Los vuelos gratis no existen

Por Martín Bonfil Olivera

Dirección General de Divulgación de la Ciencia, UNAM
Publicado en Milenio Diario, 27 de noviembre de 2016

El pasado viernes el sitio de noticias en forma de cómics y animaciones Pictoline puso a circular en las redes sociales la información de que la NASA había logrado construir un “sistema de propulsión electromagnética”, o “EmDrive” que podría ser la base para futuros motores de cohetes espaciales mucho más económicos, que no tendrían que usar combustible, debido a que el sistema “viola la tercera ley de Newton”.

La noticia fue tomada por Pictoline de la revista National geographic, pero apareció también en numerosos medios de comunicación de todo el mundo. La fuente original es un artículo técnico hecho público (como publicación adelantada) en la revista Journal of propulsion and power, del Instituto Norteamericano de Aeronáutica y Astronáutica (American Institute of Aeronautics and Astronautics, o AIAA), una asociación civil.

El invento llamó la atención porque podría ser la solución a uno de los principales problemas de los viajes espaciales. Todos los sistemas de propulsión utilizan la tercera ley de Newton, que como usted recordará afirma que “para toda acción existe una reacción igual y opuesta”. Más precisamente, cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, éste ejerce sobre el primero una fuerza de igual magnitud y de sentido opuesto. Esto es lo que nos permite, al nadar, impulsarnos empujando con nuestros pies la orilla de la alberca. Y es lo que permite a los cohetes impulsarse en el espacio: expulsan hacia atrás, a alta velocidad, los gases producto de la quema del combustible, y generan así una fuerza de reacción que impulsa al cohete hacia delante.

Pero para un viaje interplanetario, se debe cargar una gran cantidad de combustible: una gran limitación. El EmDrive resolvería este problema. Consiste en una cavidad resonante electromagnética y un magnetrón. Éste funciona como una especie de “cañón” que lanza microondas contra la pared de la cavidad y produce así un impulso (los magnetrones se usan también en los hornos de microondas). Como todo ocurre dentro del sistema, no hay una fuerza de reacción y no se necesita un combustible que expulsar (aunque sí una fuente de energía que alimente al magnetrón).

Es como si, estando dentro de la caja de un camión de carga, uno pudiera hacer que éste avanzara lanzando pelotas contra la pared delantera interna de la propia caja. (Si a usted esto le suena posible, no se preocupe: lo vemos constantemente en las caricaturas. Por desgracia, las leyes de la física hacen que sea imposible.)

Pero, si es imposible, ¿cómo puede funcionar el EmDrive? Después de todo, los investigadores que lo construyeron –encabezados por Harold White– forman parte del Advanced Propulsion Physics Laboratory de la NASA (Laboratorio de Física Avanzada de la Propulsión, también conocido como “Laboratorios Eagleworks”). Y el experimento (en que el prototipo de EmDrive generó sólo una fuerza minúscula, medible sólo con instrumentos de precisión) fue publicado en una revista científica seria.

La respuesta, tristemente, es que… no funciona.

¿Qué ocurrió entonces? Varias cosas. Una, los medios de comunicación no suelen verificar este tipo de noticias de ciencia y tecnología con el rigor suficiente (para empezar, a cualquiera que tenga una mediana formación científica la idea de violar las leyes de Newton le sonará altamente sospechosa). Sume esto a la ansiedad por publicar noticias espectaculares y la probabilidad de que ocurran casos así es alta.)

Dos, algunas revistas científicas tienen estándares de calidad deficientes; y para colmo, el artículo de White y sus colaboradores no ha sido aún publicado de manera formal, sino como “avance”.

Y tres: incluso en instituciones serias como la NASA suele haber pequeños grupos marginales que hacen investigación arriesgada, que puede dar buenos resultados o puede caer en lo absurdo. Los Laboratorios Eagleworks, a pesar de su impresionante nombre, son en realidad un grupo pequeño de personas con un presupuesto bajo que exploran posibles sistemas de propulsión basados en teorías marginales (es decir, teorías que son rechazadas, con buenas razones, por el grueso de la comunidad científica). En otras palabras, Eagleworks son una especie de grupo de locos tolerados por la NASA sólo por si acaso pudieran toparse con algo interesante.

El EmDrive ya había causado controversia desde que en 2006 la popular revista New Scientist había cometido el error de publicar un artículo donde lo presentaba como una propuesta seria, lo cual causó una amplia protesta de la comunidad científica.

El artículo de White pretendía ser una prueba de concepto de que el EmDrive es posible. Pero la realidad es que su experimento está plagado de problemas: en particular, no se puede asegurar que la fuerza impulsora detectada sea real, pues cae dentro del margen de error de los instrumentos, y podría haber sido causada simplemente por las fluctuaciones térmicas del aire (además, claro, de que quienes creen que el EmDrive funciona reconocen no tener ni la menor idea de cómo podría funcionar).

¿Moraleja? Las instituciones como la NASA –pero también muchas universidades en el mundo– deberían tener estándares más altos en lo que consideran investigación científica seria. Las revistas científicas deberían reforzar sus mecanismos de control de calidad a través de la revisión por pares. Los medios de comunicación deberían contar con periodistas especializados en temas científicos, para no publicar notas que luego serán desmentidas. Y los ciudadanos deberíamos tratar de incorporar el pensamiento crítico y la cultura científica a nuestra manera de pensar, al menos para saber que si algo suena demasiado bueno, lo más probable es que sea mentira.

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El mal

Por Martín Bonfil Olivera

Dirección General de Divulgación de la Ciencia, UNAM
Publicado en Milenio Diario, 20 de noviembre de 2016

Recientemente me invitaron a grabar un comentario breve para la radio sobre un tema intrigante: el origen del mal.

Pasado el inicial desconcierto (¿qué podría yo tener que decir acerca de un concepto tan vago y abstracto como “el mal”?), mi cerebro comenzó a explorar posibilidades.

En lo primero que pensé –dada la extraña e inquietante época que estamos viviendo– fue en el triunfo electoral de Donald Trump. En la crisis de la democracia que se vive en el mundo. En la amenaza, que algunos vislumbran en el horizonte, de la decadencia de la civilización y la llegada de una nueva edad media de ignorancia y autoritarismo. Pero luego respiré hondo.

Más tranquilo, miré al fondo de mi alma racionalista y atea y concluí que no podía comentar sobre “el mal” concibiéndolo como lo hacen muchas religiones: como una fuerza más allá de la naturaleza, una influencia o espíritu maligno, a veces incluso encarnada en entes concretos –“el demonio”–, que de alguna manera impulsa a las personas a cometer los numerosísimos actos de maldad que plagan la historia humana.

Me inclino por la concepción del mundo que le da sustento a la civilización moderna: la que se basa antes que nada en el valor del pensamiento racional, en la posibilidad de entender, de manera medianamente objetiva, el mundo que nos rodea. Pero también en valores como la igualdad, la libertad, la democracia (“la peor forma de gobierno conocida, excepto por todas las demás”, dicen que dijo Churchill) y la justicia.

Y algo más: una concepción del mundo donde las explicaciones sobrenaturales no son útiles para resolver problemas reales. Acepto que haya quien quiera creer que existen entidades y fuerzas que van más allá de lo natural. Pero así como en ciencia tales creencias resultan innecesarias, inútiles y estorbosas, también creo que lo son en muchas otras áreas (en particular en la toma de decisiones que afectan a la esfera pública: por eso es tan importante defender el Estado laico).

De modo que, si el mal no es consecuencia de influencias demoniacas, ¿tendrá una explicación natural? Se ha discutido si pudiera tener bases biológicas. No en forma de un “gen de la maldad”, que por supuesto es una completa tontería. Pero existen sin duda instintos animales que, como animales que somos, los humanos compartimos, y que se relacionan con conductas agresivas de territorialidad y competencia. Estos instintos tienen bases evolutivas, anatómicas, fisiológicas, hormonales y cerebrales que deben tomarse en cuenta para estudiar la maldad humana.

Sin embargo, no creo que sirva de mucho buscar en la biología el origen del mal. Estrictamente, se trata de un error filosófico. Las categorías éticas no tienen cabida en el mundo natural ni el biológico: no hay montañas, ríos ni huracanes “malos”; una leona no es “mala” cuando devora a una gacela. Es sólo en el contexto de las sociedades humanas que estos valores adquieren sentido.

Por todo eso, al final el punto central de mi comentario terminó siendo éste: para mí, el origen de la maldad es la ignorancia.

En efecto: la especie humana, en virtud de su historia evolutiva y del enorme desarrollo de la corteza cerebral que ésta trajo consigo, se ha convertido en la única especie en el planeta que ha sido capaz de desarrollar un lenguaje avanzado que puede expresar conceptos abstractos. Que ha podido construir sociedades donde la experiencia de las generaciones anteriores no se pierde, sino que puede conservarse y transmitirse a los jóvenes a través, precisamente, de ese lenguaje, expresado oral o simbólicamente. Y gracias a ello ha sido la única especie que ha trascendido su naturaleza animal y sus instintos para desarrollar una civilización donde el conocimiento, los valores y los acuerdos comunitarios pueden irse construyendo y refinando para bien de todos.

El proceso mediante el que logramos esto es la educación. Durante siglos, transmitir el conocimiento humano –la cultura– a las generaciones humanas ha sido la garantía de que la civilización persista. Una sociedad es mejor en tanto sus miembros estén mejor educados. Sin educación no puede haber democracia, ni igualdad, ni justicia, ni valores, ni ciencia ni tecnología ni prosperidad. Un ciudadano no educado no puede tomar las decisiones más acertadas respecto a estos temas. Lo mismo ocurre cuando es toda una sociedad la que no está educada.

Creo que el oscuro panorama mundial, el avance de la derecha retrógrada, la erosión de los sistemas democráticos, la reacción contra los avances en derechos humanos, el ascenso de los totalitarismos religiosos y de la demagogia política (sea de izquierda o derecha) son todos producto, entre otros factores, de la falta de educación.

Sólo un pueblo educado puede sostener las discusiones informadas y razonadas –basadas en información verídica, confiable y sustentada en razonamientos lógicos– que forman la base de la democracia. Sólo así ésta puede funcionar.

El gran enemigo es la ignorancia. Trump es sólo su consecuencia más visible. Más nos valdría, como sociedades, redoblar nuestros esfuerzos por fortalecer la educación y combatir a la ignorancia, origen de todo mal.

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El árbol de Darwin evoluciona

Por Martín Bonfil Olivera

Dirección General de Divulgación de la Ciencia, UNAM
Publicado en Milenio Diario, 13 de noviembre de 2016

El árbol evolutivo
original de Darwin
(1837)

Acaba de terminar una semana terrible. Murió otro de los grandes, Leonard Cohen. El pueblo estadounidense demostró que no es capaz de impedir que un loco irresponsable que representa lo peor de la cultura de su país llegue al puesto de mayor poder en el planeta (hoy, increíblemente, Donald J. Trump es el personaje más famoso y más poderoso del planeta, alguien en quien todos en el mundo despertamos pensando, al menos en lo que pasa el shock inicial). Y los mexicanos demostramos que no hemos abandonado nuestras fobias y prejuicios ancestrales, y que podemos ser manipulados por campañas religiosas para discriminar a grupos minoritarios, mientras que nuestros políticos, al sepultar la iniciativa para aprobar a nivel nacional el matrimonio igualitario, demostraron que no gobiernan para beneficiar al país, sino para ganar votos.

La sección de ciencia del New York Times, al día siguiente de la fatídica elección estadounidense, anunció que estaría re-publicando algunos de sus mejores artículos de este año, como apoyo para distraer la mente de sus lectores de negro panorama político.

Eso me da pie para recuperar una fascinante noticia publicada en abril pasado: la construcción de una nueva versión, mucho más detallada, del “árbol de la vida”, que trae algunas grandes sorpresas.

La idea de árbol de la vida, el menos en el sentido moderno, biológico, procede de Charles Darwin, quien en el siglo XIX propuso que las especies de seres vivos evolucionan por un proceso de variación y selección a partir de sus ancestros. Todos los seres vivos estamos relacionados; todos somos parientes, y todos procedemos de un mismo origen evolutivo. Si representamos gráficamente este proceso, poniendo el origen de la vida en la raíz y el avance del tiempo y de la evolución hacia arriba, lo que obtenemos es precisamente un árbol cuyas ramas se bifurcan incesantemente.

Árbol de cinco
reinos de Ernst
Haeckel (1866)

En tiempos de Darwin, cuando se pensaba que el mundo se dividía en tres reinos, mineral, animal y vegetal, la taxonomía –la clasificación de los seres vivos– se guiaba por las características físicas de los distintos organismos. Posteriormente, El avance de la ciencia y el estudio de los microorganismos unicelulares, así como el desarrollo de disciplinas como la citología, microbiología y la bioquímica, hicieron que los  métodos de clasificación incluyeran también las características metabólicas de los organismos (después de todo, todas las bacterias se ven más o menos parecidas: sólo estudiando sus diferencias metabólicas se las podía distinguir). El árbol de la vida se fue complicando.

En el siglo XX se hablaba más bien de filogenia que de taxonomía (aunque ambos términos son casi sinónimos), y la genética y la biología molecular hicieron posible, por primera vez, clasificar a los organismos de acuerdo a la información contenida en sus genes, o bien expresada en la secuencia de aminoácidos que forman sus proteínas (la cual, como se recordará, depende de la información genética). Se popularizó un árbol de la vida dividido en cinco reinos: animal, vegetal, hongos (que no son ni plantas ni animales), protozoarios (organismos microscópicos, casi siempre unicelulares, con núcleo celular) y bacterias, que a diferencia de todos los anteriores, llamados eucariontes, son procariontes: organismos microscópicos unicelulares cuyas células no tienen un núcleo definido.

Árbol filogenético
de tres dominios
de Carl Woese

Pero en 1990, el investigador estadounidense Carl Woese, luego de analizar la información genética del ribosoma –organelo celular responsable de fabricar proteínas, que está presente en todas las células vivas– descubrió que el árbol de la vida en realidad tiene tres grandes ramas, a las que llamó dominios: el que incluye a los cuatro reinos de eucariontes; el de las bacterias, y un dominio nuevo que contiene a otros organismos aparentemente muy similares a éstas, pero que presentan también diferencias tan grandes que ameritaban incluirlas en su propio dominio: las arquea (o archaea en latín, anteriormente clasificadas como “arqueobacterias”).

El siglo XXI nos trajo la era de la genómica: la posibilidad de analizar ya no genes individuales, sino genomas enteros (la totalidad de los genes de un organismo). Y también, gracias a la secuenciación masiva de ADN y su análisis mediante poderosas computadoras, dio paso a la era de la  metagenómica: el análisis simultáneo de múltiples genomas de todos los distintos organismos presentes en una muestra.

Durante años, un grupo internacional de investigadores encabezados por Jillian Banfield, de la Universidad de California en Berkeley, analizaron los genes correspondientes a 16 proteínas de los ribosomas de 1,011 nuevas especies de microorganismos, descubiertas mediante métodos metagenómicos que permiten detectarlos aunque jamás se hayan observado ni cultivado en el laboratorio. Obtuvieron las muestras de ecosistemas tan diversos como la boca de delfines, ventilas hidrotermales submarinas, aguas superficiales, el desierto de Atacama, una pradera y un géiser.

El árbol filogenético
presentado por Jill Banfield
 en 2016. Nótese la gran
rama (morado) de la
radiación de
candidatos a phylum.

Luego, usando 3 mil 800 horas (más de cinco meses) de tiempo de una supercomputadora, compararon esos genomas con los de otras 2,072 especies de organismos ya conocidos, pertenecientes a todas las ramas del árbol de la vida, y construyeron un nuevo árbol filogenético que muestra, de manera más detallada que nunca antes, las relaciones evolutivas entre los seres vivos. Sus resultados se publicaron en la revista Nature Microbiology.

Dos cosas destacan en este bello árbol. Una es la cantidad inmensa de microorganismos, tanto bacterias como arquea, cuya existencia desconocíamos: resulta que la mayor parte de las especies vivas forman parte de la “materia oscura microbiana” que sólo detectamos por su ADN. Otra es una gran rama dentro del dominio de las bacterias –llamada “radiación de candidatos a phylum” (candidate phyla radiation; los phylum son un nivel de clasificación biológica intermedio entre reino y clase)– constituida por organismos jamás cultivados pero cuyo metabolismo, según se puede deducir de su ADN, es enormemente simple, al grado de que carecen de algunas funciones biológicas básicas. Se especula que pueden ser representantes de especies muy antiguas, o bien que se han adaptado para sobrevivir en simbiosis.

¿Y nosotros? Los animales, junto con todos los demás organismos eucariontes, quedamos en una rama ínfima derivada del dominio de las arquea.

La nueva y detallada imagen del árbol de la vida no sólo es fascinante: también inspira humildad. A Darwin le habría encantado. Pero quizá también nos da un sentido de perspectiva: frente a la inmensidad de la evolución biológica, la subida al poder de un desquiciado, y otras injusticias de la vida, se ven un poquito –sólo un poquito– menos amenazadoras.

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La evolución talachera

Por Martín Bonfil Olivera

Dirección General de Divulgación de la Ciencia, UNAM
Publicado en Milenio Diario, 6 de noviembre de 2016

El científico francés François Jacob, premio Nobel de medicina en 1965 y uno de los padres de la biología molecular, afirmó en un artículo publicado en 1977 que “la evolución es talachera” (evolution is a tinkerer). (En México, la palabra talacha se usa para referirse a pequeñas reparaciones para autos, pero también a trabajos informales que se realizan sin ayuda de un profesional, frecuentemente usando partes o materiales improvisados; lo que en España se conoce como “bricolaje”, y en Cuba y Colombia como “cacharreo”.)

Más tarde, en su libro El juego de lo posible (1981), Jacob amplió su idea: “A diferencia del ingeniero, la evolución no produce innovaciones desde cero. Trabaja sobre lo que ya existe, transformando un sistema para darle una nueva función, o combinando varios sistemas para producir uno más complejo. (…) El talachero [tinkerer] trabaja con trastos y cachivaches. (…) Como señala Claude Lévi-Strauss, los materiales a disposición del talachero no tienen una función precisa y definida. Cada uno puede ser usado de varias formas distintas. (…) El talachero coge un objeto que por casualidad está en su caja y le da una función inesperada. (…) Este proceso no es muy diferente de lo que hace la evolución cuando transforma una pata en ala, o parte de una mandíbula en los huesos del oído.”

Hoy sabemos que, en efecto, la evolución es una gran improvisadora que reúsa sus materiales para generar nuevos órganos y funciones. Y la moderna biología molecular nos ha mostrado cómo ocurre esto a nivel genético. Pero ahora estamos comenzando a entender que este proceso quizá sea más innovador de lo que creíamos.

La materia prima de la evolución son las mutaciones: los cambios en la información contenida en el ADN que forma los genes. Hay mutaciones pequeñas (el cambio de una letra en un gen) y otras enormes (la pérdida o duplicación de de un fragmento de un cromosoma que puede contener cientos de genes). Normalmente son dañinas, pero el azar hace que muy de vez en cuando alguna mutación dé alguna ventaja al organismo que la presenta, o incluso que adquiera una función totalmente nueva, que surge y luego se va refinando y mejorando por medio de la selección natural.

Duplicación
de un gen

Normalmente, el número de mutaciones dañinas supera astronómicamente a las útiles. Pero la maquinaria celular que se encarga de copiar al ADN, y otros mecanismos, como la invasión por virus, ocasionalmente causan que un gen sea duplicado. Cuando esto ocurre, el gen original puede seguir cumpliendo su función y la copia queda libre para mutar sin causar daño. De este modo, se ha descubierto que la duplicación de genes es una rica fuente de material para el surgimiento de nuevas funciones.

Un caso recientemente reportado fue el del virus WO, que infecta a una las bacterias del género Wolbachia, que a su vez infectan células de animales. Se descubrió que el virus se había apropiado de una copia de un gen de la araña viuda negra que le permite fabricar la latrotoxina, un componente de su veneno que funciona haciendo hoyos en la membrana de las células de sus presas. ¿Para qué le sirve a un virus que vive dentro de una bacteria, que a su vez vive en las células de un animal, el poder fabricar una toxina que perfora células? Quizá para facilitar –especulan los investigadores de la Universidad Vanderbilt en Nashville, Tennessee, que hicieron el descubrimiento– que las copias del virus puedan salir de las células animales y hallar nuevas víctimas que infectar.

Pero también se ha descubierto, en los últimos años, que hay otras posibles fuentes de nuevos genes: la extensas zonas del ADN de muchas especies, incluyendo la humana, que durante años habían sido consideradas “ADN basura”, pues no contienen información para fabricar ninguna proteína. Desde hace tiempo se sabía que este material genético sí cumple una función: regular la actividad de otros genes. Lo que no se sabía, y que está quedando claro con estudios hechos en los hongos microscópicos llamados levaduras, las moscas de la fruta e incluso en humanos, es que a través del corte, pegado y edición de fragmentos de información genética de este tipo de ADN (entre otros mecanismos) pueden surgir genes totalmente nuevos, que no son variaciones de otros genes preexistentes, y que parecen ser funcionales.

Todavía hace falta confirmar estos descubrimientos, y averiguar con más detalle cómo surgen y qué funciones pueden cumplir estos nuevos genes, que representarían una verdadera mina de oro para la evolución. Lo que queda claro es que el genoma de los seres vivos es mucho más flexible y maleable de lo que hasta ahora se pensaba.

En su artículo de 1977, Jacob decía que probabilidad de que surgieran nuevos genes o proteínas a partir de cambios al azar en la información genética era prácticamente cero, y este mecanismo no podría producir nueva información biológica. Por lo visto, la evolución resultó ser un talachero más creativo y original de lo que incluso él imaginaba.
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