Apuntes científicos desde el MIT

Traducción del Editorial “No turning back ” publicado en la revista científica Nature el 12 de noviembre de 2009

Sin vuelta atrás

España no debería utilizar la recesión como excusa para paralizar los planes de impulsar su actividad científica.

En las últimas dos décadas España ha pasado de ser un desierto científico a convertirse en un jugador respetado internacionalmente en el mundo de la investigación. Gran parte de ese progreso se ha producido desde que el Partido Socialista llegó al poder en 2004, comprometiéndose a convertir a España en una economía basada en la innovación (véase Nature 451, 1029, 2008).

Durante el primer mandato socialista, por ejemplo, se duplicó el presupuesto para la ciencia hasta superar los 8 mil millones de euros, situándolo por encima del 1,1% del producto interior bruto del país (PIB) y mucho más cerca de la media de la Unión Europea (1,8% del PIB). El partido socialista fue reelegido en 2008, habiéndose comprometido a reducir la burocracia e impulsar la financiación de la investigación hasta alcanzar el 2% del PIB. Casi de inmediato se constituyó el Ministerio de Ciencia e Innovación, extrayendo finalmente la ciencia de las competencias del Ministerio de Educación. Cristina Garmendia, una bióloga molecular que ha fundado varias empresas biotecnológicas de éxito, fue nombrada responsable del nuevo ministerio.

Desde entonces, sin embargo, se ha perdido impulso. La inexperiencia política de Garmendia ha quedado demostrada. Fue lenta en poner el ministerio en funcionamiento, y no ha desarrollado la influencia política necesaria para convencer al gobierno, ahora lidiando con la recesión global, en mantener su visión para la ciencia.

El gobierno ha reforzado el apoyo financiero para las industrias de alta tecnología y biotecnológicas. Pero su propuesta de presupuesto para 2010, que dio a conocer en septiembre, significa un recorte del 45% para la financiación directa de la investigación básica. La protesta de la comunidad científica logró reducir el recorte al 15%, y durante los debates parlamentarios es probable que se añada un extra del 2,8% para el ministerio de ciencia. Pero esto todavía sería un duro golpe a la investigación del país.

Mientras tanto, el gobierno todavía debe preparar su tan anunciada ley de la ciencia. Se suponía que iba a crear una agencia de financiación independiente y reformar el sistema tan inflexible de reclutamiento académico del país, bajo el cual los profesores universitarios y científicos del gobierno son funcionarios públicos con derecho automático a un empleo hasta la jubilación. Se han establecido fechas de presentación de la ley en el Parlamento y después han sido retiradas, al parecer porque algunos sectores del gobierno no quiere excluir a los científicos de las normas que se aplican a otros empleados gubernamentales. La contratación de nuevos investigadores continúa siendo un proceso difícil y lento, y es casi imposible ofrecer un paquete de salarios y dinero para investigación competitivos. El ministerio de ciencia ahora dice que la reforma de la ley será presentada al Parlamento antes de finalizar el año, pero la comunidad científica está perdiendo la fe en que esto suceda.

En el largo plazo, la industria estará pobremente apoyada debido a la falta de una investigación básica fuerte. España se equivoca al seguir la noción simplista y obsoleta de que un país puede vivir de transferir conocimiento, si al mismo tiempo se detiene la generación de conocimiento. Esta no es una forma inteligente de responder a la crisis financiera.

España haría mucho mejor si emulara los compromisos asumidos el mes pasado por otras dos naciones europeas, que también están batallando contra la recesión económica. En Alemania, un país rico con una economía casi estancada, el gobierno de centro-derecha está recortando el gasto público para 2010 en todas partes excepto en investigación y educación, a las que está dando aumentos enormes (véase Nature 462, 24, 2009). En Grecia, un país pobre con una economía en recesión, el gobierno de centro-izquierda dice que también reducirá el gasto público para 2010 en todas partes excepto en investigación y la educación, a las que está otorgando incrementos modestos. Los gobiernos de ambos países también planean eliminar algunos de los trámites burocráticos que limitan la investigación.

España disfrutó de un gran período de esplendor intelectual a comienzos del siglo XIX, conocido como su Edad de Plata. Hasta hace poco, los científicos españoles se mostraban optimistas pensando que avanzaban hacia una segunda Edad de Plata. Ahora bromean diciendo que España se dirige hacia una Edad de Bronce. Pero no se ríen.

Vicky y Miquel son dos neurocientíficos que realizan su investigación post-doctoral en el Picower Institute del Massachussets Institute of Technology (MIT) de Boston.

Hace ya un tiempo Miquel Bosch nos contó cómo intenta averiguar dónde guardamos los recuerdos y la manera en que se consolida la memoria.
Meses después, Victoria Puig nos explicó sus estudios con macacos destinados a entender cómo su corteza cerebral aprende a realizar tareas complejas.

Desde hoy mismo, son los nuevos fichajes de este blog y alimentarán periódicamente la sección “Apuntes neurocientíficos desde el MIT”, donde revisarán desde su perspectiva científica pero de manera amena los últimos avances en la comprensión de este cerebro que nos hace humanos. ¡Bienvenidos!
Inaugura los "Apuntes Neurocientíficos", Vicky.

MONOS TRANSGÉNICOS: ¿EL LÍMITE DE LA ÉTICA CIENTÍFICA? Por Vicky Puig

Empezamos la sección con un descubrimiento que está revolucionando a la comunidad científica: la creación por primera vez de una familia de monos transgénicos. Los animales transgénicos son animales a los que se les ha introducido material genético que no pertenece a su especie. Hasta ahora se ha conseguido generar linajes de animales transgénicos de muchas especies: ratones, ratas, perros, gatos, conejos, ovejas… y ahora monos, en los que el gen introducido o transgen se pasa de generación en generación.

El estudio se ha publicado recientemente en la revista Nature (Mayo de 2009). El laboratorio, de origen japonés, ha conseguido que una generación de monos tití pase el gen de una proteína verde fluorescente procedente de una medusa (la GFP de ‘green fluorescent protein’) a su descendencia. Esto significa que la diferencia entre estos monos transgénicos y los normales es que los primeros son ‘verdes’ cuando se iluminan bajo luz ultravioleta, algo que de momento no es de mucha utilidad.

La idea es que en el futuro se puedan crear familias de monos con genes de enfermedades como el Parkinson o la esclerosis múltiple para ayudar en el entendimiento y tratamiento de estos males. Este trabajo no está exento de polémica debido a sus implicaciones éticas, ya que si se continúa desarrollando esta técnica será posible crear seres humanos transgénicos muy pronto.

La utilización de animales genéticamente modificados es fundamental para la Biología y la Biomedicina en general, pero este descubrimiento puede ayudar especialmente a avanzar en la comprensión de cómo funciona el cerebro.

En la actualidad existen muchos animales genéticamente modificados que se utilizan como modelo de enfermedades psiquiátricas y neurodegenerativas como el autismo, la esquizofrenia o el Alzheimer. La mayoría son familias de ratones a las que les han quitado un gen importante para el funcionamiento normal de las células, o en las que han introducido un gen con mutaciones específicas detectadas en familias humanas. Se utilizan preferentemente ratones, y no otras especies, porque los ratones son pequeños y fáciles de manejar, se reproducen muy rápido, y su anatomía y fisiología se conoce muy bien. La experimentación con estos animales pretende comprender mejor las causas que generan las enfermedades y permite probar posibles terapias.

En el siguiente par de videos (clicar en Behavior a la derecha) podréis ver un modelo de ratón con autismo , una patología grave provocada por deficiencias en el desarrollo del cerebro que se manifiesta por desinterés por el entorno social y que incluye una deficiencia severa en el habla. En los videos se muestran dos cubículos con dos ratones cada uno. Uno de los ratones está confinado en una cámara circular y el otro, que puede moverse libremente, puede decidir si interaccionar con él o no. En el cubículo de la izquierda hay dos ratones normales, y el que está libre, siguiendo el comportamiento natural de los ratones, va inmediatamente a socializarse con el otro. En el cubículo de la derecha, sin embargo, el ratón libre tiene inactivado el gen Pten, un gen candidato a estar involucrado en el autismo. Este ratón, aunque se mueve por el cubículo, prefiere no interaccionar con el ratón en la cámara circular, lo que indica poco interés en socializarse. Estos experimentos dan mucho que pensar porque demuestran claramente que nuestro comportamiento depende, al menos en parte, de los genes que hemos heredado: en este caso, la alteración de un solo gen es capaz de afectar el nivel de socialización del animal.

La limitación de estos modelos es que normalmente los animales genéticamente modificados sólo muestran algún aspecto concreto de las enfermedades, y eso es debido a que la mayoría de enfermedades mentales están causadas por la alteración de muchos genes a la vez, además de otras causas no genéticas. De hecho, crear un ratón verdaderamente ‘autista’ o ‘esquizofrénico’ es imposible, porque muchas de las deficiencias de los pacientes se dan en propiedades cognitivas inherentes al ser humano difíciles de reproducir en otros animales (en el modelo anterior de autismo, por ejemplo, no podemos estudiar deficiencias en el lenguaje). Está claro que los monos transgénicos podrían ser un modelo muchísimo mejor.

La comunidad científica está haciendo un gran esfuerzo para crear modelos de enfermedades mentales en monos. Ahora hace un año, se crearon monos transgénicos con el gen de la enfermedad de Huntington. Se optó por crear estos monos porque el Huntington es una de las poquísimas enfermedades del cerebro producidas por la alteración de un solo gen, el de la proteína huntingtina. El problema es que aunque estos monos tienen incorporado el gen humano mutado no pueden pasarlo a la descendencia, lo que hace que su utilización sea muy limitada. La creación de familias de monos transgénicos (en las que el gen alterado sí puede heredarse) con la enfermedad de Huntington podría acelerar el descubrimiento de una cura, porque muchos laboratorios podrían investigar a la vez con un modelo animal muy parecido al humano. La mutación en el gen de la huntingtina hace que mueran muchas neuronas en el cerebro, lo que tiene consecuencias devastadoras: movimientos descontrolados, cambios de humor súbitos, deficiencia cognitiva… En pocos años los pacientes no pueden caminar o hablar. Y de momento es una enfermedad incurable.

Humanos transgénicos?
Aunque los monos tití no son chimpancés o orangutanes, es fácil imaginar que en algunos años sea posible crear humanos transgénicos. Pero que sea posible no significa que se vaya a hacer, ni que se deba hacer, por supuesto. La polémica está servida… Y si el ejército decide crear SuperHumanos, con más masa muscular, mejor visión, mejor coordinación motora? Ahí dejo volar vuestra imaginación…

Si esto os parece de película, os animo a mirar el siguiente video donde investigadores del Case Western Reserve University en Ohio, USA, muestran a un ratón modificado genéticamente para que la eficiencia en el consumo energético esté muy mejorada, y lo convierte en un SuperRatón, ya que puede correr y correr sin parar durante horas…

Será imprescindible crear un nuevo marco legal alrededor de esta tecnología, exactamente igual a lo que ha pasado con las células madre. Y ya sabéis que el tema ha traído años de controversia. Por otro lado, disponer de familias transgénicas de monos muy evolucionados (como por ejemplo chimpancés) sería de mucha utilidad para comprender y encontrar tratamientos a enfermedades tan complejas como las mentales… pero cuál es el límite ético?

La Templeton Foundation es una organización filantrópica que estimula el diálogo abierto entre científicos y teólogos, y destina cantidades muy considerables de dinero a investigar las Grandes Preguntas de científicos y filósofos sobre cosmología, biología evolutiva, ciencia cognitiva,… y origen de las creencias religiosas.
Su último trabajo es una recopilación de reflexiones alrededor de la pregunta: “¿Explica la evolución la naturaleza humana? ”.

Que no os condicione el tufillo religioso que transpira esta fundación. La pregunta no admite respuestas simples, y han pedido participar a científicos de primerísimo nivel. No exagero. A continuación os expongo un resumen de los argumentos defendidos por cada uno.
Si no queréis ser víctimas de una inevitable distorsión, podéis consultar los textos completos en este enlace , o pedidles online que os envíen gratis un librito a vuestra casa. Yo lo hice y aquí me tenéis, leyéndolo una tarde de soleado domingo, encerrado en mi oficina alternativa del Tryst de Adams Morgan preguntándome si mis antepasados harían lo mismo.

- “Obvio, dice el mono” es la respuesta del primatólogo Frans de Waal. “Somos animales de cuerpo y de mente. Si miramos a nuestra especie desprovista de avances tecnológicos, vemos una criatura con un cerebro 3 veces más grande que el del chimpancé, pero que no contiene ninguna parte nueva”. “La moralidad tiene un sustrato biológico anterior a civilizaciones y religión”.

- “excepto donde importa”, explica el paleobiólogo evolutivo Simon Convoy Morris, quien hace la pregunta retórica “¿has visto alguna vez a un chimpancé ir a la biblioteca?”. Nuestra distancia con ellos es tan enorme que no podemos considerarnos “sólo otra especie”. No hemos llegado a ser lo que somos sólo con la evolución biológica. Como criaturas racionales la hemos trascendido.

- Lynn Margulis responde: “bastante bien”, y en la misma línea que de Waal argumenta que nuestra moralidad y comportamientos sociales son completamente acordes con la naturaleza. Incluso podemos apreciar manifestaciones de autoconciencia y libre albedrío en seres millones de años anteriores a nosotros.

- “No del todo”, opina el genetista Francis Collins. “La teoría de Darwin es incuestionable”, dice, pero “los evolucionistas teístas vemos la evolución como el método de creación de Dios”. “Vemos la ciencia como la manera de entender la maravillosa naturaleza de la creación divina, y un poderoso método para entender los ´cómos´, pero no los ¨por qué´ ”. Collins opina que hay muchos casos de comportamiento moral y altruismo radical que no se explican por la evolución, y “sería perfectamente razonable que Dios hubiera instaurado una ley moral al inicio del proceso evolutivo”. “Acepto la posibilidad de un componente espiritual en la humanidad”.

- “Más cada día”, considera el psicólogo evolutivo Geoffrey Miller fijándose en los avances en su disciplina de los últimos años. Incluidas investigaciones como las suyas del tipo “las mujeres antes de la ovulación prefieren la creatividad a la riqueza en su búsqueda de pareja”, con la explicación (si se les puede llamar así) de que un cierto instinto nos indica que la creatividad es un indicador de buenos genes.

- Joan Roughgarden lo tiene claro: “todavía no”. “Las creencias religiosas, los compromisos morales, la consciencia, y la libertad de decisión para hacer lo correcto o lo incorrecto emergen en un contexto social”. “El comportamiento social se desarrolla cuando los individuos adquieren experiencias unos con los otros”. ¿nadie había mencionado esto todavía? . “El color de una rana es un rasgo determinado a priori, el comportamiento se desarrolla durante la interacción social”. ”Ser egoísta o altruista depende en gran parte de las experiencias mientras maduras”. “La metáfora del gen egoísta es inexacta y engañosa”

- “En parte” prosigue Martin Nowak, catedrático de biología y matemáticas en Harvard, y para el que las ideas no son un producto de la evolución. “La evolución cultural nos permite una innovación rápida y es responsable de los cambios dramáticos que han ocurrido en este planeta en los últimos milenios”. “La ciencia no ofrece un contexto completo de la existencia humana”. “Estoy dentro del contexto de mi propia fe cristiana, y nuestra relación con Dios no es un producto de la evolución”

- “Si”, dice contundente Robert Wright, autor de The Moral Animal: why we are the way we are. “La explicación Darwiniana de la naturaleza humana está esencialmente completa”. Muy bien pues.

- “Hasta cierto punto”, puntualiza desde la University of California Francisco Ayala. “La evolución explica los orígenes, pero los humanos hemos propiciado un nuevo modo de evolución: la adaptación por la manipulación tecnológica y la cultura”. “La cultura incluye mucho más que la adaptación al entorno, la ciencia y la tecnología. Incluye el arte, la literatura, la historia, las organizaciones políticas, los sistemas legales, la filosofía la ética y la religión. Y estos tan importantes componentes de la naturaleza humana trascienden a la biología evolutiva y cualquier otra ciencia”. “La ciencia no es la única forma de conocimiento. La evolución nos dice mucho, pero no todo sobre la experiencia humana”

- Con un “Sí, pero…” empieza Eva Jablonka su texto. “…debemos ver qué entendemos por naturaleza humana, explicar, y evolución”. “Si me preguntas de manera menos ambigua: ¿puede un marco evolutivo expandido explicar las características específicas de los humanos que nos diferencian de los chimpancés y muchos reconocemos como constituyentes de la naturaleza humana? Mi respuesta es sí.”

- “totalmente, para un marciano”, titula su texto Jeffrey Schloss. “Las teorías evolutivas enriquecen inmensamente nuestra comprensión de la naturaleza humana. Pero no, no la explican”. “Para ello se necesitan otros conceptos fuera de la teoría evolutiva. Shakespeare también enriquece nuestro entendimiento de cómo somos los humanos.”

- “Sí y no”, matiza David Sloan Wilson, explicando que “los genes son sólo uno de los mecanismos de la herencia. Hay procesos inmunológicos, psicológicos y culturales que también son evolutivos, y no están basados en transmisión genética de padres a hijos”. “La humanidad no tiene una naturaleza. Cada persona y cultura tienen la suya”.

Opiniones muy fundadas, pero para todos los gustos. ¿cuál es el vuestro?

Yo, como ya he dejado entrever varias veces, no contemplo ningún componente divino en mi “naturaleza”, pero tampoco apruebo que alguien intente explicar mi comportamiento actual recurriendo a los genes que hicieron sobrevivir a los homínidos que me precedieron.

Levanto la mirada, y no logro encontrar la lógica evolutiva a lo que estamos haciendo en el Tryst tanta gente con portátiles abiertos un día primaveral como el de hoy.
Y me encanta! Será que como Sabina, yo no quiero domingos por la tarde .

Os presento otro de los temas más candentes en neurociencia, que más interés suscitó en el congreso de la Society for Neuroscience, y que apunta a posible revolución en el estudio y manipulación del cerebro: La activación y desactivación de neuronas específicas mediante luz óptica.

Observad este video de una ratita con un agujero en el cráneo y una bombilla azul iluminando su corteza cerebral:



Tan pronto se enciende la luz azul, la rata empieza a moverse en círculos de manera alocada. En este otro video podéis ver una rata control a la que la luz no le afecta en absoluto.
Esta diferencia se debe a que a la primera, además de colocarle una bombilla en la cabeza, los científicos también han insertado algo más en las neuronas de su cortex motor derecho.

Dejadme que os lo explique desde el principio y un poco a lo bruto (disculpad los neurocientíficos), porque es acoj… sorprendente:

En los años 80 unos investigadores descubrieron que en la membrana celular de ciertas algas verdes había unos canales iónicos que cuando recibían luz azul, se activaban y permitían la entrada de iones cargados positivamente a la célula.

Hace muy poco, otros científicos pensaron que si las neuronas tuvieran estos canales ChR2 de las algas verdes, como las señales eléctricas que recorren las neuronas se forman precisamente por la entrada y salida de iones positivos, quizás podrían activarlas a voluntad utilizando sólo luz azul.
Dicho y hecho. En 2005 Ed Boyden logró transplantar el canal ChR2 a cultivos celulares de neuronas, y estimularlas a distancia con luz a la frecuencia específica del color azul.
Dos años después, Kart Deisseroth de la Universidad de Stanford creó el ratón transgénico que habéis visto en el video anterior. Deisseroth le introdujo el gen que codificaba la ChR2, y ahora es el único mamífero que tiene tales canales de rhodopsina en las membranas de sus neuronas. Cuando sus neuronas motoras del córtex derecho reciben luz azul, los canales se abren, dejan entrar iones positivos, se activan de repente, y el ratón empieza a girar hacia la izquierda.
Si se apaga la luz, sus neuronas vuelven al reposo y el animal se detiene.

Esperad que todavía hay más.
A principios de los 90 otros científicos habían descubierto un microorganismo (la arquea Natronomonas pharaonis) con un canal iónico que hacía lo contrario: al recibir luz amarilla permitía la entrada de iones negativos de cloro y detenía el potencial eléctrico. Ed Boyden pensó que este canal NpHR podía ser utilizado para desactivar neuronas, y en marzo del 2007 en su laboratorio del MIT volvió a crear neuronas que esta vez se silenciaban cuando recibían luz amarilla.
Poco después Kart Deisseroth y Feng Zhang anunciaron que habían inyectado genes en el cerebro de un gusano C. elegans para que expresara el canal NpHR en sus neuronas motoras. Cuando iluminaban al gusano con luz amarilla, los canales dejaban entrar iones negativos en las neuronas, disminuía el voltaje, las neuronas se desactivaban y el gusano detenía su movimiento.
Nuevo éxito, y anuncio de revolución en la neurociencia.

(el punto amarillo de la imagen es sólo una referencia del momento en que los investigadores emitían la luz. Podéis ver más videos del Caenorhabditis elegans en el material suplementario del artículo publicado en Nature)

Si os estáis preguntando para qué sirve todo esto, hay dos respuestas.
Una es para investigar. La posibilidad de activar y desactivar grupos específicos de neuronas a voluntad es una nueva y poderosísima herramienta de investigación para entender el funcionamiento de los circuitos cerebrales implicados en una tarea, y cómo su actividad se relaciona con conductas o capacidades determinadas. En otro artículo de nature se dice “es lo mejor que le ha pasado a la neurociencia en mucho tiempo”.
La segunda respuesta, y es en lo que el grupo de neuroingeniería de Ed Boyden está trabajando , recae en las aplicaciones clínicas de esta metodología: silenciar neuronas que están hiperactivadas como ocurre en el Parkinson y la epilepsia. Actualmente se utilizan electrodos cuya acción es poco específica. Sería ideal sustituirlos por implantes ópticos que hicieran lo mismo con luz amarilla de manera más localizada.

Debo confesar que en el congreso de neurociencia me explicaron que la verdadera exaltación colectiva se produjo el año pasado, ya que los resultados más espectaculares se produjeron durante el 2007. Pero también me dijeron que con esa perspectiva que ofrece el paso del tiempo, las expectativas no habían disminuido, sino todo lo contrario. De repente muchísimos grupos se han puesto a trabajar con esta novedosa tecnología. Sin duda la posibilidad de activar y desactivar células nerviosas concretas va a permitir grandes avances más allá incluso de la neurociencia, y todo apunta que algún Nobel caerá en el futuro sobre la gente que ha empezado esta campo de investigación.

Yo, a partir de ahora, cuando alguien me diga que está haciendo investigación básica sobre los canales iónicos de un microorganismo de nombre irrepetible, o estudiando cómo reaccionan ciertas algas verdes a la luz azul, nunca más me atreveré a poner en duda para qué sirve.

Créditos: los videos de ratitas han sido “tomados prestados” de la web del grupo de Kart Deisseroth en Stanford.

Aprender algo nuevo es estimulante, pero el verdadero impacto intelectual llega cuando el nuevo conocimiento exige corregir el viejo, cuando un artículo como el que voy a comentar hoy hace temblar un planteamiento que te parecía tremendamente lógico.

La carrera profesional de un investigador se valora en gran medida por el factor de impacto de las revistas científicas en que logra publicar sus trabajos, un índice que marca el prestigio de cada publicación y la repercusión de los artículos que en ella aparecen.
Las revistas de mayor impacto (Science, Nature, New England Journal of Medicine…) reciben gran cantidad de excelentes artículos, y tras una dura selección terminan aceptando sólo unos pocos. El científico cuyo estudio sea rechazado, intentará publicarlo en una revista de menor impact factor.
Esto conduce a pensar que cuanto mayor es el factor de impacto de una revista, más certeros y fiables son los artículos en ella publicados ¿Cierto? Falso! Este es el cambio de paradigma que propone un provocador análisis de la revista PLOS : las investigaciones aparecidas en publicaciones de gran impacto tienen más posibilidades de ser erróneas que otras similares publicadas en revistas de categoría inferior.

¿Por qué? Por los criterios de publicación: si un estudio está bien hecho y presenta resultados espectaculares puede terminar en Science o Nature, pero si otro parecido obtiene resultados negativos o menos contundentes, aunque esté mucho mejor realizado y por tanto se aproxime más a la realidad, termina publicado en revistas de menor impacto.

Un ejemplo concreto: imaginemos que unos investigadores muestran fotografías amenazantes a 23 votantes republicanos y 23 demócratas para ver si reaccionan diferente frente a ellas. Comprueban que sí lo hacen, y concluyen que las personas conservadoras sienten más temor a las novedades que los liberales. Este artículo (más elaborado de lo que he descrito) puede terminar en Science. Imaginemos ahora que otro grupo hace un nuevo estudio con 200 personas en lugar de 46, y con experimentos mejor diseñados metodológicamente, pero no encuentra diferencias significativas entre demócratas y republicanos. ¿Se publicará tal estudio en Science? Podéis apostar que no. El estudio más preciso quedará relegado a una revista más discreta.

Consecuencia: la imagen final de la ciencia que obtienen los investigadores o reflejan los periodistas si sólo se tiene en cuenta Science o Nature puede estar sistemáticamente distorsionada .

Los autores del artículo de PLOS asemejan este hecho a un efecto que en teoría económica se llama “Winner’s curse” (la maldición del ganador) según el cual el ganador en una subasta siempre suele pagar un precio superior al real.
Uno de los primeros ejemplos en que se aplicó el término “Winner’s curse” fue durante la venta de unos campos petrolíferos. Las diferentes empresas pujaban en función de sus predicciones sobre el petróleo que podía haber esos campos. Imaginemos que el rango de ofertas iba de los 10 millones de dólares a los 50, concentrándose la mayoría de pujantes entorno a los 25-35 millones. Posiblemente por ahí andaría el valor real del campo subastado, pero ganaba la puja el que hubiera ofertado 50, seguramente tras haberse equivocado es sus estimaciones del petróleo que iba a conseguir.

Algo parecido puede ocurrir en las tan competitivas publicaciones científicas: Sobre un mismo tema, de todos los estudios metodológicamente bien hechos que existen, llegan a las grandes revistas científicas los que presentan unos resultados más escorados.
Imaginemos que haya varios grupos esparcidos por el mundo investigando la influencia de un polimorfismo genético determinado en, por ejemplo, nuestra predisposición a la agresividad, y que el rango de influencia observado vaya del 10% al 40%, concentrándose la mayoría de resultados entorno al 25%. Posiblemente esta sería la cifra más acertada, pero si no hay errores metodológicos el grupo que obtenga el 40% será el que publique más alto. Luego ya se corregirá.

De hecho, el artículo de PLOS avala su hipótesis con un estudio realizado en 2005 que analizó 49 de los estudios clínicos más citados entre 1990 y 2003, y que habían aparecido en las tres revistas médicas de mayor impacto (New England Journal of Medicine, JAMA y Lancet). Un tercio de estos habían sido rebatidos al poco tiempo por investigaciones posteriores.

Siendo conscientes de la enorme presión por publicar a la que están sujetos los científicos (su curriculum, financiación, prestigio y posibilidades de promoción dependen del índice de impacto que consigan sus artículos), otro efecto que no debe ser desestimado es la tentación de exagerar ligeramente algunos resultados para desmarcarse del resto de grupos que están investigando lo mismo que ellos.

Los autores del artículo proponen diversas soluciones cuyos detalles se escapan a las pretensiones de este blog, pero quizás en la que más insisten es dar preferencia a la calidad del estudio frente a los resultados obtenidos.
En un momento de tal avalancha de resultados científicos, la rigurosidad metodológica, tamaño de muestras, diseño de los experimentos… debería ser un criterio más importante que los resultados a la hora de publicar. Es decir, que el estudio que llegue al ranking más alto no sea necesariamente el más llamativo, sino el más completo y exhaustivo.
Factible o no, esta critica al modelo de publicación actual es un elemento más del activo debate existente dentro de la comunidad científica sobre cómo mejorar uno de sus pilares fundamentales.

Dato colateral y no significativo 1:
Cuando un amigo (científico en activo) me envió un artículo sobre neuropolítica pensé que era un tema muy interesante. Al ver que estaba publicado en Science lo di por bueno y empecé a redactar un post , pero cuando leí el texto completo, con los detalles… varias cosas no encajaban, sobretodo las conclusiones extraídas a partir de un número tan reducido de personas (46) de una población de Nebraska. Supongo que por eso dejé entrever ciertas dudas en el texto, que fueron confirmadas e incluso ampliadas por vuestras excelentes críticas en los comentarios . Una reflexión me dejó intranquilo: ¿Cómo podía haber sido publicado en Science? Quizás ahora lo entiendo un poco mejor.

Dato colateral y no significativo 2:
El martes pasado regresaba a casa con un postdoc del NIH que escanea cerebros con imágenes de resonancia magnética funcional (fMRI). Él estudia el cerebro enfermo, que es mucho más fácil de abordar que el cerebro normal. Comentamos la fiabilidad en entredicho del fMRI como herramienta para investigar nuestro comportamiento. Le pregunté: Rebecca Saxe del MIT me dijo que la gran mayoría de estudios están mal hechos, analizan zonas del cerebro poco específicas, y dan resultados exagerados. ¿Es cierto? “Sí, hay un boom en esto, se publican muchos artículos poco rigurosos”. "¿pero incluso en science y nature?", insistí. Os prometo que echó una carcajada y contestó “hombre desde luego! Esos los que más!”

Conocí a Enrique del Barco hace 6 años. Era mi primera temporada en REDES y necesitaba asesoramiento para escribir un guión sobre la frontera entre el mundo clásico y el cuántico. En esa apasionante encrucijada se situaban las investigaciones de Enrique en la Universidad de Barcelona.
Me explicó que estaba llegando a tales extremos de miniaturización, que a veces aparecían fenómenos cuánticos indeseados. Era un problema, pero… ¿se podría convertir en una ventaja? ¿Se podrían llegar a construir nanoestructuras que aprovecharan estas propiedades cuánticas y pudieran superar los límites que impone la física clásica? Hablamos largo y tendido de ordenadores cuánticos, criptografía, nanociencia, imanes moleculares, y del nada intuitivo comportamiento de los átomos.
Ahora Enrique dirige su propio laboratorio en Orlando (Florida), desde donde nos explica sus estudios, nos comenta en primera persona el artículo que ayer mismo publicó en Nature Physics, y se ofrece a intentar responder nuestras preguntas más básicas, retorcidas o fantasiosas sobre el increíble pero cierto mundo de la mecánica cuántica.

Patinando entre brújulas moleculares, por Enrique del Barco

¿Quién eres?

Me llamo Enrique del Barco y soy profesor en el departamento de física de la Universidad Central de Florida, en Orlando. Allí puedo hacer lo que realmente me gusta; investigación científica. Me preparé para esto durante mi doctorado en la Universidad de Barcelona, bajo la dirección de Javier Tejada, y un postdoc en la Universidad de Nueva York (NYU).

¿Qué quieres averiguar?

Mis intereses actuales se focalizan en investigación básica en nanociencia.
Estoy convencido de que la nanociencia dará lugar a una nueva revolución tecnológica equiparable a la revolución industrial y de consecuencias similares a la aparición del ordenador personal.
La nanociencia se encarga del estudio de los objetos de tamaño nanométrico (sistemas mesoscópicos), es decir, del orden de una millonésima parte de milímetro (diez veces más grande que el tamaño de un átomo). El estudio de estos sistemas tan pequeños es fascinante porque no se comportan como los grandes. De hecho, se suelen comportar de una manera totalmente diferente e insospechada por nuestra experiencia. Lo explicaré con un ejemplo magnético que quizás sea más fácil de entender. Cojamos una brújula. Se trata de un imán cuyos polos norte y sur están bien definidos y se orienta en la dirección del campo magnético terrestre. Una vez con la brújula en la mano la hacemos más y más pequeña y la usamos para grabar información, por ejemplo, una canción en una cinta magnetofónica. Esto lo hacemos disponiendo las brújulas a lo largo de la cinta de grabación con una sucesión definida de orientaciones de sus polos magnéticos. Si la brújula tiene el norte arriba es un 1 si lo tiene abajo es un 0. Ya tenemos nuestro substrato de grabación. Pero ahora queremos que en el mismo tamaño de cinta nos quepa toda la discografía de Joaquín Sabina. ¿Qué tenemos que hacer? Disminuir el tamaño de las brújulas para que quepan más en la cinta y podamos escribir más ceros y unos. La pregunta es: ¿Hay un límite? ¿Podemos disminuir tanto como queramos el tamaño de nuestras brújulas? La respuesta es negativa. Todos hemos experimentado el deterioro de calidad de una cinta magnetofónica y eso es porque si se da cierta energía, por ejemplo al incrementar la temperatura de una cinta expuesta al sol en el coche, la brújula puede rotar sus polos y hacer que se pierda la información almacenada. La probabilidad de que esto suceda es mayor cuanto menor es la brújula. Una posible solución sería bajar la temperatura para preservar la información. Esto en principio funciona, en ausencia de energía las brújulas no podrán cambiar la orientación de sus polos así que ahora ya podemos disminuir su tamaño. Pero enseguida llegamos a otro límite. Cuando la brújula es de tamaño nanométrico la orientación de sus polos puede cambiar súbitamente incluso en ausencia total de energía. Esto es debido a las propiedades cuánticas de la materia que sólo se manifiestan cuando el tamaño del sistema deviene suficientemente pequeño. Y esto, definitivamente, no tiene solución. La física cuántica impone un rígido límite a la máxima densidad de información que podemos almacenar clásicamente en un espacio determinado.
Debido a que las demandas informáticas y electrónicas actuales están llegando a este límite, los tecnólogos piden soluciones imaginativas al problema. Estas soluciones han sido ya sugeridas. De hecho, se sabe que las propiedades cuánticas de los nano-materiales, lejos de ser un problema, pueden suponer una revolución sin precedentes. Se trata, simplemente, de aprender a utilizar estas curiosas propiedades en beneficio nuestro. En el ejemplo expuesto, las propiedades de una brújula cuántica no sólo aumentarán la capacidad de información considerablemente sino que permitirán la construcción de ordenadores cuánticos infinitamente más rápidos que los actuales.
Es precisamente en la frontera que separa los mundos clásico (grande) y cuántico (pequeño) donde se centra mi interés científico. Quiero entender los mecanismos que rigen el comportamiento cuántico de los materiales —cuándo actúan, por qué aparecen y qué los condiciona— y cómo estas propiedades únicas pueden ser utilizadas en nuestro provecho en un futuro más o menos cercano.

¿Cómo pretendes averiguarlo?

En mi caso, para entender lo que ocurre en la frontera clásico/cuántica estudio moléculas magnéticas (pequeñas brújulas moleculares). Los imanes moleculares permiten el uso de ingeniería inorgánica para la confección de prototipos magnéticos de diferentes tamaños que puedan cruzar la frontera desde el mundo mesoscópico al macroscópico. Y, ¿cómo hago esto? Sencillo, llamo a mis colaboradores químicos y les pido moléculas a la carta. “Mira, Eugenio, Quiero una molécula de unos tres nanómetros que tenga geometría esférica y que se adhiera a una superficie de oro, que quiero hacer pruebas de corriente electrica”. Y ellos me envían algo que se le parece y que normalmente resulta mejor de lo que había pedido en un principio.
Resulta que ciertas moléculas magnéticas, conocidas como nanoimanes o clusters moleculares (en la figura se muestran varias de estas moléculas, comparables en tamaño, 1-5 nanómetros, a nanopartículas magnéticas como el FePt) presentan características asombrosas a baja temperatura, que permiten un estudio exhaustivo del comportamiento cuántico de materiales magnéticos mesoscópicos que antes de su aparición sólo la teoría más básica podía imaginar. Y entre estas propiedades se encuentra el intercambio de los polos magnéticos del nanoimán por efecto túnel. Es decir, tenemos a disposición nano-brújulas en el límite de tamaño para el almacenamiento de información que discutía antes y se presentan como excelentes candidatos para futuras tecnologías de información y computación cuántica.

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Para estudiar su comportamiento necesito muy bajas temperaturas, por lo que los gastos de investigación se disparan. Por ejemplo, un solo criostato de mi laboratorio consume una media de 1.000 dólares a la semana en helio líquido, a lo que hay que sumarle otra infinidad de gastos que no quiero ni pensar ahora. Los gastos de operación sumados al costo del instrumental necesario hace que investigadores jóvenes sólo puedan acceder a éste tipo de experimentación en países como Estados Unidos, que invierten grandes cantidades de dinero en esta dirección y cuyas dinámica universitaria está perfectamente entrenada para promover nuevas iniciativas (que suele ser el caso de los más jóvenes), justo lo contrario a lo que ocurre en España, desgraciadamente. Para poner un dato encima de la mesa, la UCF me concedió un millón de dólares para montar mi laboratorio, algo que cuando lo cuento en España da la risa.
Pero volvamos a la parte divertida. Acaba de salir publicado en Nature Physics un artículo nuestro en el que mostramos una manifestación completamente novedosa de la mecánica cuántica más elemental. Se trata de un nuevo nanoimán molecular que tiene forma de anillo. La parte interesante es que sus dos mitades (señaladas en verde y amarillo en la imagen) “tunelean” al unísono, como si se tratase de una pareja de patinaje artístico sobre hielo, con la particularidad de que, bajo ciertas condiciones, las “trayectorias túnel” de ambos semi-anillos interfieren destructivamente y el efecto túnel desaparece. Algo así como la interferencia destructiva entre dos ondas de agua, cuando se encuentran los valles de una con las crestas de la otra la onda se desvanece. Un fenómeno que también sucede entre dos ondas de luz, que al juntarse pueden dar lugar a oscuridad. En nuestro caso, este fenómeno tiene un origen topológico (de forma) y es conocido como fase de Berry (en honor al matemático británico Michael Berry que la propuso, que por cierto nos visita en Orlando con cierta regularidad para contarnos sus asombrosos estudios de los tsunamis, un buen tema para tu blog, Pere, por cierto). Es la primera vez que esta fenomenología se observa en un sistema de dos spines conectados que oscilan por efecto túnel. De hecho todavía no se ha desarrollado la teoría pertinente, por lo que esperamos que el artículo en Nature Physics tenga una amplia repercusión en diferentes disciplinas.

En fin, podría seguir explicándoos cosas, pero quizás sería demasiada mecánica cuántica para un solo día. Un abrazo.

La imagen:

La siguiente imagen representa un nanoimán molecular conectando los electrodos nanométricos de un transistor monoelectrónico (por el cual la corriente eléctrica fluye electrón a electrón). La conjunción a escala nanométrica de diferentes propiedades básicas se denomina multifuncionalidad y es una de las direcciones de más adhesión en diferentes disciplinas científicas y tecnológicas. En el caso del electrón, se intenta usar su spin (propiedad magnética) y su carga (propiedad eléctrica) en ingenios nanoelectrónicos con nuevas y prometedoras aplicaciones, en lo que se ha dado a llamar spintronics. En nuestro caso, estudiamos spintronics en transistores moleculares, en los cuales, además, se utilizan las propiedades básicas (casi fantásticas) de nuestros nanoimanes moleculares para la manipulación de la corriente eléctrica en formas completamente novedosas.

Edward Wilson empezó su charla con una idea poderosa: “de la misma manera que losfísicos están intentando conciliar la teoría cuántica con larelatividad, en biología debemos empezar a pensar en una unificación dela biología molecular con la ecología”.
Estaba preparando el terrenopara una posterior crítica al excesivo reduccionismo genético que segúnél impera en el estudio evolutivo de la conducta animal.

E. O. Wilson es posiblemente el científico más carismático de Harvard. Sin duda elmás inspirador. Representa la figura del naturalista por excelencia,alguien que al minuto te contagia su amor por la comprensión científicade la naturaleza y la necesidad de su conservación. Habla con pasión debiodiversidad, de que vivimos en un planeta todavía inexplorado, delproyecto “la enciclopedia de la vida”, de insectos sociales, de feromonas, y de nuestra relación con el mundo natural…pero en esta ocasión tocaba discutir sobre otra de sus grandesaportaciones: la sociobiología, es decir, el estudio de loscomportamientos sociales desde una perspectiva biológica.

Permitidme que contextualice, simplificando quizás demasiado, y cometiendo el grave pecado de saltarme toda la evolución a nivel de microorganismos.

Cómo actúa la selección natural

La idea fundamental de la teoría de la evolución por selección natural es conceptualmente sencilla: nacen muchos individuos, pero sólo los mejor adaptados al entorno en que se encuentren son capaces de sobrevivir y trasmitir sus características físicas a la siguiente generación. Las gacelas más rápidas son las que escapan de los felinos.

Pero avancemos un poco: llegar a viejo no es lo más importante. El propio Darwin observó algunos rasgos cuya función para la supervivencia no era evidente. Si la cabellera de los leones fuera imprescindible, también la tendrían las leonas, o ¿dónde va el pavo real macho con una cola tan tediosa, que le hace más vulnerable a sus depredadores? La conclusión es que el verdadero objetivo en la evolución no es sobrevivir sino dejar descendencia, y la selección sexual también diseña los cuerpos para ser atractivos.

Vayamos un poquito más lejos: no sólo el cuerpo se adorna y adapta al entorno, el comportamiento animal también está sujeto a las leyes de la selección natural. Si nos centramos en humanos, la psicología evolutiva estudia hasta qué punto el entorno en el que vivieron nuestros ancestros ha ido configurando genéticamente nuestras emociones para guiarnos hacia la supervivencia y el éxito reproductivo.

Permitidme que deje un artículo que publiqué hace tiempo, por si alguien quiere deteneros más en estos planteamientos.

Altruismo y sociobiología

Dando un nuevo paso nos encontramos con la sociobiología de Edward Wilson.
Las conductas altruistas observadas en ciertas especies, a priori no deberían estar favorecidas en el crudo mundo de la selección natural. Pero si en un grupo los individuos colaboran, tienen más posibilidades de sobrevivir que en otro en que sus miembros compitan.
El problema es que dicho de esta forma, parece que la selección natural pueda actuar en beneficio del grupo, y el consenso actual dice que sólo actúa si existe un beneficio genético asociado.

Aquí es donde se centró la conversación entre Edward Wilson y Marc Hauser , que representa uno de los puntos claves dentro del estudio de la evolución: ¿a qué nivel actúa la selección natural?

En los años 60 y sobretodo con la llegada de “el gen egoísta” de Richard Dawkins, se impuso la idea de que la evolución actúa siempre a nivel genético. Son los genes los que buscan reproducirse, el individuo es un mero portador. Aplicado a la sociobiología, el altruismo aparente de ciertos animales sociales es en el fondo un egoísmo genético encubierto: Un individuo ayuda a otro porque comparte parte de sus genes. Cuando una hormiga estéril arriesga su vida defendiendo a la colonia, está defendiendo sus genes de forma indirecta.

Edward Wilson defendió esta interpretación al principio. Pero ahora se revela. Durante la charla y en el artículo que acaba de publicar, aseguró que según sus últimos datos y modelos matemáticos, el egoísmo genético como única explicación de la conducta animal es una visión simplista. Con todo lo que sabemos de las leyes de la complejidad y la emergencia, debemos tener una concepción más holística de la biología. Wilson considera que hay evidencias suficientes para aceptar que las adaptaciones a nivel puramente de grupo también juegan un papel muy importante en la evolución del comportamiento social, y que es necesario reinterpretar los fundamentos teóricos de la sociobiología.

Posiblemente este es una discusión demasiado interna entre los evolucionistas, pero sin duda es una de las más activas. El otro gran debate es el interminable nature vs nurture, o si en nuestro comportamiento pesa más la carga genética con la que nacemos, o el entorno en el que vivimos. Es un debate que se puede terminar rápido diciendo que ambos influyen, o resultar infinito cuando se intenta afinar el peso relativo de genes y entorno en temas específicos como la inteligencia, la conducta violenta, la tendencia sexual o incluso las normas morales.
Quizás es materia para un futuro post, porque en enero entrevistaré a Marc Hauser sobre su interpretación de la moralidad desde el punto de vista biológico. Pero si queréis, podemos empezar a opinar.

¿Vosotros sois máquinas de supervivencia, autómatas programados a ciegas con el único fin de perpetuar los egoístas genes que albergáis en vuestras células?