¿Qué ideas van a transformar nuestra comprensión del mundo que nos rodea y nuestra relación con él? New Scientist repasa los avances que marcarán realmente una diferencia. Pedimos a los principales expertos que nos dijeran qué cosas serán revolucionarias en sus áreas de estudio e incluimos algunas ideas propias.

Empezamos con la próxima revolución en la biología, la vida y la Tierra: ideas como el origami de ADN, la super-evolución, los mapas cerebrales y el ultrasonido del planeta. Luego es el turno de la naturaleza en sus más pequeñas y grandes escalas. Desde nuevas formas de probar las peculiaridades del mundo cuántico a las tecnologías informáticas del futuro, a las teorías más recientes sobre el funcionamiento del cosmos, qué ideas, proyectos y tendencias están agitando el mundo de la física, del espacio y de la tecnología.

Algunas son golpes de genio, algunas, enfoques sutiles de viejos problemas, otras, formas radicalmente nuevas de hacer observaciones. Todas van a cambiar la ciencia más allá de lo que podemos imaginar.

La Tierra

Desde las extinciones en la historia de la vida a la muerte de los océanos, las ciencias de la Tierra tienen muchos Apocalipsis a la vista.

El evento Hangenberg

Revisando los antiguos ensayos de la Tierra.

La historia de la vida está llena de grandes revoluciones: florecimiento de la diversidad en una época, extinciones en masa en la siguiente. En esa escala, el evento Hangenberg, una extinción que ocurrió hace 359 millones años, al final del período Devónico, se considera un accidente menor. No más.

El final del Devónico fue un momento crucial para los vertebrados. Muchos linajes primitivos se extinguieron mientras los tiburones y los peces óseos se hacían dueños de las aguas, y los tetrápodos, los animales de cuatro patas que a la larga se convirtieron en dinosaurios y mamíferos, conquistaban la tierra.

Lo habíamos considerado como un cambio gradual, fogoneado por una serie de pulsos de extinción diseminados a lo largo de los 25 millones de años de canícula del Devónico. Pero ahora parece que estos pulsos fueron triviales en comparación con el evento Hangenberg, que casi acabó con las especies típicas del Devónico y despejó el escenario para un nuevo orden mundial.

No conocemos las causas de este desastre. Sin embargo, la reevaluación de su importancia muestra cómo los antiguos fósiles siguen siendo un campo fértil de nuevas ideas.

La muerte de los océanos

Adónde nos está llevando el cambio climático.

Mientras nos preocupamos por los efectos a corto plazo del cambio climático sobre los habitantes de la tierra como nosotros, el calentamiento global representa otra amenaza, más insidiosa, para los océanos del mundo. A través de los siglos, el calor de la atmósfera alterada se irá filtrando poco a poco en el mar. El agua caliente puede contener mucho menos oxígeno disuelto que el agua fría, por lo que gran parte de los peces y otras criaturas marinas podrían llegar a asfixiarse.

En los océanos ya existen "zonas muertas" sin oxígeno, incluyendo un área de miles de kilómetros cuadrados en el Golfo de México. Las simulaciones indican que el cambio climático podría aumentar la superficie de estas zonas siete veces en los próximos dos mil años.

En caso de que a usted no le preocupen los peces, las regiones privadas de oxígeno que ellos dejarían vacantes podrían ser colonizadas por bacterias productoras de óxido nitroso, un gas con un poderoso efecto invernadero. Trabajar sobre la posible extensión de estos procesos de retroalimentación y elaborar estrategias para luchar contra ellos será la mayor preocupación de los científicos del clima en los próximos años.

Observatorios oceánicos

Conectado en lo profundo.

Los océanos de la Tierra son regiones vastas e inexploradas llenas de preguntas sin respuesta. ¿Qué papel juegan en el cambio climático? ¿Cómo surgen los terremotos en las zonas de subducción bajo el mar, que representan el 90% de toda la energía sísmica liberada en el mundo? ¿Cómo es la vida sobre y debajo del fondo del mar?

La escasez de datos ha obstaculizado la posibilidad de responder estas y otras preguntas. Un nuevo proyecto podría cambiar este hecho. En lugar de confiar en el laborioso método tradicional de las expediciones en buques, la Iniciativa Observatorios Oceánicos apunta a conectar al océano. Su red de sensores, tendidos desde la superficie al fondo del mar frente a las costas de EE.UU. y, más lejos, en el Pacífico y en el Atlántico, transmitirá datos científicos y de video no sólo a los laboratorios sino también a las escuelas y a los hogares a través de Internet.

El trabajo se puso en marcha a fines del año pasado. Las interacciones continuas, en tiempo real, con el océano podrían ser el avance que necesitamos para explorar la última frontera de nuestro planeta.

Geoingeniería

Más intromisión ¿la solución para los males del planeta?

La geoingeniería es "la manipulación deliberada a gran escala del medio ambiente para contrarrestar el cambio climático", según la Real Society del Reino Unido. Se presenta en dos variantes principales: los enfoques que buscan reflejar la luz del sol de nuevo hacia el espacio, y los que tienen por objeto eliminar el dióxido de carbono del aire y almacenarlo bajo la tierra.

Respecto a la primera variante, inyectar aerosoles de sulfato que reflejen la luz del sol en la atmósfera superior es una opción relativamente económica, fácil y rápida. Gracias a las erupciones volcánicas, también sabemos que funciona. Pero sin una reducción de las emisiones en paralelo, un programa como este debería ser permanente, porque la temperatura podría aumentar drásticamente en caso de discontinuarse. También podría afectar al monzón asiático del que dependen miles de millones de personas para abastecer de lluvia a sus cosechas. Tales incógnitas hacen que sea difícil llegar a un acuerdo internacional sobre estas medidas.

En comparación, las ramificaciones políticas de las técnicas de captura y almacenamiento parecen leves. Pero estos son proyectos lejanos y costosos en comparación con la inyección de aerosoles, y llevaría mucho más tiempo notar los beneficios.

Estas dicotomías se sitúan en el corazón de la geoingeniería. La geoingeniería representa una frontera totalmente nueva en la relación entre la ciencia y la naturaleza. No hay que descartarla de plano, pero debemos reconocer que al final las objeciones sociales pueden ser más vinculantes que las tecnológicas. Ignoramos las lecciones de la energía nuclear y de los cultivos genéticamente modificados a costa de nuestro propio riesgo.

Ecología

Si usted piensa que la evolución trata solamente sobre cómo los individuos transmiten sus genes a su descendencia prepárese para una recomposición sustancial en la red de su vida... y de sus finanzas.

Cambio climático biogenético

La evolución hace evolucionar a la Tierra.

Si pudiéramos viajar quinientos o mil millones de años al pasado llegaríamos a un pasaje curioso de la historia de la Tierra. Al comienzo de éste, los modernos organismos eucariontes prosperaban pero sólo como células individuales. Al final, el mundo se parecía mucho a lo que es hoy en día, lleno de grandes plantas, animales invertebrados y peces.

Entre estos dos puntos, el registro geológico muestra que la Tierra osciló violentamente entre períodos de calor extremo y glaciaciones que cubrieron todo el planeta ("Tierra en bola de nieve"). La opinión tradicional era que procesos geológicos tales como las colisiones entre continentes condujeron a esta inestabilidad climática. Ahora, sin embargo, hay una creciente conciencia de que la evolución de la vida ha jugado un papel fundamental en los eventos climáticos.

¿Podría ser, por ejemplo, que las glaciaciones en bola de nieve se hayan producido por la evolución de las algas y esponjas multicelulares? Ambas podrían haberse alimentado del carbón con efecto invernadero de la atmósfera, reduciendo la capacidad del aire para mantener el calor, pero al morir, el carbón hubiera caído junto con estos organismos hasta el fondo del mar como sedimento.

¿Se salvó la Tierra de la muerte por congelamiento gracias a la invención del reciclamiento del carbón, a la evolución de criaturas con intestino? Es un hecho intrigante que las glaciaciones en bola de nieve se produjeran asiduamente antes de la evolución de los animales pero nunca después de la evolución del ano.

Estas preguntas no son caprichosas. Al tratar de entender nuestro propio impacto sobre el clima de la Tierra, nos brindan una nueva perspectiva acerca de la historia del planeta y del rol que juega la vida en él.

La trama de la vida

El árbol de Darwin arrancado.

Los genomas bacterianos, nos estamos enterando, son mosaicos. Los genes pueden venir de distintas fuentes, no solamente de un antecesor común: hasta la mitad de los genes pueden diferir entre dos cepas de la misma especie.

La transferencia "lateral" de genes es la culpable: en este proceso, el material genético de una bacteria pasa a otra, ya sea por expulsión al entorno y captación subsiguiente, o a través de algún virus, o de sexo bacteriano. La transferencia ocurre dentro y entre especies, e incluso entre representantes de los equivalentes bacterianos de filos y reinos. Una consecuencia es que no hay un patrón simple que defina las relaciones entre las especies microbianas. El árbol de la vida con sus ramas dividiéndose ordenadamente, una metáfora de la teoría de la evolución, ha sido arrancado.

Ahora sabemos que la comprensión del proceso evolutivo no depende de este "pensamiento en árbol". Es más, la nueva disciplina de la metogenómica, que se enfoca en las comunidades microbianas y las diferencias entre los genes funcionales que trabajan a este nivel, está reduciendo la necesidad de "pensar en especies". El resultado será una visión más nítida de las relaciones establecidas en la maraña de la vida.

Súper-evolución

Cambio para el bien común.

En el estudio de la evolución, el último medio siglo fue la era del reduccionismo, en la que todo se explicaba en términos de intereses individuales y genes egoístas. Ahora estamos entrando en la era del holismo, que reconoce cómo las colonias de insectos sociales, las sociedades humanas y por lo menos algunos ecosistemas multiespecie pueden responder como un único "superorganismo" a las presiones selectivas.

El punto de inflexión se produjo en la década de 1970, cuando la bióloga Lynn Margulis postuló que las células nucleadas complejas se originaron como asociaciones simbióticas de células bacterianas. Ahora se sabe que cada entidad reconocida como un organismo es en realidad un grupo altamente organizado de células individuales, por lo que es difícil negar que un conjunto de individuos pueda tener las propiedades de un organismo y evolucionar de manera concertada.

El proceso de selección de grupos a través del cual se produciría esta evolución parece haber sido rechazado autoritariamente durante la era del individualismo. Pero Darwin tenía razón: los comportamientos altruistas "por el bien del grupo" —sea el grupo una especie o un ecosistema— requieren un proceso de selección entre grupos para evolucionar, y tienden a ser socavados por la selección individual dentro de los grupos.

Lo que es nuevo es la idea de que la selección de nivel superior no siempre es vencida por la selección de nivel inferior, y de hecho, algunas veces gana. Ahora tenemos que seleccionar las implicancias de esta idea, que abarca desde el origen de la vida a la estructura de los ecosistemas, la naturaleza de la religión y la evolución biocultural humana.

Ecología financiera

Ingeniería del ecosistema económico.

La ecología es una materia joven y todavía en evolución. A medida que pasaba de una ciencia fundamentalmente descriptiva a una con un apoyo conceptual más firme, las nociones románticas del "equilibrio de la naturaleza" han dado lugar a una comprensión detallada de la forma en que las estructuras de las redes alimentarias permiten mantener la riqueza de los ecosistemas.

La economía puede aprender algo aquí. Las crisis bancarias recientes han dejado muy en claro que las cada vez más complejas estrategias de gestión del riesgo en cada una de las instituciones financieras no han sido acompañadas por una atención similar al riesgo que corre el sistema en su conjunto. Y, sin embargo, vagos mantras acerca de un equivalente económico del equilibrio natural —manos invisibles que producen un "equilibrio general" de manera eficiente si están libres de limitaciones regulatorias— se oyen aún de boca de muchos banqueros hinchados de bonos.

Las caricaturas matemáticas simples de "ecosistemas bancarios" proveen un nuevo enfoque. Capturan algunas de las dinámicas esenciales de las redes financieras interactuantes y tienen paralelos interesantes —y diferencias significativas— con el trabajo anterior sobre estabilidad y complejidad ecológica. Estos modelos se volverán más importantes a medida que intentemos avanzar hacia sistemas financieros diseñados contra el riesgo sistémico. Pero no será fácil cambiar las formas de pensar muy arraigadas.

Genética

Después del genoma, es hora de pasar a los siguientes niveles: el interactoma y el fenoma. Mientras tanto, aguarde la magia de la biotecnología y un torrente de titulares sobre el Parque Jurásico.

Un catálogo de la variación humana.

El mapa del genoma humano, completado en gran medida hace diez años, fue una hazaña notable. Pero si la genómica va a alcanzar su máximo potencial, por ejemplo, en la lucha contra las enfermedades, lo que necesitamos saber es cuánto varían las secuencias de ADN entre los individuos. Dentro de los próximos años tendríamos que lograrlo. El 1000 Genomes Project, un consorcio público-privado establecido en 2008, tiene como objetivo crear un mapa detallado de la variación genética humana. En junio de este año se completaron algunos proyectos piloto que involucraron a 885 personas, y se identificaron alrededor de 16 millones de variaciones del ADN, la mitad de ellas no identificadas previamente. Esto sugiere que puede haber unos 60 millones de variaciones por descubrir. El proyecto completo, el análisis de los genomas de 2500 personas de 27 poblaciones de todo el mundo, ya está en marcha. El conjunto creciente de datos está disponible en línea en http://www.1000genomes.org/page.php.

Paleogenética

Hasta hace poco, pensábamos que sería imposible descifrar el mapa genético de un organismo extinto. Sin embargo, en mayo de este año, un equipo internacional publicó el genoma completo de un Neandertal (Science, Vol. 328, p. 710). ¿Qué es lo que ha cambiado? Principalmente una más rápida y más económica secuenciación del ADN. Procesar miles o millones de secuencias a la vez ha permitido a los paleogenetistas reconstruir el ADN dañado y descartar las secciones degradadas. También pueden diferenciar el 5 por ciento de una muestra de fósiles que realmente pertenece a una especie antigua de la contaminación bacteriana posterior, haciendo coincidir el material con el ADN de una especie relacionada existente. En los últimos cinco años, se han obtenido los genomas de varias especies icónicas incluyendo un oso cavernario de 40.000 años de antigüedad, un mamut y ahora un hombre de Neandertal. ¿Para qué sirve todo esto? Nos puede proporcionar una gran cantidad de información acerca de nuestro propio árbol genealógico, para empezar. La idea de que las antiguas secuencias de ADN se podrían utilizar para revivir animales extinguidos hace mucho tiempo, al estilo Jurassic Park, es más fantasiosa, pero nunca se debe decir nunca.

Interactomas

Las proteínas y el ARN, las moléculas codificadas por los genes, rara vez actúan en forma aislada. Algunas proteínas se asocian con otras proteínas, ya sea para regularlas o para formar máquinas celulares más grandes. Otras realizan tareas específicas uniéndose a secuencias particulares de ADN o uniéndose a las moléculas de ARN. A lo largo del siglo XX, esta telaraña increíblemente densa de interacciones —apodada "interactoma" en alusión al genoma— se mantuvo impenetrable. En la última década, sin embargo, la información completa de la secuencia del genoma y las herramientas bioinformáticas cada vez más potentes nos han permitido generar y analizar mapas de los interactomas tanto en los seres humanos como en otros organismos modelo. Aunque todavía están lejos de ser completos, estos mapas están preparados como para servir de andamios a los nuevos modelos de funcionamiento celular. Dado que muchas enfermedades del ser humano pueden ser explicadas por perturbaciones de las interacciones moleculares dentro de las células, los interactomas cambiarán drásticamente nuestra forma de pensar acerca de la salud humana, y la forma de diseñar drogas y medidas preventivas para contrarrestar las enfermedades.

Fenomas

Si queremos comprender realmente el mundo de los seres vivos, el genoma no es suficiente. Tenemos que llegar a captar al "fenoma": la suma total de todos los rasgos, desde los genes a la conducta, que conforman un ser vivo. Si a usted le parece difícil, tiene razón. Piense en su propio fenoma. Hay rasgos evidentes, como el color de ojos, la estatura y los rasgos faciales. Luego hay cosas más intangibles, como su tasa metabólica, su personalidad, la susceptibilidad a la enfermedad de Alzheimer, y miles de millones de cosas más. Todas estas características surgieron de la interacción entre su genoma y el entorno a partir del momento en que usted fue concebido. Esta complejidad tal vez explique por qué no existe todavía ningún "Proyecto Fenoma Humano", aunque tal cosa se planteó por primera vez en 2003. Pero están surgiendo proyectos de menor escala, como la Mouse Phenome Database. Desde la medicina personalizada a la comprensión de la evolución, la ciencia será la beneficiaria.

El origami de ADN

Las cosas en la vida son pegajosas: si uno pone juntos los pares de bases de ADN correctos, se unirán como el velcro. Tome largas cadenas simples de ADN y agrégueles algunas cadenas sintéticas más cortas: las uniones entre los filamentos cortos pueden moldear a las cadenas largas en formas específicas y hacer que se mantengan juntas. Esta técnica del "origami de ADN" es una de las más prometedoras a la hora de crear moléculas que se auto-ensamblen en estructuras 3D. Se ha utilizado para fabricar una variedad asombrosa de objetos, desde ruedas dentadas a cajas 3D con un mecanismo de llave y cerradura. En última instancia, la esperanza es utilizar estas cajas para la entrega de medicamentos, y explotar el plegado y el desdoblamiento de las biomoléculas para fabricar componentes informáticos a nanoescala.

Neurociencia

Gracias a mejores imágenes del cerebro y mejores conocimientos biológicos, nos estamos aproximando a las neuronas de la conciencia y a las sutilezas de nuestra maquinaria mental.

El control cognitivo

Hacia el fundamento de la conciencia.

La pregunta "¿Qué es la conciencia?" representa una de las grandes fronteras de la ciencia contemporánea. Gracias a los estudios en seres humanos y animales, ahora sabemos que es un estado sutilmente matizado cuya naturaleza e intensidad varían según el nivel de actividad intrínseca del cerebro, su microclima químico y la información que recibe desde el exterior.

Mediante la utilización de las vicisitudes normales de vigilia, sueño y estados oníricos, ahora estamos comenzando a explorar cómo se expresa y se controla la conciencia. Por ejemplo, he estado involucrado en estudios que comparan la activación cerebral durante el sueño REM con la del estado de sueño lúcido, durante el cual mantenemos gran parte de la función ejecutiva del cerebro. Los mismos parecen confirmar la importancia central de una zona específica del cerebro frontal —la corteza prefrontal dorsolateral— en la regulación de muchos aspectos clave de la conciencia, incluyendo la atención, la toma de decisiones y la acción voluntaria.

Una combinación de técnicas de imágenes, mediciones juiciosas de la experiencia subjetiva y detallados estudios a nivel celular y molecular continuarán profundizando nuestra comprensión de nuestros centros de mando cognitivos en los próximos años. Con ellos pretendemos descifrar el enigma de la conciencia, y tal vez corregir los estados disfuncionales del cerebro que ahora llamamos enfermedad mental. Allan Hobson.

Allan Hobson es Profesor Emérito de Psiquiatría de la Escuela Médica de Harvard, en Cambridge, Massachusetts.

El conectoma

Mapas mentales.

Entender las rutas a través de las cuales las poblaciones de células cerebrales comparten información sería un paso importante hacia la comprensión de cómo funcionan nuestros cerebros. Sin embargo, aunque se pueden inferir conexiones individuales, no tenemos el diagrama del cableado básico del cerebro humano.

Esto no es sorprendente. El cerebro contiene aproximadamente 100 mil millones de neuronas y una sola neurona puede conectarse a otras 10.000. Sin embargo, las técnicas emergentes indican que estamos avanzando en esta tarea de proporciones enormes.

Usando microscopios electrónicos, por ejemplo, se pueden sondear los cerebros animales neurona por neurona, conexión por conexión, con la esperanza de descubrir los circuitos característicos que se repiten en todo el cerebro. Desde una perspectiva más amplia, las tecnologías de imágenes cerebrales pueden mapear las carreteras del cerebro, grandes "cables" que consisten en muchos miles de conexiones entre distintas regiones.

Los Institutos Nacionales de Salud de EE.UU. comenzaron a financiar un esfuerzo mayor, el Human Connectome Proyect, que tiene la finalidad de generar un mapa completo de las conexiones cerebrales a gran escala en los seres humanos. Siguiendo sus instrucciones, podríamos llegar a una mejor comprensión de cómo las regiones del cerebro interactúan para producir la conducta.

Las neuronas espejo

Posiblemente, la clave de cómo aprendemos y pensamos.

El dicho "mono ve, mono hace" no puede ser más cierto. Gracias a las neuronas "espejo" que se disparan no sólo cuando realizamos una acción nosotros mismos sino también cuando vemos a otros que la realizan, nuestros cerebros de primates inconscientemente imitan todos los comportamientos que alguna vez observamos.

Esa es la teoría, por lo menos. Las neuronas espejo se descubrieron en los macacos en la década de 1990, y las exploraciones del cerebro mediante resonancia magnética funcional habían sugerido que existen también en los seres humanos. Pero no fue hasta mayo de este año que los investigadores pudieron medir la descarga de las neuronas espejo directamente en los humanos, usando electrodos implantados en el cerebro de pacientes epilépticos a la espera de cirugía.

Aunque los defensores del poder de las neuronas espejo dicen que lo explican todo, desde la empatía y la compasión al gusto por la pornografía, su significado exacto sigue siendo controvertido. En los próximos años estaremos investigando qué es exactamente lo que pueden y no pueden explicar sobre la cognición humana.

Procesamiento de arriba-abajo

Nuestro pasado determina nuestro presente.

El ojo humano es una cámara que graba fielmente todo lo que desfila frente a nosotros, pasando la información a través del procesador visual del cerebro antes de que aparezca como una experiencia consciente.

Este proceso abajo-arriba es la visión de los libros de texto. En realidad, nos estamos dando cuenta de que nuestra experiencia está más cercana a una forma de realidad aumentada, en la cual nuestro cerebro redibuja lo que ve para que se adecue a nuestras expectativas y recuerdos.

Lo mismo pasa con nuestros otros sentidos y la sospecha creciente es que los dobleces en este sistema "arriba-abajo" pueden iluminar algunas enfermedades neurológicas como la esquizofrenia, el autismo o la dislexia. Suceda esto o no, es una idea que está cambiando radicalmente nuestro punto de vista de cómo nuestro pasado influencia nuestro aquí y ahora.

Reciclamiento neuronal

La cultura es un parásito.

La arquitectura de nuestro cerebro consume fácilmente la escritura, la religión y el arte. ¿Cómo adquirimos estos rasgos y habilidades culturales con tanta facilidad?

La respuesta estándar es que nuestros plásticos cerebros tienen una capacidad de aprender única, flexible y generalizada. Pero ¿es verdad? Después de todo, el cerebro humano no es homogéneo, sino que se organiza en áreas especializadas. Más aún, las imágenes cerebrales revelan que las habilidades como la lectura y las matemáticas tienen distintos "nichos neuronales", además de estar confinadas a circuitos cerebrales específicos.

Esta es una fuerte evidencia a favor de una idea conocida como reciclamiento neuronal: que nuestras habilidades culturales invadieron y parasitaron los circuitos cerebrales originalmente dedicados a funciones evolutivamente más antiguas aunque relacionadas. La lectura, por ejemplo, parece ocupar circuitos sensibles a las formas complejas y con buenas conexiones a las áreas encargadas del lenguaje. De ser esto correcto, fueron nuestros cerebros los que formaron a nuestra cultura, más que la cultura a nuestros cerebros. El ingenio humano no es infinito sino que está básicamente limitado por la arquitectura neuronal.

Nootrópicos

Alimentos para el pensamiento.

Usted tiene que archivar un informe muy largo y el reloj no se detiene. Si pudiera concentrarse, recodar hechos y figuras en forma más efectiva, o sólo sacarse de encima esa sensación de fatiga que tiene después de la noche de ayer.

Pronto podrá conseguirse un estímulo cerebral luego de una visita a la farmacia. Los psicoestimulantes como la Ritalina y el Adderall prescritos para el Trastorno por Déficit de Atención con Hiperactividad, y el Aricept, utilizado en el tratamiento de la enfermedad de Alzheimer, producen un aumento de la concentración y un incremento de la memoria en las personas sanas también.

Estas drogas no se consiguen actualmente sin receta pero algunos investigadores piensan que en el futuro se conseguirán. Multipliquemos este poder cerebral extra por los 7 millones de miembros de la raza humana, dicen, y los beneficios para la sociedad y en la búsqueda del conocimiento pronto empezarán a sumarse. Pero ¿queremos realmente convertirnos en una raza de súper-cerebros drogados? Alimento para pensar, en verdad.

Vida artificial

Células, enzimas, fotosíntesis, pronto estaremos rehaciendo la vida a nuestro modo. Por no hablar de los repuestos de partes de nuestro cuerpo, y de domesticar a la gripe de una vez por todas.

Células artificiales

Las membranas son la vida.

La naturaleza exacta de la primera célula, la precursora de toda la vida de hoy en día, sigue siendo un misterio. Es un enigma apasionante, pero reconstruir los acontecimientos que tuvieron lugar hace 4 mil millones de años no es tarea fácil.

Afortunadamente, hay mucho para aprender en la lucha por un objetivo más modesto, el de la construcción de células artificiales simples a partir de sus paredes. Las membranas primitivas hechas de ácidos grasos parecen tener todas las propiedades adecuadas, tales como permitir el crecimiento espontáneo y la división, o dejar que los nutrientes penetren en la célula.

¿Qué fue lo que produjo la transformación de estas membranas primitivas en las membranas modernas basadas en fosfolípidos más complejos? Una ARN primitivo podría haber catalizado la síntesis de fosfolípidos, pero ¿qué ventaja le transfirieron los fosfolípidos a las células primordiales?

La respuesta bien puede ser la primera pista para la avalancha de eventos que condujeron a la biología moderna. Si la podemos encontrar en las células artificiales, nos transportaremos a la aparición de la evolución darwiniana y a los orígenes de la vida tal como la conocemos.

Enzimas artificiales

Moléculas para todas las ocasiones.

Ya sea para un nuevo medicamento o para una célula solar, nos esforzamos constantemente en diseñar y construir nuevas moléculas. Construirlas es una cosa, hacerlas lo suficientemente eficientes como para la producción comercial es otra muy distinta. Si tan sólo pudiéramos tener una hoja del libro de la naturaleza, que utiliza enzimas altamente especializadas como catalizadores para "batir" las grandes cantidades de moléculas que la vida necesita.

Cada vez estamos más cerca. Podemos tomar las enzimas naturales y ajustar su estructura al azar hasta que una de esas variantes produzca de manera eficiente la molécula que deseamos. Para que la estrategia sea un poco menos azarosa, podemos utilizar un "diseño racional" (dirigido por computadora) de procesos de modelado que nos permitan fabricar las enzimas artificiales desde cero.

En última instancia, el objetivo es superar a la naturaleza. En comparación con los catalizadores artificiales, las enzimas naturales poseen una gama relativamente limitada de metales en su núcleo. Al combinar lo mejor de la catálisis natural y artificial, podríamos fabricar enzimas —y productos finales— que sean capaces de cualquier cosa.

Células madre endógenas

¿Cómo está creciendo mi órgano?

Las células madre son, posiblemente, la frontera más apasionante de la Medicina en este momento. La mayoría de las células del cuerpo humano están irreversiblemente especializadas o "diferenciadas" en alrededor de 200 tipos. Las células madre, en cambio, son pizarras en blanco con el potencial de desarrollarse de muchas maneras distintas.

Esto significa que podrían ser utilizadas para curar un gran número de tejidos dañados o enfermos. La mayoría de las investigaciones hasta ahora se han centrado en crear células madre a partir de los tejidos de embriones o de adultos en el laboratorio, manipulando su desarrollo con "factores de crecimiento" químicos, e implantándolas donde hagan falta. Pero podría haber un procedimiento más inteligente: despertar en nuestros propios cuerpos a las células madre "endógenas" para lograr la regeneración natural.

Otros animales lo hacen. Los anfibios, por ejemplo, pueden regenerar miembros enteros mientras se dedican a sus tareas diarias. Algún día, la simple inyección de los factores químicos adecuados puede ser suficiente para generar un nuevo riñón o páncreas, o incluso una pierna.

Fotosíntesis artificial

Energía del aire

Una hoja es algo hermoso. También es una maravilla de la ingeniería química. Dentro de ella, los centros de la reacción fotosintética recogen la energía solar para impulsar la transformación del agua y del dióxido de carbono del aire en azúcares que nutren y construyen la planta.

Ojalá pudiéramos hacer algo similar. El sol es la mayor fuente de energía que conocemos, pero la luz del sol no puede estar en todas partes todo el tiempo. Si pudiéramos encontrar una forma barata de convertir la energía solar en combustibles químicos almacenables y transportables, que estuvieran a nuestra disposición las 24 horas del día y los siete días de la semana, estaríamos en camino de conseguir energía limpia para todos.

Algunas piezas del rompecabezas ya están en su lugar. Las minúsculas partículas que recogen la luz se pueden embeber en una membrana para absorber la energía y separar el dióxido de carbono y el agua. Los productos no van a ser azúcares sino combustibles para transporte sin emisiones de carbono: el hidrógeno, el metanol y, en el futuro, los combustibles de alta densidad de energía optimizados para vehículos específicos tales como los aviones.

Este año el Departamento de Energía de EE.UU. destinó $ 122 millones de dólares para crear el Centro Conjunto de Fotosíntesis Artificial en California. Aquí y en todo el mundo se compite para desarrollar nuevos absorbentes, catalizadores y membranas que permitan la realización a gran escala de una idea que podría cambiar el mundo para siempre.

Una vacuna universal contra la gripe

Domar al asesino global

La gripe porcina y la gripe aviar parecen haber retrocedido por ahora, pero la aparición de una nueva cepa de gripe sigue siendo la fuente más probable de una pandemia global.

Esto se debe a que el virus de la gripe muta, por lo que tener gripe un año no significa que no volvamos a tenerla al año siguiente. Es por eso que hacemos nuevas vacunas contra la gripe todos los años. También es por eso que, cada pocas décadas, una cepa de gripe se presenta con una novedad genética que le permite evadir nuestra inmunidad y causar estragos a nivel mundial.

¿Cómo detenerla? Mediante el perfeccionamiento de una vacuna universal, eficaz contra todas las cepas. Están en desarrollo varias vacunas alternativas que desencadenan una respuesta inmune contra las partes del virus que no mutan. Algunas han llegado a ensayarse en seres humanos. Si resultan efectivas, la gripe pronto podría convertirse en una enfermedad medio olvidada contra la cual hay que vacunar a los niños.

Fuente: NewScientist. Aportado por Silvia Angiola