viernes, 4 de febrero de 2011

La Gravedad



La gravedad es uno de los conceptos físicos que popularmente mas se conocen debido al hecho de que convivimos con ella durante toda nuestra vida. Por ello, conocemos perfectamente sus efectos, pero, ¿alguna vez se ha parado a pensar en su origen? ¿qué es lo que hace que permanezcamos pegados al suelo siempre? y ¿cómo lo hace?. En este articulo vamos a comprobar que contestar a muchas de estas preguntas no es tan evidente como parece.


Para comenzar debemos retroceder hasta finales del siglo XVII, momento en el que Sir Isaac Newton publica la Ley de la gravitación universal. (Todos recordamos la anécdota que nos cuentan de pequeños, de la manzana que cayó en la cabeza de Newton). Newton descubrió que la fuerza de atracción gravitatoria era proporcional a las masas en cuestión, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre estas, es decir, la expresión analítica de fuerza gravitatoria que hoy en día conocemos. Además estableció que esta fuerza solo podía ser de tipo atractivo y tendría que ser de carácter infinito, por muy lejos que se encuentren los cuerpos sufrirán esta atracción.
Pero Newton se quedó en ese punto, nos dijo cómo "funcionaba" esta fuerza, nunca llegó a saber qué era lo que la producía, ¿por qué dos cuerpos se atraían? ¿qué brazo invisible hacía que ambos sintieran esa fuerza?

Para saber más acerca de la naturaleza de esta fuerza tuvimos que esperar 3 siglos, hasta la publicación de la Teoría de la Relatividad de Albert Einstein. Y es en este momento donde comienza lo mas interesante acerca de la gravedad, (y también la parte mas compleja) .
Einstein, afirmó que en realidad la fuerza gravitatoria no existe, es una ilusión, un efecto de la geometría. En su teoría describió la interacción gravitatoria, como una deformación de la geometría del espacio-tiempo debido a la masa de los cuerpos.





Con esta imagen podemos comprender de forma simplificada lo que quería decir con esta explicación de la gravedad. En el que la bola roja representa una masa como podría ser la Tierra, y la bola blanca una masa mas pequeña como podría ser la Luna, la superficie azul es la superficie espacio-tiempo, deformada debido a la masa mayor, del mismo modo que nosotros podemos coger una tela de sus cuatro esquinas, poner una piedra en el medio de tal forma que se deforme la superficie y tirar una canica a esta, observaremos que la canica da vueltas de cada vez menor radio alrededor de la piedra del medio hasta caer con esta. En el espacio los planetas no se chocan unos con otros, como la canica y la piedra, debido a que no existen fuerzas de rozamiento (fuerzas no conservativas), por lo tanto giran constantemente. Además esta explicación es consecuente con el hecho de que a mayor masa mayor es la fuerza de atracción, es decir, se produce una mayor deformación en la superficie espacio-tiempo.

Respecto a la superficie espacio-tiempo, volveremos mas adelante en próximas entradas, donde podremos tratar temas como tan inverosímiles como viajes en el tiempo. Hasta entonces, un saludo.

martes, 16 de noviembre de 2010

El origen de un ser humano

Iba a continuar el posteo de Raúl en la misma línea explicando a grandes trazos el origen de la vida, que es más el aspecto que yo trataré en esta bitácora. Por su extensión y los conceptos bioquímicos necesarios he decidido encajarlo mejor en la vida humana, es decir, el inicio de toda vida humana, así como el constante inicio de los órganos y tejidos que se regeneran día a día sin darnos cuenta El inicio de todas las células que componen nuestro cuerpo es el mismo: las células madre.


La primera célula madre que posee un individuo es precisamente la célula a partir de la cual surgen absolutamente todos sus tejidos: la resultante de la unión de un ovocito secundario y un espermatozoide. La característica principal de esta célula es su capacidad para poder, por un lado, autorregenerarse por dividisiones mitóticas y por otro lado, poder diferenciarse a cualquier tipo de célula existente en el organismo humano.

Las células madre (stem cells), sin embargo, no sólo son las que se encuentran en el embrión, sino que también las encontramos en un individuo sano adulto, ya que son la base de la generación del tejido nuevo. La mayoría de tejidos de un individuo adulto poseen una población específica propia de células madre que permiten su renovación periódica o su regeneración cuando se produce algún daño tisular. Algunas células madre adultas son capaces de diferenciarse en más de un tipo celular como las células madre mesenquimales y las células madre hematopoyéticas, mientras que otras son precursoras directas de las células del tejido en el que se encuentran, como por ejemplo las células madre de la piel o las células madre gonadales (células madre germinales).

Una célula madre por tanto, en un momento determinado debe decidir si continuará en estado de remanencia o si se comprometerá con un linaje celular, momento a partir del cual no podrá “resetearse.

Así, con esta presentación en mente, las células madre parecen una fuente inagotable de tejido humano, si consiguiéramos guiar a la célula hacia los linajes tisulares que nos interesasen. En realidad no todas las células madre son iguales:

Las células madre totipotentes pueden crecer y formar un organismo completo, tanto los componentes embrionarios (como por ejemplo, las tres capas embrionarias, el linaje germinal y los tejidos que darán lugar al saco vitelino), como los extraembrionarios (como la placenta). Es decir, pueden formar todo los tipos celulares.

Las células madre pluripotentes no pueden formar un organismo completo, pero sí cualquier otro tipo de célula correspondiente a los tres linajes embrionarios (endodermo,ectodermo y mesodermo), así como el germinal y el saco vitelino. Pueden, por tanto, formar linajes celulares. Esto es así porque la célula madre primitiva a tomado un camino determinado y su reprogramación, de manera fisiológica y sin manipulación humana, no es posible.

Las células madre multipotentes son aquellas que sólo pueden generar células de su misma capa o linaje de origen embrionario (por ejemplo: una célula madre mesenquimal de médula ósea, al tener naturaleza mesodérmica, dará origen a células de esa capa como miocitos o adipocitos, enre otras).

Las células madre unipotentes pueden formar únicamente un tipo de célula particular, como son la mayoría que encontramos en las capas más basales de los tejidos del cuerpo humano.

El descubrimiento de las células madre ha supuesto una gran revolución en el mundo de las ciencias biomédicas, especialmente en el campo médico, dado que por sus características, estas células podrían convertirse en el santo grial de la medicina moderna.

Pero, ¿qué podemos esperar de esto? En principio, todo. Sólo durante un breve espacio de tiempo, muy al inicio del desarrollo, poseen todas las célulasde un embrión la capacidad para convertirse en alguno de los 220 tipos de células del cuerpo humano. Al extraer estas células y hacerlas crecer en un medio de cultivo, se generarán células madre embrionarias. La pluripotencia de las células extraídas se limita a los estadios más tempranos de dicha extracción, lo cual produce dificultades técnicas que en la actualidad han conseguido ser salvados.

La capacidad terapéutica es impresionante: imagina un daño tisular en el sistema nervioso central, un politraumatismo, o sencillamente, enfermedades como el Parkinson. Si se convirtieran células adultas del supuesto receptor de un trasplante de células pluripotentes y se consiguiera transformarlas luego en el tejido deseado, la parte sustituida encajaría a la perfección desde un punto de vista genético e inmunológico, en el organismo receptor. Y no sólo eso, las células cutáneas, fáciles de obtener, podrían utilizarse para producir, mediante su reprogramación in vitro, cualquier tipo de célula según la necesidad, incluidas las de órganos de difícil acceso como el encéfalo o el páncreas.

Esta técnica ofrece también la posibilidad de repara mutaciones genéticas patógenas antes de reimplantar las células modificadas, estrategia que ya se ha utilizado con las células madre adultas generadas de forma espontánea por algunos tejidos

El problema principal hoy día es básicamente ético, dado que el técnico avanza a pasos agigantados: es cierto que se pueden usar células madre de un individuo sano, pero la fuente más potente y eficaz es una célula madre embrionaria. Aunque se están desarrollando técnicas para poder extraerlas sin dañar el embrión, en un principio necesitaríamos embriones para poder obtener dichas células. La pregunta es: ¿merece la pena? ¿No deberíamos seguir investigando a partir de zigotos fruto de la unión de dos gametos en una placa de Petri para poder continuar salvando vidas?

Yo, desde el punto de vista científico, solo puedo aclarar que hoy día ya se está consiguiendo cultivar órganos enteros en laboratorios, que, sin peligro de rechazo inmunológico, están salvando vidas.

Un saludo


viernes, 15 de octubre de 2010

Origenes.

Por diversos problemas de coordinación, no hemos podido comenzar antes con las entradas 'de verdad'. Y bueno, para comenzar, no se me ocurre una forma mejor de hacerlo, que hablar del comienzo del todo, el origen de nuestro Universo.

A muchos nos gusta saber el origen de nuestros antepasados, el de nuestras ciudades, muchos patrióticos se sienten (o no) orgullosos del origen de su país, pero ¿por qué no mirar sin lupa?, ¿por qué no preguntarse sobre el origen del todo?: ¿cómo si inició?, ¿por qué se inició?, ¿cómo puede acabar?

Para responder a la primera pregunta, existe una conocida explicación que cada día gana mas adeptos, la Teoría del Big Bang (*). La teoría del origen del todo, del comienzo del universo.
Antes del Big Bang no existía nada, y de una única explosión cataclísmica (*2) se creó todo nuestro Universo, de una partícula mas pequeña que un átomo se creó materia, espacio y tiempo.

En el primer microsegundo el Universo se expande al tamaño de una galaxia (primer microsegundo del universo, por que antes de ello, por muy difícil que nos resulte hacernos a la idea, el tiempo, no existía, se creó justo en ese mismo instante al igual que el espacio. Estrictamente el Universo se creó en ningún lugar y en ningún momento.), al principio es todo un caos de partículas, la temperatura del universo superaba los billones de grados centígrados. La energía crea espontáneamente materia (Recordar E=mc^2) y antimateria, las cuales "luchan" por predominar. La materia gana una parte por mil millones, pero esta va a dominar nuestro universo, creando protones, neutrones y electrones, y por tanto los primero átomos. En este momento el Universo ya tiene un segundo de vida. A los 3 minutos del Big Bang, se empiezan a crear los primeros elementos químicos, Hidrógeno, helio o lítio. Durante 300.000 años el cosmos es solo confusión.

Desde entonces, el Universo se encuentra en continua expansión. Un universo finito (como descubrió Einstein) que cada vez se expande mas y mas, a una velocidad que hoy en día desconocemos. Esto permitió que la temperatura decreciese y que la luz junto con otras radiaciones pudiesen viajar por el espacio. Llegados a este punto nos preguntamos, ¿Qué edad tiene el universo? Si se expande relativamente despacio, la edad de este es de unos 15 mil millones de años, por el contrario si lo hace rápidamente seria entre 10 y 13 mil millones de años. Hacia la década de los 90, el satélite Hipparcos, usando la técnica del paralaje de estrellas desde nuestra galaxia, concretó la edad del Universo en 14 mil millones de años. Pero eso no es todo, dató a los cúmulos mas jóvenes entre 12 y 13 mil millones de años, es decir, cuanto mas viejo, mas lento se expande. Esto nos lleva a pensar: ¿Qué pasara si en algún momento el Universo deja de expandirse?

Al formular esta pregunta pasamos del origen del Universo, al futuro de este. Una de las posibles teorías es la del Big Crunch. Esta, afirma que la expansión del universo cesará, y una vez llegado a este punto dará comienzo un proceso de contracción, es decir el universo empezará a comprimirse de forma que la temperatura de este volverá a aumentar, la propia materia se empezará a colapsar, creando un supuesto agujero negro inmenso, que haga que todo termine a lo que empezó, a la nada. Incluso existen teorías que afirman que el tiempo, como dimensión que se creo con la expansión, al igual que al espacio afecta la compresión, el tiempo comenzará a ir para atrás. El Big Crunch solo ocurrirá si existe suficiente materia que cree gravedad.

¿Como podemos saber mas acerca del Big Bang y la naturaleza del Universo? Igual que existen facultades de Historia y Filosofia, que estudian nuestro pasado, estudian de donde venimos para saber, a donde vamos, en Física ocurre lo mismo. Debemos conocer la naturaleza del Universo entendiendo el Big Bang, para porde saber lo que queda por venir. Y ahí es donde entra en acción el HLC, el famoso colisionador de hadrones. Dentro del colisionador dos haces de protones son acelerados en sentidos opuestos hasta alcanzar el 99,99% de la velocidad de la luz, y se los hace chocar entre sí produciendo altísimas energías (aunque a escalas subatómicas) que permitirían simular algunos eventos ocurridos inmediatamente después del big bang. Pero sobre este artilugio ya hablaremos mas extensamente en otra entrada, analizando sus beneficios e inconvenientes. Por ahora lo dejamos aquí, espero que os haya parecido interesante, y os haya gustado. Un saludo.

-----
(*)Curiosamente, la expresión Big Bang proviene -a su pesar- del astrofísico inglés Fred Hoyle, uno de los detractores de esta teoría, quien en 1949, durante una intervención en la BBC dijo, para mofarse, que el modelo descrito era sólo un big bang (gran explosión).
(*2)Existe cierta paradoja en la denominación Big Bang (gran explosión): en cierto modo no puede haber sido grande ya que se produjo exactamente antes del surgimiento del espacio-tiempo, habría sido el mismo big bang lo que habría generado las dimensiones desde una singularidad; tampoco es exactamente una explosión en el sentido propio del término ya que no se propagó fuera de sí mismo.
-----

sábado, 2 de octubre de 2010

Hablando en Ciencia.

Saludos lectores.

Bienvenidos a la primera entrada de este blog en el cuál, vamos a hablar en ciencia, y como no, de ciencia. Entonces se me ocurre, ¿por qué no comenzamos hablando algo, sobre ciencia?:

La Ciencia, no es una colección de resultados, de capacidades o incluso de explicaciones. Eso son producto de la Ciencia, pero no la Ciencia misma, de la misma manera que una mesa no es la carpintería, ni plantarse en la meta es una carrera.
Los resultados, capacidades y explicaciones producidos por la Ciencia, son experimentales y, posiblemente, equivocados en todo o en parte. Casi con toda seguridad, son incompletos. Pero nada de esto implica fallos o insuficiencias de la Ciencia misma.

La Ciencia es un proceso; es una manera de pensar; una manera de enforcar y, posiblemente resolver problemas; un camino por el cual se pueden deducir un orden y un sentido a partir de observaciones desorganizadas y caóticas. Por medio de él, podemos llegar a conclusiones útiles y a resultados convincentes y sobre los cuales existe una tendencia a estar de acuerdo. Estas conclusiones científicas son comúnmente consideradas como un acercamiento razonable a la verdad, sujeto a ulteriores correcciones.

La Ciencia no promete la verdad absoluta, ni considera que ésta deba existir necesariamente. La Ciencia no promete siquiera que todo lo referente al Universo pueda someterse a nuestro proceso científico.
Más aún, incluso cuando se trata de cuestiones susceptibles de observación y de análisis, la Ciencia no puede garantizar que se obtenga una solución razonable en un tiempo determinado. Se puede sufrir un largo retraso por falta de una observación clave o de una oportuna chispa de inspiración.

Por consiguiente, el proceso de la Ciencia presupone un lento movimiento de avance a través de las porciones alcanzables del Universo; una revelación gradual de partes del misterio.
El proceso puede no terminar nunca. Es posible que nunca llegue el momento en que todos los misterios estén resueltos, en que no quede nada que hacer dentro del campo en el que puede actuar el proceso científico.

Y yo diría que esta perpetuación eterna del misterio no debe ser causa de inquietud. Antes bien, debe producir un tremendo alivio. Si se hubiesen contestado todas las preguntas, resuelto todos los enigmas, desdoblados todos los pliegues, alisadas todas las arrugas del tejido del Universo, habría terminado el juego universal más grande y más noble, y la mente no tendría ya nada que hacer, salvo consolarse con trivialidades. Insoportable.