Newton, Magnus y los tiros libres

Por Martín Bonfil Olivera

Dirección General de Divulgación de la Ciencia, UNAM
Publicado en Milenio Diario, 30 de junio de 2010

Para Natalia Murillo Quiroz y Marcela Hernández Jiménez,
y su excelente blog costarricence “Física, arroz y frijoles”

La descorazonadora derrota de la selección nacional ante Argentina el pasado domingo hace que hablar de futbol sea doloroso. Pero quizá conocer la ciencia detrás de los tiros libres en este deporte podría ayudar a mejorar el desempeño de nuestros futbolistas.

En realidad, se trata de un asunto bastante bien estudiado. En primera aproximación, basta la física de Newton, quien en su primera ley del movimiento sentenció: “Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que una fuerza lo obligue a cambiarlo”. En otras palabras, al patear un balón, éste se seguirá moviendo en línea recta eternamente, a menos que otra fuerza lo afecte.

Por supuesto, esto podría suceder en el espacio vacío. En una cancha terrestre, dos fuerzas importantes afectan al balón: la gravedad, que tira de él hacia abajo, y la fricción con el aire, que lo frena. En combinación, hacen que su movimiento rectilíneo ideal se transforme en lo que los físicos llaman “tiro parabólico”. Un futbolista profesional (igual que un artillero), debe ser capaz de juzgar con qué fuerza y ángulo tiene que patear el balón para que éste, en un tiro libre, entre en la portería. (Aunque para calcular trayectorias parabólicas no es indispensable saber física: la misma hazaña, aunque no con tanta precisión, la logra cualquier niño –y hasta un perro– cuando atrapa una pelota que se le lanza.)

Pero hay más en los tiros libres futboleros, como los famosos tiros curvos (con “efecto”, o “chanfle”, como decimos en México) que tantos goles espectaculares han dado (uno muy recordado es el que el jugador brasileño Roberto Carlos metió contra Francia en la Copa Confederaciones de 1997).



Aquí interviene la dinámica de fluidos: así como un avión puede sostenerse en el aire gracias al efecto Bernoulli (la curva del ala, al avanzar el avión, hace que el aire avance más rápidamente por la parte superior, lo que disminuye la presión y crea una fuerza que empuja al ala –y con ella avión– hacia arriba), un balón al que un tirador experto imprime un giro puede curvar su movimiento gracias al efecto Magnus (variante del efecto Bernoulli descubierta por el físico alemán Heinrich Gustav Magnus en 1852). En breve, el giro del balón aumenta la velocidad del aire en uno de sus lados (lo que disminuye la presión) y la frena en el opuesto (lo que la aumenta). Efecto neto: una fuerza que desvía al balón hacia un lado. Conforme la fricción del aire frena al balón, el efecto Magnus se manifiesta más intensamente, y la curva se hace más pronunciada.

No sé si los futbolistas estudien física (pero deberían, al menos un poco). La industria del futbol sin duda la usa: el diseño del tan criticado balón Jabulani (celebrar, en zulu) llevó 4 años de investigación para supuestamente mejorar su desempeño (aunque muchos jugadores, especialmente porteros, se han quejado amargamente de lo “impredecible” del balón -se ha dicho que se comporta como "una pelota de playa"-, que es 5% más rápido de lo habitual debido a su diseño sin costuras, que reduce la fricción).

Aunque el fracaso de la selección nacional difícilmente se podrá atribuir al Jabulani, quizá un poco de física los pudiera ayudar a jugar mejor. Será para la próxima.

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¿Vida extraterrestre?

Por Martín Bonfil Olivera

Dirección General de Divulgación de la Ciencia, UNAM
Publicado en Milenio Diario, 23 de junio de 2010

El pasado 3 de junio, la NASA publicó un boletín que causó extrañeza e incredulidad: informaba que la misión de exploración planetaria Cassini había descubierto evidencia que podría indicar que existe vida extraterrestre en Titán, la luna más grande de Saturno (la única luna en el sistema solar con una atmósfera densa y el único cuerpo, aparte de la Tierra, que tiene cantidades grandes y estables de líquidos sobre su superficie). ¿Será posible?

Vayamos por partes. Desde que nos dimos cuenta de que la Tierra no es distinta del resto del universo, sino que está regida por las mismas leyes de la física y la química que cualquier otro cuerpo celeste, nos hemos preguntado si habrá vida en otros mundos. Y, en caso de haberla, qué tan distinta será.

La vida en la Tierra surgió hace unos 3 mil 500 millones de años: sólo mil millones de años después de la formación del planeta. Esto sugiere que, en las condiciones adecuadas, la vida surge más o menos rápidamente, cosmológicamente hablando.

El consenso entre la comunidad de especialistas –los astrobiólogos o exobiólogos– es que donde haya condiciones similares a las que permitieron la aparición de vida en nuestro planeta (compuestos de carbono, agua, una temperatura que permita que ésta exista en estado líquido, una atmósfera protectora…) la vida debería desarrollarse con relativa facilidad.

Pero hay otras posibilidades. En 2005 el astrobiólogo Chris McKay, del Centro de Investigación Ames de la NASA, había propuesto que en Titán, cuya atmósfera consta de nitrógeno con un poco de metano, hidrógeno e hidrocarburos, y donde hay lagos de metano líquido, podría haber formas de vida –probablemente de tipo microbiano– que estuvieran basadas no en agua, como en la Tierra (en Titán con su temperatura superficial de menos 179 grados centígrados, ésta sería sólida), sino precisamente en el metano líquido. Dichos organismos, predijo McKay, podrían utilizar acetileno e hidrógeno de la atmósfera para hacerlos reaccionar químicamente y producir metano, liberando así la energía necesaria para vivir, del mismo modo que los organismos terrestres, basados en agua, usamos compuestos orgánicos y oxígeno para obtener energía.

El boletín de la NASA habla, precisamente, de la publicación de dos artículos en las revistas Icarus y Journal of Geophysical Research donde se reporta que los espectrómetros del satélite Cassini habían detectado que las moléculas de hidrógeno, contrariamente a lo esperado, descienden por la atmósfera y desaparece al llegar a la superficie, y que ésta hay menos acetileno del que debería haber (aunque en realidad el primer dato, a diferencia de la cantidad de acetileno, no fue observado directamente, sino inferido a partir de modelos computacionales, y tendrá que ser confirmado). Ambos fenómenos coinciden justo con lo que sucedería si estuvieran presentes organismos como los predichos por McKay.

¿Es esto prueba de que hay formas de vida completamente novedosas en Titán? No, aunque es una fascinante posibilidad. Lo más probable es que haya otras causas meramente químicas. Pero si algo nos enseña la ciencia es a estar abiertos a nuevas posibilidades. Con suerte, algún día las hipótesis de los astrobiólogos podrían verse confirmadas, y entonces nuestra concepción del universo se transformará radicalmente.

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Acupuntura y ciencia

Por Martín Bonfil Olivera

Dirección General de Divulgación de la Ciencia, UNAM
Publicado en Milenio Diario, 16 de junio de 2010

Mi texto de la semana pasada acerca de la decisión de la Suprema Corte de considerar estafadores a los charlatanes que ofrecen curas “místicas” despertó algunos comentarios de lectores. Sobre todo de quienes han tenido buenas experiencias usando terapias “alternativas” menos claramente fraudulentas, como la acupuntura o la homeopatía.

Y sin embargo, incluso éstas, posiblemente las más cercanas a la medicina, están basadas en principios que entran en franca contradicción con el conocimiento científico actual. La acupuntura, por ejemplo, que tiene unos cuatro mil años de antigüedad, se basa en la creencia milenaria en una energía espiritual, el chi (o qi), que supuestamente fluye por el cuerpo a través de unos canales llamados “meridianos” (y que ningún anatomista ha podido hallar, pues no corresponden a los nervios, las venas, las arterias ni los canales linfáticos). Se supone que la inserción y rotación de las agujas en puntos determinados equilibra o corrige problemas en el flujo del chi que causan enfermedades.

Además de que, para todo fin práctico, el chi y los meridianos son entidades inexistentes, el problema es que la evidencia anecdótica no basta en ciencia, y pesar de que miles de personas en todo el mundo afirman que resulta efectiva –sobre todo para eliminar el tipo de molestias subjetivas que los médicos llaman síntomas (dolor, malestar, a diferencia de los signos, que son medibles, como la fiebre)– hasta el momento ningún estudio serio ha logrado probar, a satisfacción de la comunidad médica y científica, que la acupuntura tenga alguna consecuencia real, más allá del efecto placebo.

El 30 de mayo una revista científica seria, Nature Neuroscience, publicó un artículo que intentaba proponer un mecanismo neuroquímico que explicara los efectos analgésicos de la acupuntura. El estudio, realizado en ratones por investigadores de la Universidad de Rochester, mostraba con detalle que la inserción y rotación de agujas en el punto zusanli de la pata producía liberación de adenosina, sustancia con conocidos efectos analgésicos, y que ésta disminuía el dolor crónico de los ratones.

Por desgracia, y como han señalado ya varios críticos, el estudio no fue realizado con los controles necesarios, lo cual echa por tierra su validez. Entre otras irregularidades, no se utilizó un grupo de control al que se le aplicara un tratamiento placebo (usando, por ejemplo, agujas con resorte que no penetran la piel); no se probó insertar las agujas en otro punto para ver si tenían el mismo efecto. Incluso, al parecer, se cometió el error de usar el punto zusanli, que no está relacionado con la disminución del dolor, sino con desórdenes digestivos (se debió haber usado el cercano punto weizhong).

Al final, el poco convincente intento de legitimar la acupuntura quedó en eso, y la credibilidad de la revista se vio afectada por aceptar un estudio que no contó con los controles necesarios. Lo que se demostró no es nuevo: la destrucción de tejidos (por la inserción de agujas) libera adenosina, que es un analgésico. Sería más efectivo inyectarla directamente, o usar analgésicos más efectivos. Pero de ahí a afirmar que se ha probado que la acupuntura es efectiva hay mucho trecho.

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Charlatanes… ¿criminales?

Por Martín Bonfil Olivera

Dirección General de Divulgación de la Ciencia, UNAM
Publicado en Milenio Diario, 9 de junio de 2010

El pasado miércoles 2 de julio la Suprema Corte de Justicia resolvió que considerar a la charlatanería como delito no viola la constitución. Fortaleció así la lucha contra los estafadores que se aprovechan de gente que, por falta de información, credulidad o, en muchos casos, desesperación al pasar por situaciones personales angustiosas, está expuesta a creer en cualquier cosa que parezca ayudarla.

Jesús Islas Badillo e Isabel y Lucía Martínez, de la organización de curanderos “hermanos Kendall” de San Luis Potosí, “que obtuvo más de 600 mil pesos tras engañar a diversas personas” con “bebidas o infusiones para combatir sus males físicos”, informó Milenio Diario (3 de junio), fueron hallados culpables en Matehuala de violar el Código Penal estatal. Éste señala que “Comete el delito de fraude quien, para obtener un lucro indebido, explota las preocupaciones, las supersticiones o la ignorancia de las personas, por medio de supuestas evocaciones de espíritus, adivinaciones o curaciones u otros procedimientos carentes de validez técnica o científica”.

Alegaron que la sentencia de ocho años de prisión era inconstitucional, pero la Suprema Corte la confirmó y aclaró que “el objeto de la prohibición no está enfocado a la práctica espiritual o ideológica en sí misma, sino al engaño que se da en la falsa oferta de realizar adivinaciones, evocaciones o curaciones” y la estafa de cobrar por ello.

La corte aclaró también que “la decisión no afecta la medicina alternativa, homeopática, natural o la herbolaria, porque éstas prácticas son reconocidas y reguladas por la Ley General de Salud”.

¿Es justa esta decisión? ¿Es válido, para usar palabras de un querido amigo, “pretender por ley que el conocimiento científico y técnico es el único válido”? ¿Por qué prohibir la charlatanería mística y no medicinas alternativas que tampoco son reconocidas como válidas por la ciencia médica, como la acupuntura o la homeopatía? (La herbolaria es otra cosa, pues no se basa en principios misteriosos ajenos al conocimiento científico, sino en el uso de sustancias químicas, producidas por las plantas.)

La respuesta es compleja. La corte fue hábil: evitó el debate sobre las medicinas alternativas, que mucha gente acepta aunque funcionan sólo como placebos (es decir, sustancias que alivian síntomas no por sí mismas, sino gracias a la creencia del paciente en que le pueden ayudar a sentirse mejor) y pasó la responsabilidad a la Ley de Salud. En todo caso, hay en marcha en todo el mundo investigaciones para ver si estos tratamientos son algo más que placebos; si es así, ya nos enteraremos. (Ya en 2007 la Procuraduría Federal del Consumidor, al obligar a los “servicios de adivinación, psíquicos y horóscopos”, desde el 1º de abril, a modificar su publicidad y “señalar que se trata de un servicio de entretenimiento, (y) que la interpretación y uso del servicio es responsabilidad exclusiva del consumidor”, había dado otro pequeño paso en la lucha contra la superchería.)

Pero en el caso de fraudes burdos como los de los Kendall, que incluso inducían a sus clientes (sería completamente inadecuado llamarlos “pacientes”) a “deshacerse del dinero malo” que los enfermaba, me parece que sí: el conocimiento científico es el único que resulta pertinente considerar válido. No por un radicalismo filosófico, sino porque, en temas de salud, hay que atenerse a los hechos: la medicina científica, basada en evidencia, es la única que hasta hoy ofrece resultados comprobables, reproducibles. Confiables.

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Células artificiales

Por Martín Bonfil Olivera

Dirección General de Divulgación de la Ciencia, UNAM
Publicado en Milenio Diario, 2 de junio de 2010

No pude comentarlo la semana pasada (me sentía obligado a hablar del fraude del detector molecular GT-200), pero no puedo dejar pasar la publicación, el pasado 20 de mayo, en la afamada revista Science, del artículo titulado “Creación de una célula bacteriana controlada por un genoma sintetizado químicamente”.

¿Será que por fin el ser humano puede crear vida diseñada a su antojo? Bueno, no. Pero casi… o muy pronto.

Lo que hizo un equipo de 24 científicos del Instituto J. Craig Venter, encabezados por el propio J. Craig Venter, fue reprogramar una célula de la bacteria Mycoplasma capricolum, introduciéndole el genoma completo de otra especie, Mycoplasma mycoides, y lograr que viviera y se reprodujera establemente. Esto ya lo habían logrado en junio de 2007; ahora la gracia consistió en que el genoma transplantado había sido fabricado de manera completamente sintética, a partir de la información almacenada en una computadora.

Venter y su equipo contrataron a una compañía especializada en fabricar ADN. Le dio un archivo con la “receta” completa del genoma de M. mycoides (un millón de pares de bases, las “letras” en las que se escribe la información genética) y recibieron a cambio mil fragmentos de unas mil letras de longitud. Luego fueron ensamblando los fragmentos para formar tramos de 10 mil letras, luego 100 mil, y finalmente el genoma completo, que usaron para transformar a una especie en otra.

El logro es el siguiente paso en el plan de Craig Venter, el salvaje de la biotecnología, no para apoderarse del mundo, pero sí para revolucionarlo (y en el camino, enriquecerse más). Venter pretende crear células sintéticas con genomas especialmente diseñados para que hagan cosas como degradar petróleo (útiles en derrames petroleros), fabricar biocombustibles o hidrógeno a partir de la luz solar, producir vacunas y muchas cosas más.

Por supuesto, para ello falta mucha investigación. Pero la posibilidad de construir organismos en gran parte diseñados por el ser humano está hoy mucho más cerca. Y ello nos enfrenta también a retos éticos: desde la crítica de la iglesia católica a “jugar a ser dios” (queda claro que para crear vida no se necesita más que un buen manejo de la biotecnología) hasta los peligros de que escapen al ambiente organismos hechos en el laboratorio (aunque Venter ha incluido salvaguardas para que no puedan sobrevivir fuera de éste) o que sean creados por grupos bioterroristas (si lo lograran, habría que darles el premio Nobel). Sin contar, claro, el debate que ya se está dando sobre la pertinencia de permitir que Venter y su compañía patenten nuevas formas de vida.

No cabe duda de que Venter es un salvaje genial. Se adelantó al Proyecto del Genoma Humano, en los noventa, y no ha dejado de empujar a la ciencia genómica hasta sus límites. Dependerá de la sociedad ponernos a la altura: discutir, legislar, y decidir qué cosas queremos hacer, cuáles no, y cómo.

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