Plutón: La historia del que alguna vez fue un planeta

La historia de Plutón comienza en los años 20, con el astrónomo estadounidense Percival Lowell. Lowell fue un astrónomo y empresario muy curioso. Hoy lo recordamos principalmente por su creencia de que en Marte había canales construidos por marcianos para transportar agua desde los polos.

Por otra parte, Lowell creía profundamente que debía existir un noveno planeta más allá de Neptuno, debido a unas irregularidades que había detectado en las órbitas de Urano y Neptuno. Decidió llamar a ese planeta misterioso “Planeta X”.  No era una idea descabellada, de hecho, de está forma fue como descubrió a Neptuno, pero esa es otra historia.

Lowell provenía de una familia muy rica de Boston, por lo que no fue problema para él financiar sus propias investigaciones. Fue patrocinador de un famoso observatorio que lleva su nombre. Por desgracia, murió en 1916 y nunca logró completar su búsqueda. El proyecto se quedó estancado varios años por pleitos sobre la herencia del observatorio, hasta que por fin en 1929, se decidió retomar la búsqueda, dejando la tarea a un joven llamado Clyde Tombaugh.

Para encontrar el nuevo planeta, lo que se hacía era tomar placas fotográficas cada semana, y revisar si alguna estrella del firmamento se había movido. Después de un año de búsqueda y de forma casi milagrosa Tombaugh lo logró. Era claro que un pequeño objeto se había movido entre las placas del 23 y 29 de Enero. Lo más sorprendente es que después, en 1989, con la ayuda de la sonda Voyager 2,  se demostró que los cálculos en los que se había basado Lowell estaban mal, y que no había ninguna irregularidad entre las órbitas de Urano y Neptuno. Sigue leyendo

Acústica Arquitectónica

Existen muchas construcciones donde es muy importante tener una buena acústica. Por ejemplo en  teatros, iglesias, cines, auditorios, salas de grabación o en cualquier lugar donde escuchar sea importante.

Yasab (pitheas) ya nos había hablado de este tema hace algunos meses (como pueden ver aquí). En esa entrada, Yasab nos contó cómo es que en algunos lugares, como algunas pirámides mayas,  se aprovecha la reflexión del sonido para lograr cosas como hablar con otra persona, aun estando a distancias relativamente grandes. Sigue leyendo

El descubrimiento de las células

Pocas cosas son tan fascinantes como una célula. Si estás leyendo esto, es obvio que eres un ser vivo, y como tal, estás formado por células. Algunos organismos cuentan con una sola célula, es decir, todo ellos son la célula, o la célula es todo ellos, y son tan pequeños que se necesita un microscopio para poder observarlos; otros, como nosotros, somos multicelulares y estamos formados por billones de células.

Fue allá por 1665 que un científico británico llamado Robert Hooke se asomó por primera vez al microscópico mundo celular. En su obra “Micrographia”, entre muchas otras cosas, mostró una curiosa red de cavidades que observó al mirar un corte de corcho a través del microscopio, a las cuales llamó “células”, que precisamente significa “celditas”. Realmente lo que Hooke observó no eran células tal cual, sino las paredes de celulosa remanentes en los lugares en los que alguna vez hubieron células vegetales vivas.

Dibujos de las observaciones de corcho en el microscopio hechos por Robert Hooke en su libro "Micrographia". A las pequeñas celdas les dio el nombre de "células".

Anton Van Leeuwenhoek, un comerciante de telas holandés aficionado a los lentes y lupas, hizo gala de una habilidad asombrosa para pulir lentes y fabricó el microscopio más extraordinario y poderoso de su época. Leeuwenhoek no era ningún sabio, científico ni mucho menos, pero con su estupendo microscopio pudo observar cosas que ningún otro hombre había observado jamás: células vivas. Muestreando aquí y observando allá, fue el primero en observar bacterias, protozoarios e incluso células de organismos multicelulares. Fue tal el asombro de los científicos que se carteó durante muchos años con la Royal Society de Londres, que en aquél entonces era el más importante grupo de intelectuales del mundo.

Leeuwenhoek fue el primero de muchos. Después de él siguieron otros intrépidos aventureros que también se adentraron al desconocido mundo de las células. Algunos como Lazzaro Spallanzani se encargaron de refutar la teoría de la generación espontánea en los microorganismos, otros como Louis Pasteur y Robert Koch demostraron que algunos microorganismos son la causa de las enfermedades infecciosas, y unos más como Robert Brown o Christian de Duve  descubrieron parte de su estructura interna.

Sí, puede que no lo parezca, pero esto es un microscopio. Con él, Anton Van Leeuwenhoek observó por primera vez células vivas.

Hoy en día nuestro entendimiento de la célula es mucho mayor que el que se tenía en aquél entonces, y sin embargo, cada vez son más las preguntas que surgen alrededor de estas fascinantes estructuras. ¿Cómo se originó la primera célula? ¿Cómo interaccionan una con otra para formar colonias? ¿Cómo conforman a un organismo multicelular?

Quiero compartir una animación que desarrolló la Universidad de Harvard en la cual se muestran algunas de las muchas complicadas estructuras de un leucocito o glóbulo blanco, que son células de la sangre especializadas en la respuesta inmune de los animales.

¡Hemos sido engañados! El Dogma Central de la Biología Molecular es vigente

El dogma central de Crick, enunciado en 1958 y la piedra angular de la Biología Molecular desde entonces, es probable que resulte ser una considerable sobre simplificación.” Frase sacada de un artículo anónimo llamado “El Dogma Central Revertido”, el cual resume perfectamente la errónea percepción generalizada sobre el Dogma Central, el cual en esta ocasión trataré de defender.

Dr. Francis Crick (1916-2004), premio Nobel a la Medicina y Fisiología en 1962 junto con James Watson y Frederick Wilkins por su descubrimiento de la estructura del DNA. Francis Crick propuso el Dogma Central de la Biología Molecular.

Bueno, antes de comenzar, creo que para comprender este tema hay algunos aspectos muy básicos de la Biología Molecular que tienen que quedar entendidos, que si bien, ya los repasamos en una entrada anterior, no está de más mencionarlos brevemente:

1)      El DNA guarda la información genética. Es un ácido nucléico y está conformado por secuencias de nucleótidos, que dependiendo de cómo se ordenen significan algo. Guardan la información (genes) que determina las secuencias de proteínas. Los nucleótidos son Adenina (A), Guanina (G), Citosina (C) y Timina (T). Cuando una célula da origen a otra, el mismo DNA pasa su información a otra cadena de DNA (Duplicación o Replicación).

2)      Las proteínas son moléculas complejas que cumplen una gran cantidad de funciones. Están formadas por secuencias de moléculas más pequeñas llamadas aminoácidos. Son 20 diferentes.

3)      El RNA también es un ácido nucléico, y su función en las células casi siempre es ser intermediario en el flujo de información de DNA a proteínas, es decir, copia la secuencia de los genes del DNA (Transcripción) y la traduce a una secuencia de aminoácidos (Traducción). Está formado por los mismos nucleótidos que el DNA excepto que en lugar de Timina tiene Uracilo (U).

4)      Cada secuencia de tres nucleótidos en los genes significa un aminoácido, por ejemplo, AUG significa Metionina (hablaré de esto en mi próxima entrada).

Listo, ahora sí comencemos.

Hace poco salió en las noticias que el LHC había descubierto neutrinos que supuestamente viajan más rápido que la luz y que esto destruiría la teoría de la relatividad de Einstein. Lo más probable es que esto no sea verdad, que se trate de errores en las mediciones o algo más interesante como el descubrimiento de nuevas dimensiones. Aunque este no es el tema de mi entrada, me hizo reflexionar mucho sobre  el gran daño y confusión que una mala y precipitada divulgación de parte de los medios de comunicación pueden causar sobre la opinión general respecto a los temas científicos. Fue unas pocas semanas después que me di cuenta que el reciente caso del daño causado a la opinión colectiva respecto a la relatividad no es uno aislado, sino que hay uno en particular que durante años ha sido objeto de gran controversia en torno a uno de los científicos más importantes de la historia de la biología: Francis Crick y su Dogma Central de la Biología Molecular.

Uno puede abrir incluso los más afamados libros de texto de Biología general y encontrar una severa crítica al Dogma Central y al mismo Crick por haberlo postulado, diciendo que es una sobre simplificación, dando a entender que lo que dice el Dogma es que la información genética SÓLO puede fluir del DNA al DNA (duplicación), del DNA al RNA (transcripción)y del RNA a las proteínas (traducción). Así es, este dogma central ha sido criticado una y otra vez, a tal grado que cualquiera podría decir “¿Pero qué le pasaba por la cabeza a Crick al aventurarse a hacer semejante afirmación? ¿Qué no se daba cuenta de su error? ¡Y encima llamarlo dogma!” Bueno, he de confesar que yo hasta hace poco pensaba lo mismo, pero hace un par de semanas, en una clase de Biología Molecular el Dr. Víctor Valdés, me di cuenta de mi error.

Este esquema representa lo que la mayoría de las personas cree que es el Dogma Central de la Biología Molecular. Uno puede buscar en internet y encontrar este esquema y otros parecidos.

Primero que nada, Crick literalmente metió la pata con el nombre de “dogma”, pero aparentemente él no conocía el significado de esta palabra, pues creía que era un postulado científico para cuya comprobación no se tienen suficientes pruebas. Sí, metió la pata, respecto a esto hay poco que decir. Ya que quedó zanjada esta brecha, podemos defender no al nombre, sino a lo que dice el Dogma Central.

Contrario a lo que muchos creen, el Dogma Central no es una sentencia que dictamina arbitrariamente que la información genética fluye únicamente de DNA a otro DNA, de DNA a RNA y de RNA a proteínas. Si tal fuera el caso, con los descubrimientos del Dr. Howard Temin de la transcripción inversa (es decir, flujo de información de RNA a DNA) habría quedado destruido, como es lo que la gente piensa.

No. Si uno se detiene a leer a Crick, puede ver que el Dogma lo que en realidad dice es que “una vez que la información ha pasado a una proteína no puede salir de ahí” Crick (1970). Es decir, el flujo de información en los seres vivos puede ser de ácido nucleíco a ácido nucléico o de ácido nucléico a proteína, pero nunca de proteína a ácido nucléico ni de proteína a proteína. Para hacer énfasis en este punto, Crick propone tres grupos para clasificar a las 9 posibilidades de transferencia de información:

1) Transferencias generales, que son las que se dan en todas las células:

DNA —> DNA

DNA —> RNA

RNA —> Proteína

2) Transferencias especiales, que no se dan en todas las células, sino sólo en casos especiales, como los virus de RNA o experimentos in vitro. A diferencia de lo que normalmente se cree, nunca fueron negadas estas posibilidades por el dogma central de Crick:

RNA —> RNA

RNA —> DNA

DNA —> Proteína

3) Y las transferencias desconocidas, que el dogma central postula que nunca ocurren y no se conocen casos ni en la naturaleza ni en experimentos en que sucedan:

Proteína —> DNA

Proteína —> RNA

Proteína —> Proteína

Posibles transferencias de información entre familias de biomoléculas propuestas por Francis Crick. El esquema A) muestra en líneas continuas todas las transferencias teóricamente posibles. El esquema B) resume el Dogma Central de la Biología Molecular; en líneas continuas muestra las transferencias generales, en líneas puntuadas las transferencias especiales, y no muestra las transferencias desconocidas en los seres vivos. Imagen: Crick (1970).

Para lograr una traducción inversa se requeriría de una maquinaria celular tan compleja como la utilizada para la transcripción, la transcripción inversa y la traducción, y sin embargo, no hay siquiera indicios de que tal maquinaria exista, ni razones para creer que sería necesaria (es decir, no hay casos misteriosos en que la existencia de la traducción inversa esclareciera las incógnitas). Por último, Crick claramente postula que el Dogma aplica sólo a organismos vivientes hoy en día, y que no hace referencia a sucesos en el pasado como el origen de la vida o del código genético.

Para concluir, junto con el Dogma, Crick propuso la Hipótesis de la Secuencia, la cual es frecuentemente confundida con el Dogma. Estos dos postulados son muy diferentes pues la Hipótesis de la Secuencia es una declaración positiva que afirma que el flujo de información DNA —> Proteína existe; mientras que el Dogma Central es una declaración negativa que afirma que el flujo Proteína —> Biomolécula NO existe.

Con todo esto podemos darnos cuenta de que el Dogma que todos creíamos destruido sigue vigente hoy en día, y que, en contra de lo que dice la frase al principio de esta entrada, no es realmente una sobre simplificación, sino que aparentemente el autor anónimo de esta frase crítica sobre simplificó el verdadero significado del Dogma Central. Además, esto nos deja la lección de que siempre tenemos que ser cautelosos con la información de los medios e investigar lo que realmente ocurre antes de dar algo por sentado. Y para que no crean que les estoy cuenteando todo, aquí les dejo el link en el que pueden encontrar un artículo de la revista Nature en el cual el mismísimo Crick defiende el Dogma. Es una lectura muy rápida, amena y comprensible, sin necesidad de ser muy letrado en el tema.

http://www.nature.com/nature/focus/crick/pdf/crick227.pdf

El club de la corbata de RNA era un club de miembros científicos selectos que compartían sus ideas sobre cómo leer el mensaje del DNA y entender cómo se relaciona con las proteínas; además de usar una corbata muy fea, pero exageradamente genial. Adelante (izquierda a derecha) Alexander Rich y James Watson. Atrás (izquierda a derecha) Francis Crick y Leslie Orgel. Cabe decir que muero por tener una corbata como estas.

Para leer sobre las aventuras del Club de la Corbata del RNA les dejo la siguiente liga:

http://www.ambion.com/main/tieclub/flash/print_form/story_2.html

Teoría del Caos (Parte II)

El nacimiento de la Teoría del Caos

Continuemos con la segunda parte de esta serie de entradas sobre Teoría del Caos. Recordemos rápidamente lo que vimos en la Parte 1: A pesar de que se conocían las leyes que gobiernan el universo, era imposible hacer predicciones exactas. ¡Listo! Ya que nos acordamos podemos continuar.

Llegó el año de 1961, y con él, un señor llamado Edward Lorentz, un meteorólogo estadounidense que vendría a cambiar todo lo que se creía. El chiste es que un día se encontraba trabajando en su computadora haciendo cálculos y predicciones del clima. Simplemente introducía ciertos valores iniciales a la computadora (por ejemplo la temperatura, la altitud, la humedad), entonces ésta las operaba y le devolvía las predicciones. Un día, quiso volver a ver ciertos datos, así que empezó de nuevo su simulación, pero para hacerlo más rápido, empezó en un punto intermedio. Nuevamente introdujo los valores iniciales (que obtuvo de sus simulaciones anteriores), pero como estaba cansado, en vez de introducir un número como 0.506127 solo introdujo 0.506, al fin y al cabo la diferencia era menos de una milésima. Pero para su sorpresa, la computadora le devolvió  resultados completamente diferentes a los que obtuvo en su primera simulación. Había días en los que la primera simulación predecía fuertes tormentas, mientras que la otra predecía días calmados y soleados.

Todo esto provocado simplemente por esa pequeña milésima que cambió. Era una diferencia tan pequeña e insignificante, que bien podría haber sido provocada por un bicho cualquiera. Y eso es lo que hoy conocemos como el “Efecto Mariposa”. Seguramente ya lo han escuchado en alguna de sus variantes: “El aleteo de las alas de una mariposa en Brasil, puede provocar un tornado en Texas”.

La cosa es que en ese entonces, se acostumbraba a pensar que un cambio pequeño en las condiciones del problema, provocaba un cambio pequeño en los resultados finales. Por ejemplo, variar un poquito el ángulo con el que se disparaba un cañón, provocaba que la bala cayera en un lugar ligeramente distinto, pero no mucho. (Una cosa es que una bala caiga a unos cuantos cm de donde debería caer, y otra es que llegue un huracán cuando debería ser un día soleado)

Y fue entonces que Lorentz le dio a la clave del asunto. El chiste era que estos sistemas “impredecibles” (el problema de los 3 cuerpos, el clima), en realidad eran sistemas muy sensibles a las condiciones iniciales. Y es aquí donde nace la Teoría del Caos. La Teoría del Caos se encarga de estudiar este tipo de sistemas, que son muy sensibles a las condiciones iniciales.

Ahora que ya sabemos que estudia la Teoría del Caos, se estarán preguntando ¿Y qué otros sistemas se comportan así? ¡Aaah! pues hay un buen de ejemplos:

-La bolsa de valores

-La forma en que crecen los cristales de hielo

-El movimiento de fluidos

-Un péndulo doble

-Un péndulo magnético

-Poblaciones de bichos, humanos, bacterias, etc.

-La evolución

-El movimiento de las placas tectónicas

-El tráfico en las ciudades

Y muchísimas cosas más…

Inclusive, les apostaría lo que quieran, a que hasta la misma historia tiene un comportamiento caótico (aunque quizá la única forma de saberlo sería viajar al pasado, pisar un bicho cualquiera y ver que pasa)

La bolsa de valores, siempre tan caótica

Ya casi acabamos, sólo nos falta mencionar un par de ideas importantes para la tercera parte de la serie.

Los comportamientos caóticos que hemos visto, ocurren cuando repetimos la misma operación muchas veces. Por ejemplo, al calcular el clima, tú puedes introducir cierta temperatura inicial en la computadora, y ésta hará sus operaciones y te devolverá una nueva temperatura. Luego con esa nueva temperatura, vuelve a repetir las operaciones y así se sigue una y otra vez. Va “evolucionando” con el tiempo (a eso se le llama sistema dinámico). (Cabe aclarar que cuando digo “operación”, no necesariamente me refiero  a una operación matemática. Por ejemplo, puedo decir que mi operación es: “la población de bichos procrea a la siguiente generación”)

¿Qué puede ocurrir conforme continúen las operaciones?

Varias cosas. Podría llegar converger a un resultado (al que se le llama atractor). O por el contrario, podría, alejarse lo más que pueda de ese resultado, o inclusive ¡ambas al mismo tiempo! (es decir, el sistema tenderá a buscar ese punto donde todo concurre, pero habrá fuerzas que lo eviten (si, lo sé, está raro)).

En el ejemplo de poblaciones de bichos, por lo general se llegan a estabilizar en un punto (atractor), pero hay fuerzas externas que lo evitaran (factores ambientales, depredadores, enfermedades, o yo que se, pregúntenle a un biólogo =D)

Geométricamente un atractor puede tener distintas formas, puede ser un punto, una curva, una superficie, o incluso figuras más complicadas como ¡los fractales!  (¡Tema de la próxima entrada!) De hecho, a los atractores con forma de fractal se les llama “atractores extraños” y suelen ser los tipos de atractores  que tienen los sistemas con comportamiento caótico.

¡Y ya! Y eso es todo por ahora. Espero haberlos dejado con ganas de más. Les dejo con un par de videos, para que vean ejemplos de sistemas con comportamiento caótico en acción. Verán a lo que me refiero cuando les digo que el caos es en realidad muy bello.

Péndulo doble:

Péndulo magnético:

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Teoría del Caos (Parte I)

Teoría del Caos (Parte III) 

Teoría del Caos (Parte I)

Muchas personas piensan que la Teoría del Caos es una teoría que predice destrucción, furia, desorden completo sin razón y cosas así. Solemos tener una idea negativa cuando escuchamos la palabra “caos”. Pero como muchas veces pasa, esa idea está totalmente alejada de la realidad. Así que vamos a ver en 3 entradas, de qué se trata realmente la Teoría del Caos, e intentaré convencerlos de lo bella que ésta es en realidad.

¡Así que empecemos! Pero en vez de decirles de golpe qué es la Teoría del Caos y qué hace, empecemos con algo de historia para introducirnos al tema.

Hasta finales del siglo XIX muchos científicos creían que bastaba con el conocimiento de unas cuantas leyes para poder predecir cualquier suceso. Y con “cualquier suceso” me refiero a ¡cualquier suceso!, el que se les ocurra. Existía la idea de que si se conocían las posiciones y velocidades de cada partícula del universo, se podría predecir el futuro. Vamos, en esa época los científicos eran algo deterministas. Pero pronto empezaron a descubrir que estaban equivocados.

Por ejemplo, tomen la ley de la gravitación universal de Newton. Con esta ley, podemos conocer con una ¡exactitud perfecta!, la posición de 2 cuerpos en cualquier tiempo (por ejemplo la Tierra y la Luna, sin ninguna influencia externa del sistema solar). A esto se le conoce como “el problema de los 2 cuerpos”. Sin embargo, el mismo problema, pero planteado con 3 cuerpos, hasta el día de hoy ¡no ha sido resuelto! Es decir, ¡No podemos predecir con absoluta exactitud como es el movimiento de 3 o más cuerpos que se mueven solo por su gravedad!, a pesar de que conocemos la fórmula que controla su movimiento. (Nada más para aclarar, sí se puede predecir la posición de los planetas, pero solo utilizando aproximaciones numéricas, que desde luego solo son precisas en tiempos pequeños)

No se puede determinar la posición exacta de 3 cuerpos que se mueven solo por su gravedad

Otro ejemplo: el clima. Conocemos a la perfección todas las fórmulas que pueden influir en el clima: las leyes que controlan el movimiento de los gases, la cantidad de energía que entra a la Tierra desde el Sol a distintas latitudes y en distintas épocas del año, como se transmite el calor, el ciclo del agua etc. etc. Y sin embargo, ¡tampoco podemos predecir el clima con exactitud! Nuevamente, solo podemos hacer aproximaciones numéricas, que son más o menos precisas solo para un par de días (además de que los cálculos hay que hacerlos con supercomputadoras, porque la cantidad de operaciones que hay que hacer es espantosa, incluso para una computadora normal)

Tampoco se puede determinar el clima con absoluta precisión

Creo que ya se entiende el problema que había con estas ideas deterministas. No importaba que se conocieran a la perfección las leyes con las que funciona el universo, simplemente no se podía hacer predicciones totalmente correctas.

En la siguiente entrada veremos qué ocurrió con estos problemas y el nacimiento de la Teoría del Caos.

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Teoría del Caos (Parte II)

Teoría del Caos (Parte III)