en “vuelos intersiderales”. Para explorar otros planetas (y otras galaxias), no se puede confiar en la tecnología actual ya que está muy limitada. El límite principal está en la velocidad de transporte. Para ir a visitar nuestro vecino más cercano, Marte, la tripulación tendrá que viajar varios años, y el planeta habitable más cercano se encuentra a alrededor de 22 años luz de nosotros (es decir que la distancia que nos separa es tal que si viajáramos a la velocidad de la luz nos tardaríamos 22 años en llegar…) Pero la idea de la NASA es acortar ese tiempo de vuelo con naves espaciales muy especiales: el ingeniero Harold White propuso recientemente investigar cómo fabricar un “Warp Drive”, una nave que sería capaz de deformar el espacio-tiempo para que fuera más corta la distancia entre dos objetos lejanos. La nave no existe, y no se sabe bien cómo se hará, pero ya tiene nombre el proyecto: el IXS Enterprise. Y aunque muchos expertos salieron en los medios a comentar y principalmente criticar la presentación oficial de White, el prestigioso equipo de trabajo del Advanced Propulsion Team de la NASA dijo pensar que era posible crear una nave capaz de curvar el espacio-tiempo. Y si ellos lo anuncian, quizás hay que escucharlos… La historia de la NASA les permite obligarnos a escucharlos. Además, la idea de los ingenieros de la NASA no es nueva y lleva mucho tiempo madurando en sus cabezas. Y tampoco es de ellos. La tuvo un investigador mexicano hace 20 años.

Hoy director del prestigioso Instituto de Ciencias Nucleares de la Universidad Nacional Autónoma de México y también profesor de Relatividad en el Departamento de Física de la Facultad de Ciencias de la misma UNAM, el Dr. MiguelAlcubierre Moya es una figura no solamente a nivel nacional sino internacional. En 1994, durante sus estudios de doctorado en la Universidad de Gales en Cardiff, el Dr. Alcubierre presentó un modelo matemático que no prohibía los viajes superlumínicos (a velocidades mayores a la de la luz) y no se oponía a las leyes de la física en la revista Classical and Quantum Gravity. La idea genial consiste en una impulsión del espacio-tiempo que contrae y expande dos regiones opuestas de esta tejido alrededor de una burbuja plana de deformación en la cual se encuentra justamente la nave que queremos que se desplace. Es fácil entender, sin necesidad de una gran preparación científica, que el punto que estaba tan lejos de nosotros se encuentra muy cerca de repente cuando se dobla la tela que la masa deforma y curva. Resolviendo ecuaciones postuladas por Einstein en el Teorema de la Relatividad General, se pudo demostrar que el impulso por deformación no violaba ninguna ley de la física y que permitiría viajar rápido porque no cambiaría el espacio-tiempo de la nave y su tripulación mientras que modificaba el entorno. Cómo hacerlo es otro asunto, que requiere de más preparación, pero básicamente requiere de anti-materia. Y ahora, no es algo que se encuentra ni se controla fácilmente. Tecnológicamente, estamos lejos de lograrlo quizás, y es justamente el objeto de las numerosas críticas* que recibió la noticia por parte de expertos en astrofísica, pero permite soñar. Permite soñar que en México este tipo de noticias desperte vocaciones para la física y la ingeniería. Permite soñar que veremos este tipo de tecnología mientras vivamos. Es lo mínimo que le deseamos al Dr. Alcubierre por supuesto, que él conozca la nave que cuente con la tecnología que él ideó. Es joven todavía, la NASA tiene un poco de tiempo.

*pueden leer una muy buena aquí

La virtud de escribir a mano

El viernes, estaba en una reunión de trabajo larga y cuando se trataba de anotar los puntos importantes que se mencionaban, había dos tipos de personas: los que apuntaban a mano en sus cuadernos de notas y los que escribían todo en sus tabletas o celulares para tener sus notas en versión electrónica de una vez. Es un hecho que la escritura a mano se está dejando poco a poco para escribir con un teclado, tanto en una computadora (eso mismo estoy haciendo ahora para IQ) pero sobre todo con los aparatos portátiles que nos permiten intercambiar cada vez más y más rápido. El cambio de una forma a otra se ha dado (o se está dando) tan abruptamente que ahora en muchas escuelas las horas en las que enseñan a los niños a escribir a mano se han reducido bastante para enseñar el uso del teclado cada vez más temprano. Sin embargo, al parecer, es importante escribir a mano. Un artículo de Maria Konnikova del New York Times del 2 de junio presentó lo que estamos perdiendo al dejar de escribir a mano.

En su excelente artículo, Konnikova declara que de acuerdo a psicólogos y neurocientíficos, “es un poco temprano anunciar que escribir a mano es una reliquia del pasado” ya que existen estudios que demuestran que el escribir a mano permite un mejor desarrollo educacional. Se sabía que escribir permite aprender a leer más rápidamente; y es por eso que se aprenden los dos al mismo tiempo, para hacerlo más eficiente. Sin embargo, se está mostrando que aprender a escribir a mano también ayuda a almacenar información y a generar ideas en la cabeza. ¿No ven palabras formando y escribiéndose en su cabeza a veces, cuando expresan una idea? Sería más o menos normal, ya que parece que existe una relación entre la palabra y su forma, mentalizada como el gesto de escribirla, en nuestro cerebro. Eso permite un mejor entendimiento y quizás ayuda a aprender. Un grupo de la Universidad de Indiana demostró en 2012 con niños que no sabían ni leer ni escribir que duplicar una forma que se les presentaba a mano activaba más zonas del cerebro que si la reproducían con una forma pre-existente o en una computadora. 

La complejidad de las formas, o mejor dicho la variabilidad que pueden tener las letras cuando se reproducen de acuerdo a un modelo (las diferencias de una con otra cuando se hacen a mano) es lo que justamente parece hacer el proceso de aprendizaje más difícil y entonces más eficiente. ¡Las famosas planas que todos hicimos en primaria son realmente importantes! Y no poder repetirlo exactamente igual en todas las letras es un proceso de aprendizaje sano. “El desorden ayuda al aprendizaje en este caso” reporta la autora del artículo del New York Times, citando a Dr. Karin James, la principal investigadora del estudio. Efectivamente, este desorden, esta complejidad, es lo que nos activa más el cerebro y permite un mejor aprendizaje. ¿No les impresiona como los bebés son capaces de tener el concepto de y reconocer rápidamente a los animales sea en fotografías o dibujos de todos tipos en sus libritos? Es lo mismo para las letras. Nuestros cerebros deben reconocer las letras bajo formas que pueden parecer muy diferentes. Lo que también demostraron los americanos con su estudio es que tener un patrón pre-existente o usar una computadora nos limita porque no permite esa variabilidad alrededor de un modelo y entonces no requiere de muchos recursos cerebrales. Otro punto importante además del aprendizaje, Dr. James demostró que escribir a mano permite expresar más ideas que escribir con un teclado y, de nuevo, activa más regiones del cerebro. 

Escribir a mano no es solamente bueno para niños. En adultos, la eficacia que se busca al escribir en un teclado disminuye nuestra habilidad a aprender nuevos conceptos. Konnikova reporta que varios estudios han demostrado que los estudiantes universitarios aprenden mejor y de manera más eficiente si toman sus apuntes a mano que si los teclean. Y al parecer, eso no tiene nada que ver con una posible distracción que la computadora o la tableta puede ofrecer sino que al escribir a mano el estudiante puede formar nuevos conceptos, organizar la clase que está viendo y apropiarse las ideas a su manera. Es un “proceso de reflexión y manipulación” que ayuda a la memoria.

Cocinar nos da más energía

Los seres humanos somos los únicos que cocinan la mayor parte de su comida antes de ingerirla. No hablo solamente de darle sazón a un plato o elaborar recetas deliciosas para hacer que nuestra necesidad de nutrirnos sea asociada a un placer del paladar. Hablo de calentar, preparar la comida para comerla. Si observan bien, ningún animal prepara sus alimentos, ni un poco, pero nosotros pasamos mucho tiempo en aquello. ¿Por qué será? ¿Ya se lo habían preguntado? Varios científicos se han interesado en eso y han estudiado el origen de la cocina de los humanos. Profesor Richard Wrangham, autor del libro “Como cocinar nos hizo humanos” es uno de ellos. Como primatólogo, él estudiaba la evolución de nuestra raza humana desde la prehistoria y elaboró la hipótesis de que cocinar es una parte esencial de la evolución de la psicología humana y que hace 2 millones de años esta característica permitió llegar al Homo Erectus. Veamos por qué y cómo.

Aunque sea difícil saber por qué empezó el hombre prehistórico a cocinar sus alimentos, parece ser que este cambio permitió que todo el proceso de alimentación (desde la caza y cosecha a la digestión y absorción de nutrientes, pasando por la masticación) fuera más eficiente e hiciera evolucionar el ser humano. Efectivamente, preparar la comida, preservarla, cocinarla y calentarla ayuda a comer más fácil y digerir más rápidamente (¿se imaginan comerse una pechuga de pollo cruda con verduras sin cocer?). También cocinar permite evitar o por lo menos limitar infecciones si los alimentos no están tan frescos. Finalmente, el proceso de cocinar permite que el organismo use menos recursos y energía para esta necesidad y la teoría de Wrangham es que fue esto lo que permitió reducir el tamaño del tubo digestivo y de las mandíbulas mientras que dejaba crecer al cerebro. En su libro publicado en 2009, el Profesor de Harvard explica que el control de fuego que implica la cocina podría haber permitido un desarrollo diferente, alejando a los depredadores, sentando las bases de un estilo de vida más sedentario, poco a poco.

Entonces podemos decir que cocinar los alimentos cambia la ecuación de balance entre la nutrición y el consumo de energía por el organismo para realizar todas sus funciones. Se ha calculado que sin cocinar sus alimentos, una persona humana debería ingerir alrededor de 5 kilos de alimentos crudos para sobrevivir (sin tomar en cuenta las otras actividades). Wrangham dice en su libro que si cocinar el ser humano actual no podría reproducirse. Además, imagínense que esos 5 kilos representarían masticar alrededor de 6 horas al día de frutas, verduras (y quizás carne). Digo “quizás carne” porque no creo que quisiéramos masticar carne por lo que implicaría en gasto energético: el balance podría ser negativo porque gastaríamos más que ganaríamos. Al contrario, cocinar permitió reducir el tamaño de los intestinos, bastante grandes antes debido a la dieta esencialmente vegetariana. Además de la hipótesis del crecimiento cerebral, eso permitió que corriera Homo Erectus según el universitario de Harvard. Bueno, por supuesto hay que verlo en términos de evolución: los que nacieron con intestinos más pequeños sobrevivieron y se reprodujeron más que los demás porque gastaban menos energía… Además, el cerebro es la parte del cuerpo que más energía gasta, y como lo menciona Wrangham en su libro y en entrevistas: “no podemos tener cerebro si no cocemos, para proveer las calorías que él necesita, hay que cocinar”…

¿A qué se debe esto? No toda la comunidad científica está totalmente de acuerdo con esta teoría que Wrangham y otros investigadores han propuesto. Sin embargo, está demostrado que sí es cierto que si nosotros cosemos bien los cereales, granos o féculas que tienen almidón antes de comerlos, existe una ganancia neta de energía del 30% comparando con los mismos crudos. Eso se puede explicar por la forma de digerir esos alimentos: contienen grandes cadenas de glucosa que la digestión se encarga de recortar y dividir. Más largas las cadenas, más largo y pesado el proceso de digestión. Cocer estos alimentos abre las cadenas y nos hace una buena parte del trabajo, facilitando la digestión. Las moléculas que conforman nuestra comida se mueven más rápido bajo la influencia del calor, eso es Física. Entonces en la cocina cuando cocemos estamos rompiendo cadenas, empezando, ya, la digestión. Es también por eso que para bajar de peso hay que comer más alimentos crudos. Además de tener vitaminas provee nutrientes bien balanceados. Pero Wrangham nos advierte que un ser humano no puede nutrirse exclusivamente de esto, sobre todo en la infancia. Es peligroso.

En fin, cocer es bueno, cocinar es rico, y todo eso ayuda a pre-digerir y obtener más energía de la comida. Otro punto importante a no olvidar es que masticar bien y por un periodo más o menos largo permite sacar más provecho de los alimentos por las mismas razones. Las enzimas de la saliva empiezan el trabajo y hacen la digestión más ligera. Por supuesto, el hombre ha evolucionado más y ahora no necesita cocinar, encuentra cada vez más quien lo hace por él; pero eso es otro problema, ¿verdad?

Elaborado a partir de un artículo de BBC News.

Rejuvenecer con sangre fresca

No, no estamos promocionando una nueva dieta carnívora ni una película de vampiros. Con este título estamos llamándoles la atención sobre un resultado bastante innovador y que genera un avance tremendo en la investigación sobre enfermedades neurodegenerativas como Alzheimer por ejemplo. Efectivamente, en un estudio publicado estos días en la famosa revista Nature Medicine por el equipo del Dr. Tony Wyss-Coray de la Escuela de Medicina de la Universidad de Stanford (California, EEUU), parece posible revertir el proceso de envejecimiento de la memoria en ratones viejitos inyectándoles plasma sanguíneo de otros ratones más jóvenes.

Es frecuente que una o uno se pregunte cómo un(a) científico(a) ha tenido una idea genial. Con qué dosis de creatividad y de ingeniosidad deben trabajar los investigadores para lograr un avance, para innovar, para crear algo fuera de lo que ya se sabe. En el caso del trabajo reportado por los científicos de la Universidad de Stanford, la primera idea que tenían en mente era estudiar modificaciones a nivel molecular y biológico en el cerebro de ratones viejos cuando les inyectaban sangre de ratones mucho más jóvenes. Y esos estudios son complejos y tardados. Pero había un estudio sencillo, mucho más sencillo, que añadieron a su lista a la hora de hacer su batería de pruebas: un estudio sobre la memoria. “Eso hubiera podido hacerse hace décadas porque no se necesita conocer todo lo que aprendimos sobre el cerebro desde hace 20 años. Solamente hay que hacer un experimento para ver si el ratón tiene mejor memoria después de haberle inyectado sangre joven” dijo Wyss-Coray.

Para empezar, cómo inyectan sangre fresca sin alterarla de un ratón a otro? Hicieron una especie de unión de sistemas circulatorios entre ratones viejos y entre un ratón viejo y uno joven. Este proceso se llama generar ratones parabióticos y en este caso los dos organismos comparten un mismo flujo sanguíneo. No es la primera vez que se hace, ya que en el año 2010 el grupo de la investigadora del Joslin Diabetes Center y de la Universidad de Harvard Amy Wagers había publicado un estudio similar en la revista Nature en el cual mostraba que la sangre joven en organismos viejos paraba el envejecimiento de las células madre de nuestro cuerpo. Efectivamente la sangre joven mandaba señales que volvían a dar funcionalidad a este tipo de células, ya adultas en ratones viejos, responsables de regenerar todos los tipos de tejidos según su localización. En fin, se podía parar y hasta invertir el envejecimiento gracias a esta técnica. En el 2011, solamente un año después se demostró que existían también factores de señalización en la sangre que eran responsables también del envejecimiento del cerebro. Esas señales son naturales, mandadas por el mismo organismo (sin que nadie sepa por qué ni cómo) y nos hacen viejos. Pero la sangre joven no tiene esos factores, y al contrario tiene otros que rejuvenecen. Por supuesto, en ratones parabióticos el joven “ayuda” al anciano pero ya entendieron que la sangre del viejito hace envejecer al joven.

En el caso del estudio sobre la memoria de los ratones, encontraron que si un ratón joven está compartiendo sangre con uno más viejo, el mayor recupera sus funciones cerebrales perdidas de la memoria. Se enfocaron en lo que le pasaba al hipocampo que está en el cerebro. Esta glándula es la que usamos para ubicar algo que dejamos en algún lugar o para simplemente ubicarnos. Su geometría y tamaño pueden cambiar en función del uso que le damos (como se dice que la memoria se tiene que ejercer sino desaparece) y por supuesto la edad importa mucho. Y la gente que padece enfermedades degenerativas (una aceleración de la disfunción del cerebro) como Alzheimer, tienen esa glándula más afectada. En el estudio, han observado que el hipocampo de los ratones que tenían sangre joven presentaba grandes cambios debidos a esa nueva sangre con sus factores. Y podían aprender nuevas cosas, podían hacer nuevo uso de su memoria, como aprenderse un nuevo camino a la comida… esas cosas ya no las sabían hacer a su edad avanzada.

No se sabe todavía si esos descubrimientos pueden trasladarse a humanos. ¿Se imaginan los problemas éticas que representaría este tipo de estudio en humanos? Sin embargo, debido a los impresionantes resultados encontrados desde el 2010 en la trasfusión de sangre joven directamente de organismo joven a organismo viejo, se está pensando en cómo hacer eso posible en humanos para probar su efecto. La trasfusión ya existe entre humanos, pero los procesos que se llevan a cabo para poder hacerla quizás no permiten que pasen los factores de rejuvenecimiento. Está claro que la conexión debe ser sin intermediario. De ahí a que nos volvamos vampiros para ser eternos...

Sutura con nanopartículas

Cuando una herida sangra, a veces, es necesario suturarla: es decir cerrar con un hilito delgado la herida para bloquear el sangrado, bloquear la entrada a todas las posibles infecciones del exterior (que la piel ya no puede parar naturalmente) y a veces para reparar un tejido que quedará mal si no se cierra estéticamente. En cirugía, cuando un médico abre una parte del cuerpo para acceder al interior del cuerpo, pues no puede dejar que el cuerpo sólo cierre apertura. La sutura puede incluso servir para reparar órganos abiertos por una razón traumatizante. Aunque el proceso de sutura sirva para reparar, la cicatriz que deja una sutura es casi siempre visible, incluso mucho tiempo después. Su calidad, o “grado de belleza” unas semanas después depende casi exclusivamente de la destreza del médico o cirujano que ejecuta los puntos que cierran la herida, aunque cada paciente tiene también su propia capacidad de cicatrización intrínseca. Los materiales que se usan para cerrar juegan un gran papel también. Hoy presentamos un avance reciente que podría revolucionar la forma de suturar (y su calidad) y, de nuevo, proviene de la nanotecnología.

Como lo hemos mencionado en la introducción, suturar es un arte. Como anécdota personal, tuve una herida muy abierta y profunda en el labio superior algún día y el médico (que es mi papá) no me pudo inyectar anestésico ya que bajo la acción de ese fármaco los tejidos se hinchan tantito, suficiente para no ver bien dónde se ponen los puntos con precisión y entonces no se puede lograr una bonita cicatriz, que siempre se busca que sea lo menos visible posible. Imagínense como se siente 15 puntos en esa zona del rostro… ¡Fue más doloroso que el accidente que causó la herida! Los materiales utilizados para las suturas (hilos de diferentes materiales y grapas) que cierran una herida tienen que escogerse bien también para formar una cicatriz de manera controlada y de buena calidad. Se puede ver que para cada tipo de tejido existe un material adecuado y una técnica de sutura correspondiente. Se pueden usar plásticos, seda, etc. Algunos materiales se absorben en el cuerpo y no hay que retirarlo. En algunos casos particulares, sobre todo en los tejidos blandos, esos materiales (y las técnicas) comunes no permiten buenas cicatrices e incluso pueden dañar lo que se busca reparar. Creo que es difícil imaginarse cerrar una herida en un pulmón o el hígado por ejemplo. En este caso, se puede utilizar algo parecido al Durex® o a cualquier venda adhesiva que permita unir las dos partes separadas y que dejan el tejido abierto. Pero ¿qué le pasa al adhesivo en un medio acuoso? Y ¿cómo reacciona la piel (o cualquier otro tejido, como la mucosa) cuando está en contacto con algún pegamento? Estos problemas se pueden solucionar pero son agresivos para el tejido, incluso pueden ser peores que una grapa  o un hilo.

En Francia, dos investigadores pensaron en una nueva forma de cerrar heridas de manera suave, sin dolor, pero eficiente. Didier Letourneur y LudwikLeibler, de Paris, han intentado utilizar la nanotecnología para lograr esto: han podido hacer que dos partes de una herida se adhirieran una con la otra aplicando solamente una gotita de solución acuosa con nanopartículas en la herida y dejando actuar durante un minuto con una presión ligera (no mayor a la que aplicamos para evitar un sangrado cuando nos cortamos). Es bastante novedoso e impresionante porque algo tan sencillo parece funcionar. Ha funcionado en un modelo animal, de hecho. Los resultados son impactantes, y prometen mucho. Cuando se compara con otros materiales (y otras técnicas) usualmente utilizadas en el mundo médico como el Ethicon o el Dermabond, el método de las nanopartículas de sílice (SiO2NP) resulta ser mejor en muchos aspectos.

 

¿Cuál es el principio de funcionamiento?
También es sencillo… Las nanopartículas, por su tamaño muy reducido, penetran todos los tejidos de la herida y se unen fuertemente a ellos por interacción físico-química que vamos a llamar “de atracción”. Aunque una gota parezca un volumen pequeño a nuestra escala humana, es un océano para las nanopartículas, así que  hay una enorme cantidad de ellas en la gota. Eso permite que las fuerzas de atracción en cada parte de la herida se hagan grandes y que estas dos caras de la herida se atraigan. Para describirlo de manera visual, digamos que es un cierre (como los de pantalón o chamarra) que se levanta automáticamente gracias a las nanopartículas. Por su tamaño, al contrario de los otros materiales utilizados para sutura, las nanopartículas no impiden el proceso de cura de la herida y no causan inflamaciones que dejan cicatrices para toda la vida. Incluso, los autores del trabajo reportan que la técnica funciona como maravilla para parar sangrado y para reparar heridas profundas y en tejidos blandos (demostraron haber cerrado una herida en hígado con este método). También, y no es cualquier logro, los científicos inventores de este técnica han podido pegar un parche biodegradable a un corazón de rata latiendo (!), abriendo la puerta a un mundo de aplicaciones en farmacología e ingeniería de tejidos; pues ya se van a poder hacer interfaces entre plásticos o tejidos externos y tejidos vivos o internos.

Artículo científico: "Organ Repair, Hemostasis, and In Vivo Bonding of Medical Devices by Aqueous Solutions of Nanoparticles." Angewandte Chemie International Edition