viernes, 26 de julio de 2013

Dengue y redes complejas


 DIALOGO CON DANIEL BARMAK, DOCTORANDO EN FISICA



Aunque tenga un lugar central en su vida hipotética, el Jinete sabe que no todo estudio de las redes tiene que ver exclusivamente con Internet. Es el caso del problema de la propagación de epidemias como el dengue.


–¿Sobre qué está haciendo su doctorado?
–Estoy haciendo análisis de fenómenos sobre redes complejas. Estaba haciendo dos ramas, en realidad: una que tiene que ver con un análisis más básico de redes complejas, en el que trataba de encontrar comunas...
–Primero hablemos de las redes. ¿Qué son? –Son como objetos, nodos, que están conectados entre sí por links. Objetos enganchados entre sí por conexiones. Entonces surgen varios problemas de varias áreas (matemática, computación) que pueden descomponerse y resolverse en el lenguaje de las redes.
–¿Por ejemplo? –Por ejemplo, las conexiones de Internet. Pero no sólo Internet a nivel conexiones reales entre computadoras. Internet tiene dos niveles: tiene las conexiones reales entre computadoras y tiene las conexiones virtuales que se hacen por Internet por medio de los números de IP. Entonces ambos tipos de conexiones se pueden describir como si fueran redes. De esa manera se puede analizar cuál es la mejor forma de mandar información de un lado a otro, analizando cómo es la distribución de estas redes. Y hay varias propiedades estadísticas que la definen.
–¿Y en biología? –Se usa, por ejemplo, para análisis de proteínas, de genomas. Lo que se hace es analizar la forma por la cual una proteína o un genoma desencadena que se produzcan ciertas cosas. Yo no trabajo con eso, de modo que mucho no puedo decirle. Pero pongamos que hay un gen que hace que se codifique X proteína, que hace Y cosa. Esas conexiones se pueden concebir como una red.
–Volvamos entonces a lo que hablaba al principio. Usted decía que en el análisis de redes complejas trataba de detectar comunas. –Sí. La definición de “comuna” es hoy en día un tanto vaga. Vendría a ser un grupo de nodos dentro de una red que están más correlacionados entre sí que con el resto de los nodos de la red. Si se piensa la analogía con los grupos sociales (porque esto se usa para pensar también la sociedad, por ejemplo en las elecciones para ver qué grupo social vota a cuál político), lo que se hace es... –suponga que usted tiene un grupo de gente en la sociedad–, una comuna vendría a ser el conjunto de personas que son amigas entre sí. Si yo soy amigo suyo y usted es amigo de otra persona y esa otra persona es amiga mía, nosotros tres formaremos un nodo porque estamos más conectados entre nosotros de lo que estamos conectados con el resto de la sociedad. En este caso, no importa para dónde mire (los tres somos amigos entre nosotros). Pero existen también redes dirigidas, como las de las páginas de Internet. Un link me manda a otra página, pero no necesariamente esa página a la que llegué tiene un link que me devuelva a la página original. Son redes de nodos que se conectan con dirección. Entonces decir qué significa una comuna en una red donde las conexiones son bidireccionales de alguna manera está resuelto y tiene una definición formal, pero el tema de las comunas en redes que tienen unidireccionalidad no está resuelto.
–¿Y qué es lo que está tratando de hacer? –Encontrar una definición de lo que es una comuna dirigida y aplicarla a casos particulares de cosas que nosotros sabemos que deberían dividirse de una determinada forma. Nosotros agarramos un caso, una red y decimos: “Bueno, yo sé que esto es una comuna y esto otro es también una comuna. Veamos si el algoritmo que desarrollo me logra explicar estas cosas”. Por ejemplo, una de las redes que más se usa es una que se llama “red de Zachari”. Originalmente, era un grupo de personas de karate. Lo que pasó fue que el entrenador se separó de uno de los alumnos principales y se dividieron en dos partes. Esta gente que entrenaba en conjunto, entonces, quedó dividida en dos grupos: unos quedaron con el director y los otros con la otra persona. Pero ellos, entre sí, siguen siendo amigos, se siguen viendo. Lo que se hizo es una red de las conexiones entre esos amigos, y corriendo esos algoritmos de separaciones en comunas, uno encuentra la separación, uno encuentra quiénes están en un club y quiénes están en otro sin necesidad de saber a priori si realmente se separaron, solamente usando las conexiones entre ellos. Lo que nosotros queremos hacer es poder aplicar esto a redes unidireccionales. Poder trasladar esto a redes dirigidas.
–¿Y lo plantea en términos abstractos o concretos? –Eso lo trabajo en términos abstractos.
–¿Y qué es lo que trabaja en términos concretos? –El problema de la propagación de epidemias de dengue.
–¿Y ahí qué hace? –Meto dentro del programa en el que se simula la propagación de la epidemia el movimiento de los humanos.
–¿Qué es el movimiento de los humanos? –Normalmente, lo que se hacía en los modelos de epidemias con vectores (en este caso sería el mosquito) era considerar que los humanos eran una suerte de sustrato, estaban quietos en sus casas, que estaban de alguna manera “esperando” a ser picados por los mosquitos. El hombre era estático, lo que se movía eran los mosquitos. La epidemia entonces era difusiva, se transmitía por la difusión de los mosquitos. Nosotros lo que hicimos fue ver cómo afectaba la epidemia el movimiento propio que tienen los humanos. Pusimos este movimiento dentro del problema. Desde hace un par de años existe una base de datos, en las empresas celulares, del lugar de donde uno hizo las llamadas y mandó los mensajes de texto. En realidad, no es exactamente dónde uno lo hizo sino más cerca de qué antena uno lo hizo. En EE.UU. se tomó una base de datos de varios millones de personas durante varias semanas y luego se hizo análisis estadístico del movimiento de los humanos: cómo era el movimiento temporalmente y cómo era espacialmente. A grandes rasgos, se llegó a la conclusión estadística de que los humanos se mueven como si fuera una ley de potencias.
–¿Qué es eso? –Una ley que no depende de la longitud, que no tiene una longitud característica.
–¿Qué quiere decir esto? –Quiere decir que yo tengo una distancia infinita a la cual podría llegar a tener gente que se esté moviendo. No es que yo tengo una cantidad de gente que va a estar a tal distancia. Si yo sé que me muevo veinte cuadras, el movimiento va a estar restringido a esas 20 cuadras. En una ley de potencias, no; en una ley de potencias existe una probabilidad de que haya movimientos muy largos.
–¿Entonces? –Por cada una de las manzanas tenemos una cantidad de personas (nosotros en el modelo metimos 100), la mitad hacemos que se queden en su casa y la otra mitad se mueve. A esas 50 que se mueven, al principio de la simulación, con los movimientos de la ley de potencias, les asignamos un lugar de trabajo y hacemos que una vez por día se muevan al lugar que está dado por la ley de potencias. La persona está ocho horas trabajando, siguiendo una distancia desde su casa, y el resto del tiempo está en su casa. Nosotros entonces vemos esto, probamos con varias leyes de potencia (y con movimientos aleatorios) y luego, en base a esos análisis, probamos otras cosas, como por ejemplo qué pasaría si la persona se queda en su casa cuando la persona está enferma de dengue. Nosotros lo que hacemos es que los dos primeros días de la enfermedad, al no tener síntomas, actúa como si no estuviera enfermo. Al tercer día ya podemos hacer que se quede en su casa y no vaya a trabajar. Si hace esto, el resultado que nos da es que la enfermedad igualmente se expande con la misma velocidad, porque los mosquitos siguen picando y el resto de las personas vuelven a la manzana donde viven después del trabajo. El contagio, entonces, se sigue dando: no disminuye la posibilidad de contagio.
–¿Y qué se hace? –El siguiente paso fue “aislar” a las personas: hacer de cuenta que tienen un tul o algo que impide entrar a los mosquitos. Como eso no puede aplicarse de manera perfecta, porque uno nunca sabe cuán eficiente es el aislamiento que se procura cada uno. Le asignamos distintos porcentajes de eficacia al método. También incorporamos la variante de las fumigaciones. Cuando aparece una persona en el tercer día con dengue, incorporamos la posibilidad de que se fumigue ad hoc, para disminuir la posibilidad de contagio. Y ahí también probamos con varios porcentajes de eficiencia.
–¿Y? –Bueno, lo que vimos es que hacer los métodos combinados (aislamiento y fumigación) termina siendo más conveniente que hacerlos por separado. Si los combino, no necesito que sean tan eficientes ni el aislamiento ni la fumigación para lograr un buen resultado.

martes, 23 de julio de 2013

KEPLER CONTRA EL CIRCULO



Por ocho minutos
de un noble planeta
que justo en la orbita
viene a fallar


 Gardel Lepera



Los planetas se mueven alrededor del Sol describiendo elipses, y el Sol ocupa uno de los focos

Primera ley de Kepler.





La historia de Johannes Kepler (1571 1630) es muy curiosa. Fue una combinación de genio medieval y espíritu renacentista, que mezclo la nueva actitud científica del siglo XVII y las brumas místicas y astrológicas de los siglos precedentes. Con éxito: aunque menos popular que Galileo, y menos conocido que Copérnico, junto a ellos, Kepler es uno de los tres gigantes en cuyos hombros Newton decía haberse montado para ver más lejos, y las leyes que descubrió sobre el funcionamiento del sistema solar fueron la piedra sobre la cual el sistema heliocentrico edificó su triunfo.

Porque la verdad es que el sistema propuesto por Copérnico en 1543, en que el Sol y no la Tierra eran el centro del universo (como en el viejo sistema de Tolomeo), ganaba adeptos día a día, era nuevo, era inteligente, era simpático, pero le faltaba swing. Por empezar, seguía siendo muy complicado. Además, Copérnico hizo girar su sistema no exactamente alrededor del sol, sino alrededor del centro de la orbita de la tierra, que no es lo mismo (esta era una vieja historia, un poco tramposa que se arrastraba desde la antigüedad: las esferas de Tolomeo tampoco giraban exactamente alrededor de la tierra, sino de un punto ficticio llamado ecuante). Además, para que las órbitas coincidieran con las observaciones, Copérnico se había visto obligado a agregar esferas dentro de esferas de indudable factura tolemaica. Todo lo cual ensuciaba y quitaba prolijidad a un sistema que si bien tenia la pujanza que caracteriza a las nuevas ideas, carecía de la eficiencia necesaria para imponerse de una vez por todas.

Una de las órbitas mas problemáticas, era la del planeta Marte y Kepler, que había sucedido en 1601 al gran Tycho Brahe (que fue el mas grande observador astronómico de la época anterior al telescopio) en el puesto de Matemático Imperial, emprendió la tarea de determinarla de manera exacta. Cuando tras interminables calculos (que ocupan novecientas páginas de letra menuda) llego a determinar el radio de la orbita marciana, hete aquí que encontró un par de observaciones que no encajaban. La diferencia era relativamente poca : ocho minutos de arco. Y aquí se produce uno de esos puntos de bifurcación en la historia de la ciencia. Kepler podría haber pensado que las observaciones estaban mal, pero en vez de hacerlo, llego a la conclusión de que la teoría estaba mal: había un error, y el error consistía en suponer que las órbitas eran circulares.

Es muy difícil, desde nuestra mentalidad moderna, comprender el esfuerzo mental necesario para abandonar una de las convicciones mas arraigadas de la astronomía y de la filosofía en general. El círculo era la forma perfecta, era el símbolo de la Divinidad, era el centro de la cosmogonía, era la figura ideal para mantener en marcha los cielos. Dejar el círculo (aunque para la época ya se hubiera convertido en un círculo vicioso) y las órbitas circulares era quedarse a ciegas: significaba lanzarse al vacío. Además: si no era un círculo: que podía ser? Kepler tanteo: probo con un círculo estirado (un óvalo) y cotejo dificultosamente las observaciones. Nada. No había caso. No encajaban. En 1603, escribió que "si la forma de la órbita fuera una elipse perfecta, podrían encontrarse todas las respuestas en Arquimedes y Apolonio", y un ano y medio mas tarde, suponía que la verdadera forma estaba entre la oval y la circular, algo intermedio, "exactamente como si la órbita de Marte fuera una elipse perfecta. Pero respecto a eso, aun no he investigado nada". Finalmente tras estrellarse una y otra vez contra el óvalo, lo abandono. Y allí cayo la moneda: cuando reemplazo los óvalos por elipses, los datos se acomodaron: "oh, que estúpido he sido", escribió. En 1609 publico su obra maestra : Astronomía Nueva, donde se enuncia su primera ley, que reemplaza las órbitas circulares, de una vez para siempre, por órbitas elípticas, con el sol en uno de los focos. La Primera Ley de Kepler completa el sistema de Copérnico enunciado cincuenta años antes, y lo dota de elegancia y simplicidad. Faltaba explicar por que ocurría todo eso, que era lo que obligaba a los planetas a moverse en órbitas elípticas y todo lo demás. Pero en ese terreno, los esfuerzos de Kepler fueron vanos (como lo habían sido los de Copérnico, y serían los de Descartes). La pelota de la historia allí se le escapa, rueda suavemente, y se coloca lista, incitante, a los pies de Newton.

jueves, 18 de julio de 2013

Misterios en torno de la vitamina E


 DIALOGO CON FERNANDO CARRARI, INGENIERO AGRONOMO, INVESTIGADOR DEL INTA



Así como no se conoce aún el mecanismo de acción de la vitamina E, aunque esté probado lo útil que es para el organismo humano, tampoco los mecanismos finos que regulan la producción de la vitamina en el interior de las plantas.

–Cuénteme.
–Yo trabajo en investigación desde mi carrera de grado en la Facultad de Agronomía de la Universidad de Buenos Aires. Mi doctorado estuvo orientado a la biología molecular de plantas, después trabajé un tiempo en el exterior en fisiología molecular de plantas orientada sobre todo a entender cómo las plantas regulan el metabolismo y producen como materia prima los compuestos que finalmente comemos.
–¿Qué es lo que hace específicamente? –Me ocupo de ver cómo la regulación del metabolismo de las plantas tiene un impacto sobre la producción final de metabolitos. O sea, si uno mira la planta como un reactor que produce moléculas no proteicas, y esas moléculas no proteicas son las que comemos y algunas son esenciales para los humanos, nosotros tratamos de entender cómo la planta regula la producción de esas moléculas.
–¿Y cómo se regula eso? –Son mecanismos bastante complejos.
–Tratemos de describirlos. –Hay distintas etapas y distintos niveles de regulación en el metabolismo. Algunos de ellos tienen que ver con la constitución genética del organismo que uno está estudiando, con la constitución genética de la planta, y otros tienen que ver con cómo las proteínas las producen los distintos genes que interactúan entre sí para finalmente regular una vía metabólica que termina en la producción de moléculas no proteicas.
–¿Qué significa “regular la vía metabólica”? –Significa hacer que esa vía funcione más rápido, que lo haga en determinado contexto medioambiental, que la tasa de producción de esas moléculas sea mayor o menor. Y eso ocurre a distintas escalas.
–¿Por ejemplo? –La producción de vitamina E en las plantas, que es fundamental para los humanos. Esa producción se regula a diferentes niveles. Los genes que producen las proteínas que actúan como enzimas de la vía metabólica que culmina en la producción de una molécula que tiene actividad de vitamina E tienen una regulación, a nivel de la transcripción de esos genes, o sea, cuándo esos genes se van a expresar, en qué condiciones.
–Esos genes se expresan con toda la parafernalia de ARN mensajero y otras yerbas y sale la proteína. ¿Y entonces? –Esas proteínas tienen actividad enzimática en algún contexto y en otro tienen una actividad enzimática menor. Esa o esas proteínas, además de tener toda la regulación génica de la que usted habló recién, tienen una regulación a nivel de la enzima misma: transforma un sustrato en un producto.
–¿Qué diferencia hay entre proteína y enzima? –Las enzimas son proteínas, pero las proteínas que son enzimas tienen actividad de enzimas. Hay proteínas que no tienen actividad de enzimas, como por ejemplo aquellas que regulan la expresión de un determinado gen.
–¿Qué es la actividad enzimática? –Es un catalizador que transforma un sustrato (una molécula determinada) en un producto (otra molécula que es el producto de esa reacción). Entonces ahí existe una regulación.
–Entonces yo tengo una enzima, que cataliza la conversión de un sustrato en una molécula específica. ¿Cómo se regula eso? –De muchas maneras. Un ejemplo, en el caso de la vía de síntesis de vitamina E, hay unas cuatro o cinco enzimas que median los últimos pasos para la producción de distintas formas de vitamina E que produce una planta. Una de esas enzimas, por ejemplo, se regula de acuerdo con la cantidad de producto: cuando la cantidad llega a un determinado nivel, la enzima disminuye su tasa de actividad.
–¿Y cómo sabe que llegó a determinado nivel? –Hay un censado de la cantidad de producto. Las enzimas, por ejemplo, pueden pegar moléculas no proteicas y de acuerdo con la cantidad de producto se inhibe su accionar. En el caso de una de las enzimas particulares que estudiamos nosotros en el laboratorio, la cantidad de enzimas se regula, ya no su actividad, a partir de cómo está el promotor del gen que codifica para esa proteína que finalmente es una enzima. Promotores son los que encienden y apagan la transcripción del gen. Hay algunas señales en el promotor que le dicen a la maquinaria de transcripción que tiene que transcribir más de ese gen o que tiene que transcribir menos.
–¿Basado en qué? –En el estado de ese promotor. El promotor es una molécula de ADN, que puede estar modificado por el nivel de metilación que tienen las bases de ADN.
–O sea que el promotor recibe alguna señal de afuera... –Claro, porque si no no se metilaría. Cuán de afuera es esa señal, no lo sabemos.
–¿Y qué más no sabe y quiere averiguar? –No sabemos cuáles son los mecanismos de regulación finos de la producción de vitamina E. Lo que empezamos estudiando son algunos de los genes que producen las enzimas para la vía de síntesis. De la mayoría de los genes no sabemos nada; de algunos de ellos tenemos algunas pistas, como esta que le contaba: que el promotor del gen que produce la proteína media la cantidad de proteína que se produce. Pero de ahí para adelante (y para atrás) sabemos bastante poco.
–¿Qué suponen? –La hipótesis es que nosotros seríamos capaces de entender esos mecanismos si lográramos sustituir en una planta los distintos alelos que produce la misma proteína. Esta es la hipótesis de uno de los trabajos que llevamos adelante. Creemos que sustituyendo los alelos podemos llegar a ver el efecto que tiene la metilación sobre la cantidad de enzimas.
–Meten alelos que no se metilan. –Que podrían no metilarse. Son alelos distintos, con un nivel de metilación distinto.
–Aclare lo que es metilación. –Es la modificación de las bases del ADN, que ocurre a lo largo del ADN no solamente en los promotores, pero cuando ocurre en los promotores modifica la tasa de transcripción. Es un grupo metilo que se agrega a las bases nitrogenadas. En principio no sabemos casi nada de estas cuestiones, sobre todo en las plantas. En los humanos se sabe un poco más, y la hipótesis de los “plantólogos” es que esos mecanismos están conservados y deberían darse de manera más o menos similar en todos los seres vivos. No necesariamente con los mismos procesos, de todos modos. Pero de hecho la hipótesis está comprobada en varias experiencias. Por lo menos uno de los genes que media en la producción de vitamina E se regula a partir de la metilación de su promotor. Esa es una de las líneas de trabajo del laboratorio.
–¿Sobre ese gen? –Sobre ese gen como modelo y como uno de los reguladores de vitamina E, porque lo que sí tenemos probado es que ese gen codifica para una enzima y esa enzima media la transformación de una forma de vitamina E en otra. Eso sí lo sabemos y lo hemos probado nosotros, en una especie que utilizamos como modelo y que tiene importancia en términos de la producción de vitamina E, que es el tomate. Todo esto que le cuento lo vemos en frutos del tomate. Si bien existen otros modelos para estudiar el metabolismo de las plantas, a nosotros, por entrar dentro de un instituto de biotecnología, lo que nos interesa es ver cómo se puede aplicar el conocimiento a productos de interés agronómico.
–¿El tomate es una fuente de vitamina E? –Sí, no es la mayor fuente, pero es una fuente importante.
–¿Y para qué sirve? –Bueno, es interesante que es la única de las vitaminas conocidas cuyo mecanismo de acción no está bien entendido. Sin embargo, se sabe que deficiencias en vitamina E pueden traer asociadas unas cuantas enfermedades.
–¿Por ejemplo? –Predisposiciones a carcinomas, a retinoblastomas, a deficiencias cardíacas. Una de las cosas que hace la vitamina esta es proteger las membranas celulares de la oxidación. El mecanismo molecular que emplean es lo que no se termina de comprender.

miércoles, 10 de julio de 2013

Materia y energía oscuras, y otras yerbas

DIALOGO CON JOHANNES BLüMER, DOCTOR HONORIS CAUSA DE LA UNIVERSIDAD DE SAN MARTIN, ASTROFISICO



Cada vez que el Jinete hipotético se pregunta y pregunta sobre la materia oscura y la energía oscura, se encuentra con complejísimas hipótesis y más incertidumbres que respuestas. No deja de asombrarlo que el 90 por ciento del universo sea algo desconocido.

–Usted se dedica a la astrofísica.
–Sí, pero lo llamo física de astropartículas.
–O sea, física de partículas de altas energías. –Sí.
–E intervino en el experimento Pierre Auger, en el que se recibían partículas de altísimas energías que se suponía que eran extragalácticas. –Es la mejor explicación para energías tan altas, porque nuestra Vía Láctea no podría retener partículas de semejante energía por demasiado tiempo, de modo que también es natural pensar que el resto de las galaxias no podría tampoco mantener ese tipo de partículas.
–Pero no se sabía qué eran esas partículas. –No con certeza. Hace 15 años, cualquiera hubiera apostado que se trataba de protones. Los núcleos pesados de hierro ni siquiera se tomaban como una posibilidad. Pero esto cambió dramáticamente. Creo que hicimos descubrimientos importantísimos en el Auger: a energías muy altas, parece que la masa de estas partículas se parece mucho más al hierro que a los protones.
–Son núcleos de hierro que llegan con la energía de una pelota de ping-pong. –Incluso más: como una pelota de tenis.
–¿Y cómo puede ser? –No lo sé, y tampoco sé de nadie que lo sepa.
–¿Y qué piensa usted? –Parece sensato pensar que estas partículas son aceleradas en lo que llamamos núcleos galácticos activos. Es un término que usamos los astrónomos para lo que en realidad es un agujero negro supermasivo. Supermasivo significa cientos de millones de veces la masa del Sol. Es realmente muy grande. El agujero negro rota y desde el centro eyecta materia. Estas partículas están cargadas eléctricamente, de modo que interactúan con campos magnéticos muy fuertes. Al final de la interacción, terminan más energéticos que al principio. Y como el campo magnético no puede detenerlos, vuelan hasta –en algunos casos– alcanzarnos a nosotros. La energía es tan alta que los campos magnéticos desde allí hasta aquí no son lo suficientemente fuertes para detenerlos o modificar su trayectoria, y viajan casi en línea recta. A energías bajas, los rayos cósmicos galácticos sí son alterados por los campos magnéticos y se perciben más como un gas que como un rayo de partículas. A altas energías, van casi en línea recta, de manera tal que puede verse de dónde vienen.
–Me gustaría hacer algunas preguntas más generales, si le parece. Hay dos puntos oscuros en la astrofísica: uno es la materia oscura. –¡No sé nada de eso!
–Algo debe pensar. –El punto de vista más aceptado es que se trata de partículas neutrales, relativamente pesadas, muchas veces más masivas que un protón pero que interactúan muy débilmente (si no, las hubiéramos visto). La materia oscura es necesaria porque, cuando el universo se formó después del Big Bang, se dieron pequeñas fluctuaciones cuánticas. Pero si hubiera habido sólo estas fluctuaciones, el universo sería severamente uniforme hoy en día. Pero vemos estructuras: están el Sol, la Tierra, Buenos Aires... En realidad, Buenos Aires no fue hecho gracias a la materia oscura, pero el Sol y la Tierra tal vez sí.
–Interactúan muy débilmente... Pero hay sólo cuatro formas de interacción. –Probablemente se trate de una quinta fuerza.
–¿Una quinta fuerza?, ¿no es mucho decir? –Si la interacción fuera fuerte, no podríamos movernos a través de estas partículas. De las observaciones astronómicas se concluye que están por todas partes, por lo cual la materia ordinaria se mueve a través de ella. Y sabemos que se trata de una interacción débil. Pero la verdad es que no sabemos nada de estas partículas. Pero no se puede decir mucho de esa fuerza.
–Es impresionante que el 90 por ciento del universo sea algo de lo que no tenemos ni la menor idea. No sabemos qué es esa materia, no sabemos qué son esas fuerzas. –Sí. Es una pena. Es algo que nunca se ha podido medir. Se trata de hacer, con mucho esfuerzo. Como es tan baja la probabilidad de interacción, similar a la de los neutrinos, se establecen experimentos bajo tierra como un escudo para todo el resto de las interacciones. Si se espera lo suficiente, a lo mejor alguna de estas partículas termina por interactuar con el detector.
–¿Y tenemos algunos eventos? –No. Estamos buscándolos, hacemos detectores, los ponemos bajo tierra y esperamos. Tal vez Argentina haga un laboratorio bajo tierra, que sería el primero en el Hemisferio Sur.
–Bueno, tenemos materia que no sabemos lo que es, fuerza que no sabemos lo que es y tenemos, también, la energía oscura... –Que es mucho peor. Ahí no tenemos ni la menor idea de lo que es. Debe actuar de tal manera que el universo se expanda de manera acelerada, lo cual es muy extraño.
–¿Y qué clase de cosa es? –Nuevamente, no lo sé. Los teóricos tienen algunas ecuaciones acerca de cómo se comporta. Aparentemente, balancea la materia, incluso la materia oscura, de modo tal que la geometría del universo es completamente plana. Eso debe compensarse: debe haber algún tipo de energía negativa.
–Es un concepto raro, energía “negativa”. –Sí, lo es. Hay muchas cosas sobre la energía oscura que no entiendo. Debe tener algo que ver con la constante cosmológica que Einstein puso en sus ecuaciones, porque se dio cuenta de que sin la constante el universo no sería estable.
–Una constante que no estaba desde el principio. –Claro, porque el principio fue antes de que Hubble descubriera la expansión del universo. Cuando la expansión fue visible, resultó que el universo no era estable. Algunos bromeaban y decían que si Einstein hubiera puesto la constante desde el principio se habría vuelto famoso.
–Vivimos en un universo del que no sabemos prácticamente nada. –Sabemos muy poquito.
–¿Y cuál es su hipótesis sobre todas estas cosas? –A ver... Estas partículas están ahí, son moderadamente livianas y si tenemos suerte las encontraremos en los próximos 15 años con detectores bajo tierra. Pero ésa es una muy pobre identificación. La gente espera que el LHC (Large Hadron Collider) produzca estas partículas mediante el procedimiento de colisionar protones con protones.
–Con el LHC se espera ver el bosón de Higgs. –Sí, pero para especular probablemente tendría que tomar en cuenta el campo de Higgs, porque lo que está en el fondo es el concepto de masa. Y realmente no sabemos bien lo que es. Sabemos que si tenemos que mover una masa, tenemos que aplicar una fuerza. Y el bosón de Higgs otorga masa a las partículas. Pero sé muy poco sobre la física de Higgs.
–La propiedad de otorgar masa es muy similar a la de tener masa. ¿Quién entiende eso? –¿Quién entiende la masa en general? No lo sé. Por el momento estamos sólo midiendo las masas.
–No sabemos qué hay en el universo, no sabemos qué es la materia oscura, qué es la energía oscura, cómo interactúa el campo de Higgs. ¿Estamos como Copérnico, como Laplace, como Galileo? –No creo que estemos como Laplace, porque aplicaba un razonamiento determinístico que nosotros no.
–¿Pero en qué estadío estamos? –En algún lugar entre Kepler y Newton.

lunes, 8 de julio de 2013

La conquista del espacio




Allá en Polonia, un viejo, decía,
que el Sol estaba quieto,
y la Tierra se movía.
Y nadie le creía.

Allá en Polonia, un viejo, decía,
que el Sol estaba quieto,
y la Tierra se movía.

Y no sabía
que iniciaba un viaje a las estrellas,
adonde iba a llegar,
algún lejano día.

Allá en Polonia, un viejo, decía,
que el Sol estaba quieto,
y la Tierra se movía.


Porque de eso se trataba, en suma, de conquistar el espacio. El espacio medieval no era apto para el movimiento moderno. En ese cosmos impregnado de teología y rozamiento, de movimientos débiles y velocidades reducidas, de tiempos que no se podían medir con exactitud y carros que se atascaban y en el que hasta la historia a duras penas se conservaba, era lógico que el movimiento también fuera un proceso finito, un cambio transitorio y menor, asimilable a los otros cambios que muestra la naturaleza, como el envejecimiento o el deterioro. El mundo, dividido en regiones rígidas sublunar y supralunar- gobernadas por distintas leyes y separadas por una barrera metafísica, era muy poco estimulante, y aunque pudiera ser un consuelo saberse el centro de los acontecimientos, uno tenía que limitarse a envidiar la inaccesible incorruptibilidad de las esferas celestes, donde todo era permanente y eterno. Incluso el movimiento, claro está.

Y bien. Fue este plácido y cómodo (a la vez tan falso) mundo celestial el lugar desde donde se arrojó la primera piedra.

Lo hizo Copérnico, por supuesto. La arremetida heliocéntrica, al tornar un punto tradicionalmente reservado a lo celeste y colocarlo en el centro del mundo, y viceversa, al descender a la Tierra a la categoría de planeta comparabie a los demás, iniciaba un proceso de democratización del espacio. Si estaba en cuestión cuál de los puntos (el Sol o la Tierra) ocupaba el centro del universo, estos puntos no podían ser tan radical y ontológicamente distintos. Si la Tierra era un planeta como los demás, la posesión de un espacio sublunar propio empezaba a ser un privilegio molesto y antinatural. Y esta nueva situación espacial implicaba revisar la teoría del movimiento y efectuarle un rápido service para adaptarla.

Porque no todo eran rosas en la cosmogonía que Copérnico inauguró. Si bien las cosas se simplificaban en la astronomía, se complicaban en la física; el movimiento de la Tierra planteaba más interrogantes que los que podía responder. ¿Por qué caían los cuerpos hacia la Tierra, si ésta ya no era más el centro del mundo? ¿Cómo era que los objetos que estaban sobre la Tierra, en lugar de quedarse atrás, acompañaban a ésta en su movimiento, sin razón aparente para hacerlo? ¿Y qué moviía a los planetas alrededor del Sol, si uno renunciaba a las esferas? Copérnico (y más tarde Kepler) contestaron a estas objeciones -nada triviales por cierto- como pudieron, y más o menos en términos de la física del ímpetus. Copérnico arguyó que los cuerpos caían a la Tierra para reunirse con el todo al que pertenecían, con lo cual conservaba de alguna manera la idea de "lugares naturales" para los infelices móviles, pero rozaba también la noción de sistema mecánico, y dejaba planteada una pregunta no menos fenomenal, que se le plantearía a cualquiera que audazmente renunciara a las esferas. Sin esferas ni mundo supralunar, ¿por qué el Sol y la Luna no caían? Kepler introdujo fuerzas tangenciales a las órbitas (a las que, dicho sea de paso, había librado de la obsesión -que para esa época ya era un síntoma- de la circularidad) y nervios magnéticos que partían de la Tierra y atraían a los objetos hacia ella. Nada de esto era del todo convincente, pero de hecho el reposo absoluto de la Tierra se convertía en una ilusión óptica. Con cierta lentitud, pero con mucha firmeza, el espacio sublunar y el espacio supralunar comenzaban a mezclarse. En 1609, Galileo, telescopio en mano, descubrió que la Luna era de constitución semejante a la Tierra, que el Sol tenía manchas, que Júpiter tenía satélites y que Venus tenía fases; en suma, que lo que pasaba allí era muy parecido a lo que pasaba aquí. El golpe fue formidable; velozmente, las barreras divisorias del espacio se convertían en un anacronismo. Nacía el espacio único y se instalaba para quedarse.

Ya lo había proclamado Giordano Bruno a fines del siglo XVI: los puntos del espacio son todos iguales, todas las direcciones del espacio son equivalentes, no hay ni un "arriba" ni un "abajo" absolutos, no existe ningún centro del mundo ni nada que se le parezca, el espacio se extiende infinitamente hacia todas partes, y tanto da un punto como otro. Los lugares naturales son, sencillamente, inexistentes, y los móviles son indiferentes al punto en que se hallan o atraviesan. Tanto les da un sitio como el otro. No van a ninguna parte asignada de antemano, ni les interesa ir. Ese es el espacio, donde hay que estudiar, analizar el movimiento. ¿Y qué es eso? Pues el viejo espacio de Euclides, el espacio geométrico, el sistema de pensamiento arquimedeano, que se propagó con eficacia durante el siglo XVII, hasta el punto de que consiguió llenar el universo entero. En realidad, Giordano Bruno describió casi a la perfección el escenario y montó con audacia la escenografía necesaria para comprender el movimiento. Faltaba el libreto. Y cuando éste llegó, no pudo ser más espectacular.

jueves, 4 de julio de 2013

Mosquito, modelo para armar

DIALOGO CON VICTORIA ROMEO AZNAR, DOCTORANDA EN FISICA


Cada vez más el cruce de la física y la biología abre campos de investigación, como es el caso de la física aplicada a la dinámica de poblaciones de mosquitos. Preocupado por las futuras picaduras, el Jinete Hipotético se pregunta cómo predecirlos.

–Quiero que hablemos un poquito de física.
–Hablemos de física.
–Pero usted se dedica a estudiar a los mosquitos.
–Sí.
–¿Y qué hace una física estudiando al mosquito?
–Yo lo que hago es dinámica de poblaciones, que es un tema medio border de la física. Yo me meto con la dinámica, hay otros que se meten con las neurociencias, pero lo cierto es que hay una parte de la física que va en busca de los temas biológicos. Antes estaba muy en boga la física nuclear, que es una física más dura...
–Y después la biología tomó la delantera.
–No sé si tomó la delantera, pero hay muchas preguntas muy interesantes en la biología. Y los físicos se dieron cuenta de eso.
–¿Por ejemplo?
–Toda la parte de la neurociencia, que no se sabe nada. La ciencia se dio cuenta de que no alcanza sólo con la medicina, o con la biología; que hace falta un aporte que provenga también de nuestro campo. En la medida en que se pueda trabajar en conjunto, mejora todas las posibilidades.
–Y usted, como doctoranda, está aprendiendo...
–Sí, de hecho cuando empecé a hacer el doctorado no sabía nada del mosquito. Después fui entrando en tema y a medida que fui necesitando para hacer los modelos fui aprendiendo mucho. Las preguntas que iban surgiendo nos conectaron con los biólogos, y de ese intercambio aprendí muchísimo. Al trabajar en un laboratorio con biólogos, uno ve los problemas de manera diferente y llega a concebir los problemas que pueden surgir, también, de la parte experimental. Uno atrás de una computadora pide cosas que cuestan muchísimo, no se pueden obtener por los problemas intermedios y las incertidumbres a la hora de experimentar algo.
–¿Y qué hace como física?
–Básicamente, estoy aplicando electromagnetismo, física cuántica, algunos tópicos de mecánica clásica. La carrera lo que da –me parece– es una forma que sirve para encarar diversos tipos de problemas y las herramientas matemáticas para hacerlo: mucha estadística, probabilidad. Por eso, creo, encaro el problema como una física.
–¿Cuál es el tema de su doctorado?
–Estoy planteando un modelo estocástico para la dinámica poblacional del mosquito.
–Cuénteme un poco cómo es el modelo.
–Primero que nada es un modelo estocástico, lo cual significa que tiene en cuenta los fenómenos aleatorios que pueden ocurrir.
–Lo que pasa es que las variables siempre son aleatorias...
–Sí, pero por lo general los modelos que se plantean son deterministas. Pasa tal cosa, le aplico tal otra y termina el mosquito en tal lado.
–Ahí hay algo interesante... Si las variables son estocásticas, eso va a dar un resultado estocástico y funcionará casi de la misma manera.
–Cuando uno tiene variables estocásticas lo que hace son promedios, porque uno no está siguiendo a un individuo aislado sino a una población. Se pueden tener resultados parecidos, pero hay límites por los cuales puede resultar erróneo en el cálculo matemático no usar un modelo estocástico.
–Y esos modelos poblacionales, ¿incluyen genética y ese tipo de cosas?
–Hay modelos que intentan hacerlo, pero la verdad es que hoy en día no creo que haya modelos seriamente armados que incluyan esas variables.
–Porque una de las cosas que yo pienso es cómo un bicho, que tiene ciclos tan cortos, no muestra ciclos evolutivos.
–Sí muestra. Por ejemplo, Sylvia Fischer, una bióloga, me contó hace un rato que estuvo en Merlo, San Luis, y encontró larvas de un mosquito que en general está asociado con las lluvias y los lugares muy húmedos y Merlo no es un lugar muy húmedo que digamos. O sea que un mosquito, que vino de Africa, se adaptó a la ciudad y se convirtió en un mosquito urbano perfectamente adaptado. Se adapta, por ejemplo, a vivir en una latita de Coca-cola que está tirada.
–¿El mosquito es de Africa?
–Sí, y llegó en los barcos con los esclavos. Se adaptó a distintos tipos de climas, como puede ver: Buenos Aires es un clima templado, por ejemplo, y hay mosquitos por todos lados. No sólo en las zonas tropicales hay, sino que se adaptó a lugares a los que uno no esperaría a priori que se adaptaran. Y tienen distintos tipos de comportamientos.
–A ver...
–Hay un experimento en Africa que muestra que los diferentes mosquitos tienen diferentes costumbres. Yo no sé demasiado del tema; leí un par de papers pero nada más. Lo que hago yo es desarrollar el modelo, hacer experimentos con los biólogos e ir perfeccionando el modelo base.
–¿Y qué otras variables agrega?
–Una de las primeras cosas que agregué fue la lluvia. Al principio sólo dependía de la temperatura, pero sabíamos que el mosquito estaba bastante correlacionado con el tema de la lluvia. Cuando llueve sube el nivel de agua, se inundan los sitios de cría de larvas y sale el mosquito. Lo primero que hice fue meter la lluvia y ahora estoy viendo el tema de la disponibilidad de comida a nivel de larvas. Eso no está muy desarrollado, no se sabe casi nada. Entonces ésa fue una pregunta que se nos planteó para el modelo cuando metimos la lluvia. La forma de corregir el modelo cuando metimos la lluvia fue justamente ésta: nos dimos cuenta de que la comida era importante. Antes de ponerlo directamente en el modelo fuimos al laboratorio a ver si existía tal dependencia y encontramos que efectivamente existía: hay una relación con la cantidad de comida que hay disponible.
–Pero eso es bastante general... Cualquier bicho depende de eso.
–Sí, pero normalmente se pensaba que lo único que regulaba esto era la temperatura, y que la comida era infinita. Y no es muy real eso. Todo esto surgió porque cuando uno hace experimentos en laboratorio tiene desarrollos mucho más rápidos que los que se presentan en el campo. Y eso no es explicable por las temperaturas, porque muchas veces las temperaturas son parecidas.
–¿Y eso por qué?
–Uno en el laboratorio tiene todo controlado: tiene las condiciones óptimas para que el mosquito se desarrolle bien y rápido. En la vida no existe tal cosa. En la vida real, el mosquito no tiene comida ilimitada como se pensaba. El desa-rrollo tiene mucho que ver con la disponibilidad de comida. Y no sólo el desarrollo, también las dispersiones. Si uno tiene muchos mosquitos, va al laboratorio y pasan a adultos todos juntos. En la vida real hay mucha dispersión. A nivel modelos influye muchísimo eso.
–¿Y qué otras variantes agrega?
–Clima, temperatura, lluvias y disponibilidad de comida. Con eso armo mi modelo.