Diplomado en Innovación y Comercialización de Biotecnología

Módulos

I. Innovación sistemática como elemento para la competitividad.

II. Herramientas de creatividad e innovación.

III. Innovación sistemática

IV. Prospección de propiedad intelectual en biotecnología

V. Innovación en empresas biotecnológicas

VI. Modelo de negocio innovador

VII. Apoyos financieros para la innovación

VII. Factibilidad de proyecto

Objetivo:

Desarrollar las capacidades de innovación que lleven a la creación de proyectos de base tecnológica de alto valor agregado y que establezca los esquemas de comercialización en el sector de biotecnología.

Dirigido a:

Investigadores, Directores de Innovación, de Comercialización e Investigación de empresas vinculadas al sector de biotecnología con proyectos de investigación en etapa previa a la comercialización, y que busquen desarrollar proyectos innovadores en materia de biotecnología de sectores como: salud, alimentos, farmacéutica, entre otros.

Inscripciones abiertas del 21 de febrero al 28 de marzo

Fecha de inicio: jueves 7 de abril

Fecha de cierre: sábado 2 de Julio

Horarios: jueves, viernes de 14:00 a 20:00 hrs. y

sábado 9:00 a 15:00 hrs.

Costo: $22,500 más IVA

Conferencistas

Dr. Rodolfo Quintero Ramírez

Dr. Luis J. Galán Wong

Dr. Jacques Pappo

Dr. Inocencio Higuera Ciapara

Ing. Luis A. Cárdenas Franco

Ing. Juan René Martínez Cruz

Para mayor información e inscripciones favor de contactarse al correo: diplomado.innovacionbio.uanl@gmail.com, cfranco20102010@hotmail.com, o al teléfono 8329 4000 Exts. 2119, 7303, 6435 y 6415

http://www.uanl.mx/eventos.html

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120 hrs

La Universidad Autónoma de Nuevo León, a través de la Secretaría de Investigación,

Innovación y Posgrado y el Instituto de Biotecnología te invitan al

Cupo limitado

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Forros114.indd 1 08/03/2011 04:25:58 p.m.

CONOCIMIENTOSociedad Max Planck88

dice luis e. Todd, comentarista de la obra

comunicación, literatura y sociedad, libro digno de leerse y analizarse

como un libro que merece leerse y so-bre todo analizarse,

porque aunque no pro-duce respuestas, “sí ge-nera múltiples y varia-das preguntas, y quizá eso sea lo mejor, porque sacude las conciencias y quizá mueva las almas para poder hacer frente a la dicotomía moral y ética, así como a la in-versión de la escala axio-lógica que está propi-ciando la comunicación moderna”, calificó el doctor Luis E. Todd la obra Comunicación, li-

teratura y sociedad. Investigaciones y reflexiones, de la doctora Patricia Liliana Cerda Pérez.

La Casa Universitaria del Libro, por la calle Padre Mier, fue escenario para la presentación de la obra coordinada por la catedrática universitaria, titular del Departamento de Investi-gaciones en la Facultad de Ciencias de la Comunicación de la Universidad Autónoma de Nuevo León.

Todd, ex rector de la máxima casa de estudios y actual di-rector de la Coordinación de Ciencia y Tecnología del Estado fue comentarista único en la presentación del libro, el cual analizó no solamente en cuanto a su contenido material, sino también en cuanto a sus implicaciones éticas y sociológicas.

DICTADURA DE LA COMUNICACIÓN

El libro se adentra –aseveró Todd en una comunicación escrita, a la que dio lectura el licenciado Juan Roberto Zavala, director de Cultura Científica del COCYTE, antes de la intervención oral- “a través de los participantes y de tu motivación, en una de las dicotomías más importantes de la sociedad contemporánea: me refiero a la dictadura imperial que la comunicación está ejer-ciendo sobre la visión y percepción del mundo en la llamada aldea global”.

El libro se inicia con una visión futura de un grupo de exper-tos de la Universidad de Texas, que dan un horizonte amplio, preciso y con una causología documentada sobre la influencia

de la sociedad de la información y la comunicación, para inser-tar a continuación opiniones de la prensa española en que se muestra la importancia de la Web.

Insiste posteriormente en el poder mediático sobre la de-mocracia, y aborda, mediante la participación de Roberto Silva, director de la Facultad de Ciencias de la Comunicación, la vio-lencia intrafamiliar y comunitaria; pasa después al análisis de la equidad de género, de la participación del magisterio y de la tiranía del ciberespacio.

“Después les das énfasis –prosigue el texto de Todd- a las industrias culturales de Monterrey del siglo XX, al nacimiento del radio, el cine, la televisión, y tocas un delicadísimo y es-pinoso asunto, que es el del consumismo cultural que distor-siona y contamina la educación básica a través de la enajenante parálisis de la creatividad que está produciendo la televisión en nuestros niños y adolescentes”.

Tras la intervención del doctor Todd, hizo breve uso de la palabra la coordinadora de la obra, quien agradeció la partici-pación de diferentes personas a través de sus textos, y agradeció asimismo, de manera particular, los comentarios del titular de la Coordinación de Ciencia y tecnología de Nuevo León.

Para Peter Gruss, presidente de la Socie-

dad Max Planck, en el mundo en que nos

toca vivir, la ciencia juega un papel cen-

tral para responder a los retos globales

y resolver los problemas que enfrenta-

mos, página 7; con base en los estudios

de los procedimientos y elementos que

permiten a las plantas elevar sus ramas,

o a los granos de trigo silvestre enter-

rarse en el suelo, los científicos de Max

Planck construyen músculos sintéticos

y materiales especialmente rígidos, pá-

gina 13; como parte del proyecto Pro-

Bio, científicos de Max Planck buscan un

método para generar energía a partir de

la biomasa, página 19.

conTenido

Gobernador constitucional del estado de nuevo leónlicenciado Rodrigo Medina de la cruzdirector Generaldoctor luis eugenio ToddSubdirectorlicenciado Juan Roberto Zavaladirector editorialFélix Ramos GamiñoeducaciónProfesor ismael Vidales delgadociencias Básicas y del ambientedoctor Juan lauro aguirredesarrollo Urbano y Socialingeniero Gabriel Toddciencias Médicasdoctor david Gómez almaguerciencias Políticas y / o de administración Públicacontador Público José cárdenas cavazosciencias de la comunicacióndoctora Patricia liliana cerda Pérezla ciencia es culturalicenciado Jorge Pedrazaeducación Física y deportedoctor Óscar Salas Frairelas Universidades y la cienciadoctor Mario césar Salinas carmonadiseñolicenciada lindsay Jiménez espinosalicenciado Javier estrada cejaarte Gráficoarquitecto Rafael adame doriacirculaciónProfesor oliverio anaya Rodríguezasistente editoriallicenciada edith Flores ceballos

directorio

editorial

3

La papa es, después del trigo, el ar-

roz y el maíz, la planta cultivada

más importante en el mundo; mejo-

rada con elementos resistentes a las

plagas, podría, según científicos de

Max Planck, página 29, contribuir a

solucionar problemas de aliment-

ación en muchos países; científicos

del Instituto Max Planck en Mainz,

página 34, tratan de descubrir los

secretos de los llamados granos

cósmicos, los meteoritos; algunos

animales podrían tener habilidades,

como los humanos, para percibir

las perspectivas e intenciones de

los demás, página 38.

La Sociedad Max Planck, paradigma de investigación científica. Y nosotros, ¿por qué no?

6

13

18

23

4 Buscan científicos de Max Planck soluciones a los retos del futuroPeter Gruss

La visión debe preceder a la aplicaciónPeter Gruss

Los árboles muestran sus músculosChristian Meier

Electricidad a partir de la biomasaAlexander Stirn

Imanes hechos por microbiosChristian Meier

28 Papas a la carta genéticaInga Richter

la Sociedad Max Planck

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38

43

47

Los secretos de los granos cósmicosThorsten Dambeck

Mi perro puede hacerloBirgit Fenzel

Cura de crecimiento para células nerviosasFrank Bradke

Stefanie Merker

Duelo en el mundo cuánticoPeter Hergersberg Portada

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CONOCIMIENTO 87Sociedad Max Planck

dor y cronista de la ciudad, profesor Israel Cavazos; de exrectores de la máxima casa de estudios, de escritores y artistas y de invitados especiales, así como de catedráticos y estudiantes universitarios.

En su intervención, Rangel Guerra recordó la primera estrofa de un soneto de Francisco de Quevedo, poeta es-pañol del Siglo de Oro, que “dejó escrita en un poema la expresión cabal de lo que permite la escritura:

Retirado en la paz de estos desiertos, con pocos, pero doctos libros juntos, vivo en conversación con los difuntos y escucho con los ojos a los muertos.

“Lo que nos dicen estos maravillosos versos –prosiguió

Rangel Guerra- es que la lectura es otra forma de diálogo

y, consecuentemente, una actividad relacionada con el

proceso de la cultura humana. La lectura permite supe-

rar la ausencia establecida por el tiempo o por la distan-

cia. Esto quiere decir que, mediante la lectura, tenemos acceso al pensamiento escrito en los libros, aunque varios siglos separen al autor o al lector, o a éstos los separe la distancia, cualquiera que ésta sea”.

VINCULACIÓN CON LA SOCIEDAD

El rector de la Universidad Autónoma de Nuevo León, doc-tor Jesús Áncer Rodríguez, reconoció, en su intervención, que “la gestión del ingeniero (José Antonio) González Treviño fue un detonador importante de la cultura en la UANL”, y aseguró que una de las preocupaciones más im-

portantes de la casa de estudios es la vinculación con la

sociedad y el hacer llegar el arte y la cultura a la mayor

cantidad posible de universitarios y de ciudadanos en

general.

Y sentenció: “Esta Casa Universitaria del Libro, hermo-sa y espléndida, es una demostración de la disposición y de la voluntad institucional por hacer de la lectura y del arte patrimonios colectivos; el entusiasmo, sin embargo, parece dirigirse a contracorriente; la Encuesta Nacional de Consumo Cultural arrojó resultados que pueden desani-mar: el 57 por ciento de la población nunca ha entrado

en una librería; el 73 por ciento no ha leído un libro en el

último año; el 86 por ciento nunca ha pisado un museo;

el 48 por ciento de los mexicanos no se interesa por la

cultura”.

Las cifras asustan –dijo a continuación, pero reconoció que no es suficiente con lamentar y enunciar estas defi-ciencias. “Para superar estos índices, es necesario actuar con decisión y pertinencia, convencidos de que el libro es una presencia luciente y viva, que necesita interlocutores que le doten de sentido y de valores”.

COMPROMISO CON LAS ARTES

Más adelante, el rector dijo que Nuevo León es una de las entidades con mayor interés por la cultura, no obstante el clima de adversidad por que atraviesa y los índices pre-carios de lectura en general; “pero las instituciones están obligadas, aquí y en el país entero, a revertir la situación y estimular la inteligencia, la sensibilidad, la imaginación y la creatividad. Por ello refrendamos nuestro compromiso con las artes y las humanidades a través de la docencia, la

investigación y la extensión y difusión de la cultura”. “La universidad –aseveró

el rector más adelante- es la entidad rectora de la cultura en el noreste de Mé-

xico, y se consolidará esta situación con el Instituto de Investigaciones Es-

téticas y la Biblioteca de las Artes; pero todo este proyecto, toda esta visión universitaria nuestra adquiere ahora nuevos bríos con la apertura de esta Casa Universitaria del Libro, destinada a convertirse en símbolo de una tradición histórica, de un compromiso permanente de la institución: editar, publicar y difundir el conocimiento científico y la sensibilidad literaria”.

LOGROS IMPORTANTES

Anteriormente, el secretario de Extensión y cultura de la UANL, Villarreal Eli-zondo, había enumerado tres de los proyectos culturales estratégicos logrados durante la gestión y con el irrestricto apoyo del actual rector:Ha sido fundada la Compañía Titular de Danza Contemporánea, con tanto éxito que ya tiene una invitación para ir a China este año.Se fundó la Compañía de Danza Folklórica, y es muy probable que se acepte una invitación para hacer una gira por Europa.Ahora se procede a la inauguración de la Casa Universitaria del Libro.

RECONOCIMIENTO A LA UANL

A su vez, el ingeniero José Antonio González Treviño felicitó a las actuales au-toridades universitarias “por mantener esa alta dinámica permanente de alta exigencia que se tiene en el ámbito de las instituciones de educación superior en todo el país” y por este “extraordinario proyecto de la Casa Universitaria del Libro, que es un gran orgullo para Nuevo León”. Tras la ceremonia inaugural, los presentes hicieron un recorrido por las instala-ciones.

Observaciones minuciosas hechas

por científicos del Instituto Max

Planck en Martinsried, los llevan a

pensar –y conducen investigaciones

en este rubro-, que las células nerv-

iosas del sistema central sí pueden

recuperarse, en principio, de una

lesión, página 45; científicos del In-

stituto de Meteorología Max Planck,

en Hamburgo, página 54, estudian

el desarrollo de la agricultura en el

último milenio, y su investigación

ha demostrado que la humanidad

ha tenido un impacto significativo

en el clima, incluso antes del adven-

imiento de la industrialización.

conTenido

“ciencia conociMienTo TecnoloGia”, revista mensual, con un tiraje de 10,000 ejemplareseditor responsable: dr. luis eugenio Todd Pérez. número de certificado de Reserva otorgado por el instituto nacional del derecho de autor: 04-2008-052311205700-102. número de certificado de licitud de Título: no. 14158 número de certificado de licitud de contenido: no. 11731. domicilio de la Publicación: andes no. 2722 col. Jardín obispado, Monterrey, nuevo león.imprenta: Milenio diario de Monterrey, S.a. de c.V., con domicilio en ave. avena no. 17 col. Granja Sanitaria ixtapalapa, estado de México. distribuidor: Milenio diario de Monterrey, S.a. de c.V. con domicilio en ave. eugenio Garza Sada Sur no. 2245 Monterrey, nuevo león.”

Teléfonos en la redacción: 8346 7351 y 8346 7499info@conocimientoenlinea.com

Los biólogos no saben prácticamente

nada sobre los primeros pasos titu-

beantes de la vida sobre la Tierra.

En algún momento, sin embargo, las

moléculas deben haberse agrupado

para formar una estructura capaz

de copiarse a sí misma. Detrás de

este misterioso evento se esconde,

página 58, el principio básico de la

autoorganización, objeto del extu-

dio de científicos de Max Planck en

Stuttgart; científicos de Max Planck

en Martinsried estudian la forma

en que la fotosíntesis, optimizada,

podría hacer una colaboración sus-

tantiva a la solución de problemas

energéticos futuros, página 63.

las opiniones expresadas en los artículos son responsabilidad exclusiva de sus autores.

consejo editorialPresidente del consejode ciencia y Tecnología de nuevo leóningeniero Juan antonio González aréchigadirector del Programa ciudad internacional del conocimientoingeniero Jaime Parada ÁvilacainTRaingeniero enrique espino Barros lozanoiTeSMM. c. Silvia Patricia Mora castroUanldoctor Mario césar Salinas carmonadoctora diana Reséndez Pérezdoctor alan castillo Rodríguezingeniero Jorge Mercado Salas

53

58

Deja la agricultura surcos en el climaJulia Pongratz

Evolución. Las moléculas se ordenanTim Schröder

63 Planta de energía solar en el follaje Harald Rösch

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69

77

La Sociedad Max Planck, sinónimo de excelenciaPatricia Liliana Cerda Pérez

Otorga el CONACYT más de 150 mil becas en 40 años de existenciaDoctor Óscar Vázquez

Nuevas aplicaciones médicas de los láseresRoberto Ulises Cruz

80 “Ciencia versus magia”Keith Raniere

84 Se posiciona Ecofreeze Internacional en el mercado global

86 Abre sus puertas la Casa Universitaria del Libro

88 Comunicación, Literatura y Sociedad, libro digno de leerse

y analizarse

NOTA DE LA DIRECCIÓN:

Esta edición de la revista CIENCIA. CONOCIMIENTO. TECNOLOGÍA fue realizada gracias al apoyo de FOMIX, Conacyt-N.L.

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dad

Max

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Atiende el CECYTE-NL a ocho mil estudiantes en 30 municipios85

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CONOCIMIENTO86 Sociedad Max Planck ediToRial

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Pienso, luego existo

DESCARTES1596 a 1650

Max Planck, Premio Nobel por la teoría cuántica, dio lugar a un instituto. Los mayas inventaron el cero, y nosotros no creamos nada parecido.

nunca es recomendable hacer comparaciones, pues muchas de ellas son cruentas y dolorosas; pero, como la ciencia busca en su proceso hegeliano

dialéctico la verdad, es motivo de análisis profundo preguntarnos por qué en el gran país germano sí se puede y en el gran país mexicano no se ha logrado des-arrollar.

Mientras en la Sociedad Max Planck existen 12 uni-dades centrales y 80 centros de investigación que tra-bajan en forma armónica, con objetivos muy claros y coordinación muy estrecha para optimizar resultados y llegar a ser considerado el mejor del cosmos, en nues-tro país seguimos con las dificultades propias del sub-desarrollo, en la actitud mental de nuestros políticos federales y de la comunidad en general.

Alemania ha sido capaz de sacudirse los estragos impresionantes de dos guerras mundiales y retomar el rumbo de los grandes filósofos, de los grandes román-ticos de la música y de los grandes poetas que, como Goethe, pudieron integrar la fuerza contundente de la estética hecha verbo en la poesía, con el interés y desa-rrollo de la ciencia y de la tecnología, que forman parte de su conciencia nacional.

Con base en lo anteriormente señalado, y tomando en consideración que la UANL y el CONACYT invitaron al Max Planck Institute a presentar el Túnel de la Cien-cia, en el cual se pudo observar la gran amplitud de las investigaciones que con una mística compartida se desarrollan en esa institución, llegamos a establecer un convenio para que pudiéramos publicar en nuestra re-vista algunos ejemplos de temas diversos, pero todos ellos actualmente en las prioridades mundiales que se describen en esta edición, especialmente dedicada para este objeto.

Nuestra revista se llena de orgullo y sufre el reto inexorable de la comparación, al observar las grandes investigaciones que aquí se describen y que nos hacen desarrollar una nostalgia por nuestro pasado, ya que, en el proceso de preocuparnos por la lucha del poder político, dejamos a un lado la importancia manifiesta del poder del conocimiento; pues, aunque nuestro Es-tado representa un símbolo de la importancia de la so-ciedad del conocimiento, en nuestro país los progresos distan mucho de tener el alcance y la visión que se re-quiere para entender de una vez por todas que sin cien-cia y tecnología propias, no podremos tener soberanía nacional, y arriesgaremos nuestra identidad cultural, así como seguiremos siendo testigos y espectadores

paradigma de investigación científica. Y nosotros, ¿por qué no?

la Sociedad Max Planck,

del impresionante desarrollo científico y tecnológico del mundo contemporáneo.

Valga esta reflexión para rectificar el rumbo, y no resignarnos a convertirnos en un país o en un estado maquilador o innovador parcialmente de las grandes investigaciones científicas, con su alto valor agregado que representan las que aquí se describen, que no sólo son útiles para la llamada competitividad y la lucha por los mercados, sino que representan conciencias permanentes de la alta jerarquía que el conocimiento debe tener para beneficio del hombre.

Conservando esta síntesis del pensamiento en un marco de comportamiento ético, podríamos, respetan-do la ciencia básica y aplicada, fortalecer el alimento espiritual del alma nacional que la educación en la ciencia representa, y que ahora sufre de una gran y endeble fragilidad.

?

Si bien el hablar es una de las manifestaciones más altas de la condición humana, ya que hablando o dialogando es posible la comunicación de las ideas,

suprema condición del hombre y sustento de la cultura, el lenguaje escrito es la manifestación registrada para la con-servación del lenguaje oral. La escritura permite la comu-nicación, para acercar lo distante y hacer permanecer en el tiempo lo transitorio, lo perecedero, por ser perteneciente a la vida.

La escritura ha hecho igualmente posible la trans-misión y el enriquecimiento de la cultura humana, desde la antigüedad hasta nuestros días.

Las expresiones anteriores corresponden al doctor Al-fonso Rangel Guerra, ex rector de la Universidad Autóno-ma de Nuevo León y Premio Alfonso Reyes, al hacer un elogio del libro durante la ceremonia inaugural de la Casa Universitaria del Libro, en la vieja y restaurada casona ubi-cada en el cruce de las calles Padre Mier y Vallarta, en el primer cuadro de la ciudad.

En la ceremonia se contó con la presencia del rector de la UANL, doctor Jesús Áncer Rodríguez; del ingeniero José Antonio González Treviño, secretario de Educación de Nuevo León; del ingeniero Rogelio Garza Rivera, secre-tario general de la UANL, del licenciado Rogelio Villarreal Elizondo, secretario de Extensión y Cultura; del historia

abre sus puertas

la casa Universitaria del libro

la Uanl, rectora de la cultura en el noreste de México

86y3.indd 1 08/03/2011 04:26:56 p.m.

CONOCIMIENTO4 CONOCIMIENTO 85Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

Se extienden sus investigaciones a todos los campos de la actividad humana

Buscan científicos de Max Planck soluciones a los retos del futuro

Peter GrussPresidente de la

Sociedad Max Planck

a través de sus planteles establecidos en 30 municipios de la entidad (diez de los cuales están clasificados como extensiones), el Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Nuevo León (CECYTE-NL), atiende a

ocho mil estudiantes, a quienes imparte el Bachillerato General o el Bachillerato Tecnológico, y les ofrece la posibilidad de elegir entre 12 carreras.

Son éstas las de: Administración, Análisis y Tecnología de los Alimentos, Contabilidad, Electricidad, Electrónica, Electromecánica, Informática, Instrumen-tación, Mantenimiento, Mantenimiento de Equipo y Sistemas, Mecatrónica, Tu-rismo.

Esta información la pudieron recabar los asistentes al evento SEorienta, or-ganizado por la Secretaría de Educación del Estado, en las instalaciones de Cin-termex, evento en el que participaron, durante una semana, diversiones institu-ciones de educación media y superior.

En el pabellón del CECYTE, cuyo director académico es el profesor Ismael Vidales Delgado, hubo personal de la institución, que brindó amplia información a las personas interesadas en sus servicios, que culminan con la entrega a los alumnos de título y cédula profesional.

Los planteles de Bachillerato General son los siguientes: Agualeguas, “Fernan-do Canales Salinas”; Bustamante, “Manuel M. Serna”; Iturbide, “Moisés Timoteo de la Peña Meléndez”; Lampazos de Naranjo, “Juventina Chavarría de Zitoon”; Los Ramones, “Juan Ignacio Ramón”; Mier y Noriega, “Fray Servando Teresa de Mier”; Raíces, de Galeana, “Mariano Escobedo”; Rayones, “Gregorio González Vi-llarreal”; Zaragoza, “Jovita Grimaldo Rosas”.

A su vez, los planteles de Bachillerato Tecnológico son los siguientes: A-llende, “Alfredo Cano García”; Apodaca, “Moisés Sáenz Garza”; Aramberri, “José Silvestre Aramberri”; Cadereyta Jiménez, ”Federico Cantú”; García, “Vir-ginia Treviño de Collins”; General Escobedo, “Isidra Rangel Escamilla”; La Es-tanzuela, de Monterrey, “María de Jesús Dosamantes”; Linares, “Marina Silva de Rodríguez”; Marín, “María Amalia González de Mares; Sabinas Hidalgo, “Celso Garza Guajardo”; Salinas Victoria, “Guadalupe Victoria”.

Participa en el evento Seorienta, en cintermex

atiende el cecYTe-nl a ocho mil estudiantes en 30 municipios

Otros datos sobre el CECYTE-NL dados a cono-cer a los interesados, fueron los siguientes:

Todo el personal goza de protección social.

Tenemos el primer lugar en WorkKeys.

Tenemos el primer lugar en Enlace 2008 y 2009.

Obsequiamos los libros de texto a los estu-diantes.

Somos el único colegio en el país que hace inves-tigación educativa.

Hemos publicado 71 investigaciones.

Todas las investigaciones cuentan con ISBN y están registradas en el INDAUTOR.

Colaboran prestigiados investigadores del país y del extranjero.

Todas las investigaciones están en las más im-portantes bibliotecas locales y nacionales.

Todas las investigaciones se pueden descargar de www.caeip.org

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CONOCIMIENTO84 CONOCIMIENTO 5Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

la investigación da forma al futuro. La investigación fundamental, particularmente, amplía nuestro cono-cimiento acerca de las leyes de la naturaleza y de la

sociedad; acerca de las estructuras y las interrelaciones, sentando las bases para que surjan novedades revolucio-narias. Precisamente a estos motores fundamentales de la innovación se orienta la investigación puntera de la Socie-dad Max Planck.

Nuestros científicos trabajan día a día al límite del conocimiento. El mejor ejemplo de ello son los nuevos des-cubrimientos y desarrollos dinámicos, como los que esta-mos viviendo en el área de la medicina. El desciframiento del proteoma humano, sin ir más lejos, es sólo un primer paso para lograr métodos completamente nuevos con los que poder diagnosticar enfermedades de forma precisa en un futuro. Con este conocimiento también podrán hacerse terapias individuales a la medida de grupos de pacientes concretos.

La gran variedad de temas de investigación a los que se dedican los más de 80 institutos Max Planck, no se limita a las ciencias biológicas: el abanico se extiende desde el área de trabajo del propio Max Planck —el Premio Nobel que da nombre a nuestra sociedad—, la física, pasando por la química y la investigación de materiales, hasta es-pecialidades de las ciencias humanas y sociales como, por ejemplo, la historia del arte o diversos campos temáticos jurídicos.

Todos los institutos de la Sociedad Max Planck están organizados en virtud de un principio básico: el centro de cada departamento lo constituye una científica o un científico que se encuentra entre los mejores cerebros del campo en cuestión. Para que desarrollen plenamente su creatividad y formen redes interdisciplinares, se les proporciona un excelente equipamiento y se les deja la mayor libertad posible, para que exploren las áreas que les parezcan más prometedoras.

No en vano, para hacer nuevos descubrimientos, es necesario abrir nuevos caminos. Lo realmente nuevo surge, por lo general, en grupos pequeños y flexibles: éstos per-miten la familiaridad y fomentan el atrevimiento. Si ha-cemos caso al historiador científico Roger Hollingsworth, son precisamente los equipos autónomos y flexibles de

tamaño medio, como los institutos Max Planck, los que pueden lograr los me-jores resultados.

En este número podrá adentrarse un poco en el trabajo de investigación de los institutos Max Planck: en él podrá saber, por ejemplo, cómo los investiga-dores de la Sociedad Max Planck intentan sonsacar sus secretos a los meteoritos cósmicos, cifrar mensajes según las leyes de la mecánica cuántica y detectar tumores con la ayuda de nanopartículas magnéticas. Además, los investigadores de la Sociedad Max Planck buscan soluciones para los grandes retos a los que tendrá que hacer frente el mundo en las próximas décadas: para alimentar a la creciente población, nuestros investigadores cultivan patatas con ciertas ca-racterísticas de calidad, como la resistencia a las enfermedades. Los residuos vegetales se convierten en fuentes de energía y pasan del campo al enchufe: así, de la madera se obtiene energía eléctrica. Por su parte, otros grupos de trabajo se dedican a optimizar la eficiencia de la fotosíntesis para, de este modo, trans-formar la energía luminosa en energía química.

Con ello, los investigadores de la Sociedad Max Planck contribuyen de forma notable a la superación de los retos actuales de nuestro planeta: a la energía del futuro, a la protección de los recursos naturales o a la lucha contra las enferme-dades. Puesto que este importante cometido sólo se puede superar colaborando a escala mundial, la Sociedad Max Planck concede gran valor a la internacionali-dad. Reclutamos a nuestros científicos de entre los mejores investigadores en el ámbito internacional. Éstos, a su vez, cuentan con contactos en todo el mundo y están presentes en numerosos países; trabajan en proyectos de investigación y cooperación y participan en grandes proyectos internacionales.

Sólo en México hubo el año pasado 21 proyectos conjuntos: con las coope-raciones con el Instituto Max Planck para el Derecho Penal Extranjero e Inter-nacional, así como con el Instituto Max Planck para la Investigación Demográ-fica, se mantiene una colaboración enriquecedora con el Instituto Max Planck de Ecología Química y el Instituto Max Planck de Astronomía. En estos proyectos, nuestros investigadores se dedican tanto a enfoques de derecho comparado en el derecho penal o a la historia de la ciencia como a la biodiversidad en la investi-gación de las plantas, así como a cuestiones de la física nuclear o a la formación de las estrellas y los planetas.

En el año 2009, además, 79 científicos mexicanos invitados estuvieron visi-tando diferentes institutos Max Planck en Alemania. Una atracción especial para los jóvenes investigadores mexicanos es, desde hace poco tiempo, el cercano Florida Institute, en el campo de la investigación biomédica.

El éxito de nuestra exposición «El Túnel de la Ciencia» ha demostrado tam-bién lo grande que es el interés por la ciencia en México (cf. Conocimiento, núme-ro 109, octubre de 2010).

Me alegra poder presentarles a la Sociedad Max Planck y su labor de investi-gación de forma más detallada en este número.

Peter Gruss

con un total de veinte distribuidores en México y uno en Panamá, y tras diez años de investigación, que le han permitido la

producción de refrigerantes naturales, cuyo uso ha sido aprobado incluso por la Envi-ronment Protection Agency, de los Estados Unidos, la empresa Ecofreeze Internacional hace planes para posicionarse en el mercado global.

Lo dio a conocer así el director general de la empresa, ubicada en el municipio de Santa Catarina, licenciado Juan Pablo Ochoa, quien señaló que estos refrigerantes, compuestos por gases naturales, de base hidrocarbonus, no afectan el medio ambiente, y además tienen mayor eficiencia energética que los productos contaminantes que reemplazan.

En diálogo con CONOCIMIENTO, Juan Pablo Ochoa recordó que, debido a los pro-blemas que enfrenta el mundo, por la con-taminación que afecta la capa de ozono, y el calentamiento global, se dictaminó, a través de los protocolos de Montreal y de Kioto, que los refrigerantes utilizados por la industria son, por su contenido de cloro y de flúor, al-tamente contaminantes.

Ante esa situación, expresó, él y su her-mano Rubén Darío Ochoa se dieron a la tarea, desde el año 1997, de realizar “un proyecto de investigación, de desarrollo y de pruebas en el mercado, y logramos esta formulación que permite producir refrigerantes sustitu-tos de los contaminantes”.

PROYECCIÓN INTERNACIONAL

Señaló que la labor de mercado se inició en el año 2006, y ha sido tal la aceptación de sus productos, que cuentan ya con veinte distribuidores en la república mexicana y uno en Panamá, pero también hay gente inte-resada en Europa, Canadá y Sudamérica, así como en los Estados Unidos, por lo que su proyección es ya internacional.

Este plan, manifestó el director general de la empresa, incluye desarrollos tecnológi-cos, rubro en el que han sido sumamente im-portantes sus alianzas con el Tecnológico de Monterrey, así como los apoyos financieros

que han recibido de parte del Consejo Nacio-nal de Ciencia y Tecnología en sus diferentes programas, como es el caso de los Fondos Mixtos (FOMIX, en los cuales intervienen el gobierno federal y el gobierno del Estado).

El entrevistado hizo hincapié en que la empresa no fabrica aparatos de refrigeración, sino únicamente los refrigerantes naturales, que pueden ser utilizados en cualquier tipo de aparato de aire acondicionado o de refri-geración y que tienen, entre otras ventajas, la de reducir hasta en un 30 por ciento el con-sumo de energía eléctrica.

APROBACIÓN DE LA EPA

A partir de mayo de 2010, agregó, la Agen-cia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA), aprobó el uso de estos refri-gerantes para refrigeradores domésticos e industriales, “lo que nos abre la puerta para que trabajemos con todos los fabricantes de los equipos de refrigeración”.

Ha sido –reconoció- una labor difícil, porque encontramos resistencia en el mer-cado hacia los nuevos productos, sobre todo de desarrollo tecnológico, pero se ha logrado avanzar a través de esfuerzos conjuntos con los técnicos de las empresas y los empresa-rios.

Dijo que, a la fecha, la empresa ha con-juntado un equipo de profesionales en varias disciplinas, principalmente ingenieros quími-cos e ingenieros mecánico eléctricos; asimis-mo recibe el apoyo de equipos de trabajo del Tecnológico de Monterrey, y continúa con proyectos abiertos de desarrollo, en que el CONACYT participa con fondos.

Hizo, finalmente, una invitación a los em-presarios para que, con sentido social, lleven a cabo sus proyectos para cambiar los refri-gerantes actualmente en uso, que contami-nan el ambiente, por refrigerantes naturales, que, además de ser sustentables, proporcio-nan a las empresas importantes ahorros de energía, que permiten financiar el proyecto. Asimismo, invitó al público en general a que visite su página web: www.ecofreezeinternational.com

caso de éxito de FoMix

Se posiciona la empresa

ecofreeze internacionalen el mercado global

Licenciado Juan Pablo Ochoa, director general de la empresa.

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CONOCIMIENTO6 CONOCIMIENTO 83Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

Se trata del organismo de investigación más exitoso de Alemania, de cuyas filas han surgido, desde su creación en

1948, 17 premios Nobel, lo que la pone a la para con las más prestigiosas instituciones de investigación de todo el mundo

Traducción del inglés por Farouk Rojas

Acerca de Executive Success Programs, Inc.

Executive Success Programs, Inc.MR (ESP) ofrece programas de entrenamiento enfocados en crear consistencia en todas las áreas y ayudar a desarrollar las habilidades prácticas, emocionales e intelectuales que la gente necesita para alcanzar su máximo potencial. Todos los programas de ESP utilizan una tecnología punta con patente en trámite llamada Cuestionamiento Racional MR, una ciencia basada en la creencia que entre más consistentes sean las creencias y patrones de conducta de un individuo, más exitoso será en todo lo que haga. El Cuestionamiento RacionalMR permite a las personas volver a examinar e incorporar percepciones que pueden ser la base de limitaciones autoimpuestas.

Mayores informes: info@nxivm.com

Yo me sé ese truco Abuelo

¿La ciencia destruye a la magia?

He aquí un bocado: hasta donde podemos describir, la des-cripción de un objeto no es el objeto. Si eventualmente describiéramos el universo por completo, profunda y precisamente, no sólo eliminaríamos el libre albedrío (ha-ciendo inútil toda descripción), sino que también elimi-naríamos la aleatoriedad, creatividad y posiblemente la auto-conciencia. Todo esto asume, por supuesto, que po-demos cruzar el abismo entre la descripción de una cosa y la cosa en sí—una especie de descripción profunda, que sería no sólo sombra, sino esencia.

Mi abuelo era muy inteligente, pero no muy intelectual. Disfrutaba ampliamente mi gimnasia cerebral y, una vez terminado todo, podía reírse y decir, “Ah, todas esas cosas Keith, te estás complicando mucho—¡pero sí que disfrutas un buen acertijo!”

Para él, mi disfrute era un factor importante—la expe-riencia superaba al desempeño.

Para el Abuelo, saber el truco o la respuesta no era tan importante como usarla para ayudar a otros a sen-tir asombro—usaba la ciencia del desempeño para crear más magia. Pienso de la ciencia lo siguiente: no destruye a la magia; la magia es nuestra naturaleza, la magia es de donde venimos. La ciencia nos ayuda a descubrir magia más profunda.

Al principio existía la magia, porque no había humanos que la describieran. Era, y es, el alfa y el omega, probable-mente para siempre fuera de nuestro alcance, para sólo ser aproximada mediante la descripción.

Sin importar qué tan bien describamos cosa alguna, no podemos causar a la cosa, y no sabemos si nuestra des-cripción es acertada. Aún si plena y consistente-mente describiéramos al universo entero, a fin de cuentas no tendríamos prueba alguna de estar en lo correcto. En todo momento, hasta donde sabemos, la gravedad misma podría desaparecer y jamás sabríamos de hecho por qué; sólo podríamos crear una descripción plausible. La causa esencial de cualquier cosa, por lo tanto, es mágica para siempre—probablemente más allá de nuestra cognición humana.

Misticismo

Es desafortunado que algunas personas usen al misti-cismo como una fuerza adversaria contra, o un impostor de, la ciencia. Esta de hecho no es la naturaleza del misti-cismo. Ni mi padre ni mi abuelo habrían permitido esto—ambos respetaban demasiado tanto a la magia (la esencia del asombro) como a la ciencia.

El misticismo no es para usarse. Sólo es. El misticismo es experimentar una verdad personal mediante un meca-nismo más allá de la descripción. Cuando se convierte al misticismo, que es experiencia, en una herramienta de des-

cripción, le volvemos impostor de la ciencia. En realidad, es el misticismo descriptivo el que caerá ante el progreso de la ciencia.

De forma muy opuesta, la magia y la ciencia, van de la mano como compañeras de la humanidad; la magia es la inspiración, y la ciencia el desempeño, abuelo y padre, a través de los siglos.

Ahora que mi abuelo ya no está en este mundo, es-toy tan contento de haberlo conocido como un creador de magia porque ahora, lo que es la más grande de las proezas, él está en todo para mi.

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CONOCIMIENTO82 CONOCIMIENTO 7Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

Peter Gruss

en un mundo en constante cambio, la ciencia juega un papel central. Si queremos responder a los desafíos globales y resolver los problemas que enfrentamos,

debemos incrementar nuestro conocimiento. Algunas de las preguntas fundamentales que deben abordarse son: ¿Cómo podemos predecir los terremotos y otros desastres ambientales con mayor precisión? ¿Cómo podemos con-trarrestar la amenaza de las enfermedades? Y ¿qué es lo que tenemos que hacer para preservar nuestro planeta, el único hábitat que los seres humanos tenemos?

En las sociedades modernas basadas en la división del trabajo, la investigación básica es la fuente más impor-tante de conocimiento. No sólo pavimenta el camino para una mejor comprensión del mundo, cumpliendo así con importantes funciones culturales, sino que también esta-blece requisitos previos esenciales para el uso de estrate-gias racionales para dominar los sistemas cada vez más complejos. No podemos predecir el futuro, pero podemos darle forma. Para ello, necesitamos nuevas ideas e inno-vaciones, que se encentran entre las principales fuerzas impulsoras de la economía. La Sociedad Max Planck, con su reconocida calidad internacional de investigación, es una importante fuerza para la fundación de una economía basada en la innovación competitiva.

En el corazón de la Sociedad Max Planck están sus investigadores - que son los mejores en su campo-, que utilizan su experiencia extraordinaria y, sobre todo, su cu-riosidad y creatividad, para desarrollar y promover enfoques temáticos y metodológicos innovadores en sus respectivas disciplinas de investigación, que compiten con los Esta-dos Unidos y los países emergentes de Asia, como China, India, Singapur y Corea del Sur, y por ello debemos asegu-rarnos de que continuemos atrayendo a científicos inves-tigadores destacados de todo el mundo.

La Sociedad Max Planck está muy bien posicionada para lograr lo anterior, pues ofrece el medio ambiente ide-al para facilitar la investigación audaz y con visión de fu-turo, con combinaciones de disciplinas inusuales. Nuestros centros de investigación disponen de flexibilidad temática y estructural, así como de respaldo financiero, y son cen-tros atractivos de formación para jóvenes científicos de todo el mundo.

17 PREMIOS NOBEL

SURGIDOS DE SUS FILAS

La Sociedad Max Planck es el organismo de investi-

gación más exitoso de Alemania. Desde su creación en

1948, han surgido de sus filas de científicos nada menos

que 17 premios Nobel, lo que la pone a la par con las mejores y más prestigiosas instituciones de investigación de todo el mundo. Una prueba del trabajo de investigación realizado en el Instituto Max Planck son las más de 13 mil publicaciones anuales en revistas científicas de renombre internacional. Muchos de esos artículos se encuentran en-tre los más citados en publicaciones relevantes.

Cuando le aplicamos este término a la toalla, y obser-vamos el desempeño de la misma, nosotros también ayu-damos a progresar y cambiar el significado de “rojo”.

Usar una descripción, le añade y la modifica; así que no puede Ud. describir cosa alguna con precisión. Para los humanos, la ciencia es descripción.

La pared

El abuelo tenía un nuevo acertijo que quería mostrarme. Vera Ud., para el Abuelo, los acertijos y la magia eran dife-rentes maneras de hacerme la misma pregunta, “¿cómo?”

El abuelo me puso de frente a una pared como a un metro de distancia. Cuidadosamente me indicó, “Quiero que toques la pared con la punta de tu pié, pero aquí está el problema: cada paso que tomes hacia la pared deberá cubrir exactamente la mitad de la distancia restante.” Em-pezó a demostrarme tomando los primeros tres pasos y luego añadió, casi retándome como si él fuera un niño, “A que no puedes!”

Rápido entendí lo que había que hacer y luego REAL-MENTE entendí: ¿Cómo era posible que tocáramos cosa alguna? Cada vez que se aventura Ud. a hacer contacto con una superficie debe de pasar a través de todos los puntos intermedios, igual que con el ejercicio de caminar hacia la pared. Es como si tomara pasos cada vez más y más rápidos pero ¿qué sucede durnate ese último instante cuando de alguna manera da el último brinco que lo lleva hasta la pared?

¡No se puede! ¡Buen acertijo Abuelo!La voz de mi padre retumbaba en mi cabeza, “Por su-puesto que si tocamos cosas, así que debe haber una ma-nera.” Así se dio en mi vida el conflicto metafórico entre lo práctico y lo desconocido, la ciencia y la magia.

Por un tiempo, le estuve preguntando a mi padres—y a mi abuelo—“¿Cómo es que se puede tocar algo?”

Nadie me contestaba; sospecho que muy pocos REAL-MENTE entendían, o a muy pocos les importaba, el dile-ma.

Mi persistencia perfeccionista, heredada ya sea gené-tica o psicológicamente de mi padre, estaba a punto de complicar mi problema.

Después de lo que parecieron años de contemplar este problema, sin una fuente u hoja de instrucciones para ayu-darme a obtener mi respuesta, descubrí por mi padre que mientras más caliente estuviera un objeto más rápido se enfriaba. Esto me puso a pensar acerca del enfriamiento, y de cómo cada objeto, recién puesto en el refrigerador, necesitaba enfriarse más y más cerca (¿empieza Ud. a ver mi problema?) de su temperatura final. ¿Cómo es que es-tos objetos llegaban alguna vez a alcanzar su estado final frío?

Afortunadamente, en este punto de mi infancia, yo tenía un perro, y había experimentado que mi perro tuvie-ra pulgas. Después de colocar adecuadamente el collar protector, las pulgas parecían brincar del perro hasta que ya no quedaba ninguna.

¿Brincaba el calor de la lata de refresco en la hielera como las pulgas de mi perro?

Me imaginé una nube de mini-gotas de calor saltando de la lata, cada vez en menor cantidad, hasta que la última saltara.

Una idea muy fresca (disculpe el juego de palabras). Así que hasta que aprendí más ciencia para ampliar mis teorías, pensé que el calor era más como un rocío que un vapor. También razoné que el tiempo en el universo estaba prendiéndose y apagándose, como una luz estroboscópica. Esto era quizás lo que nos permitía tocar objetos, al cruzar la distancia final durante el estado “apagado”.

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CONOCIMIENTO8 CONOCIMIENTO 81Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

¿CUÁL ES LA BASE DEL ÉXITO?

El atractivo científico de la Sociedad Max Planck se basa en su comprensión de la investigación: Los institutos Max Planck se construyen únicamente en torno a líderes inves-tigadores de reconocimiento mundial. Éstos definen a sus investigadores, tienen las mejores condiciones de trabajo, así como rienda suelta para la selección de su personal.

Éste es el núcleo del principio de Harnack, que se re-monta a Adolph von Harnack, el primer presidente de la Sociedad Kaise Wilhelm, establecida en 1911. Este princi-pio ha sido aplicado con éxito durante casi cien años. La Sociedad Max Planck sigue la tradición de su institución antecesora, con este principio estructural de la orga-nización de investigación centrada en la persona.

En la actualidad, los 80 institutos Max Planck llevan a

cabo investigaciones básicas, al servicio del público en

general, en ciencias naturales, ciencias de la vida, cien-

cias sociales y humanidades. Los institutos Max Planck se centran en campos de investigación que son particular-mente innovadores, o que son especialmente exigentes en términos de necesidades de tiempo y financiamiento.

Y su espectro de investigación está en continua evo-lución: las nuevas instituciones se han establecido para encontrar respuestas a cuestiones científicas seminales, con visión de futuro, mientras que otras se han cerrado cuando, por ejemplo, su campo de investigación ha sido ampliamente establecido en las universidades. Esta conti-nua renovación preserva la convicción de que la Sociedad Max Planck tiene que reaccionar con rapidez a los avances

científicos pioneros.Como dijo Max Planck: “Tal vez tenemos todas las razones para considerar la infinitud de esta lucha continua para el premio que nos hacía señas desde lo alto, como una bendición especial para el espíritu crítico del hombre. Éste asegura que sus dos más nobles impulsos perdurarán y tomarán fuego una y otra vez: entusiasmo y admiración”.

UNA HISTORIA DE ÉXITO

La lista que se reproduce a continuación corresponde a los 17 premios Nobel obtenidos por científicos de los institu-tos Max Planck:1954 – Walther Bothe1963 – Karl Ziegler1964 – Feodor Lynen1967 – Manfred Eigen1973 – Konrad Lorenz1984 – Georges Khöler1985 – Klaus von Klitzing1986 – Ernst Ruska1988 – Johann Deisenhofer1988 – Hartmut Michel1988 – Robert Huber1991 – Erwin Neher1991 – Bert Sakmann1995 – Paul J. Crutzen1995 – Christiane Nüsslein-Volhard2005 – Theodor Hänsch2007 – Gerhard Ertl

adelante a su esposa y dos hijos a través de una gran depresión y una guerra mundial. No tenía altas aspira-ciones ni jamás se le consideraría un soñador.

Es irónico que este hombre simple y sin adornos, de pocas palabras y grandes responsabilidades sería el que traería la magia a mi vida.

Literalmente, eso fue lo que pasó; mi abuelo me enseñó trucos de magia: pero más importante que las sutilezas de su arte era la chispa de verdadera magia en sus ojos mien-tras me enseñaba. Con mi abuelo, contra su eficiencia di-recta y sin rodeos, vino la experiencia de lo infinito: de él aprendí a maravillarme y aprendí la belleza del amor.

Se sentía como si experimentar la magia conmigo fue-ra la alegría de su vida; ahora que soy mayor—casi de la edad qué el tenía cuando yo nací—empiezo a entender que quizás esto era cierto.

La magia es el milagro de experimentar algo que no en-tendemos: como la sorpresa de un niño frente a los trucos bien practicados de su abuelo—o el re-descubrimiento por parte del Abuelo de la experiencia pura e inocente a través de los ojos de ese mismo niño.

¡La magia es simplemente gozo indescriptible y mara-villoso!

¿Por qué ciencia cuando se puede tener magia?

Mi padre era diferente que el Abuelo.

Mi abuelo era un co-experimentador (y un co-conspi-rador) en mis actividades y vida. A mi siempre me dijeron que los abuelos “chiflaban” a los niños; y era la misión de los padres darles disciplina. Este claramente era el caso en mi niñez: mis abuelos siempre traían regalos, siempre es-taban de buen humor y siempre todo salía bien. Yo jamás pude creerle por completo a mi padre cuando me plati-caba con orgullo cuan estricto había sido mi abuelo como papá. Simplemente no podía imaginarme a mi abuelo ser otra cosa que sonrisas y ojos tiernos.

Supuestamente, según mi padre en momentos de dis-ciplina, yo provenía de un largo linaje de perfeccionistas de extraordinaria habilidad. Para ganarme los elogios de mi padre tenía yo que desempeñarme a niveles de cada vez mayor exigencia.

Con frecuencia, yo alcanzaría un nuevo nivel de logro en el judo, el béisbol o alguna otra actividad, sólo para ser recibido por la suprema alabanza de mi padre: me miraba y me decía simplemente, “bien”.

¡Para mi eso era lo máximo!

De mi padre aprendí que era realmente posible acer-carse a la perfección: mientras más trabajaba uno, más podía lograr y esto podía continuar casi ilimitadamente. Ciertamente, siempre había algo que mejorar una vez al-canzado cierto nivel de logro.

A través de mi padre, obtuve una mente científica y autoestima.

Supongo que la lucha humana es muy parecida a tener tanto a mi abuelo como a mi padre: nacemos con el asom-bro por la vida, una experiencia del amor, y la magia de la existencia. Esto nos lleva a explorar (esa es la parte del Abuelo). Para vivir, necesitamos desempeñarnos así que desarrollamos nuestra ciencia para construir nuestras vidas en el mundo físico (he ahí papá). Pero si sólo logra-mos sin conservar nuestro asombro, o si perdemos nues-tra experiencia al desempeñar nuestras vidas, perdemos todo.

¿Qué es eso?

Al principio, todo era magia—incluso si no hubo prin-cipio, eso, en sí, es magia.

Luego, conforme las funciones de la memoria humana, el pensamiento, y el concepto del tiempo fueron desarro-llándose, surgió la descripción humana.

La tendencias naturales de los humanos a comparar y contrastar—en base a mecanismos fisiológicos necesarios para la supervivencia—son las bases del proceso descrip-tivo.

Cuando describimos una cosa, decimos que tenemos conocimiento de—y que por lo tanto podemos predecir a—la cosa y atribuirle propiedades por inferencia.

Por ejemplo, supongamos que yo describo una toalla diciendo que es “roja”. Con la palabra “roja” viene un con-cepto de “rojez”. Así que al describir la toalla como roja le he impartido propiedades de predicción aún no observa-das a la toalla: a un toro le enfurecería, un espectrómetro registraría ciertas lecturas, y una persona con cierto tipo de ceguera de color no podría distinguirla de otros obje-tos a los que nosotros llamamos verdes. La lista puede extenderse fácilmente.

Hay aquí una buena cantidad de supuestos en base a una sola descripción.

En un sentido muy fantástico, toda la historia humana ha moldeado y acumulado los supuestos detrás del tér-mino “rojo”. ¡Imagínese! La rojez de la antigua Grecia era muy diferente que la rojez de hoy: todos esos miles de millones de personas que usaron, refinaron y profun-dizaron el concepto de la rojez, sólo para que nosotros casualmente se lo otorguemos a una toalla.

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CONOCIMIENTO80 CONOCIMIENTO 9Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

FOMENTO AL POTENCIAL CREATIVO

Como resultado de los cambios demográficos, Europa ten-drá pronto una escasez de talento joven: para el año 2030 habrá 50 mil graduados universitarios menos que en 2005. En particular, las ciencias naturales y técnicas ya están ex-perimentando una escasez de jóvenes investigadores, por lo que es aún más importante fomentar el interés de los jóvenes para que estudien estas áreas desde el principio. Los maestros juegan un papel importante en este proceso. Ésa es la razón por la que la Sociedad Max Planck les apoya con revistas informativas, que presentan temas de inves-tigación de actualidad, de tal manera que fácilmente se pueden utilizar en los cursos de ciencias naturales para estudiantes de nivel senior vía académica.

A pesar de esto, el número de jóvenes científicos ta-

lentosos de Alemania no podrá satisfacer la demanda en

ciencia e investigación. Por eso, en 1988, la Sociedad Max

Planck, en colaboración con las universidades, desarrolló

un programa para motivar a jóvenes estudiantes talen-

tosos de todo el mundo, para cursar su doctorado en

Alemania, en el Organismo Internacional de Escuelas de

Investigación Max Planck (IMPRS).

Estas escuelas ofrecen a los jóvenes estudiantes ex-

celentes oportunidades científicas de investigación, y les proporcionan un apoyo amplio y oportunidades especia-les para fomentar su desarrollo. Los estudiantes de doc-torado que trabajan en la IMPRS proceden de un total de 85 países. Cada año, la Sociedad Max Planck premia con la Medalla Otto Hahn a las tesis sobresalientes de doctorado, y proporciona ayuda financiera a los autores, así como una posición posdoctoral en el extranjero.

Como la cabeza de un Grupo de Investigación Max Planck en un Instituto Max Planck, los jóvenes investiga-dores pueden colocar la primera piedra para su carrera científica futura: luego, tienen cinco años para perseguir sus propias metas de investigación, con un presupuesto limitado, pero seguro. Estas posiciones son altamente codiciadas; se anuncian en el ámbito internacional y son premiadas en un proceso competitivo. Este programa de jóvenes profesionales ha probado su valía en el transcurso de sus 40 años de existencia, y ha sido adoptado por mu-chas otras organizaciones científicas en Alemania y en el extranjero.

EL PROGRAMA MINERVA

La Sociedad Max Planck también fomenta el potencial científico de las mujeres jóvenes, con una amplia gama de ofertas, en su mayoría a través del Programa Minerva. En los últimos diez años, este programa ha logrado dupli-car el porcentaje de mujeres entre los científicos de Max Planck. En 2008, la cifra se situó en 26 por ciento, y va en aumento, posicionando a la Sociedad Max Planck como una de las instituciones de investigación de alto nivel en Alemania.

Las mujeres también reciben apoyo adicional a

través de programas de tutoría, seminarios de formación

avanzada y opciones de cuidado de niños. La Sociedad

Max Planck fue la primera organización científica que se

sometió a la auditoría de familia y amistad “berufund-

famile” (trabajo y familia), y obtuvo exitosamente la cer-

tificación.

Los científicos de alto nivel pueden elegir dónde quieren llevar a cabo su investigación. Ellos van adonde encuen-tran las mejores condiciones para su trabajo. La Sociedad

Max Planck es un ícono nacional e internacional de la

investigación alemana, y es por ello que atrae a científi-

cos de todo el mundo. Cada año, más de seis mil jóvenes

investigadores extranjeros trabajan en los diversos insti-tutos Max Planck. Un tercio de los directores y la mitad de los estudiantes de doctorado de Max Planck no tienen pasaporte alemán. Entre los investigadores posdoctorales, la cifra es aún mayor, el 80 por ciento.

TESTIMONIO

A este respecto, tenemos el testimonio de Otto Hahn: “Es-toy inmensamente agradecido a la fortuna que me per-mitió pasar un tiempo en el extranjero después de mis años como asistente de investigación científica. Uno desea fervientemente que otros jóvenes estudiantes y asistentes de investigación puedan tener las mismas oportunidades. El hecho de que los jóvenes extranjeros eligen cada vez más a Alemania como un lugar de estudio contribuye a la realización de lo que todos queremos: librar al mundo de la incomprensión mutua”.

Los científicos jóvenes que vienen de otros países y cuyo trabajo de investigación y talento los diferencia, pueden, al regreso a su país de origen, completar una resi

por Keith Raniere‘’

’

ciencia versus magia

El Abuelo era un creador de magia.

lo que más recuerdo del Abuelo eran sus pantalones: sencillos, simples, a la antigua y prácticos, sostenidos por un simple cinturón. Mis recuerdos probablemente

tienen un cierto sesgo debido a que mi percepción, en aquel tiempo, estaba enfocada mas o menos a la altura de la pierna de un adulto (las aventuras y tragedias de un niño de 4 años con frecuencia giran en torno a incidentes que ocurren a la altura de una pierna adulta).

El abuelo era más tieso que mi papá; de algún modo esto me parecía fortaleza. Aunque mi padre siempre parecía altamente competente—y a esa edad, me parecía infalible—mi abuelo de alguna manera parecía aún más confiado e inamovible.

Como si el mundo se moviera para él a donde quiera que fuera y nada le resultara difícil.

Mi abuelo venía de una familia rica de italianos muy selváticos. Mi padre me dijo que nuestra familia era res-ponsable de la construcción de muchos de los edificios en Brooklyn, Nueva York. La casa de mi bisabuelo estaba llena de objetos opulentos, candelabros, un gran piano, y otros accesorios de la vida exitosa.

Mis ancestros italianos eran bastante influyentes y entre las personas con quienes comparto apellido hay un santo—el santo patrono de Pisa—y un ex-cardenal.

Pero algo había pasado durante la juventud de mi abuelo, una especie de problema que lo había separado del resto de la familia. Los detalles de esta historia son vagos y la mayoría de los involucrados no querían hablar de ello. Pero mi abuelo, con una sonrisa honorable, modestamente decía que él quería cosas diferentes de la vida que el resto de la familia, y que no era social ni deseaba cosas materia-les. Prefería una vida simple sin tantas ocupaciones.

Así que llegó a haber este cisma en mi linaje. Mis abue-los y algunos de sus hermanos y hermanas no se asocia-ban mucho con el resto de la familia. De hecho, tengo muchos parientes que jamás he conocido.

La historia continúa con que mi abuelo se retiró del negocio familiar, y los círculos sociales de la familia, y se contentó con hacer trabajos manuales para alimentar a su familia creciente.

Para cuando conocí a mi abuelo, él era un hombre hu-milde, casi introvertido, y trabajador que había sacado

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CONOCIMIENTO10 CONOCIMIENTO 79Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

dencia de investigación en un Instituto Max Planck, para establecer un grupo asociado, con el apoyo de la Sociedad Max Planck. En la actualidad, existen más de 40 grupos de asociados que trabajan en Asia, Europa Oriental y América del Sur. Ellos son puentes importantes para la ciencia ale-mana en el extranjero.

El establecimiento de centros internacionales de Max Planck es un paso más hacia la ampliación del espectro de la Sociedad Max Planck de investigación internacional. En

2005, junto con la Academia China de Ciencias, se esta-

bleció un instituto de “Biología Computacional y Teóri-

ca” en Shanghai. Además, se han previsto otros centros

Max Planck en Argentina, India y Canadá.

En la actualidad, se está creando un Instituto Max Planck de Bioimagen en Florida, bajo el paraguas de la So-ciedad Max Planck, financiado por el Estado de Florida y Palm Beach Country. Hay planes para establecer más insti-tutos Max Planck en Europa.

IMPULSO AL PROGRESO

A TRAVÉS DE LA INTERACCIÓN

Cada vez se producen más avances científicos pioneros en diferentes interfases entre campos dispares. Por ejemplo, la decodificación de genomas completos de organismos diversos no habría sido posible sin la contribución de la informática. Se establece así un enfoque interdisciplinario para pensar y trabajar, así como la interacción global en-tre las instituciones científicas es requisito clave para una investigación exitosa.

En astronomía, los grandes telescopios están siendo financiados conjuntamente por diferentes organizaciones, como investigadores del clima mundial, para la creación de campañas de medición, y diversos tipos de proyectos están siendo integrados por expertos en diferentes disci-plinas. Los institutos Max Planck están involucrados en

más de dos mil proyectos de cooperación, con casi seis

mil socios, en más de cien países.

Los científicos de Max Planck mantienen lazos es-trechos especialmente con las universidades alemanas: el 80 por ciento de los investigadores de Max Planck que hayan obtenido su grado posdoctoral, participan activa-mente en conferencias para la docencia universitaria. Para profundizar aún más esta cooperación fructífera con las universidades, en 2005, la Sociedad Max Planck estableció el programa de Becas de Max Planck. Éste ofrece, a los pro-fesores, la oportunidad de dirigir un grupo de trabajo en un Instituto Max Planck por un período de cinco años.

APLICACIÓN DE DESCUBRIMIENTOS CIENTÍFICOS

Aquéllos que realizan investigación en las fronteras del conocimiento, a menudo terminan en situaciones para las que no existen métodos adecuados, ni procedimientos, ni equipo, o pruebas y análisis establecidos. Es por ello que la necesidad es la madre de la invención y los investigadores a menudo terminan tomando caminos no convencionales.

Al hacerlo, descubrieron nuevos materiales y sus-tancias con propiedades sorprendentes, o tropiezan con prometedores agentes terapéuticos o con el desarrollo de algoritmos de cálculo que abren insospechadas posibili-

Canales hechos con los mismos pulsos láser a 100 milésimas de milímetro por debajo de la superficie de la córnea; el ancho de cada canal es de aproximadamente 150 milésimas de milímetro.

Diferencia en el daño colateral producido en tejido orgánico por un láser que emite un haz de luz de un milisegundo, y uno que lo hace a una milésima de microsegundo.

pared celular sin que la célula se muera? ¿Puedo meterme en ella y realizar una nanocirugía? La respuesta es sí.

“Entonces, en función de investigaciones en ingeniería genética, ésta es una herramienta bien importante, pues el láser funciona como un bisturí óptico. Un

pulso de femtosegundos lo puedo utilizar sin ningún problema como bisturí,

y su precisión es tan fina, que prácticamente puedo cortar, meterme a una

sola célula y, dentro de ella, hacer cortes aún más finos”, detalló.

ONDAS DE CHOQUE CONTROLADAS

Además, existe otro efecto físico muy importante, que puede aprovecharse.Cuando se aplica un pulso ultracorto, que de manera inherente tiene intensidad muy grande, prácticamente no se genera calor, pero sí una especie de micro explosión que, a su vez, provoca una onda de choque que se propaga como una esfera creciente. El desplazamiento de esta onda puede generar presiones de aproximadamente 50 atmósferas en el tejido circundante. Nosotros, a nivel de mar, estamos a una atmósfera de presión; la onda generada es como si se apli-cara 50 veces esa presión. Aquí las preguntas son: ¿Las proteínas en la sangre se van a desnaturalizar debido a la presión súbita que les aplico? ¿En lugar de utilizar un mecanismo térmico para desnaturalizar componentes bioquímicos, puedo hacerlo ejerciendo una presión muy grande en un periodo muy corto? ¿Puedo utilizar ondas de choque para sellar un vaso sanguíneo sin producir daño térmico colateral? Parece ser que la respuesta es sí.

Detalló: “Nuestros experimentos han determinado las presiones que pode-mos alcanzar en esta onda de choque y qué tanto se propaga. Utilizando el efecto térmico de los láseres en un vaso sanguíneo de 200 micras de diámetro, que son los comunes, el calor se extiende 20 veces más allá. Si estoy tratando un vaso sanguíneo en la retina, termino quemando puntos muy grandes alrededor, de uno a varios milímetros.

“En cambio, las ondas de choque que producimos con estos pulsos ultracor-tos no se propagan más allá de 200 o 300 micras. Como las células miden por lo general unas 20 micras, entonces estaría dañando unas 10 ó 15 células alrededor del sitio donde aplico mi pulso láser. Esto es, el daño colateral no se extiende más allá de la quinta parte de un milímetro. “Entonces realmente podemos aco-tar o confinar muchísimo los efectos que producimos con nuestros pulsos ul-tracortos, y ésa es una de las ventajas; además de que suprimimos los efectos térmicos, que son muy agresivos, los nuevos efectos que estamos generando de manera inherente al proceso están muy bien acotados”, señaló.

Por otra parte, Santiago Camacho se refirió a lo bien posicionado que está, en términos de infraestructura, el Departamento de Óptica del CICESE: “Los países que hacen investigación muy fuerte de femtosegundos aplicados a cuestiones médicas, son el Reino Unido, Alemania, Canadá y Estados Unidos, con un grupo en el Centro de Ciencia Ultrarrápida localizado en Michigan y otro en la Univer-sidad Central de Florida.

“Y entre todos estos países está México, con el

sistema que tenemos en el CICESE, que es el único en

Latinoamérica. Estamos publicando resultados de cien-

cia básica, pero de manera muy importante tenemos

nuestras conexiones hacia el área de protocolos clínicos. Todavía no estamos en esa fase, pero creemos que en dos o tres años tendremos algunas cosas en fase clínica”.

Y es que los láseres que se tienen en su laboratorio definitivamente no podrían usarse para aplicaciones clíni-cas; son demasiado grandes. En cambio, el futuro está en desarrollar láseres de femtosegundos pero de fibra óptica, no mayores al tamaño de una computadora personal; de esta manera podrían transportarse fácilmente y utilizarse prácticamente en todos lados. Existen compañías que ya fabrican comercialmente este tipo de láseres compactos, aunque no aplicables directamente al trabajo de una clíni-ca.

Camacho indicó que en la Clínica de Ojos de Tijuana, además de las instalaciones donde atienden a sus pa-cientes, tienen una empresa paralela que se llama Oftálmi-ca Internacional, dedicada a desarrollar equipo médico. “Como el equipo de oftalmología que se utiliza en México y en Latinoamérica proviene de Estados Unidos y Europa, tienen la iniciativa, importante desde mi punto de vista, de empezar a desarrollar aquí en México equipo médico con tecnología de punta.

“En nuestro grupo de investigación, además de tra-

tar de entender cómo un pulso de femtosegundos in-

teractúa con tejido biológico, tenemos experiencia en el

desarrollo de este tipo de láseres. Por eso hemos habla-

do con ellos para ver si, juntos, podemos integrar un

láser de pulso de femtosegundos, hecho de fibra óptica, en un aparato clínico diseñado específicamente para dar tratamiento a un paciente. Estamos un tanto lejos de esa fase todavía, pero el vínculo ahí está y tenemos a la gente preparada para atender ese tipo de empresas”, señaló fi-nalmente.

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CONOCIMIENTO78 CONOCIMIENTO 11Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

dades, muchas dentro del campo de la medicina. Muchas de estas ideas e innovaciones tienen aplicaciones comer-ciales, pero llegar allí implica a menudo un proceso muy largo y arduo.

Por ejemplo, fueron necesarios unos 50 años para

que los trabajos de Max Planck y Albert Einstein, en físi-

ca cuántica, tuvieran su aplicación tecnológica en semi-

conductores y el láser, tecnologías que son clave y que

han cambiado nuestras vidas.

Sin embargo, a pesar de que muchos descubrimientos no son puestos en su aplicación práctica después de dé-cadas, la investigación básica es fundamento de la inno-vación económica. Para lograr acelerar la transferencia de investigaciones prometedoras a potenciales tecnologías, se deben reforzar los lazos entre la investigación básica y aplicada. Con este fin, la Sociedad Max Planck ha comenza-do recientemente a ampliar sus proyectos de cooperación con la Sociedad Fraunhofer, en determinados campos, tales como la informática, ciencia de los materiales, nano y la biotecnología y energías renovables, y explícitamente promueve proyectos en la interfaz de la ciencia básica y aplicada de investigación.

A través de la filial Max Planck Innovation GmbH, la Sociedad Max Planck se asegura de que los avances cientí-

ficos se conviertan en éxito económico. La innovación de Max Planck aporta las patentes y tecnologías al mercado, y ayuda a los fundadores en la creación de nuevas empresas basadas en los resultados de la investigación de la Socie-dad Max Planck.

Desde 1979, la empresa de transferencia de tecnología ha contribuido con más de tres mil invenciones y cerró más de mil 700 acuerdos de licencia. En los últimos 20

años, ha asesorado a 86 spin offs y generó unos ingresos

de alrededor de 200 millones de euros para los inven-

tores, así como para los institutos y la Sociedad Max

Planck.

“Yo estaba poseído de un ardiente deseo de sobrevivir a la crisis y de vivir el tiempo suficiente para poder experi-mentar el punto de inflexión, el comienzo de una subida”; escribió el Premio Nobel de Física Max Planck en 1942. Después de la guerra, se dedicó a preservar la Sociedad Wilhelm Kaise.

1948

La Sociedad Max Planck fue fundada en Göttingen, como una organización para conducir investigación básica inter-nacional de alto nivel. El Premio Nobel Otto Hahn fue el primer presidente de la Sociedad.

Pequeñas burbujas hechas en tejido similar al de la sangre, con pulsos láser que duran una mil millonésima de segundo, el tamaño de cada burbuja es de unas 70 milésimas de milímetro.

Doctor Santiago Camacho López, jefe del Departamento de Óptica del CICESE.

COLABORACIÓN CON UNA CLÍNICA DE TIJUANA

Así, agrega que “en el CICESE investigamos sobre los efec-tos que tiene en las células el uso de láseres modernos de pulsos muy cortos (de una mil millonésima de microse-gundo) y de alta intensidad. Los resultados de nuestras

investigaciones tienen impacto en el mejoramiento de

diagnósticos, tratamientos y cirugías en diversas áreas

médicas, principalmente en lesiones vasculares, odon-

tología y oftalmología. Y es en esta área de aplicaciones donde establecimos desde, hace tres años, un convenio de colaboración con la Clínica de Ojos de Tijuana.

“Por ejemplo, en las personas que sufren diabetes, los va-sos sanguíneos de la retina se van cristalizando con el tiem-po y llegan a romperse de una manera muy fácil, lo que genera hemorragias. La sangre empieza a llenar la cavidad ocular y obstruye la visión, por lo que urgentemente se debe detener esa hemorragia. Para lograrlo, basta calentar un poco el punto donde está la fisura en el vaso sanguí-neo; la sangre se coagula por un efecto llamado de foto-coagulación, ‘sellando’ así ese vaso sanguíneo.

“Clínicamente, para producir calor, se utiliza general-mente un láser que emite luz visible para el ojo humano, de color verde, azul o rojo, de manera continua; es decir, un láser de emisión continua en el espectro visible. Sin embargo, estos dispositivos no son los más adecuados en el sentido de que el calor que se acumula ahí de inmediato comienza a propagarse a la periferia, y provoca quemadu-ras de 10 a 20 veces el tamaño de la zona que necesitá-bamos irradiar.

“¿Cómo podemos evitar esto? La respuesta es más o menos sencilla. El hecho de que generemos calor excesivo y éste se extienda mucho más allá de la zona realmente necesaria, es porque utilizamos un láser que se mantiene encendido por mucho tiempo -mucho tiempo quiere decir una milésima de segundo, que equivale a un milisegundo-. Sería suficiente con iluminar esa zona por una millonési-ma de segundo para lograr la coagulación de la sangre donde lo necesitamos, garantizando así mantener el calor confinado en una zona muy pequeña”, indicó.

MODERNOS EQUIPOS

Para ello se pueden utilizar los modernos equipos -de es-tado del arte- que se han instalado en el laboratorio de láseres de pulsos ultracortos del CICESE, los cuales pro-ducen pulsos de luz en el orden de una milésima de mi-crosegundo, y hasta de una mil millonésima de microse-gundo, que prácticamente son libres de calor.

Santiago Camacho dijo que por eso se estableció con-tacto con la Clínica de Ojos de Tijuana, con la que se ha estado trabajando los últimos tres años. Sus profesionis-tas “brindan asesoría desde el punto de vista médico, y nosotros determinamos, desde el punto de vista de la física y la óp-tica, cómo es la interacción de la radiación láser con el tejido biológico”.

Para entender los órdenes de magnitud que se están manejando, Camacho explica: “Los equipos comerciales que usan los cirujanos tienen una especie de obturador que bloquea el haz continuo del láser; cuando se abre, per-mite el paso de luz hasta por una milésima de segundo

(un milisegundo), generando así daño al tejido colateral. Nuestros láseres emiten pulsos que duran una mil millonésima de segundo, es decir, una milésima de ese microsegundo. Con ellos podemos aplicar pulsos láser que son mil veces más cortos del tiempo que necesitaría esta cantidad de calor para empezarse a propagar a la periferia. Y tenemos otro tipo de láser cuya duración es un millón de veces más corto que el que acabo de describir. Éstos se llaman láseres de

femtosegundos y son mil millones de veces más cortos que este microse-

gundo, lo que permite interacciones prácticamente libres de calor”.

¿BISTURÍS ÓPTICOS PARA NANOCIRUGÍAS?

Camacho también comentó sobre otra de las áreas donde ya se está trabajando con cierto éxito. Se trata de procesos de irradiación de células individuales, que se han estudiado gracias a una colaboración que nació hace aproximadamente tres años, con el investigador mexicano Guillermo Aguilar, de la Universidad de California, en Riverside.

Por un lado, explicó, “estamos viendo cuál es el efecto de aplicar estos pul-sos a un cierto volumen de tejido biológico; a una córnea, a un vaso sanguíneo. Pero una de las preguntas más interesantes para cualquier laboratorio que hace investigación en esta área es: ¿qué hace uno de estos pulsos a una sola célula? Si aplicara un láser continuo seguramente la voy a quemar o hasta evaporar. Pero ¿qué pasa si uso un láser con un pulso de femtosegundos? ¿Puedo abrir la

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CONOCIMIENTO12 CONOCIMIENTO 77Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

Gracias a la reputación internacional de Max Planck, la estructura de la institución fue mantenida, y en 1948 se restableció como la Sociedad Max Planck. En ese tiempo, comprendía 25 institutos y centros de inves-tigación. En 1949, antes de que fuera establecida la República Federal de Alemania, los estados federales garantizaron el financiamiento sostenido de la institución.

CONTINUIDAD Y TRADICIÓN DE DESARROLLO

En los primeros años, las actividades estaban basadas particularmente en dos principios: el enfoque principalmente era exclusivamente en in-vestigación básica, fuera de toda influencia política o de negocio, y los directores de los institutos eran expresamente requeridos para trabajar bajo los más altos estándares de excelencia científica. Desde entonces, se ha ido cimentando la práctica de colaborar con instituciones de fuera de Alemania. En este tenor, en 1959 se hizo contacto con el Instituto Weiz-mann en Rehovot, Israel, y para 1974 se estableció una asociación con la Academia China de las Ciencias, lo que marcó un hito en este aspecto.

1959

La Sociedad Max Planck y el Instituto Científico Weizmann firmaron un acuerdo de cooperación, incluso antes de que el gobierno alemán y el Estado judío hubieran establecido relaciones diplomáticas.

1969

La Sociedad Max Planck creó los Grupos de Investigación Max Planck, lanzando un concepto de promoción exitoso, que posteriormente sería copiado por diversas instituciones.

1978

En medio de la Guerra Fría y de la Revolución Cultural China, la Sociedad Max Planck y la Academia China de las Ciencias establecieron las bases para las relaciones científicas entre Alemania y China.

1989

Un avance de financiamiento exitoso permitió que la Sociedad Max Planck creara tres nuevos institutos, estableciendo su presencia, por primera vez, con al menos un instituto en todos los estados federales (del oeste).1998

Con el fin de crear un paisaje uniforme, continuando con la unificación de Alemania, la Sociedad Max Planck fundó 18 nuevos institutos en los antiguos estados de Alemania del Este.

Los años sesenta fueron un periodo de progreso sin rival para la So-ciedad Max Planck. Se establecieron nuevos centros de investigación

en materia de biología y bioquímica. También se expandió el espectro

de investigación en los campos de la física y la química, incluyendo la

astronomía. Los investigadores en el área de ciencias sociales y humani-dades han buscado respuestas a preguntas sociopolíticas de actualidad, que se prestan al debate, y establecieron nuevos institutos, incluso algu-nos para sub campos de las ciencias legales y para investigación educa-tiva. Para 1966, el número de institutos de investigación había crecido a 52.

En los setenta y ochenta, la Sociedad Max Planck se concentró en la in-vestigación innovadora e interdisciplinaria en campos prometedores y en el establecimiento de programas específicos, creando oportunidades para que los investigadores jóvenes puedan lanzar su carrera científica inter-nacional. La reunificación de Alemania vino en una oportunidad única para establecer 18 nuevos institutos en el sur de Alemania durante 1998, abriendo la puerta a nuevas y numerosas áreas de investigación.

2001

La Sociedad Max Planck reconoció su responsabilidad histórica. Una comisión independiente analizó la historia de la Sociedad Kaiser Wilhelm durante la época Nacional Socialista.

2008

El Instituto Max Planck en Florida fue establecido como el primer instituto Max Planck en suelo americano. El Premio Nobel Bert Sakmann fue designado director.

SIGLO XXI

Con el advenimiento del siglo XXI, la Sociedad Max Planck está fortaleciendo su actividad institucional en el extran-jero, gracias al trabajo en conjunto de la Academia China de las Ciencias, con su instituto en Shanghai. La Sociedad Max Planck explora nuevas formas para incrementar su flexibilidad financiera.

nuevas aplicaciones médicas de los láseres

Roberto Ulises Cruz A. /

Departamento de Comunicación-

CICESE

Roberto Ulises Cruz A.

¿Puede usted imaginar la aplicación de un láser médico durante un periodo de tiempo tan breve que no dañe por quemadura al tejido circundante? ¿O la utilización de la luz que generan estos láseres como si fuera un bisturí óp-tico, cortar tejido celular y penetrar así en una sola célula para realizar nanocirugías? ¿Y qué tal si nos olvidamos del efecto térmico que provoca un haz de luz para, en su lu-gar, aprovechar la onda de choque que se genera al aplicar un pulso ultracorto de gran intensidad, capaz de desnatu-ralizar las proteínas de la sangre para contener hemorra-gias en vasos sanguíneos, igualito que si las estuviéramos coagulando con calor?

Pues esto es parte del trabajo de investigación en cien-cia básica que realiza el doctor Santiago Camacho López, investigador y actualmente jefe del Departamento de Óp-tica del Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE), quien señala que la medi-cina, entre otras áreas del conocimiento, se ha beneficiado con la existencia y evolución de estos dispositivos.

FALTA MUCHO POR HACER

Si bien las aplicaciones médicas de los láseres surgieron prácticamente desde su invención, esto no quiere decir que todo lo que se puede hacer con ellos ya está hecho. “Cuando nos acercamos a los médicos que los utilizan, nos empezamos a dar cuenta que, desde nuestro punto de vista, como físicos o como ópticos, todavía hay muchas cosas por hacer”, indica el investigador.

Y explica: “Una de mis impresiones -y hasta cierto punto una decepción-, es que los fabricantes de láseres médicos no necesariamente venden los mejores produc-tos en función de la salud de la gente, sino en función de un componente económico muy agresivo. Por ello, una de las motivaciones de nuestro trabajo es mejorar sus aplica-ciones en las clínicas, teniendo como base la salud de las personas”.

ciencia básica para todos

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CONOCIMIENTO76 CONOCIMIENTO 13Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

la madera, nueva fuente de ideas

Christian Meier

la fuerza no depende sólo de la masa muscular. Lo demues-tran los árboles, que elevan sus ramas, o los granos de trigo silvestre, que se entierran por sí solos en el suelo. Peter Fratzl

y sus colaboradores del Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenz-flächenforschung (Instituto Max Planck para la Investigación de Coloides y Superficies Límite) estudian los materiales que permiten a las plantas realizar estos esfuerzos, y con base en los principios que descubren, construyen músculos sintéticos y materiales espe-cialmente rígidos.

Para estudiar las estructuras diminutas de los materiales naturales, Ingo Burgert y su colaboradora, Antje Reinecke, los examinan con un poderoso aparato: un microscopio electrónico de barrido medioambiental. Foto: Norbert Michalke.

muestran sus músculoslos árboles

Los árboles no tienen músculos, al menos no de carne y sangre. Y, no obstante, levantan su propio peso y crecen en dirección al cielo. "Cuando una ramita se convierte en rama, crecen células de

madera similares a músculos, para soportar el peso en aumento", dice Peter Fratzl, director del Departamento de Biomateriales del Instituto Max Planck para la Investigación de Coloides y Superficies Límite, de Golm, cerca de Potsdam. Los músculos de madera doblan hacia arriba, verticalmente, el tronco de un abeto que crece en una ladera. "Ahora comprendemos cómo hacen esto los árboles", dice el físico.

Las convocatorias de los fondos sectoriales y los insti-tucionales, pero también las de los Fondos Mixtos son de alcance nacional. Es decir, a una convocatoria específica que emita un Estado, pueden responder instituciones de investigación o de otra índole de cualquier parte del país, siempre y cuando se responda a la demanda específica.

La prioridad de los fondos es resolver problemas, y ¿quién lo va a hacer? La mejor propuesta, sea de donde sea. Esto es importante, porque nosotros, en los esfuerzos de divulgación que hacemos, les recordamos a los inte-resados, típicamente académicos, empresarios u otros in-teresados en presentar propuestas, que no se concentren al Fondo Mixto de su entidad, y nosotros continuamente enviamos información de las diferentes convocatorias que se presentan.

ESTÍMULOS A LA INNOVACIÓN

Quisiera terminar con la mención de un programa que se llama Estímulos a la Innovación, que también es de in-terés, porque va dirigido a las empresas. A esta convoca-toria no se espera que quien responda sea una institución académica o centro de investigación, sino una empresa, con el ánimo de lograr un desarrollo tecnológico para un beneficio social-económico en el país.

Este tema fomenta el desarrollo de nuevas tecnologías, nuevos procesos, nuevos productos, con la participación de las empresas; sin embargo, se fomenta que, aunque la propuesta sea presentada por una empresa, venga en alianza, en sinergia con alguna institución académica. Son mejor evaluadas y mejor apoyadas las que vienen con vin-culación, y Nuevo León, otra vez, fue, en el año 2009, uno de los estados cuyas instituciones estuvieron más vincula-das en los proyectos recibidos.

Las dos instituciones más vinculadas fueron la Uni-

versidad Autónoma de Nuevo León y el Tecnológico

de Monterrey. Y es que necesitamos fomentar la vincu-

lación en la atención a programas que vayan en función

del beneficio social y económico.

Este programa tiene tres modalidades: Innovatec, Innovapyme y Proinnova. En 2009, en Innovatec, se re-cibieron solicitudes por 1,155 millones de pesos, y se otorgaron 931 millones, y para 2010, 693 millones; para Innovapryme, en 2009, 465 millones, y en 2010, 693 mi-llones; en Proinnova, en 2009, 260 millones, y en 2010, 993 millones.

AGENDA NACIONAL

EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA

En conclusión, el CONACYT es una instancia cuya activi-dad consiste en llevar a cabo la conducción de la Agenda Nacional en Ciencia y Tecnología; es una agenda que sólo puede cumplir estableciendo alianzas con las diferentes instancias del país, en los ámbitos nacional y estatal, y en esta actividad, para poder promocionar sus programas y que éstos lleguen a los usuarios, establecemos alianzas con las instancias en los estados, que son los que permiten la canalización de los recursos.

CONACYT tiene una serie de indicadores, algunos de

los cuales ya hemos mencionado: formación de recursos

humanos, Sistema Nacional de Investigadores, fortale-

cimiento de la infraestructura, becas nacionales y al ex-

tranjero, promoción de los recursos para el desarrollo

científico y tecnológico, también en el sector privado;

y un tema transversal a todo esto, y como tema funda-

mental, la divulgación de la ciencia y la tecnología.

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CONOCIMIENTO14 CONOCIMIENTO 75Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

MÚSCULO ARTIFICIAL

Con base en estos conocimientos, los investigadores han desarrollado un músculo artificial que convierte los cam-bios en la humedad del aire en movimiento. Este descu-brimiento no fue una casualidad.

Los científicos de Golm buscan sistemáticamente

inventos de la naturaleza, ayudas que sirvan a los téc-

nicos como base para crear nuevas propulsiones, vál-

vulas microscópicas o materiales ligeros y, no obstante,

robustos. Para esta búsqueda los científicos despliegan un arsenal de equipos de laboratorio y métodos de cálculo matemáticos, pues la naturaleza no muestra sus secretos fácilmente. Según Peter Fratzl, resulta tan difícil copiar los inventos de la naturaleza, porque la estructura de los or-ganismos es muy compleja.

Para ilustrarlo, toma como ejemplo los robots: "Su marcha era antes muy rígida y parecía un poco torpe", nos dice. "Los muslos y articulaciones rígidos no bastan para copiar el caminar ágil de los seres humanos".

Esto se consigue sólo mediante la compleja interacción de huesos rígidos con músculos y tendones elásticos. "Los técnicos tuvieron que comprender primero el papel que desempeñan los diferentes componentes del aparato lo-comotor antes de poder construir un robot que caminase como una persona".

La simple copia casi nunca es posible, también por otros motivos. "Desde la perspectiva de los ingenieros, la naturaleza no ofrece siempre la mejor solución", dice Fratzl.

Por ejemplo, a un ingeniero se le podría ocurrir copiar un hueso para obtener así un material robusto y a la vez ligero.

Pero los huesos no son sólo los pilares portantes del cuerpo, sino que almacenan también sus iones y albergan la médula ósea.

"El mismo tejido biológico puede tener diferentes funciones", agrega Fratzl. Los huesos, los músculos y las ramas son polifacéticos, la respuesta a una cantidad in-numerable de problemas con los que se vio confrontado el organismo durante la evolución.

"Nosotros no sabemos a qué condiciones medioam-bientales tuvo que adaptarse un tejido durante su evolu-ción", señala Fratzl.

El bioingeniero holandés Rik Huiskes resume el pro-blema de la siguiente forma: "Si los huesos son la respues-ta, ¿cuál es la pregunta?"

EL AGUA DA FUERZA A LOS MÚSCULOS DE MADERA

Los investigadores todavía no saben qué tareas son las que el tejido realiza mejor y cuáles, por así decirlo, podrían considerarse secundarias. Para averiguarlo, los científicos del Instituto Max Planck de Golm estudian partes de plan-tas, células o huesos, bajo las condiciones imperantes en la naturaleza.

"Intentamos dejar al descubierto el núcleo principal de las funciones individuales del tejido", dice Fratzl.

Los ingenieros pueden modificar entonces esos prin-cipios funcionales de manera que la solución técnica cum-pla su finalidad de la mejor forma posible.

Aquí se puede aprender algo: Ingo Burgert estudia el mecanismo por el que se abren las piñas. Foto: Norbert Michalke.

ESPONJA DE HEMICELULOSA

Los científicos tienen ya una pista del principio funcional de los músculos de madera. La envoltura de las células de madera tubulares puede absorber agua como una esponja. Esto es posible gracias a un entramado poroso de hemicelu-losa, una macromolécula similar a la celulosa.

Esta esponja de hemicelulosa es atravesada por fibras de celulosa, que pare-cen los cables portantes de un puente colgante. Esos hilos son cien mil veces más finos que un cabello humano, pero extremadamente rígidos, y pueden soportar grandes cargas sin expandirse. Son unas cien veces más rígidos que la esponja que los rodea y con la que están firmemente unidos.

Cuando la esponja de hemicelulosa absorbe agua, se hincha. Las fibras de celulosa, en cambio, no absorben agua. La orientación de las fibras de celulosa decide entonces si la célula de madera se estira o se encoge.

Dado que las fibras de celulosa húmedas no se expanden, la célula de

madera sólo se puede expandir verticalmente con respecto a ellas.

Esto significa que si las fibras están en posición transversal respecto a la

rama, las células de madera se expanden en la dirección longitudinal de la

rama.

En cambio, cuando las fibras transcurren casi paralelamente a la rama, ocurre otra cosa: "A pesar de que la célula en total se hincha, se contrae en la dirección de la rama", dice Ingo Burgert, uno de los científicos del departamento de Peter Fratzl. Las fibras de celulosa húmedas se tuercen y se acortan.

Esto es, las células con este tipo de fibras pueden tirar de la rama. "Cuando aumenta la carga que debe soportar una rama, se forman en el lado superior células que tiran de ella y en el lado inferior células que la empujan", explica Burgert.

FUERZA DE TRACCIÓN O DE EMPUJE

El árbol vivo abastece a las células siempre con suficiente agua para que puedan mantener su fuerza de tracción o de empuje. Las ramas muertas absorben, en cambio, humedad del aire. Los seres humanos utilizan este hecho desde tiem-pos inmemoriales para pronosticar el tiempo: para hacerlo, clavan una rama del grosor de un dedo en una tabla. Unos pocos centímetros sobre su extremo tallan la palabra lluvia en la tabla; un poco más abajo, la palabra sol.

Cuando la humedad del aire aumenta y anuncia lluvia, las paredes de

las células de madera se llenan de agua. Las células de la parte inferior de la

pequeña rama se expanden, mientras que las de la parte superior se retraen.

Como consecuencia, la rama se dobla varios centímetros hacia arriba.

FONDOS SECTORIALES

De esa manera nace lo que se conoce como fondos secto-riales, ya constituidos, que van desde alianzas con la SEP, la SSA, SAGARPA, SEMARNAT, CFE, Secretaría de Marina, Comisión Nacional del Agua, Inmujeres, para dar unos ejemplos de estas alianzas de CONACYT con instancias del gobierno federal, para atender temas de importancia federal.

El fondo SEP-CONACYT es básicamente por oferta, pero hay otros fondos que son más bien por demanda, en que se convoca a la comunidad científica a presentar proyectos que atiendan los efectos catalíticos en las po-blaciones microbianas, en fin… por dar un ejemplo de un tema relevante, y que va a generar conocimiento de fron-tera. En todos los fondos sectoriales se ha dado apoyo a muchos proyectos. Cifras de 2002 a 2010 indican que se

han aprobado siete mil 205 proyectos, y se han aportado

nueve mil 362 millones de pesos.

FONDOS MIXTOS

Este mismo razonamiento lo ha seguido el CONACYT con los estados, y se ha acercado a los gobernadores, tam-bién para inversiones conjuntas, por partes iguales, para atender prioridades del Estado; que sea el Estado el que las establezca, y de esa manera nacieron los Fondos Mix-tos, de los cuales ya comentamos, hay 34: uno por cada entidad, y dos municipales.

En este sentido, se atiende el punto relativo a mayor financiamiento para ciencia y tecnología, que es lo que se pretende con estas estrategias: que concurran las ins-tancias, tanto del gobierno federal como de los gobiernos estatales, así como de los municipios, y que concurran i-gualmente los mismos usuarios de organizaciones, de las empresas.

Los Fondos Mixtos, una vez que se puso el peso a peso: del Estado y del CONACYT, del municipio y del CONACYT, podría hacerse la pregunta respecto de qué tipo de proyec-to se puede atender, y para generalizar, hay que decir que se trata de cinco modalidades:A.- Investigación aplicada.

B.- Desarrollo tecnológico.

C.- Creación y Consolidación de Grupos y Redes de In-

vestigación.

D.- Creación y Fortalecimiento de Infraestructura.

E.- Difusión y Divulgación.

Todos estos puntos son importantes, pero el último es transversal a los cuatro primeros; se trata de que quien hace una investigación dé a conocer cuál fue el producto: un desarrollo tecnológico, generación de una patente, un derecho industrial, algún sistema de capacitación en las zonas rurales, un nuevo centro de investigación en zonas alejadas… qué tipo de beneficios se otorgaron.

LA DIVULGACIÓN

La divulgación está considerada como una alternativa im-portante para financiar en los Fondos Mixtos, y Nuevo

León tiene un Fondo Mixto muy fuerte, muy bien con-

solidado, con una gran coinversión, y hay que reconocer

al gobierno del Estado la iniciativa que ha tenido para

ser constante; y hay otra característica que resaltaría

que se ha da en Nuevo León y afortunadamente también

en otros fondos: esta coinversión para llevar a cabo más

actividades científicas y tecnológicas, así como el reto

de aplicar los recursos; que una vez que se tengan, se convoque, se emitan, se tengan proyectos terminados, se obtengan beneficios.

Nuevo León, lo mismo que otros estados, ha ido avan-zando en el tema de que el dinero invertido dé resultados tangibles en un mediano plazo, para tener una evidencia de por qué se debe invertir más en ciencia y tecnología.

En el ámbito nacional, en el caso de las modalidades que acabo de mencionar, se han obtenido los siguientes resultados:

En el plazo de 2002 a 2010 se han invertido cinco mil

26 millones de pesos y se han aprobado cuatro mil 373

proyectos. De estos cuatro mil 373, por modalidad se

han aprobado los siguientes proyectos:

A.- 2,474

B.- 1,035

C.-262

D.-230

E.-361

Hay once proyectos aprobados, que han tenido una in-terfase con más de una modalidad.

En el caso de Nuevo León, a la fecha se han aprobado

177 proyectos, y por modalidad, los siguientes:

A.-15

B.-107

C.-13

D.-38

E.- 4

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CONOCIMIENTO74 CONOCIMIENTO 15Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

PATALEAR AL RITMO

DEL DÍA Y DE LA NOCHE

Y eso a pesar de que cada una de las miles de millones de células de madera se alarga o se acorta sólo en unas pocas milésimas de milímetro. Los investiga-dores de Golm han captado estos cambios diminutos con una cámara de vídeo de alta resolución. Los científicos quieren investigar ahora las células con mayor exactitud. "Queremos saber cómo cambian las fibras de celulosa cuando expan-dimos las células de madera", dice Burgert. "Los módulos mediante los cuales la naturaleza confecciona sus tejidos son moléculas individuales. Nos interesa la relación entre las características mecánicas, tales como la elasticidad o la resis-tencia a la flexión, y la estructura molecular del tejido".

Para determinarla, los científicos han construido una especie de banco de

estiramiento al que pueden fijar células individuales. Mientras expanden allí

las células de madera, los investigadores las irradian también con luz láser. La

luz dispersa les indica la forma en que cambian las cadenas de moléculas bajo

la carga. Además, miden la rigidez de las partes de las plantas con un equipo de medición de ultrasonidos. Y determinan la orientación de las fibras de celulosa mediante la dispersión de rayos X.

LOS GRANOS DE TRIGO

Rivka Elbaum también se ha servido de los rayos X para investigar otra muestra de fuerza de la naturaleza, cuya fuente es la humedad del aire, que disminuye durante el día y vuelve a aumentar por la noche. Esta becaria Humboldt ha acla-rado en el instituto de Golm la forma en que los granos del trigo silvestre se introducen en el suelo. Las dos prolongaciones en forma de antena de los granos de trigo, denominadas aristas, patalean durante el proceso como las ancas de una rana, aunque mucho más lentamente; a saber, al ritmo de la noche húmeda y del día seco.

Las aristas disponen un poco más arriba del grano de una especie de ar-ticulación compuesta de células similares a las de los músculos de madera. Las fibras de celulosa de las células del lado interior de la articulación están or-denadas paralelamente a la arista, mientras que en el lado exterior forman un entramado desordenado. Cuando la humedad aumenta por la noche, la arista se llena de agua. Así, el bulto de fibras de celulosa ordenadas se hincha, pero no se alarga. El bulto desordenado, en cambio, se expande en todas las direcciones, también a lo largo de las aristas. El lado exterior de la arista se estira de esta manera, y la arista se empina. Ambas prolongaciones se encuentran entonces muy cerca la una de la otra.

Una semilla se entierra: la disposición de las fibras de celulosa en sus aristas –arriba se ve una sección transversal en la que se reconocen dos áreas desordenadas– se encarga de que las antenas pataleen cuando la humedad del aire cambia. Gracias a los ganchos, el grano se entierra en el suelo. Ilustración: Instituto Max Planck para la Investigación de Coloides y Superficies Límite.

Durante el día ocurre lo contrario: las antenas se do-blan y se separan. Pero el pataleo al ritmo del día y de la noche no basta para que el grano de trigo pueda ente-rrarse en el suelo. Las aristas tienen, además, diminutas fibras de vidrio similares a agujas, que se ramifican en la dirección opuesta al grano de trigo. Las agujas funcio-nan como ganchos, algo que se puede percibir claramente: pasando el dedo sobre el grano en la dirección opuesta a él, las aristas se perciben como si fueran flexibles.

Pasando el dedo sobre ellas en dirección al grano, se siente la resistencia de las fibras. Las agujas proporcionan a las aristas estabilidad en el suelo. Cuando las antenas se separan durante el día, los ganchos se introducen un poco más en la tierra. Y cuando las aristas se estiran durante la noche, las finas fibras de vidrio se enganchan en la tierra, de manera que la semilla pueda enterrarse un poco más en el suelo, en vez de deslizarse hacia afuera. Al día siguiente las aristas vuelven a doblarse y a separarse para volver a tensar el taladro integrado del grano de trigo.

"El principio en el que se basan las células de madera parecidas a músculos y las aristas móviles es el mismo", dice Fratzl. "Las células están formadas por un compo-nente rígido inflexible alojado en un gel elástico. Ambos componentes están unidos fijamente entre sí". Cuando el gel se seca y se encoge, se crea una tensión en la unión, como en una red de fibras de goma que se retraen. "Esa tensión almacena energía y puede, por tanto, realizar un esfuerzo", explica el físico.

Los técnicos pueden formar materiales activos a

base de diferentes componentes rígidos y flexibles. Es-

tos nuevos compuestos son totalmente diferentes a los

músculos y motores artificiales creados hasta ahora.

"El material y el motor son lo mismo", dice Fratzl. No se trata de una máquina compuesta de piezas individuales. Además, el material activo trabaja independientemente; no es necesario controlarlo.

"Al igual que en las aristas, la propulsión se podría orientar por el ciclo de humedad diario", añade Fratzl. "El trabajo no se podría solicitar discrecionalmente, pero tam-poco costaría nada". Fratzl se puede imaginar que un día los materiales activos sean utilizados para hacer que las celdas solares sigan el movimiento del sol durante el día en forma muy similar a aquella en que trabajan los mus-culos de madera o las aristas.

DISPONIBILIDAD DE MATERIAS PRIMAS

Esos músculos artificiales estarían construidos según un principio similar al de los modelos vegetales naturales, pero podrían estar hechos de un material totalmente diferente. Incluso debería ser así, opina Fratzl: las plantas y los animales debieron conformarse en el transcurso de la evolución con muy pocas materias primas y adaptarse a las condiciones medioambientales imperantes. "La natu-raleza no puede fabricar, por ejemplo, aleaciones de metal, porque para ello se requieren frecuentemente mil grados centígrados", dice el físico. En cambio, los ingenieros dis-ponen de muchas más materias primas que un abeto en una árida ladera.

LA DIFUSIÓN, FUNDAMENTAL

Por otro lado, la difusión de la ciencia y la tecnología es un área sumamente importante, que CONACYT reconoce. Es lo que algunas personas llaman la apropiación social de la ciencia; que la gente reconozca y que, además, se beneficie de los resultados de la ciencia y la tecnología.

También es muy importante señalar que en la actuali-

dad, los investigadores ya no se concentran en la zona

metropolitana del Distrito Federal, sino que ya están

también en los estados, y muchos de éstos fortalecidos,

como es el caso de Nuevo León, pero también se han ido fortaleciendo Coahuila, Chihuahua y otras entidades del país. El SNI es un indicador importante de la masa crítica que tiene el país.

Otro tema que quisiera comentar es algo que el CO-NACYT promueve es el hecho de que se den las sinergias; que no trabajemos aislados. Esto es un aspecto funda-mental para tratar de contribuir a la reducción de las asi-metrías; que estados incipientes en ciencia y tecnología se fortalezcan como otros que ya lo han hecho, y que éstos a su vez vayan más allá. Necesitamos formar redes de co-laboración, sinergias, y el CONACYT tiene un programa de alianzas y redes en investigación y desarrollo tecnológico en el ámbito nacional, e incluso internacional.

REDES EN INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO

Cuenta con alrededor de veinte redes, en temas tan im-portantes como el agua, el código de barras de la vida (la genética); de complejidad, ciencia y sociedad; física de al-tas energías, de fuentes de energía, y así otros temas que tienen gran repercusión científica y tecnológica, como el caso de la innovación, las nanociencia y la tecnología, te-mas relevantes.

Así como consideramos que México tiene que establecer sinergias, alianzas para crecer en temas importantes para el país, también es importante que haya grupos que in-

cursionen en temas de importancia internacional, como

nanotecnología, nuevos materiales, nuevas tendencias

de la medicina, alimentos, tecnologías de información,

etcétera, pero reconociendo que todos son importantes:

los temas sociales, los humanísticos, los tecnológicos,

los ingenieriles, y éstos son ejemplos. Tenemos incluso una red que se denomina “Sociedad Civil y Calidad de la Democracia, para dar una idea de los temas que se pueden manejar.

El CONACYT recibe un presupuesto anual, el cual destina a sus proyectos sustantivos: becas -un programa muy conocido- para el país y para el extranjero; remunera-ciones que otorga el Sistema Nacional de Investigadores. Hay otros temas de desarrollo regional, a través de grupos de las propias regiones. El CONACYT se ha acercado a las dependencias fede-rales, como la Secretaría de Educación Pública, la Secretaría de Salud, Secretaría de Desarrollo Económico, me-diante aportaciones conjuntas en igualdad de condiciones, para atender temáticas del sector correspondiente. No que el CONACYT realice. El CONACYT es un aliado con el re-curso y con los mecanismos de valuación, pero quien esta-blece las prioridades son los sectores.

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CONOCIMIENTO16 CONOCIMIENTO 73Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

Los investigadores del Max-Planck-Institut für Kollo-idund Grenzflächenforschung (Instituto Max Planck para la Investigación de Coloides y Superficies Límite) y de la empresa estadounidense Bell Laboratories están aprovechando ahora esta ventaja. Han desarrollado un material activo que sólo toma de la naturaleza el principio básico: un componente rígido y uno suave unidos fija-mente entre sí. Para la parte rígida, los científicos eligieron bastoncillos de silicio mil veces más finos que un cabello humano y de sólo unas pocas milésimas de milímetro de largo. El componente flexible recuerda al gel de los mús-culos vegetales. Está formado por un entramado de fibras de plástico que pueden absorber agua. Los científicos lo denominan hidrogel.

La humedad confiere fuerza a los músculos artificiales. Los nano-bastoncillos que se encuentran inclinados en un hidrogel seco (izquierda), se empinan cuando el agua hace que el gel se hinche. Las garras de la derecha también funcionan según este principio. Ilustración: Instituto Max Planck para la Investigación de Coloides y Superficies Límite.

COMO TALLOS DE CARRIZO EN EL AGUA

Al igual que el gel natural se hincha mucho cuando se llena de agua, los investigadores reparten el hidrogel húmedo sobre una base de vidrio y forman con él una película de pocas milésimas de milímetro de grosor. En el gel insertan bastoncillos de silicio, de manera que queden erguidos en el agua, como tallos de carrizo. A continuación, calien-tan un poco la muestra para que los bastoncillos se unan químicamente al hidrogel y queden anclados fijamente.

Cuando el gel se seca y se retrae, los nano-bastoncillos de silicio se colocan en posición horizontal. De esa manera reducen la distancia entre unos y otros y ceden a la trac-ción del hidrogel que se encoge. Los investigadores han

observado que se forman superficies en las que todos los bastoncillos están

en disposición paralela, de forma parecida a un campo de trigo después de

una lluvia intensa. "Cuando se aplica la película de hidrogel con un grosor

menor, todos los nano-bastoncillos caen en la misma dirección", dice Fratzl.

Los investigadores controlan en una cámara húmeda el contenido de agua del hidrogel y, con ello, el ángulo de caída de los bastoncillos de silicio. Los bastoncillos se vuelven a empinar cada vez que se restablece la humedad de aire original. Esto es muy importante para una aplicación técnica, pues el nuevo material sólo podrá realizar algún trabajo si se puede invertir el movimiento; de lo contrario, sería como una rueda dentada atascada.

Una vez que su primer material activo funcionó, el equipo de investigadores fue un paso más allá del principio natural. Se preguntaron qué es lo que ocurre cuando se doblan los bastoncillos de silicio. Para averiguarlo, formaron una es-pecie de césped de nano-bastoncillos, cuyos tallos estaban unidos fijamente a una placa de silicio. Entre los bastoncillos distribuyeron una capa fina de hidro-gel, de la que sobresalía aproximadamente la mitad de la longitud de los nano-bastoncillos.

Cuando el gel se seca ocurre algo parecido a lo que sucede en una película de agua fina sobre una base plana: para reducir su superficie, el gel forma gotas. Las gotas emergen siempre entre cuatro bastoncillos de silicio. Cuando el gel se seca aún más, las perlas de gel se encogen y doblan los cuatro bastoncillos de silicio acercándolos unos a otros, como si de los dedos de una garra se tratara. Esa garra microscópica también se puede volver a abrir de la misma manera en que se vuelven a empinar los nano-bastoncillos caídos, suspendidos en el gel.

"Los patrones de movimiento tan complejos como éstos no se pueden rea-lizar con los músculos artificiales desarrollados hasta ahora, en los que unas piezas de plástico se mueven mediante campos eléctricos y magnéticos", es-cribieron los investigadores en enero de 2007 en la revista científica Science.

NUEVO COMPUESTO DE FIBRAS

Los investigadores de Golm quieren aprovechar ahora una función totalmente diferente de las células vegetales similares a músculos, que podría ser útil para la construcción de aviones o de bicicletas. Los científicos del Instituto Max Planck construyeron, junto con el Institut für Textil- und Faserforschung (Instituto para la Investigación de los Textiles y las Fibras) de Denkendorf, cerca de Stuttgart, y la Universidad de Friburgo, un nuevo compuesto de fibras más resistente y menos propenso a las roturas que los materiales de ese tipo producidos hasta ahora.

Los compuestos de fibras tienen ya ahora mucho en común con su modelo

vegetal: las fibras rígidas de vidrio, carbono y cerámica están alojadas en un

plástico suave. Las fibras confieren al material su resistencia, y el plástico lo

hace maleable. El resultado es un material ligero y, al mismo tiempo, resis-

tente. El nuevo Boeing 787, por ejemplo, se construye con un compuesto de

fibras de carbono de este tipo.

Inspirado por la naturaleza: Peter Fratzl explica el funcionamiento de las máquinas vegetales y por qué los biomateriales son tan estables, y construye nuevos materiales según estos principios. Ilustración: Instituto Max Planck para la Investigación de Coloides y Superficies Límite.

OPCIONES DE POSGRADO

El padrón nacional de posgrados está clasificado en cuatro opciones:

1.- De reciente creación. No tiene egresados todavía, pero cuenta con buena estructura, buen profesorado; tienen publicaciones…

2.- Posgrados en desarrollo, que ya pasaron a la si-guiente etapa, se están fortaleciendo.

3.- Posgrados consolidados.

4.- Posgrados de competencia internacional, y desde luego desearíamos que todos los posgrados en nuestro país fueran de competencia internacional, no sólo porque nos permita sostener relaciones muy fuertes en el extran-jero, sino porque también es una buena opción para nue-stro país de convertirse en un mercado importante para que vengan estudiantes de otros países.

SISTEMA NACIONAL DE INVESTIGADORES

Otro indicador que quisiera mencionar respecto de lo que se hace en el CONACYT para apuntalar la formación de re-cursos humanos es el Sistema Nacional de Investigadores (SNI). En la actualidad tenemos poco más de 17 mil miem-bros del SNI.

Hay cuatro niveles para este tipo de investigadores:

1.- Candidato. Generalmente se trata de personas que acaban de obtener el doctorado, acaban de regresar del doctorado y tienen sus primeras publicaciones. Consti-

tuyen el 19 por ciento de los miembros del SNI.

2.- Nivel I. Se trata de investigadores jóvenes, que se están estableciendo como tales y que van cubriendo los

requisitos para ser aceptados en este nivel. Constituyen

el 54 por ciento.

3.- Nivel II. Constituyen el 18 por ciento.

4.- Nivel III. Constituyen el 9 por ciento.

INCENTIVO ECONÓMICO

Esto tiene que ver con la remuneración. Hay un incentivo económico que se les otorga. A los candidatos, el equiva-lente a cuatro salarios mínimos; a los de nivel I, siete sala-rios mínimos; a los de nivel II, nueve, y a los de nivel III, 14 salarios mínimos. Es un incentivo interesante, porque puede complementar el salario de un investigador. Nuevo León ha incrementado su presencia nacional en este as-pecto, y en la actualidad tiene 609 investigadores en el SNI.

Quisiera dejar unas reflexiones. El tema de ciencia y

tecnología no siempre es muy reconocido por la socie-

dad, porque se trata de indicadores de mediano y largo

plazo. A veces, decir que el Estado de Nuevo León creció

–por ejemplo- de 500 miembros del SNI a 609, podría no

ser tomado muy en cuenta. Pero, para que un individuo ingrese al SNI, un primer requisito es que tenga doctorado, y fácilmente le lleva unos cinco años el establecer su línea de investigación: en lo que regresa, en lo que empieza a buscar financiamiento para proyectos, en lo que empieza a fortalecer su infraestructura para su investigación; en lo que empieza a formar otros recursos humanos, y que le cuenten para esta clasificación, vemos que es un ejercicio largo. Formar a alguien con maestría tarda de dos a tres años; a un doctor, de tres a cuatro años. Ya vemos, pues, que los indicadores son a mediano y largo plazo.

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CONOCIMIENTO72 CONOCIMIENTO 17Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

UNA MARAÑA RESISTENTE

Pero su peso reducido conlleva tam-bién una desventaja: los compues-tos de fibras vibran con facilidad. Las vibraciones no sólo producen ruido. "Son veneno para un mate-rial", dice Markus Milwich, cientí-fico del Instituto de Investigación de Textiles de Denkendorf. "Las vi-braciones hacen que el material se vuelva poroso a largo plazo, hasta que en algún momento se rompe", explica el ingeniero.

A pesar de que las células de madera tienen una estructura simi-lar a la de los compuestos de fibras, los árboles soportan fuertes tor-mentas y no se rompen fácilmente. "Las células de las plantas usan

un truco para permanecer resis-

tentes", explica Ingo Burgert.

Los hilos de hemicelulosa de

la esponja suave están unidos fija-

mente a los cordones de celulosa.

Hay hilos cortos y largos, que en-

tran en la esponja hasta profun-

didades distintas. Por tanto, la

maraña de fibras de hemicelulosa

se vuelve cada vez menos densa, a

medida que aumenta la distancia.

De esa forma, la rigidez de las fibras de celulosa se transforma paulatinamente en la flexibilidad de la esponja que las rodea. El tronco sólo se rompe cuando se ha roto una cantidad sumamente grande de esas fibras microscópicas.

En el Instituto para la Investi-gación de los Textiles y las Fibras, los ingenieros han imitado el prin-cipio natural mediante nanopartícu-las de óxido de silicio. Sumergen fibras de vidrio en una solución de nanopartículas antes de empotrar-las en resina sintética. Las nano-partículas se adhieren a las fibras,

formando una capa fina. "La envoltura de nanopartículas es más blanda que las fibras de vidrio, pero más rígida que la resina", dice Milwich.

Al igual que en las plantas, existe entonces una transición entre rígido y flexible.Los científicos probaron el nuevo material y quedaron sorprendidos: las nanopartículas no sólo confieren mayor

elasticidad al material de fibras de vidrio, sino que hacen también que los bastoncillos de prueba vibren menos.

"Ahora intentaremos acercarnos aún más al modelo natural". Quieren empacar las fibras de vidrio en varias envolturas de nanopartículas cuya rigidez decrezca hacia afuera, para

obtener una transición paulatina de las fibras a la resina. Los investigadores esperan que el material atenúe mejor las vibraciones.

Si tuvieran éxito, la utilización de compuestos de fibras podría llegar a ser mucho más económica, dice Milwich. "En la construcción de aviones, las vibraciones se atenúan mediante láminas adicionales", continúa diciendo el inge-

niero. "Si el propio compuesto suprimiera las vibraciones, esto ya no sería necesario".Así, los ingenieros vuelven a descubrir la madera no sólo como material, sino sobre todo como fuente de ideas.

VIGENTES 31,053 BECAS

EN MÉXICO Y EN EL EXTRANJERO

En este primer eje que comentamos, yo diría, con cifras de fines del año pasado, que estaban vigentes 31 mil 53 becas de posgrado, entre nacionales y en el extranjero –porque recordemos que el CONACYT otorga becas nacionales y para el extranjero; de estas 31 mil 53 becas, el 91.1 por ciento eran en instituciones nacionales, y 8.9 por ciento son becas para el extranjero.

Ahora, si nos vamos por nivel de estudios: especiali-dad, maestría, doctorado, de estas 31 mil 53 becas, el 39.6 por ciento son para doctorado; 58.7 por ciento, para maes-tría; 1.4 por ciento para especialidad, y .3 por ciento, para otros.

De las becas al extranjero, la distribución se presenta de esta manera: en Europa, el 62.5 por ciento; Estados Uni-dos y Canadá, 32 por ciento; Oceanía, 2.8 por ciento; Asia, 1.7 por ciento, y América Latina, uno por ciento; si se quie-

re saber de cifras absolutas, diría que de dos mil 762

becarios en el extranjero, son mil 726 en Europa, 884 en

Estados Unidos y Canadá, 76 en Oceanía, 48 en Asia y

28 en América Latina. Ahora bien, ¿cómo operan las becas nacionales? Lo que el CONACYT hace en coordinación con la SEP, es evaluar los posgrados que así lo requieren, y una vez que se acreditan como posgrados de excelencia, el CONACYT deja la prerrogativa a la institución de seleccio-nar a sus becarios, partiendo del hecho de que el posgrado ya fue evaluado en términos de varios factores; entre ellos, su profesorado, su infraestructura, sus vinculaciones, sus alianzas. Hay una serie de posgrados que se deben anali-zar para que un posgrado se considere de excelencia, pero una vez que esto se logra, se deja la prerrogativa, insisto, a esa institución, de seleccionar a sus becarios.

Los apoyos del CONACYT tienen dos premisas: tienen que ser por convocatoria, por concurso necesariamente, o por evaluación de pares. Y es que el CONACYT se apoya en grupos de expertos calificados para este efecto. Para que se otorgue un apoyo, debe ser por evaluación de pares y debe ser también por concurso. Esto se aplica también para las becas.

TRES VECES MÁS CARAS

LAS BECAS AL EXTRANJERO

Las becas que se otorgan para el extranjero son hasta tres veces más caras que las becas que se otorgan para el país; pero es entendible que hay que otorgas becas para el ex-tranjero, porque hay áreas del conocimiento que quizá es-tán más fortalecidas en otra instancia, y México se benefi-cia formando recursos humanos; pero también el becario que aspira a una beca para el extranjero, debe, entre otros requisitos, justificar por qué se quiere ir al extranjero, y primero tiene que dejar claro ante los comités que conoce que hay un padrón nacional y que, aun conociéndolo y analizándolo, no encuentra el posgrado que quiere hacer en el extranjero.

En los casos de becas para el extranjero, el proceso

de evaluación sí lo llevan a cabo comités de expertos

establecidos por el CONACYT. Un punto muy impor-

tante es también el establecer cómo ese becario va a

contribuir a su entorno cuando se reintegre al país.

En este sentido, el CONACYT promueve dos aspectos im-portantes:

1.- Que el individuo pueda tener experiencia práctica antes de irse al posgrado. Sería deseable que, al egresar de licenciatura, tenga alguna experiencia en alguna empresa, en alguna instancia, y después continuar con el posgrado.

2.- Que la persona que se va a ir al extranjero tenga muy claro, muy preciso, que la línea de investigación que va a realizar sea congruente con el entorno al cual va a re-gresar, de tal manera que no solamente sea del interés de la institución receptora, sino que sea también de beneficio para nuestro país cuando este individuo se forme en áreas prioritarias.

De los países a que se van nuestros becarios, el orden descendente es el siguiente: Gran Bretaña, Estados Unidos, España, Alemania, Canadá, Francia, Holanda, Australia, Japón y Argentina. Hay otros 22 países.

Decía que en el país tenemos 1,304 posgrados acredi-tados por la SEP y el CONACYT en el Programa Nacional de Posgrados de Calidad, y por tanto, el individuo que sea aceptado en estos posgrados es elegible para una beca na-cional.

En el año dos mil había 405 posgrados; ahora hay 1,304. Se han ido fortaleciendo los aspectos necesarios para tener un posgrado de calidad, y es bueno que el país cuente con esta presencia.

En el país hay 1,304 posgrados en los siguientes

niveles:

Doctorados 396

Maestrías 742

Especialidades 166

Es importante mencionar que los posgrados del padrón de calidad tienen diferentes modalidades. Anteriormente, en el caso de instituciones con posgrados en ciernes no podían dar el dato respecto de eficiencia terminal.

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CONOCIMIENTO18 CONOCIMIENTO 71Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

Una pieza del rompecabezas está llena de herrumbre, de polvo y empotrada en un stand plástico de ácido amarillento. Las otras piezas del rompecabezas están

empacadas en tres docenas de tubitos llenos de una sus-tancia rojiza, y adornados con fórmulas químicas, indica-ciones de medidas y crípticas combinaciones de números. Se requieren los servicios de un experto para decodificar las descripciones garrapateadas en los tubos con un grue-so marcador.

Peter Heidebrecht toma una de las piezas del rompe-cabezas. Sostiene el tubo contra la luz, y lo agita suave-mente. El sucio residuo rojizo se levanta en una nube de polvo. “Esta sustancia es una de las muchas opciones que investigamos actualmente”, dice el ingeniero de proce-sos. “Pero esta variedad es la que vuelve emocionante el proyecto”.

PROBIO

El proyecto recibe el nombre de ProBio, y lo único que los investigadores saben sobre el particular es el tipo

electricidadLimpia, eficiente y confiable, así es como debería ser la energía del futuro. Un ejemplo de esto es la corriente eléctrica generada por células de carburante, alimentadas con biomasa. Los investigadores del Instituto Max Planck para la Dinámica de Sistemas Técnicos Complejos, del Instituto Fraunhofer para la Operación Fabril y la Automatización IFF, y el Instituto Fraunhofer para Tecnologías Cerámicas y Sistemas IKTS, están allanando el camino de la granja al terreno eléctrico

Alexander Stirn

a partir de la biomasa

FORTALECIMIENTO DE CAPACIDADES

Otro tema que también debe ser atendido dentro del PECI-TI, es el relativo a tener una mayor inversión en infraes-tructura; tenemos que fortalecer las capacidades cientí-ficas y tecnológicas en las entidades; que no solamente ciertos laboratorios o centros de investigación tengan grandes equipos analíticos, experimentales, sino que en todos los estados tengamos una infraestructura fortaleci-da, que permita a esos recursos humanos que formamos, tener los elementos para llevar a cabo su investigación, sus experimentos.

Este tema también ha sido atendido por el CONACYT, a través de varias convocatorias. Casi todas éstas permiten al investigador, una vez que se aprueba su propuesta, solicitar algún tipo de equipamiento, lo cual se va forta-leciendo; pero incluso ha habido convocatorias específi-

cas para la infraestructura, que se llaman Laboratorios

Nacionales. Y Nuevo León vuelve a estar presente en

este rubro, con una buena presencia en acceso a recur-

sos para este tipo de infraestructura en las instituciones

del Estado. Es un cuarto punto. Y un quinto punto entre estos objetivos del PECITI es

el evaluar la aplicación de los recursos. El CONACYT esta-blece sus esquemas de evaluación. Esta inversión que se realiza en ciencia y tecnología, ¿cómo ha beneficiado fi-nalmente a la sociedad? ¿En qué se ha beneficiado, de qué manera y qué sigue para poder fomentar más la inversión en la ciencia y la tecnología?

De esta forma, he descrito muy rápidamente lo que el CONACYT debe hacer, desde su papel que tiene como

instancia que debe conducir la Agenda Nacional de Ciencia y Tecnología para atender lo que le marca su programa especial de ciencia, tecnología e innovación.

Quisiera resaltar que, cumplir los objetivos que acabo de mencionar, sólo se puede lograr mediante las sinergias, alianzas con las entidades federativas y con los repre-sentantes en los estados de esta política de ciencia y tec-nología.

El CONACYT necesita atender continuamente, estar

en contacto con las instituciones académicas, guberna-

mentales, no gubernamentales, sociedad en general, en

cada entidad, para poder garantizar que estos recursos

lleguen a los usuarios.

CIENCIA, TECNOLOGÍA E INNOVACIÓN

Para ir atendiendo estos grandes temas que comentaba, estos cinco ejes, el CONACYT establece un plan de tra-bajo, y lo divide en grandes grupos. En este caso abundaré sobre tres de ellos. Sería lo que llamaríamos Formación y Consolidación de Capital Humano para el Desarrollo en Ciencia, Tecnología e Innovación. Quisiera abundar en el término Innovación, porque insistía, al principio, que la

ciencia es valiosísima, importante; la tecnología acom-

paña a la ciencia necesariamente, y es deseable que es-

tos dos elementos lleguen finalmente al usuario a través

de la innovación. Para formar recursos humanos, también debemos tomar en cuenta estos tres elementos de cómo un individuo debería ser capacitado y cómo debería volver a su entorno, a su país.

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CONOCIMIENTO70 CONOCIMIENTO 19Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

de imagen que debería ofrecer el rompecabezas una vez completo. Heidebrecht y sus colegas investigadores del

Instituto Max Planck para la Dinámica de Sistemas Téc-

nicos Complejos, en Magdeburg, le han dedicado tres

años de trabajo. Su objetivo es descubrir un método para generar energía a partir de biomasa, tan eficiente como sea posible.

Sin embargo, lo que sigue siendo un gran reto para los investigadores consiste en determinar cómo deberían verse, en lo individual, cada una de las piezas del rompe-cabezas, y, particularmente, cómo deben embonar unas con otras. La composición del polvo rojizo que está lla-mado a ser una sustancia importante para dotar de poder al dispositivo eléctrico es apenas una pequeña parte de un rompecabezas mucho más grande.

No hay duda de que la biomasa jugará un importante

papel en el futuro. De hecho, la biomasa representa en

la actualidad el siete por ciento del consumo total de

energía en Alemania –por mucho, la parte más impor-tante de todos los tipos de energía renovable. El gobierno alemán tiene la meta de enfrentar, para el año 2020, el 18 por ciento de la demanda de energía por medio de fuentes renovables.

“Así pues, el reto de convertir la biomasa en electri-cidad es sumamente importante en estos días, y signifi-cativo para el futuro”, dice Kai Sundmacher, director del instituto ubicado en Magdeburg, y vocero de ProBio, un proyecto conjunto de la Sociedad Max Planck y de Fraun-hofer-Gesellschaft. “Aun cuando la biomasa no es la única solución para el suministro de energía en el futuro, cierta-mente puede aportar una contribución sustancial”.

PROCESO DE LA BIOMASA

Empero, hay muchas formas de dar poder al dispositivo eléctrico. La biomasa puede ser quemada, fermentada o gasificada. Los productos resultantes pueden ser utiliza-dos para operar turbinas de vapor, motores de gas o pi-las de combustible. Cada variante tiene sus ventajas y sus desventajas. Muchos de los métodos han sido bien estu-diados, mientras que otros, tecnológicamente hablando, son aún territorio virgen.

Es el caso de las pilas de combustible en el corazón del proyecto ProBio. Las pilas de combustible son pequeñas

plantas de energía que convierten de manera directa la

energía química almacenada en gas, para producir ener-

gía eléctrica. “De todos los convertidores de energía a nuestra disposición”, dice Peter Heidebrecht, “las pilas de combustible son las que nos ofrecen el más alto nivel de eficiencia”. Hasta la fecha, dichas pilas son alimenta-das principalmente con gas natural, metanol o hidrógeno puro. En principio, sin embargo, no hay razón por la cual no puedan ser alimentadas con gas limpio de la biomasa –siempre y cuando puedan embonarse las debidas piezas del rompecabezas.

PILAS DE COMBUSTIBLE INCREMENTAN

EL RENDIMIENTO ELÉCTRICO

Por otra parte, hay que decir que, cuando se trata del manejo de la biomasa, los investigadores de Max Planck

no están tomando precisamente el camino más fácil. “El potencial de la com-bustión simple ha sido agotado”, dice Peter Heidebrecht. La combustión quema materiales biológicos sin refinar, y el calor liberado se aprovecha para generar electricidad. “Este proceso”, afirma Heidebrecht, “tiene límites superiores es-tablecidos por las leyes de la termodinámica, y, no importa los trucos que se pretendan usar, no se pueden cambiar”.

La fermentación –el proceso por el cual los microorganismos descomponen la biomasa en un ambiente libre de oxígeno y la convierten en gas- también tiene sus inconvenientes: los materiales no refinados, tales como la madera y la paja, contienen un elevado porcentaje de una sustancia llamada lignocelulosa. Las bacterias no saben a ciencia cierta qué hacer con ella. Es difícil de digerir, y por lo tanto no desciende muy bien. Lo que es más, se trata de un proceso lento, y no hay nada que se pueda hacer en este particular. “Simple y sencillamente, la biología no se puede acelerar de acuerdo a las necesidades de uno”, sostiene Heidebrecht.

De manera que la gasificación es la única opción que nos queda. Esto supone la conversión de la biomasa a elevada temperatura en un gas parcialmente que-mado. El gas contiene muchos elementos de gran energía, tales como hidróge-

no, monóxido de carbono e hidrocarbonos de cadena corta. Esto lo hace muy

apropiado para la generación de electricidad –por lo menos en teoría.

Control total: André Herrmann, del Fraunhofer IFF, controla la cama gasificadora de fluidos, la columna del fondo, envuelta en brillante aluminio metálico.

Detalle del gasificador, con sensores de temperatura.

Experimento en marcha: Sascha Thomas utiliza el experimento modelo para demostrar el principio de producción de gas a partir de biomasa. El objetivo es utilizar el gas para operar una pila de combustible.

Fotos: Dirk

Mahler for

Fraunho-fer,

Peter Förster

for Fraunho-

fer.

Los aspectos que he delineado dentro de este primer objetivo, ya se atienden afortunadamente. De hecho, ya hay consejos estatales en todo el país; el más reciente, ins-talado hace poco más de un año, fue el del Estado de Oa-xaca.

NUEVO LEÓN, CASO SUI GÉNERIS

El caso de Nuevo León es sui géneris. Nuevo León tiene dos instancias: tenemos el Instituto de Innovación y Transfe-rencia de Tecnología y la Coordinación de Ciencia y Tec-nología: pero, en la mayoría de los estados tenemos una sola instancia, que es el Consejo Estatal de Ciencia y Tec-nología. Asimismo, en los estados se cuenta ya con leyes de Ciencia y Tecnología; tenemos también Fondos Mixtos, que son una fuente de financiamiento y constituyen una alianza entre el CONACYT y los gobiernos de los estados. Es más, no sólo hay 32 Fondos Mixtos, que serían uno por cada entidad. Hay 34 Fondos Mixtos, porque dos son mu-nicipales: los de Ciudad Juárez y de Puebla, ambos en el Estado de Chihuahua.

Otro tema que atender dentro del PECITI es la des-

centralización de las actividades de ciencia y tecnología,

con el fin de contribuir al desarrollo regional. Este tema es de gran importancia por lo siguiente: el maestro Juan Carlos Romero Hicks (director general del CONACYT), muy repetidamente, en sus intervenciones, invita a la comuni-dad, y al propio CONACYT, desde su trinchera, a tratar de reducir las asimetrías.

17 MIL CIENTÍFICOS EN EL SNI;

609 SON DE NUEVO LEÓN

Sabemos que, si bien en México tenemos un buen número de investigadores y tenemos empresas que ya le apuestan al desarrollo tecnológico, estos indicadores varían. Tradi-cionalmente, muchos investigadores se concentraban en la zona metropolitana del Distrito Federal. Afortunadamente y para bien de todos, vemos ahora que los estados, cada

día mejoran más sus indicadores. Simplemente, men-

cionemos que de más de 17 mil científicos que integran

el Sistema Nacional de Investigadores, 609 correspon-

den a Nuevo León.

Otro indicador que destacaría es el de los posgrados de excelencia. Se estima que en México se ofrecen poco más de cinco mil posgrados –especializaciones, maestrías, doctorados. No todos están acreditados en el padrón de la SEP y del CONACYT. Después del proceso de evaluación, los que están acreditados son poco más de mil 300. De

esos pocos más de mil 300, Nuevo León tiene 94. Enton-

ces, Nuevo León tiene buena presencia en este tema de la

descentralización, pero tenemos que ir más allá todavía, para reducir más las asimetrías que actualmente tenemos en los ámbitos nacional y regional.

MAYOR FINANCIAMIENTO

A CIENCIA Y TENOLOGÍA

Otro tema de importancia dentro del PECITI, es fomentar un mayor financiamiento para la ciencia y la tecnología. Si nos preguntamos en este momento cuál debería ser el financiamiento para ciencia y tecnología en nuestro país,

ya hay una Ley de Ciencia y Tecnología, que se modificó incluso en 2002, donde se establece que la inversión para ciencia y tecnología debe ser al menos del uno por ciento del Producto Interno Bruto. El problema es que, de momento, no lo hemos alcanzado. Estamos en poco menos del 0.5 del PIB.

Aquí hay que reconocer algo: que para alcanzar ese uno por ciento, aunque la ley ya lo establece, el siguiente reto es de dónde va a venir el recurso que nos permita alcanzar la cifra establecida. Este recurso no podrá ser sólo dinero gu-bernamental: federal, estatal o municipal. Para lograr esta cifra, este valor de

inversión en la ciencia y la tecnología, tendrá que haber concurrencia de otras

fuentes, como el sector privado, por ejemplo, y otras organizaciones.

Esto no es privativo de nuestro país; es una práctica de carácter internacio-nal. Si se analiza el caso de Estados Unidos y de otros países con gran desarrollo tecnológico, una gran parte de la inversión en ciencia y tecnología viene del sec-tor privado; porque es un ganar ganar; el invertir en ciencia y tecnología no so-lamente es generar conocimiento, con lo valioso que es; sino además es generar productos tangibles, y entre ellos están los recursos humanos; la formación de gente especializada, capacitada, que ayude a detonar la economía del país.

Este tercer punto que estoy tocando es cómo lograr un mayor financiamiento para la ciencia y la tecnología, y en este caso, Nuevo León vuelve a tener una gran participación, entre otros esquemas, uno de los cuales es el Fondo Mixto. De

manera cualitativa, les digo que también el Estado le ha apostado a la ciencia

y la tecnología.

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CONOCIMIENTO20 CONOCIMIENTO 69Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

GASIFICADOR DE FLUIDOS

Sascha Thomas abre una caldera provista de una abertura metálica circular, que le da el aspecto del brillante mofle de un camión americano. Thomas, un in-geniero de procesos, es el coordinador del proyecto ProBio en el Fraunhofer IFF, ubicado en la ribera del Elba, a tiro de piedra del Max Planck Institute. La caldera con aspecto de escape contiene lo que es conocido como gasificador de fluidos –corazón de la generación de gas para el proyecto ProBio.

El agente de la gasificación, el vapor por ejemplo, es alimentado en el aparato por la parte inferior. Se encuentra con un estrato de arena, cuyas partículas son exactamente del tamaño ideal para que el gas las mantenga suspendidas y fluidas en el aire. “Esto nos garantiza”, dice Thomas, “temperaturas y concentra-ciones uniformes en la zona de reacción; y es ahí donde se introduce la biomasa, por medio de una banda transportadora espiral. La banda transportadora es enfriada por medio de agua, en tanto que se pretende que el combustible se descomponga en la zona de reacción –que se calienta a una temperatura de entre 800 y 850 grados Celsius- y no antes de llegar ahí.

LA DIVERSIDAD DE LA BIOMASA

COMPLICA LAS COSAS

Tuberías aisladas, con un brillo plateado, conducen el gas producido por el combustible a un equipamiento de análisis en el laboratorio Fraunhofer. Los investigadores pretenden que, en una futura planta de energía ProBio, el gas se mueva directamente a las celdas de combustible, después de que haya pasado por varios procesos de limpieza. Entonces, todo será más grande también. Un gasificador de fluidos, para una planta de varios megawatts de potencia, deberá tener un metro de diámetro, en tanto que la pipa en el laboratorio de Magde-burg mide apenas cinco centímetros de ancho. “Esta escala”, dice Thomas, “es suficiente para permitirnos estudiar la conversión de la biomasa en la cama de fluidos; pero la cantidad de gas producido por el combustible sería insuficiente para una planta piloto”.

En realidad, la gasificación en la cama de fluidos no es una idea nueva. Se remonta a la década de 1920, cuando se usó con el fin de extraer gas syntesis (syngas) del carbón. Sin embargo, muy pronto la industria del petróleo hizo su-perfluo este proceso. Pese a todo, el carbón tiene una importante ventaja sobre los desperdicios biológicos: su componente principal es siempre el mismo: car-bón. “Sin embargo, un tipo de biomasa no es igual que otro”, dice Thomas.

Recipientes de vidrio con viruta de madera, paja de colza, biomasa de coque y jatropha, un miembro de la familia de plantas spurge, y popular fuente de biomasa en Asia se encuentran junto a la gasificadora de fluidos.

En el rompecabezas que es ProBio, cada sustancia ha sido ampliamente estu-diada, con varios agentes de gasificación, a temperaturas diferentes y por dife-rentes tiempos de residencia en la cama de fluidos. En cada ocasión cambiaba la composición del gas. Incluso la estación del año, la edad de la madera y la forma en que se almacena afecta la calidad del gas. “La biomasa no es simplemente

una sustancia pura”, dice Kai Sundmacher; “es una compleja mezcla com-

puesta, y eso es parte de lo que hace tan interesante nuestro proyecto”.

Idealmente, el gas que escapa de la caldera de Thomas es incoloro y, por lo tanto, libre de impurezas. Sin embargo, tiene por lo general un matiz amarillo, lo que indica que contiene alquitrán, polvo y compuestos de halógeno y sulfuro, todo lo cual desagrada a las células –esos elementos contaminan sus electrodos, y deben, por lo tanto, ser removidos del gas.

Por lo general, esto se hace lavando los sistemas, en los cuales se lanzan chorros de agua al gas, y pronto lo reducen a la temperatura de la habitación, al tiempo que eliminan los contaminantes. Lo que queda es gas frío y agua tibia. “El problema con el gas frío”, dice Peter Heidebrecht, “es que tiene que ser recalen-tado a 800 grados Celsius para los pasos siguientes”.

COMPLEJOS PROCESOS

Así pues, los científicos de ProBio pensaron en otro método para sus procesos:

pasan el gas a través de una cama repleta de cuentas de cerámica, a las cuales se adhieren las partículas de polvo. “La forma en que trabaja es parecida a las aguas subte-rráneas, que pasan por diferentes estratos de arena, y que-dan purificadas en el proceso”, explica Sascha Thomas. Los estratos catalíticamente activos convierten de manera simultánea los indeseados compuestos de alquitrán en combustible adicional al gas, con lo que se incrementa el contenido de energía del gas. Finalmente, se remueven alógenos y sulfuro con óxidos de metal. Éstos reaccionan con los compuestos tóxicos y temperaturas muy eleva-das.

Lo que queda es un gas que contiene hidrógeno lim-pio, pero también grandes cantidades de monóxido de carbono. Esto puede ser bueno o malo, según el tipo de celda de combustible que esté alimentando el gas: pilas

de combustible de altas temperaturas, tales como pilas

de óxido sólido (SOFC) son poderosos convertidores

de energía, que pueden utilizar cualquier combustible.

Tienen un electrolito cerámico, funcionan a unos 800

grados Celsius, e incluso pueden generar electricidad

del monóxido de carbono. Trabajan mejor bajo un peso constante, y no reaccionan bien ante cambios repentinos en la demanda de energía.

ALIMENTO PARA MUY DIFERENTES

PILAS DE COMBUSTIBLE

“Las temperaturas de las pilas deben mantenerse dentro de un cierto rango”, explica Peter Heidebrecht. “Cual-quier cambio en la carga altera el perfil de la temperatura y puede dañar las pilas”. Lo que es más, las pilas de com-bustible de altas temperaturas que son objeto de estudio en el Fraunhofer IKTS, en Dresde, necesitan varias horas al día para alcanzar la temperatura de funcionamiento, de acuerdo con su tamaño.

Las cosas son diferentes con las pilas de baja tem-peratura, conocidas como pilas PEM (polymer electrolyte membrane). Estas pilas son flexibles pero sensitivas. Su electrolito consiste en una membrana de polímero, lo que quiere decir que pueden soportar temperaturas de alrede-dor de 80 grados Celsius. Sin embargo, en caso de necesi-dad, el poder de producción de la pila puede ser adaptado a la demanda cambiante de electricidad, con una hora o hasta con un minuto de anticipación.

Examen de muestras: en este reactor. Liisa Rihko-Struckmann examina qué tan eficientemente varias mezclas, con una base de óxido de hierro, vuelven inocuo el monóxido de carbono en los productos de la gasificación. Foto: Bastian Ehl.

otorga el conacYT más de 150 mil

becas en 40 años de existencia

Para maestría y doctorado en el país y el extranjero

Óscar Vázquez

Doctor Óscar VázquezDirector Regional Noreste

de Desarrollo, con su visión 2030, de la actual adminis-

tración, la cual considera diez objetivos. El CONACYT se circunscribe a uno de ellos, en el cual se lee textualmente: “Tener una economía competitiva, que ofrezca bienes y servicios de calidad a precios accesibles.

OBJETIVOS SECTORIALES

Éste es uno de los diez grandes objetivos del Programa Nacional de Desarrollo. Después, el CONACYT tiene que atender también su Programa Especial de Ciencia, Tec-nología e Innovación, que, por sus siglas, es el PECITI, que se maneja en un contexto de 2007 a 2012, donde se de-berán aplicar cinco objetivos sectoriales. Uno de ellos es la política de Estado, tendiente a articular un marco que fomente la aplicación de la ciencia y la tecnología; esto es, que haya consejos de Ciencia y Tecnología, que haya leyes de Ciencia y Tecnología en cada entidad; que también haya un Fondo Mixto en cada entidad, y que preferentemente haya una inversión de los gobiernos de los estados en ciencia y tecnología, además del recurso federal.

el pasado mes de diciembre, el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología cumplió 40 años. Es una insti-tución que ha venido dando importantes aportaciones

al desarrollo científico y tecnológico del país en varios as-pectos.

Uno de los temas por los cuales el CONACYT es

más identificado es seguramente por la formación de

recursos humanos, y es de mencionarse que a lo largo

de estos 40 años, ha otorgado más de 150 mil becas de

maestría, especialización y doctorado, y que muchas grandes personalidades que actualmente incursionan en la vida social, política, económica y científica del país, han sido becarios de la institución. Así, el CONACYT ha hecho una importante aportación al desarrollo del país, y por lo tanto le compete la conducción de la Agencia Nacional de Ciencia, Tecnología e Innovación.

En la actualidad, el CONACYT no solamente promueve la ciencia básica, ya que es fundamental el generar cono-cimiento de frontera, el competir en el ámbito internacio-nal; sino que también reconoce el valor que tiene el trans-ferir a la sociedad, en la forma de bienes y servicios, los resultados que se generan día a día en los laboratorios, en las aulas.

VINCULACIÓN

Normalmente, son las empresas las que hacen esa labor; por eso requerimos que haya esa sinergia entre academia y empresas –lo que denominamos vinculación- para poder finalmente llegar a la sociedad, en términos económico-so-ciales, para que La inversión que se da en el país en ciencia y tecnología, se haga evidente en productos tangibles.

En el CONACYT, los diferentes programas que mane-

ja tienen que ser enmarcados en el Programa Nacional

Doctor Óscar Vázquez

Director Regional Noreste

Cumple a cabalidad su función de hacer importantes aportaciones al desarrollo científico y tecnológico de México

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CONOCIMIENTO68 CONOCIMIENTO 21Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

Sin embargo, esta flexibilidad tiene un costo: las pilas

de combustible de baja temperatura son casi comple-

tamente incapaces de manejar monóxido de carbono.

Cualquier concentración de más de 0.01 partes por mil

es altamente nociva para la pila, y es causa de que la

generación de energía caiga en picada.

Los ingenieros de procesos en Magdeburg fueron au-xiliados en su investigación, de manera circunstancial, por la pieza correcta del rompecabezas de la pila de combus-tible y un sucio polvo rojizo. “Lo que nosotros queríamos realmente era sólo remover el monóxido de carbono de la combustión del gas”, recuerda Peter Heidebrecht. El flujo del gas puede contener hasta 20 por ciento de la sustancia que o es tóxica o inútil, de acuerdo con el tipo de pila de combustible.

Los investigadores pretendieron controlar esta situa-ción con óxido de hierro sucio, rojizo, -orín básicamente: cuando el gas, a 800 grados de temperatura, flota sobre un polvo de óxido de esta clase, el polvo libera algunos de los átomos de oxígeno que sus ventanas contienen y los pasan al monóxido de carbono. Así, se forma dióxido de carbono, que es inocuo incluso para una pila de com-bustible de baja temperatura. El problema radica en que, hagan lo que hagan los científicos, el gas conserva grandes cantidades de monóxido de carbono; demasiado para una pila de combustible PEM. Lo que es más, el óxido de hierro también convierte el muy necesario hidrógeno en agua inú-til.

Sin embargo, gracias a un diferente tipo de fuerza, el polvo demostró ser de mucha utilidad. Una vez que las celosías del polvo han mudado sus átomos de oxígeno, trata de manera intensa de reemplazarlos. El vapor es una de las cosas que se los puede proveer. Cuando el vapor entra en contacto con el agotado óxido de hierro, el polvo demanda oxígeno a las moléculas de agua. Lo que queda es hidrógeno puro –ideal para una pila de combustible de baja temperatura.

SE BUSCA UNA SUSTANCIA DURABLE

PARA LA LIMPIEZA DEL GAS

“Cuando vimos eso, nos dimos cuenta de que este método resultaría maravilloso para la separación del gas”, recuer-da Peter Heidebrecht. En la etapa inicial, cuando el gas en combustión se expande sobre el óxido de hierro, la mezcla que queda es algo con lo cual las pilas de combustible de alta temperatura pueden convivir muy bien. El segundo paso, cuando es inundado con vapor, produce el hidróge-no virtualmente puro para las pilas de baja temperatura.

A estas alturas, queda todavía mucho por hacer. “Si usamos el óxido de hierro solo, el intercambio de oxígeno impacta de manera importante sobre el material, y la can-tidad de hidrógeno que obtenemos de él disminuye rápi-damente”, asevera Liisa Rihko-Struckmann, coordinadora, junto con Peter Heidebrecht, del proyecto ProBio en el Ins-tituto Max Planck.

Ésta es una de las razones por las cuales muchas dife-rentes muestras de polvo en el ácido amarillento se en-cuentran en las salas del laboratorio de Magdeburg. Mu-chas no contienen otra cosa que partículas del óxido de

hierro rojizo, que miden entre uno y cinco décimos de milímetro, mientras que otras han sido adicionadas con óxido de aluminio u óxido de silicón, aunque el aditivo más común es el óxido de cerio-zirconio.

Los investigadores calientan cada muestra a una temperatura de 800 grados Celsius en una de las calderas del laboratorio, y entonces la prueban con un gas cuidadosamente mezclado. “Actualmente, estamos teniendo un

particular cuidado de que los mate-

riales sean estables y puedan ser uti-

lizados por un largo período”, dice

Liisa Rihko-Struckmann. Los polvos

deben ser capaces de soportar unos

mil ciclos de gas y vapor.

A las muestras que arrojan un re-sultado positivo en el laboratorio, se les da la oportunidad de comprobar su valía en el laboratorio de la planta pi-loto, un cubo gris en el extremo norte del Instituto Max Planck. Es aquí donde

los ingenieros han construido un aparato de pruebas, una pipa de acero que se puede calentar y que llenan con aproximadamente 20 centímetros de la mezcla de óxido de hierro. En lugar de los 250 miligramos utilizados en el laboratorio, los investigadores necesi-tan aquí cien gramos de la sustancia.

“En la actualidad –dice Liisa Rihko-Struckmann- trabajamos en obtener partículas más grandes de nuestro muy fino polvo, a fin de que el gas las pueda bañar”. Más tarde, los inge-nieros de procesos tratan de estudiar la forma en que el gas se extiende en el polvo; cómo hacer uso óptimo del oxígeno en el polvo de óxido y cómo deben ser adaptados los tiempos en-tre el cambio del gas combustible y el vapor. “Este tipo de procesos, dinámi-camente operados, son algunas de las cosas en que nuestro instituto ha trabajado por años”, dice Kai Sundma-cher.

Pila de biocombustible: Kai Sundmacher, con una pila de combustible de baja temperatura. El hecho de que pueda ser alimentada con gas combustible incluso después de que el gas de la biomasa ha sido alimentado en una pila de combustible de alta temperatura, es lo que hace particularmente eficiente la conversión en electricidad.

Orín para la purificación del gas: Los investigadores separaron en el laboratorio el monóxido de carbono del gas del combustible mediante el uso de un más fino óxido de hierro; en el laboratorio de la planta piloto ejecutaron el proceso en una mayor escala, con el granulado más grueso. Foto: Bastian Ehl.

cialización y derechos de licencia firmados, por un total

de 260 millones de euros. A través de ellos, se impulsa la investigación básica, donde físicos y astronómos obser-van, teorizan y exponen temas como el Bing Bang.

Sus antropólogos trabajan multidisciplinariamente y disciernen sobre la evolución del cerebro, en una ciencia guiada por la atención escrupulosa hacia los derechos de autor y el uso responsable de la libertad científica, frente a los riesgos inherentes al ejercicio de esta actividad.

Sus revistas ilustran lo mismo sobre el sistema solar -con excursiones a todo color en un viaje a través de la vida planetaria-, con la luna, los cuerpos celestes; los as-teroides y cometas presentes en nuestro vecindario cósmi-co, que sobre el arte italiano o bien sobre las vinculaciones actuales descubiertas en el campo de los laboratorios ex-perimentales sobre la relación entre el estrés y las enfer-medades, mediante el análisis de la composición molecu-lar de un sitio específico del cerebro, adonde la sustancia llamada glutamato llega y determina o no la vulnerabili-dad del estrés.

LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN

Sus investigaciones enfocadas a la astronomía y astrofísica; biología y medicina; medio ambiente y clima; materiales y

tecnologías, así como humanidades, comprenden más de 33 líneas de investigación. Éstas van desde la física cuán-

tica, las neurociencias, las ciencias de la computación

o la ecología, hasta estudios culturales, jurisprudencia,

ciencias sociales y del comportamiento o lingüística, sólo por nombrar algunas.

En Nuevo León, el Instituto Max Planck estuvo presente con el “Túnel de la Ciencia”, en octubre del año pasado, ex-posición que con acierto organizó, conjuntamente con la Universidad Autónoma de Nuevo León y el Conacyt. Aus-piciada por dicho Instituto, esta exposición mostró a los nuevoleoneses -a través de 170 metros destinados para ello en la Nave Fundidora-, lo más reciente en descubri-mientos científicos, distribuidos en 12 salas temáticas, en las cuales se pudo observar, a través de más de 300 imá-genes, el camino del Bing-Bang, la comunicación entre las moléculas y las células o el mundo de los sentidos, entre otros aspectos.

Exposiciones como éstas no sólo hacen crecer el

bagaje de conocimientos de los nuevoleoneses, sino

que, junto con la UANL y las instituciones educativas y

científicas nacionales, muestran la grandeza del univer-

so y del cerebro humano para deducir e inducir sobre

nuestro rumbo y destino.

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CONOCIMIENTO22 CONOCIMIENTO 67Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

Los purificadores de gas en el laboratorio de la planta piloto de Max Planck; camas y paquetes de fluidos en el Instituto Fraunhofer; pilas de combustible en Dresde y Magdeburg –las piezas del rompecabezas que constituyen una potencial planta de energía de ProBio, están aún muy dispersas. El único lugar en que actualmente confluyen es en los circuitos computacionales, donde los componentes –con base en los valores medidos en el laboratorio- pueden ser adecuadamente simulados, combinados y alterados.

Con las potenciales mejorías que han identificado en la computadora, los investigadores regresan al reactor, “en la esperanza de que todo vaya conforme a nuestros deseos”, dice Peter Heidebrecht con una risita. “Desde lue-go, esto no ocurre, por lo general, en el primer intento”. Los investigadores alimentan el modelo matemático con

sus nuevos descubrimientos de laboratorio, a efecto de

optimizar el experimento. Es un constante avance y re-

troceso, que poco a poco los acerca a la creación de una

verdadera planta de energía.

PLANTA MODELO DE ENERGÍA,

DE INCREÍBLE EFICIENCIA

En el curso de ProBio, los ingenieros de procesos han simu-lado más de cien variantes. Lo que han descubierto es algo que nadie hubiera esperado al inicio del proyecto de tres años: en la planta de energía óptima, ambos tipos de pi-las de combustible trabajan en paralelo –de manera que proveen, en la práctica, el polvo rojizo que puede separar el gas del combustible en una corriente altamente pura de gas, y en otra corriente menos pura. “Ésta es una especie de planta combinada de energía”, dice Peter Heidebrecht. “Nos entrega una amplia gama de productos que com-prenden carga de base eléctrica, carga máxima dinámica y consumo útil de calor”.

Pero lo más importante es que trabaja con eficiencia insuperable. Para sus simulaciones, los ingenieros han seleccionado una planta modelo, diseñada para biomasa, con un valor calórico apenas por debajo de los 19 mega-watts, equivalente a poco más de un kilogramo de madera por segundo. La cama purificadora de fluidos, la purifi-cación en camas empacadas, la separación del hidrógeno y la operación paralela de pilas de combustible de alta y de baja temperatura incrementan el rendimiento final a casi nueve megawatts de energía eléctrica –una eficiencia eléctrica de casi el 50 por ciento. Las plantas tradicionales de biogás, con un motor interno de combustión, alcanzan apenas el 35 por ciento. “En estos tiempos, una mejoría de incluso un porcentaje pequeño es causa de celebración, ya que ayuda –en el largo plazo- a un enorme ahorro de energía”, dice Liisa Rihko-Struckmann.

Aun cuando el proyecto ProBio, que las dos orga-

nizaciones de investigación fundaron con 4.2 millones

de euros, terminó oficialmente a principios de este año,

los investigadores tienen el plan de continuar por su

cuenta. De hecho, una planta piloto de energía está en

proceso de construcción en el Instituto Fraunhofer, en

Magdeburgo, y se proyectaba que estuviera en operación en el verano. “Así, los componentes individuales que he-mos reunido hasta la fecha, podrán ser estudiados juntos

y en una escala mayor”, dice Sascha Thomas. Los investi-gadores del Instituto Max Planck, ya dedicados al estudio de procesos químicos complejos e investigación básica relacionada, también continuarán trabajando en las piezas sueltas del rompecabezas, incluidas las pilas de combus-tible y el polvo rojizo. “Hasta la más alta eficiencia resulta inútil si el equipamiento dura sólo unas cuantas horas o días”, dice Kai Sundmacher. Por lo demás, lo que primero harán es afinar las condiciones de operación y los materia-les, en un esfuerzo por lograr un aumento considerable de su duración. Los investigadores tienen todavía un par de piezas por acomodar debidamente en el gran rompe-cabezas llamado ProBio.

En busca del polvo adecuado: Peter Heidebrecht y Liisa Rihko-Struckmann prueban cuál de los diferentes materiales es el más efectivo para separar el gas del combustible para pilas de alta y de baja temperatura. Foto: Bastian Ehl.

Glosario:Lignocelulosa: celulosa estabilizada por medio de lignin. Constituye las paredes de las células de madera, lo que le da a ésta su fuerza mecánica.

Cama de gasificación de fluidos: este proceso crea gas combustible a partir de carbón o biomasa. Los componentes sólidos son, por lo general, convertidos en fluidos y calentados por un sustrato. El hidrógeno y el monóxido de carbono son dos de los gases producidos durante la reacción química, con vapor o con otro agente de gasificación.

Singas: un gas rico en hidrógeno y monóxido de carbono, producido durante la gasificación de carbón con vapor, propio como material base para síntesis químicas.

Pila de combustible de óxido sólido, SOFC: la pila de combustible de óxido sólido o de alta temperatura debe su nombre al material cerámico que produce sus electrolitos y que es permeable a los iones de oxígeno, pero no a los electrones. A temperaturas de hasta mil grados Celsius genera electricidad altamente eficiente, y no es sensitiva al monóxido de carbono.

Pila de combustible de una membrana polimérica de electrolito, PEMFC: los dos polos de esta pila de combustible de baja temperatura están separados por una membrana que sólo los protones pueden atravesar. Sin embargo, muy difícilmente soporta el monóxido de carbono, dado que este gas bloquea la superficie de los electrodos, y los hace inaccesibles a los reactivos responsables de la reacción de la pila.

con publicaciones anualmente estimadas en 12 mil artículos de investi-gación, y el trabajo de nueve mil científicos jóvenes a su cargo, la Socie-dad Max Planck, a través de sus 80 institutos, y con la colaboración de

15 premios Nobel, es una institución apoyada por empresas privadas eu-ropeas que dan a esta organización alemana un valor más importante que el simple dinero: dotan a la ciencia y a la tecnología de los medios necesarios para ayudar al bien común y al progreso material de personas y comunidades. Este instituto cuenta con dos mil 500 socios pertenecientes a 123 países. Max Planck desarrolla investigación, talleres y bibliotecas científicas que en un con-texto de autonomía y creatividad para sus investigadores, se enfoca a crear y fortalecer redes científicas internacionales -sobre la base de la cooperación para promover la productividad de la ciencia-, bajo la premisa de análisis críticos en cada disciplina.

En sus publicaciones, los científicos investigan y disertan sobre tópicos

profundos y diversos. En ellas, lo mismo se puede leer sobre polvos cósmi-

cos, patentes, invenciones o resonancias magnéticas, que de procesos y cam-

bios climáticos. Su perspectiva es la de crear nuevos conocimientos y productos benéficos para el medio ambiente, la salud, el desarrollo colectivo material, y se extiende cuando trata de responder eternas preguntas filosóficas como quiénes somos y adónde vamos

en investigación científica y tecnológica

la Sociedad Max Planck, sinónimo de excelencia

Doctora Patricia Liliana Cerda

Pérez Coordinadora del

Centro de Investigaciones

FCC/UANL cerda35@hotmail.

com

Patricia Liliana Cerda Pérez

PRESENTES TODOS

LOS TÓPICOS CIENTÍFICOS

A través de sus textos, se puede uno informar con artícu-los elaborados con la más alta calidad científica, como es el caso de los premios Nobel Michael Schmeling y Alban Kellerbauer, al exponer cómo el cosmos se configura bajo un eterno tránsito de partículas de materia y antimateria. En ellos se da espacio, además, a estudios en que juristas y científicos plantean recomendaciones avanzadas en el te-rreno económico-social para una mayor igualdad de opor-tunidades entre hombres y mujeres; o bien a estudios del comportamiento humano, donde muestran indicadores conductuales en el lenguaje de las manos, utilizado por los políticos, para detectar tipos de personalidades.

ALGUNOS DE SUS LOGROS

Entre los logros obtenidos por ese instituto en materia de vínculos entre ciencia y empresa, se cuentan cerca de tres

mil inventos gestionados en mil 800 acuerdos de comer-

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CONOCIMIENTO66 CONOCIMIENTO 23Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

Su importancia médica podría ser considerable: las nanopartículas magnéticas, como las producidas por bacterias magnetotácticas, podrían, entre otras aplicaciones, ayudar a descubrir tumores. Damien Faivre y sus colegas del Instituto Max Planck de Coloides e Interfases, en Postdam, estudian cómo trabajan esos microbios, a fin de aprovechar sus sofisticados mecanismos

Una prueba de sensibilidad magnética: cuando Damien Faivre sostiene un tubo de ensayo con un cultivo de bacteria magnética, primero en forma paralela a un campo magnético, y luego en forma perpendicular, cambia la turbidez del medio. Las cadenas de magnetosoma de las bacterias se alínean con el campo magnético.U

n organismo que necesita luz para sobrevivir, pero vive en lu-gares donde la luz es escasa requiere una antena especial. Las bacterias verdes del azufre Chlorobaculum tepedium, cuyo

hábitat son las capas más profundas y oscuras de los océanos y lagos, tienen antenas de ésas. Con sus clorosomas, operan las plan-tas solares más eficientes encontradas en la naturaleza, pues con-vierten el 10 por ciento de la energía luminosa en energía química; es decir, en azúcar.

Es por ello que Alfred R. Holzwarth y su grupo de investigación en el Instituto Químico Biorgánico de Max Planck, en Mülheim an der Ruhr, estudian los clorosomas, con el propósito de usar plantas de energía solar bacterianas como modelo eficiente para la gene-ración de energía. Los científicos han dado importantes pasos para conseguir ese objetivo: un equipo internacional de investigación, que, aparte de Alfred Holzwarth y Michael Reus, del Instituto Max Planck en Mülheim, incluye científicos de las universidades de Lei-den y Groningen, así como de la Universidad de Penn State en Fi-ladelfia, ha descubierto cómo están estructurados los clorosomas.

Ingeniosamente, los investigadores combinaron varios experi-mentos y cálculos. En esa forma, establecieron que la clorofila en los clorosomas se amontona para formar hélices. “Una pregunta clave se refiere a las varias formas posibles en las cuales los complejos individuales de clorofila se pueden acomodar uno al lado del otro”, dice Alfred Holzwarth. “Hemos encontrado la respuesta”. Y no sola-mente a esta pregunta.

Previamente, era poco lo que se conocía sobre el arreglo de las formaciones de la clorofila. La mayor parte de los investigadores que recurren a las plantas de energía solar bacteriana como motivo de inspiración para la producción del biocombustible del mañana, favorecieron los estratos –un error, según ha establecido el equipo de investigación de Holzwarth. “Las hélices simples de clorofila son, a su vez, torcidas en forma de hélice para así formar un tubo”, expli-ca. “Los tubos individuales también deben someterse a otro orden: varios tubos con diferentes diámetros se insertan entre sí como un mástil de telescopio”.

“A diferencia de las plantas superiores, esta estructura jerárqui-ca compleja surge de forma totalmente auto-organizada”, dice Holz-warth. En las plantas superiores, las proteínas entran como media-dores”. “Dado que los clorosomas contienen solamente la clorofila, proveen modelos adecuados para la auto-organización técnica de las antenas de luz”, explica. Es extremadamente difícil imitar a las proteínas en los cloroplastos de las plantas superiores.

Antes de que Alfred Holzwarth y sus colegas pudieran copiar las antenas con fines técnicos, tuvieron que resolver primero al-gunos aspectos fundamentales. “Queremos saber más acerca de la absorción de la luz en el funcionamiento de los clorosomas”, dice Holzwarth. Ésta es la única forma en que la búsqueda de una antena artificial con un nivel similar de eficiencia tiene posibilidades de éxito. Y esto sería la mitad del camino hacia la meta, en la búsqueda de una forma de enlazar eficientemente la energía solar en los com-bustibles, como Alfred Holzwarth explica. “Tenemos que acoplar la antena a un sistema simple que convierte la energía capturada de la luz en energía química; es decir, un sistema que, como la fotosínte-sis, desarrolla el azúcar a partir del dióxido de carbono o separa el hidrógeno del agua”.

Peter Hergersberg

Proyecto para una planta de energía solar bacteriana

A la izquierda: la conversión de dióxido de carbono en el ciclo de Calvin:En este ciclo, el carbono se produce en forma de dióxido de carbono y lo deja como el azúcar. El ciclo utiliza ATP como fuente de energía;NADPH proporciona electrones ricos en energía parala formación de las moléculas de azúcar. Para que una molécula de azúcar se produzca,el ciclo se debe ejecutar tres veces,y tres moléculas de dióxido de carbono debenestar fijas. La enzima Rubisco permitela adisión de dióxido de carbono para el azúcar ribulosa-1,5-bisfosfato (fijación de carbono).En la fase 2, gliceraldehído 3-fosfato -un azúcar con tres átomos de carbono de que la planta puede generar otros orgánicoscompuestos - formas. La ribulosa se regenera de nuevo en la fase 3.

A continuación: Durante las reacciones luminosas, de bajo consumolos electrones de las moléculas de agua se elevana un nivel mayor de energía y se almacena en elNADPH. ATP también se produce en el proceso.Uso de la energía química almacenada en elNADPH y el ATP, el azúcar puede ser producidodurante el ciclo de Calvin.

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CONOCIMIENTO24 CONOCIMIENTO 65Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

Un compás ha sido siempre una herramienta indis-pensable, no sólo para los marineros que desean lle-gar a su destino. Ciertas bacterias acuáticas también

se valen, al navegar, del campo magnético de la Tierra. Su compás interior consiste en una cadena de insignificantes partículas del mineral magnético magnetita.

Estas partículas son producidas por las mismas bac-terias, y tienen propiedades magnéticas únicas, tales, que resultan de gran interés para aplicaciones médicas y de otras tecnologías. Sin embargo, hasta la fecha, sólo la na-turaleza sabe cómo se producen. Damien Faivre, químico que trabaja en el Instituto Max Planck de Coloides e In-terfases, en Postdam, espera desentrañar el secreto, con la ayuda de los siete hombres de su equipo. Una vez que los investigadores comprendan la forma en que la nano-bacteria produce las nanopartículas, confían en que sea posible desarrollar un procedimiento para manufacturar las partículas, primero en el tubo de análisis, y más tarde a escala industrial.

En 1975, el microbiólogo norteamericano Richard

Blakemore descubrió que ciertos organismos acuáticos

navegan a lo largo del campo magnético de la Tierra y

les impuso un nombre muy adecuado: bacterias mag-

netotácticas. Sin embargo, estos microbios no buscan el Polo Norte, sino las partes más profundas de su ambiente acuático. Las líneas del campo magnético alejadas del ecuador no corren paralelas a la superficie de la Tierra, sino que apuntan hacia abajo. Esto guía a las bacterias magnetotácticas hacia las aguas más profundas, donde se mezclan sedimentos y agua. Estas áreas hambrientas de oxígeno brindan las condiciones ideales para que la bac-teria viva y se desarrolle. Ellas no son capaces de usar la gravedad para la orientación vertical, dado que son casi tan densas como el agua, y, en consecuencia, no perciben su peso.

GUIADAS HACIA EL FONDO

POR UN COMPÁS

Las bacterias deben su compás a los magnetosomas, or-ganelos que constan de una simple partícula de magnetita, que mide menos de cien nanómetros y que está rodeada por una membrana que evita que las partículas se junten. Unos 20 magnetosomas forman cadenas a lo largo de fi-bras de proteína en la bacteria. Trabajan como la aguja de un compás y se vuelven en la dirección del campo magné-tico de la Tierra, aproximadamente en una dirección norte-sur. Dado que los magnetosomas se unen a las fibras de proteína de la bacteria, todo el microbio se vuelve con ellas. Entonces, cuando los microbios rotan sus flagelos, se mueven a lo largo de las líneas del campo magnético, hacia el fondo del cuerpo de agua, como si fueran en rieles.

“Las bacterias generan nanopartículas magnéticas per-fectas”, afirma Faivre. Primero, las bacterias magnetotácti-cas producen las partículas en un tamaño uniforme –una proeza que debería hacer a los ingenieros químicos sen-tarse y tomar nota de ello, dado que el tamaño uniforme de las partículas es un importante indicativo de calidad en la producción de nanopartículas. “Y no sólo eso, sino que las bacterias pueden incluso controlar la forma de las partículas”, agrega Faivre.

Algunos tipos de bacterias magnetotácticas producen nanopartículas en forma de bala, mientras que otras les dan forma de agujas. De hecho, cada tipo de bacteria crea sus partículas de manera uniforme. En pocas palabras, es-tas bacterias hacen alarde de un perfecto control interno de calidad en la síntesis de partículas de magnetita.

Las propiedades magnéticas de las partículas son de enorme interés para aplicaciones técnicas. “Ellas desplie-gan un remanente y una coercitividad que no puede ser ig-ualada por cristales producidos de manera artificial”, dice Faivre. Estos dos parámetros físicos significan que

Christian MeierUna mirada cercana a un compás: Damien Faivre inserta una muestra de bacteria magnetotáctica en un microscopio de electrones, y después verifica que esté posicionada correctamente.

ducción de la proteína de Rubisco de forma artificial en el laboratorio. Para ello, quieren introducir el ADN para la Rubisco, las dos chaperoninas y la proteína que ayuda a las bacterias. Los microorganismos que se reproducen rápidamente luego producirán la proteína Rubisco en cantidades suficientes. Los investiga-dores buscan una variación más eficiente de la proteína Rubisco, con la ayuda de esa bacteria. “Si introducimos el ADN del Rubisco en una cepa de bacterias que pueden sobrevivir sólo con funcionales Rubisco, podemos probar todas las mutaciones posibles en el gen del Rubisco y establecer de inmediato qué tan bien trabajan las variantes individuales”, explica Manajit Hayer-Hartl.

¿PODRÁN TRIUNFAR LOS HUMANOS

DONDE NATURA HA FALLADO?

Con la ayuda de este proceso, se pueden generar y estudiar, en diferentes posi-ciones, múltiples mutaciones del gen Rubisco. Ésta es una importante ventaja, ya que no es posible optimizar la proteína mediante la sustitución de un solo amino-ácido. Esto explicaría por qué la naturaleza no adaptó la Rubisco al contenido del aire en el curso de la evolución.

Algunos científicos creen que la naturaleza ya ha encontrado la estructura óptima para la Rubisco, y que ésta no se puede mejorar. Los científicos de Martinsried no están de acuerdo con lo anterior. Están convencidos “de que la molécula Rubisco de las plantas no es definitivamente la variante óptima. Algu-nas algas rojas tienen una variante más eficiente. Esto sugiere que la enzima de la planta se puede mejorar también”.

Sin embargo, encontrar mutaciones que podrían hacer el Rubisco más espe-cífico al dióxido del carbono, no es el único reto al que los científicos tienen que hacer frente. Los nuevos resultados muestran que nada va a funcionar sin las chaperonas moleculares coincidentes. A diferencia de la Rubisco en sí, la RbcX funciona en forma extremadamente selectiva y también ayuda en el plegamiento natural de la planta de Rubisco. Por esta razón, no ha sido posible, por ejemplo, transferir la Rubisco de las algas rojas a las plantas; simplemente no se pliega correctamente en este caso, pero es posible que una variante optimizada de la Rubisco requiera también su chaperona específica para el ensamblaje.

MÁS ENERGÍA CON MENOS AGUA

A pesar de todas las dificultades que se presentan, el objetivo que respalda esta investigación vale la pena: primero, las algas o las plantas con una variante de la Rubisco optimizada pueden usarse como arma para combatir el aumento de la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera; segundo, la disponibili-

dad de estas turbo plantas con una significativa tasa alta, puede ser ventajosa para la agricultura. “Podemos benefi-ciarnos de una Rubisco que sea un 10 ó 15 por ciento más eficiente”, dice Manajit Hayer-Hartl. No sólo es la cuestión de acelerar el crecimiento, sino hacerlo posible en algunos lugares, ya que la conversión eficiente del dióxido de car-bono en azúcar reduce el consumo de agua en las plantas. Como resultado, en el futuro, la actividad agrícola será po-sible en áreas que son actualmente demasiado áridas para las plantas de cultivo – y esas áreas tienden a expandirse debido a la cada día mayor escasez de agua en la Tierra.

GlosarioChaperonas:

La proteína puede funcionar sólo si sus cadenas de aminoácidos se doblan correctamente. Al igual que las chaperonas del siglo 19, cuyo trabajo era proteger a las jóvenes de influencias indebidas, unas enzimas especiales se aseguran de que las proteínas en la célula no vayan por el camino equivocado y asuman una forma incorrecta. Algunas chaperonas adoptan la forma de un cilindro, en donde solamente se puede doblar una molécula. Tales chaperonas, que se encuentran en las bacterias, los cloroplastos y la mitocondria son conocidas como chaperoninas. Una falta de chaperonas funcionales puede resultar en la causa de diversas enfermedades, como el Alzheimer y la enfermedad de Huntington.

Fotosíntesis:

La fotosíntesis consiste en la producción de hidratos de carbono a partir del dióxido de carbono y agua con la ayuda de la energía solar. El proceso puede dividirse en dos etapas conectadas: las reacciones de la luz hacen disponible la energía para que el agua se divida en electrones, protones y oxígeno. La energía rica en electrones y protones se usa en el ciclo de Calvin para convertir el dióxido de carbono en azúcar.

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CONOCIMIENTO64 CONOCIMIENTO 25Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

los materiales son magnéticamente duros, por lo cual

su magnetismo permanente se conserva muy estable. Ésta es una propiedad deseable en muchas aplicaciones técnicas; por ejemplo, en el almacenamiento magnético de datos, con una densidad de fragmentos sin precedente.

PARTÍCULAS DE MAGNETITA

PARA LA DETECCIÓN DE TUMORES

Otras aplicaciones requieren propiedades magnéticas uni-formes, y esto es precisamente lo que ofrecen las nano-partículas magnéticas de las bacterias, gracias a su forma y tamaño uniformes. Las partículas magnéticas alarga-das, creadas artificialmente, podrían ser utilizadas como agente de contraste en la imagen de resonancia magnética. Los tejidos que contienen las partículas aparecerían en las imágenes como áreas más oscuras.

Si las partículas pudieran ser guiadas hacia un tu-

mor, su localización podría ser descubierta en una etapa

más temprana. Las partículas también podrían ser uti-

lizadas para asegurar que los medicamentos alcancen

el área focalizada de una enfermedad. Mediante la colo-cación de imanes fuera del cuerpo, las partículas perma-necerían en esas áreas. Las sustancias activas adheridas a las partículas permanecerían, por lo tanto, en los tejidos que las necesitan, en lugar de ser arrastradas a la corriente sanguínea.

Aunque en el laboratorio es posible la creación de partículas de magnetita, estas partículas sintéticas, a diferencia de sus contrapartes biológicas, contienen una pequeña cantidad de oxígeno. El equipo de Damien Faivre descubrió esto cuando estudiaba la estructura del cristal y la composición de las nanopartículas magnéticas, usando radiación de rayos X de las instalaciones de radiación de sinchrotron BESSY, con base en Berlín.

PROBLEMAS DE PRODUCCIÓN

Pero también se presentan otros problemas con la produc-ción sintética de nanopartículas magnéticas: “Hasta donde sabemos, los procesos químicos disponibles no pueden producir, en condiciones ambientales amigables, nano-partículas magnéticas de igual tamaño y forma”, explica Faivre. En este caso, ambientalmente amigable significaría que las partículas podrían ser producidas a la tempera-tura de la habitación, con presión atmosférica normal y sin solventes dañinos, en lugar de condiciones de energía intensiva, de alta presión y de alta temperatura.

Con esto en mente, Faivre quiere comprender cómo

se las arregla la naturaleza para producir las partículas

magnéticas uniformes. “La naturaleza modela el material

hasta el más pequeño detalle, literalmente hasta la uni-

dad más pequeña, la molécula”, dice. “Podemos aprender de la naturaleza tratando de comprender cómo los mo-delos naturales influyen en los complejos fenómenos físi-coquímicos y biológicos. Tan pronto como los procesos biológicos sean plenamente comprendidos, debería ser posible copiarlos, a fin de desarrollar nuevos materiales”.

Los investigadores han hecho ya algunos descubri-mientos iniciales acerca de la forma en que la naturaleza

Agujas de compás como indicador: diferentes tipos de bacterias magnetotácticas producen partículas de magnetita muy específicas, y de tamaño y forma características.

APROVECHAN MEJOR

LA ENERGÍA LAS PLANTAS “TURBO”

Por esta razón, los científicos trabajan en el desarrollo de fórmulas para lograr que la fotosíntesis sea más efectiva. Su objetivo es optimizar diversos pasos en el proceso de la conversión de luz energética en energía química; por ejemplo, incrementando la efi-ciencia de la maquinaria de la fotosíntesis.

Las plantas que han sido actualizadas en esa forma son capaces de formar más biomasa con el propósito de producir com-bustible. En contraste, algunos científicos quieren prescindir de las plantas por comple-to y equipar a la bacteria con un dispositivo para optimizar la fotosíntesis. Otro posible acercamiento sería independiente de los ser-vicios de cualquier organismo: el hidrógeno, por ejemplo, se puede generar por medio de biorreactores en donde se lleva a cabo la fo-tosíntesis, usando solamente algunas proteí-nas necesarias.

La naturaleza crea enzimas que pueden dividir el agua con la ayuda de energía so-lar y que, por lo tanto, podrían reemplazar constantemente el platino en las pilas de combustible. Además, la naturaleza tiene también enzimas que subsecuentemente producen hidrógeno a partir de fragmentos de agua (ver Max Planck Research 3/2006, página 32 ff).

EN BUSCA DE UNA MÁS

EFE CTIVA FOTOSÍNTESIS

En el Instituto Max Planck de Bioquímica de Martinsried, cerca de Múnich, los investiga-dores buscan una fórmula para hacer que la fotosíntesis de las plantas sea más efectiva

–y han logrado progreso significativo para conseguir este objetivo. Los científicos que trabajan con Manajit Hayer-Hartl han descu-bierto el proceso de plegamiento de una pro-teína clave en la fotosíntesis, conocida como Rubisco. Armados con este conocimiento, los investigadores pueden ahora trabajar en encontrar una manera de producir artificial-mente la proteína Rubisco y modificarla para que funcione de manera más eficiente.

La Rubisco no es solamente la proteína más común en la Tierra, sino también es una de las más importantes. Sin la proteína Rubis-co, la vida no existiría en su forma actual. Se une el dióxido de carbono de la atmósfera y produce su conversión en azúcar y oxígeno. Sin embargo, la proteína Rubisco funciona de forma muy lenta y poco efectiva. Reacciona no sólo con el dióxido de carbono, sino tam-bién con el oxígeno: en promedio, se une a una molécula de oxígeno después de tres a cinco moléculas de dióxido de carbono.

“Cuando surgió la proteína Rubisco, hace cuatro mil millones de años, esto era irrele-vante, debido a que no había oxígeno en la at-mósfera. Sin embargo, hoy en día, la cantidad de oxígeno en el aire es de alrededor del 20 por ciento”, dice Manajit Hayer-Harlt, quien, con su esposo Ulrich, realiza investigación en la proteína del Rubisco. La Rubisco puede trabajar más efectivamente si no reacciona con el oxígeno.

LAS CHAPERONAS GARANTIZAN

BUEN ORDEN Y FORMA

Es por ello que los investigadores de Martins-ried quieren modificar la proteína del Rubis-co, con el fin de que pueda unirse solamente

al dióxido de carbono. Para lograrlo, deben primero establecer cómo se forma la pro-teína actualmente. La Rubisco es una de las proteínas más largas, y consta de ocho sub-unidades largas y ocho subunidades cortas.

“Con tantas subunidades, existe riesgo significativo de que las partes erróneas de la proteína se agreguen y formen conjunta-mente un grupo”, explica Manajit Hayer-Hartl. Para que la proteína funcione correctamente, las cadenas de aminoácidos deben estar co-rrectamente plegadas, y las subunidades de-ben montarse para formar un cilindro. Este complejo proceso de plegamiento es admi-nistrado por proteínas especiales, conocidas como chaperonas.

Según los investigadores, tres proteínas son necesarias para recrear un complejo fun-cional Rubisco: además de las chaperoninas GroEL y GroES, previamente identificadas, una nueva proteína recientemente descubier-ta ayuda a esto, que es la RbcX. La RbcX asegura que dos subunidades grandes de la proteína Rubisco se puedan montar una al lado de la otra. Cuatro de estos dímeros for-man entonces un cilindro y cuatro de estas subunidades pequeñas se posicionan en la parte superior e inferior del cilindro. “Ahora entendemos por qué, las bacterias no son capaces de producir proteínas funcionales de Rubisco. Si insertamos solamente el ADN para la proteína en el genoma bacteriano –sin la proteína correspondiente en su ayuda– no podemos tener una proteína Rubisco funcio-nal”, dice Ulrich Hartl.

Después de haber logrado este avance, los científicos pueden ahora trabajar en la pro-

Proteínas Origami: La chaperoninas GroEL (luz azul) y Groes (azul oscuro) gestionan el plegamiento de la subunidad grande de Rubisco rbcL (turquesa, 1). Tras la publicación del complejo chaperona cilíndrica, la proteína RbcX ayuda y se une para poner fin a las piezas de las subunidades de la Rubisco que aún no están plegada (2) y causa dos subunidades ensambladas una junto a la otra (3). Cuatro de estos dímeros a continuación, forman un cilíndro (4). Cuatro subunidades RbcS pequeñas (rosa) ocupan tanto en el área superior e inferior del cilindro (5) y de esta manera rompen el vínculo entre RbcX y termina el complejo Rubisco (6).

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CONOCIMIENTO26 CONOCIMIENTO 63Sociedad Max PlanckSociedad Max Planck

Janet Andert (izquierda) coloca un cultivo de bacterias magnetotácticas en un fermentador (detalle en la imagen a la derecha). Mientras tanto, Antje Reinecke ajusta las condiciones, a fin de asegurar la óptima propagación de los microbios.

produce nanopartículas magnéticas. Por medio de un pro-ceso biológico llamado biomineralización –otra manera de decir crecimiento biológicamente controlado del cristal-, las bacterias magnetotácticas controlan el crecimiento de las partículas magnéticas. Entre 20 y 30 proteínas lla-madas proteínas magnetosoma son las responsables de este proceso. Los biólogos han descubierto también qué secciones del genoma bacterial contienen la información genética que codifica las proteínas magnetosoma.

EXÁMENES DE LABORATORIO REVELAN

FUNCIONES DE LAS PROTEÍNAS INDIVIDUALES

Ahora, Demian Faivre y su equipo esperan identificar los papeles de las proteínas individuales y sus componentes en la biomineralización. Esencialmente, hay dos métodos

que pueden usar en esta búsqueda. La primera involucra la generación de “deletion mutans”: bacteria en la cual un gen determinado ha sido desactivado. Con excepción de este único gene inactivo, el genoma del mutante es idénti-co al del tipo salvaje. En tanto que los investigadores estu-dian las diferencias entre las bacterias con el gene inactivo y sus contrapartes no alteradas, pueden aprender sobre el papel del gene específico.

Ellos verifican si el deletion mutans produce magne-tosomas; y, si es así, si son de la misma forma y tamaño que las del tipo silvestre. Este método arroja valiosos re-sultados; pero, “dado que las bacterias magnetotácticas

crecen muy lentamente, el proceso in vivo es muy pro-

longado”, se lamenta Faivre. Estudiar un simple gene o

proteína podría llevarse hasta dos años.

Por esta razón, su equipo utiliza un segundo método,

más eficiente, para arrojar luz sobre las funciones de las proteínas magnetosomas. Ellos insertan el gene de la re-levante proteína en el denoma de la bacteria de rápido crecimiento, Escherichia coli. La maquinaria celular de este microbio, inducido por su información genética a la pro-ducción de proteínas, resulta particularmente estimulado para la manufactura de grandes cantidades de las proteí-nas magnetosomas implantadas. Esto es necesario para que los investigadores puedan llevar a cabo la misma con-centración de proteína en el tubo de ensayo, de la misma forma en que ocurre en la muchísimo más pequeña bacte-ria magnetotáctica.

Finalmente, los investigadores aíslan la proteína y estudian sus propiedades en el tubo de ensayo. Para este objetivo, mezclan la proteína con compuestos de hierro

que, lo mismo que la magnetita, contienen hierro ambiva-lente o trivalente, que altera de manera gradual el pH de la solución, hasta que sus componentes son precipitados y se forman las partículas de magnetita. Durante este pro-ceso, la proteína influye en el tamaño o la figura de las partículas en formación. “Este método –dice Faivre- nos permite estudiar una proteína en el lapso de tres o cuatro meses”.

BIOMINERALIZACIÓN

Desde el primer momento queda patente que no todas las proteínas de magnetosoma tienen la misma importancia para la producción de magnetosomas, de modo que, an-tes de iniciar el estudio de las proteínas individuales, los investigadores recaban información sobre cuáles pueden resultar más idóneas para jugar papeles clave en la biomi-

La fotosíntesis, un golpe de genio por parte de la naturaleza, hace posible la existencia de la vida en niveles superiores. Si se pudiera optimizar, puede hacer una contribución aún mayor a la resolución de problemas energéticos en el futuro. Manajit Hayer-Hartl y Ulrich Hartl trabajan actualmente en esta posibilidad en el Instituto de Bioquímica Max Planck, en Martinsried

Harald Rösch

Sé honesto. Cuando ves el intenso verde en el prado, ¿se te viene a la mente una planta de energía solar? Claro que no. Sin embargo, las plantas son algo muy similar: convierten la energía de la luz solar en energía utilizable. A

través de la fotosíntesis, cultivan esta energía para sintetizar el azúcar en un proceso que involucra diversos pasos intermediarios. Nosotros ya aprovechamos esta fuente de energía, por ejemplo, en la forma de biocombustible y biogás.

La naturaleza ha estado construyendo plantas de energía solar durante mi-llones de años. El único inconveniente es que estas estaciones de energía natural trabajan de forma muy ineficiente. Las plantas pierden mucha energía, por lo menos cuando se trata de aprovechar la energía mediante la fotosíntesis. El área combinada de Alemania y Francia no ofrecería superficie suficiente para cubrir los requerimientos de bioetanol o biodiesel en la Europa del año 2050. Sin em-bargo, si el 10 por ciento de la energía que cae en forma de luz solar pudiera ser convertida en energía química, un área del tamaño de Baden-Würtemberg sería suficiente.

La eficiencia de la fotosíntesis de las plantas es solamente del 5 por ciento, mientras que, en comparación, las celdas solares disponibles en la actualidad tienen una eficiencia de 20 por ciento, pero no producen combustibles como el bioetanol, que puedan ser fácilmente almacenados y transportados. Sin embar-go, existen organismos que logran un mayor nivel de eficiencia que las plantas. La bacteria verde azufre, Chlorobaculum tepidum, por ejemplo, tiene un equipo más eficiente para la absorción de energía solar, y puede convertir un 10 por ciento de la luz incidente en energía química.

Planta de energía solar en el follaje

Imag

en: SP

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tur

Focu

s

Planta de energía solar de tabaco: Una de hasta 100 cloroplastos de la celda de una hoja de tabaco. Su interior está lleno de pilas de membrana plana (estructuras en forma de hilo) que contienen la maquinaria molecular responsables de la fotosíntesis. Al igual que las mitocondrias, los cloroplastos tienen su propio genoma (zonas de color claro).

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CONOCIMIENTO62 CONOCIMIENTO 27Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

GloSaRio:Magnetosoma: partícula magnética rodeada por una membrana. Cada partícula mide menos de 100 nanómetros; diferentes tipos de bacteria magnetotáctica las producen en varias formas y tamaños característicos.

Magnetotaxis: la habilidad de algunas formas de vida para orientarse a lo largo del campo magnético de la Tierra.

Imagen de resonancia magnética, también llamada resonancia magnética nuclear: es un procedimiento basado en el hecho de que algunos átomos, tales como los del hidrógeno, tienen un momento magnético. Su comportamiento en un campo magnético depende del tejido en el cual estén localizados. Esto permite la identificación de diferentes tipos de tejidos. Se pueden utilizar ciertas sustancias magnéticas, con el fin de acentuar el contraste entre ellos.

Biomineralización: los organismos utilizan sustancias orgánicas e inorgánicas para producir, con mucha precisión, minerales inórganicos y materiales compuestos. El control de esta producción se lleva a cabo mediante procesos bioquímicos. Ejemplos notables, aparte de los cristales de magnetosomas, incluyen el nácar y las armazones sílicas de diátomos.

neralización. Esto ahorra tiempo, ya que evita experimen-tos innecesarios en los tubos de ensayo.

Una de las herramientas de revisión utilizada para la preselección de proteínas es el software bioinformático. Esto permite al equipo identificar similitudes entre los genes de diferentes bacterias magnetotácticas. Tales si-militudes indican importantes genes y proteínas todavía más importantes. Otro método utilizado es la ingeniería

biocombinatoria. Aquí, los investigadores estudian qué

péptidos o porciones de proteína se quedan en la su-

perficie de los cristales de magnetita. Estos péptidos

permiten el contacto directo entre las proteínas y las

partículas de magnetita, y podrían, por lo tanto, ser com-

ponentes de importantes proteínas magnetosomas.

Y, ya por último, el contacto directo con la partícula magnética implicaría que la proteína relevante debe tener una función importante. Los péptidos son entonces trasla-dados a secuencias de ADN –esto es, al lenguaje de la in-formación genética. Con el uso de estas secuencias, un programa computacional escanea el genoma de bacterias magnetotácticas, para identificar las proteínas asociadas.

UNA PROTEÍNA QUE CONTROLA

EL TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS

Hasta ahora, investigadores japoneses y norteamericanos han clarificado el papel de una proteína magnetosoma en la síntesis de partículas de magnetita dentro de los mag-netosomas. La proteína lleva el insignificante nombre de Mms6, y se encuentra solamente en las bacterias magneto-tácticas. El Mms6 se localiza en la membrana que rodea a la partícula de magnetita, y los científicos han descubierto que codetermina el tamaño de las nanopartículas magné-ticas. Es, hasta la fecha, la única proteína de la que se sabe tiene un papel decisivo in vitro, para controlar el tamaño de la partícula. A los científicos todavía les falta descubrir algunas proteínas que determinen la forma de los cristales de magnetita.

Mientras estudiaban el Mms6, los investigadores se encontraron con otro fenómeno significativo: el péptido localizado en un extremo de la proteína, que consta de 25 aminoácidos y que es, por lo tanto, sólo una pequeña parte del Mms6, influye en el tamaño de la partícula de mag-netita. Faivre explica que este descubrimiento es de vital importancia, “porque la producción masiva artificial de

proteínas, mediante el uso de organismos huéspedes es

limitada, en tanto que los péptidos sintéticos se pueden

producir en cantidades prácticamente ilimitadas”.

Mientras tanto, prosigue la investigación de proteínas involucradas en la formación de las nanopartículas mag-néticas. “Hasta la fecha, 20 proteínas candidatas han sido identificadas en la membrana magnetosoma de la bacteria magnetotáctica M. gryphiswaldense, y se considera que las mismas tienen efectos particulares sobre el tamaño y forma de los cristales de magnetita”, explica Faivre.

Algunas de estas candidatas son actualmente objeto de estudio por parte del equipo de Faivre, en el Instituto Max Planck, en Postdam. Asimismo, el equipo investiga la forma en que los magnetosomas individuales se unen para formar una cadena, de modo que, poco a poco, se

forma la pequeña agua del compás para guiar al microbio hacia su alimento. Los científicos han demostrado que

la formación de la cadena implica una compleja interac-

ción de procesos y fuerzas magnéticas genéticamente

controlados. Uno de los métodos utilizados fue el “espec-troscopio de resonancia ferromagnética”, que es parecido al de resonancia magnética nuclear.

El FMR, como se le llama por sus siglas en inglés, per-mite examinar las propiedades magnéticas de los cuerpos sólidos. Puede mostrar, por ejemplo, la orientación prefe-rida, si es que la tiene, de un cristal imantado. Asimismo, permite a los científicos estudiar tanto las partículas indi-viduales de magnetita, como las cadenas de partículas.

PAPELES DE LAS PROTEÍNAS

Faivre y sus colegas esperan que su investigación identi-fique todas las proteínas y otros componentes biológicos (lípidos especialmente) que dirigen la biomineralización de las partículas de magnetita. Para ellos, la clave radica en entender los diferentes papeles que juegan las proteí-nas en la síntesis de las partículas.

“Entonces –dice el bioquímico- sería casi posible hacer partículas magnéticas con medidas de 20, 50 ó 100 nanómetros de diámetro, especificando incluso que deberían ser –digamos- redondas o en forma de aguja”. Sería simplemente el caso de seleccionar las proteínas re-levantes, como los objetos de una caja de herramientas. Por ahora, se trata sólo de un sueño, pero el equipo de investigación de Postdam ha dado los primeros pasos para hacerlo realidad”.

El punto más interesante es que, en cuanto el valor pH y la temperatura de la solución de ensayo son correc-tos, las subunidades proteínicas se anexan a la cadena de ARN. En el transcurso de pocos minutos, la espiral de ARN queda envuelta. Mientras tanto, los investigadores han a-nexado en los extremos del virus partículas de oro recubier-tas de citrato, sostenidas por una cola de ARN.

Bastaba con agitar juntos los componentes del virus y las partículas de oro, para que la mezcla se ordenara formando nano-pesas. En otro experimento, el virus sirvió como matriz para alambres de grosor nanométrico. Se

logró hacer crecer la envoltura proteínica sin espina de

ARN y llenar el espacio vacío con átomos de níquel, po-

tenciales componentes nanoelectrónicos en un futuro

lejano.

CRECEN COLUMNAS EN EL CAMPO MAGNÉTICO

En la actualidad, los científicos de Stuttgart trabajan en la construcción de barritas de virus recubiertas de metal para la mecánica de ferrofluidos. Desde hace algunos años, las partículas magnéticas se usan para modificar la viscosi-dad de los líquidos. En el campo magnético, las partícu-las forman pequeñas columnas o cadenas. Esas columnas pueden absorber vibraciones. Por tanto, los ferrofluidos resultan interesantes, sobre todo como amortiguadores.

No obstante, las columnas compuestas de uniones de pequeñas partículas sueltas son sensibles a los movimien-tos bruscos. Cuando se agita el líquido, se elimina rápida-mente su efecto amortiguador. Alexander Bittner quiere sustituir las cadenas de uniones de partículas sueltas por nanoalambres ferromagnéticos alargados de su taller de virus. Es probable que las varitas soporten mejor las fuer-zas de cizallamiento. "Los virus, y sobre todo su ARN, son herramientas estupendas", dice Bittner. "El ARN fun-

ciona simplemente bien". A diferencia del ADN, no sólo

contiene información. También tiene una función y, de

forma similar a las proteínas, actúa directamente sobre

el metabolismo. Es, probablemente, una de las primeras moléculas complejas de tiempos muy remotos que ha mantenido en funcionamiento la evolución de la autoorga-nización, incluso desde antes de que aparecieran las pro-teínas y el ADN. Sencillo, rápido y eficiente, para Bittner esas son las principales características de su nanosistema ¬de producción de ¬virus. Aun cuando la autoorganización de la materia y su papel en la evolución no se haya com-prendido del todo, los investigadores de Stuttgart trabajan ya cosechando éxitos.

en el origen de la vida

No hay pruebas del origen de la vida. La búsqueda de ellas parece una búsqueda de evidencias circunstanciales que se remonta a casi cuatro mil millones de años. Lo único seguro es que, en algún momento, las moléculas empezaron a organizarse y multiplicarse por sí mismas. Al hacerlo, tomaron energía del exterior para crear un estado

de orden superior; es decir, el estado de la vida. En esos procesos se creó también material genético que contiene el plan constructivo para las proteínas, las principales portadoras funcionales de la vida. Pero hasta ahora no se ha aclarado por completo qué moléculas se formaron primero: el material genético probablemente en forma de ARN, o las proteínas. El problema clásico del huevo y la gallina. Un argumento a favor de la denominada hipótesis del mundo de ARN es que el ARN porta información y, al mismo tiempo, participa en los procesos metabólicos sumamente antiguos de la historia de la evolución. Un argumento en contra de la hipótesis del ARN es, sobre todo, que los componentes del ARN, los denominados nucleótidos de pirimidina, no se pueden crear en el laboratorio sin la ayuda de proteínas. En ese caso, las proteínas tendrían que haber existido primero. Otro argumento a favor de la hipótesis de que el primer signo de vida se basó en proteínas es un experimento realizado por Stanley L. Miller. Este biólogo y químico creó, ya en 1953, aminoácidos en una mezcla de sustancias que podrían haber estado contenidas también en el caldo primordial, sometiéndola a descargas eléctricas. En cambio, todavía no ha sido posible producir módulos del ARN bajo condiciones similarmente primigenias.

No obstante, se dispone desde hace poco de una prueba contundente a favor de la hipótesis del mundo de ARN. Se trata de que determinadas moléculas ARN, las ribozimas, pueden sintetizar por sí mismas módulos ARN; es decir, moléculas de pirimidina. Esto significa que el ARN no sólo se puede crear mediante proteínas.

Todavía no está claro, sin embargo, lo que existió antes del mundo de ARN. Posiblemente surgieron primero moléculas similares al ARN con una estructura más simple, a partir de las cuales se desarrolló el primer ARN. También es posible que estuviera formado por pequeñas moléculas simples. Dado que esta incógnita no se ha resuelto aún, el químico Robert Shapiro ha presentado recientemente una tercera hipótesis. Él propone que primero existió el metabolismo: una cascada de reacciones químicas acopladas de moléculas inicialmente muy sencillas. Una de esas reacciones generó energía. Esa energía fue aprovechada por otras reacciones para crear un orden superior y, poco a poco, también moléculas más complejas.

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CONOCIMIENTO28 CONOCIMIENTO 61Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

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MALLAS ADECUADAS PARA CADA GAS

Las estructuras de este tipo, como las que han creado aho-ra los científicos de Stuttgart, podrían servir en el futuro también como sensores de gases, dice Steven Tait. El ancho de las mallas de las nanocuadrículas podría modificarse, variando la longitud de las moléculas. La idea de Tait es ajustar el tamaño de malla adecuado para cada molécula de gas. Esas estructuras también serían adecuadas como superficie catalizadora para los procesos químicos entre determinadas moléculas.

Pero Klaus Kern no alienta las expectativas, pues aún falta mucho para que existan procedimientos "bottom up" industriales. "A mí me entusiasma que la naturaleza sea tan simple y efectiva a la vez", dice Kern. También su colaboradora Magali Lingenfelder estudia uno de estos fenómenos naturales simples a primera vista: la quirali-dad de las moléculas. Cuando las dos palmas de nuestras manos están sobre una mesa, no podemos cubrir la mano izquierda y la derecha.

¿Quién da el primer paso? Dos moléculas quirales de difenilalanina se acercan primero la una a la otra cuidadosamente. Durante su danza de cortejo, las moléculas quirales adaptan sus formas entre sí y forman también cadenas largas. Ilustración: MPI für Festkörperforschung (Instituto Max Planck para la Investigación de Cuerpos Sólidos), de Magali Lingenfelder

Las moléculas quirales se comportan de forma similar. En ellas, la quiralidad viene determinada por la posición de los ligantes, los grupos de moléculas colgantes. En fun-ción de la disposición de los colgantes, los químicos dife-rencian entre una forma D y una forma L. Sólo las molécu-las con la misma quiralidad son compatibles y reaccionan entre sí, de la misma manera en que, al saludar, sólo se puede cubrir la mano derecha de la otra persona con la propia mano derecha. Las propiedades de las moléculas quirales se diferencian de manera sorprendente: en un tipo de salvia con flores azules, los pigmentos en color de flavón que llevan colgantes de azúcar de la forma D brillan en índigo. La misma molécula de flavón con azúcar de la forma L alcanza apenas un color celeste claro.

Los expertos aún no saben por qué en los cuerpos

de todos los seres vivos hay sólo una forma de molécu-

las quirales. Por este motivo, el organismo integra ex-

clusivamente aminoácidos L en sus proteínas y azúcar

D en las biomoléculas grandes ADN y ARN. Desde hace décadas, hay una gran controversia respecto a por qué la evolución favorece los aminoácidos L y el azúcar D. Lin-genfelder se acerca a su manera a la solución del acertijo de la quiralidad.

LA DANZA DE LAS MOLÉCULAS

Así como otros observan la danza de cortejo de los pá-jaros, ella observa la reacción de las moléculas quirales en el microscopio de efecto túnel. Hace pocos meses, presen-ció la danza de dos moléculas quirales y tomó fotos del acercamiento a intervalos de pocos segundos. Además, evaluó simulaciones calculadas por sus compañeros del Kings College londinense. Con ello, Lingenfelder compro-bó que las moléculas quirales no se juntan simplemente unas con otras, como lo había supuesto ya el ganador del premio Nobel Linus Pauling hace más de 60 años.

Más bien se seducen, como una pareja que danza. Se acercan una a la otra, se repelen, cambian su posición y finalmente se abrazan cuando están en la posición co-rrecta. Los investigadores denominaron este proceso en su momento "induced fit" (encaje inducido). Lingenfelder

ha demostrado que Pauling tenía razón, aportando con ello una pieza más del

rompecabezas para comprender la quiralidad.

Alexander Bittner, otro colaborador del equipo de trabajo Nanoscience de Klaus Kern, realiza su trabajo sin ningún microscopio de efecto túnel, a dife-rencia de sus compañeros Lingenfelder y Tait. Él investiga la autoorganización de la materia en el tubo de ensayo y bajo el microscopio electrónico. El objeto de ensayo más importante de Bittner es el virus del mosaico del tabaco, inofen-sivo para los humanos, compuesto de una cadena de ARN envuelta por dos mil cien componentes de proteína idénticos: una empanadilla de salchicha de 300 nanómetros de longitud.

Los virus son autómatas de reproducción sin alma. Infectan las células, des-hacen su material genético y reprograman el ADN de su anfitrión para que pro-duzca virus, multiplicándose así a una velocidad vertiginosa, un principio genial-mente sencillo. El virus del mosaico del tabaco es el virus que ataca al vegetal mejor estudiado del mundo. Alexander Bittner, sus compañeros y la bióloga Christina Wege, de la vecina universidad de Stuttgart, tienen, no obstante, planes innovadores con este virus. Lo utilizan como materia prima de autoorganización para módulos de tamaños nanométricos.

Virus con decoración de oro: Una partícula de oro, reconocible como una bola amarilla-naranja, se anexa al final del virus del mosaico del tabaco. Ilustración: MPI für Festkörperforschung (Instituto Max Planck para la Investigación de Cuerpos Sólidos), de Alexander Bittner.

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CONOCIMIENTO60 CONOCIMIENTO 29Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

aun cuando los métodos de la tecnología genética para el cultivo de plantas hayan tenido ya mucho éxito, se requiere todavía mucho esfuerzo de investigación

para garantizar la alimentación de la población mundial. “En vista del crecimiento de la población mundial, es in-dispensable lograr una producción más eficiente de las plantas cultivadas“, explica Maarten Koornneef, director del Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung (Instituto Max Planck para la Investigación de los Cultivos), de Co-lonia.

En la actualidad poblamos la Tierra más de seis mil 700 millones de seres humanos; cada segundo nacen, en promedio, cinco más. Para hacer frente a este crecimiento, la producción mundial de alimentos tiene que aumentar. Pero sólo alrededor de la quinta parte de la superficie terrestre se puede aprovechar como potencial superficie agrícola.

De hecho, la superficie disponible por persona para

la producción de alimentos disminuye desde hace años,

debido a la expansión de las zonas pobladas y de las

vías de tráfico. Y eso significa que hay que aumentar el

rendimiento por unidad de superficie.

VISIONES FUTURISTAS

PARA EL CULTIVO DE PAPAS

Uno de los escenarios futuristas en que trabajan los in-vestigadores podría presentarse de la siguiente manera: en la empresa SaKa Pflanzenzucht GbR de Windeby, en el estado federado alemán de Schleswig-Holstein, todo gira en torno al solanum tuberosum, la papa. Su nuevo éxito de cultivo se llama “Sternstunde“ (“momento estelar“). Este tipo no sólo tiene un contenido de nutrientes nota-blemente mayor, sino que además es resistente contra el peor enemigo de la papa: el hongo Phytophthora infestans, que hace que las partes de la papa que se encuentran so-bre la superficie terrestre se descompongan por lo que se denomina también mildiu o tizón tardío.

Jens Lübeck, experto en cultivos de la SaKa, está re-visando los informes de la cosecha y comprueba que, efec-tivamente, en el año 2020 fue posible aumentar el índice de rendimiento en un 40 por ciento, y se logró reducir con-siderablemente el uso de pesticidas: si hasta hace pocos años se requerían entre 8 y 14 aplicaciones de fungicida, ese año sólo fueron necesarias dos. En colaboración con el equipo de investigación del Insti-tuto Max Planck, dirigido por Christiane Gebhardt, este cultivador logró descubrir importantes genes de resisten-cia contra el mildiu y reproducir con éxito papas dotadas de ellos… Pero la investigación no ha llegado todavía muy lejos. La papa es, después del trigo, el arroz y el maíz,

la cuarta planta cultivada más importante. Aun cuando

no sea el remedio para todos los males, el cultivo de

la papa podría contribuir a solucionar una parte de los

problemas de alimentación que afectan a muchos países del mundo en los que la malnutrición y la escasez de ali-mentos están muy extendidas.

Cada año se cosechan en todo el mundo alrededor de 325 millones de toneladas de los diferentes tipos de papa. Esto es el resultado de varios siglos de cultivo selectivo.

Ya las papas cultivadas por los indígenas sudamericanos estaban altamente des-arrolladas, adaptadas a las más diversas ubicaciones de cultivo y a distintos usos, y eran muy diferentes a las formas silvestres, sumamente venenosas y de bulbos diminutos.

La papa se convirtió en el principal alimento de la Europa del siglo XIX. Y es que, además de las calorías necesarias, suministra también oligoelementos, vi-taminas y proteínas de gran calidad. A mediados del siglo XIX, las enfermedades de la papa traídas de América tuvieron consecuencias nefastas sobre las cose-chas: millones de personas murieron de hambre, sobre todo en Irlanda, donde la dependencia de la papa era especialmente grande.

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corriente de túnel reacciona muy sensiblemente a los cambios de las distancias, de modo que el microscopio puede reconstruir, a partir de ella, la imagen de una molécula o de la posición de un átomo que se encuentra sobre una superficie.

Al igual que otros investigadores, Kern trabaja desde hace más de 15 años con microscopios de efecto túnel. En el transcurso de los años ha mejorado los aparatos y ha desarrollo aparatos propios. La característica especial de sus máquinas es que funcionan a diferentes temperaturas. Trabajan a 272 grados Celsius igual de bien que a 120 grados sobre cero. Kern puede variar a su gusto

el rango de temperatura y observar sus moléculas cerca del punto cero ab-

soluto o a temperaturas como las de un horno. Y no sólo eso: en la cámara central de sus equipos, los investigadores reúnen diferentes sustancias y las observan simultáneamente. Desde pequeñas cámaras secundarias disparan áto-mos y moléculas sobre una superficie de metal.

DOMA DE MOLÉCULAS

Hace unos meses, Klaus Kern y sus colaboradores Steven Tait, Alexander Lang-ner y Nian Lin, lograron una gran hazaña. Como si fueran domadores de leo-nes, hicieron que las moléculas obedecieran sus órdenes en el microscopio: áto-mos de hierro y diferentes moléculas orgánicas se ordenaron como por arte de magia y formaron cuadrículas y estructuras similares a escaleras de cuerdas de grosores nanométricos. Hasta el momento, los investigadores habían trabajado, como máximo, con dos elementos que se unían con bastante facilidad para for-mar un patrón ordenado.

Los científicos de Stuttgart, sin embargo, han introducido toda una mez-

cla en la cámara: átomos de hierro, como puntos de cruce centrales de las

cuadrículas; ácidos carbónicos alargados, con apéndices con contenido de

oxígeno, y bipiridinas extendidas a lo largo, con anillos con contenido de

nitrógeno.

En un principio, los átomos de hierro, diácidos carbónicos orgánicos y bipiridinas se mueven caóticamente en la cámara de reacción. Después, como por arte de magia, se ordenan sobre la superficie de cobre y forman una rejilla regular, algo que los investigadores de Stuttgart han podido comprobar mediante la imagen del microscopio de efecto túnel. Ilustración: MPI für Festkörperforschung (Instituto Max Planck para la Investigación de Cuerpos Sólidos), de Steven Tait.

Steven Tait conecta el microscopio efecto túnel. Las bombas empiezan a so-nar; aspiran el aire de la cámara; se forma un vacío altamente puro, mil veces más limpio que en los equipos de vacío de los fabricantes de chips para ordena-dores. Steven Tait nos habla acerca de series de ensayos interminables, sobre la búsqueda de la temperatura óptima y la molécula orgánica correcta. Pasaron

meses hasta que, finalmente, descubrió a qué ritmo debía disparar los dife-

rentes átomos de hierro ¬y moléculas sobre la superficie de cobre en la cá-

mara ¬de vacío. Un átomo tras otro, una molécula tras otra a intervalos de

varios segundos. Y finalmente lo consiguió: la mezcla formó la fina cuadrícula

sobre el cristal de cobre.

Anteriormente, Tait y sus colegas del Centro de investigación de Karlsruhe habían deliberado sobre la consistencia que deberían tener las moléculas para unirse con el hierro y formar patrones precisos. Tait se decidió finalmente por los ácidos carbónicos y las pirinidas con contenido de nitrógeno. La cuadrícula presentaba una apariencia diferente en función de la mezcla. En algunos casos, la piridina resultó ser bastante elástica y toleraba también moléculas integradas incorrectamente. En esos puntos, la cuadrícula estaba ligeramente curvada.

LAS MOLÉCULAS ENCUENTRAN SU LUGAR

Con otra proporción de la mezcla, la cuadrícula no era tan tolerante. Cambiaba automáticamente las moléculas, hasta que todo encajaba perfectamente y los defectos quedaban eliminados. Era como si un juego de piezas de lego se con-virtiera por sí solo en un cuerpo de policía y sustituyera las piezas mal ubicadas. "Hemos podido observar detalla-damente por primera vez la interacción selectiva de dife-rentes moléculas, controlada por energías de enlace o por la estabilidad de las estructuras moleculares", dice Steven Tait. "Es fascinante: pequeñas moléculas sencillas se han reconocido y organizado por sí mismas. Parece como si tuvieran un programa que controla la autoorganización y la selección.

“Si las moléculas se programan correctamente, se pueden construir cualesquiera patrones, concluye Tait. Esto se asemeja a la aparente inteligencia de la autoorga-nización natural: desde hace millones de años, el ARN y

el ADN portan consigo las informaciones de todos los

seres vivos. Se componen de tan sólo cuatro elemen-

tos diferentes, pero únicamente gracias a la auto-orga-

nización se crea una sorprendente diversidad de espe-

cies. Estos procesos se guían por el principio "bottom up" (de abajo hacia arriba), según el cual la materia se estruc-tura por sí sola a partir de elementos pequeñísimos.

La industria de semiconductores también quisiera apli-car este principio. Su sueño es hacer crecer nanoestructu-ras, componentes y transistores sobre chips de ordena-dores, siguiendo el principio "bottom up". Hasta ahora, los chips de silicio se creaban en la dirección opuesta; es decir, "top down" (de arriba hacia abajo). En el disco de silicio, la oblea, se queman con ácido pequeñas estructuras. No obs-tante, la miniaturización de esas estructuras, que permite fabricar chips cada vez más pequeños, está llegando a sus límites. Hacer que los componentes afiligranados crezcan mediante la autoorganización es una idea muy atrayente.

Steven Tait estudia con el microscopio de efecto túnel la manera en que las moléculas se organizan a sí mismas para formar estructuras regulares. Su compañera Magali Lingenfelder estudia con estos instrumentos la manera en que se reconocen las moléculas quirales. Foto: Axel Griesch

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CONOCIMIENTO30 CONOCIMIENTO 59Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

“Las pérdidas de cosechas provocadas por el mildiu pueden alcanzar también hoy en día el cien por ciento, si no se utiliza una amplia gama de fungicidas“, dice Jens Lübeck. Esto cuesta a los agricultores, sólo en Alemania, 88 millones de euros al año. Además, los pesticidas quími-cos contaminan las aguas freáticas y el suelo, y son perju-diciales para la diversidad de las especies.

MENDEL REVOLUCIONA

EL CULTIVO AGRÍCOLA

Teniendo esto en cuenta, sería un gran avance que se pudieran cultivar tipos de papas que produjeran un gran rendimiento y, al mismo tiempo, fueran resistentes a las plagas, como el tipo de papa imaginario “Sternstunde“ que mencionábamos al principio. El cultivo clásico sigue sien-do trabajoso, aunque ya no tan lento como hace diez mil años, cuando nuestros antepasados empezaron a volverse sedentarios y a cultivar plantas silvestres comestibles.

Con el paso del tiempo empezaron a diferenciar entre los ejemplares que sabían bien y los amargos, o entre los que producían un gran rendimiento y los que crecían poco, y descubrieron que el cultivo selectivo de ejemplares indi-viduales con propiedades favorables producía los mejores resultados en las cosechas.

“Fue Mendel el que revolucionó el cultivo científico de las plantas y el aumento del rendimiento que se puede lograr con él en la agricultura“, cuenta Christiane Geb-hardt. Cuando en 1866 Johann Gregor Mendel traspasó

el polen de las plantas de guisantes con retoños rojos

a los cortes que había hecho en las que tenían retoños

blancos, en el jardín del monasterio de Santo Tomás de

Alt Brünn, el objetivo de sus experimentos eran las ca-

racterísticas exteriores reconocibles, los fenotipos.

Este monje, que sería posteriormente conocido como el “padre de la Genética“, no sabía nada aún sobre los se-cretos moleculares de los ácidos nucleicos, su estructura y sus efectos. A pesar de ello, formuló las primeras reglas

sobre la actuación de los verdaderos gobernantes de la vida: los genes, y dio así nuevos impulsos a los cultivos; por fin se podían unificar en un solo descendiente, me-diante el cruce sistemático, las características de muchas plantas individuales diferentes.

LA INDIVIDUALIDAD, PEQUEÑA

PERO IMPORTANTE DIFERENCIA

Pero sigue siendo necesario seleccionar en varios ciclos los descendientes que poseen la combinación deseada de las características de los padres. En una selección en la que se busca resistencia, esto se puede realizar seleccio-nando en un invernadero o en el campo las plantas no afectadas por los gérmenes patógenos; las personas ex-perimentadas reconocen las plantas enfermas por sus hojas marchitas o sus partes muertas. Otras caracterís-ticas, como por ejemplo el contenido de nutrientes, no se pueden seleccionar tan fácilmente. Por tanto, lo ideal sería leer la predisposición de la planta directamente en sus genes, por así decirlo, sin pasar por el fenotipo. De este modo se eliminaría una gran parte del laborioso tra-bajo de selección para el cultivo.

Los genes determinan las características que presenta una planta: si crece rápida o lentamente, si tolera bien los periodos de sequía, si es resistente a determinadas enfer-medades, y las sustancias que contiene. Sin embargo, tras

30 años de investigación del genoma de las plantas, aún

no se ha podido descifrar el secreto de su variedad gené-

tica. Naturalmente, se sabe desde hace mucho que las nue-vas combinaciones de células ovulares y espermáticas de los padres determinan, cada vez de nuevo, las característi-cas que se heredan, y también que existen diferentes tipos de todos los genes, los denominados alelos.

No obstante: “las papas sólo tienen sexo una sola vez en la vida“, explica Lübeck. “Después, la reproducción se desarrolla vegetativamente a través de los bulbos“, con-tinúa diciendo el cultivador. En los clones de este tipo no Iz

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al principio sólo había caos. Eso es seguro. Hace cuatro mil millones de años, la Tierra giraba aún como una bola candente alrededor del Sol. Miles de volcanes es-

cupían el calor acumulado. El magma ardiente y rojo salía

disparado de cientos de cráteres, y se extendía sobre

la tierra trepidante. El joven planeta sudaba como una

masa en fermentación y despedía dióxido de carbono,

vapor de agua, metano y amoníaco hacia su delgada at-

mósfera: una mezcla letal. Los cometas caían como rayos y se incrustaban en las profundidades de la corteza te-rrestre: las colisiones eran tan fuertes, que fundían la roca. El globo terráqueo se iba tranquilizando con lentitud.

En algún momento, durante los millones de años si-guientes, ocurrió algo misterioso: la heterogénea mezcla de pequeñas moléculas de la envoltura gaseosa terrestre se ordenó, para formar estructuras más grandes, cadenas largas, moléculas mensajeras de ARN, aminoácidos y, fi-nalmente, los primeros organismos primitivos: los hilos de bacterias.

Nadie sabe lo que ocurrió entre el caos anárquico y el surgimiento de la vida hace unos tres mil 800 millones de años. No se sabe siquiera de dónde proviene el agua te-rrestre. ¿Fue suficiente el vapor de agua que escapó de las grietas y fisuras del planeta para llenar las cuencas oceáni-cas? ¿O fue un cometa congelado el que trajo a cuestas el agua a la Tierra en forma de hielo?

Hasta ahora, ningún científico del mundo puede ex-plicar de forma realmente convincente la manera en que la confusión prehistórica de las moléculas se convirtió en estructuras ordenadas.

Stanley Miller fue uno de los primeros que reprodujo en experimentos lo que podría haber ocurrido entonces en el planeta. En 1953, Miller introdujo en un matraz de su laboratorio, de la Universidad de Chicago, amoníaco, metano, vapor de agua y nitrógeno. Durante varios días sometió la mezcla a descargas eléctricas para incentivar las reacciones químicas. Miller había esperado que se produjera una gran combinación de compuestos orgáni-cos. Pero, en vez de eso, encontró algo sorprendente: aminoácidos. Esta mezcla primitiva, hostil a la vida, había creado elementos de la vida.

PRIMER ENCUENTRO

EN LA ATMÓSFERA PRIMIGENIA

A este experimento de Miller le siguieron muchos otros que debían explicar la apariencia real que podría haber tenido la atmósfera primigenia y la manera en que podrían haber surgido las primeras estructuras más grandes, a partir de las moléculas sencillas. En algún momento, los diferentes módulos pequeños de la vida deben haberse encontrado para formar proteínas, ARN y ADN. Lo que las

unió no fue, con toda seguridad, producto de la casua-

lidad, sino el principio de la autoorganización. En él se

basan los procesos de la vida y el surgimiento definitivo

de la misma.

El problema era que durante mucho tiempo no fue posible observar directamente las moléculas cuando se

movían unas alrededor de las otras, se tocaban y, final-mente, se unían para formar una estructura más grande. La autoorganización de la materia seguía siendo un miste-rio. Simplemente, no existía ningún equipo que permitiera observar la danza de las moléculas. Pero eso ya ha cam-biado. En muchos laboratorios se dispone actualmente de aparatos con los que los investigadores alcanzan a ver el mundo de los átomos y las moléculas: los microscopios de efecto túnel.

Los fenómenos del nanomundo fascinan al químico Klaus Kern. Él investiga, entre otras cosas, las condiciones bajo las cuales las moléculas se agrupan en estructuras ordenadas. Foto: Axel Griesch

En los laboratorios de Klaus Kern, en el Max-Planck-Institut für Festkörper-forschung (Instituto Max Planck para la Investigación de Cuerpos Sólidos), en Stuttgart, hay varios de estos impresionantes aparatos de acero fino. Parecen un injerto de motor de automóvil y satélite. A través de pequeñas y gruesas mirillas, se observa, en el interior de una cámara, en la que sobresale un alam-bre de metal delgado, la punta de medición del microscopio, una especie de sensor de moléculas. Kern y sus colaboradores observan así, átomo por átomo, la manera en que las moléculas se ordenan formando patrones de tamaños nanométricos; es decir, de sólo unas pocas millonésimas de milímetro.

"Queremos averiguar cómo funciona la auto-organización, qué interac-ciones hacen posible que, a partir de pequeñas piezas de lego, se formen estructuras bien ordenadas". Kern sabe que con eso no podrá explicar la evolu-ción de la vida. Pero ése no es tampoco su tema central. A él le interesan más bien las fuerzas que impulsan el proceso: "Tanto la evolución como la for-

mación de nanoestructuras se basan en los mecanismos de reconocimiento

entre moléculas, que se juntan de forma precisa. Queremos comprender los

principios básicos".

ASCENSOS Y DESCENSOS

SOBRE LA SUPERFICIE

El microscopio de efecto túnel es la herramienta ideal para ello. Con su punta conductora de electricidad, recorre las elevaciones y planicies de una muestra. En realidad, no fluye ninguna corriente entre la punta y la muestra que se en-cuentra debajo. Si se acercan la punta y la muestra ¬a pocos nanómetros de dis-tancia, sus estados mecánicos-cuánticos¬ se superponen. De esta manera, los electrones de la muestra pueden sobrepasar la ranura formando un túnel. Esta

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CONOCIMIENTO58 CONOCIMIENTO 31Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

tiene lugar ya ninguna nueva combinación de cromosomas. Pero, ¿por qué contienen los bulbos de un tipo mucho alm-idón, mientras que un clon hermano produce menos? ¿Por qué un clon es más resistente al Phytophthora que otro?

Gebhardt lo explica de la siguiente manera: “La peque-ña diferencia entre los individuos de una especie viene dada por mutaciones puntuales“. El término científico inglés para ello es Single Nucleotide Polymorphism (poli-morfismo de nucleótido simple, SNP). Se trata de una serie de intercambios aleatorios de bases que se producen una y otra vez durante la duplicación de la secuencia de ADN, in-cluso cuando el organismo se reproduce de forma asexual. “En el genoma humano, aproximadamente una de cada mil bases está modificada; en el genoma de la papa, alrededor de una de cada 50“, explica la investigadora.

MARCADORES PARA LA BÚSQUEDA

DE GENES FAVORABLES

La mayoría de estas mutaciones no tienen ningún efecto; algunas, sin embargo, pueden tener consecuencias nega-tivas, mientras que otras favorecen las características positivas. Y son precisamente esas mutaciones puntuales positivas las que buscan afanosamente los científicos de Colonia. En vista de los mil millones de pares de bases y

de los alrededor de 30 mil genes que conforman el geno-

ma de la papa, se trata de una búsqueda muy ardua.

Con sus análisis genéticos, Gebhardt quiere crear las bases para una selección apoyada por marcadores, abre-viada MAS (marker assisted selection). La premisa para la MAS es el desarrollo de marcadores diagnósticos de genes,

recortes de ADN producidos artificialmente, que represen-tan secciones de ADN específicas y las hacen visibles; es decir, las “marcan“.

Estas secciones de ADN están repartidas como marca-dores de campo a través del material genético de las plan-tas. Por lo general, no muestran ningún rasgo fenotípico. El factor decisivo es que se encuentran en las proximidades de los denominados Quantitative Trait Loci, abreviados QTL, y que, por tanto, pueden servir como indicación de la existencia de determinados genes.

EL CULTIVO DE PRECISIÓN

AHORRA TIEMPO Y COSTOS

Mediante los recortes de ADN artificiales se pueden bus-car en el genoma de la planta determinadas variantes de genes, cuya existencia o ausencia indica la característica de la planta viva individual que se debe estudiar. El análi-sis del material genético vegetal sirve para reunir a la pareja que se debe unir y para seleccionar a los descen-dientes correctos. Este procedimiento se describe con los términos “cultivo de precisión“, precision breeding, o “cul-tivo apoyado por marcadores“. La ventaja de MAS es que teóricamente se puede determinar ya en los embriones si los ejemplares poseen o no la característica deseada. Se elimina así el trabajo de selección, que cuesta mucho tiempo, los costos se reducen, y se minimiza el uso de pesticidas, al menos teóricamente.A pesar de que, para satisfacción de la industria de la sal-sa de tomate, ya ha sido posible cultivar tomates con un El

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Hasta el día de hoy, los biólogos no saben prácticamente nada sobre los primeros pasos titubeantes de la vida sobre la Tierra. En algún momento, sin embargo, las moléculas deben haberse agrupado para formar una estructura capaz de copiarse a sí misma. Detrás de este misterioso evento, se esconde el principio básico de la autoorganización, objeto de estudio del químico Klaus Kern y de su equipo en el Max-Planck-Institut für Festkörperforschung (Instituto Max Planck para la Investigación de Cuerpos Sólidos), en Stuttgart

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Para hacer que las moléculas adopten una formación y observarlas durante el proceso, se requieren equipos pesados. Steven Tait ajusta el microscopio efecto túnel que, a la vez, es una cámara de reacción. Foto: Axel Griesch

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CONOCIMIENTO32 CONOCIMIENTO 57Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

mayor contenido de azúcar, así como un tipo de arroz me-nos sensible a las inundaciones, “el cultivo de precisión en relación con las papas es más exigente“, comenta Lübeck. La genética de las papas es mucho más compleja. Mientras

que los tomates y el arroz tienen sólo dos juegos de cro-

mosomas y una o dos variantes (alelos) por gen, la papa

tiene cuatro juegos de cromosomas con hasta cuatro ale-

los distintos por gen. Además, es muy poco habitual que

las características que se buscan se manifiesten en un

solo gen. “Más de 50 genes pueden condicionar una ca-

racterística de resistencia que denominamos, por tanto,

característica cuantitativa“, dice Gebhardt. Sería fantás-tico conocer los diez más importantes entre ellos.

La bióloga molecular señala hacia un mapa de Alema-nia que cubre una gran superficie de la pared del corredor del instituto. “Nosotros construimos nuevos mapas“ co-menta Gebhardt. La Tierra ya se ha medido por completo; ahora les toca a los genomas. En la pared de su oficina cuelgan representaciones esquemáticas en formato DIN A4 de los doce cromosomas de la papa, bastoncillos lar-gos en los que hay dibujadas barras verdes o azules: ésos son los QTL ya identificados. Ellos designan las áreas del ADN que contienen genes para los que se pudo comprobar en estudios anteriores una influencia mensurable sobre el rasgo de una característica fenotípica.

Los cromosomas están rodeados de flechas finas y de combinaciones de letras y cifras de distintos colores. GPA5, por ejemplo, aparece en rojo, R1 en verde y GP179 en negro. “El negro identifica marcadores ADN sin un significado biológico especial”, explica Gebhardt. No obs-tante, estos marcadores forman parte de la estructura básica de los mapas de genes, y son en este sentido com-parables con los grados de latitud y longitud de un mapa del mundo.

MAPAS DE GENES PARA UNA

EXPEDICIÓN EN EL GENOMA

Se puede crear un mapa de genes de este tipo para cada uno de los cromosomas de la papa. Los marcadores están alineados en ellos como las perlas en un collar. Entre ellos se deben localizar las características: en rojo aparecen, por ejemplo, las ubicaciones de genes relevantes para la resistencia a los nematodos; en verde, las relacionadas con la resistencia a los hongos. Para poder establecer un en-lace entre estos mapas de genes y las plantas del campo, el equipo de trabajo de Colonia recibe material de muestras de las empresas de cultivo de plantas, como la SaKa Pflan-zenzucht GbR de Windeby.

Allí se siembra en el campo, en la primavera, una po-blación de ensayo de una media de 200 plantas. Los em-pleados cortan una hoja fresca de cada una de las plan-tas numeradas, para aislar el ADN. Después, continúan observándose las plantas para comprobar si se produce una infestación con parásitos como, por ejemplo, el Phy-tophthora. Si no es el caso, se produce una infestación artificial para poder evaluar los efectos fenotípicos del patógeno sobre cada planta individual a lo largo de un par de semanas. La calificación va de 1 a 9, porque las características cuantitativas sólo se pueden registrar en varios niveles intermedios. Son muy pocos los casos en los que las características son tan puras o monogenéticas como la característica del color de los retoños de los gui-santes de Mendel. El 1 es la calificación más baja, lo que significa que la planta respectiva sería sumamente pro-pensa a las infestaciones con Phytophtora.

Las hojas secadas por congelación viajan 532 kilóme-tros a través de Alemania y se preparan en el laboratorio de Colonia. Algunas partes del ADN aislado se reproducen

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carbono en la atmósfera sino hasta un relativamente

tardío punto en el tiempo, aunque todavía antes del ad-

venimiento de la industrialización. Sin embargo, este in-cremento del dióxido de carbono era demasiado pequeño como para alterar, de manera perceptible, la temperatura global.

En contraste, en el ámbito regional, los seres humanos ya habían influido en el clima antes de la industrialización. Las simulaciones muestran que, debido a los cambios de blancura o de reflejo de la luz en la superficie terrestre, mediante el uso de la tierra, la humanidad alteró el ba-

lance de la energía en algunas regiones hace ya unos mil años. Especialmente en Europa, India y China, la cantidad de radiación solar absorbida disminuyó en unos dos watts por metro cuadrado. Un cambio de esta magnitud en el ámbito local es tan grande como el actual efecto inver-nadero; sin embargo, tiene el efecto contrario, dado que produce enfriamiento en lugar de calentamiento.

Incluso los acontecimientos históricos pueden dejar

su huella en el clima, por medio de tales efectos bio-

geofísicos. Por ejemplo, en el siglo XIV se produjo un

claro retroceso en la creciente influencia humana en

el balance de energía de Europa. Este cambio fue pro-

vocado por la peste bubónica, que causó la muerte de

alrededor de un tercio de la población y que a su paso

dejó en el abandono temporal grandes extensiones de

tierras dedicadas a la agricultura. Similares consecuen-cias tuvieron la invasión mongol de China en el siglo XIII, y las enfermedades esparcidas entre las altas culturas de América por la invasión de los europeos.

¿PROTECCIÓN DEL CLIMA

MEDIANTE LA FORESTACIÓN?

Concluimos, por tanto, que, ya en la era preindustrial, los seres humanos provocaron cambios en el balance regional de la energía, e incrementaron el contenido de dióxido de carbono en la atmósfera. Los humanos trastocaron el ciclo del carbono y redujeron, mediante la desforestación, el fregadero del carbono. Todo esto creó un legado del pasado para el tiempo en que los humanos entraron en la era industrial, de modo que el uso que se les dio a las tierras en el pa-

sado sigue y seguirá afectando las condiciones actuales

y futuras del clima.

Aun cuando el influjo del uso de las tierras en el clima ha sido hasta la fecha sólo un efecto colateral no intencio-nado, se planea hacer en el futuro un uso bien definido de este efecto para contrarrestar el cambio climático. Como resultado, se han hecho varias demandas de forestación de áreas agrícolas, a fin de librar a la atmósfera de dióxido de carbono y mitigar el actual cambio climático.

Sin embargo, la reforestación no siempre tiene el efecto de mitigar el cambio en el clima; puede también acelerar el calentamiento global. Los estudios demuestran que en latitudes medias y altas, la reducción del albedo, debida a la forestación, causa tanta radiación solar extra como para ser absorbida, que el efecto de enfriamiento por el retiro de dióxido de carbono no tiene impacto. Por lo contrario, en los trópicos, el alto nivel de evaporación en el bosque juega un papel mucho más importante, y, combinado con el retiro del dióxido de carbono, tiene un efecto neto de enfriamiento.

Prevenir la deforestación en el bosque de lluvia tro-

pical, que está siendo deforestado para ganar tierras

para la agricultura, podría ser más efectivo que la re-

forestación en zonas moderadas. Por consiguiente, tam-

bién en el futuro el desarrollo del clima dependerá de

decisiones agrícolas.

GloSaRio:

Albedo es la medida de qué tan fuertemente los continentes, los océanos y las nubes reflejan la luz del Sol. Las áreas más ligeras tienen un albedo más elevado que las áreas más oscuras.

Fregadero de carbono. Las masas terrestres y los océanos pueden remover el carbono de la atmósfera y conservarlo por largos períodos. En las tierras, este proceso involucra primariamente a la vegetación, que absorbe el dióxido de carbono, y forma con él compuestos orgánicos. Sin embargo, el dióxido de carbono también se conserva durante procesos geológicos, tales como la formación de la cal.

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CONOCIMIENTO56 CONOCIMIENTO 33Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

mediante el PCR (del inglés Polymerase Chain Reaction), una especie de copiadora bioquímica. Finalmente, enzi-mas de restricción recortan el ADN en los lugares con una secuencia de bases específica o no, si en esa secuencia de bases se encuentra un SNP, un intercambio de bases in-dividual. Eso provoca que determinados fragmentos de ADN sean más largos en ese individuo. En la electrofore-sis en gel que se realiza a continuación, estos fragmen-tos más largos se desplazan –impulsados por un campo eléctrico– más lentamente que los fragmentos más cortos. Si observamos nuestro marcador para la resistencia, una característica desfavorable avanza, por ejemplo, más lejos que una favorable.Si la característica es favorable o no,

sólo se puede aclarar mediante la comparación con la

documentación del cultivador sobre las plantas de en-

sayo correspondientes. Los cultivadores comprueban la

calidad de las plantas de ensayo y de sus bulbos. Esos

análisis fenotípicos deben realizarse frecuentemente, en

diferentes lugares y en momentos distintos, a lo largo de

varios años. Después de todo, el efecto de los genes sólo se puede definir adecuadamente en el marco de una reac-ción frente a un entorno determinado.

IMPULSO FINANCIERO

PARA MÁS COOPERACIONES

A las evaluaciones del genotipo y del fenotipo se suma el cálculo estadístico, necesario para establecer una relación entre las características y las secciones de ADN. Miles de bandas se estudian mediante un análisis por asociación para comprobar con qué características están correla-cionadas. Si se tiene éxito, el siguiente paso es continuar reproduciendo las plantas cuyos análisis de laboratorio han superado las comparaciones estadísticas y fenotípi-cas y esperar para constatar si se obtienen los resultados deseados. “El cultivo es un proceso muy lento”, comenta Lübeck. Son necesarios unos diez años para crear un solo tipo de papa. MAS podría acelerar ese proceso. Hasta hace poco se conocían sólo pocos marcadores diagnósticos que permitían identificar características monogenéticas, pero el programa de investigación GABI (Genomanalyse im bio-logischen System Pflanze, Análisis del Genoma en la Planta como Sistema Biológico) ha supuesto un gran impulso en los últimos ocho años. Estos proyectos, incentivados por el Ministerio de Educación e Investigación alemán (BMBF por sus siglas en alemán) hacen posible la colaboración en-tre centros de investigación, como el Instituto Max Planck de Colonia, y empresas de cultivo de plantas, y han dado como resultado el descubrimiento de marcadores diag-nósticos con los que se pueden identificar las característi-cas de las papas determinadas por varios genes.

“Uno de los mayores éxitos logrados hasta ahora para

los programas de cultivo económicamente relevantes es

un marcador molecular que diagnostica la resistencia

contra el nematodo Globodera pallida”, dice Lübeck. Los quistes de este nematodo pueden sobrevivir en el suelo hasta 20 años. Si las papas se siembran en un área infes-tada, las larvas penetran en las raíces y se apoderan de sus nutrientes. Como consecuencia, la planta muere.

PRIMEROS ÉXITOS CONTRA

LOS ENEMIGOS HERBÍVOROS

En la lucha contra los numerosos enemigos de la papa se han logrado nuevos triunfos: “Entre tanto, hemos descubierto un primer gen para la resistencia de campo contra el mildiu”, explica Gebhardt. El gen tiene la abreviatura StAOS2 (por Solanum tuberosum Allene Oxide Synthase 2). La investigadora de cultivos piensa que en unos cinco años más, el genoma de la papa estará completamente descifrado, lo que será de gran ayuda a la hora de buscar nuevos genes. Jens Lübeck parte de la base de que próximamente se descubrirán más marcadores para los genes de resistencia. Cuando mira el mapa de genes de la oficina de Christiane Gebhardt, se siente optimista. Es posible que en el futuro existan realmente “papas a la carta genética”.

Los investigadores comprueban en el ordenador las diferencias entre los trayectos recorridos por los fragmentos de ADN en la electroforesis en gel. Foto: Frank Vinken

GloSaRio Fenotipo/rasgo fenotípico Característica exterior reconocible de un organismo, influenciada por los genes y por el medio ambiente. Genotipo El juego individual de genes que posee un organismo. Marcador Acepción general: un medio auxiliar bioquímico para determinar características específicas. En este caso especial: una sección de ADN que se ubica en una secuencia conocida y localizada con exactitud del material genético, y sirve de ayuda en la búsqueda de genes. MAS Abreviatura de “marker assisted selection”: búsqueda de características relevantes para el cultivo mediante marcadores genéticos. Quantitative Trait Locus Mapping Un método para buscar las ubicaciones de los genes que influyen en una característica.

MAPA DE LA AGRICULTURA GLOBAL

Por esta razón, hemos tenido que usar otras fuentes de información en nuestro estudio; a saber, los datos sobre el desarrollo de la población mencionados al principio. El tamaño de la población y las áreas agrícolas están ín-timamente ligados. Antes de la Revolución Industrial, el comercio de larga distancia estaba limitado a productos valiosos, tales como las especias; era muy difícil transpor-tar productos alimenticios básicos a largas distancias. La

superficie de tierra agrícola requerida en el período com-prendido entre la Edad Media y la Revolución Industrial puede inferirse de las cifras de la población regional.

Utilizamos esta correlación y generamos una serie de datos que trazan la distribución de las tierras de cultivo y los pastizales a lo largo y ancho del mundo, a partir del año 800. En los cálculos se han tomado en cuenta las fal-tas de certeza en lo relativo a las cifras de la población y la influencia de los cambios en los métodos agrícolas.

Asimismo, hemos reconstruido los cambios en la dis-tribución de los bosques y los pastos naturales –así como las tierras de arbustos originadas por la expansión agrí-cola. De aquí surge la información de que, en la era pre-

industrial, había decrecido de manera significativa la

vegetación natural, dando lugar a las tierras agrícolas

y ganaderas.

EL ÚLTIMO MILENIO

El último milenio es particularmente interesante en este aspecto: entre el año 800 y principios del siglo XVIII, se triplicó la población mundial, y alcanzó la cifra de mil millones de personas. Este incremento debe haber sido acompañado por una expansión agrícola sin preceden-tes. Si no encontramos que un cambio antropogénico del clima haya tenido lugar en este periodo, no tenemos por qué pensar que haya ocurrido en los milenios precedentes. En este caso, como se asume generalmente, la influencia antropogénica en el clima debe haber empezado única-mente con la combustión en gran escala de petróleo y car-bón, durante la Revolución Industrial.

Sin embargo, nuestro estudio llega a una conclusión dife-rente. Hoy en día, los modelos del clima nos permiten simular en computadora la interacción de la vegetación, la atmósfera y los océanos en largos períodos. Con base en la reconstrucción del uso de la tierra en el milenio pasado y un modelo del sistema terrestre desarrollado en nuestro instituto, podemos estimar el impacto de la agricultura en el ciclo del carbono y en el clima.

Nuestros resultados muestran que en los centros de

la agricultura histórica en Europa, India y China, la agri-

cultura aumentó de manera extensiva entre los años 800

y 1850, a costa del área forestal, y condujo a la pérdida

de 53 gigatones de carbono en todo el mundo. Al mismo tiempo, 25 gigatones de carbono fueron embargados en el fregadero del carbono de la tierra.

De esta forma, casi la mitad de las emisiones fueron recuperadas por la vegetación, especialmente en regiones que fueron dejadas a dispositivos de la naturaleza, como la lluvia tropical en los bosques. Esto ocurre porque las plan-tas crecen más rápidamente bajo alta concentración at-mosférica de dióxido de carbono. Como resultado, pueden captar más gas de efecto invernadero y compensar, por lo menos en parte, el aumento del gas en la atmósfera. Los científicos se refieren a este proceso como “la fertilización con dióxido de carbono”, de las plantas.

EL CLIMA LOCAL CAMBIA INCLUSO

SIN ACTIVIDAD INDUSTRIAL

Estas cifras prueban que un volumen neto de alrededor de 28 gigatones de carbono fueron enviados a la atmós-fera como resultado del desarrollo de la agricultura en el período preindustrial del milenio anterior. Durante cien-tos de años, estas emisiones fueron de poca monta, y no fue sino en el período comprendido entre los siglos XVI y XVIII cuando afectaron la concentración atmosférica de dióxido de carbono más allá de un nivel que sólo podría ser explicado por las variaciones naturales del clima.

Por lo tanto, pudiera parecer que los seres huma-

nos no incrementaron la concentración de dióxido de

Más y más gente necesita más y más alimento: tierras de cultivo en el año 800 (izquierda) y en el año 2000 (derecha). La barra de color muestra la fracción o el área total usada para fines agrícolas (gris, 0%, violeta, 100%).

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CONOCIMIENTO34 CONOCIMIENTO 55Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

El fin de la jornada de un meteorito es abrupta por definición, cuando el fragmento de material cósmico choca contra la tierra. Una roca celestial oculta muchos grandes secretos. Ulrich Ott, del Instituto Max Plack de Química, en Mainz, es un detective científico. Él descifra, por ejemplo, cuánto tiempo ha viajado el meteorito por el espacio

Thorsten Dambeck

en la tarde del 17 de enero de 2009, el espectáculo de una luz brillante fue causa de grandes emociones. A la misma hora en que se transmitía el principal noticie-

ro nocturno, un meteoro iluminó el cielo durante unos se-gundos, en el norte de Alemania. Procedente de la direc-ción de Polonia, la bola de fuego se movió a través del Mar Báltico, hacia Dinamarca, en una trayectoria en dirección oeste. Cerca de 600 testigos oculares reportaron el hecho, y algunos de ellos incluso dijeron haber escuchado ruidos, como disparos de arma de fuego y truenos retumbantes.

En Suecia, una cámara de vigilancia documentó el es-pectáculo, y gente de los Países Bajos también fotografió la bola de fuego. Aunque las imágenes no fueron de utili-dad alguna para señalar un posible punto de impacto, con cierto grado de precisión, fragmentos del meteorito fueron descubiertos en los primeros días de marzo.

CAZADOR DE ROCAS CELESTES

El espectacular descubrimiento fue resultado de una

sistemática investigación emprendida por el cazador

de meteoritos Thomas Grau, de Brandeburgo, quien fue

también el primero en encontrar una pieza del meteorito

“Neuschwanstein”, en los Alpes, el año 2002 (Max Planck Reaserch 1/2003, pág. 16 ff.). En esta ocasión, Grau encon-tró su tesoro en la isla danesa de Lolland, donde recogió una pequeña pieza de roca, aproximadamente del tamaño

los secretos de

los granos cósmicos

Una roca que cayó del cielo. En abril de 2002, cayó en la Tierra, cerca del famoso castillo construido por el rey bávaro Lwdwig II –de ahí su nombre de “Neuschwanstein”. La fotografía muestra una vista de 360 grados, compuesta por 20 imágenes.

LA VEGETACIÓN Y EL CLIMA

Sin embargo, también en otro aspecto es la vegetación de relevante importancia para el clima. Los diferentes tipos de vegetación influyen en el intercambio de energía, agua e impulso entre la atmósfera y la superficie de la Tierra. Esto afecta particularmente al clima regional. Por ejemplo, a ojo de pájaro, los pastizales se ven más brillantes que los bosques –los científicos se refieren a esto como una mayor blancura o un mayor reflejo de la luz.

Los pastizales reflejan mejor la luz del sol y calien-

tan menos. Al mismo tiempo, los bosques evaporan más

agua a través de sus hojas y sus agujas, ya que muchas

veces tienen raíces profundas y pueden, en consecuen-

cia, enfriarse mejor que los pastizales de raíces someras. Cuál de estos efectos predomine –el calentamiento a través de la radiación solar, o el autoenfriamiento por medio de la evaporación- depende, entre otras cosas, de la posición del Sol, de la disponibilidad de agua en el suelo, del nivel de humedad en la atmósfera y del tipo de vegetación.

Así, en combinación con la radiación solar preva-leciente, la dirección del viento y las precipitaciones plu-viales, la cubierta vegetal moldea el clima. Ésta es la razón por la cual en el Instituto Max Planck examinamos la for-ma en que los cambios en la vegetación influyen en la absorción de la radiación solar, y sus consecuencias para el intercambio de dióxido de carbono entre las masas de tierra y la atmósfera.

INFLUENCIA DE LAS ACTIVIDADES

HUMANAS EN EL CLIMA

El clima ha cambiado naturalmente desde el fin de la úl-tima edad de hielo, hace diez mil años. En consecuencia, se han formado y diseminado nuevas comunidades de plantas. Pero, por encima de esos cambios naturales, las actividades humanas, tales como la agricultura, la silvicul-tura y la urbanización han ejercido una influencia sustan-cial en la interacción de la atmósfera y la vegetación en los continentes.

Los cálculos demuestran que, a la fecha, alrededor

del 24 por ciento del crecimiento global de las plantas es

controlado por los seres humanos. En los milenios entre 9000 y 5000 años antes de la época actual, la agricultura y la ganadería se desarrollaron independientemente una de otra en por lo menos cuatro regiones: el llamado Creciente Fértil de Asia Menor, partes de China y América Central y América del Sur.

De ahí se diseminaron las culturas que practicaban la agricultura y reemplazaron, de manera gradual, a las históricamente más antiguas sociedades de cazadores y colectores. Desgraciadamente, hay muy pocos registros detallados, disponibles, de la superficie de tierras que eran destinadas a la agricultura en un punto particular en el tiempo. Esta falta de datos ha dificultado el estudio de los cambios en la distribución de la vegetación global y su papel hasta la fecha en los eventos del clima.

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CONOCIMIENTO54 CONOCIMIENTO 35Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

de una pelota de ping pong; se había quebrado y estaba enterrada unos cuantos centímetros en un hoyo en el piso, cerca de la ciudad de Maribo.

Científicos como Ulrich Ott, del Instituto de Química Max Planck, se benefician del instinto de este cazador de rocas celestes. “No es ésta la primera ocasión en que he-mos obtenido nuestras muestras en esta forma”, dice. El grano de material que el cartero entregó en esta ocasión venía del Museo de Geología de Copenhague, donde Grau había depositado su descubrimiento. Las escalas del labo-ratorio reportaron apenas 115 miligramos, pero más que suficiente para la realización del análisis. Antes de esto, colegas de Dinamarca y de Münster habían hecho ya una clasificación: Maribo –nombre oficial del meteorito del Báltico- es un condrito carbonoso, un espécimen rico en carbono. Menos de un cinco por ciento de los meteoritos corresponden a esta rara categoría.

GASES NOBLES TIENEN EL SECRETO

DE LA DURACIÓN DEL VIAJE

Los científicos de Max Planck en Mainz llevan décadas investigando meteoritos. Desde 1969 también han esta-do analizando muestras traídas por los viajeros lunares –ninguna institución científica fuera de Estados Unidos recibió tantas rocas lunares como el Departamento de Cosmoquímica en Mainz. Sin embargo, los objetos de in-vestigación cósmica de Ott siempre han sido los meteo-ritos. “Nuestro trabajo tiene un enfoque interdiscipli-

nario”, explica el investigador, cuya casa científica se

encuentra en la interfase de la astrofísica, la química

y las geociencias. “Aquí estamos aplicando una serie de temperaturas”, explica Ulrich, mientras se dirige al labora-torio donde la muestra del Maribo está sometida a intenso calentamiento. En un lapso de varios días se le aplican temperaturas de entre 400 y mil 800 grados Celsius, a fin de liberar a la roca celeste, en forma gradual, de sus com-ponentes gaseosos.

Ott y sus colegas científicos tienen particular interés en los gases nobles; o, para ser más precisos, en la propor-ción de isótopos del gas noble, dado que pueden ser usa-dos para calcular el tiempo que duró el viaje desde el reino de los planetoides, hasta el punto de impacto en el territo-rio danés.

RADIACIÓN CÓSMICA

Y éste es el procedimiento: después de que la roca fue expulsada de su cuerpo original, quedó expuesta a la om-nipresente radiación cósmica. En su interior empezaron a ocurrir reacciones nucleares, y empezó a cambiar la proporción de isótopos. Como Otto explica: “Los efectos interesantes se pueden ver mejor por medio de isótopos poco comunes, como el neón 21”. El núcleo de esta forma especial del noble gas contiene un total de 21 protones y neutrones. Por lo general, el neón contiene solamente el 0.3 por ciento de este isótopo. “Podemos usar el conteni-do NE-21 de un meteorito –dice Ott- para determinar con bastante precisión el tiempo de su irradiación”. La edad de la exposición a los rayos cósmicos es el término técnico para la duración de la travesía cósmica.

1. Ulrich Ott examina la impresión de un espectro de masas. Fue así como se grabaron los espectros hace 20 años; ahora, esto se hace electrónicamente; pero, tan sólo por cuestiones de seguridad, siempre se usa en forma paralela la tecnología convencional.

2. Pesado, y resultó un peso ligero. Si usted espera encontrar un gran fragmento de roca en el laboratorio, quedará decepcionado. Para el análisis basta con una cantidad pequeña de material. El pequeño grano de material del meteorito Maribo pesaba apenas 115 miligramos.

3. Las muestras de los meteoritos se almacenan en botellas de plexiglás, como éstas, hasta que son analizadas en el laboratorio de Ott.

1

2 3

científicos del Instituto de Meteorología Max Planck, en Hamburgo, han estudiado el desarrollo de la agri-cultura en el último milenio. Su investigación viene

a demostrar que la humanidad ha tenido un impacto sig-nificativo en el clima, incluso antes del advenimiento de la industrialización.

El estudio de los registros de la iglesia es una activi-dad generalmente asociada con teólogos y genealogistas, más bien que con científicos naturalistas. Por tal motivo, la mayor parte de la gente muy difícilmente podrá imagi-narse que tales registros contienen también información importante para los investigadores del clima. Estos re-gistros, que se remontan a varios siglos, contienen impor-tante información sobre el desarrollo de las poblaciones y, por consiguiente, también sobre la superficie que era

destinada a la actividad agrícola. Sin embargo, la transformación de la vegetación natu-

ral en tierras labrantías tiene consecuencias en el clima. Por lo tanto, nosotros, los investigadores del clima, te-nemos mucha suerte de que los demógrafos hayan hecho ya el trabajo, en décadas recientes, y hayan recopilado los datos sobre la población global, con base en documentos históricos. Con estos datos, podemos deducir información, de muchos siglos atrás, sobre la influencia humana en el clima.

La era preindustrial es particularmente apropiada para analizar las consecuencias del uso de la tierra en el clima. Antes de 1850, la expansión global de la agricultura era

el único disturbio “hecho por el hombre” en el sistema

global del clima. Dado que la extensión de la agricul-

tura muchas veces requirió despejar los bosques, el car-

bón almacenado en la madera vino a dar a la atmósfera,

como parte del dióxido de carbono, un gas de efecto in-

vernadero. No fue sino hasta mediados del siglo XX cuando la can-

tidad de dióxido de carbono que los humanos enviaron a la atmósfera, por la quema de combustibles fósiles, ex-

cedió de manera significativa la de la expansión agrícola. A partir de entonces, el cambio del clima global, que se observa ahora, ha sido causado principalmente por las emisiones que surgen de la combustión de carbón, petró-leo y gas.

LOS CONTINENTES FUNCIONAN

COMO RESERVAS DE CARBÓN

La destrucción de la vegetación conduce a la emisión de dióxido de carbono. Al mismo tiempo, la flora de la Tie-rra vuelve nuevamente inofensiva una parte del dióxido de carbono enviado a la atmósfera. Por medio de la fo-tosíntesis, las plantas absorben el dióxido de carbono de la atmósfera y transforman en compuestos orgánicos el carbono que contiene, al tiempo que liberan oxígeno en

el proceso. En la década de 1990, por ejemplo, los conti-nentes reabsorbieron, cada año, alrededor de un gigatón (un billón de toneladas), de los aproximadamente 6.4 giga-tones de carbón que fueron producidos anualmente por la combustión de carbón, petróleo y gas.

De esta manera, los continentes almacenan en la actu-

alidad el 15 por ciento de las emisiones fósiles anuales.

A este fenómeno se le conoce como fregadero del

carbono de la tierra. En esta forma, la vegetación de los continentes puede contrarrestar el aumento en la tempe-ratura global, dado que el calentamiento global está ínti-mamente relacionado con el aumento en la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera.

El dióxido de carbono reduce la permeabilidad de la atmósfera a la retro radiación de la Tierra, y, como resul-tado, se calientan las capas más bajas de la atmósfera. Por consiguiente, mediante la absorción del carbono, el fregadero del carbono de la tierra mitiga el incremento que de otra forma habría que esperar como resultado de la ignición de combustibles fósiles y de la expansión de áreas agrícolas.

(A) Entre los años 800 y 1850 de la era cristiana, el crecimiento de la población fue constante, especialmente en Europa y Asia.

(B) Cambio en el área de diferentes tipos de vegetación natural y agrícola, a lo largo y ancho del mundo, entre los años 800 y 1850. En los tiempos preindustriales, y paralelamente al crecimiento de la población, extensas áreas de vegetación natural fueron transformadas en tierras agrícolas.

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CONOCIMIENTO36 CONOCIMIENTO 53Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

En el laboratorio se escucha el ruido de bombas –las medidas requieren un ultraalto vacío. En lo alto de las tuberías del aparato, que se aíslan del calor con láminas de aluminio, se encuentra una vasija de vidrio, de la cual salen una docena de protuberancias, en forma de dedos, que apuntan hacia abajo. Éstas contienen las muestras, envueltas en níquel plateado. Las muestras proceden

de una amplia variedad de diferentes meteoritos. Aparte de la muestra del

Maribo y de muchas otras, hay también una muestra muy especial: “Un colega de Viena –dice Ott- nos mandó ésta. Los mineralogistas no estaban completa-mente seguros de que se tratara de un meteorito. Sospechaban que, si realmente procedía del espacio, era posiblemente de Marte”.

El análisis del gas noble de este misterioso objeto ha quedado terminado, y Ott está seguro de que no es de la Tierra. Por lo contrario, ha completado una larga odisea cósmica. “Las elevadas concentraciones de Ne-21 son evidencia de una edad de elevada radiación, de unos 20 millones de años”. Pero esto indicaría que no es de Marte, porque los meteoritos procedentes de este planeta hacen el viaje espacial más rápidamente, por lo general en unos pocos millones de años.

NANODIAMANTES, HECHOS

DE UNOS MIL ÁTOMOS DE CARBONO

El espectrómetro de masas de gas que ayudan a Ulrich Ott y a sus colegas cientí-ficos a descifrar la roca celeste es un aparato muy sensible. Y tiene que ser así, porque muchas veces los gases nobles están presentes en los meteoritos en bajas concentraciones (véase el recuadro Una buena nariz…). Pese a todo, estas medidas han sido rutinarias ya por largo tiempo en el Instituto de Química Max Planck, una especie de servicio que forma parte de una serie estándar de los análisis en la investigación de los meteoritos. Mientras los números para los gases nobles, desde el helio hasta el xenón, aparecen en la pantalla, Ott habla so-bre su verdadera área de investigación: los granos presolares. Estas fases están alojadas en algunos meteoritos, y pueden ser investigadas por separado.

“Estamos preocupados principalmente por pequeños diamantes, que con-tienen apenas unos mil átomos de carbono”, explica el científico de Max Planck. Estos nanodiamantes son más viejos que el sistema solar. Fue el análisis de

gas noble el que permitió identificarlos como reliquias del espacio interes-

telar, y este primero mostró que los meteoritos contienen tales antiguos com-

ponentes. Además de los diamantes miniatura, los científicos analizan también granos más grandes, aunque incluso éstos siguen estando en la escala micromé-trica. Los investigadores utilizan complicados métodos para extraer los granos de la matriz de la roca meteorítica. Algunos isótopos de estos granos muestran ca-racterísticas dramáticamente distintivas.

Investigaciones de Peter Hoppe, también del Instituto de Química Max Planck, en Mainz, muestran que, mientras la proporción de carbono del isótopo con peso atómico de 12 y 13 anda alrededor de 90 en todo el sistema solar, estos granos están absolutamente fuera de lo común: algunos tienen valores de dos órdenes de magnitud más bajos, en tanto que otros exhiben una proporción de isótopos casi cien veces mayor.

¿De qué se trata? Se supone que las estrellas, al término de sus vidas, lanzan polvo al espacio. Antigua materia estelar de gigantes rojos o de explosivas su-pernovas alcanzaron la primigenia nube solar de la cual se formaron el Sol, los meteoritos y los planetas. En esta forma, las anomalías isotópicas nos permiten una mirada a la parte interna de estas estrellas y a la síntesis de los elementos químicos que ahí ocurren –una especie de huella digital genética de nuestros ancestros estelares.

NUEVO EQUIPO DE MEDICIÓN

PARA EL POLVO INTERESTELAR

El meteorito Maribo puede contener también los granos primigenios; las medi-ciones de Ott indican el contenido de un nanodiamante en partes por rango de miles. Una importante condición para esto fue que Maribo, en los cuatro y medio millones de años de su existencia, fue sometido a un calentamiento rela-

tivamente mediano, de no más de 200 grados Celsius. Sin embargo, es muy probable que no habrá investigación de-tallada del material presolar, dado que sólo una pequeña cantidad –apenas 30 gramos- del material de Maribo ha sido encontrada hasta la fecha en Dinamarca.

Este año, el instituto en Mainz experimentará un salto en la sensibilidad de su análisis del gas noble, una vez que entre en operación una nueva pieza de su equipo de medición, para el análisis de micrometeoritos, polvo inter-estelar y granos presolares individuales. Mientras tanto, todos los gases nobles de la muestra del Maribo han sido determinados en el laboratorio, y evaluados sus datos de medición.

A Ott no le han sorprendido los resultados: “La edad

de radiación del Maribo es de alrededor de un millón de

años”, explica. Éste es un tiempo de travesía muy corto,

comparado con el de los meteoritos ordinarios de pie-

dra, pero no inusual para esta clase de meteorito. Proba-blemente, este material quebradizo no podría resistir las duras condiciones del espacio por un tiempo mucho más largo. Y, a fin de cuentas, el proceso de calentamiento en Mainz también probó demasiado para el grano de polvo cósmico. “Se evaporó”, dice Ott impasible. “Después de todo, nuestras mediciones no constituyen una técnica no destructiva”.

Una BUena naRiZ PaRa loS GaSeS noBleS

Estudiar los gases nobles en los meteoritos resulta difí-cil, dado que las concentraciones de los mismos son muy bajas. El espectrómetro de masas de gas noble en Mainz opera fundamentalmente como sigue: primeramente, los componentes gaseosos de la muestra se calientan gra-dualmente para vaporizarlos. Por métodos químicos se separan los gases no nobles de la mezcla de gases, dado que no son importantes en el análisis extensivo. El helio y el neón entran primero en el aparato de medición, en tanto que los otros gases nobles están atrapados en la superficie del nitrógeno-líquido-frío (menos de 196 gra-dos Celsius) activado por carbono.

Son liberados de este “almacenamiento interino” por medio del calor, cada especie atómica a una tempera-tura específica. Primero se libera el argón, a menos 123 grados Celsius, seguido por el kriptón. Una temperatura todavía más elevada (alrededor de más de 150 grados Celsius) se aplica para liberar el xenón.

El análisis funciona con base en el siguiente princi-pio: un filamento de calentamiento emite electrones que chocan con los átomos del gas noble, lo cual hace que éstos se ionicen. El alto voltaje que se aplica entonces da la seguridad de que los iones de los isótopos del gas noble individual se desvían de acuerdo con su masa. En contraste con el espectroscopio de masas convencional, las bombas están cerradas durante la medición. Estas medidas sensitivas dependen de que no se pierda ni un simple átomo del gas.

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CONOCIMIENTO52 CONOCIMIENTO 37Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

GloSaRio:

Isótopo

Término utilizado para varios tipos de átomos de un determinado ele-mento químico cuyo núcleo tiene el mismo número atómico (número de protones) pero diferente número de neutrones y, en consecuencia, tam-bién diferentes números de masa.

Radiación cósmica

Radiación espacial de partículas de elevada energía, consistente princi-palmente de protones, electrones y átomos completamente ionizados. La radiación se origina en el Sol, pero también en las estrellas supernova y de neutrones, así como en fuentes extragalácticas, tales como las gala-xias activas y las quásares.

Meteoroide, meteoro, meteorito

Estos términos se confunden con frecuencia Un meteoroide es un frag-mento, grande o pequeño, de mate-rial que orbita en el espacio. Si tal meteoroide entra en la atmósfera de la Tierra, produce un fenómeno bri-llante, llamado meteoro. A un meteo-ro particularmente brillante también se le llama bola de fuego o bólido. La mayor parte de los granos son ape-nas del tamaño de una mota de pol-vo, y se queman, pero los fragmentos más grandes caen en la Tierra como meteoritos.

Supernova

El estallido repentino en llamas de una estrella que incrementra su brillo de varios millones a varios billones de veces. Hay varios tipos de supernovas, y dos mecanismos básicos: la explosión de una estrella masiva individual que ha utilizado todo su combustible nuclear al fin de su existencia; y la detonación de una de las estrellas de un sistema bina-rio, causada por la transferencia de material entre dos estrellas (enanas blancas).

1. Los meteoritos, cuidadosamente envueltos en papel níquel, en el recipiente de vidrio para las muestras, donde son liberados de los gases absorbidos, por medio de un calentamiento moderado.

2. Se mira como si fuera arte moderno, pero en realidad se trata de una trampa de separación criogénica. Éste es una especie de almacenamiento interino para los gases nobles, liberados por medio del calor de las muestras de meteoritos.

PeTeR HeRGeRSBeRG, eSPÍa Sin llaVe

Los bancos son posibles clientes para los equipos que protegen información mediante la mecánica cuántica: cada día transfieren electrónicamente importes de varios miles de millones. Quien logra introducirse en este tráfico de datos, se hace rico. Afortunadamente, existen ya, en la actualidad, métodos sumamente fiables para codificar, por ejemplo, el intercambio de la información de una cuenta. El emisor hace ilegibles los datos sensibles mediante una clave numérica. El receptor necesita la misma clave para decodificar los datos. El código debe cambiarse con la mayor frecuencia posible. Pero el intercambio de la clave es precisamente el punto débil de la criptografía clásica, pues quien consigue la clave puede descifrar también toda la información.

En cambio, si el emisor y el receptor intercambian la clave según las prescripciones de la criptografía cuántica, cualquier espía se delata irremediablemente. Al igual que el ordenador cuántico, también este método aprovecha el hecho de que el mundo de las partículas más diminutas no se rige por el principio de „todo o nada“. Hay diferentes procedimientos posibles: los primeros criptógrafos cuánticos se basan en que el cero y el uno, las unidades de información más pequeñas del tráfico de datos digital, se pueden traducir cada una de dos maneras diferentes como características de partículas luminosas. A saber, polarizadas horizontal y verticalmente en la base o polarizadas en la base más 45 grados y menos 45 grados.

Cualquiera que no sepa en cuál de las dos bases envía el emisor un bit, no puede interceptar la clave sin ser descubierto. El emisor y el receptor transmiten o miden en bases que seleccionan aleatoriamente. A continuación, comparan las bases y emplean sólo los bits que el receptor ha medido en la misma base en la que el emisor los ha enviado. Pero la clave también se puede proteger contra un acceso no autorizado mediante fotones entrelazados. Estos fotones se deciden simultáneamente por un valor de medición, aun cuando se encuentren a varios años luz de distancia, un fenómeno que Albert Einstein denominó efecto remoto fantasma y que, por tanto, rechazó.

Entre tanto, existen pruebas experimentales de la existencia de este fenómeno. Algunos físicos confiesan abiertamente que no lo entienden, pero que se acostumbran a él. Físicos daneses han logrado entrelazar incluso átomos con fotones, siguiendo un procedimiento de Ignacio Cirac. Y lo han hecho en una cantidad y a lo largo de una distancia inigualadas hasta ahora. No obstante, un entrelazamiento al cien por cien es casi irrealizable. Así, el emisor transmite los bits de la clave con una tasa de error determinada, preestablecida teóricamente. Cualquiera que intente interceptar los fotones aumenta ese error si pretende preparar un fotón y enviarlo al receptor previsto. El emisor y el receptor pueden comparar la tasa de error. Si ésta es mayor de lo esperado, han descubierto a un espía.

Una tensión aplicada desplaza el nivel energético en las moléculas artificiales (arriba). El electrón se encuentra entonces donde está uno de los dos socios (centro) y desaparece uno de los dos picos en el espectro de la molécula artificial. Se ha creado una fuente de un solo fotón (abajo).

Oliver Schmidt y sus colaboradores

han reunido moléculas de

indio arsénico sobre una

superficie de galio arsénico.

Han logrado unir hasta seis átomos

artificiales entre sí.

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CONOCIMIENTO38 CONOCIMIENTO 51Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

¡Mi perro puede hacerlo!

!

En lo que respecta a los científicos cognitivos, el juego de niños “Espío con mis ojitos”, no es más que eso, un juego de niños, basado en la premisa de que la persona a la que le corresponde el turno no se imagina lo que los otros jugadores pueden o no pueden ver. Pero, los perros y los monos, por ejemplo, ¿comparten también esta habilidad? En el instituto Max Planck para la Antropología Evolutiva, en Leipzig, los científicos estudian los factores de conocimiento social en diferentes especies

Birgit Fenzel

la teoría de la mente es el término científico para el arte de leer la mente. Esta habilidad permite a las per-sonas considerar a los demás como individuos, con

sus propias percepciones, sentimientos y pensamientos y, con base en esto, imaginar qué está pasando en sus vidas. Para los investigadores, la teoría de la mente es una de las piedras angulares de la enseñanza y el aprendizaje, y, por lo tanto, también del surgimiento de la cultura –aquí sólo tiene uno que pensar en los papeles de la imitación y la demostración en la transmisión del conocimiento, en el contexto del desarrollo del lenguaje.

Durante mucho tiempo se consideró que la teoría de la mente era solamente una habilidad propia de los huma-nos, desarrollada en el curso de la evolución. Sin embargo, los científicos que trabajan con Michael Tomasello, en el Departamento de Psicología Comparativa y del Desarrollo, en el Instituto Max Planck para la Antropología Evolutiva, en Leipzig, observaron que los chimpancés también desa-rrollan algunas de las características clave de esta ha-bilidad de percibir las perspectivas e intenciones de los demás.

Su objetivo es, en primer lugar, un simulador cuántico, una versión simplificada del ordenador cuántico. Un simulador cuán-

tico podría ayudar a los físicos en un futuro relativamente

cercano a comprender, por ejemplo, el supraconductor de alta

temperatura.

“Queremos simular un sistema mecánico cuántico descono-cido mediante uno conocido“, dice Tobías Schätz. En muchos as-pectos, un simulador cuántico trabaja de forma similar a la de un ordenador cuántico. Sin embargo, no presenta algunos de los problemas especialmente complejos de este último; por ejemplo, la manera de diferenciar la información acumulada en un estado de superposición. Schätz y sus colaboradores desean descubrir primero en su experimento lo que ocurre en un sistema de iones en una transición magnética determinada: cada ión se comporta como un pequeño imán de barra. Los polos norte y sur de los imanes vecinos se repelen. Por tanto, siempre se ordenan de ma-nera que el polo norte de un imán se encuentra junto al polo sur del siguiente; eso sí, siempre que no haya un campo magnético aún más fuerte que ordene a todos los imanes de barra parale-lamente desde fuera, como en un trozo de hierro, a saber, polo norte junto a polo norte y polo sur junto a polo sur.

Schätz y sus colegas colocarán sobre los iones precisamente un campo magnético como éste, y luego lo retirarán poco a poco. “Queremos saber lo que ocurre cuando el campo magnético exte-rior se debilita tanto que la interacción de los iones vecinos de-termina el orden”, dice Schätz. “Mediante este experimento, que-remos simular una transición de fase a nivel mecánico cuántico”. Una transición de fase ocurre en el agua cuando se evapora, pero también en un metal cuando cambia sus características magné-ticas.

“Para obtener mediante el simulador cuántico conocimien-tos sobre sistemas cuánticos complejos que por principio no se pueden alcanzar con ordenadores convencionales, tenemos que aumentar la cantidad de iones a unos 400”, añade Schätz. Para un ordenador cuántico, en cambio, serían necesarios casi cien mil. Probablemente, la mejor forma de organizar una cantidad seme-jante de bits cuánticos sea en un cuerpo sólido como puntos cuán-ticos. Éstos están compuestos de un par de miles de átomos cada uno. Un pequeño grupo de este tipo asume las características de un solo átomo artificial en el que se podría almacenar un bit.

Oliver Schmidt y sus colaboradores del Instituto Max Planck para la Investigación de Cuerpos Sólidos de Stuttgart han creado ya un patrón regular de varios millones de puntos cuánticos sobre una superficie. Al igual que en los átomos reales, también en los artificiales los electrones giran alrededor de una partícula posi-tiva, denominada por los físicos de semiconductores “hueco”. Y esos electrones giran con un espín que, dicho de forma simplifica-da, equivale a su impulso de giro y determina el comportamiento de una partícula en el campo magnético.

Los físicos representan el espín de forma ilustrativa como una flecha hacia abajo o hacia arriba. Resulta entonces casi inevitable denominar uno de los dos sentidos cero y el otro uno. Pero cero y uno podrían asignarse también al estado básico y a un estado ex-citado al que podría impulsarse un electrón mediante una descar-ga láser. Para aprovechar las ventajas del ordenador cuántico,

los puntos cuánticos deben interactuar. Sólo entonces dan lugar

al estado de superposición, que es el punto esencial de todos

los cálculos cuánticos. “Recientemente logramos, junto con los científicos de la Universidad de Stuttgart, acoplar por primera vez

dos puntos cuánticos auto-organizados que se encuentran uno junto al otro sobre una superficie”, nos cuenta Oliver Schmidt, director del grupo de trabajo en el instituto Max Planck de Stuttgart.

UNA PISTOLA DE FOTONES

DEL CALIBRE QUE SE DESEE

Los investigadores han formado, entonces, una molécula artificial a partir de dos átomos artificiales. Para ello, han apilado mediante una nueva tecnología dos acumulaciones de indio arsénico sobre un soporte, a una distancia de casi ocho nanómetros entre ambas, de manera que los puntos cuánticos crecen muy cerca el uno del otro, como dos pi-lones, sobre el sustrato. “Entre los dos puntos cuánticos saltan ahora electrones de un lado al otro”, dice Schmidt. Los puntos cuánticos asumen un estado común “comu-nicándose” entre sí. Pero los dos puntos cuánticos no sólo se comunican entre sí, sino también con el exterior.

Al hacerlo, se expresan en el idioma usual del mundo cuántico: con luz; “concretamente, en la forma especial de fotones individuales”, dice Schmidt. Al igual que los

pistoleros de fotones del instituto de Garching, también

sus colegas de Stuttgart hacen que los puntos cuánticos

disparen un fotón tras otro. Y esto funciona incluso a

altas temperaturas, al menos según los parámetros de

los físicos atómicos: los puntos cuánticos entregan ya fo-tones individuales a una temperatura de unos 200 grados bajo cero; es decir, muy distante aún del cero absoluto.

Esto significa que una fuente de protones individua-les de este tipo se puede enfriar ya con el económico ni-trógeno líquido. Cuando los investigadores aplican una tensión eléctrica a una molécula de los puntos cuánticos y la varían, influencian también la longitud de onda de la luz emitida: es como si modificaran el calibre de su pistola de fotones. Bajo este punto de vista, tal vez los físicos de los institutos Max Planck deberían prepararse para un duelo entre tiradores de fotones.

No se puede predecir quién saldría vencedor, y esto en dos sentidos: “Todavía no sabemos si los cálculos en un ordenador cuántico se realizarán finalmente con fotones, con moléculas o con puntos cuánticos”, dice Ignacio Cirac. Él está trabajando, en todo caso, para que no haya límites teóricos para ninguno de los planteamientos.

Un criptógrafo cuántico procesa información mediante luz láser, lo que se puede observar, pero no interceptar.

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CONOCIMIENTO50 CONOCIMIENTO 39Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

Con el fin de descubrir lo que los simios saben acer-ca de las percepciones de los miembros de su grupo, el psicólogo Joseph Call aprovechó la posesividad extrema que, en el caso de la comida, presentan los habitantes de la casa del simio en el Centro de Investigación de Primates Wolfgang Köhler, ocultando pedazos de fruta en las jaulas. Los miembros de menor jerarquía sólo se atrevían a tocar el alimento extra cuando observaban que el macho alfa no había notado la comida oculta, o bien cuando la comida estaba fuera del rango de visión de éste.

INDICADORES PARA LOS BIOLOGOS EVOLUCIONISTAS

Esto pone en tela de duda la hasta ahora aceptada creencia de que la teoría de la mente es una habilidad exclusiva-mente humana. Pero, ¿qué tanto entienden en realidad los simios acerca del estado del conocimiento de los otros? ¿Es posible que sean capaces de utilizar gestos de indi-cación, u otros indicadores de referencia en contextos co-municativos?

“Estas preguntas son extremadamente fascinantes para nosotros” –dice la bióloga Juliane Brauer, quien in-vestiga el conocimiento social en varias especies animales, en el área de Tomasello. “La comparación entre diferentes especies nos brinda una visión de nuestro propio interior y de lo que ha cambiado a lo largo de nuestro desarrollo. Después de todo, la forma en que el conocimiento humano se ha desarrollado a lo largo de la evolución siempre ha sido una de nuestras grandes interrogantes”.

De esta manera, los humanos han sido dotados de la habilidad de ponerse a sí mismos en la percepción y en las perspectivas de acción de los otros, y esta habilidad juega un papel importante en la adquisición del lengua-je en la infancia temprana. El niño aprende, señalándo-los, los nombres de los objetos, gracias a su padre y a su madre. Asimismo, ahora se puede asumir que los gestos realmente tienen su base en las raíces del lenguaje: las palabras y los sonidos aparecen solamente después de las señalizaciones.

Sin embargo, como Call y sus colegas descubrieron con asombro en el Centro de In-vestigación de Primates Wolf-gang Köhler, los grandes si-mios no siguen ni siquiera las más amplias pistas que se les brindan: una serie de estudios con piezas de fruta ocultas de-mostró que los señalamientos

no funcionan en la comunicación humano–simio. Es claro que los simios no entienden lo que sus humanos compa-ñeros de prueba trataban de decirles, cuando señalaban cierto contenedor de comida.

TALENTO EXCLUSIVO

DEL HOMBRE

Con base en estos descubri-mientos, resulta evidente que la habilidad de interpretar gestos comunicativos es un ta-lento exclusivo del Homo sapiens. ¿Si la relación más cer-cana al hombre, hablando en términos ontogenéticos, no

puede comprender los gestos de señalización, ¿quién puede? La respuesta llegó de una fuente inesperada: “¡Mi perro lo puede hacer!”, expresó el estudiante de doctorado Brian Hare (Investigación Max Planck 2/2006, página 70 ff.).

Con este comentario informal, Hare se asignó a sí mismo la tarea de llevar a cabo su propio proyecto de investigación. Rápidamente quedó patente que su perro no era el único comunicador canino, extraordinariamente dotado, capaz de interpretar los gestos humanos de señalización. Igual que se había realizado en la casa del simio, la “prueba de elección del objeto” se usó aquí también. A los perros se les presentaron dos contenedores idénticos, boca abajo, pero sólo uno de ellos tenía un bocadillo para perro. Como los perros no habían visto cuando se estaba escondiendo el bocadillo en el contenedor, no podían haber sabido en cuál de ellos estaba.

Su compañero humano de prueba apuntó entonces al recipiente con el in-teresante contenido. Después de eso, a los perros se les permitió escoger, y así lo hicieron, tocando el contenedor de su elección con su nariz o sus patas. Si escogían el correcto, se les recompensaba con el contenido; si escogían el equivocado, se quedaban sin nada. Para asegurarse de que los perros no se guia-ran por sus sensibles narices, se llevó a cabo una condición de control, a fin de que no hubiera pista alguna respecto de cuál era el contenedor correcto. ”Si el animal hacia alternativamente selecciones correctas e incorrectas en este caso, era evidente que no podía oler la comida,” dice Julianne Brauer, explicando cómo se puso a prueba la afirmación de Hare.

Dos contenedores, una galleta, ni rastro de olor. Incluso sin usar la nariz, los perros de todas las razas inmediatamente pudieron establecer donde se ocultaban las recompensas. A diferencia de los monos, al instante comprendió el gesto de señalar. MPI for Evolutionary Anthropology.

ejemplo, al intentar explicar el supraconductor de alta temperatura. Los PEPS podrían ser de gran ayuda.

Los físicos cuánticos disponen de PEPS: estos modelos descomponen las partículas reales en pares entrelazados.

MOLÉCULAS POLARES

Para las operaciones con bits en las rejillas, las moléculas polares serían más adecuadas que los átomos, pues pue-den comunicarse mejor de un puesto de la rejilla a otro. Su composición atómica confiere a esas moléculas extremos positivos y negativos, a través de los cuales pueden inter-actuar. Todavía no hemos avanzado tanto, pero hace poco logramos formar moléculas no polares a partir de dos átomos de rubidio en los puestos de las rejillas, comenta Niels Syassen, uno de los colaboradores en el experimento realizado en el departamento de Rempe.

Para ello, los científicos introdujeron un gas de rubidio altamente diluido y sumamente frío en la rejilla óptica, de tal manera que, como máximo dos átomos ocuparan un pozo de potencial. A continuación, juntaron un campo magnético a este arreglo. Mediante la modificación suma-mente lenta de su intensidad, obligaron a los átomos a asociarse. Esto se debe a que, a partir de una determinada intensidad del campo magnético, es más favorable para los átomos unirse, en vez de continuar independientes. En cuanto los investigadores devolvieron el campo magnético a su intensidad original, los socios volvieron a separarse.

ÁTOMOS CON IDENTIDAD DIVIDIDA

Un ensamblaje como éste, con moléculas flotantes en una rejilla óptica, podría convertirse también en el núcleo de un simulador cuántico. Ignacio Cirac, que en su calidad de director del Instituto Max Planck para Óptica Cuántica trabaja en el tema del procesamiento de información me-diante la óptica cuántica, ha presentado ya una propuesta sobre la manera en que las partículas aisladas en una re-jilla podrían asumir simultáneamente varios estados. Los físicos hablan de un estado de superposición. Ésta es una premisa básica para el procesamiento cuántico de la infor-mación, pues sólo de esa forma se pueden realizar varias operaciones de cálculo en un solo paso (cuadro).

Para que los átomos se encuentren de esta manera mecánica cuántica, Ignacio Cirac quiere, primero, dividir su identidad. Y es que los físicos pueden manipular un átomo para que quede atrapado en una rejilla óptica cuyas ondas giran a la derecha, o en una cuyas ondas giran a la izquierda. La mecánica cuántica deja ambas posibilidades abiertas para el átomo, hasta que alguien mide frente a qué luz reacciona. Por tanto, hay dos átomos virtuales donde, según el concepto clásico, sólo existe uno.

Cada uno de los dos átomos virtuales puede maniobrarse incluso indivi-

dualmente: con una rejilla óptica de luz dextrogiratoria, se puede desplazar

sólo la parte virtual respectiva del átomo. La otra parte permanece donde

estaba, a pesar de que ambas partes representan una partícula. Así, los físicos pueden empujar esa forma del átomo al puesto vecino de la rejilla. En ese puesto está la forma con el polo opuesto del vecino. Gracias a la interacción de las dos partículas virtuales, quedan entrelazadas –una de las posibilidades de llegar al estado de superposición.

Aunque no lo parezca, Thomas Volz, Niels Syassen y Gerhard Rempe (izquierda) están delante de una caja de huevos óptica, que forman mediante rayos láser en la cámara de acero que se ve en el margen derecho de la imagen. En los pozos de potencial, los átomos de rubidio se unen para formar moléculas.

Ahora se podrían realizar con ellos cálculos cuánticos, al menos en teoría. En la práctica, los físicos no han logrado aún excitar partículas individuales en la rejilla para depositar en ellas información o volver a leerla. Por lo general, uti-lizan láser para modificar y leer el estado de una partícula. Pero ningún láser es lo suficientemente fino como para seleccionar una partícula específica entre las muchas que se encuentran una muy cerca de la otra en una rejilla óptica.

IONES SIMULAN FENÓMENOS CUÁNTICOS

Y éste es precisamente el punto fuerte del planteamiento seguido por Tobías Schätz y por su equipo de trabajo. Él se ha propuesto capturar una cadena de iones de magnesio en un campo eléctrico alterno, para entrelazarlos y formar un simulador cuántico. Los iones deben ordenarse en la trampa con distancias de tres micrómetros entre uno y otro; es decir, suficiente espacio para excitarlos individualmente mediante un láser.

Schätz y sus colegas planean seguir en un puñado de iones las instrucciones para un experimento proveniente también del departamento de Ignacio Cirac.

Una unión temporal: los átomos de rubidio (en rojo) de una rejilla óptica se unen (imagen de la izquierda), y vuelven a separarse en función de la intensidad del campo magnético controlado por los colaboradores de Gerhard Rempe. Sólo cuando están separados los átomos generan un patrón de interferencia con picos satélite (imagen de la derecha).

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CONOCIMIENTO40 CONOCIMIENTO 49Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

Este solo estudio reveló que la afirmación de Hare no eran sólo palabras vacías. Los perros mostraron clara preferencia por el contenedor que había se-ñalado el humano: el mensaje silencioso había sido claramente escuchado. “El articulo de Hare sobre el conocimiento canino fue publicado en 1998”, explica la bióloga de 33 años. Desde 1999, ella ha estado trabajando en el Instituto Max Planck, y ahí mismo escribió su tesis en 2002. Más o menos por esa misma fe-cha, un grupo de investigadores exploraban en Budapest la pregunta de cómo pueden los gestos humanos ser utilizados por los perros.

DE LA ÚLTIMA ELECCIÓN AL TOPE DE LA CLASE

En un principio, la comunidad científica mostró poco interés al conocer los re-sultados de los estudios realizados en Leipzig y en Budapest. “Era difícil que alguien estuviera interesado en los perros. Se les consideraba sujetos no aptos para los exámenes, en virtud de que viven en un medio ambiente no natural. Y se creía que los resultados de tales estudios no reflejaban su verdadera natu-raleza”, dice Brauer, quien explica por qué los perros habían quedado en un punto muerto en el campo de la investigación.

NUEVO ESTUDIANTE DE EXCELENCIA

Lo que es más, desde hace mucho tiempo, los perros han sido considerados lobos “incompletos”, dado que no poseen muchas de las habilidades de sus an-cestros que no vivían en cautiverio. Por ejemplo, sus sentidos del olfato y del oído son significativamente menos agudos que los de sus autosuficientes an-tepasados salvajes. No obstante, incluso en los primeros estudios de conducta realizados en Leipzig, la especie que supuestamente había degenerado por la domesticación, asombró a los investigadores por sus habilidades cognitivas y sociales, y en muchos estudios comparativos surgió como el nuevo estudiante de excelencia que superó fácilmente a los primates de Pongoland.

Pero, ¿cómo pueden hacer esto los perros? ¿Acaso de cachorros aprenden los gestos como un “idioma extranjero”, gracias a su cercana asociación con los seres humanos? ¿O puede ser innata esta habilidad? Para averiguarlo, la estu-diante de doctorado, Julia Riedel, y sus colegas, realizaron la prueba de objeto-selección con perros jóvenes, de entre seis y 16 semanas de edad. Con el fin de excluir la posibilidad de que los cachorros simplemente estuvieran probando suerte con el contenedor más cercano a la mano de la persona que hacía el se-ñalamiento –es bien sabido el hecho de que las manos son de gran interés para

los perros- se agregó al estudio la condición que obligó a los perros a alejarse de la mano para llegar a los contene-dores.

Riedel reporta que los “Cachorros de todas las edades interpretaron igualmente bien el señalamiento como una indicación de comida escondida y seleccionaron el con-tenedor correcto”. Este resultado fue indicativo de que la habilidad para seguir los gestos comunicativos humanos no es algo que los perros deban aprender, sino que es in-nato. “Asimismo, esto sugiere que milenios de domesti-cación han jugado un papel crucial en el surgimiento de esta habilidad”. La observación ha sido, además, corrobo-rada con lobos criados en cautiverio y que, pese a también estar acostumbrados a los humanos y a sus formas de ex-presión, no comprenden las señalizaciones.

ESTUDIO DISTINTO

Qué tan bien saben realmente los perros lo que otros pueden o no pueden ver quedó demostrado por un estu-dio distinto que Brauer llevó a cabo con su colega Juliana Kaminski. La idea para el estudio se lo inspiró a Brauer su perra, Mora. Un día, cuando la sacó a pasear, Mora descu-brió un sándwich desechado descuidadamente en el piso, y lo vio como una bienvenida adición a su menú. Al es-cuchar la orden “alto”, soltó obedientemente su botín, y su dueña la felicitó por esta acción. Sin embargo, tan pronto como Brauer se dio la vuelta, Mora atrapó nuevamente el sándwich y lo devoró rápidamente a espaldas de su ama.

“Los estudios más interesantes son siempre aquellos que se relacionan de manera directa a la forma en que vi-ven los animales objeto de la investigación”, dice la cientí-fica de Max Planck. Como lo pueden confirmar la mayor parte de los propietarios de perros, la experiencia que ella tuvo en el parque con su perra fue algo muy típico en la vida cotidiana con los caninos domésticos: a los perros no se les permite subirse a la cama o al sofá, pero lo hacen tan pronto como sienten que no los ven; el perro debe estar en su cesta, pero salta fuera de ella en el instante en que su amo sale de la habitación; al perro no se le permite tomar comida de la mesa, pero tan pronto como se queda solo en el comedor, devora el chocolate.

LA BUENA CONDUCTA ES SIEMPRE

UNA CUESTIÓN DE ENFOQUES

El diseño del estudio en el chalé de perros, con el cual Bräuer y Kaminski querían establecer si los perros saben lo que otros ven, fue relativamente sencillo. Para empezar, se colocaba un manjar a las patas del perro. Mediante la orden usual, los humanos prohibían al perro comer el ali-mento. Más tarde, los humanos cambiaban su conducta. En una ocasión, simplemente se dieron la vuelta y salieron de la habitación; en otra ocasión, se sentaron en un banco y se pusieron a jugar. “En cada caso su atención no se dirigía al perro”, dice Kaminski, quien describe la más im-portante condición del estudio. Solamente en la condición de control los humanos miraban a los perros. Cada turno duraba exactamente tres minutos.

“Hay que admitir –concede Bräuer- que no era una prueba particularmente agradable para un perro bien en

La orden de “alto” sólo es válida siempre y cuando una persona lo está mirando. En los estudios, los perros obedecían siempre que la mirada del hombre se dirigía a ellos y, casi siempre, se robaba el premio cuando no se les observaba.MPI for Evolutionary Anthropology.

UN ORDENADOR DEL TAMAÑO

DE UNA CIUDAD PEQUEÑA

Y de la misma manera que Sísifo tenía que empujar, una y otra vez, una roca hasta la cima de una montaña, un átomo caliente abandona una y otra vez su posición preferida. Al hacerlo, se encuentra con una montaña energética, y pierde energía cinética. Finalmente, traspasa esa energía a la energía de los fotones que entrega. De esa manera, el átomo se enfría al final; tanto, que su movimiento sólo queda determinado por la falta de precisión de la mecánica cuántica. En la criptografía cuántica, bastarían unos pocos átomos de ese tipo en el resonador para trans-mitir mensajes fiablemente; pero, para formar una red de miles de bits cuánticos en un ordenador cuántico, se requiere un poco más de miniaturización.

En la actualidad, la instalación para capturar un solo átomo en el resonador ocupa un laboratorio completo; un ordenador cuántico tendría el tamaño de una ciudad pequeña. “Todavía está por verse si algún día construiremos realmente un ordenador cuántico hecho de átomos en resonadores”, dice Gerhard Rempe; “pero podemos realizar muchos experimentos básicos con átomos individua-les”. Por este motivo, los físicos persiguen también otros planteamientos para construir un superordenador de qubits.

Mucho menos espacio que decenas de miles de átomos en resonadores

necesitan, por ejemplo, los átomos fijados por los físicos en rejillas ópticas,

como huevos en una caja. Los átomos se ubican en este caso en pozos de po-

tencial que se forman a partir de las ondas electromagnéticas de rayos láser

superpuestos. En la rejilla, su temperatura y su velocidad son prácticamente tan bajas como en un resonador. Los físicos también tienen ya ideas sobre la forma en que las partículas podrían comunicarse entre sí en los puestos de las rejillas, un requisito necesario para solucionar tareas de cálculo.

15...16...17 Segundos... un récord: Markus Hijlkema (izquierda) y Bernhard Weber consiguieron hacer flotar un átomo en un resonador durante todo este tiempo. Para mantener un átomo en reposo durante tanto tiempo, los científicos de Garching utilizaron varios mecanismos de enfriamiento simultáneamente.

Disparar en caída libre: un átomo de rubidio cae de la trampa magneto-óptica a través del resonador. El disparo de fotones pasa a gran velocidad por el espejo derecho.

calcUlaR con la lUZ Los ordenadores cuánticos deben poder resolver muy rápidamente algunos problemas para los cuales los ordenadores convencionales necesitarían meses o hasta años; por ejemplo, descomponer grandes números en factores primarios, una operación de cálculo mediante la cual los bancos codifican las transacciones bancarias electrónicas. En el ordenador cuántico, los cálculos no serán realizados ya por transistores, sino por bits cuánticos o qubits: átomos, moléculas, fotones... o, en general, por partículas que se rigen por las leyes de la mecánica cuántica.

Los ordenadores cuánticos serán más rápidos, porque un grupo de esas partículas no se comporta como lo esperaríamos, de conformidad con nuestro concepto del mundo. Dos fotones, por ejemplo, se convierten en un sistema mecánico cuántico cuando están entrelazados.

En ese caso, ya no son independientes uno del otro, y ambos pueden tener o bien una polarización derecha o bien una polarización izquierda. Esto significa que sus ondas luminosas giran a la izquierda o a la derecha. La dirección de giro la deciden en el momento en que alguien los observa, es decir, cuando alguien mide la dirección de su oscilación. Hasta ese momento ambas posibilidades están superpuestas.

“Esto solo es un problema para nuestro concepto occidental del mundo”, dice Tobias Schätz, cuyo simulador cuántico trabajará con una cadena de iones entrelazados. “El Dalai Lama no tiene ningún problema en comprenderlo”. Su concepto del mundo se basa en el principio del Yin y el Yang: nada es exclusivamente bueno ni malo.

En la física, este principio se denomina superposición, y, sin él, un ordenador cuántico es inconcebible. Para dos fotones entrelazados, esto significa que pueden codificar simultáneamente dos ceros y dos unos y, además, calcular en esos dos canales.

Así, un sistema de mil qubits podría ejecutar mil cálculos paralelamente. Un cálculo de este tipo podría consistir en controlar con precisión los niveles de oscilación de los fotones mediante láser o filtros. Pero aún hay un problema: después del cálculo deben poder leerse los resultados de los procesos paralelos.

Lamentablemente, las partículas entrelazadas sí se someten en este caso al concepto occidental del mundo. En cuanto un físico mide la polarización de dos fotones entrelazados, éstos deben decidirse por la izquierda o por la derecha.

Por tanto, en muchos casos se pierden los resultados de los otros canales de cálculo, pero no en todos: los físicos han elaborado preceptos de medición para obtener más de un resultado de los cálculos paralelos, de manera que los grandes números podrían descomponerse realmente en factores primarios individuales mucho más rápidamente.

Otro problema del ordenador cuántico también parece poder solucionarse: un estado mecánico cuántico es algo muy volátil. En muchos casos, dura sólo una fracción de segundo. Por tanto, el cálculo cuántico debe estar finalizado en un abrir y cerrar de ojos.

Entre tanto, sin embargo, existen láser que generan impulsos miles o millones de veces más cortos que la duración de muchos estados interesantes para el ordenador cuántico. Puesto que son láser los que controlan pasos de un cálculo cuántico, podrían procesar teóricamente, en la actualidad, miles de operaciones de cálculo en un estado mecánico cuántico.

CREACIÓN DE LOS PEPSIgnacio Cirac, director del Instituto Max Planck para Óptica Cuántica, y sus colaboradores, han contribuido en gran medida a simplificar la descripción teórica de los estados cuánticos de varios qubits. Así, por ejemplo, han creado los PEPS.

Este acrónimo significa projected entangled pair states. En vez de determinar el estado real de un grupo de partículas, los físicos crean un modelo de ese estado.

Para ello, presuponen que cada partícula del sistema real está compuesta de varias partículas, de la misma manera que un neutrón está compuesto de varios quarks. Los quarks determinan juntos las características del neutrón.

En el caso de los PEPS, seleccionan pares entrelazados como módulos. Éstos pueden manejarse matemáticamente con más facilidad que las partículas reales. Este modelo no sólo podría contribuir a simplificar los cálculos cuánticos, sino también a facilitar a los expertos en física de cuerpos sólidos la solución de algunos de sus problemas: en esta disciplina se observan, por lo general, sistemas sumamente complejos, compuestos de innumerables partículas. Los modelos utilizados actualmente para describir estos sistemas fallan en muchos casos; por

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CONOCIMIENTO48 CONOCIMIENTO 41Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

trenado. Pero, bajo las condiciones adecuadas, era final-mente capaz de ignorar la prohibición, como mi perra lo había hecho en el parque”. Y los perros de la prueba se comportaron exactamente de la misma forma en que lo había hecho Mora. En vez de sentarse obedientemente, go-zando simplemente la vista del manjar, lo robaban en el mismo instante en que se sentían no observados. Sin em-bargo, casi nunca tocaban el alimento cuando se sentían observados por sus compañeros humanos de prueba.

“Con base en estos estudios, podemos concluir que los perros pueden distinguir si una persona los observa o no, y que en cada caso se comportan de manera diferente”, dice Juliane Bräuer. De este estudio también resultó una observación particularmente interesante, y es que los pe-rros también pueden distinguir entre ojos abiertos y ce-rrados, lo que constituye una notable habilidad.

Sin embargo, las dos investigadoras no pretenden aceptar sólo estos resultados como prueba de que los perros pueden entender lo que un humano puede o no puede ver en tales condiciones. Después de todo, los pe-rros pueden simplemente haber reaccionado ante los ojos de sus socios porque han aprendido que, cuando se les pueden ver los ojos, los humanos están siempre atentos.

ESTUDIO EN FORMA DE JUEGO

Para saber si los perros realmente entienden este cambio de conocimiento, las dos investigadores se embarcaron en otra serie de estudios. En esta ocasión, la prueba tomó la forma de juego, con dos juguetes que ellas habían colo-cado en el piso, entre el humano y el perro. Después, co-locaron una barrera enfrente de cada juguete: una barrera era opaca, y bloqueaba la vista del juguete por parte del humano, en tanto que la otra era transparente, y permitía una clara visión del juguete. Ambos juguetes eran igual-mente visibles para el perro, que estaba al otro lado de la barrera.

VOCABULARIO RÉCORD,

CON MÁS DE 200 PALABRAS

Entonces, el participante humano daba al perro la orden de traerle uno de los juguetes, mediante la palabra “tráelo”, sin referirse de manera específica al juguete. Si los perros podían entender algo de la perspectiva de la persona, y de lo que ésta podía ver, mostraban preferencia por el juguete colocado tras la ba-rrera transparente, que era el único en su campo de visión. Por lo tanto, la orden únicamente se podía referir al juguete colocado tras la barrera transparente. Sin embargo, si el perro reaccionaba solamente al ojo como estímulo, no debería mostrar preferencia por ninguno de los juguetes, y llevaría cualquiera de los dos, con igual frecuencia, a la persona, porque percibiría los ojos de esta última en conjunción con ambos juguetes.

De hecho, los perros optaron con más frecuencia por el objeto colocado en-frente de la barrera transparente. Sin embargo, es perfectamente posible que los perros hayan optado con más frecuencia por la barrera transparente porque, por ejemplo, el juguete se veía ahí más brillante, o porque en esta forma tenía una mejor visión del humano cuando le llevaba el juguete. Por tal motivo, el estudio fue complementado con otras dos condiciones de control en las cuales el perro no debería mostrar preferencia por ninguno de los dos juguetes.

En una situación, la persona podía ver ambos objetos, porque se colocaba a un lado del perro; en la otra, no podía ver ninguno, porque estaba sentada de espaldas a la escena. Cuando el humano estaba sentado de espaldas, los pe-rros desplegaron cierta preferencia por el juguete de la barrera transparente; sin

Este estudio demostró que los perros comprenden el punto de vista de los seres humanos. En la mayoría de los casos, trajo el juguete que había detrás de la barrera de vidrio. Obviamente sabía que su pareja en la prueba sólo podía ver ese juguete, y que la orden “traer” sólo se refería a ella. MPI for Evolutionary Anthropology.

Los perros no sólo traen objetos que se indican a ellos por su nombre, también pueden distinguir y saber de objetos desconocidos por un proceso de exclusión y de esta manera aprender nuevas palabras. A petición, también recuperan los objetos que se muestran a ellos en fotos o como miniaturas. MPI for Evolutionary Anthropology.

Una pistola de fotones no se puede cargar tan rápidamente como un revólver: Tatjana Wilk debe alinear con exactitud cada uno de los láser con que irradia la cámara de vacío.

vidrio van desde una instalación el doble de grande hacia la cámara, que se asemeja a una campana de buceo. Por una de estas fibras de vidrio llega también el impulso láser que excita un átomo mientras éste cae por el resonador.

Así se carga la pistola y se dispara inmediatamente.

“El color de la luz emitida viene determinado por la dis-

tancia entre los dos espejos”, explica Tatjana Wilk. En

el resonador sólo caben ondas completas de la luz. No

se forman ondas luminosas demasiado grandes ni de-

masiado pequeñas. Así se limitan los colores en los que

puede brillar el átomo.

PARTÍCULAS DE LUZ INDIVIDUALES

DESTELLAN EN CICLOS PRECISOS

“Producir fotones individuales es algo completamente distinto a generar un fotón como media”, dice Gerhard Rempe, en cuyo departamento experimenta Tatjana Wilk. Un fotón como media se crea a partir de un impulso clási-co debilitado, en el que las diferentes partículas de luz se producen tan aleatoriamente como caen las gotas de lluvia. “Pero nosotros disparamos un impulso luminoso clásico sobre el átomo que se encuentra en el resonador, y el resultado es un impulso mecánico cuántico”. Una ca-racterística de estos impulsos de un solo fotón es que no destellan aleatoriamente, sino en un ciclo preciso preesta-blecido por los físicos de Garching.

“Estamos estudiando ahora lo que se puede lograr con esos impulsos luminosos. En la actualidad, hacemos

fotones de aproximadamente un kilómetro de longitud. Y en algún momento transmitiremos nuestros conocimientos a los ingenieros”, afirma Rempe. Y al-gunos de sus colegas añaden a los átomos, en su trayectoria por el resonador, por ejemplo, fotones polarizados. De este modo, la onda luminosa gira hacia la derecha y hacia la izquierda, con una alternancia regular. “La oscilación de la onda es excepcionalmente adecuada para codificar bits con ella”, comenta Wilk. Esto no sólo es indispensable para transmitir mensajes digitales; además, un ordenador cuántico podría almacenar y procesar su unidad de cálculo más pequeña mediante esta característica física.

CALCULAR EN EL CERO ABSOLUTO

La luz con polarización derecha podría representar el uno; y la luz con pola-rización izquierda, el cero. Girando la luz de esta manera, se tiene también la posibilidad de entrelazar los fotones de dos pistolas de fotones. Éste es, a su vez, un paso indispensable para la tecnología de la información cuántica. “Esta-mos trabajando en ello”, comenta Tatjana Wilk. Para entrelazar dos partículas de luz procedentes de pistolas de fotones, Markus Hijlkema y Bernhard Weber están construyendo, a unos pocos laboratorios de distancia, un equivalente de la fuente fotónica de Wilks.

Sus investigaciones podrían facilitarles un control aún mejor de la pistola de partículas luminosas. Para ello tienen que atrapar átomos individuales en un resonador. A diferencia de lo que sucede en el aparato de Tatjana Wilks, en este caso un átomo no dispararía durante la caída libre, sino mientras flota atrapado entre los espejos. Este tipo de control sobre los átomos es una premisa indis-pensable para un ordenador cuántico: se trate de un ordenador que funcione con átomos, con moléculas o con iones (los físicos están impulsando actualmente las tres posibilidades), las partículas siempre tienen que estar frías, muy frías; como máximo, fracciones de un grado sobre el cero absoluto.

Esto significa que las partículas deben estar casi inmóviles, igual que los

átomos fijos en un resonador por Hijlkema, Weber y sus colegas. Después

de todo, han conseguido ya mantener fijos átomos de rubidio durante 17

segundos, lo que en la escala temporal atónica representa una pequeña eter-

nidad. Los científicos experimentan con diferentes mecanismos para detener y controlar los átomos. Utilizan tres técnicas de enfriamiento diferentes sólo para dominar las partículas entre los espejos –en esa fase, los átomos han pasado ya por la trampa magneto-óptica empleada también por Tatjana Wilk.

Desde este refrigerador estándar para átomos, los físicos transportan sus objetos de estudio al resonador mediante una trampa dipolo. También en este caso emplean de nuevo el campo electromagnético de un láser. Este campo con-vierte la envoltura de electrones del átomo en un dipolo, que es atraído simul-táneamente por el láser. Los físicos desplazan las partículas mediante su brazo de agarre electromagnético a lo largo de un trayecto de 14 milímetros, hasta introducirlas en el resonador. Allí empieza la parte más interesante: la distancia entre los espejos del resonador está ajustada de manera que sólo luz de determi-nadas frecuencias pueda ir de un lado a otro. Además, en el centro de la cámara de espejos coinciden dos rayos láser. Uno de ellos sirve como trampa dipolo para fijar el átomo; el otro excita el átomo, de manera que éste pueda entregar un fotón en el resonador. La frecuencia del láser enfoque excitador es, sin em-

bargo, un poco más pequeña que la que cabría en el resonador. Por eso, la luz

emitida por el átomo necesita aún un poco más de energía. Esa energía la toma del movimiento del átomo, que, como consecuencia, se

ralentiza y se enfría. Los físicos denominan este efecto -que puede actuar tanto a lo largo del eje del resonador como también verticalmente respecto a él en dirección al rayo láser excitador-, enfriamiento Doppler. Finalmente, el átomo de rubidio pierde aún más energía durante el denominado enfriamiento de Sísifo. Esto se debe a que la partícula prefiere quedarse en el vientre de la onda estacio-naria que se forma en el resonador. Allí su energía potencial es mínima. Como le habría ocurrido a Sísifo, que seguramente también habría preferido quedarse sentado al pie de su funesta montaña.

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CONOCIMIENTO42 CONOCIMIENTO 47Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

embargo, su preferencia mayor estaba reservada para el caso en que el humano estaba del otro lado y realmente no podía ver sino el objeto colocado tras la barrera transparente. “Este resultado podría significar que los perros realmente entienden, hasta cierto punto, lo que los humanos pueden ver”, dice Juliane Kaminski.

HABILIDADES BÁSICAS NECESARIAS

No queda claro si los perros son compañeros ideales para el juego “Yo espío con mis ojitos”. Sin embargo, no queda duda de que tienen las habilidades básicas necesarias para jugarlo. Bräuer, quien vino a trabajar con perros a través de su investigación con monos, ha sido durante dos años, coordinadora científica de la investigación con perros, y coordina proyectos en curso con Susanne Mauritz. Ella permite, a través de llamados por los medios, que los propietarios de perros interesados registren este interés en los estudios de observación. “La gente está feliz de venir con nosotros, porque tienen curiosidad por saber lo que realmente pueden hacer sus perros, y porque saben que cuidaremos bien a su perro y le pondremos retos mentales”, dice Mauritz.

Con el paso del tiempo, las dos investigadoras han llegado a conocer algunos perros particularmente dotados, que no solamente son buenos para interpretar los gestos y miradas humanos, sino que también tienen un asombroso vocabu-lario pasivo. “Algunos de ellos –dice Kaminski- pueden identificar por nombre varios cientos de objetos”. El indiscutible campeón en esta disciplina era Rico, un Border Collie, de nueve años, que podía reconocer por nombre y clasificar más de 200 juguetes.

Kaminski y sus colegas realizaron un estudio, mediante el proceso de ex-clusión, para investigar si Rico era capaz de aprender los nombres de nuevos juguetes. Con este objetivo, distribuyeron en una habitación juguetes nuevos y juguetes ya conocidos, mientras el collie estaba con su dueño en una habitación adyacente. Después, se le dio la orden de llevar a su dueño un juguete que no había visto jamás, y cuyo nombre nunca había escuchado. Rico resolvió fácil-mente este problema, descartando de golpe otra teoría de la USP: esta manera de aprender etiquetas de los objetos, conocida como equivalencia rápida, también era considerada antes como una habilidad exclusivamente humana.

LO QUE LOS PERROS REVELAN ACERCA DE LOS HUMANOS

Como revelaron estudios posteriores, Rico es un lingüista particularmente do-tado, pero su talento no es, en manera alguna, único en el mundo canino. Otros representantes de su especie casi lo igualaron en términos de vocabulario. El hecho de que los mejores resultados los haya obtenido otro Border Collie puso a pensar a los investigadores. Si este talento es o no una característica de la raza Border Collie es una pregunta fascinante, que sigue abierta, reporta Susanne Maauritz. “Sin embargo, cuando hablamos de nuestra investigación, evitamos el término inteligencia”.

En lugar de ello, nos enfocamos en identificar las capacidades cognitivas es-peciales que posee una especie animal, y que son necesarias para su superviven-cia. Ésta es, sobre todo, una cuestión de especialización y de adaptación evolu-tiva. Por ejemplo, aunque los perros obtuvieron casi siempre mejores resultados que otras especies animales en los estudios sobre la comunicación con los hu-manos, encontraron grandes dificultades en estudios que requerían aprendizaje social vía la imitación, o en la solución de problemas mediante la comprensión de enlaces causales.

Sin embargo, los simios se desenvolvieron particularmente bien en estos exámenes. Cuando el investigador agitaba el contenedor con la recompensa, quedaba inmediatamente claro para el simio que debía de haber algo en el inte-rior. Por su parte, los perros fueron incapaces de obtener, por el ruido, conclu-siones acerca del contenido.“Es fácil explicar estos resultados. Son indicativos del medio ambiente en que sobreviven ambas especies”, explica Juliane Bräuer. Debido a la enorme competencia por la comida, que prevalece entre los grupos de primates, uno de éstos nunca soñaría en mostrar a otro miembro de su grupo

una fuente de alimento. Sin embargo, la comprensión causal es útil, en las selvas tropicales, para la búsqueda de alimento. Agitando una nuez, un mono puede establecer si vale o no la pena cascarla.

Por otra parte, los perros no tienen que preocuparse por buscar alimento o por otros problemas de esta natu-raleza. Viven con los humanos, que satisfacen sus necesi-dades. Sin embargo, para ellos es una ventaja entender a los humanos lo mejor posible. Como consecuencia, a lo largo de los últimos 15 mil años, los perros se han con-vertido en unos verdaderos profesionales de la comuni-cación.

TALENTOS COGNITIVOS CANINOS

Los investigadores con base en Leipzig están particular-mente interesados en los talentos cognitivos caninos, que, por otra parte, se encuentran sólo en los seres humanos, tales como el comprender los gestos de señalamiento. Bräuer confía en que “tal vez, esta particular habilidad canina nos provea información acerca de nuestro propio desarrollo. Por ejemplo, información de cómo la selección natural puede haber influido en nosotros, los humanos. Es muy probable que nosotros hayamos animado a los amistosos, atentos perros que establecieron contacto con nosotros. Asimismo, es posible que, en el curso de la evo-lución humana, individuos amistosos hayan tenido éxito en afirmarse a sí mismos, promoviendo de esta manera en los humanos una extremadamente pronunciada voluntad de cooperación.

La pregunta de si se pueden obtener tales conclusiones de las habilidades de los perros sigue siendo meramente especulativa. Sin embargo, el trabajo desarrollado por los científicos de Max Planck puede muy bien ayudar a clari-ficar algunos de los misterios que rodean la evolución hu-mana.

GloSaRioCogniciónCognición significa la facultad de conocimiento. Se refiere a los procesos mentales que desarrollan los individuos, tales como pensamientos, opiniones, deseos e intenciones, lo mismo que a las operaciones de procesamiento de información, tales como el lenguaje y la solución de problemas. Estas operaciones permiten a los individuos adaptar con flexibilidad su comportamiento y aprender de su interacción con el medio ambiente.

OntogénesisEl término ontogénesis describe el desarrollo de los individuos y de sus características en sentido biológico y psicológico. A diferencia de la filogénesis, que se refiere al surgimiento y desarrollo de una especie, la ontogénesis se limita al desarrollo del individuo.

PongolandEl Centro de Investigación de Primates Wolfang Köhler (Pongoland) es un proyecto del Instituto Max Planck para la Antropología Evolutiva, y opera en colaboración con el Zoológico de Leipzig. La investigación desarrollada en el centro se enfoca en el comportamiento y cognición de las cuatro especies de grandes simios: chimpancés, gorilas, organgutanes y bonobos. Los visitantes al zoológico no sólo pueden observar a los animales en confinamientos interiores y exteriores, sino que también pueden observar el trabajo que llevan a cabo los científicos.

la criptografía cuántica ya existe; los investigadores trabajan actualmente con puntos cuánticos, y el ordenador cuántico formará parte de nuestra vida co-tidiana en algún momento. Resulta difícil imaginarse las nuevas tecnologías

con nuestro sentido común, pues el grado de abstracción en el mundo de lo

diminuto es demasiado grande. Y, sin embargo, se puede decir que el futuro

ya empezó hace tiempo en el Instituto Max Planck para Óptica Cuántica, de

Garching, y en el Instituto Max Planck para la Investigación de Cuerpos Sóli-

dos, de Stuttgart.

Afortunadamente, Tatjana Wilk no tiene que hacer uso de su pistola en ningún duelo. Si fuera el caso, tendría que transportarla sobre un camión, y necesitaría varios días para armarla: solamente el cargador necesita probable-mente más espacio que el escritorio de la canciller alemana, y está equipado con dispositivos ópticos y electrónicos más altos que una persona. Pero es que, además, lo que esta peculiar arma dispara al final, cuando la física del Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Instituto Max Planck para Óptica Cuántica) de Garching, aprieta el gatillo, es uno de los proyectiles más pequeños que existen: a saber, un inofensivo fotón.

Por tanto, la pistola de fotones no sería de gran ayuda en un tiroteo; pero,

en cambio, resulta muy útil para realizar cálculos o para transmitir infor-

mación. De esto están convencidos al menos los físicos que desarrollan la

el futuro ya empezó en el instituto Max Planck

duelo en el mundo cuántico tecnología de la información cuántica. No sólo se pueden imaginar que los fotones operarán en el futuro con bits y bites en un ordenador cuántico, una tarea realizada por electrones en un PC convencional. Entre sus campos de investigación se incluye también la criptografía cuántica. Esta tecnología somete la clave de un mensaje codificado a las leyes de la mecánica cuántica, mientras el código se transmite del emisor al receptor, de tal forma que na-die puede apoderarse de esa clave sin que ello se detecte (cuadro).

Esta tecnología podría aumentar la seguridad en el tráfico de datos, a través del cual los bancos desplazan diariamente importes de miles de millones. Los primeros equipos que trabajan con ella ya están a la venta. “La crip-tografía cuántica sólo funciona cuando cada uno de los bits de la clave se almacenan en un fotón”, explica Tatjana Wilk. Esto significa, sobre todo, que cada impulso lumi-noso que transporta un bit no debe constar de más de un fotón.

PISTOLA DE FOTONES

Los primeros criptógrafos cuánticos comercializados gene-ran los diferentes fotones estadísticamente. Debilitan los impulsos láser de tal manera que éstos contienen en pro-medio sólo la fracción de un fotón; es decir, que existe una gran probabilidad de que no contengan más de uno. Pero esto significa también que la mayoría de los impulsos están tan debilitados, que casi desaparecen y no contienen ya más luz. Por eso, la clave de un mensaje tarda mucho más en llegar hasta el receptor. Con la pistola de fotones construida por Tatjana Wilk y sus colegas, bajo la direc-ción de Gerhard Rempe, se prevé que este proceso gane en rapidez y en elegancia:

“Sabemos que cada disparo de nuestra pistola de fo-tones contiene exactamente un fotón. Y podemos dispa-rarlo con precisión”, dice Wilk. No obstante, para lograrlo, la física de Garching debe hacer más que simplemente sostener un filtro delante de un láser: primero, carga una nubecilla gaseosa muy fina de átomos de rubidio en una trampa magneto-óptica, en la que un campo magnético y empujadores suaves enfrían las partículas a pocas mi-llonésimas de grado sobre el cero absoluto, mediante los fotones de un rayo láser.

Cuando desconecta la trampa, los átomos gotean a través de un resonador óptico, compuesto por dos espejos ubicados uno frente a otro. Los dos espejos, que tienen un diámetro similar al de una píldora y que están separados por una distancia aún menor, están colocados en el centro de una cámara de vacío, sobre una mesa con una superfi-cie parecida a la de una cabina de ducha. Varias fibras de

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CONOCIMIENTO46 CONOCIMIENTO 43Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

Un nervio dañado en el dedo se cura, pero no en el cerebro ni en la médula espinal. Frank Bradke y su equipo de trabajo del Max-

Planck-Institut für Neurobiologie, (Instituto Max Planck para Neurobiología) de Martinsried, quie-ren lograr que también las células nerviosas de la médula espinal se regeneren después de una lesión.

neurobiología

Doctora Stefanie Merker

para células nerviosascura de crecimiento

Frank Bradke / Stefanie Merker

Doctor Frank Bradke

Prolongaciones neuronales: una extensión, como axón (verde) conduce señales a

una célula nerviosa distante; una dendrita (rojo), recopila la información de neuronas

vecinas. (Ilustración: IMP para Neurobiología/Bradke et alii).

Dos clases en la medicina: las células nerviosas periféricas se regeneran tras una lesión; los nervios del sistema nervioso central no, porque sus microtúbulos están desestabilizados. (Ilustración: IMP para Neurobiología/Bradke et al.).

y el axón dejó de crecer. Ésta fue la prueba de que el des-

orden de los microtúbulos en el bulbo reductor es una

de las principales causas de que el axón deje de crecer.

Después de este resultado, la siguiente pregunta era obvia: ¿que ocurriría si en vez de nocodazole empleamos una sustancia que estabilice los microtúbulos? Una sustan-cia adecuada para este experimento es taxol. En la terapia contra el cáncer, el efecto estabilizante de los microtúbu-los propio de taxol hace que las células cancerígenas ya no puedan dividirse. En nuestros experimentos, taxol mostró también efectos muy alentadores.

Así, Harald Witte, un doctorando de mi equipo, logró influenciar la decisión de una célula sobre cuál de sus extensiones se convertiría en un axón. Añadien-do taxol, fue posible estabilizar los microtúbulos de una extensión cualquiera, que fue la que finalmente se convirtió en un axón. Las extensiones no tratadas se convirtieron en dendritas.

Cuando inyectamos la sustancia en un organismo vivo, directamente en la punta del axón, después de una lesión, se suprimió la formación del bulbo re-ductor. Más aún: mi colaboradora, Farida Hellal, pudo demostrar en sus ensayos con cultivos de células que las células nerviosas del sistema nervioso central pueden volver a crecer con taxol... ¡incluso cuando añadimos moléculas “de se-ñales de parada” en el entorno de las células nerviosas afectadas!

UNA BARRERA DE TEJIDO DE CICATRICES

Los resultados de estos estudios nos dan confianza. Hemos aprendido mucho sobre los procesos que tienen lugar en el interior del bulbo reductor en un tiem-po relativamente corto. También conocemos ahora una de las razones por la que los axones lesionados del sistema nervioso central no pueden continuar creciendo. Uno de los siguientes pasos es averiguar si taxol mantiene su efecto en los organismos vivos. También hay que encontrar un método para sumi-nistrarlo, y la dosificación correcta: demasiado taxol suprime el dinamismo de los microtúbulos, de manera que los axones no pueden crecer correctamente. Estos problemas deben aclararse, primero en el laboratorio y después en estu-dios clínicos. En mi opinión, sin embargo, la estabilización de microtúbulos es un punto de partida prometedor para mejorar la regeneración de los axones del sistema nervioso central. No obstante, pasarán algunos años hasta que la

medicina pueda curar la paraplejia, puesto que todavía se sabe muy poco

acerca de la influencia de otros factores; como, por ejemplo, el tejido de las

cicatrices celulares. Este tejido de cicatrices protege al principio las células

contra más lesiones, pero también crea una especie de muro que dificulta el

nuevo crecimiento de las células.

Algunas de los interrogantes que nos plantearemos en el futuro inmediato tienen que ver con la forma en que se puede reducir la formación del tejido de cicatrices o con la manera de conseguir que las células nerviosas no sólo puedan pasar por alto las señales de parada, sino también atravesar ese muro de cica-trices.

Se han propuesto eliminar el freno del crecimiento neuronal: Farida Hellal, Frank Bradke, Ali Ertürk y Harald Witte, de izquierda a derecha. (Foto: IMP para Neurobiología).

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CONOCIMIENTO44 CONOCIMIENTO 45Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

AUTOSANACIÓN

Siempre me ha fascinado esta capacidad del cuerpo. Un corte en el dedo destruye células de la piel, lesiona músculos y va-sos sanguíneos y corta las ramificaciones de las células ner-viosas. Esto es doloroso, pero no trágico. Las células nervio-sas vuelven a crecer al poco tiempo, los músculos y los vasos sanguíneos se regeneran y la piel se cierra sobre el corte.

Incluso lesiones más graves se curan casi siempre sin de-jar grandes huellas, aun cuando las células deban llevar la correcta dirección de crecimiento mediante un vendaje o una férula. Pero hay algo que no cuadra: si el cuerpo dispone de estos asombrosos poderes de autosanación, ¿por qué no los usa nunca para la reparación de sus sistemas más sensibles; a saber, el cerebro y la médula espinal?

El sistema nervioso central se divide en dos partes: el

cerebro y la médula espinal; todos los demás nervios, por

ejemplo, los de los brazos y las piernas, se agrupan en el

sistema nervioso periférico. Una diferencia importante entre estos dos sistemas es su capacidad regenerativa. A diferen-cia de las células del sistema nervioso periférico, las células nerviosas del sistema nervioso central no suelen recuperarse tras una lesión.

Dependiendo de la parte del cerebro en la que se encuen-tren las células nerviosas lesionadas, se pueden producir da-ños de diversa índole, y casi siempre permanentes. Los ac-cidentes con lesiones en la cabeza, las enfermedades tales como la esclerosis múltiple o el Parkinson, o también una embolia cerebral, son causa frecuente de la muerte de células cerebrales.

Por otra parte, cuando se aplastan con fuerza o se seccio-nan los cordones nerviosos de la médula espinal, se produce una paraplejia de por vida. Cuanto más cerca del cuello se produce la lesión, más extensa es la parálisis. Un estudio rea-

lizado en los Estados Unidos ha determinado que, sólo en

ese país, cada año se producen entre ocho mil y once mil le-

siones de la médula espinal, que tienen como consecuencia

una paraplejia. El 47 por ciento de esos pacientes padece

una parálisis de las piernas y el 52 por ciento, de los brazos

y las piernas. La causa de las lesiones de la médula espinal es a menudo

un accidente, por lo que los casos de paraplejia son especial-mente frecuentes entre los 16 y los 30 años de edad; dado que los afectados tienen una esperanza de vida relativamente normal, su número aumenta cada año en todo el mundo.

SEÑALES DE DETENCIÓN

OBLIGATORIA EN LA RED NERVIOSA

En vista del elevado número de personas afectadas, se busca urgentemente una respuesta que explique por qué las células nerviosas del sistema nervioso central no vuelven a crecer después de una lesión. Para nosotros y para muchos de nues-tros colegas, ésta es realmente una de las preguntas más emocionantes de la neurobiología moderna.

En los últimos diez o quince años, se han registrado grandes avances en esta área, gracias a una intensa investi-gación básica. Así, por ejemplo, se han encontrado una serie de factores en el entorno de las células nerviosas que pueden impedir el crecimiento de sus extensiones.

Podemos imaginarnos estos factores como señales de detención obliga-toria: como una conductora respetuosa de las reglas, una extensión celular deja de crecer al llegar una señal de este tipo. Y aquí radica exactamente el problema: tan pronto como el sistema nervioso está completamente

desarrollado, aparecen esas señales de detención obligatoria por todas

partes, en el sistema nervioso central.

Así, cuando en el organismo adulto se cortan las extensiones celulares en la médula espinal, las células afectadas se encuentran frente a un bosque de señales de parada. Mientras esas señales de detención obligatoria con-tinúen allí, las extensiones celulares no pueden volver a crecer. Como con-secuencia, no se puede restablecer el contacto interrumpido con las células vecinas, lo que provoca la parálisis.

MECANISMOS INTERNOS DE LAS CÉLULAS

¿Qué ocurriría, sin embargo, si se lograra que las células nerviosas no fueran tan respetuosas de las señalas de tráfico, y que pasaran por alto las señales de parada? Algo parecido a lo que ocurre cada día en el tráfico rodado. Pero no he reflexionado sobre esta cuestión solamente al volante de mi auto, pues es el tema central de mi trabajo en el Max-Planck-Institut für Neurobio-logie (Instituto Max Planck para Neurobiología). Allí, mi equipo de trabajo y yo estudiamos los mecanismos internos de las células, responsables de que las células nerviosas del sistema nervioso central dejen de crecer.

Estamos buscando, por así decirlo, el freno mediante el cual las cé-

lulas se detienen frente a las señales de parada. Nuestra esperanza es

poder aflojar ese freno a largo plazo, o incluso soltarlo.

¿Qué ocurre, entonces, en la extensión de una célula del sistema nervioso central cuando deja de crecer después de una lesión? Se podría pensar que las células nerviosas no están en condiciones de crecer de nuevo después de una lesión. Afortunadamente, hay células nerviosas cuyas extensiones llegan tanto al sistema nervioso central como al periférico. Cuando esas células se lesionan en la parte periférica, vuelven a crecer al poco tiempo, como en nuestro ejemplo del corte en el dedo.

Un axón lesionado con microtúbulos ordenados continúa creciendo (arriba), a diferencia de uno cuyos microtúbulos han perdido el orden (abajo). (Ilustración: Bradke et alii).

UNA MIRADA AL CONO DE CRECIMIENTO

Cuando se produce una lesión en el área del sistema nervioso central, la extremi-dad lesionada de esas células no continúa creciendo. Sin embargo, si la misma célula se lesiona primero en la parte periférica y luego en la parte central del sistema nervioso, puede volver a crecer también en el sistema nervioso central. Estas observaciones demuestran que las células nerviosas del sistema central pueden recuperarse, en principio, de una lesión.

Para comprender por qué las células no vuelven a crecer después de una lesión, a pesar de lo anterior, resulta útil recordar primero la estructura y el des-arrollo de las células nerviosas. Una célula nerviosa típica consta de un cuerpo celular y de una serie de extensiones. A partir de esas extensiones, pueden for-marse axones y/o dendritas, en función del tipo de célula. Un axón transmite la información entrante a células nerviosas distantes, como si fuera un cable largo; las dendritas recopilan con sus finas ramificaciones la información de muchas células nerviosas diferentes. La información individual procedente de las den-dritas se suma, y el resultado se transmite nuevamente a otras células a través de un axón. Cuando se producen lesiones, se seccionan frecuentemente los

axones, por lo que el crecimiento de estos cables de conexión tiene especial

importancia.

En la punta de un axón que crece, por ejemplo, en una célula nerviosa joven, se encuentra el denominado cono de crecimiento, que tiene una función funda-mental. En él se encuentran genes y proteínas muy especiales, que permiten al axón encontrar el camino hacia la célula correcta entre miles de células nervio-sas.

El cono de crecimiento contiene, además, una gran cantidad de mitocondrias -las centrales de energía de las células-, así como haces de microtúbulos que posibilitan el crecimiento del axón. Los microtúbulos son diminutos tubitos de proteínas, cuyo avance coordinado da como resultado el crecimiento del axón. En nuestra búsqueda del freno interno de las células, los microtúbulos nos pare-cieron, por tanto, un prometedor punto de partida para nuestra investigación. ¿Se podría lograr manipular los microtúbulos para que hicieran crecer un axón lesionado esquivando las señales de parada?

UN BULBO REDUCTOR SE INFLA

Cuando se secciona un axón del sistema nervioso peri-férico, se forma en su punta un cono de crecimiento, de la misma manera que en una célula joven, y el axón vuelve a crecer. También en el sistema nervioso cen-tral se forma una protuberancia en la punta del axón lesionado; pero, a diferencia del cono de crecimiento, este bulbo reductor no da la mínima muestra de cre-cimiento. Por el contrario, hemos observado que el bulbo reductor continúa inflándose durante las sema-nas posteriores a la lesión, para luego dejar de crecer por un tiempo indefinido.

¿Qué ocurre dentro de ese bulbo reductor, y qué impide que el axón continúe creciendo? Estas pregun-tas son esenciales para la comprensión del freno de crecimiento en el sistema nervioso central. Durante mucho tiempo no fue posible observar directamente la formación de bulbos reductores. Nuestro grupo de trabajo fue uno de los primeros en investigar con pro-fundidad estas interesantes cuestiones; y es que, de los grandes avances logrados en los últimos años en el campo de la genética, han ido surgiendo constante-mente muchos nuevos métodos y análisis.

Así, desde hace poco es posible marcar células

nerviosas individuales mediante la proteína verde

fluorescente (GFP, del inglés green fluorescent pro-

tein). Esto ha revolucionado la neurobiología: los científicos no se ven confrontados con una confusa acumulación de miles de células nerviosas con el mis-mo aspecto, sino que pueden marcar y estudiar con precisión células o componentes celulares individua-les. El descubrimiento de la GFP también fue una gran suerte para nuestro trabajo, pues esto nos permitió visualizar los procesos que tienen lugar en el interior del bulbo reductor.

Nuestro colaborador, Ali Ertürk, descubrió que casi una hora después de que se produce una lesión, se puede reconocer un bulbo reductor. Mientras empieza a hincharse durante las horas siguientes, se acumulan en su interior mitocondrias, de forma similar a lo que ocurre en un cono de crecimiento. Con esas centrales celulares de energía ubicadas allí, es improbable que la detención del crecimiento se deba a una falta de ener-gía.

LOS MICROTÚBULOS

Pero lo más interesante vino cuando observamos los microtúbulos. Éstos están normalmente ordenados paralelamente, de forma muy regular, como una red de rieles ferroviarios. En los bulbos reductores, sin em-bargo, estaban completamente desordenados. ¡No es de extrañar que allí no avance nada!

Pero, ¿son realmente los microtúbulos desordena-dos los que impiden que los axones continúen cre-ciendo? Para comprobar esto, utilizamos el fármaco nocodazole, empleado frecuentemente en la biología celular para desestabilizar los microtúbulos. Y, cierta-mente, cuando aplicamos nocodazole en un cono de

crecimiento, éste se convirtió en un bulbo reductor

Parada del crecimiento: en los lugares en los que se han seccionado las células nerviosas, se forman unos denominados bulbos reductores, que se reconocen como protuberancias verdes. (Ilustración: IMP para Neurobiología).

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CONOCIMIENTO44 CONOCIMIENTO 45Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

AUTOSANACIÓN

Siempre me ha fascinado esta capacidad del cuerpo. Un corte en el dedo destruye células de la piel, lesiona músculos y va-sos sanguíneos y corta las ramificaciones de las células ner-viosas. Esto es doloroso, pero no trágico. Las células nervio-sas vuelven a crecer al poco tiempo, los músculos y los vasos sanguíneos se regeneran y la piel se cierra sobre el corte.

Incluso lesiones más graves se curan casi siempre sin de-jar grandes huellas, aun cuando las células deban llevar la correcta dirección de crecimiento mediante un vendaje o una férula. Pero hay algo que no cuadra: si el cuerpo dispone de estos asombrosos poderes de autosanación, ¿por qué no los usa nunca para la reparación de sus sistemas más sensibles; a saber, el cerebro y la médula espinal?

El sistema nervioso central se divide en dos partes: el

cerebro y la médula espinal; todos los demás nervios, por

ejemplo, los de los brazos y las piernas, se agrupan en el

sistema nervioso periférico. Una diferencia importante entre estos dos sistemas es su capacidad regenerativa. A diferen-cia de las células del sistema nervioso periférico, las células nerviosas del sistema nervioso central no suelen recuperarse tras una lesión.

Dependiendo de la parte del cerebro en la que se encuen-tren las células nerviosas lesionadas, se pueden producir da-ños de diversa índole, y casi siempre permanentes. Los ac-cidentes con lesiones en la cabeza, las enfermedades tales como la esclerosis múltiple o el Parkinson, o también una embolia cerebral, son causa frecuente de la muerte de células cerebrales.

Por otra parte, cuando se aplastan con fuerza o se seccio-nan los cordones nerviosos de la médula espinal, se produce una paraplejia de por vida. Cuanto más cerca del cuello se produce la lesión, más extensa es la parálisis. Un estudio rea-

lizado en los Estados Unidos ha determinado que, sólo en

ese país, cada año se producen entre ocho mil y once mil le-

siones de la médula espinal, que tienen como consecuencia

una paraplejia. El 47 por ciento de esos pacientes padece

una parálisis de las piernas y el 52 por ciento, de los brazos

y las piernas. La causa de las lesiones de la médula espinal es a menudo

un accidente, por lo que los casos de paraplejia son especial-mente frecuentes entre los 16 y los 30 años de edad; dado que los afectados tienen una esperanza de vida relativamente normal, su número aumenta cada año en todo el mundo.

SEÑALES DE DETENCIÓN

OBLIGATORIA EN LA RED NERVIOSA

En vista del elevado número de personas afectadas, se busca urgentemente una respuesta que explique por qué las células nerviosas del sistema nervioso central no vuelven a crecer después de una lesión. Para nosotros y para muchos de nues-tros colegas, ésta es realmente una de las preguntas más emocionantes de la neurobiología moderna.

En los últimos diez o quince años, se han registrado grandes avances en esta área, gracias a una intensa investi-gación básica. Así, por ejemplo, se han encontrado una serie de factores en el entorno de las células nerviosas que pueden impedir el crecimiento de sus extensiones.

Podemos imaginarnos estos factores como señales de detención obliga-toria: como una conductora respetuosa de las reglas, una extensión celular deja de crecer al llegar una señal de este tipo. Y aquí radica exactamente el problema: tan pronto como el sistema nervioso está completamente

desarrollado, aparecen esas señales de detención obligatoria por todas

partes, en el sistema nervioso central.

Así, cuando en el organismo adulto se cortan las extensiones celulares en la médula espinal, las células afectadas se encuentran frente a un bosque de señales de parada. Mientras esas señales de detención obligatoria con-tinúen allí, las extensiones celulares no pueden volver a crecer. Como con-secuencia, no se puede restablecer el contacto interrumpido con las células vecinas, lo que provoca la parálisis.

MECANISMOS INTERNOS DE LAS CÉLULAS

¿Qué ocurriría, sin embargo, si se lograra que las células nerviosas no fueran tan respetuosas de las señalas de tráfico, y que pasaran por alto las señales de parada? Algo parecido a lo que ocurre cada día en el tráfico rodado. Pero no he reflexionado sobre esta cuestión solamente al volante de mi auto, pues es el tema central de mi trabajo en el Max-Planck-Institut für Neurobio-logie (Instituto Max Planck para Neurobiología). Allí, mi equipo de trabajo y yo estudiamos los mecanismos internos de las células, responsables de que las células nerviosas del sistema nervioso central dejen de crecer.

Estamos buscando, por así decirlo, el freno mediante el cual las cé-

lulas se detienen frente a las señales de parada. Nuestra esperanza es

poder aflojar ese freno a largo plazo, o incluso soltarlo.

¿Qué ocurre, entonces, en la extensión de una célula del sistema nervioso central cuando deja de crecer después de una lesión? Se podría pensar que las células nerviosas no están en condiciones de crecer de nuevo después de una lesión. Afortunadamente, hay células nerviosas cuyas extensiones llegan tanto al sistema nervioso central como al periférico. Cuando esas células se lesionan en la parte periférica, vuelven a crecer al poco tiempo, como en nuestro ejemplo del corte en el dedo.

Un axón lesionado con microtúbulos ordenados continúa creciendo (arriba), a diferencia de uno cuyos microtúbulos han perdido el orden (abajo). (Ilustración: Bradke et alii).

UNA MIRADA AL CONO DE CRECIMIENTO

Cuando se produce una lesión en el área del sistema nervioso central, la extremi-dad lesionada de esas células no continúa creciendo. Sin embargo, si la misma célula se lesiona primero en la parte periférica y luego en la parte central del sistema nervioso, puede volver a crecer también en el sistema nervioso central. Estas observaciones demuestran que las células nerviosas del sistema central pueden recuperarse, en principio, de una lesión.

Para comprender por qué las células no vuelven a crecer después de una lesión, a pesar de lo anterior, resulta útil recordar primero la estructura y el des-arrollo de las células nerviosas. Una célula nerviosa típica consta de un cuerpo celular y de una serie de extensiones. A partir de esas extensiones, pueden for-marse axones y/o dendritas, en función del tipo de célula. Un axón transmite la información entrante a células nerviosas distantes, como si fuera un cable largo; las dendritas recopilan con sus finas ramificaciones la información de muchas células nerviosas diferentes. La información individual procedente de las den-dritas se suma, y el resultado se transmite nuevamente a otras células a través de un axón. Cuando se producen lesiones, se seccionan frecuentemente los

axones, por lo que el crecimiento de estos cables de conexión tiene especial

importancia.

En la punta de un axón que crece, por ejemplo, en una célula nerviosa joven, se encuentra el denominado cono de crecimiento, que tiene una función funda-mental. En él se encuentran genes y proteínas muy especiales, que permiten al axón encontrar el camino hacia la célula correcta entre miles de células nervio-sas.

El cono de crecimiento contiene, además, una gran cantidad de mitocondrias -las centrales de energía de las células-, así como haces de microtúbulos que posibilitan el crecimiento del axón. Los microtúbulos son diminutos tubitos de proteínas, cuyo avance coordinado da como resultado el crecimiento del axón. En nuestra búsqueda del freno interno de las células, los microtúbulos nos pare-cieron, por tanto, un prometedor punto de partida para nuestra investigación. ¿Se podría lograr manipular los microtúbulos para que hicieran crecer un axón lesionado esquivando las señales de parada?

UN BULBO REDUCTOR SE INFLA

Cuando se secciona un axón del sistema nervioso peri-férico, se forma en su punta un cono de crecimiento, de la misma manera que en una célula joven, y el axón vuelve a crecer. También en el sistema nervioso cen-tral se forma una protuberancia en la punta del axón lesionado; pero, a diferencia del cono de crecimiento, este bulbo reductor no da la mínima muestra de cre-cimiento. Por el contrario, hemos observado que el bulbo reductor continúa inflándose durante las sema-nas posteriores a la lesión, para luego dejar de crecer por un tiempo indefinido.

¿Qué ocurre dentro de ese bulbo reductor, y qué impide que el axón continúe creciendo? Estas pregun-tas son esenciales para la comprensión del freno de crecimiento en el sistema nervioso central. Durante mucho tiempo no fue posible observar directamente la formación de bulbos reductores. Nuestro grupo de trabajo fue uno de los primeros en investigar con pro-fundidad estas interesantes cuestiones; y es que, de los grandes avances logrados en los últimos años en el campo de la genética, han ido surgiendo constante-mente muchos nuevos métodos y análisis.

Así, desde hace poco es posible marcar células

nerviosas individuales mediante la proteína verde

fluorescente (GFP, del inglés green fluorescent pro-

tein). Esto ha revolucionado la neurobiología: los científicos no se ven confrontados con una confusa acumulación de miles de células nerviosas con el mis-mo aspecto, sino que pueden marcar y estudiar con precisión células o componentes celulares individua-les. El descubrimiento de la GFP también fue una gran suerte para nuestro trabajo, pues esto nos permitió visualizar los procesos que tienen lugar en el interior del bulbo reductor.

Nuestro colaborador, Ali Ertürk, descubrió que casi una hora después de que se produce una lesión, se puede reconocer un bulbo reductor. Mientras empieza a hincharse durante las horas siguientes, se acumulan en su interior mitocondrias, de forma similar a lo que ocurre en un cono de crecimiento. Con esas centrales celulares de energía ubicadas allí, es improbable que la detención del crecimiento se deba a una falta de ener-gía.

LOS MICROTÚBULOS

Pero lo más interesante vino cuando observamos los microtúbulos. Éstos están normalmente ordenados paralelamente, de forma muy regular, como una red de rieles ferroviarios. En los bulbos reductores, sin em-bargo, estaban completamente desordenados. ¡No es de extrañar que allí no avance nada!

Pero, ¿son realmente los microtúbulos desordena-dos los que impiden que los axones continúen cre-ciendo? Para comprobar esto, utilizamos el fármaco nocodazole, empleado frecuentemente en la biología celular para desestabilizar los microtúbulos. Y, cierta-mente, cuando aplicamos nocodazole en un cono de

crecimiento, éste se convirtió en un bulbo reductor

Parada del crecimiento: en los lugares en los que se han seccionado las células nerviosas, se forman unos denominados bulbos reductores, que se reconocen como protuberancias verdes. (Ilustración: IMP para Neurobiología).

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CONOCIMIENTO46 CONOCIMIENTO 43Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

Un nervio dañado en el dedo se cura, pero no en el cerebro ni en la médula espinal. Frank Bradke y su equipo de trabajo del Max-

Planck-Institut für Neurobiologie, (Instituto Max Planck para Neurobiología) de Martinsried, quie-ren lograr que también las células nerviosas de la médula espinal se regeneren después de una lesión.

neurobiología

Doctora Stefanie Merker

para células nerviosascura de crecimiento

Frank Bradke / Stefanie Merker

Doctor Frank Bradke

Prolongaciones neuronales: una extensión, como axón (verde) conduce señales a

una célula nerviosa distante; una dendrita (rojo), recopila la información de neuronas

vecinas. (Ilustración: IMP para Neurobiología/Bradke et alii).

Dos clases en la medicina: las células nerviosas periféricas se regeneran tras una lesión; los nervios del sistema nervioso central no, porque sus microtúbulos están desestabilizados. (Ilustración: IMP para Neurobiología/Bradke et al.).

y el axón dejó de crecer. Ésta fue la prueba de que el des-

orden de los microtúbulos en el bulbo reductor es una

de las principales causas de que el axón deje de crecer.

Después de este resultado, la siguiente pregunta era obvia: ¿que ocurriría si en vez de nocodazole empleamos una sustancia que estabilice los microtúbulos? Una sustan-cia adecuada para este experimento es taxol. En la terapia contra el cáncer, el efecto estabilizante de los microtúbu-los propio de taxol hace que las células cancerígenas ya no puedan dividirse. En nuestros experimentos, taxol mostró también efectos muy alentadores.

Así, Harald Witte, un doctorando de mi equipo, logró influenciar la decisión de una célula sobre cuál de sus extensiones se convertiría en un axón. Añadien-do taxol, fue posible estabilizar los microtúbulos de una extensión cualquiera, que fue la que finalmente se convirtió en un axón. Las extensiones no tratadas se convirtieron en dendritas.

Cuando inyectamos la sustancia en un organismo vivo, directamente en la punta del axón, después de una lesión, se suprimió la formación del bulbo re-ductor. Más aún: mi colaboradora, Farida Hellal, pudo demostrar en sus ensayos con cultivos de células que las células nerviosas del sistema nervioso central pueden volver a crecer con taxol... ¡incluso cuando añadimos moléculas “de se-ñales de parada” en el entorno de las células nerviosas afectadas!

UNA BARRERA DE TEJIDO DE CICATRICES

Los resultados de estos estudios nos dan confianza. Hemos aprendido mucho sobre los procesos que tienen lugar en el interior del bulbo reductor en un tiem-po relativamente corto. También conocemos ahora una de las razones por la que los axones lesionados del sistema nervioso central no pueden continuar creciendo. Uno de los siguientes pasos es averiguar si taxol mantiene su efecto en los organismos vivos. También hay que encontrar un método para sumi-nistrarlo, y la dosificación correcta: demasiado taxol suprime el dinamismo de los microtúbulos, de manera que los axones no pueden crecer correctamente. Estos problemas deben aclararse, primero en el laboratorio y después en estu-dios clínicos. En mi opinión, sin embargo, la estabilización de microtúbulos es un punto de partida prometedor para mejorar la regeneración de los axones del sistema nervioso central. No obstante, pasarán algunos años hasta que la

medicina pueda curar la paraplejia, puesto que todavía se sabe muy poco

acerca de la influencia de otros factores; como, por ejemplo, el tejido de las

cicatrices celulares. Este tejido de cicatrices protege al principio las células

contra más lesiones, pero también crea una especie de muro que dificulta el

nuevo crecimiento de las células.

Algunas de los interrogantes que nos plantearemos en el futuro inmediato tienen que ver con la forma en que se puede reducir la formación del tejido de cicatrices o con la manera de conseguir que las células nerviosas no sólo puedan pasar por alto las señales de parada, sino también atravesar ese muro de cica-trices.

Se han propuesto eliminar el freno del crecimiento neuronal: Farida Hellal, Frank Bradke, Ali Ertürk y Harald Witte, de izquierda a derecha. (Foto: IMP para Neurobiología).

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CONOCIMIENTO42 CONOCIMIENTO 47Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

embargo, su preferencia mayor estaba reservada para el caso en que el humano estaba del otro lado y realmente no podía ver sino el objeto colocado tras la barrera transparente. “Este resultado podría significar que los perros realmente entienden, hasta cierto punto, lo que los humanos pueden ver”, dice Juliane Kaminski.

HABILIDADES BÁSICAS NECESARIAS

No queda claro si los perros son compañeros ideales para el juego “Yo espío con mis ojitos”. Sin embargo, no queda duda de que tienen las habilidades básicas necesarias para jugarlo. Bräuer, quien vino a trabajar con perros a través de su investigación con monos, ha sido durante dos años, coordinadora científica de la investigación con perros, y coordina proyectos en curso con Susanne Mauritz. Ella permite, a través de llamados por los medios, que los propietarios de perros interesados registren este interés en los estudios de observación. “La gente está feliz de venir con nosotros, porque tienen curiosidad por saber lo que realmente pueden hacer sus perros, y porque saben que cuidaremos bien a su perro y le pondremos retos mentales”, dice Mauritz.

Con el paso del tiempo, las dos investigadoras han llegado a conocer algunos perros particularmente dotados, que no solamente son buenos para interpretar los gestos y miradas humanos, sino que también tienen un asombroso vocabu-lario pasivo. “Algunos de ellos –dice Kaminski- pueden identificar por nombre varios cientos de objetos”. El indiscutible campeón en esta disciplina era Rico, un Border Collie, de nueve años, que podía reconocer por nombre y clasificar más de 200 juguetes.

Kaminski y sus colegas realizaron un estudio, mediante el proceso de ex-clusión, para investigar si Rico era capaz de aprender los nombres de nuevos juguetes. Con este objetivo, distribuyeron en una habitación juguetes nuevos y juguetes ya conocidos, mientras el collie estaba con su dueño en una habitación adyacente. Después, se le dio la orden de llevar a su dueño un juguete que no había visto jamás, y cuyo nombre nunca había escuchado. Rico resolvió fácil-mente este problema, descartando de golpe otra teoría de la USP: esta manera de aprender etiquetas de los objetos, conocida como equivalencia rápida, también era considerada antes como una habilidad exclusivamente humana.

LO QUE LOS PERROS REVELAN ACERCA DE LOS HUMANOS

Como revelaron estudios posteriores, Rico es un lingüista particularmente do-tado, pero su talento no es, en manera alguna, único en el mundo canino. Otros representantes de su especie casi lo igualaron en términos de vocabulario. El hecho de que los mejores resultados los haya obtenido otro Border Collie puso a pensar a los investigadores. Si este talento es o no una característica de la raza Border Collie es una pregunta fascinante, que sigue abierta, reporta Susanne Maauritz. “Sin embargo, cuando hablamos de nuestra investigación, evitamos el término inteligencia”.

En lugar de ello, nos enfocamos en identificar las capacidades cognitivas es-peciales que posee una especie animal, y que son necesarias para su superviven-cia. Ésta es, sobre todo, una cuestión de especialización y de adaptación evolu-tiva. Por ejemplo, aunque los perros obtuvieron casi siempre mejores resultados que otras especies animales en los estudios sobre la comunicación con los hu-manos, encontraron grandes dificultades en estudios que requerían aprendizaje social vía la imitación, o en la solución de problemas mediante la comprensión de enlaces causales.

Sin embargo, los simios se desenvolvieron particularmente bien en estos exámenes. Cuando el investigador agitaba el contenedor con la recompensa, quedaba inmediatamente claro para el simio que debía de haber algo en el inte-rior. Por su parte, los perros fueron incapaces de obtener, por el ruido, conclu-siones acerca del contenido.“Es fácil explicar estos resultados. Son indicativos del medio ambiente en que sobreviven ambas especies”, explica Juliane Bräuer. Debido a la enorme competencia por la comida, que prevalece entre los grupos de primates, uno de éstos nunca soñaría en mostrar a otro miembro de su grupo

una fuente de alimento. Sin embargo, la comprensión causal es útil, en las selvas tropicales, para la búsqueda de alimento. Agitando una nuez, un mono puede establecer si vale o no la pena cascarla.

Por otra parte, los perros no tienen que preocuparse por buscar alimento o por otros problemas de esta natu-raleza. Viven con los humanos, que satisfacen sus necesi-dades. Sin embargo, para ellos es una ventaja entender a los humanos lo mejor posible. Como consecuencia, a lo largo de los últimos 15 mil años, los perros se han con-vertido en unos verdaderos profesionales de la comuni-cación.

TALENTOS COGNITIVOS CANINOS

Los investigadores con base en Leipzig están particular-mente interesados en los talentos cognitivos caninos, que, por otra parte, se encuentran sólo en los seres humanos, tales como el comprender los gestos de señalamiento. Bräuer confía en que “tal vez, esta particular habilidad canina nos provea información acerca de nuestro propio desarrollo. Por ejemplo, información de cómo la selección natural puede haber influido en nosotros, los humanos. Es muy probable que nosotros hayamos animado a los amistosos, atentos perros que establecieron contacto con nosotros. Asimismo, es posible que, en el curso de la evo-lución humana, individuos amistosos hayan tenido éxito en afirmarse a sí mismos, promoviendo de esta manera en los humanos una extremadamente pronunciada voluntad de cooperación.

La pregunta de si se pueden obtener tales conclusiones de las habilidades de los perros sigue siendo meramente especulativa. Sin embargo, el trabajo desarrollado por los científicos de Max Planck puede muy bien ayudar a clari-ficar algunos de los misterios que rodean la evolución hu-mana.

GloSaRioCogniciónCognición significa la facultad de conocimiento. Se refiere a los procesos mentales que desarrollan los individuos, tales como pensamientos, opiniones, deseos e intenciones, lo mismo que a las operaciones de procesamiento de información, tales como el lenguaje y la solución de problemas. Estas operaciones permiten a los individuos adaptar con flexibilidad su comportamiento y aprender de su interacción con el medio ambiente.

OntogénesisEl término ontogénesis describe el desarrollo de los individuos y de sus características en sentido biológico y psicológico. A diferencia de la filogénesis, que se refiere al surgimiento y desarrollo de una especie, la ontogénesis se limita al desarrollo del individuo.

PongolandEl Centro de Investigación de Primates Wolfang Köhler (Pongoland) es un proyecto del Instituto Max Planck para la Antropología Evolutiva, y opera en colaboración con el Zoológico de Leipzig. La investigación desarrollada en el centro se enfoca en el comportamiento y cognición de las cuatro especies de grandes simios: chimpancés, gorilas, organgutanes y bonobos. Los visitantes al zoológico no sólo pueden observar a los animales en confinamientos interiores y exteriores, sino que también pueden observar el trabajo que llevan a cabo los científicos.

la criptografía cuántica ya existe; los investigadores trabajan actualmente con puntos cuánticos, y el ordenador cuántico formará parte de nuestra vida co-tidiana en algún momento. Resulta difícil imaginarse las nuevas tecnologías

con nuestro sentido común, pues el grado de abstracción en el mundo de lo

diminuto es demasiado grande. Y, sin embargo, se puede decir que el futuro

ya empezó hace tiempo en el Instituto Max Planck para Óptica Cuántica, de

Garching, y en el Instituto Max Planck para la Investigación de Cuerpos Sóli-

dos, de Stuttgart.

Afortunadamente, Tatjana Wilk no tiene que hacer uso de su pistola en ningún duelo. Si fuera el caso, tendría que transportarla sobre un camión, y necesitaría varios días para armarla: solamente el cargador necesita probable-mente más espacio que el escritorio de la canciller alemana, y está equipado con dispositivos ópticos y electrónicos más altos que una persona. Pero es que, además, lo que esta peculiar arma dispara al final, cuando la física del Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Instituto Max Planck para Óptica Cuántica) de Garching, aprieta el gatillo, es uno de los proyectiles más pequeños que existen: a saber, un inofensivo fotón.

Por tanto, la pistola de fotones no sería de gran ayuda en un tiroteo; pero,

en cambio, resulta muy útil para realizar cálculos o para transmitir infor-

mación. De esto están convencidos al menos los físicos que desarrollan la

el futuro ya empezó en el instituto Max Planck

duelo en el mundo cuántico tecnología de la información cuántica. No sólo se pueden imaginar que los fotones operarán en el futuro con bits y bites en un ordenador cuántico, una tarea realizada por electrones en un PC convencional. Entre sus campos de investigación se incluye también la criptografía cuántica. Esta tecnología somete la clave de un mensaje codificado a las leyes de la mecánica cuántica, mientras el código se transmite del emisor al receptor, de tal forma que na-die puede apoderarse de esa clave sin que ello se detecte (cuadro).

Esta tecnología podría aumentar la seguridad en el tráfico de datos, a través del cual los bancos desplazan diariamente importes de miles de millones. Los primeros equipos que trabajan con ella ya están a la venta. “La crip-tografía cuántica sólo funciona cuando cada uno de los bits de la clave se almacenan en un fotón”, explica Tatjana Wilk. Esto significa, sobre todo, que cada impulso lumi-noso que transporta un bit no debe constar de más de un fotón.

PISTOLA DE FOTONES

Los primeros criptógrafos cuánticos comercializados gene-ran los diferentes fotones estadísticamente. Debilitan los impulsos láser de tal manera que éstos contienen en pro-medio sólo la fracción de un fotón; es decir, que existe una gran probabilidad de que no contengan más de uno. Pero esto significa también que la mayoría de los impulsos están tan debilitados, que casi desaparecen y no contienen ya más luz. Por eso, la clave de un mensaje tarda mucho más en llegar hasta el receptor. Con la pistola de fotones construida por Tatjana Wilk y sus colegas, bajo la direc-ción de Gerhard Rempe, se prevé que este proceso gane en rapidez y en elegancia:

“Sabemos que cada disparo de nuestra pistola de fo-tones contiene exactamente un fotón. Y podemos dispa-rarlo con precisión”, dice Wilk. No obstante, para lograrlo, la física de Garching debe hacer más que simplemente sostener un filtro delante de un láser: primero, carga una nubecilla gaseosa muy fina de átomos de rubidio en una trampa magneto-óptica, en la que un campo magnético y empujadores suaves enfrían las partículas a pocas mi-llonésimas de grado sobre el cero absoluto, mediante los fotones de un rayo láser.

Cuando desconecta la trampa, los átomos gotean a través de un resonador óptico, compuesto por dos espejos ubicados uno frente a otro. Los dos espejos, que tienen un diámetro similar al de una píldora y que están separados por una distancia aún menor, están colocados en el centro de una cámara de vacío, sobre una mesa con una superfi-cie parecida a la de una cabina de ducha. Varias fibras de

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CONOCIMIENTO48 CONOCIMIENTO 41Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

trenado. Pero, bajo las condiciones adecuadas, era final-mente capaz de ignorar la prohibición, como mi perra lo había hecho en el parque”. Y los perros de la prueba se comportaron exactamente de la misma forma en que lo había hecho Mora. En vez de sentarse obedientemente, go-zando simplemente la vista del manjar, lo robaban en el mismo instante en que se sentían no observados. Sin em-bargo, casi nunca tocaban el alimento cuando se sentían observados por sus compañeros humanos de prueba.

“Con base en estos estudios, podemos concluir que los perros pueden distinguir si una persona los observa o no, y que en cada caso se comportan de manera diferente”, dice Juliane Bräuer. De este estudio también resultó una observación particularmente interesante, y es que los pe-rros también pueden distinguir entre ojos abiertos y ce-rrados, lo que constituye una notable habilidad.

Sin embargo, las dos investigadoras no pretenden aceptar sólo estos resultados como prueba de que los perros pueden entender lo que un humano puede o no puede ver en tales condiciones. Después de todo, los pe-rros pueden simplemente haber reaccionado ante los ojos de sus socios porque han aprendido que, cuando se les pueden ver los ojos, los humanos están siempre atentos.

ESTUDIO EN FORMA DE JUEGO

Para saber si los perros realmente entienden este cambio de conocimiento, las dos investigadores se embarcaron en otra serie de estudios. En esta ocasión, la prueba tomó la forma de juego, con dos juguetes que ellas habían colo-cado en el piso, entre el humano y el perro. Después, co-locaron una barrera enfrente de cada juguete: una barrera era opaca, y bloqueaba la vista del juguete por parte del humano, en tanto que la otra era transparente, y permitía una clara visión del juguete. Ambos juguetes eran igual-mente visibles para el perro, que estaba al otro lado de la barrera.

VOCABULARIO RÉCORD,

CON MÁS DE 200 PALABRAS

Entonces, el participante humano daba al perro la orden de traerle uno de los juguetes, mediante la palabra “tráelo”, sin referirse de manera específica al juguete. Si los perros podían entender algo de la perspectiva de la persona, y de lo que ésta podía ver, mostraban preferencia por el juguete colocado tras la ba-rrera transparente, que era el único en su campo de visión. Por lo tanto, la orden únicamente se podía referir al juguete colocado tras la barrera transparente. Sin embargo, si el perro reaccionaba solamente al ojo como estímulo, no debería mostrar preferencia por ninguno de los juguetes, y llevaría cualquiera de los dos, con igual frecuencia, a la persona, porque percibiría los ojos de esta última en conjunción con ambos juguetes.

De hecho, los perros optaron con más frecuencia por el objeto colocado en-frente de la barrera transparente. Sin embargo, es perfectamente posible que los perros hayan optado con más frecuencia por la barrera transparente porque, por ejemplo, el juguete se veía ahí más brillante, o porque en esta forma tenía una mejor visión del humano cuando le llevaba el juguete. Por tal motivo, el estudio fue complementado con otras dos condiciones de control en las cuales el perro no debería mostrar preferencia por ninguno de los dos juguetes.

En una situación, la persona podía ver ambos objetos, porque se colocaba a un lado del perro; en la otra, no podía ver ninguno, porque estaba sentada de espaldas a la escena. Cuando el humano estaba sentado de espaldas, los pe-rros desplegaron cierta preferencia por el juguete de la barrera transparente; sin

Este estudio demostró que los perros comprenden el punto de vista de los seres humanos. En la mayoría de los casos, trajo el juguete que había detrás de la barrera de vidrio. Obviamente sabía que su pareja en la prueba sólo podía ver ese juguete, y que la orden “traer” sólo se refería a ella. MPI for Evolutionary Anthropology.

Los perros no sólo traen objetos que se indican a ellos por su nombre, también pueden distinguir y saber de objetos desconocidos por un proceso de exclusión y de esta manera aprender nuevas palabras. A petición, también recuperan los objetos que se muestran a ellos en fotos o como miniaturas. MPI for Evolutionary Anthropology.

Una pistola de fotones no se puede cargar tan rápidamente como un revólver: Tatjana Wilk debe alinear con exactitud cada uno de los láser con que irradia la cámara de vacío.

vidrio van desde una instalación el doble de grande hacia la cámara, que se asemeja a una campana de buceo. Por una de estas fibras de vidrio llega también el impulso láser que excita un átomo mientras éste cae por el resonador.

Así se carga la pistola y se dispara inmediatamente.

“El color de la luz emitida viene determinado por la dis-

tancia entre los dos espejos”, explica Tatjana Wilk. En

el resonador sólo caben ondas completas de la luz. No

se forman ondas luminosas demasiado grandes ni de-

masiado pequeñas. Así se limitan los colores en los que

puede brillar el átomo.

PARTÍCULAS DE LUZ INDIVIDUALES

DESTELLAN EN CICLOS PRECISOS

“Producir fotones individuales es algo completamente distinto a generar un fotón como media”, dice Gerhard Rempe, en cuyo departamento experimenta Tatjana Wilk. Un fotón como media se crea a partir de un impulso clási-co debilitado, en el que las diferentes partículas de luz se producen tan aleatoriamente como caen las gotas de lluvia. “Pero nosotros disparamos un impulso luminoso clásico sobre el átomo que se encuentra en el resonador, y el resultado es un impulso mecánico cuántico”. Una ca-racterística de estos impulsos de un solo fotón es que no destellan aleatoriamente, sino en un ciclo preciso preesta-blecido por los físicos de Garching.

“Estamos estudiando ahora lo que se puede lograr con esos impulsos luminosos. En la actualidad, hacemos

fotones de aproximadamente un kilómetro de longitud. Y en algún momento transmitiremos nuestros conocimientos a los ingenieros”, afirma Rempe. Y al-gunos de sus colegas añaden a los átomos, en su trayectoria por el resonador, por ejemplo, fotones polarizados. De este modo, la onda luminosa gira hacia la derecha y hacia la izquierda, con una alternancia regular. “La oscilación de la onda es excepcionalmente adecuada para codificar bits con ella”, comenta Wilk. Esto no sólo es indispensable para transmitir mensajes digitales; además, un ordenador cuántico podría almacenar y procesar su unidad de cálculo más pequeña mediante esta característica física.

CALCULAR EN EL CERO ABSOLUTO

La luz con polarización derecha podría representar el uno; y la luz con pola-rización izquierda, el cero. Girando la luz de esta manera, se tiene también la posibilidad de entrelazar los fotones de dos pistolas de fotones. Éste es, a su vez, un paso indispensable para la tecnología de la información cuántica. “Esta-mos trabajando en ello”, comenta Tatjana Wilk. Para entrelazar dos partículas de luz procedentes de pistolas de fotones, Markus Hijlkema y Bernhard Weber están construyendo, a unos pocos laboratorios de distancia, un equivalente de la fuente fotónica de Wilks.

Sus investigaciones podrían facilitarles un control aún mejor de la pistola de partículas luminosas. Para ello tienen que atrapar átomos individuales en un resonador. A diferencia de lo que sucede en el aparato de Tatjana Wilks, en este caso un átomo no dispararía durante la caída libre, sino mientras flota atrapado entre los espejos. Este tipo de control sobre los átomos es una premisa indis-pensable para un ordenador cuántico: se trate de un ordenador que funcione con átomos, con moléculas o con iones (los físicos están impulsando actualmente las tres posibilidades), las partículas siempre tienen que estar frías, muy frías; como máximo, fracciones de un grado sobre el cero absoluto.

Esto significa que las partículas deben estar casi inmóviles, igual que los

átomos fijos en un resonador por Hijlkema, Weber y sus colegas. Después

de todo, han conseguido ya mantener fijos átomos de rubidio durante 17

segundos, lo que en la escala temporal atónica representa una pequeña eter-

nidad. Los científicos experimentan con diferentes mecanismos para detener y controlar los átomos. Utilizan tres técnicas de enfriamiento diferentes sólo para dominar las partículas entre los espejos –en esa fase, los átomos han pasado ya por la trampa magneto-óptica empleada también por Tatjana Wilk.

Desde este refrigerador estándar para átomos, los físicos transportan sus objetos de estudio al resonador mediante una trampa dipolo. También en este caso emplean de nuevo el campo electromagnético de un láser. Este campo con-vierte la envoltura de electrones del átomo en un dipolo, que es atraído simul-táneamente por el láser. Los físicos desplazan las partículas mediante su brazo de agarre electromagnético a lo largo de un trayecto de 14 milímetros, hasta introducirlas en el resonador. Allí empieza la parte más interesante: la distancia entre los espejos del resonador está ajustada de manera que sólo luz de determi-nadas frecuencias pueda ir de un lado a otro. Además, en el centro de la cámara de espejos coinciden dos rayos láser. Uno de ellos sirve como trampa dipolo para fijar el átomo; el otro excita el átomo, de manera que éste pueda entregar un fotón en el resonador. La frecuencia del láser enfoque excitador es, sin em-

bargo, un poco más pequeña que la que cabría en el resonador. Por eso, la luz

emitida por el átomo necesita aún un poco más de energía. Esa energía la toma del movimiento del átomo, que, como consecuencia, se

ralentiza y se enfría. Los físicos denominan este efecto -que puede actuar tanto a lo largo del eje del resonador como también verticalmente respecto a él en dirección al rayo láser excitador-, enfriamiento Doppler. Finalmente, el átomo de rubidio pierde aún más energía durante el denominado enfriamiento de Sísifo. Esto se debe a que la partícula prefiere quedarse en el vientre de la onda estacio-naria que se forma en el resonador. Allí su energía potencial es mínima. Como le habría ocurrido a Sísifo, que seguramente también habría preferido quedarse sentado al pie de su funesta montaña.

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CONOCIMIENTO40 CONOCIMIENTO 49Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

Este solo estudio reveló que la afirmación de Hare no eran sólo palabras vacías. Los perros mostraron clara preferencia por el contenedor que había se-ñalado el humano: el mensaje silencioso había sido claramente escuchado. “El articulo de Hare sobre el conocimiento canino fue publicado en 1998”, explica la bióloga de 33 años. Desde 1999, ella ha estado trabajando en el Instituto Max Planck, y ahí mismo escribió su tesis en 2002. Más o menos por esa misma fe-cha, un grupo de investigadores exploraban en Budapest la pregunta de cómo pueden los gestos humanos ser utilizados por los perros.

DE LA ÚLTIMA ELECCIÓN AL TOPE DE LA CLASE

En un principio, la comunidad científica mostró poco interés al conocer los re-sultados de los estudios realizados en Leipzig y en Budapest. “Era difícil que alguien estuviera interesado en los perros. Se les consideraba sujetos no aptos para los exámenes, en virtud de que viven en un medio ambiente no natural. Y se creía que los resultados de tales estudios no reflejaban su verdadera natu-raleza”, dice Brauer, quien explica por qué los perros habían quedado en un punto muerto en el campo de la investigación.

NUEVO ESTUDIANTE DE EXCELENCIA

Lo que es más, desde hace mucho tiempo, los perros han sido considerados lobos “incompletos”, dado que no poseen muchas de las habilidades de sus an-cestros que no vivían en cautiverio. Por ejemplo, sus sentidos del olfato y del oído son significativamente menos agudos que los de sus autosuficientes an-tepasados salvajes. No obstante, incluso en los primeros estudios de conducta realizados en Leipzig, la especie que supuestamente había degenerado por la domesticación, asombró a los investigadores por sus habilidades cognitivas y sociales, y en muchos estudios comparativos surgió como el nuevo estudiante de excelencia que superó fácilmente a los primates de Pongoland.

Pero, ¿cómo pueden hacer esto los perros? ¿Acaso de cachorros aprenden los gestos como un “idioma extranjero”, gracias a su cercana asociación con los seres humanos? ¿O puede ser innata esta habilidad? Para averiguarlo, la estu-diante de doctorado, Julia Riedel, y sus colegas, realizaron la prueba de objeto-selección con perros jóvenes, de entre seis y 16 semanas de edad. Con el fin de excluir la posibilidad de que los cachorros simplemente estuvieran probando suerte con el contenedor más cercano a la mano de la persona que hacía el se-ñalamiento –es bien sabido el hecho de que las manos son de gran interés para

los perros- se agregó al estudio la condición que obligó a los perros a alejarse de la mano para llegar a los contene-dores.

Riedel reporta que los “Cachorros de todas las edades interpretaron igualmente bien el señalamiento como una indicación de comida escondida y seleccionaron el con-tenedor correcto”. Este resultado fue indicativo de que la habilidad para seguir los gestos comunicativos humanos no es algo que los perros deban aprender, sino que es in-nato. “Asimismo, esto sugiere que milenios de domesti-cación han jugado un papel crucial en el surgimiento de esta habilidad”. La observación ha sido, además, corrobo-rada con lobos criados en cautiverio y que, pese a también estar acostumbrados a los humanos y a sus formas de ex-presión, no comprenden las señalizaciones.

ESTUDIO DISTINTO

Qué tan bien saben realmente los perros lo que otros pueden o no pueden ver quedó demostrado por un estu-dio distinto que Brauer llevó a cabo con su colega Juliana Kaminski. La idea para el estudio se lo inspiró a Brauer su perra, Mora. Un día, cuando la sacó a pasear, Mora descu-brió un sándwich desechado descuidadamente en el piso, y lo vio como una bienvenida adición a su menú. Al es-cuchar la orden “alto”, soltó obedientemente su botín, y su dueña la felicitó por esta acción. Sin embargo, tan pronto como Brauer se dio la vuelta, Mora atrapó nuevamente el sándwich y lo devoró rápidamente a espaldas de su ama.

“Los estudios más interesantes son siempre aquellos que se relacionan de manera directa a la forma en que vi-ven los animales objeto de la investigación”, dice la cientí-fica de Max Planck. Como lo pueden confirmar la mayor parte de los propietarios de perros, la experiencia que ella tuvo en el parque con su perra fue algo muy típico en la vida cotidiana con los caninos domésticos: a los perros no se les permite subirse a la cama o al sofá, pero lo hacen tan pronto como sienten que no los ven; el perro debe estar en su cesta, pero salta fuera de ella en el instante en que su amo sale de la habitación; al perro no se le permite tomar comida de la mesa, pero tan pronto como se queda solo en el comedor, devora el chocolate.

LA BUENA CONDUCTA ES SIEMPRE

UNA CUESTIÓN DE ENFOQUES

El diseño del estudio en el chalé de perros, con el cual Bräuer y Kaminski querían establecer si los perros saben lo que otros ven, fue relativamente sencillo. Para empezar, se colocaba un manjar a las patas del perro. Mediante la orden usual, los humanos prohibían al perro comer el ali-mento. Más tarde, los humanos cambiaban su conducta. En una ocasión, simplemente se dieron la vuelta y salieron de la habitación; en otra ocasión, se sentaron en un banco y se pusieron a jugar. “En cada caso su atención no se dirigía al perro”, dice Kaminski, quien describe la más im-portante condición del estudio. Solamente en la condición de control los humanos miraban a los perros. Cada turno duraba exactamente tres minutos.

“Hay que admitir –concede Bräuer- que no era una prueba particularmente agradable para un perro bien en

La orden de “alto” sólo es válida siempre y cuando una persona lo está mirando. En los estudios, los perros obedecían siempre que la mirada del hombre se dirigía a ellos y, casi siempre, se robaba el premio cuando no se les observaba.MPI for Evolutionary Anthropology.

UN ORDENADOR DEL TAMAÑO

DE UNA CIUDAD PEQUEÑA

Y de la misma manera que Sísifo tenía que empujar, una y otra vez, una roca hasta la cima de una montaña, un átomo caliente abandona una y otra vez su posición preferida. Al hacerlo, se encuentra con una montaña energética, y pierde energía cinética. Finalmente, traspasa esa energía a la energía de los fotones que entrega. De esa manera, el átomo se enfría al final; tanto, que su movimiento sólo queda determinado por la falta de precisión de la mecánica cuántica. En la criptografía cuántica, bastarían unos pocos átomos de ese tipo en el resonador para trans-mitir mensajes fiablemente; pero, para formar una red de miles de bits cuánticos en un ordenador cuántico, se requiere un poco más de miniaturización.

En la actualidad, la instalación para capturar un solo átomo en el resonador ocupa un laboratorio completo; un ordenador cuántico tendría el tamaño de una ciudad pequeña. “Todavía está por verse si algún día construiremos realmente un ordenador cuántico hecho de átomos en resonadores”, dice Gerhard Rempe; “pero podemos realizar muchos experimentos básicos con átomos individua-les”. Por este motivo, los físicos persiguen también otros planteamientos para construir un superordenador de qubits.

Mucho menos espacio que decenas de miles de átomos en resonadores

necesitan, por ejemplo, los átomos fijados por los físicos en rejillas ópticas,

como huevos en una caja. Los átomos se ubican en este caso en pozos de po-

tencial que se forman a partir de las ondas electromagnéticas de rayos láser

superpuestos. En la rejilla, su temperatura y su velocidad son prácticamente tan bajas como en un resonador. Los físicos también tienen ya ideas sobre la forma en que las partículas podrían comunicarse entre sí en los puestos de las rejillas, un requisito necesario para solucionar tareas de cálculo.

15...16...17 Segundos... un récord: Markus Hijlkema (izquierda) y Bernhard Weber consiguieron hacer flotar un átomo en un resonador durante todo este tiempo. Para mantener un átomo en reposo durante tanto tiempo, los científicos de Garching utilizaron varios mecanismos de enfriamiento simultáneamente.

Disparar en caída libre: un átomo de rubidio cae de la trampa magneto-óptica a través del resonador. El disparo de fotones pasa a gran velocidad por el espejo derecho.

calcUlaR con la lUZ Los ordenadores cuánticos deben poder resolver muy rápidamente algunos problemas para los cuales los ordenadores convencionales necesitarían meses o hasta años; por ejemplo, descomponer grandes números en factores primarios, una operación de cálculo mediante la cual los bancos codifican las transacciones bancarias electrónicas. En el ordenador cuántico, los cálculos no serán realizados ya por transistores, sino por bits cuánticos o qubits: átomos, moléculas, fotones... o, en general, por partículas que se rigen por las leyes de la mecánica cuántica.

Los ordenadores cuánticos serán más rápidos, porque un grupo de esas partículas no se comporta como lo esperaríamos, de conformidad con nuestro concepto del mundo. Dos fotones, por ejemplo, se convierten en un sistema mecánico cuántico cuando están entrelazados.

En ese caso, ya no son independientes uno del otro, y ambos pueden tener o bien una polarización derecha o bien una polarización izquierda. Esto significa que sus ondas luminosas giran a la izquierda o a la derecha. La dirección de giro la deciden en el momento en que alguien los observa, es decir, cuando alguien mide la dirección de su oscilación. Hasta ese momento ambas posibilidades están superpuestas.

“Esto solo es un problema para nuestro concepto occidental del mundo”, dice Tobias Schätz, cuyo simulador cuántico trabajará con una cadena de iones entrelazados. “El Dalai Lama no tiene ningún problema en comprenderlo”. Su concepto del mundo se basa en el principio del Yin y el Yang: nada es exclusivamente bueno ni malo.

En la física, este principio se denomina superposición, y, sin él, un ordenador cuántico es inconcebible. Para dos fotones entrelazados, esto significa que pueden codificar simultáneamente dos ceros y dos unos y, además, calcular en esos dos canales.

Así, un sistema de mil qubits podría ejecutar mil cálculos paralelamente. Un cálculo de este tipo podría consistir en controlar con precisión los niveles de oscilación de los fotones mediante láser o filtros. Pero aún hay un problema: después del cálculo deben poder leerse los resultados de los procesos paralelos.

Lamentablemente, las partículas entrelazadas sí se someten en este caso al concepto occidental del mundo. En cuanto un físico mide la polarización de dos fotones entrelazados, éstos deben decidirse por la izquierda o por la derecha.

Por tanto, en muchos casos se pierden los resultados de los otros canales de cálculo, pero no en todos: los físicos han elaborado preceptos de medición para obtener más de un resultado de los cálculos paralelos, de manera que los grandes números podrían descomponerse realmente en factores primarios individuales mucho más rápidamente.

Otro problema del ordenador cuántico también parece poder solucionarse: un estado mecánico cuántico es algo muy volátil. En muchos casos, dura sólo una fracción de segundo. Por tanto, el cálculo cuántico debe estar finalizado en un abrir y cerrar de ojos.

Entre tanto, sin embargo, existen láser que generan impulsos miles o millones de veces más cortos que la duración de muchos estados interesantes para el ordenador cuántico. Puesto que son láser los que controlan pasos de un cálculo cuántico, podrían procesar teóricamente, en la actualidad, miles de operaciones de cálculo en un estado mecánico cuántico.

CREACIÓN DE LOS PEPSIgnacio Cirac, director del Instituto Max Planck para Óptica Cuántica, y sus colaboradores, han contribuido en gran medida a simplificar la descripción teórica de los estados cuánticos de varios qubits. Así, por ejemplo, han creado los PEPS.

Este acrónimo significa projected entangled pair states. En vez de determinar el estado real de un grupo de partículas, los físicos crean un modelo de ese estado.

Para ello, presuponen que cada partícula del sistema real está compuesta de varias partículas, de la misma manera que un neutrón está compuesto de varios quarks. Los quarks determinan juntos las características del neutrón.

En el caso de los PEPS, seleccionan pares entrelazados como módulos. Éstos pueden manejarse matemáticamente con más facilidad que las partículas reales. Este modelo no sólo podría contribuir a simplificar los cálculos cuánticos, sino también a facilitar a los expertos en física de cuerpos sólidos la solución de algunos de sus problemas: en esta disciplina se observan, por lo general, sistemas sumamente complejos, compuestos de innumerables partículas. Los modelos utilizados actualmente para describir estos sistemas fallan en muchos casos; por

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CONOCIMIENTO50 CONOCIMIENTO 39Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

Con el fin de descubrir lo que los simios saben acer-ca de las percepciones de los miembros de su grupo, el psicólogo Joseph Call aprovechó la posesividad extrema que, en el caso de la comida, presentan los habitantes de la casa del simio en el Centro de Investigación de Primates Wolfgang Köhler, ocultando pedazos de fruta en las jaulas. Los miembros de menor jerarquía sólo se atrevían a tocar el alimento extra cuando observaban que el macho alfa no había notado la comida oculta, o bien cuando la comida estaba fuera del rango de visión de éste.

INDICADORES PARA LOS BIOLOGOS EVOLUCIONISTAS

Esto pone en tela de duda la hasta ahora aceptada creencia de que la teoría de la mente es una habilidad exclusiva-mente humana. Pero, ¿qué tanto entienden en realidad los simios acerca del estado del conocimiento de los otros? ¿Es posible que sean capaces de utilizar gestos de indi-cación, u otros indicadores de referencia en contextos co-municativos?

“Estas preguntas son extremadamente fascinantes para nosotros” –dice la bióloga Juliane Brauer, quien in-vestiga el conocimiento social en varias especies animales, en el área de Tomasello. “La comparación entre diferentes especies nos brinda una visión de nuestro propio interior y de lo que ha cambiado a lo largo de nuestro desarrollo. Después de todo, la forma en que el conocimiento humano se ha desarrollado a lo largo de la evolución siempre ha sido una de nuestras grandes interrogantes”.

De esta manera, los humanos han sido dotados de la habilidad de ponerse a sí mismos en la percepción y en las perspectivas de acción de los otros, y esta habilidad juega un papel importante en la adquisición del lengua-je en la infancia temprana. El niño aprende, señalándo-los, los nombres de los objetos, gracias a su padre y a su madre. Asimismo, ahora se puede asumir que los gestos realmente tienen su base en las raíces del lenguaje: las palabras y los sonidos aparecen solamente después de las señalizaciones.

Sin embargo, como Call y sus colegas descubrieron con asombro en el Centro de In-vestigación de Primates Wolf-gang Köhler, los grandes si-mios no siguen ni siquiera las más amplias pistas que se les brindan: una serie de estudios con piezas de fruta ocultas de-mostró que los señalamientos

no funcionan en la comunicación humano–simio. Es claro que los simios no entienden lo que sus humanos compa-ñeros de prueba trataban de decirles, cuando señalaban cierto contenedor de comida.

TALENTO EXCLUSIVO

DEL HOMBRE

Con base en estos descubri-mientos, resulta evidente que la habilidad de interpretar gestos comunicativos es un ta-lento exclusivo del Homo sapiens. ¿Si la relación más cer-cana al hombre, hablando en términos ontogenéticos, no

puede comprender los gestos de señalización, ¿quién puede? La respuesta llegó de una fuente inesperada: “¡Mi perro lo puede hacer!”, expresó el estudiante de doctorado Brian Hare (Investigación Max Planck 2/2006, página 70 ff.).

Con este comentario informal, Hare se asignó a sí mismo la tarea de llevar a cabo su propio proyecto de investigación. Rápidamente quedó patente que su perro no era el único comunicador canino, extraordinariamente dotado, capaz de interpretar los gestos humanos de señalización. Igual que se había realizado en la casa del simio, la “prueba de elección del objeto” se usó aquí también. A los perros se les presentaron dos contenedores idénticos, boca abajo, pero sólo uno de ellos tenía un bocadillo para perro. Como los perros no habían visto cuando se estaba escondiendo el bocadillo en el contenedor, no podían haber sabido en cuál de ellos estaba.

Su compañero humano de prueba apuntó entonces al recipiente con el in-teresante contenido. Después de eso, a los perros se les permitió escoger, y así lo hicieron, tocando el contenedor de su elección con su nariz o sus patas. Si escogían el correcto, se les recompensaba con el contenido; si escogían el equivocado, se quedaban sin nada. Para asegurarse de que los perros no se guia-ran por sus sensibles narices, se llevó a cabo una condición de control, a fin de que no hubiera pista alguna respecto de cuál era el contenedor correcto. ”Si el animal hacia alternativamente selecciones correctas e incorrectas en este caso, era evidente que no podía oler la comida,” dice Julianne Brauer, explicando cómo se puso a prueba la afirmación de Hare.

Dos contenedores, una galleta, ni rastro de olor. Incluso sin usar la nariz, los perros de todas las razas inmediatamente pudieron establecer donde se ocultaban las recompensas. A diferencia de los monos, al instante comprendió el gesto de señalar. MPI for Evolutionary Anthropology.

ejemplo, al intentar explicar el supraconductor de alta temperatura. Los PEPS podrían ser de gran ayuda.

Los físicos cuánticos disponen de PEPS: estos modelos descomponen las partículas reales en pares entrelazados.

MOLÉCULAS POLARES

Para las operaciones con bits en las rejillas, las moléculas polares serían más adecuadas que los átomos, pues pue-den comunicarse mejor de un puesto de la rejilla a otro. Su composición atómica confiere a esas moléculas extremos positivos y negativos, a través de los cuales pueden inter-actuar. Todavía no hemos avanzado tanto, pero hace poco logramos formar moléculas no polares a partir de dos átomos de rubidio en los puestos de las rejillas, comenta Niels Syassen, uno de los colaboradores en el experimento realizado en el departamento de Rempe.

Para ello, los científicos introdujeron un gas de rubidio altamente diluido y sumamente frío en la rejilla óptica, de tal manera que, como máximo dos átomos ocuparan un pozo de potencial. A continuación, juntaron un campo magnético a este arreglo. Mediante la modificación suma-mente lenta de su intensidad, obligaron a los átomos a asociarse. Esto se debe a que, a partir de una determinada intensidad del campo magnético, es más favorable para los átomos unirse, en vez de continuar independientes. En cuanto los investigadores devolvieron el campo magnético a su intensidad original, los socios volvieron a separarse.

ÁTOMOS CON IDENTIDAD DIVIDIDA

Un ensamblaje como éste, con moléculas flotantes en una rejilla óptica, podría convertirse también en el núcleo de un simulador cuántico. Ignacio Cirac, que en su calidad de director del Instituto Max Planck para Óptica Cuántica trabaja en el tema del procesamiento de información me-diante la óptica cuántica, ha presentado ya una propuesta sobre la manera en que las partículas aisladas en una re-jilla podrían asumir simultáneamente varios estados. Los físicos hablan de un estado de superposición. Ésta es una premisa básica para el procesamiento cuántico de la infor-mación, pues sólo de esa forma se pueden realizar varias operaciones de cálculo en un solo paso (cuadro).

Para que los átomos se encuentren de esta manera mecánica cuántica, Ignacio Cirac quiere, primero, dividir su identidad. Y es que los físicos pueden manipular un átomo para que quede atrapado en una rejilla óptica cuyas ondas giran a la derecha, o en una cuyas ondas giran a la izquierda. La mecánica cuántica deja ambas posibilidades abiertas para el átomo, hasta que alguien mide frente a qué luz reacciona. Por tanto, hay dos átomos virtuales donde, según el concepto clásico, sólo existe uno.

Cada uno de los dos átomos virtuales puede maniobrarse incluso indivi-

dualmente: con una rejilla óptica de luz dextrogiratoria, se puede desplazar

sólo la parte virtual respectiva del átomo. La otra parte permanece donde

estaba, a pesar de que ambas partes representan una partícula. Así, los físicos pueden empujar esa forma del átomo al puesto vecino de la rejilla. En ese puesto está la forma con el polo opuesto del vecino. Gracias a la interacción de las dos partículas virtuales, quedan entrelazadas –una de las posibilidades de llegar al estado de superposición.

Aunque no lo parezca, Thomas Volz, Niels Syassen y Gerhard Rempe (izquierda) están delante de una caja de huevos óptica, que forman mediante rayos láser en la cámara de acero que se ve en el margen derecho de la imagen. En los pozos de potencial, los átomos de rubidio se unen para formar moléculas.

Ahora se podrían realizar con ellos cálculos cuánticos, al menos en teoría. En la práctica, los físicos no han logrado aún excitar partículas individuales en la rejilla para depositar en ellas información o volver a leerla. Por lo general, uti-lizan láser para modificar y leer el estado de una partícula. Pero ningún láser es lo suficientemente fino como para seleccionar una partícula específica entre las muchas que se encuentran una muy cerca de la otra en una rejilla óptica.

IONES SIMULAN FENÓMENOS CUÁNTICOS

Y éste es precisamente el punto fuerte del planteamiento seguido por Tobías Schätz y por su equipo de trabajo. Él se ha propuesto capturar una cadena de iones de magnesio en un campo eléctrico alterno, para entrelazarlos y formar un simulador cuántico. Los iones deben ordenarse en la trampa con distancias de tres micrómetros entre uno y otro; es decir, suficiente espacio para excitarlos individualmente mediante un láser.

Schätz y sus colegas planean seguir en un puñado de iones las instrucciones para un experimento proveniente también del departamento de Ignacio Cirac.

Una unión temporal: los átomos de rubidio (en rojo) de una rejilla óptica se unen (imagen de la izquierda), y vuelven a separarse en función de la intensidad del campo magnético controlado por los colaboradores de Gerhard Rempe. Sólo cuando están separados los átomos generan un patrón de interferencia con picos satélite (imagen de la derecha).

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CONOCIMIENTO38 CONOCIMIENTO 51Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

¡Mi perro puede hacerlo!

!

En lo que respecta a los científicos cognitivos, el juego de niños “Espío con mis ojitos”, no es más que eso, un juego de niños, basado en la premisa de que la persona a la que le corresponde el turno no se imagina lo que los otros jugadores pueden o no pueden ver. Pero, los perros y los monos, por ejemplo, ¿comparten también esta habilidad? En el instituto Max Planck para la Antropología Evolutiva, en Leipzig, los científicos estudian los factores de conocimiento social en diferentes especies

Birgit Fenzel

la teoría de la mente es el término científico para el arte de leer la mente. Esta habilidad permite a las per-sonas considerar a los demás como individuos, con

sus propias percepciones, sentimientos y pensamientos y, con base en esto, imaginar qué está pasando en sus vidas. Para los investigadores, la teoría de la mente es una de las piedras angulares de la enseñanza y el aprendizaje, y, por lo tanto, también del surgimiento de la cultura –aquí sólo tiene uno que pensar en los papeles de la imitación y la demostración en la transmisión del conocimiento, en el contexto del desarrollo del lenguaje.

Durante mucho tiempo se consideró que la teoría de la mente era solamente una habilidad propia de los huma-nos, desarrollada en el curso de la evolución. Sin embargo, los científicos que trabajan con Michael Tomasello, en el Departamento de Psicología Comparativa y del Desarrollo, en el Instituto Max Planck para la Antropología Evolutiva, en Leipzig, observaron que los chimpancés también desa-rrollan algunas de las características clave de esta ha-bilidad de percibir las perspectivas e intenciones de los demás.

Su objetivo es, en primer lugar, un simulador cuántico, una versión simplificada del ordenador cuántico. Un simulador cuán-

tico podría ayudar a los físicos en un futuro relativamente

cercano a comprender, por ejemplo, el supraconductor de alta

temperatura.

“Queremos simular un sistema mecánico cuántico descono-cido mediante uno conocido“, dice Tobías Schätz. En muchos as-pectos, un simulador cuántico trabaja de forma similar a la de un ordenador cuántico. Sin embargo, no presenta algunos de los problemas especialmente complejos de este último; por ejemplo, la manera de diferenciar la información acumulada en un estado de superposición. Schätz y sus colaboradores desean descubrir primero en su experimento lo que ocurre en un sistema de iones en una transición magnética determinada: cada ión se comporta como un pequeño imán de barra. Los polos norte y sur de los imanes vecinos se repelen. Por tanto, siempre se ordenan de ma-nera que el polo norte de un imán se encuentra junto al polo sur del siguiente; eso sí, siempre que no haya un campo magnético aún más fuerte que ordene a todos los imanes de barra parale-lamente desde fuera, como en un trozo de hierro, a saber, polo norte junto a polo norte y polo sur junto a polo sur.

Schätz y sus colegas colocarán sobre los iones precisamente un campo magnético como éste, y luego lo retirarán poco a poco. “Queremos saber lo que ocurre cuando el campo magnético exte-rior se debilita tanto que la interacción de los iones vecinos de-termina el orden”, dice Schätz. “Mediante este experimento, que-remos simular una transición de fase a nivel mecánico cuántico”. Una transición de fase ocurre en el agua cuando se evapora, pero también en un metal cuando cambia sus características magné-ticas.

“Para obtener mediante el simulador cuántico conocimien-tos sobre sistemas cuánticos complejos que por principio no se pueden alcanzar con ordenadores convencionales, tenemos que aumentar la cantidad de iones a unos 400”, añade Schätz. Para un ordenador cuántico, en cambio, serían necesarios casi cien mil. Probablemente, la mejor forma de organizar una cantidad seme-jante de bits cuánticos sea en un cuerpo sólido como puntos cuán-ticos. Éstos están compuestos de un par de miles de átomos cada uno. Un pequeño grupo de este tipo asume las características de un solo átomo artificial en el que se podría almacenar un bit.

Oliver Schmidt y sus colaboradores del Instituto Max Planck para la Investigación de Cuerpos Sólidos de Stuttgart han creado ya un patrón regular de varios millones de puntos cuánticos sobre una superficie. Al igual que en los átomos reales, también en los artificiales los electrones giran alrededor de una partícula posi-tiva, denominada por los físicos de semiconductores “hueco”. Y esos electrones giran con un espín que, dicho de forma simplifica-da, equivale a su impulso de giro y determina el comportamiento de una partícula en el campo magnético.

Los físicos representan el espín de forma ilustrativa como una flecha hacia abajo o hacia arriba. Resulta entonces casi inevitable denominar uno de los dos sentidos cero y el otro uno. Pero cero y uno podrían asignarse también al estado básico y a un estado ex-citado al que podría impulsarse un electrón mediante una descar-ga láser. Para aprovechar las ventajas del ordenador cuántico,

los puntos cuánticos deben interactuar. Sólo entonces dan lugar

al estado de superposición, que es el punto esencial de todos

los cálculos cuánticos. “Recientemente logramos, junto con los científicos de la Universidad de Stuttgart, acoplar por primera vez

dos puntos cuánticos auto-organizados que se encuentran uno junto al otro sobre una superficie”, nos cuenta Oliver Schmidt, director del grupo de trabajo en el instituto Max Planck de Stuttgart.

UNA PISTOLA DE FOTONES

DEL CALIBRE QUE SE DESEE

Los investigadores han formado, entonces, una molécula artificial a partir de dos átomos artificiales. Para ello, han apilado mediante una nueva tecnología dos acumulaciones de indio arsénico sobre un soporte, a una distancia de casi ocho nanómetros entre ambas, de manera que los puntos cuánticos crecen muy cerca el uno del otro, como dos pi-lones, sobre el sustrato. “Entre los dos puntos cuánticos saltan ahora electrones de un lado al otro”, dice Schmidt. Los puntos cuánticos asumen un estado común “comu-nicándose” entre sí. Pero los dos puntos cuánticos no sólo se comunican entre sí, sino también con el exterior.

Al hacerlo, se expresan en el idioma usual del mundo cuántico: con luz; “concretamente, en la forma especial de fotones individuales”, dice Schmidt. Al igual que los

pistoleros de fotones del instituto de Garching, también

sus colegas de Stuttgart hacen que los puntos cuánticos

disparen un fotón tras otro. Y esto funciona incluso a

altas temperaturas, al menos según los parámetros de

los físicos atómicos: los puntos cuánticos entregan ya fo-tones individuales a una temperatura de unos 200 grados bajo cero; es decir, muy distante aún del cero absoluto.

Esto significa que una fuente de protones individua-les de este tipo se puede enfriar ya con el económico ni-trógeno líquido. Cuando los investigadores aplican una tensión eléctrica a una molécula de los puntos cuánticos y la varían, influencian también la longitud de onda de la luz emitida: es como si modificaran el calibre de su pistola de fotones. Bajo este punto de vista, tal vez los físicos de los institutos Max Planck deberían prepararse para un duelo entre tiradores de fotones.

No se puede predecir quién saldría vencedor, y esto en dos sentidos: “Todavía no sabemos si los cálculos en un ordenador cuántico se realizarán finalmente con fotones, con moléculas o con puntos cuánticos”, dice Ignacio Cirac. Él está trabajando, en todo caso, para que no haya límites teóricos para ninguno de los planteamientos.

Un criptógrafo cuántico procesa información mediante luz láser, lo que se puede observar, pero no interceptar.

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CONOCIMIENTO52 CONOCIMIENTO 37Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

GloSaRio:

Isótopo

Término utilizado para varios tipos de átomos de un determinado ele-mento químico cuyo núcleo tiene el mismo número atómico (número de protones) pero diferente número de neutrones y, en consecuencia, tam-bién diferentes números de masa.

Radiación cósmica

Radiación espacial de partículas de elevada energía, consistente princi-palmente de protones, electrones y átomos completamente ionizados. La radiación se origina en el Sol, pero también en las estrellas supernova y de neutrones, así como en fuentes extragalácticas, tales como las gala-xias activas y las quásares.

Meteoroide, meteoro, meteorito

Estos términos se confunden con frecuencia Un meteoroide es un frag-mento, grande o pequeño, de mate-rial que orbita en el espacio. Si tal meteoroide entra en la atmósfera de la Tierra, produce un fenómeno bri-llante, llamado meteoro. A un meteo-ro particularmente brillante también se le llama bola de fuego o bólido. La mayor parte de los granos son ape-nas del tamaño de una mota de pol-vo, y se queman, pero los fragmentos más grandes caen en la Tierra como meteoritos.

Supernova

El estallido repentino en llamas de una estrella que incrementra su brillo de varios millones a varios billones de veces. Hay varios tipos de supernovas, y dos mecanismos básicos: la explosión de una estrella masiva individual que ha utilizado todo su combustible nuclear al fin de su existencia; y la detonación de una de las estrellas de un sistema bina-rio, causada por la transferencia de material entre dos estrellas (enanas blancas).

1. Los meteoritos, cuidadosamente envueltos en papel níquel, en el recipiente de vidrio para las muestras, donde son liberados de los gases absorbidos, por medio de un calentamiento moderado.

2. Se mira como si fuera arte moderno, pero en realidad se trata de una trampa de separación criogénica. Éste es una especie de almacenamiento interino para los gases nobles, liberados por medio del calor de las muestras de meteoritos.

PeTeR HeRGeRSBeRG, eSPÍa Sin llaVe

Los bancos son posibles clientes para los equipos que protegen información mediante la mecánica cuántica: cada día transfieren electrónicamente importes de varios miles de millones. Quien logra introducirse en este tráfico de datos, se hace rico. Afortunadamente, existen ya, en la actualidad, métodos sumamente fiables para codificar, por ejemplo, el intercambio de la información de una cuenta. El emisor hace ilegibles los datos sensibles mediante una clave numérica. El receptor necesita la misma clave para decodificar los datos. El código debe cambiarse con la mayor frecuencia posible. Pero el intercambio de la clave es precisamente el punto débil de la criptografía clásica, pues quien consigue la clave puede descifrar también toda la información.

En cambio, si el emisor y el receptor intercambian la clave según las prescripciones de la criptografía cuántica, cualquier espía se delata irremediablemente. Al igual que el ordenador cuántico, también este método aprovecha el hecho de que el mundo de las partículas más diminutas no se rige por el principio de „todo o nada“. Hay diferentes procedimientos posibles: los primeros criptógrafos cuánticos se basan en que el cero y el uno, las unidades de información más pequeñas del tráfico de datos digital, se pueden traducir cada una de dos maneras diferentes como características de partículas luminosas. A saber, polarizadas horizontal y verticalmente en la base o polarizadas en la base más 45 grados y menos 45 grados.

Cualquiera que no sepa en cuál de las dos bases envía el emisor un bit, no puede interceptar la clave sin ser descubierto. El emisor y el receptor transmiten o miden en bases que seleccionan aleatoriamente. A continuación, comparan las bases y emplean sólo los bits que el receptor ha medido en la misma base en la que el emisor los ha enviado. Pero la clave también se puede proteger contra un acceso no autorizado mediante fotones entrelazados. Estos fotones se deciden simultáneamente por un valor de medición, aun cuando se encuentren a varios años luz de distancia, un fenómeno que Albert Einstein denominó efecto remoto fantasma y que, por tanto, rechazó.

Entre tanto, existen pruebas experimentales de la existencia de este fenómeno. Algunos físicos confiesan abiertamente que no lo entienden, pero que se acostumbran a él. Físicos daneses han logrado entrelazar incluso átomos con fotones, siguiendo un procedimiento de Ignacio Cirac. Y lo han hecho en una cantidad y a lo largo de una distancia inigualadas hasta ahora. No obstante, un entrelazamiento al cien por cien es casi irrealizable. Así, el emisor transmite los bits de la clave con una tasa de error determinada, preestablecida teóricamente. Cualquiera que intente interceptar los fotones aumenta ese error si pretende preparar un fotón y enviarlo al receptor previsto. El emisor y el receptor pueden comparar la tasa de error. Si ésta es mayor de lo esperado, han descubierto a un espía.

Una tensión aplicada desplaza el nivel energético en las moléculas artificiales (arriba). El electrón se encuentra entonces donde está uno de los dos socios (centro) y desaparece uno de los dos picos en el espectro de la molécula artificial. Se ha creado una fuente de un solo fotón (abajo).

Oliver Schmidt y sus colaboradores

han reunido moléculas de

indio arsénico sobre una

superficie de galio arsénico.

Han logrado unir hasta seis átomos

artificiales entre sí.

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CONOCIMIENTO36 CONOCIMIENTO 53Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

En el laboratorio se escucha el ruido de bombas –las medidas requieren un ultraalto vacío. En lo alto de las tuberías del aparato, que se aíslan del calor con láminas de aluminio, se encuentra una vasija de vidrio, de la cual salen una docena de protuberancias, en forma de dedos, que apuntan hacia abajo. Éstas contienen las muestras, envueltas en níquel plateado. Las muestras proceden

de una amplia variedad de diferentes meteoritos. Aparte de la muestra del

Maribo y de muchas otras, hay también una muestra muy especial: “Un colega de Viena –dice Ott- nos mandó ésta. Los mineralogistas no estaban completa-mente seguros de que se tratara de un meteorito. Sospechaban que, si realmente procedía del espacio, era posiblemente de Marte”.

El análisis del gas noble de este misterioso objeto ha quedado terminado, y Ott está seguro de que no es de la Tierra. Por lo contrario, ha completado una larga odisea cósmica. “Las elevadas concentraciones de Ne-21 son evidencia de una edad de elevada radiación, de unos 20 millones de años”. Pero esto indicaría que no es de Marte, porque los meteoritos procedentes de este planeta hacen el viaje espacial más rápidamente, por lo general en unos pocos millones de años.

NANODIAMANTES, HECHOS

DE UNOS MIL ÁTOMOS DE CARBONO

El espectrómetro de masas de gas que ayudan a Ulrich Ott y a sus colegas cientí-ficos a descifrar la roca celeste es un aparato muy sensible. Y tiene que ser así, porque muchas veces los gases nobles están presentes en los meteoritos en bajas concentraciones (véase el recuadro Una buena nariz…). Pese a todo, estas medidas han sido rutinarias ya por largo tiempo en el Instituto de Química Max Planck, una especie de servicio que forma parte de una serie estándar de los análisis en la investigación de los meteoritos. Mientras los números para los gases nobles, desde el helio hasta el xenón, aparecen en la pantalla, Ott habla so-bre su verdadera área de investigación: los granos presolares. Estas fases están alojadas en algunos meteoritos, y pueden ser investigadas por separado.

“Estamos preocupados principalmente por pequeños diamantes, que con-tienen apenas unos mil átomos de carbono”, explica el científico de Max Planck. Estos nanodiamantes son más viejos que el sistema solar. Fue el análisis de

gas noble el que permitió identificarlos como reliquias del espacio interes-

telar, y este primero mostró que los meteoritos contienen tales antiguos com-

ponentes. Además de los diamantes miniatura, los científicos analizan también granos más grandes, aunque incluso éstos siguen estando en la escala micromé-trica. Los investigadores utilizan complicados métodos para extraer los granos de la matriz de la roca meteorítica. Algunos isótopos de estos granos muestran ca-racterísticas dramáticamente distintivas.

Investigaciones de Peter Hoppe, también del Instituto de Química Max Planck, en Mainz, muestran que, mientras la proporción de carbono del isótopo con peso atómico de 12 y 13 anda alrededor de 90 en todo el sistema solar, estos granos están absolutamente fuera de lo común: algunos tienen valores de dos órdenes de magnitud más bajos, en tanto que otros exhiben una proporción de isótopos casi cien veces mayor.

¿De qué se trata? Se supone que las estrellas, al término de sus vidas, lanzan polvo al espacio. Antigua materia estelar de gigantes rojos o de explosivas su-pernovas alcanzaron la primigenia nube solar de la cual se formaron el Sol, los meteoritos y los planetas. En esta forma, las anomalías isotópicas nos permiten una mirada a la parte interna de estas estrellas y a la síntesis de los elementos químicos que ahí ocurren –una especie de huella digital genética de nuestros ancestros estelares.

NUEVO EQUIPO DE MEDICIÓN

PARA EL POLVO INTERESTELAR

El meteorito Maribo puede contener también los granos primigenios; las medi-ciones de Ott indican el contenido de un nanodiamante en partes por rango de miles. Una importante condición para esto fue que Maribo, en los cuatro y medio millones de años de su existencia, fue sometido a un calentamiento rela-

tivamente mediano, de no más de 200 grados Celsius. Sin embargo, es muy probable que no habrá investigación de-tallada del material presolar, dado que sólo una pequeña cantidad –apenas 30 gramos- del material de Maribo ha sido encontrada hasta la fecha en Dinamarca.

Este año, el instituto en Mainz experimentará un salto en la sensibilidad de su análisis del gas noble, una vez que entre en operación una nueva pieza de su equipo de medición, para el análisis de micrometeoritos, polvo inter-estelar y granos presolares individuales. Mientras tanto, todos los gases nobles de la muestra del Maribo han sido determinados en el laboratorio, y evaluados sus datos de medición.

A Ott no le han sorprendido los resultados: “La edad

de radiación del Maribo es de alrededor de un millón de

años”, explica. Éste es un tiempo de travesía muy corto,

comparado con el de los meteoritos ordinarios de pie-

dra, pero no inusual para esta clase de meteorito. Proba-blemente, este material quebradizo no podría resistir las duras condiciones del espacio por un tiempo mucho más largo. Y, a fin de cuentas, el proceso de calentamiento en Mainz también probó demasiado para el grano de polvo cósmico. “Se evaporó”, dice Ott impasible. “Después de todo, nuestras mediciones no constituyen una técnica no destructiva”.

Una BUena naRiZ PaRa loS GaSeS noBleS

Estudiar los gases nobles en los meteoritos resulta difí-cil, dado que las concentraciones de los mismos son muy bajas. El espectrómetro de masas de gas noble en Mainz opera fundamentalmente como sigue: primeramente, los componentes gaseosos de la muestra se calientan gra-dualmente para vaporizarlos. Por métodos químicos se separan los gases no nobles de la mezcla de gases, dado que no son importantes en el análisis extensivo. El helio y el neón entran primero en el aparato de medición, en tanto que los otros gases nobles están atrapados en la superficie del nitrógeno-líquido-frío (menos de 196 gra-dos Celsius) activado por carbono.

Son liberados de este “almacenamiento interino” por medio del calor, cada especie atómica a una tempera-tura específica. Primero se libera el argón, a menos 123 grados Celsius, seguido por el kriptón. Una temperatura todavía más elevada (alrededor de más de 150 grados Celsius) se aplica para liberar el xenón.

El análisis funciona con base en el siguiente princi-pio: un filamento de calentamiento emite electrones que chocan con los átomos del gas noble, lo cual hace que éstos se ionicen. El alto voltaje que se aplica entonces da la seguridad de que los iones de los isótopos del gas noble individual se desvían de acuerdo con su masa. En contraste con el espectroscopio de masas convencional, las bombas están cerradas durante la medición. Estas medidas sensitivas dependen de que no se pierda ni un simple átomo del gas.

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CONOCIMIENTO54 CONOCIMIENTO 35Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

de una pelota de ping pong; se había quebrado y estaba enterrada unos cuantos centímetros en un hoyo en el piso, cerca de la ciudad de Maribo.

Científicos como Ulrich Ott, del Instituto de Química Max Planck, se benefician del instinto de este cazador de rocas celestes. “No es ésta la primera ocasión en que he-mos obtenido nuestras muestras en esta forma”, dice. El grano de material que el cartero entregó en esta ocasión venía del Museo de Geología de Copenhague, donde Grau había depositado su descubrimiento. Las escalas del labo-ratorio reportaron apenas 115 miligramos, pero más que suficiente para la realización del análisis. Antes de esto, colegas de Dinamarca y de Münster habían hecho ya una clasificación: Maribo –nombre oficial del meteorito del Báltico- es un condrito carbonoso, un espécimen rico en carbono. Menos de un cinco por ciento de los meteoritos corresponden a esta rara categoría.

GASES NOBLES TIENEN EL SECRETO

DE LA DURACIÓN DEL VIAJE

Los científicos de Max Planck en Mainz llevan décadas investigando meteoritos. Desde 1969 también han esta-do analizando muestras traídas por los viajeros lunares –ninguna institución científica fuera de Estados Unidos recibió tantas rocas lunares como el Departamento de Cosmoquímica en Mainz. Sin embargo, los objetos de in-vestigación cósmica de Ott siempre han sido los meteo-ritos. “Nuestro trabajo tiene un enfoque interdiscipli-

nario”, explica el investigador, cuya casa científica se

encuentra en la interfase de la astrofísica, la química

y las geociencias. “Aquí estamos aplicando una serie de temperaturas”, explica Ulrich, mientras se dirige al labora-torio donde la muestra del Maribo está sometida a intenso calentamiento. En un lapso de varios días se le aplican temperaturas de entre 400 y mil 800 grados Celsius, a fin de liberar a la roca celeste, en forma gradual, de sus com-ponentes gaseosos.

Ott y sus colegas científicos tienen particular interés en los gases nobles; o, para ser más precisos, en la propor-ción de isótopos del gas noble, dado que pueden ser usa-dos para calcular el tiempo que duró el viaje desde el reino de los planetoides, hasta el punto de impacto en el territo-rio danés.

RADIACIÓN CÓSMICA

Y éste es el procedimiento: después de que la roca fue expulsada de su cuerpo original, quedó expuesta a la om-nipresente radiación cósmica. En su interior empezaron a ocurrir reacciones nucleares, y empezó a cambiar la proporción de isótopos. Como Otto explica: “Los efectos interesantes se pueden ver mejor por medio de isótopos poco comunes, como el neón 21”. El núcleo de esta forma especial del noble gas contiene un total de 21 protones y neutrones. Por lo general, el neón contiene solamente el 0.3 por ciento de este isótopo. “Podemos usar el conteni-do NE-21 de un meteorito –dice Ott- para determinar con bastante precisión el tiempo de su irradiación”. La edad de la exposición a los rayos cósmicos es el término técnico para la duración de la travesía cósmica.

1. Ulrich Ott examina la impresión de un espectro de masas. Fue así como se grabaron los espectros hace 20 años; ahora, esto se hace electrónicamente; pero, tan sólo por cuestiones de seguridad, siempre se usa en forma paralela la tecnología convencional.

2. Pesado, y resultó un peso ligero. Si usted espera encontrar un gran fragmento de roca en el laboratorio, quedará decepcionado. Para el análisis basta con una cantidad pequeña de material. El pequeño grano de material del meteorito Maribo pesaba apenas 115 miligramos.

3. Las muestras de los meteoritos se almacenan en botellas de plexiglás, como éstas, hasta que son analizadas en el laboratorio de Ott.

1

2 3

científicos del Instituto de Meteorología Max Planck, en Hamburgo, han estudiado el desarrollo de la agri-cultura en el último milenio. Su investigación viene

a demostrar que la humanidad ha tenido un impacto sig-nificativo en el clima, incluso antes del advenimiento de la industrialización.

El estudio de los registros de la iglesia es una activi-dad generalmente asociada con teólogos y genealogistas, más bien que con científicos naturalistas. Por tal motivo, la mayor parte de la gente muy difícilmente podrá imagi-narse que tales registros contienen también información importante para los investigadores del clima. Estos re-gistros, que se remontan a varios siglos, contienen impor-tante información sobre el desarrollo de las poblaciones y, por consiguiente, también sobre la superficie que era

destinada a la actividad agrícola. Sin embargo, la transformación de la vegetación natu-

ral en tierras labrantías tiene consecuencias en el clima. Por lo tanto, nosotros, los investigadores del clima, te-nemos mucha suerte de que los demógrafos hayan hecho ya el trabajo, en décadas recientes, y hayan recopilado los datos sobre la población global, con base en documentos históricos. Con estos datos, podemos deducir información, de muchos siglos atrás, sobre la influencia humana en el clima.

La era preindustrial es particularmente apropiada para analizar las consecuencias del uso de la tierra en el clima. Antes de 1850, la expansión global de la agricultura era

el único disturbio “hecho por el hombre” en el sistema

global del clima. Dado que la extensión de la agricul-

tura muchas veces requirió despejar los bosques, el car-

bón almacenado en la madera vino a dar a la atmósfera,

como parte del dióxido de carbono, un gas de efecto in-

vernadero. No fue sino hasta mediados del siglo XX cuando la can-

tidad de dióxido de carbono que los humanos enviaron a la atmósfera, por la quema de combustibles fósiles, ex-

cedió de manera significativa la de la expansión agrícola. A partir de entonces, el cambio del clima global, que se observa ahora, ha sido causado principalmente por las emisiones que surgen de la combustión de carbón, petró-leo y gas.

LOS CONTINENTES FUNCIONAN

COMO RESERVAS DE CARBÓN

La destrucción de la vegetación conduce a la emisión de dióxido de carbono. Al mismo tiempo, la flora de la Tie-rra vuelve nuevamente inofensiva una parte del dióxido de carbono enviado a la atmósfera. Por medio de la fo-tosíntesis, las plantas absorben el dióxido de carbono de la atmósfera y transforman en compuestos orgánicos el carbono que contiene, al tiempo que liberan oxígeno en

el proceso. En la década de 1990, por ejemplo, los conti-nentes reabsorbieron, cada año, alrededor de un gigatón (un billón de toneladas), de los aproximadamente 6.4 giga-tones de carbón que fueron producidos anualmente por la combustión de carbón, petróleo y gas.

De esta manera, los continentes almacenan en la actu-

alidad el 15 por ciento de las emisiones fósiles anuales.

A este fenómeno se le conoce como fregadero del

carbono de la tierra. En esta forma, la vegetación de los continentes puede contrarrestar el aumento en la tempe-ratura global, dado que el calentamiento global está ínti-mamente relacionado con el aumento en la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera.

El dióxido de carbono reduce la permeabilidad de la atmósfera a la retro radiación de la Tierra, y, como resul-tado, se calientan las capas más bajas de la atmósfera. Por consiguiente, mediante la absorción del carbono, el fregadero del carbono de la tierra mitiga el incremento que de otra forma habría que esperar como resultado de la ignición de combustibles fósiles y de la expansión de áreas agrícolas.

(A) Entre los años 800 y 1850 de la era cristiana, el crecimiento de la población fue constante, especialmente en Europa y Asia.

(B) Cambio en el área de diferentes tipos de vegetación natural y agrícola, a lo largo y ancho del mundo, entre los años 800 y 1850. En los tiempos preindustriales, y paralelamente al crecimiento de la población, extensas áreas de vegetación natural fueron transformadas en tierras agrícolas.

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CONOCIMIENTO34 CONOCIMIENTO 55Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

El fin de la jornada de un meteorito es abrupta por definición, cuando el fragmento de material cósmico choca contra la tierra. Una roca celestial oculta muchos grandes secretos. Ulrich Ott, del Instituto Max Plack de Química, en Mainz, es un detective científico. Él descifra, por ejemplo, cuánto tiempo ha viajado el meteorito por el espacio

Thorsten Dambeck

en la tarde del 17 de enero de 2009, el espectáculo de una luz brillante fue causa de grandes emociones. A la misma hora en que se transmitía el principal noticie-

ro nocturno, un meteoro iluminó el cielo durante unos se-gundos, en el norte de Alemania. Procedente de la direc-ción de Polonia, la bola de fuego se movió a través del Mar Báltico, hacia Dinamarca, en una trayectoria en dirección oeste. Cerca de 600 testigos oculares reportaron el hecho, y algunos de ellos incluso dijeron haber escuchado ruidos, como disparos de arma de fuego y truenos retumbantes.

En Suecia, una cámara de vigilancia documentó el es-pectáculo, y gente de los Países Bajos también fotografió la bola de fuego. Aunque las imágenes no fueron de utili-dad alguna para señalar un posible punto de impacto, con cierto grado de precisión, fragmentos del meteorito fueron descubiertos en los primeros días de marzo.

CAZADOR DE ROCAS CELESTES

El espectacular descubrimiento fue resultado de una

sistemática investigación emprendida por el cazador

de meteoritos Thomas Grau, de Brandeburgo, quien fue

también el primero en encontrar una pieza del meteorito

“Neuschwanstein”, en los Alpes, el año 2002 (Max Planck Reaserch 1/2003, pág. 16 ff.). En esta ocasión, Grau encon-tró su tesoro en la isla danesa de Lolland, donde recogió una pequeña pieza de roca, aproximadamente del tamaño

los secretos de

los granos cósmicos

Una roca que cayó del cielo. En abril de 2002, cayó en la Tierra, cerca del famoso castillo construido por el rey bávaro Lwdwig II –de ahí su nombre de “Neuschwanstein”. La fotografía muestra una vista de 360 grados, compuesta por 20 imágenes.

LA VEGETACIÓN Y EL CLIMA

Sin embargo, también en otro aspecto es la vegetación de relevante importancia para el clima. Los diferentes tipos de vegetación influyen en el intercambio de energía, agua e impulso entre la atmósfera y la superficie de la Tierra. Esto afecta particularmente al clima regional. Por ejemplo, a ojo de pájaro, los pastizales se ven más brillantes que los bosques –los científicos se refieren a esto como una mayor blancura o un mayor reflejo de la luz.

Los pastizales reflejan mejor la luz del sol y calien-

tan menos. Al mismo tiempo, los bosques evaporan más

agua a través de sus hojas y sus agujas, ya que muchas

veces tienen raíces profundas y pueden, en consecuen-

cia, enfriarse mejor que los pastizales de raíces someras. Cuál de estos efectos predomine –el calentamiento a través de la radiación solar, o el autoenfriamiento por medio de la evaporación- depende, entre otras cosas, de la posición del Sol, de la disponibilidad de agua en el suelo, del nivel de humedad en la atmósfera y del tipo de vegetación.

Así, en combinación con la radiación solar preva-leciente, la dirección del viento y las precipitaciones plu-viales, la cubierta vegetal moldea el clima. Ésta es la razón por la cual en el Instituto Max Planck examinamos la for-ma en que los cambios en la vegetación influyen en la absorción de la radiación solar, y sus consecuencias para el intercambio de dióxido de carbono entre las masas de tierra y la atmósfera.

INFLUENCIA DE LAS ACTIVIDADES

HUMANAS EN EL CLIMA

El clima ha cambiado naturalmente desde el fin de la úl-tima edad de hielo, hace diez mil años. En consecuencia, se han formado y diseminado nuevas comunidades de plantas. Pero, por encima de esos cambios naturales, las actividades humanas, tales como la agricultura, la silvicul-tura y la urbanización han ejercido una influencia sustan-cial en la interacción de la atmósfera y la vegetación en los continentes.

Los cálculos demuestran que, a la fecha, alrededor

del 24 por ciento del crecimiento global de las plantas es

controlado por los seres humanos. En los milenios entre 9000 y 5000 años antes de la época actual, la agricultura y la ganadería se desarrollaron independientemente una de otra en por lo menos cuatro regiones: el llamado Creciente Fértil de Asia Menor, partes de China y América Central y América del Sur.

De ahí se diseminaron las culturas que practicaban la agricultura y reemplazaron, de manera gradual, a las históricamente más antiguas sociedades de cazadores y colectores. Desgraciadamente, hay muy pocos registros detallados, disponibles, de la superficie de tierras que eran destinadas a la agricultura en un punto particular en el tiempo. Esta falta de datos ha dificultado el estudio de los cambios en la distribución de la vegetación global y su papel hasta la fecha en los eventos del clima.

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CONOCIMIENTO56 CONOCIMIENTO 33Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

mediante el PCR (del inglés Polymerase Chain Reaction), una especie de copiadora bioquímica. Finalmente, enzi-mas de restricción recortan el ADN en los lugares con una secuencia de bases específica o no, si en esa secuencia de bases se encuentra un SNP, un intercambio de bases in-dividual. Eso provoca que determinados fragmentos de ADN sean más largos en ese individuo. En la electrofore-sis en gel que se realiza a continuación, estos fragmen-tos más largos se desplazan –impulsados por un campo eléctrico– más lentamente que los fragmentos más cortos. Si observamos nuestro marcador para la resistencia, una característica desfavorable avanza, por ejemplo, más lejos que una favorable.Si la característica es favorable o no,

sólo se puede aclarar mediante la comparación con la

documentación del cultivador sobre las plantas de en-

sayo correspondientes. Los cultivadores comprueban la

calidad de las plantas de ensayo y de sus bulbos. Esos

análisis fenotípicos deben realizarse frecuentemente, en

diferentes lugares y en momentos distintos, a lo largo de

varios años. Después de todo, el efecto de los genes sólo se puede definir adecuadamente en el marco de una reac-ción frente a un entorno determinado.

IMPULSO FINANCIERO

PARA MÁS COOPERACIONES

A las evaluaciones del genotipo y del fenotipo se suma el cálculo estadístico, necesario para establecer una relación entre las características y las secciones de ADN. Miles de bandas se estudian mediante un análisis por asociación para comprobar con qué características están correla-cionadas. Si se tiene éxito, el siguiente paso es continuar reproduciendo las plantas cuyos análisis de laboratorio han superado las comparaciones estadísticas y fenotípi-cas y esperar para constatar si se obtienen los resultados deseados. “El cultivo es un proceso muy lento”, comenta Lübeck. Son necesarios unos diez años para crear un solo tipo de papa. MAS podría acelerar ese proceso. Hasta hace poco se conocían sólo pocos marcadores diagnósticos que permitían identificar características monogenéticas, pero el programa de investigación GABI (Genomanalyse im bio-logischen System Pflanze, Análisis del Genoma en la Planta como Sistema Biológico) ha supuesto un gran impulso en los últimos ocho años. Estos proyectos, incentivados por el Ministerio de Educación e Investigación alemán (BMBF por sus siglas en alemán) hacen posible la colaboración en-tre centros de investigación, como el Instituto Max Planck de Colonia, y empresas de cultivo de plantas, y han dado como resultado el descubrimiento de marcadores diag-nósticos con los que se pueden identificar las característi-cas de las papas determinadas por varios genes.

“Uno de los mayores éxitos logrados hasta ahora para

los programas de cultivo económicamente relevantes es

un marcador molecular que diagnostica la resistencia

contra el nematodo Globodera pallida”, dice Lübeck. Los quistes de este nematodo pueden sobrevivir en el suelo hasta 20 años. Si las papas se siembran en un área infes-tada, las larvas penetran en las raíces y se apoderan de sus nutrientes. Como consecuencia, la planta muere.

PRIMEROS ÉXITOS CONTRA

LOS ENEMIGOS HERBÍVOROS

En la lucha contra los numerosos enemigos de la papa se han logrado nuevos triunfos: “Entre tanto, hemos descubierto un primer gen para la resistencia de campo contra el mildiu”, explica Gebhardt. El gen tiene la abreviatura StAOS2 (por Solanum tuberosum Allene Oxide Synthase 2). La investigadora de cultivos piensa que en unos cinco años más, el genoma de la papa estará completamente descifrado, lo que será de gran ayuda a la hora de buscar nuevos genes. Jens Lübeck parte de la base de que próximamente se descubrirán más marcadores para los genes de resistencia. Cuando mira el mapa de genes de la oficina de Christiane Gebhardt, se siente optimista. Es posible que en el futuro existan realmente “papas a la carta genética”.

Los investigadores comprueban en el ordenador las diferencias entre los trayectos recorridos por los fragmentos de ADN en la electroforesis en gel. Foto: Frank Vinken

GloSaRio Fenotipo/rasgo fenotípico Característica exterior reconocible de un organismo, influenciada por los genes y por el medio ambiente. Genotipo El juego individual de genes que posee un organismo. Marcador Acepción general: un medio auxiliar bioquímico para determinar características específicas. En este caso especial: una sección de ADN que se ubica en una secuencia conocida y localizada con exactitud del material genético, y sirve de ayuda en la búsqueda de genes. MAS Abreviatura de “marker assisted selection”: búsqueda de características relevantes para el cultivo mediante marcadores genéticos. Quantitative Trait Locus Mapping Un método para buscar las ubicaciones de los genes que influyen en una característica.

MAPA DE LA AGRICULTURA GLOBAL

Por esta razón, hemos tenido que usar otras fuentes de información en nuestro estudio; a saber, los datos sobre el desarrollo de la población mencionados al principio. El tamaño de la población y las áreas agrícolas están ín-timamente ligados. Antes de la Revolución Industrial, el comercio de larga distancia estaba limitado a productos valiosos, tales como las especias; era muy difícil transpor-tar productos alimenticios básicos a largas distancias. La

superficie de tierra agrícola requerida en el período com-prendido entre la Edad Media y la Revolución Industrial puede inferirse de las cifras de la población regional.

Utilizamos esta correlación y generamos una serie de datos que trazan la distribución de las tierras de cultivo y los pastizales a lo largo y ancho del mundo, a partir del año 800. En los cálculos se han tomado en cuenta las fal-tas de certeza en lo relativo a las cifras de la población y la influencia de los cambios en los métodos agrícolas.

Asimismo, hemos reconstruido los cambios en la dis-tribución de los bosques y los pastos naturales –así como las tierras de arbustos originadas por la expansión agrí-cola. De aquí surge la información de que, en la era pre-

industrial, había decrecido de manera significativa la

vegetación natural, dando lugar a las tierras agrícolas

y ganaderas.

EL ÚLTIMO MILENIO

El último milenio es particularmente interesante en este aspecto: entre el año 800 y principios del siglo XVIII, se triplicó la población mundial, y alcanzó la cifra de mil millones de personas. Este incremento debe haber sido acompañado por una expansión agrícola sin preceden-tes. Si no encontramos que un cambio antropogénico del clima haya tenido lugar en este periodo, no tenemos por qué pensar que haya ocurrido en los milenios precedentes. En este caso, como se asume generalmente, la influencia antropogénica en el clima debe haber empezado única-mente con la combustión en gran escala de petróleo y car-bón, durante la Revolución Industrial.

Sin embargo, nuestro estudio llega a una conclusión dife-rente. Hoy en día, los modelos del clima nos permiten simular en computadora la interacción de la vegetación, la atmósfera y los océanos en largos períodos. Con base en la reconstrucción del uso de la tierra en el milenio pasado y un modelo del sistema terrestre desarrollado en nuestro instituto, podemos estimar el impacto de la agricultura en el ciclo del carbono y en el clima.

Nuestros resultados muestran que en los centros de

la agricultura histórica en Europa, India y China, la agri-

cultura aumentó de manera extensiva entre los años 800

y 1850, a costa del área forestal, y condujo a la pérdida

de 53 gigatones de carbono en todo el mundo. Al mismo tiempo, 25 gigatones de carbono fueron embargados en el fregadero del carbono de la tierra.

De esta forma, casi la mitad de las emisiones fueron recuperadas por la vegetación, especialmente en regiones que fueron dejadas a dispositivos de la naturaleza, como la lluvia tropical en los bosques. Esto ocurre porque las plan-tas crecen más rápidamente bajo alta concentración at-mosférica de dióxido de carbono. Como resultado, pueden captar más gas de efecto invernadero y compensar, por lo menos en parte, el aumento del gas en la atmósfera. Los científicos se refieren a este proceso como “la fertilización con dióxido de carbono”, de las plantas.

EL CLIMA LOCAL CAMBIA INCLUSO

SIN ACTIVIDAD INDUSTRIAL

Estas cifras prueban que un volumen neto de alrededor de 28 gigatones de carbono fueron enviados a la atmós-fera como resultado del desarrollo de la agricultura en el período preindustrial del milenio anterior. Durante cien-tos de años, estas emisiones fueron de poca monta, y no fue sino en el período comprendido entre los siglos XVI y XVIII cuando afectaron la concentración atmosférica de dióxido de carbono más allá de un nivel que sólo podría ser explicado por las variaciones naturales del clima.

Por lo tanto, pudiera parecer que los seres huma-

nos no incrementaron la concentración de dióxido de

Más y más gente necesita más y más alimento: tierras de cultivo en el año 800 (izquierda) y en el año 2000 (derecha). La barra de color muestra la fracción o el área total usada para fines agrícolas (gris, 0%, violeta, 100%).

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CONOCIMIENTO32 CONOCIMIENTO 57Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

mayor contenido de azúcar, así como un tipo de arroz me-nos sensible a las inundaciones, “el cultivo de precisión en relación con las papas es más exigente“, comenta Lübeck. La genética de las papas es mucho más compleja. Mientras

que los tomates y el arroz tienen sólo dos juegos de cro-

mosomas y una o dos variantes (alelos) por gen, la papa

tiene cuatro juegos de cromosomas con hasta cuatro ale-

los distintos por gen. Además, es muy poco habitual que

las características que se buscan se manifiesten en un

solo gen. “Más de 50 genes pueden condicionar una ca-

racterística de resistencia que denominamos, por tanto,

característica cuantitativa“, dice Gebhardt. Sería fantás-tico conocer los diez más importantes entre ellos.

La bióloga molecular señala hacia un mapa de Alema-nia que cubre una gran superficie de la pared del corredor del instituto. “Nosotros construimos nuevos mapas“ co-menta Gebhardt. La Tierra ya se ha medido por completo; ahora les toca a los genomas. En la pared de su oficina cuelgan representaciones esquemáticas en formato DIN A4 de los doce cromosomas de la papa, bastoncillos lar-gos en los que hay dibujadas barras verdes o azules: ésos son los QTL ya identificados. Ellos designan las áreas del ADN que contienen genes para los que se pudo comprobar en estudios anteriores una influencia mensurable sobre el rasgo de una característica fenotípica.

Los cromosomas están rodeados de flechas finas y de combinaciones de letras y cifras de distintos colores. GPA5, por ejemplo, aparece en rojo, R1 en verde y GP179 en negro. “El negro identifica marcadores ADN sin un significado biológico especial”, explica Gebhardt. No obs-tante, estos marcadores forman parte de la estructura básica de los mapas de genes, y son en este sentido com-parables con los grados de latitud y longitud de un mapa del mundo.

MAPAS DE GENES PARA UNA

EXPEDICIÓN EN EL GENOMA

Se puede crear un mapa de genes de este tipo para cada uno de los cromosomas de la papa. Los marcadores están alineados en ellos como las perlas en un collar. Entre ellos se deben localizar las características: en rojo aparecen, por ejemplo, las ubicaciones de genes relevantes para la resistencia a los nematodos; en verde, las relacionadas con la resistencia a los hongos. Para poder establecer un en-lace entre estos mapas de genes y las plantas del campo, el equipo de trabajo de Colonia recibe material de muestras de las empresas de cultivo de plantas, como la SaKa Pflan-zenzucht GbR de Windeby.

Allí se siembra en el campo, en la primavera, una po-blación de ensayo de una media de 200 plantas. Los em-pleados cortan una hoja fresca de cada una de las plan-tas numeradas, para aislar el ADN. Después, continúan observándose las plantas para comprobar si se produce una infestación con parásitos como, por ejemplo, el Phy-tophthora. Si no es el caso, se produce una infestación artificial para poder evaluar los efectos fenotípicos del patógeno sobre cada planta individual a lo largo de un par de semanas. La calificación va de 1 a 9, porque las características cuantitativas sólo se pueden registrar en varios niveles intermedios. Son muy pocos los casos en los que las características son tan puras o monogenéticas como la característica del color de los retoños de los gui-santes de Mendel. El 1 es la calificación más baja, lo que significa que la planta respectiva sería sumamente pro-pensa a las infestaciones con Phytophtora.

Las hojas secadas por congelación viajan 532 kilóme-tros a través de Alemania y se preparan en el laboratorio de Colonia. Algunas partes del ADN aislado se reproducen

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carbono en la atmósfera sino hasta un relativamente

tardío punto en el tiempo, aunque todavía antes del ad-

venimiento de la industrialización. Sin embargo, este in-cremento del dióxido de carbono era demasiado pequeño como para alterar, de manera perceptible, la temperatura global.

En contraste, en el ámbito regional, los seres humanos ya habían influido en el clima antes de la industrialización. Las simulaciones muestran que, debido a los cambios de blancura o de reflejo de la luz en la superficie terrestre, mediante el uso de la tierra, la humanidad alteró el ba-

lance de la energía en algunas regiones hace ya unos mil años. Especialmente en Europa, India y China, la cantidad de radiación solar absorbida disminuyó en unos dos watts por metro cuadrado. Un cambio de esta magnitud en el ámbito local es tan grande como el actual efecto inver-nadero; sin embargo, tiene el efecto contrario, dado que produce enfriamiento en lugar de calentamiento.

Incluso los acontecimientos históricos pueden dejar

su huella en el clima, por medio de tales efectos bio-

geofísicos. Por ejemplo, en el siglo XIV se produjo un

claro retroceso en la creciente influencia humana en

el balance de energía de Europa. Este cambio fue pro-

vocado por la peste bubónica, que causó la muerte de

alrededor de un tercio de la población y que a su paso

dejó en el abandono temporal grandes extensiones de

tierras dedicadas a la agricultura. Similares consecuen-cias tuvieron la invasión mongol de China en el siglo XIII, y las enfermedades esparcidas entre las altas culturas de América por la invasión de los europeos.

¿PROTECCIÓN DEL CLIMA

MEDIANTE LA FORESTACIÓN?

Concluimos, por tanto, que, ya en la era preindustrial, los seres humanos provocaron cambios en el balance regional de la energía, e incrementaron el contenido de dióxido de carbono en la atmósfera. Los humanos trastocaron el ciclo del carbono y redujeron, mediante la desforestación, el fregadero del carbono. Todo esto creó un legado del pasado para el tiempo en que los humanos entraron en la era industrial, de modo que el uso que se les dio a las tierras en el pa-

sado sigue y seguirá afectando las condiciones actuales

y futuras del clima.

Aun cuando el influjo del uso de las tierras en el clima ha sido hasta la fecha sólo un efecto colateral no intencio-nado, se planea hacer en el futuro un uso bien definido de este efecto para contrarrestar el cambio climático. Como resultado, se han hecho varias demandas de forestación de áreas agrícolas, a fin de librar a la atmósfera de dióxido de carbono y mitigar el actual cambio climático.

Sin embargo, la reforestación no siempre tiene el efecto de mitigar el cambio en el clima; puede también acelerar el calentamiento global. Los estudios demuestran que en latitudes medias y altas, la reducción del albedo, debida a la forestación, causa tanta radiación solar extra como para ser absorbida, que el efecto de enfriamiento por el retiro de dióxido de carbono no tiene impacto. Por lo contrario, en los trópicos, el alto nivel de evaporación en el bosque juega un papel mucho más importante, y, combinado con el retiro del dióxido de carbono, tiene un efecto neto de enfriamiento.

Prevenir la deforestación en el bosque de lluvia tro-

pical, que está siendo deforestado para ganar tierras

para la agricultura, podría ser más efectivo que la re-

forestación en zonas moderadas. Por consiguiente, tam-

bién en el futuro el desarrollo del clima dependerá de

decisiones agrícolas.

GloSaRio:

Albedo es la medida de qué tan fuertemente los continentes, los océanos y las nubes reflejan la luz del Sol. Las áreas más ligeras tienen un albedo más elevado que las áreas más oscuras.

Fregadero de carbono. Las masas terrestres y los océanos pueden remover el carbono de la atmósfera y conservarlo por largos períodos. En las tierras, este proceso involucra primariamente a la vegetación, que absorbe el dióxido de carbono, y forma con él compuestos orgánicos. Sin embargo, el dióxido de carbono también se conserva durante procesos geológicos, tales como la formación de la cal.

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CONOCIMIENTO58 CONOCIMIENTO 31Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

tiene lugar ya ninguna nueva combinación de cromosomas. Pero, ¿por qué contienen los bulbos de un tipo mucho alm-idón, mientras que un clon hermano produce menos? ¿Por qué un clon es más resistente al Phytophthora que otro?

Gebhardt lo explica de la siguiente manera: “La peque-ña diferencia entre los individuos de una especie viene dada por mutaciones puntuales“. El término científico inglés para ello es Single Nucleotide Polymorphism (poli-morfismo de nucleótido simple, SNP). Se trata de una serie de intercambios aleatorios de bases que se producen una y otra vez durante la duplicación de la secuencia de ADN, in-cluso cuando el organismo se reproduce de forma asexual. “En el genoma humano, aproximadamente una de cada mil bases está modificada; en el genoma de la papa, alrededor de una de cada 50“, explica la investigadora.

MARCADORES PARA LA BÚSQUEDA

DE GENES FAVORABLES

La mayoría de estas mutaciones no tienen ningún efecto; algunas, sin embargo, pueden tener consecuencias nega-tivas, mientras que otras favorecen las características positivas. Y son precisamente esas mutaciones puntuales positivas las que buscan afanosamente los científicos de Colonia. En vista de los mil millones de pares de bases y

de los alrededor de 30 mil genes que conforman el geno-

ma de la papa, se trata de una búsqueda muy ardua.

Con sus análisis genéticos, Gebhardt quiere crear las bases para una selección apoyada por marcadores, abre-viada MAS (marker assisted selection). La premisa para la MAS es el desarrollo de marcadores diagnósticos de genes,

recortes de ADN producidos artificialmente, que represen-tan secciones de ADN específicas y las hacen visibles; es decir, las “marcan“.

Estas secciones de ADN están repartidas como marca-dores de campo a través del material genético de las plan-tas. Por lo general, no muestran ningún rasgo fenotípico. El factor decisivo es que se encuentran en las proximidades de los denominados Quantitative Trait Loci, abreviados QTL, y que, por tanto, pueden servir como indicación de la existencia de determinados genes.

EL CULTIVO DE PRECISIÓN

AHORRA TIEMPO Y COSTOS

Mediante los recortes de ADN artificiales se pueden bus-car en el genoma de la planta determinadas variantes de genes, cuya existencia o ausencia indica la característica de la planta viva individual que se debe estudiar. El análi-sis del material genético vegetal sirve para reunir a la pareja que se debe unir y para seleccionar a los descen-dientes correctos. Este procedimiento se describe con los términos “cultivo de precisión“, precision breeding, o “cul-tivo apoyado por marcadores“. La ventaja de MAS es que teóricamente se puede determinar ya en los embriones si los ejemplares poseen o no la característica deseada. Se elimina así el trabajo de selección, que cuesta mucho tiempo, los costos se reducen, y se minimiza el uso de pesticidas, al menos teóricamente.A pesar de que, para satisfacción de la industria de la sal-sa de tomate, ya ha sido posible cultivar tomates con un El

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Hasta el día de hoy, los biólogos no saben prácticamente nada sobre los primeros pasos titubeantes de la vida sobre la Tierra. En algún momento, sin embargo, las moléculas deben haberse agrupado para formar una estructura capaz de copiarse a sí misma. Detrás de este misterioso evento, se esconde el principio básico de la autoorganización, objeto de estudio del químico Klaus Kern y de su equipo en el Max-Planck-Institut für Festkörperforschung (Instituto Max Planck para la Investigación de Cuerpos Sólidos), en Stuttgart

las moléculas se ordenanevolución

Para hacer que las moléculas adopten una formación y observarlas durante el proceso, se requieren equipos pesados. Steven Tait ajusta el microscopio efecto túnel que, a la vez, es una cámara de reacción. Foto: Axel Griesch

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CONOCIMIENTO30 CONOCIMIENTO 59Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

“Las pérdidas de cosechas provocadas por el mildiu pueden alcanzar también hoy en día el cien por ciento, si no se utiliza una amplia gama de fungicidas“, dice Jens Lübeck. Esto cuesta a los agricultores, sólo en Alemania, 88 millones de euros al año. Además, los pesticidas quími-cos contaminan las aguas freáticas y el suelo, y son perju-diciales para la diversidad de las especies.

MENDEL REVOLUCIONA

EL CULTIVO AGRÍCOLA

Teniendo esto en cuenta, sería un gran avance que se pudieran cultivar tipos de papas que produjeran un gran rendimiento y, al mismo tiempo, fueran resistentes a las plagas, como el tipo de papa imaginario “Sternstunde“ que mencionábamos al principio. El cultivo clásico sigue sien-do trabajoso, aunque ya no tan lento como hace diez mil años, cuando nuestros antepasados empezaron a volverse sedentarios y a cultivar plantas silvestres comestibles.

Con el paso del tiempo empezaron a diferenciar entre los ejemplares que sabían bien y los amargos, o entre los que producían un gran rendimiento y los que crecían poco, y descubrieron que el cultivo selectivo de ejemplares indi-viduales con propiedades favorables producía los mejores resultados en las cosechas.

“Fue Mendel el que revolucionó el cultivo científico de las plantas y el aumento del rendimiento que se puede lograr con él en la agricultura“, cuenta Christiane Geb-hardt. Cuando en 1866 Johann Gregor Mendel traspasó

el polen de las plantas de guisantes con retoños rojos

a los cortes que había hecho en las que tenían retoños

blancos, en el jardín del monasterio de Santo Tomás de

Alt Brünn, el objetivo de sus experimentos eran las ca-

racterísticas exteriores reconocibles, los fenotipos.

Este monje, que sería posteriormente conocido como el “padre de la Genética“, no sabía nada aún sobre los se-cretos moleculares de los ácidos nucleicos, su estructura y sus efectos. A pesar de ello, formuló las primeras reglas

sobre la actuación de los verdaderos gobernantes de la vida: los genes, y dio así nuevos impulsos a los cultivos; por fin se podían unificar en un solo descendiente, me-diante el cruce sistemático, las características de muchas plantas individuales diferentes.

LA INDIVIDUALIDAD, PEQUEÑA

PERO IMPORTANTE DIFERENCIA

Pero sigue siendo necesario seleccionar en varios ciclos los descendientes que poseen la combinación deseada de las características de los padres. En una selección en la que se busca resistencia, esto se puede realizar seleccio-nando en un invernadero o en el campo las plantas no afectadas por los gérmenes patógenos; las personas ex-perimentadas reconocen las plantas enfermas por sus hojas marchitas o sus partes muertas. Otras caracterís-ticas, como por ejemplo el contenido de nutrientes, no se pueden seleccionar tan fácilmente. Por tanto, lo ideal sería leer la predisposición de la planta directamente en sus genes, por así decirlo, sin pasar por el fenotipo. De este modo se eliminaría una gran parte del laborioso tra-bajo de selección para el cultivo.

Los genes determinan las características que presenta una planta: si crece rápida o lentamente, si tolera bien los periodos de sequía, si es resistente a determinadas enfer-medades, y las sustancias que contiene. Sin embargo, tras

30 años de investigación del genoma de las plantas, aún

no se ha podido descifrar el secreto de su variedad gené-

tica. Naturalmente, se sabe desde hace mucho que las nue-vas combinaciones de células ovulares y espermáticas de los padres determinan, cada vez de nuevo, las característi-cas que se heredan, y también que existen diferentes tipos de todos los genes, los denominados alelos.

No obstante: “las papas sólo tienen sexo una sola vez en la vida“, explica Lübeck. “Después, la reproducción se desarrolla vegetativamente a través de los bulbos“, con-tinúa diciendo el cultivador. En los clones de este tipo no Iz

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al principio sólo había caos. Eso es seguro. Hace cuatro mil millones de años, la Tierra giraba aún como una bola candente alrededor del Sol. Miles de volcanes es-

cupían el calor acumulado. El magma ardiente y rojo salía

disparado de cientos de cráteres, y se extendía sobre

la tierra trepidante. El joven planeta sudaba como una

masa en fermentación y despedía dióxido de carbono,

vapor de agua, metano y amoníaco hacia su delgada at-

mósfera: una mezcla letal. Los cometas caían como rayos y se incrustaban en las profundidades de la corteza te-rrestre: las colisiones eran tan fuertes, que fundían la roca. El globo terráqueo se iba tranquilizando con lentitud.

En algún momento, durante los millones de años si-guientes, ocurrió algo misterioso: la heterogénea mezcla de pequeñas moléculas de la envoltura gaseosa terrestre se ordenó, para formar estructuras más grandes, cadenas largas, moléculas mensajeras de ARN, aminoácidos y, fi-nalmente, los primeros organismos primitivos: los hilos de bacterias.

Nadie sabe lo que ocurrió entre el caos anárquico y el surgimiento de la vida hace unos tres mil 800 millones de años. No se sabe siquiera de dónde proviene el agua te-rrestre. ¿Fue suficiente el vapor de agua que escapó de las grietas y fisuras del planeta para llenar las cuencas oceáni-cas? ¿O fue un cometa congelado el que trajo a cuestas el agua a la Tierra en forma de hielo?

Hasta ahora, ningún científico del mundo puede ex-plicar de forma realmente convincente la manera en que la confusión prehistórica de las moléculas se convirtió en estructuras ordenadas.

Stanley Miller fue uno de los primeros que reprodujo en experimentos lo que podría haber ocurrido entonces en el planeta. En 1953, Miller introdujo en un matraz de su laboratorio, de la Universidad de Chicago, amoníaco, metano, vapor de agua y nitrógeno. Durante varios días sometió la mezcla a descargas eléctricas para incentivar las reacciones químicas. Miller había esperado que se produjera una gran combinación de compuestos orgáni-cos. Pero, en vez de eso, encontró algo sorprendente: aminoácidos. Esta mezcla primitiva, hostil a la vida, había creado elementos de la vida.

PRIMER ENCUENTRO

EN LA ATMÓSFERA PRIMIGENIA

A este experimento de Miller le siguieron muchos otros que debían explicar la apariencia real que podría haber tenido la atmósfera primigenia y la manera en que podrían haber surgido las primeras estructuras más grandes, a partir de las moléculas sencillas. En algún momento, los diferentes módulos pequeños de la vida deben haberse encontrado para formar proteínas, ARN y ADN. Lo que las

unió no fue, con toda seguridad, producto de la casua-

lidad, sino el principio de la autoorganización. En él se

basan los procesos de la vida y el surgimiento definitivo

de la misma.

El problema era que durante mucho tiempo no fue posible observar directamente las moléculas cuando se

movían unas alrededor de las otras, se tocaban y, final-mente, se unían para formar una estructura más grande. La autoorganización de la materia seguía siendo un miste-rio. Simplemente, no existía ningún equipo que permitiera observar la danza de las moléculas. Pero eso ya ha cam-biado. En muchos laboratorios se dispone actualmente de aparatos con los que los investigadores alcanzan a ver el mundo de los átomos y las moléculas: los microscopios de efecto túnel.

Los fenómenos del nanomundo fascinan al químico Klaus Kern. Él investiga, entre otras cosas, las condiciones bajo las cuales las moléculas se agrupan en estructuras ordenadas. Foto: Axel Griesch

En los laboratorios de Klaus Kern, en el Max-Planck-Institut für Festkörper-forschung (Instituto Max Planck para la Investigación de Cuerpos Sólidos), en Stuttgart, hay varios de estos impresionantes aparatos de acero fino. Parecen un injerto de motor de automóvil y satélite. A través de pequeñas y gruesas mirillas, se observa, en el interior de una cámara, en la que sobresale un alam-bre de metal delgado, la punta de medición del microscopio, una especie de sensor de moléculas. Kern y sus colaboradores observan así, átomo por átomo, la manera en que las moléculas se ordenan formando patrones de tamaños nanométricos; es decir, de sólo unas pocas millonésimas de milímetro.

"Queremos averiguar cómo funciona la auto-organización, qué interac-ciones hacen posible que, a partir de pequeñas piezas de lego, se formen estructuras bien ordenadas". Kern sabe que con eso no podrá explicar la evolu-ción de la vida. Pero ése no es tampoco su tema central. A él le interesan más bien las fuerzas que impulsan el proceso: "Tanto la evolución como la for-

mación de nanoestructuras se basan en los mecanismos de reconocimiento

entre moléculas, que se juntan de forma precisa. Queremos comprender los

principios básicos".

ASCENSOS Y DESCENSOS

SOBRE LA SUPERFICIE

El microscopio de efecto túnel es la herramienta ideal para ello. Con su punta conductora de electricidad, recorre las elevaciones y planicies de una muestra. En realidad, no fluye ninguna corriente entre la punta y la muestra que se en-cuentra debajo. Si se acercan la punta y la muestra ¬a pocos nanómetros de dis-tancia, sus estados mecánicos-cuánticos¬ se superponen. De esta manera, los electrones de la muestra pueden sobrepasar la ranura formando un túnel. Esta

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CONOCIMIENTO60 CONOCIMIENTO 29Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

aun cuando los métodos de la tecnología genética para el cultivo de plantas hayan tenido ya mucho éxito, se requiere todavía mucho esfuerzo de investigación

para garantizar la alimentación de la población mundial. “En vista del crecimiento de la población mundial, es in-dispensable lograr una producción más eficiente de las plantas cultivadas“, explica Maarten Koornneef, director del Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung (Instituto Max Planck para la Investigación de los Cultivos), de Co-lonia.

En la actualidad poblamos la Tierra más de seis mil 700 millones de seres humanos; cada segundo nacen, en promedio, cinco más. Para hacer frente a este crecimiento, la producción mundial de alimentos tiene que aumentar. Pero sólo alrededor de la quinta parte de la superficie terrestre se puede aprovechar como potencial superficie agrícola.

De hecho, la superficie disponible por persona para

la producción de alimentos disminuye desde hace años,

debido a la expansión de las zonas pobladas y de las

vías de tráfico. Y eso significa que hay que aumentar el

rendimiento por unidad de superficie.

VISIONES FUTURISTAS

PARA EL CULTIVO DE PAPAS

Uno de los escenarios futuristas en que trabajan los in-vestigadores podría presentarse de la siguiente manera: en la empresa SaKa Pflanzenzucht GbR de Windeby, en el estado federado alemán de Schleswig-Holstein, todo gira en torno al solanum tuberosum, la papa. Su nuevo éxito de cultivo se llama “Sternstunde“ (“momento estelar“). Este tipo no sólo tiene un contenido de nutrientes nota-blemente mayor, sino que además es resistente contra el peor enemigo de la papa: el hongo Phytophthora infestans, que hace que las partes de la papa que se encuentran so-bre la superficie terrestre se descompongan por lo que se denomina también mildiu o tizón tardío.

Jens Lübeck, experto en cultivos de la SaKa, está re-visando los informes de la cosecha y comprueba que, efec-tivamente, en el año 2020 fue posible aumentar el índice de rendimiento en un 40 por ciento, y se logró reducir con-siderablemente el uso de pesticidas: si hasta hace pocos años se requerían entre 8 y 14 aplicaciones de fungicida, ese año sólo fueron necesarias dos. En colaboración con el equipo de investigación del Insti-tuto Max Planck, dirigido por Christiane Gebhardt, este cultivador logró descubrir importantes genes de resisten-cia contra el mildiu y reproducir con éxito papas dotadas de ellos… Pero la investigación no ha llegado todavía muy lejos. La papa es, después del trigo, el arroz y el maíz,

la cuarta planta cultivada más importante. Aun cuando

no sea el remedio para todos los males, el cultivo de

la papa podría contribuir a solucionar una parte de los

problemas de alimentación que afectan a muchos países del mundo en los que la malnutrición y la escasez de ali-mentos están muy extendidas.

Cada año se cosechan en todo el mundo alrededor de 325 millones de toneladas de los diferentes tipos de papa. Esto es el resultado de varios siglos de cultivo selectivo.

Ya las papas cultivadas por los indígenas sudamericanos estaban altamente des-arrolladas, adaptadas a las más diversas ubicaciones de cultivo y a distintos usos, y eran muy diferentes a las formas silvestres, sumamente venenosas y de bulbos diminutos.

La papa se convirtió en el principal alimento de la Europa del siglo XIX. Y es que, además de las calorías necesarias, suministra también oligoelementos, vi-taminas y proteínas de gran calidad. A mediados del siglo XIX, las enfermedades de la papa traídas de América tuvieron consecuencias nefastas sobre las cose-chas: millones de personas murieron de hambre, sobre todo en Irlanda, donde la dependencia de la papa era especialmente grande.

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corriente de túnel reacciona muy sensiblemente a los cambios de las distancias, de modo que el microscopio puede reconstruir, a partir de ella, la imagen de una molécula o de la posición de un átomo que se encuentra sobre una superficie.

Al igual que otros investigadores, Kern trabaja desde hace más de 15 años con microscopios de efecto túnel. En el transcurso de los años ha mejorado los aparatos y ha desarrollo aparatos propios. La característica especial de sus máquinas es que funcionan a diferentes temperaturas. Trabajan a 272 grados Celsius igual de bien que a 120 grados sobre cero. Kern puede variar a su gusto

el rango de temperatura y observar sus moléculas cerca del punto cero ab-

soluto o a temperaturas como las de un horno. Y no sólo eso: en la cámara central de sus equipos, los investigadores reúnen diferentes sustancias y las observan simultáneamente. Desde pequeñas cámaras secundarias disparan áto-mos y moléculas sobre una superficie de metal.

DOMA DE MOLÉCULAS

Hace unos meses, Klaus Kern y sus colaboradores Steven Tait, Alexander Lang-ner y Nian Lin, lograron una gran hazaña. Como si fueran domadores de leo-nes, hicieron que las moléculas obedecieran sus órdenes en el microscopio: áto-mos de hierro y diferentes moléculas orgánicas se ordenaron como por arte de magia y formaron cuadrículas y estructuras similares a escaleras de cuerdas de grosores nanométricos. Hasta el momento, los investigadores habían trabajado, como máximo, con dos elementos que se unían con bastante facilidad para for-mar un patrón ordenado.

Los científicos de Stuttgart, sin embargo, han introducido toda una mez-

cla en la cámara: átomos de hierro, como puntos de cruce centrales de las

cuadrículas; ácidos carbónicos alargados, con apéndices con contenido de

oxígeno, y bipiridinas extendidas a lo largo, con anillos con contenido de

nitrógeno.

En un principio, los átomos de hierro, diácidos carbónicos orgánicos y bipiridinas se mueven caóticamente en la cámara de reacción. Después, como por arte de magia, se ordenan sobre la superficie de cobre y forman una rejilla regular, algo que los investigadores de Stuttgart han podido comprobar mediante la imagen del microscopio de efecto túnel. Ilustración: MPI für Festkörperforschung (Instituto Max Planck para la Investigación de Cuerpos Sólidos), de Steven Tait.

Steven Tait conecta el microscopio efecto túnel. Las bombas empiezan a so-nar; aspiran el aire de la cámara; se forma un vacío altamente puro, mil veces más limpio que en los equipos de vacío de los fabricantes de chips para ordena-dores. Steven Tait nos habla acerca de series de ensayos interminables, sobre la búsqueda de la temperatura óptima y la molécula orgánica correcta. Pasaron

meses hasta que, finalmente, descubrió a qué ritmo debía disparar los dife-

rentes átomos de hierro ¬y moléculas sobre la superficie de cobre en la cá-

mara ¬de vacío. Un átomo tras otro, una molécula tras otra a intervalos de

varios segundos. Y finalmente lo consiguió: la mezcla formó la fina cuadrícula

sobre el cristal de cobre.

Anteriormente, Tait y sus colegas del Centro de investigación de Karlsruhe habían deliberado sobre la consistencia que deberían tener las moléculas para unirse con el hierro y formar patrones precisos. Tait se decidió finalmente por los ácidos carbónicos y las pirinidas con contenido de nitrógeno. La cuadrícula presentaba una apariencia diferente en función de la mezcla. En algunos casos, la piridina resultó ser bastante elástica y toleraba también moléculas integradas incorrectamente. En esos puntos, la cuadrícula estaba ligeramente curvada.

LAS MOLÉCULAS ENCUENTRAN SU LUGAR

Con otra proporción de la mezcla, la cuadrícula no era tan tolerante. Cambiaba automáticamente las moléculas, hasta que todo encajaba perfectamente y los defectos quedaban eliminados. Era como si un juego de piezas de lego se con-virtiera por sí solo en un cuerpo de policía y sustituyera las piezas mal ubicadas. "Hemos podido observar detalla-damente por primera vez la interacción selectiva de dife-rentes moléculas, controlada por energías de enlace o por la estabilidad de las estructuras moleculares", dice Steven Tait. "Es fascinante: pequeñas moléculas sencillas se han reconocido y organizado por sí mismas. Parece como si tuvieran un programa que controla la autoorganización y la selección.

“Si las moléculas se programan correctamente, se pueden construir cualesquiera patrones, concluye Tait. Esto se asemeja a la aparente inteligencia de la autoorga-nización natural: desde hace millones de años, el ARN y

el ADN portan consigo las informaciones de todos los

seres vivos. Se componen de tan sólo cuatro elemen-

tos diferentes, pero únicamente gracias a la auto-orga-

nización se crea una sorprendente diversidad de espe-

cies. Estos procesos se guían por el principio "bottom up" (de abajo hacia arriba), según el cual la materia se estruc-tura por sí sola a partir de elementos pequeñísimos.

La industria de semiconductores también quisiera apli-car este principio. Su sueño es hacer crecer nanoestructu-ras, componentes y transistores sobre chips de ordena-dores, siguiendo el principio "bottom up". Hasta ahora, los chips de silicio se creaban en la dirección opuesta; es decir, "top down" (de arriba hacia abajo). En el disco de silicio, la oblea, se queman con ácido pequeñas estructuras. No obs-tante, la miniaturización de esas estructuras, que permite fabricar chips cada vez más pequeños, está llegando a sus límites. Hacer que los componentes afiligranados crezcan mediante la autoorganización es una idea muy atrayente.

Steven Tait estudia con el microscopio de efecto túnel la manera en que las moléculas se organizan a sí mismas para formar estructuras regulares. Su compañera Magali Lingenfelder estudia con estos instrumentos la manera en que se reconocen las moléculas quirales. Foto: Axel Griesch

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MALLAS ADECUADAS PARA CADA GAS

Las estructuras de este tipo, como las que han creado aho-ra los científicos de Stuttgart, podrían servir en el futuro también como sensores de gases, dice Steven Tait. El ancho de las mallas de las nanocuadrículas podría modificarse, variando la longitud de las moléculas. La idea de Tait es ajustar el tamaño de malla adecuado para cada molécula de gas. Esas estructuras también serían adecuadas como superficie catalizadora para los procesos químicos entre determinadas moléculas.

Pero Klaus Kern no alienta las expectativas, pues aún falta mucho para que existan procedimientos "bottom up" industriales. "A mí me entusiasma que la naturaleza sea tan simple y efectiva a la vez", dice Kern. También su colaboradora Magali Lingenfelder estudia uno de estos fenómenos naturales simples a primera vista: la quirali-dad de las moléculas. Cuando las dos palmas de nuestras manos están sobre una mesa, no podemos cubrir la mano izquierda y la derecha.

¿Quién da el primer paso? Dos moléculas quirales de difenilalanina se acercan primero la una a la otra cuidadosamente. Durante su danza de cortejo, las moléculas quirales adaptan sus formas entre sí y forman también cadenas largas. Ilustración: MPI für Festkörperforschung (Instituto Max Planck para la Investigación de Cuerpos Sólidos), de Magali Lingenfelder

Las moléculas quirales se comportan de forma similar. En ellas, la quiralidad viene determinada por la posición de los ligantes, los grupos de moléculas colgantes. En fun-ción de la disposición de los colgantes, los químicos dife-rencian entre una forma D y una forma L. Sólo las molécu-las con la misma quiralidad son compatibles y reaccionan entre sí, de la misma manera en que, al saludar, sólo se puede cubrir la mano derecha de la otra persona con la propia mano derecha. Las propiedades de las moléculas quirales se diferencian de manera sorprendente: en un tipo de salvia con flores azules, los pigmentos en color de flavón que llevan colgantes de azúcar de la forma D brillan en índigo. La misma molécula de flavón con azúcar de la forma L alcanza apenas un color celeste claro.

Los expertos aún no saben por qué en los cuerpos

de todos los seres vivos hay sólo una forma de molécu-

las quirales. Por este motivo, el organismo integra ex-

clusivamente aminoácidos L en sus proteínas y azúcar

D en las biomoléculas grandes ADN y ARN. Desde hace décadas, hay una gran controversia respecto a por qué la evolución favorece los aminoácidos L y el azúcar D. Lin-genfelder se acerca a su manera a la solución del acertijo de la quiralidad.

LA DANZA DE LAS MOLÉCULAS

Así como otros observan la danza de cortejo de los pá-jaros, ella observa la reacción de las moléculas quirales en el microscopio de efecto túnel. Hace pocos meses, presen-ció la danza de dos moléculas quirales y tomó fotos del acercamiento a intervalos de pocos segundos. Además, evaluó simulaciones calculadas por sus compañeros del Kings College londinense. Con ello, Lingenfelder compro-bó que las moléculas quirales no se juntan simplemente unas con otras, como lo había supuesto ya el ganador del premio Nobel Linus Pauling hace más de 60 años.

Más bien se seducen, como una pareja que danza. Se acercan una a la otra, se repelen, cambian su posición y finalmente se abrazan cuando están en la posición co-rrecta. Los investigadores denominaron este proceso en su momento "induced fit" (encaje inducido). Lingenfelder

ha demostrado que Pauling tenía razón, aportando con ello una pieza más del

rompecabezas para comprender la quiralidad.

Alexander Bittner, otro colaborador del equipo de trabajo Nanoscience de Klaus Kern, realiza su trabajo sin ningún microscopio de efecto túnel, a dife-rencia de sus compañeros Lingenfelder y Tait. Él investiga la autoorganización de la materia en el tubo de ensayo y bajo el microscopio electrónico. El objeto de ensayo más importante de Bittner es el virus del mosaico del tabaco, inofen-sivo para los humanos, compuesto de una cadena de ARN envuelta por dos mil cien componentes de proteína idénticos: una empanadilla de salchicha de 300 nanómetros de longitud.

Los virus son autómatas de reproducción sin alma. Infectan las células, des-hacen su material genético y reprograman el ADN de su anfitrión para que pro-duzca virus, multiplicándose así a una velocidad vertiginosa, un principio genial-mente sencillo. El virus del mosaico del tabaco es el virus que ataca al vegetal mejor estudiado del mundo. Alexander Bittner, sus compañeros y la bióloga Christina Wege, de la vecina universidad de Stuttgart, tienen, no obstante, planes innovadores con este virus. Lo utilizan como materia prima de autoorganización para módulos de tamaños nanométricos.

Virus con decoración de oro: Una partícula de oro, reconocible como una bola amarilla-naranja, se anexa al final del virus del mosaico del tabaco. Ilustración: MPI für Festkörperforschung (Instituto Max Planck para la Investigación de Cuerpos Sólidos), de Alexander Bittner.

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CONOCIMIENTO62 CONOCIMIENTO 27Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

GloSaRio:Magnetosoma: partícula magnética rodeada por una membrana. Cada partícula mide menos de 100 nanómetros; diferentes tipos de bacteria magnetotáctica las producen en varias formas y tamaños característicos.

Magnetotaxis: la habilidad de algunas formas de vida para orientarse a lo largo del campo magnético de la Tierra.

Imagen de resonancia magnética, también llamada resonancia magnética nuclear: es un procedimiento basado en el hecho de que algunos átomos, tales como los del hidrógeno, tienen un momento magnético. Su comportamiento en un campo magnético depende del tejido en el cual estén localizados. Esto permite la identificación de diferentes tipos de tejidos. Se pueden utilizar ciertas sustancias magnéticas, con el fin de acentuar el contraste entre ellos.

Biomineralización: los organismos utilizan sustancias orgánicas e inorgánicas para producir, con mucha precisión, minerales inórganicos y materiales compuestos. El control de esta producción se lleva a cabo mediante procesos bioquímicos. Ejemplos notables, aparte de los cristales de magnetosomas, incluyen el nácar y las armazones sílicas de diátomos.

neralización. Esto ahorra tiempo, ya que evita experimen-tos innecesarios en los tubos de ensayo.

Una de las herramientas de revisión utilizada para la preselección de proteínas es el software bioinformático. Esto permite al equipo identificar similitudes entre los genes de diferentes bacterias magnetotácticas. Tales si-militudes indican importantes genes y proteínas todavía más importantes. Otro método utilizado es la ingeniería

biocombinatoria. Aquí, los investigadores estudian qué

péptidos o porciones de proteína se quedan en la su-

perficie de los cristales de magnetita. Estos péptidos

permiten el contacto directo entre las proteínas y las

partículas de magnetita, y podrían, por lo tanto, ser com-

ponentes de importantes proteínas magnetosomas.

Y, ya por último, el contacto directo con la partícula magnética implicaría que la proteína relevante debe tener una función importante. Los péptidos son entonces trasla-dados a secuencias de ADN –esto es, al lenguaje de la in-formación genética. Con el uso de estas secuencias, un programa computacional escanea el genoma de bacterias magnetotácticas, para identificar las proteínas asociadas.

UNA PROTEÍNA QUE CONTROLA

EL TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS

Hasta ahora, investigadores japoneses y norteamericanos han clarificado el papel de una proteína magnetosoma en la síntesis de partículas de magnetita dentro de los mag-netosomas. La proteína lleva el insignificante nombre de Mms6, y se encuentra solamente en las bacterias magneto-tácticas. El Mms6 se localiza en la membrana que rodea a la partícula de magnetita, y los científicos han descubierto que codetermina el tamaño de las nanopartículas magné-ticas. Es, hasta la fecha, la única proteína de la que se sabe tiene un papel decisivo in vitro, para controlar el tamaño de la partícula. A los científicos todavía les falta descubrir algunas proteínas que determinen la forma de los cristales de magnetita.

Mientras estudiaban el Mms6, los investigadores se encontraron con otro fenómeno significativo: el péptido localizado en un extremo de la proteína, que consta de 25 aminoácidos y que es, por lo tanto, sólo una pequeña parte del Mms6, influye en el tamaño de la partícula de mag-netita. Faivre explica que este descubrimiento es de vital importancia, “porque la producción masiva artificial de

proteínas, mediante el uso de organismos huéspedes es

limitada, en tanto que los péptidos sintéticos se pueden

producir en cantidades prácticamente ilimitadas”.

Mientras tanto, prosigue la investigación de proteínas involucradas en la formación de las nanopartículas mag-néticas. “Hasta la fecha, 20 proteínas candidatas han sido identificadas en la membrana magnetosoma de la bacteria magnetotáctica M. gryphiswaldense, y se considera que las mismas tienen efectos particulares sobre el tamaño y forma de los cristales de magnetita”, explica Faivre.

Algunas de estas candidatas son actualmente objeto de estudio por parte del equipo de Faivre, en el Instituto Max Planck, en Postdam. Asimismo, el equipo investiga la forma en que los magnetosomas individuales se unen para formar una cadena, de modo que, poco a poco, se

forma la pequeña agua del compás para guiar al microbio hacia su alimento. Los científicos han demostrado que

la formación de la cadena implica una compleja interac-

ción de procesos y fuerzas magnéticas genéticamente

controlados. Uno de los métodos utilizados fue el “espec-troscopio de resonancia ferromagnética”, que es parecido al de resonancia magnética nuclear.

El FMR, como se le llama por sus siglas en inglés, per-mite examinar las propiedades magnéticas de los cuerpos sólidos. Puede mostrar, por ejemplo, la orientación prefe-rida, si es que la tiene, de un cristal imantado. Asimismo, permite a los científicos estudiar tanto las partículas indi-viduales de magnetita, como las cadenas de partículas.

PAPELES DE LAS PROTEÍNAS

Faivre y sus colegas esperan que su investigación identi-fique todas las proteínas y otros componentes biológicos (lípidos especialmente) que dirigen la biomineralización de las partículas de magnetita. Para ellos, la clave radica en entender los diferentes papeles que juegan las proteí-nas en la síntesis de las partículas.

“Entonces –dice el bioquímico- sería casi posible hacer partículas magnéticas con medidas de 20, 50 ó 100 nanómetros de diámetro, especificando incluso que deberían ser –digamos- redondas o en forma de aguja”. Sería simplemente el caso de seleccionar las proteínas re-levantes, como los objetos de una caja de herramientas. Por ahora, se trata sólo de un sueño, pero el equipo de investigación de Postdam ha dado los primeros pasos para hacerlo realidad”.

El punto más interesante es que, en cuanto el valor pH y la temperatura de la solución de ensayo son correc-tos, las subunidades proteínicas se anexan a la cadena de ARN. En el transcurso de pocos minutos, la espiral de ARN queda envuelta. Mientras tanto, los investigadores han a-nexado en los extremos del virus partículas de oro recubier-tas de citrato, sostenidas por una cola de ARN.

Bastaba con agitar juntos los componentes del virus y las partículas de oro, para que la mezcla se ordenara formando nano-pesas. En otro experimento, el virus sirvió como matriz para alambres de grosor nanométrico. Se

logró hacer crecer la envoltura proteínica sin espina de

ARN y llenar el espacio vacío con átomos de níquel, po-

tenciales componentes nanoelectrónicos en un futuro

lejano.

CRECEN COLUMNAS EN EL CAMPO MAGNÉTICO

En la actualidad, los científicos de Stuttgart trabajan en la construcción de barritas de virus recubiertas de metal para la mecánica de ferrofluidos. Desde hace algunos años, las partículas magnéticas se usan para modificar la viscosi-dad de los líquidos. En el campo magnético, las partícu-las forman pequeñas columnas o cadenas. Esas columnas pueden absorber vibraciones. Por tanto, los ferrofluidos resultan interesantes, sobre todo como amortiguadores.

No obstante, las columnas compuestas de uniones de pequeñas partículas sueltas son sensibles a los movimien-tos bruscos. Cuando se agita el líquido, se elimina rápida-mente su efecto amortiguador. Alexander Bittner quiere sustituir las cadenas de uniones de partículas sueltas por nanoalambres ferromagnéticos alargados de su taller de virus. Es probable que las varitas soporten mejor las fuer-zas de cizallamiento. "Los virus, y sobre todo su ARN, son herramientas estupendas", dice Bittner. "El ARN fun-

ciona simplemente bien". A diferencia del ADN, no sólo

contiene información. También tiene una función y, de

forma similar a las proteínas, actúa directamente sobre

el metabolismo. Es, probablemente, una de las primeras moléculas complejas de tiempos muy remotos que ha mantenido en funcionamiento la evolución de la autoorga-nización, incluso desde antes de que aparecieran las pro-teínas y el ADN. Sencillo, rápido y eficiente, para Bittner esas son las principales características de su nanosistema ¬de producción de ¬virus. Aun cuando la autoorganización de la materia y su papel en la evolución no se haya com-prendido del todo, los investigadores de Stuttgart trabajan ya cosechando éxitos.

en el origen de la vida

No hay pruebas del origen de la vida. La búsqueda de ellas parece una búsqueda de evidencias circunstanciales que se remonta a casi cuatro mil millones de años. Lo único seguro es que, en algún momento, las moléculas empezaron a organizarse y multiplicarse por sí mismas. Al hacerlo, tomaron energía del exterior para crear un estado

de orden superior; es decir, el estado de la vida. En esos procesos se creó también material genético que contiene el plan constructivo para las proteínas, las principales portadoras funcionales de la vida. Pero hasta ahora no se ha aclarado por completo qué moléculas se formaron primero: el material genético probablemente en forma de ARN, o las proteínas. El problema clásico del huevo y la gallina. Un argumento a favor de la denominada hipótesis del mundo de ARN es que el ARN porta información y, al mismo tiempo, participa en los procesos metabólicos sumamente antiguos de la historia de la evolución. Un argumento en contra de la hipótesis del ARN es, sobre todo, que los componentes del ARN, los denominados nucleótidos de pirimidina, no se pueden crear en el laboratorio sin la ayuda de proteínas. En ese caso, las proteínas tendrían que haber existido primero. Otro argumento a favor de la hipótesis de que el primer signo de vida se basó en proteínas es un experimento realizado por Stanley L. Miller. Este biólogo y químico creó, ya en 1953, aminoácidos en una mezcla de sustancias que podrían haber estado contenidas también en el caldo primordial, sometiéndola a descargas eléctricas. En cambio, todavía no ha sido posible producir módulos del ARN bajo condiciones similarmente primigenias.

No obstante, se dispone desde hace poco de una prueba contundente a favor de la hipótesis del mundo de ARN. Se trata de que determinadas moléculas ARN, las ribozimas, pueden sintetizar por sí mismas módulos ARN; es decir, moléculas de pirimidina. Esto significa que el ARN no sólo se puede crear mediante proteínas.

Todavía no está claro, sin embargo, lo que existió antes del mundo de ARN. Posiblemente surgieron primero moléculas similares al ARN con una estructura más simple, a partir de las cuales se desarrolló el primer ARN. También es posible que estuviera formado por pequeñas moléculas simples. Dado que esta incógnita no se ha resuelto aún, el químico Robert Shapiro ha presentado recientemente una tercera hipótesis. Él propone que primero existió el metabolismo: una cascada de reacciones químicas acopladas de moléculas inicialmente muy sencillas. Una de esas reacciones generó energía. Esa energía fue aprovechada por otras reacciones para crear un orden superior y, poco a poco, también moléculas más complejas.

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CONOCIMIENTO26 CONOCIMIENTO 63Sociedad Max PlanckSociedad Max Planck

Janet Andert (izquierda) coloca un cultivo de bacterias magnetotácticas en un fermentador (detalle en la imagen a la derecha). Mientras tanto, Antje Reinecke ajusta las condiciones, a fin de asegurar la óptima propagación de los microbios.

produce nanopartículas magnéticas. Por medio de un pro-ceso biológico llamado biomineralización –otra manera de decir crecimiento biológicamente controlado del cristal-, las bacterias magnetotácticas controlan el crecimiento de las partículas magnéticas. Entre 20 y 30 proteínas lla-madas proteínas magnetosoma son las responsables de este proceso. Los biólogos han descubierto también qué secciones del genoma bacterial contienen la información genética que codifica las proteínas magnetosoma.

EXÁMENES DE LABORATORIO REVELAN

FUNCIONES DE LAS PROTEÍNAS INDIVIDUALES

Ahora, Demian Faivre y su equipo esperan identificar los papeles de las proteínas individuales y sus componentes en la biomineralización. Esencialmente, hay dos métodos

que pueden usar en esta búsqueda. La primera involucra la generación de “deletion mutans”: bacteria en la cual un gen determinado ha sido desactivado. Con excepción de este único gene inactivo, el genoma del mutante es idénti-co al del tipo salvaje. En tanto que los investigadores estu-dian las diferencias entre las bacterias con el gene inactivo y sus contrapartes no alteradas, pueden aprender sobre el papel del gene específico.

Ellos verifican si el deletion mutans produce magne-tosomas; y, si es así, si son de la misma forma y tamaño que las del tipo silvestre. Este método arroja valiosos re-sultados; pero, “dado que las bacterias magnetotácticas

crecen muy lentamente, el proceso in vivo es muy pro-

longado”, se lamenta Faivre. Estudiar un simple gene o

proteína podría llevarse hasta dos años.

Por esta razón, su equipo utiliza un segundo método,

más eficiente, para arrojar luz sobre las funciones de las proteínas magnetosomas. Ellos insertan el gene de la re-levante proteína en el denoma de la bacteria de rápido crecimiento, Escherichia coli. La maquinaria celular de este microbio, inducido por su información genética a la pro-ducción de proteínas, resulta particularmente estimulado para la manufactura de grandes cantidades de las proteí-nas magnetosomas implantadas. Esto es necesario para que los investigadores puedan llevar a cabo la misma con-centración de proteína en el tubo de ensayo, de la misma forma en que ocurre en la muchísimo más pequeña bacte-ria magnetotáctica.

Finalmente, los investigadores aíslan la proteína y estudian sus propiedades en el tubo de ensayo. Para este objetivo, mezclan la proteína con compuestos de hierro

que, lo mismo que la magnetita, contienen hierro ambiva-lente o trivalente, que altera de manera gradual el pH de la solución, hasta que sus componentes son precipitados y se forman las partículas de magnetita. Durante este pro-ceso, la proteína influye en el tamaño o la figura de las partículas en formación. “Este método –dice Faivre- nos permite estudiar una proteína en el lapso de tres o cuatro meses”.

BIOMINERALIZACIÓN

Desde el primer momento queda patente que no todas las proteínas de magnetosoma tienen la misma importancia para la producción de magnetosomas, de modo que, an-tes de iniciar el estudio de las proteínas individuales, los investigadores recaban información sobre cuáles pueden resultar más idóneas para jugar papeles clave en la biomi-

La fotosíntesis, un golpe de genio por parte de la naturaleza, hace posible la existencia de la vida en niveles superiores. Si se pudiera optimizar, puede hacer una contribución aún mayor a la resolución de problemas energéticos en el futuro. Manajit Hayer-Hartl y Ulrich Hartl trabajan actualmente en esta posibilidad en el Instituto de Bioquímica Max Planck, en Martinsried

Harald Rösch

Sé honesto. Cuando ves el intenso verde en el prado, ¿se te viene a la mente una planta de energía solar? Claro que no. Sin embargo, las plantas son algo muy similar: convierten la energía de la luz solar en energía utilizable. A

través de la fotosíntesis, cultivan esta energía para sintetizar el azúcar en un proceso que involucra diversos pasos intermediarios. Nosotros ya aprovechamos esta fuente de energía, por ejemplo, en la forma de biocombustible y biogás.

La naturaleza ha estado construyendo plantas de energía solar durante mi-llones de años. El único inconveniente es que estas estaciones de energía natural trabajan de forma muy ineficiente. Las plantas pierden mucha energía, por lo menos cuando se trata de aprovechar la energía mediante la fotosíntesis. El área combinada de Alemania y Francia no ofrecería superficie suficiente para cubrir los requerimientos de bioetanol o biodiesel en la Europa del año 2050. Sin em-bargo, si el 10 por ciento de la energía que cae en forma de luz solar pudiera ser convertida en energía química, un área del tamaño de Baden-Würtemberg sería suficiente.

La eficiencia de la fotosíntesis de las plantas es solamente del 5 por ciento, mientras que, en comparación, las celdas solares disponibles en la actualidad tienen una eficiencia de 20 por ciento, pero no producen combustibles como el bioetanol, que puedan ser fácilmente almacenados y transportados. Sin embar-go, existen organismos que logran un mayor nivel de eficiencia que las plantas. La bacteria verde azufre, Chlorobaculum tepidum, por ejemplo, tiene un equipo más eficiente para la absorción de energía solar, y puede convertir un 10 por ciento de la luz incidente en energía química.

Planta de energía solar en el follaje

Imag

en: SP

L –

Agen

tur

Focu

s

Planta de energía solar de tabaco: Una de hasta 100 cloroplastos de la celda de una hoja de tabaco. Su interior está lleno de pilas de membrana plana (estructuras en forma de hilo) que contienen la maquinaria molecular responsables de la fotosíntesis. Al igual que las mitocondrias, los cloroplastos tienen su propio genoma (zonas de color claro).

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CONOCIMIENTO64 CONOCIMIENTO 25Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

los materiales son magnéticamente duros, por lo cual

su magnetismo permanente se conserva muy estable. Ésta es una propiedad deseable en muchas aplicaciones técnicas; por ejemplo, en el almacenamiento magnético de datos, con una densidad de fragmentos sin precedente.

PARTÍCULAS DE MAGNETITA

PARA LA DETECCIÓN DE TUMORES

Otras aplicaciones requieren propiedades magnéticas uni-formes, y esto es precisamente lo que ofrecen las nano-partículas magnéticas de las bacterias, gracias a su forma y tamaño uniformes. Las partículas magnéticas alarga-das, creadas artificialmente, podrían ser utilizadas como agente de contraste en la imagen de resonancia magnética. Los tejidos que contienen las partículas aparecerían en las imágenes como áreas más oscuras.

Si las partículas pudieran ser guiadas hacia un tu-

mor, su localización podría ser descubierta en una etapa

más temprana. Las partículas también podrían ser uti-

lizadas para asegurar que los medicamentos alcancen

el área focalizada de una enfermedad. Mediante la colo-cación de imanes fuera del cuerpo, las partículas perma-necerían en esas áreas. Las sustancias activas adheridas a las partículas permanecerían, por lo tanto, en los tejidos que las necesitan, en lugar de ser arrastradas a la corriente sanguínea.

Aunque en el laboratorio es posible la creación de partículas de magnetita, estas partículas sintéticas, a diferencia de sus contrapartes biológicas, contienen una pequeña cantidad de oxígeno. El equipo de Damien Faivre descubrió esto cuando estudiaba la estructura del cristal y la composición de las nanopartículas magnéticas, usando radiación de rayos X de las instalaciones de radiación de sinchrotron BESSY, con base en Berlín.

PROBLEMAS DE PRODUCCIÓN

Pero también se presentan otros problemas con la produc-ción sintética de nanopartículas magnéticas: “Hasta donde sabemos, los procesos químicos disponibles no pueden producir, en condiciones ambientales amigables, nano-partículas magnéticas de igual tamaño y forma”, explica Faivre. En este caso, ambientalmente amigable significaría que las partículas podrían ser producidas a la tempera-tura de la habitación, con presión atmosférica normal y sin solventes dañinos, en lugar de condiciones de energía intensiva, de alta presión y de alta temperatura.

Con esto en mente, Faivre quiere comprender cómo

se las arregla la naturaleza para producir las partículas

magnéticas uniformes. “La naturaleza modela el material

hasta el más pequeño detalle, literalmente hasta la uni-

dad más pequeña, la molécula”, dice. “Podemos aprender de la naturaleza tratando de comprender cómo los mo-delos naturales influyen en los complejos fenómenos físi-coquímicos y biológicos. Tan pronto como los procesos biológicos sean plenamente comprendidos, debería ser posible copiarlos, a fin de desarrollar nuevos materiales”.

Los investigadores han hecho ya algunos descubri-mientos iniciales acerca de la forma en que la naturaleza

Agujas de compás como indicador: diferentes tipos de bacterias magnetotácticas producen partículas de magnetita muy específicas, y de tamaño y forma características.

APROVECHAN MEJOR

LA ENERGÍA LAS PLANTAS “TURBO”

Por esta razón, los científicos trabajan en el desarrollo de fórmulas para lograr que la fotosíntesis sea más efectiva. Su objetivo es optimizar diversos pasos en el proceso de la conversión de luz energética en energía química; por ejemplo, incrementando la efi-ciencia de la maquinaria de la fotosíntesis.

Las plantas que han sido actualizadas en esa forma son capaces de formar más biomasa con el propósito de producir com-bustible. En contraste, algunos científicos quieren prescindir de las plantas por comple-to y equipar a la bacteria con un dispositivo para optimizar la fotosíntesis. Otro posible acercamiento sería independiente de los ser-vicios de cualquier organismo: el hidrógeno, por ejemplo, se puede generar por medio de biorreactores en donde se lleva a cabo la fo-tosíntesis, usando solamente algunas proteí-nas necesarias.

La naturaleza crea enzimas que pueden dividir el agua con la ayuda de energía so-lar y que, por lo tanto, podrían reemplazar constantemente el platino en las pilas de combustible. Además, la naturaleza tiene también enzimas que subsecuentemente producen hidrógeno a partir de fragmentos de agua (ver Max Planck Research 3/2006, página 32 ff).

EN BUSCA DE UNA MÁS

EFE CTIVA FOTOSÍNTESIS

En el Instituto Max Planck de Bioquímica de Martinsried, cerca de Múnich, los investiga-dores buscan una fórmula para hacer que la fotosíntesis de las plantas sea más efectiva

–y han logrado progreso significativo para conseguir este objetivo. Los científicos que trabajan con Manajit Hayer-Hartl han descu-bierto el proceso de plegamiento de una pro-teína clave en la fotosíntesis, conocida como Rubisco. Armados con este conocimiento, los investigadores pueden ahora trabajar en encontrar una manera de producir artificial-mente la proteína Rubisco y modificarla para que funcione de manera más eficiente.

La Rubisco no es solamente la proteína más común en la Tierra, sino también es una de las más importantes. Sin la proteína Rubis-co, la vida no existiría en su forma actual. Se une el dióxido de carbono de la atmósfera y produce su conversión en azúcar y oxígeno. Sin embargo, la proteína Rubisco funciona de forma muy lenta y poco efectiva. Reacciona no sólo con el dióxido de carbono, sino tam-bién con el oxígeno: en promedio, se une a una molécula de oxígeno después de tres a cinco moléculas de dióxido de carbono.

“Cuando surgió la proteína Rubisco, hace cuatro mil millones de años, esto era irrele-vante, debido a que no había oxígeno en la at-mósfera. Sin embargo, hoy en día, la cantidad de oxígeno en el aire es de alrededor del 20 por ciento”, dice Manajit Hayer-Harlt, quien, con su esposo Ulrich, realiza investigación en la proteína del Rubisco. La Rubisco puede trabajar más efectivamente si no reacciona con el oxígeno.

LAS CHAPERONAS GARANTIZAN

BUEN ORDEN Y FORMA

Es por ello que los investigadores de Martins-ried quieren modificar la proteína del Rubis-co, con el fin de que pueda unirse solamente

al dióxido de carbono. Para lograrlo, deben primero establecer cómo se forma la pro-teína actualmente. La Rubisco es una de las proteínas más largas, y consta de ocho sub-unidades largas y ocho subunidades cortas.

“Con tantas subunidades, existe riesgo significativo de que las partes erróneas de la proteína se agreguen y formen conjunta-mente un grupo”, explica Manajit Hayer-Hartl. Para que la proteína funcione correctamente, las cadenas de aminoácidos deben estar co-rrectamente plegadas, y las subunidades de-ben montarse para formar un cilindro. Este complejo proceso de plegamiento es admi-nistrado por proteínas especiales, conocidas como chaperonas.

Según los investigadores, tres proteínas son necesarias para recrear un complejo fun-cional Rubisco: además de las chaperoninas GroEL y GroES, previamente identificadas, una nueva proteína recientemente descubier-ta ayuda a esto, que es la RbcX. La RbcX asegura que dos subunidades grandes de la proteína Rubisco se puedan montar una al lado de la otra. Cuatro de estos dímeros for-man entonces un cilindro y cuatro de estas subunidades pequeñas se posicionan en la parte superior e inferior del cilindro. “Ahora entendemos por qué, las bacterias no son capaces de producir proteínas funcionales de Rubisco. Si insertamos solamente el ADN para la proteína en el genoma bacteriano –sin la proteína correspondiente en su ayuda– no podemos tener una proteína Rubisco funcio-nal”, dice Ulrich Hartl.

Después de haber logrado este avance, los científicos pueden ahora trabajar en la pro-

Proteínas Origami: La chaperoninas GroEL (luz azul) y Groes (azul oscuro) gestionan el plegamiento de la subunidad grande de Rubisco rbcL (turquesa, 1). Tras la publicación del complejo chaperona cilíndrica, la proteína RbcX ayuda y se une para poner fin a las piezas de las subunidades de la Rubisco que aún no están plegada (2) y causa dos subunidades ensambladas una junto a la otra (3). Cuatro de estos dímeros a continuación, forman un cilíndro (4). Cuatro subunidades RbcS pequeñas (rosa) ocupan tanto en el área superior e inferior del cilindro (5) y de esta manera rompen el vínculo entre RbcX y termina el complejo Rubisco (6).

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CONOCIMIENTO24 CONOCIMIENTO 65Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

Un compás ha sido siempre una herramienta indis-pensable, no sólo para los marineros que desean lle-gar a su destino. Ciertas bacterias acuáticas también

se valen, al navegar, del campo magnético de la Tierra. Su compás interior consiste en una cadena de insignificantes partículas del mineral magnético magnetita.

Estas partículas son producidas por las mismas bac-terias, y tienen propiedades magnéticas únicas, tales, que resultan de gran interés para aplicaciones médicas y de otras tecnologías. Sin embargo, hasta la fecha, sólo la na-turaleza sabe cómo se producen. Damien Faivre, químico que trabaja en el Instituto Max Planck de Coloides e In-terfases, en Postdam, espera desentrañar el secreto, con la ayuda de los siete hombres de su equipo. Una vez que los investigadores comprendan la forma en que la nano-bacteria produce las nanopartículas, confían en que sea posible desarrollar un procedimiento para manufacturar las partículas, primero en el tubo de análisis, y más tarde a escala industrial.

En 1975, el microbiólogo norteamericano Richard

Blakemore descubrió que ciertos organismos acuáticos

navegan a lo largo del campo magnético de la Tierra y

les impuso un nombre muy adecuado: bacterias mag-

netotácticas. Sin embargo, estos microbios no buscan el Polo Norte, sino las partes más profundas de su ambiente acuático. Las líneas del campo magnético alejadas del ecuador no corren paralelas a la superficie de la Tierra, sino que apuntan hacia abajo. Esto guía a las bacterias magnetotácticas hacia las aguas más profundas, donde se mezclan sedimentos y agua. Estas áreas hambrientas de oxígeno brindan las condiciones ideales para que la bac-teria viva y se desarrolle. Ellas no son capaces de usar la gravedad para la orientación vertical, dado que son casi tan densas como el agua, y, en consecuencia, no perciben su peso.

GUIADAS HACIA EL FONDO

POR UN COMPÁS

Las bacterias deben su compás a los magnetosomas, or-ganelos que constan de una simple partícula de magnetita, que mide menos de cien nanómetros y que está rodeada por una membrana que evita que las partículas se junten. Unos 20 magnetosomas forman cadenas a lo largo de fi-bras de proteína en la bacteria. Trabajan como la aguja de un compás y se vuelven en la dirección del campo magné-tico de la Tierra, aproximadamente en una dirección norte-sur. Dado que los magnetosomas se unen a las fibras de proteína de la bacteria, todo el microbio se vuelve con ellas. Entonces, cuando los microbios rotan sus flagelos, se mueven a lo largo de las líneas del campo magnético, hacia el fondo del cuerpo de agua, como si fueran en rieles.

“Las bacterias generan nanopartículas magnéticas per-fectas”, afirma Faivre. Primero, las bacterias magnetotácti-cas producen las partículas en un tamaño uniforme –una proeza que debería hacer a los ingenieros químicos sen-tarse y tomar nota de ello, dado que el tamaño uniforme de las partículas es un importante indicativo de calidad en la producción de nanopartículas. “Y no sólo eso, sino que las bacterias pueden incluso controlar la forma de las partículas”, agrega Faivre.

Algunos tipos de bacterias magnetotácticas producen nanopartículas en forma de bala, mientras que otras les dan forma de agujas. De hecho, cada tipo de bacteria crea sus partículas de manera uniforme. En pocas palabras, es-tas bacterias hacen alarde de un perfecto control interno de calidad en la síntesis de partículas de magnetita.

Las propiedades magnéticas de las partículas son de enorme interés para aplicaciones técnicas. “Ellas desplie-gan un remanente y una coercitividad que no puede ser ig-ualada por cristales producidos de manera artificial”, dice Faivre. Estos dos parámetros físicos significan que

Christian MeierUna mirada cercana a un compás: Damien Faivre inserta una muestra de bacteria magnetotáctica en un microscopio de electrones, y después verifica que esté posicionada correctamente.

ducción de la proteína de Rubisco de forma artificial en el laboratorio. Para ello, quieren introducir el ADN para la Rubisco, las dos chaperoninas y la proteína que ayuda a las bacterias. Los microorganismos que se reproducen rápidamente luego producirán la proteína Rubisco en cantidades suficientes. Los investiga-dores buscan una variación más eficiente de la proteína Rubisco, con la ayuda de esa bacteria. “Si introducimos el ADN del Rubisco en una cepa de bacterias que pueden sobrevivir sólo con funcionales Rubisco, podemos probar todas las mutaciones posibles en el gen del Rubisco y establecer de inmediato qué tan bien trabajan las variantes individuales”, explica Manajit Hayer-Hartl.

¿PODRÁN TRIUNFAR LOS HUMANOS

DONDE NATURA HA FALLADO?

Con la ayuda de este proceso, se pueden generar y estudiar, en diferentes posi-ciones, múltiples mutaciones del gen Rubisco. Ésta es una importante ventaja, ya que no es posible optimizar la proteína mediante la sustitución de un solo amino-ácido. Esto explicaría por qué la naturaleza no adaptó la Rubisco al contenido del aire en el curso de la evolución.

Algunos científicos creen que la naturaleza ya ha encontrado la estructura óptima para la Rubisco, y que ésta no se puede mejorar. Los científicos de Martinsried no están de acuerdo con lo anterior. Están convencidos “de que la molécula Rubisco de las plantas no es definitivamente la variante óptima. Algu-nas algas rojas tienen una variante más eficiente. Esto sugiere que la enzima de la planta se puede mejorar también”.

Sin embargo, encontrar mutaciones que podrían hacer el Rubisco más espe-cífico al dióxido del carbono, no es el único reto al que los científicos tienen que hacer frente. Los nuevos resultados muestran que nada va a funcionar sin las chaperonas moleculares coincidentes. A diferencia de la Rubisco en sí, la RbcX funciona en forma extremadamente selectiva y también ayuda en el plegamiento natural de la planta de Rubisco. Por esta razón, no ha sido posible, por ejemplo, transferir la Rubisco de las algas rojas a las plantas; simplemente no se pliega correctamente en este caso, pero es posible que una variante optimizada de la Rubisco requiera también su chaperona específica para el ensamblaje.

MÁS ENERGÍA CON MENOS AGUA

A pesar de todas las dificultades que se presentan, el objetivo que respalda esta investigación vale la pena: primero, las algas o las plantas con una variante de la Rubisco optimizada pueden usarse como arma para combatir el aumento de la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera; segundo, la disponibili-

dad de estas turbo plantas con una significativa tasa alta, puede ser ventajosa para la agricultura. “Podemos benefi-ciarnos de una Rubisco que sea un 10 ó 15 por ciento más eficiente”, dice Manajit Hayer-Hartl. No sólo es la cuestión de acelerar el crecimiento, sino hacerlo posible en algunos lugares, ya que la conversión eficiente del dióxido de car-bono en azúcar reduce el consumo de agua en las plantas. Como resultado, en el futuro, la actividad agrícola será po-sible en áreas que son actualmente demasiado áridas para las plantas de cultivo – y esas áreas tienden a expandirse debido a la cada día mayor escasez de agua en la Tierra.

GlosarioChaperonas:

La proteína puede funcionar sólo si sus cadenas de aminoácidos se doblan correctamente. Al igual que las chaperonas del siglo 19, cuyo trabajo era proteger a las jóvenes de influencias indebidas, unas enzimas especiales se aseguran de que las proteínas en la célula no vayan por el camino equivocado y asuman una forma incorrecta. Algunas chaperonas adoptan la forma de un cilindro, en donde solamente se puede doblar una molécula. Tales chaperonas, que se encuentran en las bacterias, los cloroplastos y la mitocondria son conocidas como chaperoninas. Una falta de chaperonas funcionales puede resultar en la causa de diversas enfermedades, como el Alzheimer y la enfermedad de Huntington.

Fotosíntesis:

La fotosíntesis consiste en la producción de hidratos de carbono a partir del dióxido de carbono y agua con la ayuda de la energía solar. El proceso puede dividirse en dos etapas conectadas: las reacciones de la luz hacen disponible la energía para que el agua se divida en electrones, protones y oxígeno. La energía rica en electrones y protones se usa en el ciclo de Calvin para convertir el dióxido de carbono en azúcar.

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CONOCIMIENTO66 CONOCIMIENTO 23Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

Su importancia médica podría ser considerable: las nanopartículas magnéticas, como las producidas por bacterias magnetotácticas, podrían, entre otras aplicaciones, ayudar a descubrir tumores. Damien Faivre y sus colegas del Instituto Max Planck de Coloides e Interfases, en Postdam, estudian cómo trabajan esos microbios, a fin de aprovechar sus sofisticados mecanismos

Una prueba de sensibilidad magnética: cuando Damien Faivre sostiene un tubo de ensayo con un cultivo de bacteria magnética, primero en forma paralela a un campo magnético, y luego en forma perpendicular, cambia la turbidez del medio. Las cadenas de magnetosoma de las bacterias se alínean con el campo magnético.U

n organismo que necesita luz para sobrevivir, pero vive en lu-gares donde la luz es escasa requiere una antena especial. Las bacterias verdes del azufre Chlorobaculum tepedium, cuyo

hábitat son las capas más profundas y oscuras de los océanos y lagos, tienen antenas de ésas. Con sus clorosomas, operan las plan-tas solares más eficientes encontradas en la naturaleza, pues con-vierten el 10 por ciento de la energía luminosa en energía química; es decir, en azúcar.

Es por ello que Alfred R. Holzwarth y su grupo de investigación en el Instituto Químico Biorgánico de Max Planck, en Mülheim an der Ruhr, estudian los clorosomas, con el propósito de usar plantas de energía solar bacterianas como modelo eficiente para la gene-ración de energía. Los científicos han dado importantes pasos para conseguir ese objetivo: un equipo internacional de investigación, que, aparte de Alfred Holzwarth y Michael Reus, del Instituto Max Planck en Mülheim, incluye científicos de las universidades de Lei-den y Groningen, así como de la Universidad de Penn State en Fi-ladelfia, ha descubierto cómo están estructurados los clorosomas.

Ingeniosamente, los investigadores combinaron varios experi-mentos y cálculos. En esa forma, establecieron que la clorofila en los clorosomas se amontona para formar hélices. “Una pregunta clave se refiere a las varias formas posibles en las cuales los complejos individuales de clorofila se pueden acomodar uno al lado del otro”, dice Alfred Holzwarth. “Hemos encontrado la respuesta”. Y no sola-mente a esta pregunta.

Previamente, era poco lo que se conocía sobre el arreglo de las formaciones de la clorofila. La mayor parte de los investigadores que recurren a las plantas de energía solar bacteriana como motivo de inspiración para la producción del biocombustible del mañana, favorecieron los estratos –un error, según ha establecido el equipo de investigación de Holzwarth. “Las hélices simples de clorofila son, a su vez, torcidas en forma de hélice para así formar un tubo”, expli-ca. “Los tubos individuales también deben someterse a otro orden: varios tubos con diferentes diámetros se insertan entre sí como un mástil de telescopio”.

“A diferencia de las plantas superiores, esta estructura jerárqui-ca compleja surge de forma totalmente auto-organizada”, dice Holz-warth. En las plantas superiores, las proteínas entran como media-dores”. “Dado que los clorosomas contienen solamente la clorofila, proveen modelos adecuados para la auto-organización técnica de las antenas de luz”, explica. Es extremadamente difícil imitar a las proteínas en los cloroplastos de las plantas superiores.

Antes de que Alfred Holzwarth y sus colegas pudieran copiar las antenas con fines técnicos, tuvieron que resolver primero al-gunos aspectos fundamentales. “Queremos saber más acerca de la absorción de la luz en el funcionamiento de los clorosomas”, dice Holzwarth. Ésta es la única forma en que la búsqueda de una antena artificial con un nivel similar de eficiencia tiene posibilidades de éxito. Y esto sería la mitad del camino hacia la meta, en la búsqueda de una forma de enlazar eficientemente la energía solar en los com-bustibles, como Alfred Holzwarth explica. “Tenemos que acoplar la antena a un sistema simple que convierte la energía capturada de la luz en energía química; es decir, un sistema que, como la fotosínte-sis, desarrolla el azúcar a partir del dióxido de carbono o separa el hidrógeno del agua”.

Peter Hergersberg

Proyecto para una planta de energía solar bacteriana

A la izquierda: la conversión de dióxido de carbono en el ciclo de Calvin:En este ciclo, el carbono se produce en forma de dióxido de carbono y lo deja como el azúcar. El ciclo utiliza ATP como fuente de energía;NADPH proporciona electrones ricos en energía parala formación de las moléculas de azúcar. Para que una molécula de azúcar se produzca,el ciclo se debe ejecutar tres veces,y tres moléculas de dióxido de carbono debenestar fijas. La enzima Rubisco permitela adisión de dióxido de carbono para el azúcar ribulosa-1,5-bisfosfato (fijación de carbono).En la fase 2, gliceraldehído 3-fosfato -un azúcar con tres átomos de carbono de que la planta puede generar otros orgánicoscompuestos - formas. La ribulosa se regenera de nuevo en la fase 3.

A continuación: Durante las reacciones luminosas, de bajo consumolos electrones de las moléculas de agua se elevana un nivel mayor de energía y se almacena en elNADPH. ATP también se produce en el proceso.Uso de la energía química almacenada en elNADPH y el ATP, el azúcar puede ser producidodurante el ciclo de Calvin.

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CONOCIMIENTO22 CONOCIMIENTO 67Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

Los purificadores de gas en el laboratorio de la planta piloto de Max Planck; camas y paquetes de fluidos en el Instituto Fraunhofer; pilas de combustible en Dresde y Magdeburg –las piezas del rompecabezas que constituyen una potencial planta de energía de ProBio, están aún muy dispersas. El único lugar en que actualmente confluyen es en los circuitos computacionales, donde los componentes –con base en los valores medidos en el laboratorio- pueden ser adecuadamente simulados, combinados y alterados.

Con las potenciales mejorías que han identificado en la computadora, los investigadores regresan al reactor, “en la esperanza de que todo vaya conforme a nuestros deseos”, dice Peter Heidebrecht con una risita. “Desde lue-go, esto no ocurre, por lo general, en el primer intento”. Los investigadores alimentan el modelo matemático con

sus nuevos descubrimientos de laboratorio, a efecto de

optimizar el experimento. Es un constante avance y re-

troceso, que poco a poco los acerca a la creación de una

verdadera planta de energía.

PLANTA MODELO DE ENERGÍA,

DE INCREÍBLE EFICIENCIA

En el curso de ProBio, los ingenieros de procesos han simu-lado más de cien variantes. Lo que han descubierto es algo que nadie hubiera esperado al inicio del proyecto de tres años: en la planta de energía óptima, ambos tipos de pi-las de combustible trabajan en paralelo –de manera que proveen, en la práctica, el polvo rojizo que puede separar el gas del combustible en una corriente altamente pura de gas, y en otra corriente menos pura. “Ésta es una especie de planta combinada de energía”, dice Peter Heidebrecht. “Nos entrega una amplia gama de productos que com-prenden carga de base eléctrica, carga máxima dinámica y consumo útil de calor”.

Pero lo más importante es que trabaja con eficiencia insuperable. Para sus simulaciones, los ingenieros han seleccionado una planta modelo, diseñada para biomasa, con un valor calórico apenas por debajo de los 19 mega-watts, equivalente a poco más de un kilogramo de madera por segundo. La cama purificadora de fluidos, la purifi-cación en camas empacadas, la separación del hidrógeno y la operación paralela de pilas de combustible de alta y de baja temperatura incrementan el rendimiento final a casi nueve megawatts de energía eléctrica –una eficiencia eléctrica de casi el 50 por ciento. Las plantas tradicionales de biogás, con un motor interno de combustión, alcanzan apenas el 35 por ciento. “En estos tiempos, una mejoría de incluso un porcentaje pequeño es causa de celebración, ya que ayuda –en el largo plazo- a un enorme ahorro de energía”, dice Liisa Rihko-Struckmann.

Aun cuando el proyecto ProBio, que las dos orga-

nizaciones de investigación fundaron con 4.2 millones

de euros, terminó oficialmente a principios de este año,

los investigadores tienen el plan de continuar por su

cuenta. De hecho, una planta piloto de energía está en

proceso de construcción en el Instituto Fraunhofer, en

Magdeburgo, y se proyectaba que estuviera en operación en el verano. “Así, los componentes individuales que he-mos reunido hasta la fecha, podrán ser estudiados juntos

y en una escala mayor”, dice Sascha Thomas. Los investi-gadores del Instituto Max Planck, ya dedicados al estudio de procesos químicos complejos e investigación básica relacionada, también continuarán trabajando en las piezas sueltas del rompecabezas, incluidas las pilas de combus-tible y el polvo rojizo. “Hasta la más alta eficiencia resulta inútil si el equipamiento dura sólo unas cuantas horas o días”, dice Kai Sundmacher. Por lo demás, lo que primero harán es afinar las condiciones de operación y los materia-les, en un esfuerzo por lograr un aumento considerable de su duración. Los investigadores tienen todavía un par de piezas por acomodar debidamente en el gran rompe-cabezas llamado ProBio.

En busca del polvo adecuado: Peter Heidebrecht y Liisa Rihko-Struckmann prueban cuál de los diferentes materiales es el más efectivo para separar el gas del combustible para pilas de alta y de baja temperatura. Foto: Bastian Ehl.

Glosario:Lignocelulosa: celulosa estabilizada por medio de lignin. Constituye las paredes de las células de madera, lo que le da a ésta su fuerza mecánica.

Cama de gasificación de fluidos: este proceso crea gas combustible a partir de carbón o biomasa. Los componentes sólidos son, por lo general, convertidos en fluidos y calentados por un sustrato. El hidrógeno y el monóxido de carbono son dos de los gases producidos durante la reacción química, con vapor o con otro agente de gasificación.

Singas: un gas rico en hidrógeno y monóxido de carbono, producido durante la gasificación de carbón con vapor, propio como material base para síntesis químicas.

Pila de combustible de óxido sólido, SOFC: la pila de combustible de óxido sólido o de alta temperatura debe su nombre al material cerámico que produce sus electrolitos y que es permeable a los iones de oxígeno, pero no a los electrones. A temperaturas de hasta mil grados Celsius genera electricidad altamente eficiente, y no es sensitiva al monóxido de carbono.

Pila de combustible de una membrana polimérica de electrolito, PEMFC: los dos polos de esta pila de combustible de baja temperatura están separados por una membrana que sólo los protones pueden atravesar. Sin embargo, muy difícilmente soporta el monóxido de carbono, dado que este gas bloquea la superficie de los electrodos, y los hace inaccesibles a los reactivos responsables de la reacción de la pila.

con publicaciones anualmente estimadas en 12 mil artículos de investi-gación, y el trabajo de nueve mil científicos jóvenes a su cargo, la Socie-dad Max Planck, a través de sus 80 institutos, y con la colaboración de

15 premios Nobel, es una institución apoyada por empresas privadas eu-ropeas que dan a esta organización alemana un valor más importante que el simple dinero: dotan a la ciencia y a la tecnología de los medios necesarios para ayudar al bien común y al progreso material de personas y comunidades. Este instituto cuenta con dos mil 500 socios pertenecientes a 123 países. Max Planck desarrolla investigación, talleres y bibliotecas científicas que en un con-texto de autonomía y creatividad para sus investigadores, se enfoca a crear y fortalecer redes científicas internacionales -sobre la base de la cooperación para promover la productividad de la ciencia-, bajo la premisa de análisis críticos en cada disciplina.

En sus publicaciones, los científicos investigan y disertan sobre tópicos

profundos y diversos. En ellas, lo mismo se puede leer sobre polvos cósmi-

cos, patentes, invenciones o resonancias magnéticas, que de procesos y cam-

bios climáticos. Su perspectiva es la de crear nuevos conocimientos y productos benéficos para el medio ambiente, la salud, el desarrollo colectivo material, y se extiende cuando trata de responder eternas preguntas filosóficas como quiénes somos y adónde vamos

en investigación científica y tecnológica

la Sociedad Max Planck, sinónimo de excelencia

Doctora Patricia Liliana Cerda

Pérez Coordinadora del

Centro de Investigaciones

FCC/UANL cerda35@hotmail.

com

Patricia Liliana Cerda Pérez

PRESENTES TODOS

LOS TÓPICOS CIENTÍFICOS

A través de sus textos, se puede uno informar con artícu-los elaborados con la más alta calidad científica, como es el caso de los premios Nobel Michael Schmeling y Alban Kellerbauer, al exponer cómo el cosmos se configura bajo un eterno tránsito de partículas de materia y antimateria. En ellos se da espacio, además, a estudios en que juristas y científicos plantean recomendaciones avanzadas en el te-rreno económico-social para una mayor igualdad de opor-tunidades entre hombres y mujeres; o bien a estudios del comportamiento humano, donde muestran indicadores conductuales en el lenguaje de las manos, utilizado por los políticos, para detectar tipos de personalidades.

ALGUNOS DE SUS LOGROS

Entre los logros obtenidos por ese instituto en materia de vínculos entre ciencia y empresa, se cuentan cerca de tres

mil inventos gestionados en mil 800 acuerdos de comer-

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CONOCIMIENTO68 CONOCIMIENTO 21Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

Sin embargo, esta flexibilidad tiene un costo: las pilas

de combustible de baja temperatura son casi comple-

tamente incapaces de manejar monóxido de carbono.

Cualquier concentración de más de 0.01 partes por mil

es altamente nociva para la pila, y es causa de que la

generación de energía caiga en picada.

Los ingenieros de procesos en Magdeburg fueron au-xiliados en su investigación, de manera circunstancial, por la pieza correcta del rompecabezas de la pila de combus-tible y un sucio polvo rojizo. “Lo que nosotros queríamos realmente era sólo remover el monóxido de carbono de la combustión del gas”, recuerda Peter Heidebrecht. El flujo del gas puede contener hasta 20 por ciento de la sustancia que o es tóxica o inútil, de acuerdo con el tipo de pila de combustible.

Los investigadores pretendieron controlar esta situa-ción con óxido de hierro sucio, rojizo, -orín básicamente: cuando el gas, a 800 grados de temperatura, flota sobre un polvo de óxido de esta clase, el polvo libera algunos de los átomos de oxígeno que sus ventanas contienen y los pasan al monóxido de carbono. Así, se forma dióxido de carbono, que es inocuo incluso para una pila de com-bustible de baja temperatura. El problema radica en que, hagan lo que hagan los científicos, el gas conserva grandes cantidades de monóxido de carbono; demasiado para una pila de combustible PEM. Lo que es más, el óxido de hierro también convierte el muy necesario hidrógeno en agua inú-til.

Sin embargo, gracias a un diferente tipo de fuerza, el polvo demostró ser de mucha utilidad. Una vez que las celosías del polvo han mudado sus átomos de oxígeno, trata de manera intensa de reemplazarlos. El vapor es una de las cosas que se los puede proveer. Cuando el vapor entra en contacto con el agotado óxido de hierro, el polvo demanda oxígeno a las moléculas de agua. Lo que queda es hidrógeno puro –ideal para una pila de combustible de baja temperatura.

SE BUSCA UNA SUSTANCIA DURABLE

PARA LA LIMPIEZA DEL GAS

“Cuando vimos eso, nos dimos cuenta de que este método resultaría maravilloso para la separación del gas”, recuer-da Peter Heidebrecht. En la etapa inicial, cuando el gas en combustión se expande sobre el óxido de hierro, la mezcla que queda es algo con lo cual las pilas de combustible de alta temperatura pueden convivir muy bien. El segundo paso, cuando es inundado con vapor, produce el hidróge-no virtualmente puro para las pilas de baja temperatura.

A estas alturas, queda todavía mucho por hacer. “Si usamos el óxido de hierro solo, el intercambio de oxígeno impacta de manera importante sobre el material, y la can-tidad de hidrógeno que obtenemos de él disminuye rápi-damente”, asevera Liisa Rihko-Struckmann, coordinadora, junto con Peter Heidebrecht, del proyecto ProBio en el Ins-tituto Max Planck.

Ésta es una de las razones por las cuales muchas dife-rentes muestras de polvo en el ácido amarillento se en-cuentran en las salas del laboratorio de Magdeburg. Mu-chas no contienen otra cosa que partículas del óxido de

hierro rojizo, que miden entre uno y cinco décimos de milímetro, mientras que otras han sido adicionadas con óxido de aluminio u óxido de silicón, aunque el aditivo más común es el óxido de cerio-zirconio.

Los investigadores calientan cada muestra a una temperatura de 800 grados Celsius en una de las calderas del laboratorio, y entonces la prueban con un gas cuidadosamente mezclado. “Actualmente, estamos teniendo un

particular cuidado de que los mate-

riales sean estables y puedan ser uti-

lizados por un largo período”, dice

Liisa Rihko-Struckmann. Los polvos

deben ser capaces de soportar unos

mil ciclos de gas y vapor.

A las muestras que arrojan un re-sultado positivo en el laboratorio, se les da la oportunidad de comprobar su valía en el laboratorio de la planta pi-loto, un cubo gris en el extremo norte del Instituto Max Planck. Es aquí donde

los ingenieros han construido un aparato de pruebas, una pipa de acero que se puede calentar y que llenan con aproximadamente 20 centímetros de la mezcla de óxido de hierro. En lugar de los 250 miligramos utilizados en el laboratorio, los investigadores necesi-tan aquí cien gramos de la sustancia.

“En la actualidad –dice Liisa Rihko-Struckmann- trabajamos en obtener partículas más grandes de nuestro muy fino polvo, a fin de que el gas las pueda bañar”. Más tarde, los inge-nieros de procesos tratan de estudiar la forma en que el gas se extiende en el polvo; cómo hacer uso óptimo del oxígeno en el polvo de óxido y cómo deben ser adaptados los tiempos en-tre el cambio del gas combustible y el vapor. “Este tipo de procesos, dinámi-camente operados, son algunas de las cosas en que nuestro instituto ha trabajado por años”, dice Kai Sundma-cher.

Pila de biocombustible: Kai Sundmacher, con una pila de combustible de baja temperatura. El hecho de que pueda ser alimentada con gas combustible incluso después de que el gas de la biomasa ha sido alimentado en una pila de combustible de alta temperatura, es lo que hace particularmente eficiente la conversión en electricidad.

Orín para la purificación del gas: Los investigadores separaron en el laboratorio el monóxido de carbono del gas del combustible mediante el uso de un más fino óxido de hierro; en el laboratorio de la planta piloto ejecutaron el proceso en una mayor escala, con el granulado más grueso. Foto: Bastian Ehl.

cialización y derechos de licencia firmados, por un total

de 260 millones de euros. A través de ellos, se impulsa la investigación básica, donde físicos y astronómos obser-van, teorizan y exponen temas como el Bing Bang.

Sus antropólogos trabajan multidisciplinariamente y disciernen sobre la evolución del cerebro, en una ciencia guiada por la atención escrupulosa hacia los derechos de autor y el uso responsable de la libertad científica, frente a los riesgos inherentes al ejercicio de esta actividad.

Sus revistas ilustran lo mismo sobre el sistema solar -con excursiones a todo color en un viaje a través de la vida planetaria-, con la luna, los cuerpos celestes; los as-teroides y cometas presentes en nuestro vecindario cósmi-co, que sobre el arte italiano o bien sobre las vinculaciones actuales descubiertas en el campo de los laboratorios ex-perimentales sobre la relación entre el estrés y las enfer-medades, mediante el análisis de la composición molecu-lar de un sitio específico del cerebro, adonde la sustancia llamada glutamato llega y determina o no la vulnerabili-dad del estrés.

LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN

Sus investigaciones enfocadas a la astronomía y astrofísica; biología y medicina; medio ambiente y clima; materiales y

tecnologías, así como humanidades, comprenden más de 33 líneas de investigación. Éstas van desde la física cuán-

tica, las neurociencias, las ciencias de la computación

o la ecología, hasta estudios culturales, jurisprudencia,

ciencias sociales y del comportamiento o lingüística, sólo por nombrar algunas.

En Nuevo León, el Instituto Max Planck estuvo presente con el “Túnel de la Ciencia”, en octubre del año pasado, ex-posición que con acierto organizó, conjuntamente con la Universidad Autónoma de Nuevo León y el Conacyt. Aus-piciada por dicho Instituto, esta exposición mostró a los nuevoleoneses -a través de 170 metros destinados para ello en la Nave Fundidora-, lo más reciente en descubri-mientos científicos, distribuidos en 12 salas temáticas, en las cuales se pudo observar, a través de más de 300 imá-genes, el camino del Bing-Bang, la comunicación entre las moléculas y las células o el mundo de los sentidos, entre otros aspectos.

Exposiciones como éstas no sólo hacen crecer el

bagaje de conocimientos de los nuevoleoneses, sino

que, junto con la UANL y las instituciones educativas y

científicas nacionales, muestran la grandeza del univer-

so y del cerebro humano para deducir e inducir sobre

nuestro rumbo y destino.

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CONOCIMIENTO20 CONOCIMIENTO 69Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

GASIFICADOR DE FLUIDOS

Sascha Thomas abre una caldera provista de una abertura metálica circular, que le da el aspecto del brillante mofle de un camión americano. Thomas, un in-geniero de procesos, es el coordinador del proyecto ProBio en el Fraunhofer IFF, ubicado en la ribera del Elba, a tiro de piedra del Max Planck Institute. La caldera con aspecto de escape contiene lo que es conocido como gasificador de fluidos –corazón de la generación de gas para el proyecto ProBio.

El agente de la gasificación, el vapor por ejemplo, es alimentado en el aparato por la parte inferior. Se encuentra con un estrato de arena, cuyas partículas son exactamente del tamaño ideal para que el gas las mantenga suspendidas y fluidas en el aire. “Esto nos garantiza”, dice Thomas, “temperaturas y concentra-ciones uniformes en la zona de reacción; y es ahí donde se introduce la biomasa, por medio de una banda transportadora espiral. La banda transportadora es enfriada por medio de agua, en tanto que se pretende que el combustible se descomponga en la zona de reacción –que se calienta a una temperatura de entre 800 y 850 grados Celsius- y no antes de llegar ahí.

LA DIVERSIDAD DE LA BIOMASA

COMPLICA LAS COSAS

Tuberías aisladas, con un brillo plateado, conducen el gas producido por el combustible a un equipamiento de análisis en el laboratorio Fraunhofer. Los investigadores pretenden que, en una futura planta de energía ProBio, el gas se mueva directamente a las celdas de combustible, después de que haya pasado por varios procesos de limpieza. Entonces, todo será más grande también. Un gasificador de fluidos, para una planta de varios megawatts de potencia, deberá tener un metro de diámetro, en tanto que la pipa en el laboratorio de Magde-burg mide apenas cinco centímetros de ancho. “Esta escala”, dice Thomas, “es suficiente para permitirnos estudiar la conversión de la biomasa en la cama de fluidos; pero la cantidad de gas producido por el combustible sería insuficiente para una planta piloto”.

En realidad, la gasificación en la cama de fluidos no es una idea nueva. Se remonta a la década de 1920, cuando se usó con el fin de extraer gas syntesis (syngas) del carbón. Sin embargo, muy pronto la industria del petróleo hizo su-perfluo este proceso. Pese a todo, el carbón tiene una importante ventaja sobre los desperdicios biológicos: su componente principal es siempre el mismo: car-bón. “Sin embargo, un tipo de biomasa no es igual que otro”, dice Thomas.

Recipientes de vidrio con viruta de madera, paja de colza, biomasa de coque y jatropha, un miembro de la familia de plantas spurge, y popular fuente de biomasa en Asia se encuentran junto a la gasificadora de fluidos.

En el rompecabezas que es ProBio, cada sustancia ha sido ampliamente estu-diada, con varios agentes de gasificación, a temperaturas diferentes y por dife-rentes tiempos de residencia en la cama de fluidos. En cada ocasión cambiaba la composición del gas. Incluso la estación del año, la edad de la madera y la forma en que se almacena afecta la calidad del gas. “La biomasa no es simplemente

una sustancia pura”, dice Kai Sundmacher; “es una compleja mezcla com-

puesta, y eso es parte de lo que hace tan interesante nuestro proyecto”.

Idealmente, el gas que escapa de la caldera de Thomas es incoloro y, por lo tanto, libre de impurezas. Sin embargo, tiene por lo general un matiz amarillo, lo que indica que contiene alquitrán, polvo y compuestos de halógeno y sulfuro, todo lo cual desagrada a las células –esos elementos contaminan sus electrodos, y deben, por lo tanto, ser removidos del gas.

Por lo general, esto se hace lavando los sistemas, en los cuales se lanzan chorros de agua al gas, y pronto lo reducen a la temperatura de la habitación, al tiempo que eliminan los contaminantes. Lo que queda es gas frío y agua tibia. “El problema con el gas frío”, dice Peter Heidebrecht, “es que tiene que ser recalen-tado a 800 grados Celsius para los pasos siguientes”.

COMPLEJOS PROCESOS

Así pues, los científicos de ProBio pensaron en otro método para sus procesos:

pasan el gas a través de una cama repleta de cuentas de cerámica, a las cuales se adhieren las partículas de polvo. “La forma en que trabaja es parecida a las aguas subte-rráneas, que pasan por diferentes estratos de arena, y que-dan purificadas en el proceso”, explica Sascha Thomas. Los estratos catalíticamente activos convierten de manera simultánea los indeseados compuestos de alquitrán en combustible adicional al gas, con lo que se incrementa el contenido de energía del gas. Finalmente, se remueven alógenos y sulfuro con óxidos de metal. Éstos reaccionan con los compuestos tóxicos y temperaturas muy eleva-das.

Lo que queda es un gas que contiene hidrógeno lim-pio, pero también grandes cantidades de monóxido de carbono. Esto puede ser bueno o malo, según el tipo de celda de combustible que esté alimentando el gas: pilas

de combustible de altas temperaturas, tales como pilas

de óxido sólido (SOFC) son poderosos convertidores

de energía, que pueden utilizar cualquier combustible.

Tienen un electrolito cerámico, funcionan a unos 800

grados Celsius, e incluso pueden generar electricidad

del monóxido de carbono. Trabajan mejor bajo un peso constante, y no reaccionan bien ante cambios repentinos en la demanda de energía.

ALIMENTO PARA MUY DIFERENTES

PILAS DE COMBUSTIBLE

“Las temperaturas de las pilas deben mantenerse dentro de un cierto rango”, explica Peter Heidebrecht. “Cual-quier cambio en la carga altera el perfil de la temperatura y puede dañar las pilas”. Lo que es más, las pilas de com-bustible de altas temperaturas que son objeto de estudio en el Fraunhofer IKTS, en Dresde, necesitan varias horas al día para alcanzar la temperatura de funcionamiento, de acuerdo con su tamaño.

Las cosas son diferentes con las pilas de baja tem-peratura, conocidas como pilas PEM (polymer electrolyte membrane). Estas pilas son flexibles pero sensitivas. Su electrolito consiste en una membrana de polímero, lo que quiere decir que pueden soportar temperaturas de alrede-dor de 80 grados Celsius. Sin embargo, en caso de necesi-dad, el poder de producción de la pila puede ser adaptado a la demanda cambiante de electricidad, con una hora o hasta con un minuto de anticipación.

Examen de muestras: en este reactor. Liisa Rihko-Struckmann examina qué tan eficientemente varias mezclas, con una base de óxido de hierro, vuelven inocuo el monóxido de carbono en los productos de la gasificación. Foto: Bastian Ehl.

otorga el conacYT más de 150 mil

becas en 40 años de existencia

Para maestría y doctorado en el país y el extranjero

Óscar Vázquez

Doctor Óscar VázquezDirector Regional Noreste

de Desarrollo, con su visión 2030, de la actual adminis-

tración, la cual considera diez objetivos. El CONACYT se circunscribe a uno de ellos, en el cual se lee textualmente: “Tener una economía competitiva, que ofrezca bienes y servicios de calidad a precios accesibles.

OBJETIVOS SECTORIALES

Éste es uno de los diez grandes objetivos del Programa Nacional de Desarrollo. Después, el CONACYT tiene que atender también su Programa Especial de Ciencia, Tec-nología e Innovación, que, por sus siglas, es el PECITI, que se maneja en un contexto de 2007 a 2012, donde se de-berán aplicar cinco objetivos sectoriales. Uno de ellos es la política de Estado, tendiente a articular un marco que fomente la aplicación de la ciencia y la tecnología; esto es, que haya consejos de Ciencia y Tecnología, que haya leyes de Ciencia y Tecnología en cada entidad; que también haya un Fondo Mixto en cada entidad, y que preferentemente haya una inversión de los gobiernos de los estados en ciencia y tecnología, además del recurso federal.

el pasado mes de diciembre, el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología cumplió 40 años. Es una insti-tución que ha venido dando importantes aportaciones

al desarrollo científico y tecnológico del país en varios as-pectos.

Uno de los temas por los cuales el CONACYT es

más identificado es seguramente por la formación de

recursos humanos, y es de mencionarse que a lo largo

de estos 40 años, ha otorgado más de 150 mil becas de

maestría, especialización y doctorado, y que muchas grandes personalidades que actualmente incursionan en la vida social, política, económica y científica del país, han sido becarios de la institución. Así, el CONACYT ha hecho una importante aportación al desarrollo del país, y por lo tanto le compete la conducción de la Agencia Nacional de Ciencia, Tecnología e Innovación.

En la actualidad, el CONACYT no solamente promueve la ciencia básica, ya que es fundamental el generar cono-cimiento de frontera, el competir en el ámbito internacio-nal; sino que también reconoce el valor que tiene el trans-ferir a la sociedad, en la forma de bienes y servicios, los resultados que se generan día a día en los laboratorios, en las aulas.

VINCULACIÓN

Normalmente, son las empresas las que hacen esa labor; por eso requerimos que haya esa sinergia entre academia y empresas –lo que denominamos vinculación- para poder finalmente llegar a la sociedad, en términos económico-so-ciales, para que La inversión que se da en el país en ciencia y tecnología, se haga evidente en productos tangibles.

En el CONACYT, los diferentes programas que mane-

ja tienen que ser enmarcados en el Programa Nacional

Doctor Óscar Vázquez

Director Regional Noreste

Cumple a cabalidad su función de hacer importantes aportaciones al desarrollo científico y tecnológico de México

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CONOCIMIENTO70 CONOCIMIENTO 19Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

de imagen que debería ofrecer el rompecabezas una vez completo. Heidebrecht y sus colegas investigadores del

Instituto Max Planck para la Dinámica de Sistemas Téc-

nicos Complejos, en Magdeburg, le han dedicado tres

años de trabajo. Su objetivo es descubrir un método para generar energía a partir de biomasa, tan eficiente como sea posible.

Sin embargo, lo que sigue siendo un gran reto para los investigadores consiste en determinar cómo deberían verse, en lo individual, cada una de las piezas del rompe-cabezas, y, particularmente, cómo deben embonar unas con otras. La composición del polvo rojizo que está lla-mado a ser una sustancia importante para dotar de poder al dispositivo eléctrico es apenas una pequeña parte de un rompecabezas mucho más grande.

No hay duda de que la biomasa jugará un importante

papel en el futuro. De hecho, la biomasa representa en

la actualidad el siete por ciento del consumo total de

energía en Alemania –por mucho, la parte más impor-tante de todos los tipos de energía renovable. El gobierno alemán tiene la meta de enfrentar, para el año 2020, el 18 por ciento de la demanda de energía por medio de fuentes renovables.

“Así pues, el reto de convertir la biomasa en electri-cidad es sumamente importante en estos días, y signifi-cativo para el futuro”, dice Kai Sundmacher, director del instituto ubicado en Magdeburg, y vocero de ProBio, un proyecto conjunto de la Sociedad Max Planck y de Fraun-hofer-Gesellschaft. “Aun cuando la biomasa no es la única solución para el suministro de energía en el futuro, cierta-mente puede aportar una contribución sustancial”.

PROCESO DE LA BIOMASA

Empero, hay muchas formas de dar poder al dispositivo eléctrico. La biomasa puede ser quemada, fermentada o gasificada. Los productos resultantes pueden ser utiliza-dos para operar turbinas de vapor, motores de gas o pi-las de combustible. Cada variante tiene sus ventajas y sus desventajas. Muchos de los métodos han sido bien estu-diados, mientras que otros, tecnológicamente hablando, son aún territorio virgen.

Es el caso de las pilas de combustible en el corazón del proyecto ProBio. Las pilas de combustible son pequeñas

plantas de energía que convierten de manera directa la

energía química almacenada en gas, para producir ener-

gía eléctrica. “De todos los convertidores de energía a nuestra disposición”, dice Peter Heidebrecht, “las pilas de combustible son las que nos ofrecen el más alto nivel de eficiencia”. Hasta la fecha, dichas pilas son alimenta-das principalmente con gas natural, metanol o hidrógeno puro. En principio, sin embargo, no hay razón por la cual no puedan ser alimentadas con gas limpio de la biomasa –siempre y cuando puedan embonarse las debidas piezas del rompecabezas.

PILAS DE COMBUSTIBLE INCREMENTAN

EL RENDIMIENTO ELÉCTRICO

Por otra parte, hay que decir que, cuando se trata del manejo de la biomasa, los investigadores de Max Planck

no están tomando precisamente el camino más fácil. “El potencial de la com-bustión simple ha sido agotado”, dice Peter Heidebrecht. La combustión quema materiales biológicos sin refinar, y el calor liberado se aprovecha para generar electricidad. “Este proceso”, afirma Heidebrecht, “tiene límites superiores es-tablecidos por las leyes de la termodinámica, y, no importa los trucos que se pretendan usar, no se pueden cambiar”.

La fermentación –el proceso por el cual los microorganismos descomponen la biomasa en un ambiente libre de oxígeno y la convierten en gas- también tiene sus inconvenientes: los materiales no refinados, tales como la madera y la paja, contienen un elevado porcentaje de una sustancia llamada lignocelulosa. Las bacterias no saben a ciencia cierta qué hacer con ella. Es difícil de digerir, y por lo tanto no desciende muy bien. Lo que es más, se trata de un proceso lento, y no hay nada que se pueda hacer en este particular. “Simple y sencillamente, la biología no se puede acelerar de acuerdo a las necesidades de uno”, sostiene Heidebrecht.

De manera que la gasificación es la única opción que nos queda. Esto supone la conversión de la biomasa a elevada temperatura en un gas parcialmente que-mado. El gas contiene muchos elementos de gran energía, tales como hidróge-

no, monóxido de carbono e hidrocarbonos de cadena corta. Esto lo hace muy

apropiado para la generación de electricidad –por lo menos en teoría.

Control total: André Herrmann, del Fraunhofer IFF, controla la cama gasificadora de fluidos, la columna del fondo, envuelta en brillante aluminio metálico.

Detalle del gasificador, con sensores de temperatura.

Experimento en marcha: Sascha Thomas utiliza el experimento modelo para demostrar el principio de producción de gas a partir de biomasa. El objetivo es utilizar el gas para operar una pila de combustible.

Fotos: Dirk

Mahler for

Fraunho-fer,

Peter Förster

for Fraunho-

fer.

Los aspectos que he delineado dentro de este primer objetivo, ya se atienden afortunadamente. De hecho, ya hay consejos estatales en todo el país; el más reciente, ins-talado hace poco más de un año, fue el del Estado de Oa-xaca.

NUEVO LEÓN, CASO SUI GÉNERIS

El caso de Nuevo León es sui géneris. Nuevo León tiene dos instancias: tenemos el Instituto de Innovación y Transfe-rencia de Tecnología y la Coordinación de Ciencia y Tec-nología: pero, en la mayoría de los estados tenemos una sola instancia, que es el Consejo Estatal de Ciencia y Tec-nología. Asimismo, en los estados se cuenta ya con leyes de Ciencia y Tecnología; tenemos también Fondos Mixtos, que son una fuente de financiamiento y constituyen una alianza entre el CONACYT y los gobiernos de los estados. Es más, no sólo hay 32 Fondos Mixtos, que serían uno por cada entidad. Hay 34 Fondos Mixtos, porque dos son mu-nicipales: los de Ciudad Juárez y de Puebla, ambos en el Estado de Chihuahua.

Otro tema que atender dentro del PECITI es la des-

centralización de las actividades de ciencia y tecnología,

con el fin de contribuir al desarrollo regional. Este tema es de gran importancia por lo siguiente: el maestro Juan Carlos Romero Hicks (director general del CONACYT), muy repetidamente, en sus intervenciones, invita a la comuni-dad, y al propio CONACYT, desde su trinchera, a tratar de reducir las asimetrías.

17 MIL CIENTÍFICOS EN EL SNI;

609 SON DE NUEVO LEÓN

Sabemos que, si bien en México tenemos un buen número de investigadores y tenemos empresas que ya le apuestan al desarrollo tecnológico, estos indicadores varían. Tradi-cionalmente, muchos investigadores se concentraban en la zona metropolitana del Distrito Federal. Afortunadamente y para bien de todos, vemos ahora que los estados, cada

día mejoran más sus indicadores. Simplemente, men-

cionemos que de más de 17 mil científicos que integran

el Sistema Nacional de Investigadores, 609 correspon-

den a Nuevo León.

Otro indicador que destacaría es el de los posgrados de excelencia. Se estima que en México se ofrecen poco más de cinco mil posgrados –especializaciones, maestrías, doctorados. No todos están acreditados en el padrón de la SEP y del CONACYT. Después del proceso de evaluación, los que están acreditados son poco más de mil 300. De

esos pocos más de mil 300, Nuevo León tiene 94. Enton-

ces, Nuevo León tiene buena presencia en este tema de la

descentralización, pero tenemos que ir más allá todavía, para reducir más las asimetrías que actualmente tenemos en los ámbitos nacional y regional.

MAYOR FINANCIAMIENTO

A CIENCIA Y TENOLOGÍA

Otro tema de importancia dentro del PECITI, es fomentar un mayor financiamiento para la ciencia y la tecnología. Si nos preguntamos en este momento cuál debería ser el financiamiento para ciencia y tecnología en nuestro país,

ya hay una Ley de Ciencia y Tecnología, que se modificó incluso en 2002, donde se establece que la inversión para ciencia y tecnología debe ser al menos del uno por ciento del Producto Interno Bruto. El problema es que, de momento, no lo hemos alcanzado. Estamos en poco menos del 0.5 del PIB.

Aquí hay que reconocer algo: que para alcanzar ese uno por ciento, aunque la ley ya lo establece, el siguiente reto es de dónde va a venir el recurso que nos permita alcanzar la cifra establecida. Este recurso no podrá ser sólo dinero gu-bernamental: federal, estatal o municipal. Para lograr esta cifra, este valor de

inversión en la ciencia y la tecnología, tendrá que haber concurrencia de otras

fuentes, como el sector privado, por ejemplo, y otras organizaciones.

Esto no es privativo de nuestro país; es una práctica de carácter internacio-nal. Si se analiza el caso de Estados Unidos y de otros países con gran desarrollo tecnológico, una gran parte de la inversión en ciencia y tecnología viene del sec-tor privado; porque es un ganar ganar; el invertir en ciencia y tecnología no so-lamente es generar conocimiento, con lo valioso que es; sino además es generar productos tangibles, y entre ellos están los recursos humanos; la formación de gente especializada, capacitada, que ayude a detonar la economía del país.

Este tercer punto que estoy tocando es cómo lograr un mayor financiamiento para la ciencia y la tecnología, y en este caso, Nuevo León vuelve a tener una gran participación, entre otros esquemas, uno de los cuales es el Fondo Mixto. De

manera cualitativa, les digo que también el Estado le ha apostado a la ciencia

y la tecnología.

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CONOCIMIENTO18 CONOCIMIENTO 71Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

Una pieza del rompecabezas está llena de herrumbre, de polvo y empotrada en un stand plástico de ácido amarillento. Las otras piezas del rompecabezas están

empacadas en tres docenas de tubitos llenos de una sus-tancia rojiza, y adornados con fórmulas químicas, indica-ciones de medidas y crípticas combinaciones de números. Se requieren los servicios de un experto para decodificar las descripciones garrapateadas en los tubos con un grue-so marcador.

Peter Heidebrecht toma una de las piezas del rompe-cabezas. Sostiene el tubo contra la luz, y lo agita suave-mente. El sucio residuo rojizo se levanta en una nube de polvo. “Esta sustancia es una de las muchas opciones que investigamos actualmente”, dice el ingeniero de proce-sos. “Pero esta variedad es la que vuelve emocionante el proyecto”.

PROBIO

El proyecto recibe el nombre de ProBio, y lo único que los investigadores saben sobre el particular es el tipo

electricidadLimpia, eficiente y confiable, así es como debería ser la energía del futuro. Un ejemplo de esto es la corriente eléctrica generada por células de carburante, alimentadas con biomasa. Los investigadores del Instituto Max Planck para la Dinámica de Sistemas Técnicos Complejos, del Instituto Fraunhofer para la Operación Fabril y la Automatización IFF, y el Instituto Fraunhofer para Tecnologías Cerámicas y Sistemas IKTS, están allanando el camino de la granja al terreno eléctrico

Alexander Stirn

a partir de la biomasa

FORTALECIMIENTO DE CAPACIDADES

Otro tema que también debe ser atendido dentro del PECI-TI, es el relativo a tener una mayor inversión en infraes-tructura; tenemos que fortalecer las capacidades cientí-ficas y tecnológicas en las entidades; que no solamente ciertos laboratorios o centros de investigación tengan grandes equipos analíticos, experimentales, sino que en todos los estados tengamos una infraestructura fortaleci-da, que permita a esos recursos humanos que formamos, tener los elementos para llevar a cabo su investigación, sus experimentos.

Este tema también ha sido atendido por el CONACYT, a través de varias convocatorias. Casi todas éstas permiten al investigador, una vez que se aprueba su propuesta, solicitar algún tipo de equipamiento, lo cual se va forta-leciendo; pero incluso ha habido convocatorias específi-

cas para la infraestructura, que se llaman Laboratorios

Nacionales. Y Nuevo León vuelve a estar presente en

este rubro, con una buena presencia en acceso a recur-

sos para este tipo de infraestructura en las instituciones

del Estado. Es un cuarto punto. Y un quinto punto entre estos objetivos del PECITI es

el evaluar la aplicación de los recursos. El CONACYT esta-blece sus esquemas de evaluación. Esta inversión que se realiza en ciencia y tecnología, ¿cómo ha beneficiado fi-nalmente a la sociedad? ¿En qué se ha beneficiado, de qué manera y qué sigue para poder fomentar más la inversión en la ciencia y la tecnología?

De esta forma, he descrito muy rápidamente lo que el CONACYT debe hacer, desde su papel que tiene como

instancia que debe conducir la Agenda Nacional de Ciencia y Tecnología para atender lo que le marca su programa especial de ciencia, tecnología e innovación.

Quisiera resaltar que, cumplir los objetivos que acabo de mencionar, sólo se puede lograr mediante las sinergias, alianzas con las entidades federativas y con los repre-sentantes en los estados de esta política de ciencia y tec-nología.

El CONACYT necesita atender continuamente, estar

en contacto con las instituciones académicas, guberna-

mentales, no gubernamentales, sociedad en general, en

cada entidad, para poder garantizar que estos recursos

lleguen a los usuarios.

CIENCIA, TECNOLOGÍA E INNOVACIÓN

Para ir atendiendo estos grandes temas que comentaba, estos cinco ejes, el CONACYT establece un plan de tra-bajo, y lo divide en grandes grupos. En este caso abundaré sobre tres de ellos. Sería lo que llamaríamos Formación y Consolidación de Capital Humano para el Desarrollo en Ciencia, Tecnología e Innovación. Quisiera abundar en el término Innovación, porque insistía, al principio, que la

ciencia es valiosísima, importante; la tecnología acom-

paña a la ciencia necesariamente, y es deseable que es-

tos dos elementos lleguen finalmente al usuario a través

de la innovación. Para formar recursos humanos, también debemos tomar en cuenta estos tres elementos de cómo un individuo debería ser capacitado y cómo debería volver a su entorno, a su país.

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CONOCIMIENTO72 CONOCIMIENTO 17Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

UNA MARAÑA RESISTENTE

Pero su peso reducido conlleva tam-bién una desventaja: los compues-tos de fibras vibran con facilidad. Las vibraciones no sólo producen ruido. "Son veneno para un mate-rial", dice Markus Milwich, cientí-fico del Instituto de Investigación de Textiles de Denkendorf. "Las vi-braciones hacen que el material se vuelva poroso a largo plazo, hasta que en algún momento se rompe", explica el ingeniero.

A pesar de que las células de madera tienen una estructura simi-lar a la de los compuestos de fibras, los árboles soportan fuertes tor-mentas y no se rompen fácilmente. "Las células de las plantas usan

un truco para permanecer resis-

tentes", explica Ingo Burgert.

Los hilos de hemicelulosa de

la esponja suave están unidos fija-

mente a los cordones de celulosa.

Hay hilos cortos y largos, que en-

tran en la esponja hasta profun-

didades distintas. Por tanto, la

maraña de fibras de hemicelulosa

se vuelve cada vez menos densa, a

medida que aumenta la distancia.

De esa forma, la rigidez de las fibras de celulosa se transforma paulatinamente en la flexibilidad de la esponja que las rodea. El tronco sólo se rompe cuando se ha roto una cantidad sumamente grande de esas fibras microscópicas.

En el Instituto para la Investi-gación de los Textiles y las Fibras, los ingenieros han imitado el prin-cipio natural mediante nanopartícu-las de óxido de silicio. Sumergen fibras de vidrio en una solución de nanopartículas antes de empotrar-las en resina sintética. Las nano-partículas se adhieren a las fibras,

formando una capa fina. "La envoltura de nanopartículas es más blanda que las fibras de vidrio, pero más rígida que la resina", dice Milwich.

Al igual que en las plantas, existe entonces una transición entre rígido y flexible.Los científicos probaron el nuevo material y quedaron sorprendidos: las nanopartículas no sólo confieren mayor

elasticidad al material de fibras de vidrio, sino que hacen también que los bastoncillos de prueba vibren menos.

"Ahora intentaremos acercarnos aún más al modelo natural". Quieren empacar las fibras de vidrio en varias envolturas de nanopartículas cuya rigidez decrezca hacia afuera, para

obtener una transición paulatina de las fibras a la resina. Los investigadores esperan que el material atenúe mejor las vibraciones.

Si tuvieran éxito, la utilización de compuestos de fibras podría llegar a ser mucho más económica, dice Milwich. "En la construcción de aviones, las vibraciones se atenúan mediante láminas adicionales", continúa diciendo el inge-

niero. "Si el propio compuesto suprimiera las vibraciones, esto ya no sería necesario".Así, los ingenieros vuelven a descubrir la madera no sólo como material, sino sobre todo como fuente de ideas.

VIGENTES 31,053 BECAS

EN MÉXICO Y EN EL EXTRANJERO

En este primer eje que comentamos, yo diría, con cifras de fines del año pasado, que estaban vigentes 31 mil 53 becas de posgrado, entre nacionales y en el extranjero –porque recordemos que el CONACYT otorga becas nacionales y para el extranjero; de estas 31 mil 53 becas, el 91.1 por ciento eran en instituciones nacionales, y 8.9 por ciento son becas para el extranjero.

Ahora, si nos vamos por nivel de estudios: especiali-dad, maestría, doctorado, de estas 31 mil 53 becas, el 39.6 por ciento son para doctorado; 58.7 por ciento, para maes-tría; 1.4 por ciento para especialidad, y .3 por ciento, para otros.

De las becas al extranjero, la distribución se presenta de esta manera: en Europa, el 62.5 por ciento; Estados Uni-dos y Canadá, 32 por ciento; Oceanía, 2.8 por ciento; Asia, 1.7 por ciento, y América Latina, uno por ciento; si se quie-

re saber de cifras absolutas, diría que de dos mil 762

becarios en el extranjero, son mil 726 en Europa, 884 en

Estados Unidos y Canadá, 76 en Oceanía, 48 en Asia y

28 en América Latina. Ahora bien, ¿cómo operan las becas nacionales? Lo que el CONACYT hace en coordinación con la SEP, es evaluar los posgrados que así lo requieren, y una vez que se acreditan como posgrados de excelencia, el CONACYT deja la prerrogativa a la institución de seleccio-nar a sus becarios, partiendo del hecho de que el posgrado ya fue evaluado en términos de varios factores; entre ellos, su profesorado, su infraestructura, sus vinculaciones, sus alianzas. Hay una serie de posgrados que se deben anali-zar para que un posgrado se considere de excelencia, pero una vez que esto se logra, se deja la prerrogativa, insisto, a esa institución, de seleccionar a sus becarios.

Los apoyos del CONACYT tienen dos premisas: tienen que ser por convocatoria, por concurso necesariamente, o por evaluación de pares. Y es que el CONACYT se apoya en grupos de expertos calificados para este efecto. Para que se otorgue un apoyo, debe ser por evaluación de pares y debe ser también por concurso. Esto se aplica también para las becas.

TRES VECES MÁS CARAS

LAS BECAS AL EXTRANJERO

Las becas que se otorgan para el extranjero son hasta tres veces más caras que las becas que se otorgan para el país; pero es entendible que hay que otorgas becas para el ex-tranjero, porque hay áreas del conocimiento que quizá es-tán más fortalecidas en otra instancia, y México se benefi-cia formando recursos humanos; pero también el becario que aspira a una beca para el extranjero, debe, entre otros requisitos, justificar por qué se quiere ir al extranjero, y primero tiene que dejar claro ante los comités que conoce que hay un padrón nacional y que, aun conociéndolo y analizándolo, no encuentra el posgrado que quiere hacer en el extranjero.

En los casos de becas para el extranjero, el proceso

de evaluación sí lo llevan a cabo comités de expertos

establecidos por el CONACYT. Un punto muy impor-

tante es también el establecer cómo ese becario va a

contribuir a su entorno cuando se reintegre al país.

En este sentido, el CONACYT promueve dos aspectos im-portantes:

1.- Que el individuo pueda tener experiencia práctica antes de irse al posgrado. Sería deseable que, al egresar de licenciatura, tenga alguna experiencia en alguna empresa, en alguna instancia, y después continuar con el posgrado.

2.- Que la persona que se va a ir al extranjero tenga muy claro, muy preciso, que la línea de investigación que va a realizar sea congruente con el entorno al cual va a re-gresar, de tal manera que no solamente sea del interés de la institución receptora, sino que sea también de beneficio para nuestro país cuando este individuo se forme en áreas prioritarias.

De los países a que se van nuestros becarios, el orden descendente es el siguiente: Gran Bretaña, Estados Unidos, España, Alemania, Canadá, Francia, Holanda, Australia, Japón y Argentina. Hay otros 22 países.

Decía que en el país tenemos 1,304 posgrados acredi-tados por la SEP y el CONACYT en el Programa Nacional de Posgrados de Calidad, y por tanto, el individuo que sea aceptado en estos posgrados es elegible para una beca na-cional.

En el año dos mil había 405 posgrados; ahora hay 1,304. Se han ido fortaleciendo los aspectos necesarios para tener un posgrado de calidad, y es bueno que el país cuente con esta presencia.

En el país hay 1,304 posgrados en los siguientes

niveles:

Doctorados 396

Maestrías 742

Especialidades 166

Es importante mencionar que los posgrados del padrón de calidad tienen diferentes modalidades. Anteriormente, en el caso de instituciones con posgrados en ciernes no podían dar el dato respecto de eficiencia terminal.

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CONOCIMIENTO16 CONOCIMIENTO 73Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

Los investigadores del Max-Planck-Institut für Kollo-idund Grenzflächenforschung (Instituto Max Planck para la Investigación de Coloides y Superficies Límite) y de la empresa estadounidense Bell Laboratories están aprovechando ahora esta ventaja. Han desarrollado un material activo que sólo toma de la naturaleza el principio básico: un componente rígido y uno suave unidos fija-mente entre sí. Para la parte rígida, los científicos eligieron bastoncillos de silicio mil veces más finos que un cabello humano y de sólo unas pocas milésimas de milímetro de largo. El componente flexible recuerda al gel de los mús-culos vegetales. Está formado por un entramado de fibras de plástico que pueden absorber agua. Los científicos lo denominan hidrogel.

La humedad confiere fuerza a los músculos artificiales. Los nano-bastoncillos que se encuentran inclinados en un hidrogel seco (izquierda), se empinan cuando el agua hace que el gel se hinche. Las garras de la derecha también funcionan según este principio. Ilustración: Instituto Max Planck para la Investigación de Coloides y Superficies Límite.

COMO TALLOS DE CARRIZO EN EL AGUA

Al igual que el gel natural se hincha mucho cuando se llena de agua, los investigadores reparten el hidrogel húmedo sobre una base de vidrio y forman con él una película de pocas milésimas de milímetro de grosor. En el gel insertan bastoncillos de silicio, de manera que queden erguidos en el agua, como tallos de carrizo. A continuación, calien-tan un poco la muestra para que los bastoncillos se unan químicamente al hidrogel y queden anclados fijamente.

Cuando el gel se seca y se retrae, los nano-bastoncillos de silicio se colocan en posición horizontal. De esa manera reducen la distancia entre unos y otros y ceden a la trac-ción del hidrogel que se encoge. Los investigadores han

observado que se forman superficies en las que todos los bastoncillos están

en disposición paralela, de forma parecida a un campo de trigo después de

una lluvia intensa. "Cuando se aplica la película de hidrogel con un grosor

menor, todos los nano-bastoncillos caen en la misma dirección", dice Fratzl.

Los investigadores controlan en una cámara húmeda el contenido de agua del hidrogel y, con ello, el ángulo de caída de los bastoncillos de silicio. Los bastoncillos se vuelven a empinar cada vez que se restablece la humedad de aire original. Esto es muy importante para una aplicación técnica, pues el nuevo material sólo podrá realizar algún trabajo si se puede invertir el movimiento; de lo contrario, sería como una rueda dentada atascada.

Una vez que su primer material activo funcionó, el equipo de investigadores fue un paso más allá del principio natural. Se preguntaron qué es lo que ocurre cuando se doblan los bastoncillos de silicio. Para averiguarlo, formaron una es-pecie de césped de nano-bastoncillos, cuyos tallos estaban unidos fijamente a una placa de silicio. Entre los bastoncillos distribuyeron una capa fina de hidro-gel, de la que sobresalía aproximadamente la mitad de la longitud de los nano-bastoncillos.

Cuando el gel se seca ocurre algo parecido a lo que sucede en una película de agua fina sobre una base plana: para reducir su superficie, el gel forma gotas. Las gotas emergen siempre entre cuatro bastoncillos de silicio. Cuando el gel se seca aún más, las perlas de gel se encogen y doblan los cuatro bastoncillos de silicio acercándolos unos a otros, como si de los dedos de una garra se tratara. Esa garra microscópica también se puede volver a abrir de la misma manera en que se vuelven a empinar los nano-bastoncillos caídos, suspendidos en el gel.

"Los patrones de movimiento tan complejos como éstos no se pueden rea-lizar con los músculos artificiales desarrollados hasta ahora, en los que unas piezas de plástico se mueven mediante campos eléctricos y magnéticos", es-cribieron los investigadores en enero de 2007 en la revista científica Science.

NUEVO COMPUESTO DE FIBRAS

Los investigadores de Golm quieren aprovechar ahora una función totalmente diferente de las células vegetales similares a músculos, que podría ser útil para la construcción de aviones o de bicicletas. Los científicos del Instituto Max Planck construyeron, junto con el Institut für Textil- und Faserforschung (Instituto para la Investigación de los Textiles y las Fibras) de Denkendorf, cerca de Stuttgart, y la Universidad de Friburgo, un nuevo compuesto de fibras más resistente y menos propenso a las roturas que los materiales de ese tipo producidos hasta ahora.

Los compuestos de fibras tienen ya ahora mucho en común con su modelo

vegetal: las fibras rígidas de vidrio, carbono y cerámica están alojadas en un

plástico suave. Las fibras confieren al material su resistencia, y el plástico lo

hace maleable. El resultado es un material ligero y, al mismo tiempo, resis-

tente. El nuevo Boeing 787, por ejemplo, se construye con un compuesto de

fibras de carbono de este tipo.

Inspirado por la naturaleza: Peter Fratzl explica el funcionamiento de las máquinas vegetales y por qué los biomateriales son tan estables, y construye nuevos materiales según estos principios. Ilustración: Instituto Max Planck para la Investigación de Coloides y Superficies Límite.

OPCIONES DE POSGRADO

El padrón nacional de posgrados está clasificado en cuatro opciones:

1.- De reciente creación. No tiene egresados todavía, pero cuenta con buena estructura, buen profesorado; tienen publicaciones…

2.- Posgrados en desarrollo, que ya pasaron a la si-guiente etapa, se están fortaleciendo.

3.- Posgrados consolidados.

4.- Posgrados de competencia internacional, y desde luego desearíamos que todos los posgrados en nuestro país fueran de competencia internacional, no sólo porque nos permita sostener relaciones muy fuertes en el extran-jero, sino porque también es una buena opción para nue-stro país de convertirse en un mercado importante para que vengan estudiantes de otros países.

SISTEMA NACIONAL DE INVESTIGADORES

Otro indicador que quisiera mencionar respecto de lo que se hace en el CONACYT para apuntalar la formación de re-cursos humanos es el Sistema Nacional de Investigadores (SNI). En la actualidad tenemos poco más de 17 mil miem-bros del SNI.

Hay cuatro niveles para este tipo de investigadores:

1.- Candidato. Generalmente se trata de personas que acaban de obtener el doctorado, acaban de regresar del doctorado y tienen sus primeras publicaciones. Consti-

tuyen el 19 por ciento de los miembros del SNI.

2.- Nivel I. Se trata de investigadores jóvenes, que se están estableciendo como tales y que van cubriendo los

requisitos para ser aceptados en este nivel. Constituyen

el 54 por ciento.

3.- Nivel II. Constituyen el 18 por ciento.

4.- Nivel III. Constituyen el 9 por ciento.

INCENTIVO ECONÓMICO

Esto tiene que ver con la remuneración. Hay un incentivo económico que se les otorga. A los candidatos, el equiva-lente a cuatro salarios mínimos; a los de nivel I, siete sala-rios mínimos; a los de nivel II, nueve, y a los de nivel III, 14 salarios mínimos. Es un incentivo interesante, porque puede complementar el salario de un investigador. Nuevo León ha incrementado su presencia nacional en este as-pecto, y en la actualidad tiene 609 investigadores en el SNI.

Quisiera dejar unas reflexiones. El tema de ciencia y

tecnología no siempre es muy reconocido por la socie-

dad, porque se trata de indicadores de mediano y largo

plazo. A veces, decir que el Estado de Nuevo León creció

–por ejemplo- de 500 miembros del SNI a 609, podría no

ser tomado muy en cuenta. Pero, para que un individuo ingrese al SNI, un primer requisito es que tenga doctorado, y fácilmente le lleva unos cinco años el establecer su línea de investigación: en lo que regresa, en lo que empieza a buscar financiamiento para proyectos, en lo que empieza a fortalecer su infraestructura para su investigación; en lo que empieza a formar otros recursos humanos, y que le cuenten para esta clasificación, vemos que es un ejercicio largo. Formar a alguien con maestría tarda de dos a tres años; a un doctor, de tres a cuatro años. Ya vemos, pues, que los indicadores son a mediano y largo plazo.

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CONOCIMIENTO74 CONOCIMIENTO 15Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

PATALEAR AL RITMO

DEL DÍA Y DE LA NOCHE

Y eso a pesar de que cada una de las miles de millones de células de madera se alarga o se acorta sólo en unas pocas milésimas de milímetro. Los investiga-dores de Golm han captado estos cambios diminutos con una cámara de vídeo de alta resolución. Los científicos quieren investigar ahora las células con mayor exactitud. "Queremos saber cómo cambian las fibras de celulosa cuando expan-dimos las células de madera", dice Burgert. "Los módulos mediante los cuales la naturaleza confecciona sus tejidos son moléculas individuales. Nos interesa la relación entre las características mecánicas, tales como la elasticidad o la resis-tencia a la flexión, y la estructura molecular del tejido".

Para determinarla, los científicos han construido una especie de banco de

estiramiento al que pueden fijar células individuales. Mientras expanden allí

las células de madera, los investigadores las irradian también con luz láser. La

luz dispersa les indica la forma en que cambian las cadenas de moléculas bajo

la carga. Además, miden la rigidez de las partes de las plantas con un equipo de medición de ultrasonidos. Y determinan la orientación de las fibras de celulosa mediante la dispersión de rayos X.

LOS GRANOS DE TRIGO

Rivka Elbaum también se ha servido de los rayos X para investigar otra muestra de fuerza de la naturaleza, cuya fuente es la humedad del aire, que disminuye durante el día y vuelve a aumentar por la noche. Esta becaria Humboldt ha acla-rado en el instituto de Golm la forma en que los granos del trigo silvestre se introducen en el suelo. Las dos prolongaciones en forma de antena de los granos de trigo, denominadas aristas, patalean durante el proceso como las ancas de una rana, aunque mucho más lentamente; a saber, al ritmo de la noche húmeda y del día seco.

Las aristas disponen un poco más arriba del grano de una especie de ar-ticulación compuesta de células similares a las de los músculos de madera. Las fibras de celulosa de las células del lado interior de la articulación están or-denadas paralelamente a la arista, mientras que en el lado exterior forman un entramado desordenado. Cuando la humedad aumenta por la noche, la arista se llena de agua. Así, el bulto de fibras de celulosa ordenadas se hincha, pero no se alarga. El bulto desordenado, en cambio, se expande en todas las direcciones, también a lo largo de las aristas. El lado exterior de la arista se estira de esta manera, y la arista se empina. Ambas prolongaciones se encuentran entonces muy cerca la una de la otra.

Una semilla se entierra: la disposición de las fibras de celulosa en sus aristas –arriba se ve una sección transversal en la que se reconocen dos áreas desordenadas– se encarga de que las antenas pataleen cuando la humedad del aire cambia. Gracias a los ganchos, el grano se entierra en el suelo. Ilustración: Instituto Max Planck para la Investigación de Coloides y Superficies Límite.

Durante el día ocurre lo contrario: las antenas se do-blan y se separan. Pero el pataleo al ritmo del día y de la noche no basta para que el grano de trigo pueda ente-rrarse en el suelo. Las aristas tienen, además, diminutas fibras de vidrio similares a agujas, que se ramifican en la dirección opuesta al grano de trigo. Las agujas funcio-nan como ganchos, algo que se puede percibir claramente: pasando el dedo sobre el grano en la dirección opuesta a él, las aristas se perciben como si fueran flexibles.

Pasando el dedo sobre ellas en dirección al grano, se siente la resistencia de las fibras. Las agujas proporcionan a las aristas estabilidad en el suelo. Cuando las antenas se separan durante el día, los ganchos se introducen un poco más en la tierra. Y cuando las aristas se estiran durante la noche, las finas fibras de vidrio se enganchan en la tierra, de manera que la semilla pueda enterrarse un poco más en el suelo, en vez de deslizarse hacia afuera. Al día siguiente las aristas vuelven a doblarse y a separarse para volver a tensar el taladro integrado del grano de trigo.

"El principio en el que se basan las células de madera parecidas a músculos y las aristas móviles es el mismo", dice Fratzl. "Las células están formadas por un compo-nente rígido inflexible alojado en un gel elástico. Ambos componentes están unidos fijamente entre sí". Cuando el gel se seca y se encoge, se crea una tensión en la unión, como en una red de fibras de goma que se retraen. "Esa tensión almacena energía y puede, por tanto, realizar un esfuerzo", explica el físico.

Los técnicos pueden formar materiales activos a

base de diferentes componentes rígidos y flexibles. Es-

tos nuevos compuestos son totalmente diferentes a los

músculos y motores artificiales creados hasta ahora.

"El material y el motor son lo mismo", dice Fratzl. No se trata de una máquina compuesta de piezas individuales. Además, el material activo trabaja independientemente; no es necesario controlarlo.

"Al igual que en las aristas, la propulsión se podría orientar por el ciclo de humedad diario", añade Fratzl. "El trabajo no se podría solicitar discrecionalmente, pero tam-poco costaría nada". Fratzl se puede imaginar que un día los materiales activos sean utilizados para hacer que las celdas solares sigan el movimiento del sol durante el día en forma muy similar a aquella en que trabajan los mus-culos de madera o las aristas.

DISPONIBILIDAD DE MATERIAS PRIMAS

Esos músculos artificiales estarían construidos según un principio similar al de los modelos vegetales naturales, pero podrían estar hechos de un material totalmente diferente. Incluso debería ser así, opina Fratzl: las plantas y los animales debieron conformarse en el transcurso de la evolución con muy pocas materias primas y adaptarse a las condiciones medioambientales imperantes. "La natu-raleza no puede fabricar, por ejemplo, aleaciones de metal, porque para ello se requieren frecuentemente mil grados centígrados", dice el físico. En cambio, los ingenieros dis-ponen de muchas más materias primas que un abeto en una árida ladera.

LA DIFUSIÓN, FUNDAMENTAL

Por otro lado, la difusión de la ciencia y la tecnología es un área sumamente importante, que CONACYT reconoce. Es lo que algunas personas llaman la apropiación social de la ciencia; que la gente reconozca y que, además, se beneficie de los resultados de la ciencia y la tecnología.

También es muy importante señalar que en la actuali-

dad, los investigadores ya no se concentran en la zona

metropolitana del Distrito Federal, sino que ya están

también en los estados, y muchos de éstos fortalecidos,

como es el caso de Nuevo León, pero también se han ido fortaleciendo Coahuila, Chihuahua y otras entidades del país. El SNI es un indicador importante de la masa crítica que tiene el país.

Otro tema que quisiera comentar es algo que el CO-NACYT promueve es el hecho de que se den las sinergias; que no trabajemos aislados. Esto es un aspecto funda-mental para tratar de contribuir a la reducción de las asi-metrías; que estados incipientes en ciencia y tecnología se fortalezcan como otros que ya lo han hecho, y que éstos a su vez vayan más allá. Necesitamos formar redes de co-laboración, sinergias, y el CONACYT tiene un programa de alianzas y redes en investigación y desarrollo tecnológico en el ámbito nacional, e incluso internacional.

REDES EN INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO

Cuenta con alrededor de veinte redes, en temas tan im-portantes como el agua, el código de barras de la vida (la genética); de complejidad, ciencia y sociedad; física de al-tas energías, de fuentes de energía, y así otros temas que tienen gran repercusión científica y tecnológica, como el caso de la innovación, las nanociencia y la tecnología, te-mas relevantes.

Así como consideramos que México tiene que establecer sinergias, alianzas para crecer en temas importantes para el país, también es importante que haya grupos que in-

cursionen en temas de importancia internacional, como

nanotecnología, nuevos materiales, nuevas tendencias

de la medicina, alimentos, tecnologías de información,

etcétera, pero reconociendo que todos son importantes:

los temas sociales, los humanísticos, los tecnológicos,

los ingenieriles, y éstos son ejemplos. Tenemos incluso una red que se denomina “Sociedad Civil y Calidad de la Democracia, para dar una idea de los temas que se pueden manejar.

El CONACYT recibe un presupuesto anual, el cual destina a sus proyectos sustantivos: becas -un programa muy conocido- para el país y para el extranjero; remunera-ciones que otorga el Sistema Nacional de Investigadores. Hay otros temas de desarrollo regional, a través de grupos de las propias regiones. El CONACYT se ha acercado a las dependencias fede-rales, como la Secretaría de Educación Pública, la Secretaría de Salud, Secretaría de Desarrollo Económico, me-diante aportaciones conjuntas en igualdad de condiciones, para atender temáticas del sector correspondiente. No que el CONACYT realice. El CONACYT es un aliado con el re-curso y con los mecanismos de valuación, pero quien esta-blece las prioridades son los sectores.

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CONOCIMIENTO14 CONOCIMIENTO 75Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

MÚSCULO ARTIFICIAL

Con base en estos conocimientos, los investigadores han desarrollado un músculo artificial que convierte los cam-bios en la humedad del aire en movimiento. Este descu-brimiento no fue una casualidad.

Los científicos de Golm buscan sistemáticamente

inventos de la naturaleza, ayudas que sirvan a los téc-

nicos como base para crear nuevas propulsiones, vál-

vulas microscópicas o materiales ligeros y, no obstante,

robustos. Para esta búsqueda los científicos despliegan un arsenal de equipos de laboratorio y métodos de cálculo matemáticos, pues la naturaleza no muestra sus secretos fácilmente. Según Peter Fratzl, resulta tan difícil copiar los inventos de la naturaleza, porque la estructura de los or-ganismos es muy compleja.

Para ilustrarlo, toma como ejemplo los robots: "Su marcha era antes muy rígida y parecía un poco torpe", nos dice. "Los muslos y articulaciones rígidos no bastan para copiar el caminar ágil de los seres humanos".

Esto se consigue sólo mediante la compleja interacción de huesos rígidos con músculos y tendones elásticos. "Los técnicos tuvieron que comprender primero el papel que desempeñan los diferentes componentes del aparato lo-comotor antes de poder construir un robot que caminase como una persona".

La simple copia casi nunca es posible, también por otros motivos. "Desde la perspectiva de los ingenieros, la naturaleza no ofrece siempre la mejor solución", dice Fratzl.

Por ejemplo, a un ingeniero se le podría ocurrir copiar un hueso para obtener así un material robusto y a la vez ligero.

Pero los huesos no son sólo los pilares portantes del cuerpo, sino que almacenan también sus iones y albergan la médula ósea.

"El mismo tejido biológico puede tener diferentes funciones", agrega Fratzl. Los huesos, los músculos y las ramas son polifacéticos, la respuesta a una cantidad in-numerable de problemas con los que se vio confrontado el organismo durante la evolución.

"Nosotros no sabemos a qué condiciones medioam-bientales tuvo que adaptarse un tejido durante su evolu-ción", señala Fratzl.

El bioingeniero holandés Rik Huiskes resume el pro-blema de la siguiente forma: "Si los huesos son la respues-ta, ¿cuál es la pregunta?"

EL AGUA DA FUERZA A LOS MÚSCULOS DE MADERA

Los investigadores todavía no saben qué tareas son las que el tejido realiza mejor y cuáles, por así decirlo, podrían considerarse secundarias. Para averiguarlo, los científicos del Instituto Max Planck de Golm estudian partes de plan-tas, células o huesos, bajo las condiciones imperantes en la naturaleza.

"Intentamos dejar al descubierto el núcleo principal de las funciones individuales del tejido", dice Fratzl.

Los ingenieros pueden modificar entonces esos prin-cipios funcionales de manera que la solución técnica cum-pla su finalidad de la mejor forma posible.

Aquí se puede aprender algo: Ingo Burgert estudia el mecanismo por el que se abren las piñas. Foto: Norbert Michalke.

ESPONJA DE HEMICELULOSA

Los científicos tienen ya una pista del principio funcional de los músculos de madera. La envoltura de las células de madera tubulares puede absorber agua como una esponja. Esto es posible gracias a un entramado poroso de hemicelu-losa, una macromolécula similar a la celulosa.

Esta esponja de hemicelulosa es atravesada por fibras de celulosa, que pare-cen los cables portantes de un puente colgante. Esos hilos son cien mil veces más finos que un cabello humano, pero extremadamente rígidos, y pueden soportar grandes cargas sin expandirse. Son unas cien veces más rígidos que la esponja que los rodea y con la que están firmemente unidos.

Cuando la esponja de hemicelulosa absorbe agua, se hincha. Las fibras de celulosa, en cambio, no absorben agua. La orientación de las fibras de celulosa decide entonces si la célula de madera se estira o se encoge.

Dado que las fibras de celulosa húmedas no se expanden, la célula de

madera sólo se puede expandir verticalmente con respecto a ellas.

Esto significa que si las fibras están en posición transversal respecto a la

rama, las células de madera se expanden en la dirección longitudinal de la

rama.

En cambio, cuando las fibras transcurren casi paralelamente a la rama, ocurre otra cosa: "A pesar de que la célula en total se hincha, se contrae en la dirección de la rama", dice Ingo Burgert, uno de los científicos del departamento de Peter Fratzl. Las fibras de celulosa húmedas se tuercen y se acortan.

Esto es, las células con este tipo de fibras pueden tirar de la rama. "Cuando aumenta la carga que debe soportar una rama, se forman en el lado superior células que tiran de ella y en el lado inferior células que la empujan", explica Burgert.

FUERZA DE TRACCIÓN O DE EMPUJE

El árbol vivo abastece a las células siempre con suficiente agua para que puedan mantener su fuerza de tracción o de empuje. Las ramas muertas absorben, en cambio, humedad del aire. Los seres humanos utilizan este hecho desde tiem-pos inmemoriales para pronosticar el tiempo: para hacerlo, clavan una rama del grosor de un dedo en una tabla. Unos pocos centímetros sobre su extremo tallan la palabra lluvia en la tabla; un poco más abajo, la palabra sol.

Cuando la humedad del aire aumenta y anuncia lluvia, las paredes de

las células de madera se llenan de agua. Las células de la parte inferior de la

pequeña rama se expanden, mientras que las de la parte superior se retraen.

Como consecuencia, la rama se dobla varios centímetros hacia arriba.

FONDOS SECTORIALES

De esa manera nace lo que se conoce como fondos secto-riales, ya constituidos, que van desde alianzas con la SEP, la SSA, SAGARPA, SEMARNAT, CFE, Secretaría de Marina, Comisión Nacional del Agua, Inmujeres, para dar unos ejemplos de estas alianzas de CONACYT con instancias del gobierno federal, para atender temas de importancia federal.

El fondo SEP-CONACYT es básicamente por oferta, pero hay otros fondos que son más bien por demanda, en que se convoca a la comunidad científica a presentar proyectos que atiendan los efectos catalíticos en las po-blaciones microbianas, en fin… por dar un ejemplo de un tema relevante, y que va a generar conocimiento de fron-tera. En todos los fondos sectoriales se ha dado apoyo a muchos proyectos. Cifras de 2002 a 2010 indican que se

han aprobado siete mil 205 proyectos, y se han aportado

nueve mil 362 millones de pesos.

FONDOS MIXTOS

Este mismo razonamiento lo ha seguido el CONACYT con los estados, y se ha acercado a los gobernadores, tam-bién para inversiones conjuntas, por partes iguales, para atender prioridades del Estado; que sea el Estado el que las establezca, y de esa manera nacieron los Fondos Mix-tos, de los cuales ya comentamos, hay 34: uno por cada entidad, y dos municipales.

En este sentido, se atiende el punto relativo a mayor financiamiento para ciencia y tecnología, que es lo que se pretende con estas estrategias: que concurran las ins-tancias, tanto del gobierno federal como de los gobiernos estatales, así como de los municipios, y que concurran i-gualmente los mismos usuarios de organizaciones, de las empresas.

Los Fondos Mixtos, una vez que se puso el peso a peso: del Estado y del CONACYT, del municipio y del CONACYT, podría hacerse la pregunta respecto de qué tipo de proyec-to se puede atender, y para generalizar, hay que decir que se trata de cinco modalidades:A.- Investigación aplicada.

B.- Desarrollo tecnológico.

C.- Creación y Consolidación de Grupos y Redes de In-

vestigación.

D.- Creación y Fortalecimiento de Infraestructura.

E.- Difusión y Divulgación.

Todos estos puntos son importantes, pero el último es transversal a los cuatro primeros; se trata de que quien hace una investigación dé a conocer cuál fue el producto: un desarrollo tecnológico, generación de una patente, un derecho industrial, algún sistema de capacitación en las zonas rurales, un nuevo centro de investigación en zonas alejadas… qué tipo de beneficios se otorgaron.

LA DIVULGACIÓN

La divulgación está considerada como una alternativa im-portante para financiar en los Fondos Mixtos, y Nuevo

León tiene un Fondo Mixto muy fuerte, muy bien con-

solidado, con una gran coinversión, y hay que reconocer

al gobierno del Estado la iniciativa que ha tenido para

ser constante; y hay otra característica que resaltaría

que se ha da en Nuevo León y afortunadamente también

en otros fondos: esta coinversión para llevar a cabo más

actividades científicas y tecnológicas, así como el reto

de aplicar los recursos; que una vez que se tengan, se convoque, se emitan, se tengan proyectos terminados, se obtengan beneficios.

Nuevo León, lo mismo que otros estados, ha ido avan-zando en el tema de que el dinero invertido dé resultados tangibles en un mediano plazo, para tener una evidencia de por qué se debe invertir más en ciencia y tecnología.

En el ámbito nacional, en el caso de las modalidades que acabo de mencionar, se han obtenido los siguientes resultados:

En el plazo de 2002 a 2010 se han invertido cinco mil

26 millones de pesos y se han aprobado cuatro mil 373

proyectos. De estos cuatro mil 373, por modalidad se

han aprobado los siguientes proyectos:

A.- 2,474

B.- 1,035

C.-262

D.-230

E.-361

Hay once proyectos aprobados, que han tenido una in-terfase con más de una modalidad.

En el caso de Nuevo León, a la fecha se han aprobado

177 proyectos, y por modalidad, los siguientes:

A.-15

B.-107

C.-13

D.-38

E.- 4

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CONOCIMIENTO76 CONOCIMIENTO 13Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

la madera, nueva fuente de ideas

Christian Meier

la fuerza no depende sólo de la masa muscular. Lo demues-tran los árboles, que elevan sus ramas, o los granos de trigo silvestre, que se entierran por sí solos en el suelo. Peter Fratzl

y sus colaboradores del Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenz-flächenforschung (Instituto Max Planck para la Investigación de Coloides y Superficies Límite) estudian los materiales que permiten a las plantas realizar estos esfuerzos, y con base en los principios que descubren, construyen músculos sintéticos y materiales espe-cialmente rígidos.

Para estudiar las estructuras diminutas de los materiales naturales, Ingo Burgert y su colaboradora, Antje Reinecke, los examinan con un poderoso aparato: un microscopio electrónico de barrido medioambiental. Foto: Norbert Michalke.

muestran sus músculoslos árboles

Los árboles no tienen músculos, al menos no de carne y sangre. Y, no obstante, levantan su propio peso y crecen en dirección al cielo. "Cuando una ramita se convierte en rama, crecen células de

madera similares a músculos, para soportar el peso en aumento", dice Peter Fratzl, director del Departamento de Biomateriales del Instituto Max Planck para la Investigación de Coloides y Superficies Límite, de Golm, cerca de Potsdam. Los músculos de madera doblan hacia arriba, verticalmente, el tronco de un abeto que crece en una ladera. "Ahora comprendemos cómo hacen esto los árboles", dice el físico.

Las convocatorias de los fondos sectoriales y los insti-tucionales, pero también las de los Fondos Mixtos son de alcance nacional. Es decir, a una convocatoria específica que emita un Estado, pueden responder instituciones de investigación o de otra índole de cualquier parte del país, siempre y cuando se responda a la demanda específica.

La prioridad de los fondos es resolver problemas, y ¿quién lo va a hacer? La mejor propuesta, sea de donde sea. Esto es importante, porque nosotros, en los esfuerzos de divulgación que hacemos, les recordamos a los inte-resados, típicamente académicos, empresarios u otros in-teresados en presentar propuestas, que no se concentren al Fondo Mixto de su entidad, y nosotros continuamente enviamos información de las diferentes convocatorias que se presentan.

ESTÍMULOS A LA INNOVACIÓN

Quisiera terminar con la mención de un programa que se llama Estímulos a la Innovación, que también es de in-terés, porque va dirigido a las empresas. A esta convoca-toria no se espera que quien responda sea una institución académica o centro de investigación, sino una empresa, con el ánimo de lograr un desarrollo tecnológico para un beneficio social-económico en el país.

Este tema fomenta el desarrollo de nuevas tecnologías, nuevos procesos, nuevos productos, con la participación de las empresas; sin embargo, se fomenta que, aunque la propuesta sea presentada por una empresa, venga en alianza, en sinergia con alguna institución académica. Son mejor evaluadas y mejor apoyadas las que vienen con vin-culación, y Nuevo León, otra vez, fue, en el año 2009, uno de los estados cuyas instituciones estuvieron más vincula-das en los proyectos recibidos.

Las dos instituciones más vinculadas fueron la Uni-

versidad Autónoma de Nuevo León y el Tecnológico

de Monterrey. Y es que necesitamos fomentar la vincu-

lación en la atención a programas que vayan en función

del beneficio social y económico.

Este programa tiene tres modalidades: Innovatec, Innovapyme y Proinnova. En 2009, en Innovatec, se re-cibieron solicitudes por 1,155 millones de pesos, y se otorgaron 931 millones, y para 2010, 693 millones; para Innovapryme, en 2009, 465 millones, y en 2010, 693 mi-llones; en Proinnova, en 2009, 260 millones, y en 2010, 993 millones.

AGENDA NACIONAL

EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA

En conclusión, el CONACYT es una instancia cuya activi-dad consiste en llevar a cabo la conducción de la Agenda Nacional en Ciencia y Tecnología; es una agenda que sólo puede cumplir estableciendo alianzas con las diferentes instancias del país, en los ámbitos nacional y estatal, y en esta actividad, para poder promocionar sus programas y que éstos lleguen a los usuarios, establecemos alianzas con las instancias en los estados, que son los que permiten la canalización de los recursos.

CONACYT tiene una serie de indicadores, algunos de

los cuales ya hemos mencionado: formación de recursos

humanos, Sistema Nacional de Investigadores, fortale-

cimiento de la infraestructura, becas nacionales y al ex-

tranjero, promoción de los recursos para el desarrollo

científico y tecnológico, también en el sector privado;

y un tema transversal a todo esto, y como tema funda-

mental, la divulgación de la ciencia y la tecnología.

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CONOCIMIENTO12 CONOCIMIENTO 77Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

Gracias a la reputación internacional de Max Planck, la estructura de la institución fue mantenida, y en 1948 se restableció como la Sociedad Max Planck. En ese tiempo, comprendía 25 institutos y centros de inves-tigación. En 1949, antes de que fuera establecida la República Federal de Alemania, los estados federales garantizaron el financiamiento sostenido de la institución.

CONTINUIDAD Y TRADICIÓN DE DESARROLLO

En los primeros años, las actividades estaban basadas particularmente en dos principios: el enfoque principalmente era exclusivamente en in-vestigación básica, fuera de toda influencia política o de negocio, y los directores de los institutos eran expresamente requeridos para trabajar bajo los más altos estándares de excelencia científica. Desde entonces, se ha ido cimentando la práctica de colaborar con instituciones de fuera de Alemania. En este tenor, en 1959 se hizo contacto con el Instituto Weiz-mann en Rehovot, Israel, y para 1974 se estableció una asociación con la Academia China de las Ciencias, lo que marcó un hito en este aspecto.

1959

La Sociedad Max Planck y el Instituto Científico Weizmann firmaron un acuerdo de cooperación, incluso antes de que el gobierno alemán y el Estado judío hubieran establecido relaciones diplomáticas.

1969

La Sociedad Max Planck creó los Grupos de Investigación Max Planck, lanzando un concepto de promoción exitoso, que posteriormente sería copiado por diversas instituciones.

1978

En medio de la Guerra Fría y de la Revolución Cultural China, la Sociedad Max Planck y la Academia China de las Ciencias establecieron las bases para las relaciones científicas entre Alemania y China.

1989

Un avance de financiamiento exitoso permitió que la Sociedad Max Planck creara tres nuevos institutos, estableciendo su presencia, por primera vez, con al menos un instituto en todos los estados federales (del oeste).1998

Con el fin de crear un paisaje uniforme, continuando con la unificación de Alemania, la Sociedad Max Planck fundó 18 nuevos institutos en los antiguos estados de Alemania del Este.

Los años sesenta fueron un periodo de progreso sin rival para la So-ciedad Max Planck. Se establecieron nuevos centros de investigación

en materia de biología y bioquímica. También se expandió el espectro

de investigación en los campos de la física y la química, incluyendo la

astronomía. Los investigadores en el área de ciencias sociales y humani-dades han buscado respuestas a preguntas sociopolíticas de actualidad, que se prestan al debate, y establecieron nuevos institutos, incluso algu-nos para sub campos de las ciencias legales y para investigación educa-tiva. Para 1966, el número de institutos de investigación había crecido a 52.

En los setenta y ochenta, la Sociedad Max Planck se concentró en la in-vestigación innovadora e interdisciplinaria en campos prometedores y en el establecimiento de programas específicos, creando oportunidades para que los investigadores jóvenes puedan lanzar su carrera científica inter-nacional. La reunificación de Alemania vino en una oportunidad única para establecer 18 nuevos institutos en el sur de Alemania durante 1998, abriendo la puerta a nuevas y numerosas áreas de investigación.

2001

La Sociedad Max Planck reconoció su responsabilidad histórica. Una comisión independiente analizó la historia de la Sociedad Kaiser Wilhelm durante la época Nacional Socialista.

2008

El Instituto Max Planck en Florida fue establecido como el primer instituto Max Planck en suelo americano. El Premio Nobel Bert Sakmann fue designado director.

SIGLO XXI

Con el advenimiento del siglo XXI, la Sociedad Max Planck está fortaleciendo su actividad institucional en el extran-jero, gracias al trabajo en conjunto de la Academia China de las Ciencias, con su instituto en Shanghai. La Sociedad Max Planck explora nuevas formas para incrementar su flexibilidad financiera.

nuevas aplicaciones médicas de los láseres

Roberto Ulises Cruz A. /

Departamento de Comunicación-

CICESE

Roberto Ulises Cruz A.

¿Puede usted imaginar la aplicación de un láser médico durante un periodo de tiempo tan breve que no dañe por quemadura al tejido circundante? ¿O la utilización de la luz que generan estos láseres como si fuera un bisturí óp-tico, cortar tejido celular y penetrar así en una sola célula para realizar nanocirugías? ¿Y qué tal si nos olvidamos del efecto térmico que provoca un haz de luz para, en su lu-gar, aprovechar la onda de choque que se genera al aplicar un pulso ultracorto de gran intensidad, capaz de desnatu-ralizar las proteínas de la sangre para contener hemorra-gias en vasos sanguíneos, igualito que si las estuviéramos coagulando con calor?

Pues esto es parte del trabajo de investigación en cien-cia básica que realiza el doctor Santiago Camacho López, investigador y actualmente jefe del Departamento de Óp-tica del Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE), quien señala que la medi-cina, entre otras áreas del conocimiento, se ha beneficiado con la existencia y evolución de estos dispositivos.

FALTA MUCHO POR HACER

Si bien las aplicaciones médicas de los láseres surgieron prácticamente desde su invención, esto no quiere decir que todo lo que se puede hacer con ellos ya está hecho. “Cuando nos acercamos a los médicos que los utilizan, nos empezamos a dar cuenta que, desde nuestro punto de vista, como físicos o como ópticos, todavía hay muchas cosas por hacer”, indica el investigador.

Y explica: “Una de mis impresiones -y hasta cierto punto una decepción-, es que los fabricantes de láseres médicos no necesariamente venden los mejores produc-tos en función de la salud de la gente, sino en función de un componente económico muy agresivo. Por ello, una de las motivaciones de nuestro trabajo es mejorar sus aplica-ciones en las clínicas, teniendo como base la salud de las personas”.

ciencia básica para todos

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CONOCIMIENTO78 CONOCIMIENTO 11Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

dades, muchas dentro del campo de la medicina. Muchas de estas ideas e innovaciones tienen aplicaciones comer-ciales, pero llegar allí implica a menudo un proceso muy largo y arduo.

Por ejemplo, fueron necesarios unos 50 años para

que los trabajos de Max Planck y Albert Einstein, en físi-

ca cuántica, tuvieran su aplicación tecnológica en semi-

conductores y el láser, tecnologías que son clave y que

han cambiado nuestras vidas.

Sin embargo, a pesar de que muchos descubrimientos no son puestos en su aplicación práctica después de dé-cadas, la investigación básica es fundamento de la inno-vación económica. Para lograr acelerar la transferencia de investigaciones prometedoras a potenciales tecnologías, se deben reforzar los lazos entre la investigación básica y aplicada. Con este fin, la Sociedad Max Planck ha comenza-do recientemente a ampliar sus proyectos de cooperación con la Sociedad Fraunhofer, en determinados campos, tales como la informática, ciencia de los materiales, nano y la biotecnología y energías renovables, y explícitamente promueve proyectos en la interfaz de la ciencia básica y aplicada de investigación.

A través de la filial Max Planck Innovation GmbH, la Sociedad Max Planck se asegura de que los avances cientí-

ficos se conviertan en éxito económico. La innovación de Max Planck aporta las patentes y tecnologías al mercado, y ayuda a los fundadores en la creación de nuevas empresas basadas en los resultados de la investigación de la Socie-dad Max Planck.

Desde 1979, la empresa de transferencia de tecnología ha contribuido con más de tres mil invenciones y cerró más de mil 700 acuerdos de licencia. En los últimos 20

años, ha asesorado a 86 spin offs y generó unos ingresos

de alrededor de 200 millones de euros para los inven-

tores, así como para los institutos y la Sociedad Max

Planck.

“Yo estaba poseído de un ardiente deseo de sobrevivir a la crisis y de vivir el tiempo suficiente para poder experi-mentar el punto de inflexión, el comienzo de una subida”; escribió el Premio Nobel de Física Max Planck en 1942. Después de la guerra, se dedicó a preservar la Sociedad Wilhelm Kaise.

1948

La Sociedad Max Planck fue fundada en Göttingen, como una organización para conducir investigación básica inter-nacional de alto nivel. El Premio Nobel Otto Hahn fue el primer presidente de la Sociedad.

Pequeñas burbujas hechas en tejido similar al de la sangre, con pulsos láser que duran una mil millonésima de segundo, el tamaño de cada burbuja es de unas 70 milésimas de milímetro.

Doctor Santiago Camacho López, jefe del Departamento de Óptica del CICESE.

COLABORACIÓN CON UNA CLÍNICA DE TIJUANA

Así, agrega que “en el CICESE investigamos sobre los efec-tos que tiene en las células el uso de láseres modernos de pulsos muy cortos (de una mil millonésima de microse-gundo) y de alta intensidad. Los resultados de nuestras

investigaciones tienen impacto en el mejoramiento de

diagnósticos, tratamientos y cirugías en diversas áreas

médicas, principalmente en lesiones vasculares, odon-

tología y oftalmología. Y es en esta área de aplicaciones donde establecimos desde, hace tres años, un convenio de colaboración con la Clínica de Ojos de Tijuana.

“Por ejemplo, en las personas que sufren diabetes, los va-sos sanguíneos de la retina se van cristalizando con el tiem-po y llegan a romperse de una manera muy fácil, lo que genera hemorragias. La sangre empieza a llenar la cavidad ocular y obstruye la visión, por lo que urgentemente se debe detener esa hemorragia. Para lograrlo, basta calentar un poco el punto donde está la fisura en el vaso sanguí-neo; la sangre se coagula por un efecto llamado de foto-coagulación, ‘sellando’ así ese vaso sanguíneo.

“Clínicamente, para producir calor, se utiliza general-mente un láser que emite luz visible para el ojo humano, de color verde, azul o rojo, de manera continua; es decir, un láser de emisión continua en el espectro visible. Sin embargo, estos dispositivos no son los más adecuados en el sentido de que el calor que se acumula ahí de inmediato comienza a propagarse a la periferia, y provoca quemadu-ras de 10 a 20 veces el tamaño de la zona que necesitá-bamos irradiar.

“¿Cómo podemos evitar esto? La respuesta es más o menos sencilla. El hecho de que generemos calor excesivo y éste se extienda mucho más allá de la zona realmente necesaria, es porque utilizamos un láser que se mantiene encendido por mucho tiempo -mucho tiempo quiere decir una milésima de segundo, que equivale a un milisegundo-. Sería suficiente con iluminar esa zona por una millonési-ma de segundo para lograr la coagulación de la sangre donde lo necesitamos, garantizando así mantener el calor confinado en una zona muy pequeña”, indicó.

MODERNOS EQUIPOS

Para ello se pueden utilizar los modernos equipos -de es-tado del arte- que se han instalado en el laboratorio de láseres de pulsos ultracortos del CICESE, los cuales pro-ducen pulsos de luz en el orden de una milésima de mi-crosegundo, y hasta de una mil millonésima de microse-gundo, que prácticamente son libres de calor.

Santiago Camacho dijo que por eso se estableció con-tacto con la Clínica de Ojos de Tijuana, con la que se ha estado trabajando los últimos tres años. Sus profesionis-tas “brindan asesoría desde el punto de vista médico, y nosotros determinamos, desde el punto de vista de la física y la óp-tica, cómo es la interacción de la radiación láser con el tejido biológico”.

Para entender los órdenes de magnitud que se están manejando, Camacho explica: “Los equipos comerciales que usan los cirujanos tienen una especie de obturador que bloquea el haz continuo del láser; cuando se abre, per-mite el paso de luz hasta por una milésima de segundo

(un milisegundo), generando así daño al tejido colateral. Nuestros láseres emiten pulsos que duran una mil millonésima de segundo, es decir, una milésima de ese microsegundo. Con ellos podemos aplicar pulsos láser que son mil veces más cortos del tiempo que necesitaría esta cantidad de calor para empezarse a propagar a la periferia. Y tenemos otro tipo de láser cuya duración es un millón de veces más corto que el que acabo de describir. Éstos se llaman láseres de

femtosegundos y son mil millones de veces más cortos que este microse-

gundo, lo que permite interacciones prácticamente libres de calor”.

¿BISTURÍS ÓPTICOS PARA NANOCIRUGÍAS?

Camacho también comentó sobre otra de las áreas donde ya se está trabajando con cierto éxito. Se trata de procesos de irradiación de células individuales, que se han estudiado gracias a una colaboración que nació hace aproximadamente tres años, con el investigador mexicano Guillermo Aguilar, de la Universidad de California, en Riverside.

Por un lado, explicó, “estamos viendo cuál es el efecto de aplicar estos pul-sos a un cierto volumen de tejido biológico; a una córnea, a un vaso sanguíneo. Pero una de las preguntas más interesantes para cualquier laboratorio que hace investigación en esta área es: ¿qué hace uno de estos pulsos a una sola célula? Si aplicara un láser continuo seguramente la voy a quemar o hasta evaporar. Pero ¿qué pasa si uso un láser con un pulso de femtosegundos? ¿Puedo abrir la

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CONOCIMIENTO10 CONOCIMIENTO 79Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

dencia de investigación en un Instituto Max Planck, para establecer un grupo asociado, con el apoyo de la Sociedad Max Planck. En la actualidad, existen más de 40 grupos de asociados que trabajan en Asia, Europa Oriental y América del Sur. Ellos son puentes importantes para la ciencia ale-mana en el extranjero.

El establecimiento de centros internacionales de Max Planck es un paso más hacia la ampliación del espectro de la Sociedad Max Planck de investigación internacional. En

2005, junto con la Academia China de Ciencias, se esta-

bleció un instituto de “Biología Computacional y Teóri-

ca” en Shanghai. Además, se han previsto otros centros

Max Planck en Argentina, India y Canadá.

En la actualidad, se está creando un Instituto Max Planck de Bioimagen en Florida, bajo el paraguas de la So-ciedad Max Planck, financiado por el Estado de Florida y Palm Beach Country. Hay planes para establecer más insti-tutos Max Planck en Europa.

IMPULSO AL PROGRESO

A TRAVÉS DE LA INTERACCIÓN

Cada vez se producen más avances científicos pioneros en diferentes interfases entre campos dispares. Por ejemplo, la decodificación de genomas completos de organismos diversos no habría sido posible sin la contribución de la informática. Se establece así un enfoque interdisciplinario para pensar y trabajar, así como la interacción global en-tre las instituciones científicas es requisito clave para una investigación exitosa.

En astronomía, los grandes telescopios están siendo financiados conjuntamente por diferentes organizaciones, como investigadores del clima mundial, para la creación de campañas de medición, y diversos tipos de proyectos están siendo integrados por expertos en diferentes disci-plinas. Los institutos Max Planck están involucrados en

más de dos mil proyectos de cooperación, con casi seis

mil socios, en más de cien países.

Los científicos de Max Planck mantienen lazos es-trechos especialmente con las universidades alemanas: el 80 por ciento de los investigadores de Max Planck que hayan obtenido su grado posdoctoral, participan activa-mente en conferencias para la docencia universitaria. Para profundizar aún más esta cooperación fructífera con las universidades, en 2005, la Sociedad Max Planck estableció el programa de Becas de Max Planck. Éste ofrece, a los pro-fesores, la oportunidad de dirigir un grupo de trabajo en un Instituto Max Planck por un período de cinco años.

APLICACIÓN DE DESCUBRIMIENTOS CIENTÍFICOS

Aquéllos que realizan investigación en las fronteras del conocimiento, a menudo terminan en situaciones para las que no existen métodos adecuados, ni procedimientos, ni equipo, o pruebas y análisis establecidos. Es por ello que la necesidad es la madre de la invención y los investigadores a menudo terminan tomando caminos no convencionales.

Al hacerlo, descubrieron nuevos materiales y sus-tancias con propiedades sorprendentes, o tropiezan con prometedores agentes terapéuticos o con el desarrollo de algoritmos de cálculo que abren insospechadas posibili-

Canales hechos con los mismos pulsos láser a 100 milésimas de milímetro por debajo de la superficie de la córnea; el ancho de cada canal es de aproximadamente 150 milésimas de milímetro.

Diferencia en el daño colateral producido en tejido orgánico por un láser que emite un haz de luz de un milisegundo, y uno que lo hace a una milésima de microsegundo.

pared celular sin que la célula se muera? ¿Puedo meterme en ella y realizar una nanocirugía? La respuesta es sí.

“Entonces, en función de investigaciones en ingeniería genética, ésta es una herramienta bien importante, pues el láser funciona como un bisturí óptico. Un

pulso de femtosegundos lo puedo utilizar sin ningún problema como bisturí,

y su precisión es tan fina, que prácticamente puedo cortar, meterme a una

sola célula y, dentro de ella, hacer cortes aún más finos”, detalló.

ONDAS DE CHOQUE CONTROLADAS

Además, existe otro efecto físico muy importante, que puede aprovecharse.Cuando se aplica un pulso ultracorto, que de manera inherente tiene intensidad muy grande, prácticamente no se genera calor, pero sí una especie de micro explosión que, a su vez, provoca una onda de choque que se propaga como una esfera creciente. El desplazamiento de esta onda puede generar presiones de aproximadamente 50 atmósferas en el tejido circundante. Nosotros, a nivel de mar, estamos a una atmósfera de presión; la onda generada es como si se apli-cara 50 veces esa presión. Aquí las preguntas son: ¿Las proteínas en la sangre se van a desnaturalizar debido a la presión súbita que les aplico? ¿En lugar de utilizar un mecanismo térmico para desnaturalizar componentes bioquímicos, puedo hacerlo ejerciendo una presión muy grande en un periodo muy corto? ¿Puedo utilizar ondas de choque para sellar un vaso sanguíneo sin producir daño térmico colateral? Parece ser que la respuesta es sí.

Detalló: “Nuestros experimentos han determinado las presiones que pode-mos alcanzar en esta onda de choque y qué tanto se propaga. Utilizando el efecto térmico de los láseres en un vaso sanguíneo de 200 micras de diámetro, que son los comunes, el calor se extiende 20 veces más allá. Si estoy tratando un vaso sanguíneo en la retina, termino quemando puntos muy grandes alrededor, de uno a varios milímetros.

“En cambio, las ondas de choque que producimos con estos pulsos ultracor-tos no se propagan más allá de 200 o 300 micras. Como las células miden por lo general unas 20 micras, entonces estaría dañando unas 10 ó 15 células alrededor del sitio donde aplico mi pulso láser. Esto es, el daño colateral no se extiende más allá de la quinta parte de un milímetro. “Entonces realmente podemos aco-tar o confinar muchísimo los efectos que producimos con nuestros pulsos ul-tracortos, y ésa es una de las ventajas; además de que suprimimos los efectos térmicos, que son muy agresivos, los nuevos efectos que estamos generando de manera inherente al proceso están muy bien acotados”, señaló.

Por otra parte, Santiago Camacho se refirió a lo bien posicionado que está, en términos de infraestructura, el Departamento de Óptica del CICESE: “Los países que hacen investigación muy fuerte de femtosegundos aplicados a cuestiones médicas, son el Reino Unido, Alemania, Canadá y Estados Unidos, con un grupo en el Centro de Ciencia Ultrarrápida localizado en Michigan y otro en la Univer-sidad Central de Florida.

“Y entre todos estos países está México, con el

sistema que tenemos en el CICESE, que es el único en

Latinoamérica. Estamos publicando resultados de cien-

cia básica, pero de manera muy importante tenemos

nuestras conexiones hacia el área de protocolos clínicos. Todavía no estamos en esa fase, pero creemos que en dos o tres años tendremos algunas cosas en fase clínica”.

Y es que los láseres que se tienen en su laboratorio definitivamente no podrían usarse para aplicaciones clíni-cas; son demasiado grandes. En cambio, el futuro está en desarrollar láseres de femtosegundos pero de fibra óptica, no mayores al tamaño de una computadora personal; de esta manera podrían transportarse fácilmente y utilizarse prácticamente en todos lados. Existen compañías que ya fabrican comercialmente este tipo de láseres compactos, aunque no aplicables directamente al trabajo de una clíni-ca.

Camacho indicó que en la Clínica de Ojos de Tijuana, además de las instalaciones donde atienden a sus pa-cientes, tienen una empresa paralela que se llama Oftálmi-ca Internacional, dedicada a desarrollar equipo médico. “Como el equipo de oftalmología que se utiliza en México y en Latinoamérica proviene de Estados Unidos y Europa, tienen la iniciativa, importante desde mi punto de vista, de empezar a desarrollar aquí en México equipo médico con tecnología de punta.

“En nuestro grupo de investigación, además de tra-

tar de entender cómo un pulso de femtosegundos in-

teractúa con tejido biológico, tenemos experiencia en el

desarrollo de este tipo de láseres. Por eso hemos habla-

do con ellos para ver si, juntos, podemos integrar un

láser de pulso de femtosegundos, hecho de fibra óptica, en un aparato clínico diseñado específicamente para dar tratamiento a un paciente. Estamos un tanto lejos de esa fase todavía, pero el vínculo ahí está y tenemos a la gente preparada para atender ese tipo de empresas”, señaló fi-nalmente.

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CONOCIMIENTO80 CONOCIMIENTO 9Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

FOMENTO AL POTENCIAL CREATIVO

Como resultado de los cambios demográficos, Europa ten-drá pronto una escasez de talento joven: para el año 2030 habrá 50 mil graduados universitarios menos que en 2005. En particular, las ciencias naturales y técnicas ya están ex-perimentando una escasez de jóvenes investigadores, por lo que es aún más importante fomentar el interés de los jóvenes para que estudien estas áreas desde el principio. Los maestros juegan un papel importante en este proceso. Ésa es la razón por la que la Sociedad Max Planck les apoya con revistas informativas, que presentan temas de inves-tigación de actualidad, de tal manera que fácilmente se pueden utilizar en los cursos de ciencias naturales para estudiantes de nivel senior vía académica.

A pesar de esto, el número de jóvenes científicos ta-

lentosos de Alemania no podrá satisfacer la demanda en

ciencia e investigación. Por eso, en 1988, la Sociedad Max

Planck, en colaboración con las universidades, desarrolló

un programa para motivar a jóvenes estudiantes talen-

tosos de todo el mundo, para cursar su doctorado en

Alemania, en el Organismo Internacional de Escuelas de

Investigación Max Planck (IMPRS).

Estas escuelas ofrecen a los jóvenes estudiantes ex-

celentes oportunidades científicas de investigación, y les proporcionan un apoyo amplio y oportunidades especia-les para fomentar su desarrollo. Los estudiantes de doc-torado que trabajan en la IMPRS proceden de un total de 85 países. Cada año, la Sociedad Max Planck premia con la Medalla Otto Hahn a las tesis sobresalientes de doctorado, y proporciona ayuda financiera a los autores, así como una posición posdoctoral en el extranjero.

Como la cabeza de un Grupo de Investigación Max Planck en un Instituto Max Planck, los jóvenes investiga-dores pueden colocar la primera piedra para su carrera científica futura: luego, tienen cinco años para perseguir sus propias metas de investigación, con un presupuesto limitado, pero seguro. Estas posiciones son altamente codiciadas; se anuncian en el ámbito internacional y son premiadas en un proceso competitivo. Este programa de jóvenes profesionales ha probado su valía en el transcurso de sus 40 años de existencia, y ha sido adoptado por mu-chas otras organizaciones científicas en Alemania y en el extranjero.

EL PROGRAMA MINERVA

La Sociedad Max Planck también fomenta el potencial científico de las mujeres jóvenes, con una amplia gama de ofertas, en su mayoría a través del Programa Minerva. En los últimos diez años, este programa ha logrado dupli-car el porcentaje de mujeres entre los científicos de Max Planck. En 2008, la cifra se situó en 26 por ciento, y va en aumento, posicionando a la Sociedad Max Planck como una de las instituciones de investigación de alto nivel en Alemania.

Las mujeres también reciben apoyo adicional a

través de programas de tutoría, seminarios de formación

avanzada y opciones de cuidado de niños. La Sociedad

Max Planck fue la primera organización científica que se

sometió a la auditoría de familia y amistad “berufund-

famile” (trabajo y familia), y obtuvo exitosamente la cer-

tificación.

Los científicos de alto nivel pueden elegir dónde quieren llevar a cabo su investigación. Ellos van adonde encuen-tran las mejores condiciones para su trabajo. La Sociedad

Max Planck es un ícono nacional e internacional de la

investigación alemana, y es por ello que atrae a científi-

cos de todo el mundo. Cada año, más de seis mil jóvenes

investigadores extranjeros trabajan en los diversos insti-tutos Max Planck. Un tercio de los directores y la mitad de los estudiantes de doctorado de Max Planck no tienen pasaporte alemán. Entre los investigadores posdoctorales, la cifra es aún mayor, el 80 por ciento.

TESTIMONIO

A este respecto, tenemos el testimonio de Otto Hahn: “Es-toy inmensamente agradecido a la fortuna que me per-mitió pasar un tiempo en el extranjero después de mis años como asistente de investigación científica. Uno desea fervientemente que otros jóvenes estudiantes y asistentes de investigación puedan tener las mismas oportunidades. El hecho de que los jóvenes extranjeros eligen cada vez más a Alemania como un lugar de estudio contribuye a la realización de lo que todos queremos: librar al mundo de la incomprensión mutua”.

Los científicos jóvenes que vienen de otros países y cuyo trabajo de investigación y talento los diferencia, pueden, al regreso a su país de origen, completar una resi

por Keith Raniere‘’

’

ciencia versus magia

El Abuelo era un creador de magia.

lo que más recuerdo del Abuelo eran sus pantalones: sencillos, simples, a la antigua y prácticos, sostenidos por un simple cinturón. Mis recuerdos probablemente

tienen un cierto sesgo debido a que mi percepción, en aquel tiempo, estaba enfocada mas o menos a la altura de la pierna de un adulto (las aventuras y tragedias de un niño de 4 años con frecuencia giran en torno a incidentes que ocurren a la altura de una pierna adulta).

El abuelo era más tieso que mi papá; de algún modo esto me parecía fortaleza. Aunque mi padre siempre parecía altamente competente—y a esa edad, me parecía infalible—mi abuelo de alguna manera parecía aún más confiado e inamovible.

Como si el mundo se moviera para él a donde quiera que fuera y nada le resultara difícil.

Mi abuelo venía de una familia rica de italianos muy selváticos. Mi padre me dijo que nuestra familia era res-ponsable de la construcción de muchos de los edificios en Brooklyn, Nueva York. La casa de mi bisabuelo estaba llena de objetos opulentos, candelabros, un gran piano, y otros accesorios de la vida exitosa.

Mis ancestros italianos eran bastante influyentes y entre las personas con quienes comparto apellido hay un santo—el santo patrono de Pisa—y un ex-cardenal.

Pero algo había pasado durante la juventud de mi abuelo, una especie de problema que lo había separado del resto de la familia. Los detalles de esta historia son vagos y la mayoría de los involucrados no querían hablar de ello. Pero mi abuelo, con una sonrisa honorable, modestamente decía que él quería cosas diferentes de la vida que el resto de la familia, y que no era social ni deseaba cosas materia-les. Prefería una vida simple sin tantas ocupaciones.

Así que llegó a haber este cisma en mi linaje. Mis abue-los y algunos de sus hermanos y hermanas no se asocia-ban mucho con el resto de la familia. De hecho, tengo muchos parientes que jamás he conocido.

La historia continúa con que mi abuelo se retiró del negocio familiar, y los círculos sociales de la familia, y se contentó con hacer trabajos manuales para alimentar a su familia creciente.

Para cuando conocí a mi abuelo, él era un hombre hu-milde, casi introvertido, y trabajador que había sacado

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CONOCIMIENTO8 CONOCIMIENTO 81Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

¿CUÁL ES LA BASE DEL ÉXITO?

El atractivo científico de la Sociedad Max Planck se basa en su comprensión de la investigación: Los institutos Max Planck se construyen únicamente en torno a líderes inves-tigadores de reconocimiento mundial. Éstos definen a sus investigadores, tienen las mejores condiciones de trabajo, así como rienda suelta para la selección de su personal.

Éste es el núcleo del principio de Harnack, que se re-monta a Adolph von Harnack, el primer presidente de la Sociedad Kaise Wilhelm, establecida en 1911. Este princi-pio ha sido aplicado con éxito durante casi cien años. La Sociedad Max Planck sigue la tradición de su institución antecesora, con este principio estructural de la orga-nización de investigación centrada en la persona.

En la actualidad, los 80 institutos Max Planck llevan a

cabo investigaciones básicas, al servicio del público en

general, en ciencias naturales, ciencias de la vida, cien-

cias sociales y humanidades. Los institutos Max Planck se centran en campos de investigación que son particular-mente innovadores, o que son especialmente exigentes en términos de necesidades de tiempo y financiamiento.

Y su espectro de investigación está en continua evo-lución: las nuevas instituciones se han establecido para encontrar respuestas a cuestiones científicas seminales, con visión de futuro, mientras que otras se han cerrado cuando, por ejemplo, su campo de investigación ha sido ampliamente establecido en las universidades. Esta conti-nua renovación preserva la convicción de que la Sociedad Max Planck tiene que reaccionar con rapidez a los avances

científicos pioneros.Como dijo Max Planck: “Tal vez tenemos todas las razones para considerar la infinitud de esta lucha continua para el premio que nos hacía señas desde lo alto, como una bendición especial para el espíritu crítico del hombre. Éste asegura que sus dos más nobles impulsos perdurarán y tomarán fuego una y otra vez: entusiasmo y admiración”.

UNA HISTORIA DE ÉXITO

La lista que se reproduce a continuación corresponde a los 17 premios Nobel obtenidos por científicos de los institu-tos Max Planck:1954 – Walther Bothe1963 – Karl Ziegler1964 – Feodor Lynen1967 – Manfred Eigen1973 – Konrad Lorenz1984 – Georges Khöler1985 – Klaus von Klitzing1986 – Ernst Ruska1988 – Johann Deisenhofer1988 – Hartmut Michel1988 – Robert Huber1991 – Erwin Neher1991 – Bert Sakmann1995 – Paul J. Crutzen1995 – Christiane Nüsslein-Volhard2005 – Theodor Hänsch2007 – Gerhard Ertl

adelante a su esposa y dos hijos a través de una gran depresión y una guerra mundial. No tenía altas aspira-ciones ni jamás se le consideraría un soñador.

Es irónico que este hombre simple y sin adornos, de pocas palabras y grandes responsabilidades sería el que traería la magia a mi vida.

Literalmente, eso fue lo que pasó; mi abuelo me enseñó trucos de magia: pero más importante que las sutilezas de su arte era la chispa de verdadera magia en sus ojos mien-tras me enseñaba. Con mi abuelo, contra su eficiencia di-recta y sin rodeos, vino la experiencia de lo infinito: de él aprendí a maravillarme y aprendí la belleza del amor.

Se sentía como si experimentar la magia conmigo fue-ra la alegría de su vida; ahora que soy mayor—casi de la edad qué el tenía cuando yo nací—empiezo a entender que quizás esto era cierto.

La magia es el milagro de experimentar algo que no en-tendemos: como la sorpresa de un niño frente a los trucos bien practicados de su abuelo—o el re-descubrimiento por parte del Abuelo de la experiencia pura e inocente a través de los ojos de ese mismo niño.

¡La magia es simplemente gozo indescriptible y mara-villoso!

¿Por qué ciencia cuando se puede tener magia?

Mi padre era diferente que el Abuelo.

Mi abuelo era un co-experimentador (y un co-conspi-rador) en mis actividades y vida. A mi siempre me dijeron que los abuelos “chiflaban” a los niños; y era la misión de los padres darles disciplina. Este claramente era el caso en mi niñez: mis abuelos siempre traían regalos, siempre es-taban de buen humor y siempre todo salía bien. Yo jamás pude creerle por completo a mi padre cuando me plati-caba con orgullo cuan estricto había sido mi abuelo como papá. Simplemente no podía imaginarme a mi abuelo ser otra cosa que sonrisas y ojos tiernos.

Supuestamente, según mi padre en momentos de dis-ciplina, yo provenía de un largo linaje de perfeccionistas de extraordinaria habilidad. Para ganarme los elogios de mi padre tenía yo que desempeñarme a niveles de cada vez mayor exigencia.

Con frecuencia, yo alcanzaría un nuevo nivel de logro en el judo, el béisbol o alguna otra actividad, sólo para ser recibido por la suprema alabanza de mi padre: me miraba y me decía simplemente, “bien”.

¡Para mi eso era lo máximo!

De mi padre aprendí que era realmente posible acer-carse a la perfección: mientras más trabajaba uno, más podía lograr y esto podía continuar casi ilimitadamente. Ciertamente, siempre había algo que mejorar una vez al-canzado cierto nivel de logro.

A través de mi padre, obtuve una mente científica y autoestima.

Supongo que la lucha humana es muy parecida a tener tanto a mi abuelo como a mi padre: nacemos con el asom-bro por la vida, una experiencia del amor, y la magia de la existencia. Esto nos lleva a explorar (esa es la parte del Abuelo). Para vivir, necesitamos desempeñarnos así que desarrollamos nuestra ciencia para construir nuestras vidas en el mundo físico (he ahí papá). Pero si sólo logra-mos sin conservar nuestro asombro, o si perdemos nues-tra experiencia al desempeñar nuestras vidas, perdemos todo.

¿Qué es eso?

Al principio, todo era magia—incluso si no hubo prin-cipio, eso, en sí, es magia.

Luego, conforme las funciones de la memoria humana, el pensamiento, y el concepto del tiempo fueron desarro-llándose, surgió la descripción humana.

La tendencias naturales de los humanos a comparar y contrastar—en base a mecanismos fisiológicos necesarios para la supervivencia—son las bases del proceso descrip-tivo.

Cuando describimos una cosa, decimos que tenemos conocimiento de—y que por lo tanto podemos predecir a—la cosa y atribuirle propiedades por inferencia.

Por ejemplo, supongamos que yo describo una toalla diciendo que es “roja”. Con la palabra “roja” viene un con-cepto de “rojez”. Así que al describir la toalla como roja le he impartido propiedades de predicción aún no observa-das a la toalla: a un toro le enfurecería, un espectrómetro registraría ciertas lecturas, y una persona con cierto tipo de ceguera de color no podría distinguirla de otros obje-tos a los que nosotros llamamos verdes. La lista puede extenderse fácilmente.

Hay aquí una buena cantidad de supuestos en base a una sola descripción.

En un sentido muy fantástico, toda la historia humana ha moldeado y acumulado los supuestos detrás del tér-mino “rojo”. ¡Imagínese! La rojez de la antigua Grecia era muy diferente que la rojez de hoy: todos esos miles de millones de personas que usaron, refinaron y profun-dizaron el concepto de la rojez, sólo para que nosotros casualmente se lo otorguemos a una toalla.

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CONOCIMIENTO82 CONOCIMIENTO 7Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

Peter Gruss

en un mundo en constante cambio, la ciencia juega un papel central. Si queremos responder a los desafíos globales y resolver los problemas que enfrentamos,

debemos incrementar nuestro conocimiento. Algunas de las preguntas fundamentales que deben abordarse son: ¿Cómo podemos predecir los terremotos y otros desastres ambientales con mayor precisión? ¿Cómo podemos con-trarrestar la amenaza de las enfermedades? Y ¿qué es lo que tenemos que hacer para preservar nuestro planeta, el único hábitat que los seres humanos tenemos?

En las sociedades modernas basadas en la división del trabajo, la investigación básica es la fuente más impor-tante de conocimiento. No sólo pavimenta el camino para una mejor comprensión del mundo, cumpliendo así con importantes funciones culturales, sino que también esta-blece requisitos previos esenciales para el uso de estrate-gias racionales para dominar los sistemas cada vez más complejos. No podemos predecir el futuro, pero podemos darle forma. Para ello, necesitamos nuevas ideas e inno-vaciones, que se encentran entre las principales fuerzas impulsoras de la economía. La Sociedad Max Planck, con su reconocida calidad internacional de investigación, es una importante fuerza para la fundación de una economía basada en la innovación competitiva.

En el corazón de la Sociedad Max Planck están sus investigadores - que son los mejores en su campo-, que utilizan su experiencia extraordinaria y, sobre todo, su cu-riosidad y creatividad, para desarrollar y promover enfoques temáticos y metodológicos innovadores en sus respectivas disciplinas de investigación, que compiten con los Esta-dos Unidos y los países emergentes de Asia, como China, India, Singapur y Corea del Sur, y por ello debemos asegu-rarnos de que continuemos atrayendo a científicos inves-tigadores destacados de todo el mundo.

La Sociedad Max Planck está muy bien posicionada para lograr lo anterior, pues ofrece el medio ambiente ide-al para facilitar la investigación audaz y con visión de fu-turo, con combinaciones de disciplinas inusuales. Nuestros centros de investigación disponen de flexibilidad temática y estructural, así como de respaldo financiero, y son cen-tros atractivos de formación para jóvenes científicos de todo el mundo.

17 PREMIOS NOBEL

SURGIDOS DE SUS FILAS

La Sociedad Max Planck es el organismo de investi-

gación más exitoso de Alemania. Desde su creación en

1948, han surgido de sus filas de científicos nada menos

que 17 premios Nobel, lo que la pone a la par con las mejores y más prestigiosas instituciones de investigación de todo el mundo. Una prueba del trabajo de investigación realizado en el Instituto Max Planck son las más de 13 mil publicaciones anuales en revistas científicas de renombre internacional. Muchos de esos artículos se encuentran en-tre los más citados en publicaciones relevantes.

Cuando le aplicamos este término a la toalla, y obser-vamos el desempeño de la misma, nosotros también ayu-damos a progresar y cambiar el significado de “rojo”.

Usar una descripción, le añade y la modifica; así que no puede Ud. describir cosa alguna con precisión. Para los humanos, la ciencia es descripción.

La pared

El abuelo tenía un nuevo acertijo que quería mostrarme. Vera Ud., para el Abuelo, los acertijos y la magia eran dife-rentes maneras de hacerme la misma pregunta, “¿cómo?”

El abuelo me puso de frente a una pared como a un metro de distancia. Cuidadosamente me indicó, “Quiero que toques la pared con la punta de tu pié, pero aquí está el problema: cada paso que tomes hacia la pared deberá cubrir exactamente la mitad de la distancia restante.” Em-pezó a demostrarme tomando los primeros tres pasos y luego añadió, casi retándome como si él fuera un niño, “A que no puedes!”

Rápido entendí lo que había que hacer y luego REAL-MENTE entendí: ¿Cómo era posible que tocáramos cosa alguna? Cada vez que se aventura Ud. a hacer contacto con una superficie debe de pasar a través de todos los puntos intermedios, igual que con el ejercicio de caminar hacia la pared. Es como si tomara pasos cada vez más y más rápidos pero ¿qué sucede durnate ese último instante cuando de alguna manera da el último brinco que lo lleva hasta la pared?

¡No se puede! ¡Buen acertijo Abuelo!La voz de mi padre retumbaba en mi cabeza, “Por su-puesto que si tocamos cosas, así que debe haber una ma-nera.” Así se dio en mi vida el conflicto metafórico entre lo práctico y lo desconocido, la ciencia y la magia.

Por un tiempo, le estuve preguntando a mi padres—y a mi abuelo—“¿Cómo es que se puede tocar algo?”

Nadie me contestaba; sospecho que muy pocos REAL-MENTE entendían, o a muy pocos les importaba, el dile-ma.

Mi persistencia perfeccionista, heredada ya sea gené-tica o psicológicamente de mi padre, estaba a punto de complicar mi problema.

Después de lo que parecieron años de contemplar este problema, sin una fuente u hoja de instrucciones para ayu-darme a obtener mi respuesta, descubrí por mi padre que mientras más caliente estuviera un objeto más rápido se enfriaba. Esto me puso a pensar acerca del enfriamiento, y de cómo cada objeto, recién puesto en el refrigerador, necesitaba enfriarse más y más cerca (¿empieza Ud. a ver mi problema?) de su temperatura final. ¿Cómo es que es-tos objetos llegaban alguna vez a alcanzar su estado final frío?

Afortunadamente, en este punto de mi infancia, yo tenía un perro, y había experimentado que mi perro tuvie-ra pulgas. Después de colocar adecuadamente el collar protector, las pulgas parecían brincar del perro hasta que ya no quedaba ninguna.

¿Brincaba el calor de la lata de refresco en la hielera como las pulgas de mi perro?

Me imaginé una nube de mini-gotas de calor saltando de la lata, cada vez en menor cantidad, hasta que la última saltara.

Una idea muy fresca (disculpe el juego de palabras). Así que hasta que aprendí más ciencia para ampliar mis teorías, pensé que el calor era más como un rocío que un vapor. También razoné que el tiempo en el universo estaba prendiéndose y apagándose, como una luz estroboscópica. Esto era quizás lo que nos permitía tocar objetos, al cruzar la distancia final durante el estado “apagado”.

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CONOCIMIENTO6 CONOCIMIENTO 83Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

Se trata del organismo de investigación más exitoso de Alemania, de cuyas filas han surgido, desde su creación en

1948, 17 premios Nobel, lo que la pone a la para con las más prestigiosas instituciones de investigación de todo el mundo

Traducción del inglés por Farouk Rojas

Acerca de Executive Success Programs, Inc.

Executive Success Programs, Inc.MR (ESP) ofrece programas de entrenamiento enfocados en crear consistencia en todas las áreas y ayudar a desarrollar las habilidades prácticas, emocionales e intelectuales que la gente necesita para alcanzar su máximo potencial. Todos los programas de ESP utilizan una tecnología punta con patente en trámite llamada Cuestionamiento Racional MR, una ciencia basada en la creencia que entre más consistentes sean las creencias y patrones de conducta de un individuo, más exitoso será en todo lo que haga. El Cuestionamiento RacionalMR permite a las personas volver a examinar e incorporar percepciones que pueden ser la base de limitaciones autoimpuestas.

Mayores informes: info@nxivm.com

Yo me sé ese truco Abuelo

¿La ciencia destruye a la magia?

He aquí un bocado: hasta donde podemos describir, la des-cripción de un objeto no es el objeto. Si eventualmente describiéramos el universo por completo, profunda y precisamente, no sólo eliminaríamos el libre albedrío (ha-ciendo inútil toda descripción), sino que también elimi-naríamos la aleatoriedad, creatividad y posiblemente la auto-conciencia. Todo esto asume, por supuesto, que po-demos cruzar el abismo entre la descripción de una cosa y la cosa en sí—una especie de descripción profunda, que sería no sólo sombra, sino esencia.

Mi abuelo era muy inteligente, pero no muy intelectual. Disfrutaba ampliamente mi gimnasia cerebral y, una vez terminado todo, podía reírse y decir, “Ah, todas esas cosas Keith, te estás complicando mucho—¡pero sí que disfrutas un buen acertijo!”

Para él, mi disfrute era un factor importante—la expe-riencia superaba al desempeño.

Para el Abuelo, saber el truco o la respuesta no era tan importante como usarla para ayudar a otros a sen-tir asombro—usaba la ciencia del desempeño para crear más magia. Pienso de la ciencia lo siguiente: no destruye a la magia; la magia es nuestra naturaleza, la magia es de donde venimos. La ciencia nos ayuda a descubrir magia más profunda.

Al principio existía la magia, porque no había humanos que la describieran. Era, y es, el alfa y el omega, probable-mente para siempre fuera de nuestro alcance, para sólo ser aproximada mediante la descripción.

Sin importar qué tan bien describamos cosa alguna, no podemos causar a la cosa, y no sabemos si nuestra des-cripción es acertada. Aún si plena y consistente-mente describiéramos al universo entero, a fin de cuentas no tendríamos prueba alguna de estar en lo correcto. En todo momento, hasta donde sabemos, la gravedad misma podría desaparecer y jamás sabríamos de hecho por qué; sólo podríamos crear una descripción plausible. La causa esencial de cualquier cosa, por lo tanto, es mágica para siempre—probablemente más allá de nuestra cognición humana.

Misticismo

Es desafortunado que algunas personas usen al misti-cismo como una fuerza adversaria contra, o un impostor de, la ciencia. Esta de hecho no es la naturaleza del misti-cismo. Ni mi padre ni mi abuelo habrían permitido esto—ambos respetaban demasiado tanto a la magia (la esencia del asombro) como a la ciencia.

El misticismo no es para usarse. Sólo es. El misticismo es experimentar una verdad personal mediante un meca-nismo más allá de la descripción. Cuando se convierte al misticismo, que es experiencia, en una herramienta de des-

cripción, le volvemos impostor de la ciencia. En realidad, es el misticismo descriptivo el que caerá ante el progreso de la ciencia.

De forma muy opuesta, la magia y la ciencia, van de la mano como compañeras de la humanidad; la magia es la inspiración, y la ciencia el desempeño, abuelo y padre, a través de los siglos.

Ahora que mi abuelo ya no está en este mundo, es-toy tan contento de haberlo conocido como un creador de magia porque ahora, lo que es la más grande de las proezas, él está en todo para mi.

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CONOCIMIENTO84 CONOCIMIENTO 5Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

la investigación da forma al futuro. La investigación fundamental, particularmente, amplía nuestro cono-cimiento acerca de las leyes de la naturaleza y de la

sociedad; acerca de las estructuras y las interrelaciones, sentando las bases para que surjan novedades revolucio-narias. Precisamente a estos motores fundamentales de la innovación se orienta la investigación puntera de la Socie-dad Max Planck.

Nuestros científicos trabajan día a día al límite del conocimiento. El mejor ejemplo de ello son los nuevos des-cubrimientos y desarrollos dinámicos, como los que esta-mos viviendo en el área de la medicina. El desciframiento del proteoma humano, sin ir más lejos, es sólo un primer paso para lograr métodos completamente nuevos con los que poder diagnosticar enfermedades de forma precisa en un futuro. Con este conocimiento también podrán hacerse terapias individuales a la medida de grupos de pacientes concretos.

La gran variedad de temas de investigación a los que se dedican los más de 80 institutos Max Planck, no se limita a las ciencias biológicas: el abanico se extiende desde el área de trabajo del propio Max Planck —el Premio Nobel que da nombre a nuestra sociedad—, la física, pasando por la química y la investigación de materiales, hasta es-pecialidades de las ciencias humanas y sociales como, por ejemplo, la historia del arte o diversos campos temáticos jurídicos.

Todos los institutos de la Sociedad Max Planck están organizados en virtud de un principio básico: el centro de cada departamento lo constituye una científica o un científico que se encuentra entre los mejores cerebros del campo en cuestión. Para que desarrollen plenamente su creatividad y formen redes interdisciplinares, se les proporciona un excelente equipamiento y se les deja la mayor libertad posible, para que exploren las áreas que les parezcan más prometedoras.

No en vano, para hacer nuevos descubrimientos, es necesario abrir nuevos caminos. Lo realmente nuevo surge, por lo general, en grupos pequeños y flexibles: éstos per-miten la familiaridad y fomentan el atrevimiento. Si ha-cemos caso al historiador científico Roger Hollingsworth, son precisamente los equipos autónomos y flexibles de

tamaño medio, como los institutos Max Planck, los que pueden lograr los me-jores resultados.

En este número podrá adentrarse un poco en el trabajo de investigación de los institutos Max Planck: en él podrá saber, por ejemplo, cómo los investiga-dores de la Sociedad Max Planck intentan sonsacar sus secretos a los meteoritos cósmicos, cifrar mensajes según las leyes de la mecánica cuántica y detectar tumores con la ayuda de nanopartículas magnéticas. Además, los investigadores de la Sociedad Max Planck buscan soluciones para los grandes retos a los que tendrá que hacer frente el mundo en las próximas décadas: para alimentar a la creciente población, nuestros investigadores cultivan patatas con ciertas ca-racterísticas de calidad, como la resistencia a las enfermedades. Los residuos vegetales se convierten en fuentes de energía y pasan del campo al enchufe: así, de la madera se obtiene energía eléctrica. Por su parte, otros grupos de trabajo se dedican a optimizar la eficiencia de la fotosíntesis para, de este modo, trans-formar la energía luminosa en energía química.

Con ello, los investigadores de la Sociedad Max Planck contribuyen de forma notable a la superación de los retos actuales de nuestro planeta: a la energía del futuro, a la protección de los recursos naturales o a la lucha contra las enferme-dades. Puesto que este importante cometido sólo se puede superar colaborando a escala mundial, la Sociedad Max Planck concede gran valor a la internacionali-dad. Reclutamos a nuestros científicos de entre los mejores investigadores en el ámbito internacional. Éstos, a su vez, cuentan con contactos en todo el mundo y están presentes en numerosos países; trabajan en proyectos de investigación y cooperación y participan en grandes proyectos internacionales.

Sólo en México hubo el año pasado 21 proyectos conjuntos: con las coope-raciones con el Instituto Max Planck para el Derecho Penal Extranjero e Inter-nacional, así como con el Instituto Max Planck para la Investigación Demográ-fica, se mantiene una colaboración enriquecedora con el Instituto Max Planck de Ecología Química y el Instituto Max Planck de Astronomía. En estos proyectos, nuestros investigadores se dedican tanto a enfoques de derecho comparado en el derecho penal o a la historia de la ciencia como a la biodiversidad en la investi-gación de las plantas, así como a cuestiones de la física nuclear o a la formación de las estrellas y los planetas.

En el año 2009, además, 79 científicos mexicanos invitados estuvieron visi-tando diferentes institutos Max Planck en Alemania. Una atracción especial para los jóvenes investigadores mexicanos es, desde hace poco tiempo, el cercano Florida Institute, en el campo de la investigación biomédica.

El éxito de nuestra exposición «El Túnel de la Ciencia» ha demostrado tam-bién lo grande que es el interés por la ciencia en México (cf. Conocimiento, núme-ro 109, octubre de 2010).

Me alegra poder presentarles a la Sociedad Max Planck y su labor de investi-gación de forma más detallada en este número.

Peter Gruss

con un total de veinte distribuidores en México y uno en Panamá, y tras diez años de investigación, que le han permitido la

producción de refrigerantes naturales, cuyo uso ha sido aprobado incluso por la Envi-ronment Protection Agency, de los Estados Unidos, la empresa Ecofreeze Internacional hace planes para posicionarse en el mercado global.

Lo dio a conocer así el director general de la empresa, ubicada en el municipio de Santa Catarina, licenciado Juan Pablo Ochoa, quien señaló que estos refrigerantes, compuestos por gases naturales, de base hidrocarbonus, no afectan el medio ambiente, y además tienen mayor eficiencia energética que los productos contaminantes que reemplazan.

En diálogo con CONOCIMIENTO, Juan Pablo Ochoa recordó que, debido a los pro-blemas que enfrenta el mundo, por la con-taminación que afecta la capa de ozono, y el calentamiento global, se dictaminó, a través de los protocolos de Montreal y de Kioto, que los refrigerantes utilizados por la industria son, por su contenido de cloro y de flúor, al-tamente contaminantes.

Ante esa situación, expresó, él y su her-mano Rubén Darío Ochoa se dieron a la tarea, desde el año 1997, de realizar “un proyecto de investigación, de desarrollo y de pruebas en el mercado, y logramos esta formulación que permite producir refrigerantes sustitu-tos de los contaminantes”.

PROYECCIÓN INTERNACIONAL

Señaló que la labor de mercado se inició en el año 2006, y ha sido tal la aceptación de sus productos, que cuentan ya con veinte distribuidores en la república mexicana y uno en Panamá, pero también hay gente inte-resada en Europa, Canadá y Sudamérica, así como en los Estados Unidos, por lo que su proyección es ya internacional.

Este plan, manifestó el director general de la empresa, incluye desarrollos tecnológi-cos, rubro en el que han sido sumamente im-portantes sus alianzas con el Tecnológico de Monterrey, así como los apoyos financieros

que han recibido de parte del Consejo Nacio-nal de Ciencia y Tecnología en sus diferentes programas, como es el caso de los Fondos Mixtos (FOMIX, en los cuales intervienen el gobierno federal y el gobierno del Estado).

El entrevistado hizo hincapié en que la empresa no fabrica aparatos de refrigeración, sino únicamente los refrigerantes naturales, que pueden ser utilizados en cualquier tipo de aparato de aire acondicionado o de refri-geración y que tienen, entre otras ventajas, la de reducir hasta en un 30 por ciento el con-sumo de energía eléctrica.

APROBACIÓN DE LA EPA

A partir de mayo de 2010, agregó, la Agen-cia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA), aprobó el uso de estos refri-gerantes para refrigeradores domésticos e industriales, “lo que nos abre la puerta para que trabajemos con todos los fabricantes de los equipos de refrigeración”.

Ha sido –reconoció- una labor difícil, porque encontramos resistencia en el mer-cado hacia los nuevos productos, sobre todo de desarrollo tecnológico, pero se ha logrado avanzar a través de esfuerzos conjuntos con los técnicos de las empresas y los empresa-rios.

Dijo que, a la fecha, la empresa ha con-juntado un equipo de profesionales en varias disciplinas, principalmente ingenieros quími-cos e ingenieros mecánico eléctricos; asimis-mo recibe el apoyo de equipos de trabajo del Tecnológico de Monterrey, y continúa con proyectos abiertos de desarrollo, en que el CONACYT participa con fondos.

Hizo, finalmente, una invitación a los em-presarios para que, con sentido social, lleven a cabo sus proyectos para cambiar los refri-gerantes actualmente en uso, que contami-nan el ambiente, por refrigerantes naturales, que, además de ser sustentables, proporcio-nan a las empresas importantes ahorros de energía, que permiten financiar el proyecto. Asimismo, invitó al público en general a que visite su página web: www.ecofreezeinternational.com

caso de éxito de FoMix

Se posiciona la empresa

ecofreeze internacionalen el mercado global

Licenciado Juan Pablo Ochoa, director general de la empresa.

84y5.indd 1 08/03/2011 04:41:01 p.m.

CONOCIMIENTO4 CONOCIMIENTO 85Sociedad Max Planck Sociedad Max Planck

Se extienden sus investigaciones a todos los campos de la actividad humana

Buscan científicos de Max Planck soluciones a los retos del futuro

Peter GrussPresidente de la

Sociedad Max Planck

a través de sus planteles establecidos en 30 municipios de la entidad (diez de los cuales están clasificados como extensiones), el Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Nuevo León (CECYTE-NL), atiende a

ocho mil estudiantes, a quienes imparte el Bachillerato General o el Bachillerato Tecnológico, y les ofrece la posibilidad de elegir entre 12 carreras.

Son éstas las de: Administración, Análisis y Tecnología de los Alimentos, Contabilidad, Electricidad, Electrónica, Electromecánica, Informática, Instrumen-tación, Mantenimiento, Mantenimiento de Equipo y Sistemas, Mecatrónica, Tu-rismo.

Esta información la pudieron recabar los asistentes al evento SEorienta, or-ganizado por la Secretaría de Educación del Estado, en las instalaciones de Cin-termex, evento en el que participaron, durante una semana, diversiones institu-ciones de educación media y superior.

En el pabellón del CECYTE, cuyo director académico es el profesor Ismael Vidales Delgado, hubo personal de la institución, que brindó amplia información a las personas interesadas en sus servicios, que culminan con la entrega a los alumnos de título y cédula profesional.

Los planteles de Bachillerato General son los siguientes: Agualeguas, “Fernan-do Canales Salinas”; Bustamante, “Manuel M. Serna”; Iturbide, “Moisés Timoteo de la Peña Meléndez”; Lampazos de Naranjo, “Juventina Chavarría de Zitoon”; Los Ramones, “Juan Ignacio Ramón”; Mier y Noriega, “Fray Servando Teresa de Mier”; Raíces, de Galeana, “Mariano Escobedo”; Rayones, “Gregorio González Vi-llarreal”; Zaragoza, “Jovita Grimaldo Rosas”.

A su vez, los planteles de Bachillerato Tecnológico son los siguientes: A-llende, “Alfredo Cano García”; Apodaca, “Moisés Sáenz Garza”; Aramberri, “José Silvestre Aramberri”; Cadereyta Jiménez, ”Federico Cantú”; García, “Vir-ginia Treviño de Collins”; General Escobedo, “Isidra Rangel Escamilla”; La Es-tanzuela, de Monterrey, “María de Jesús Dosamantes”; Linares, “Marina Silva de Rodríguez”; Marín, “María Amalia González de Mares; Sabinas Hidalgo, “Celso Garza Guajardo”; Salinas Victoria, “Guadalupe Victoria”.

Participa en el evento Seorienta, en cintermex

atiende el cecYTe-nl a ocho mil estudiantes en 30 municipios

Otros datos sobre el CECYTE-NL dados a cono-cer a los interesados, fueron los siguientes:

Todo el personal goza de protección social.

Tenemos el primer lugar en WorkKeys.

Tenemos el primer lugar en Enlace 2008 y 2009.

Obsequiamos los libros de texto a los estu-diantes.

Somos el único colegio en el país que hace inves-tigación educativa.

Hemos publicado 71 investigaciones.

Todas las investigaciones cuentan con ISBN y están registradas en el INDAUTOR.

Colaboran prestigiados investigadores del país y del extranjero.

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CONOCIMIENTO86 Sociedad Max Planck ediToRial

Socie

dad

Max

Plan

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Pienso, luego existo

DESCARTES1596 a 1650

Max Planck, Premio Nobel por la teoría cuántica, dio lugar a un instituto. Los mayas inventaron el cero, y nosotros no creamos nada parecido.

nunca es recomendable hacer comparaciones, pues muchas de ellas son cruentas y dolorosas; pero, como la ciencia busca en su proceso hegeliano

dialéctico la verdad, es motivo de análisis profundo preguntarnos por qué en el gran país germano sí se puede y en el gran país mexicano no se ha logrado des-arrollar.

Mientras en la Sociedad Max Planck existen 12 uni-dades centrales y 80 centros de investigación que tra-bajan en forma armónica, con objetivos muy claros y coordinación muy estrecha para optimizar resultados y llegar a ser considerado el mejor del cosmos, en nues-tro país seguimos con las dificultades propias del sub-desarrollo, en la actitud mental de nuestros políticos federales y de la comunidad en general.

Alemania ha sido capaz de sacudirse los estragos impresionantes de dos guerras mundiales y retomar el rumbo de los grandes filósofos, de los grandes román-ticos de la música y de los grandes poetas que, como Goethe, pudieron integrar la fuerza contundente de la estética hecha verbo en la poesía, con el interés y desa-rrollo de la ciencia y de la tecnología, que forman parte de su conciencia nacional.

Con base en lo anteriormente señalado, y tomando en consideración que la UANL y el CONACYT invitaron al Max Planck Institute a presentar el Túnel de la Cien-cia, en el cual se pudo observar la gran amplitud de las investigaciones que con una mística compartida se desarrollan en esa institución, llegamos a establecer un convenio para que pudiéramos publicar en nuestra re-vista algunos ejemplos de temas diversos, pero todos ellos actualmente en las prioridades mundiales que se describen en esta edición, especialmente dedicada para este objeto.

Nuestra revista se llena de orgullo y sufre el reto inexorable de la comparación, al observar las grandes investigaciones que aquí se describen y que nos hacen desarrollar una nostalgia por nuestro pasado, ya que, en el proceso de preocuparnos por la lucha del poder político, dejamos a un lado la importancia manifiesta del poder del conocimiento; pues, aunque nuestro Es-tado representa un símbolo de la importancia de la so-ciedad del conocimiento, en nuestro país los progresos distan mucho de tener el alcance y la visión que se re-quiere para entender de una vez por todas que sin cien-cia y tecnología propias, no podremos tener soberanía nacional, y arriesgaremos nuestra identidad cultural, así como seguiremos siendo testigos y espectadores

paradigma de investigación científica. Y nosotros, ¿por qué no?

la Sociedad Max Planck,

del impresionante desarrollo científico y tecnológico del mundo contemporáneo.

Valga esta reflexión para rectificar el rumbo, y no resignarnos a convertirnos en un país o en un estado maquilador o innovador parcialmente de las grandes investigaciones científicas, con su alto valor agregado que representan las que aquí se describen, que no sólo son útiles para la llamada competitividad y la lucha por los mercados, sino que representan conciencias permanentes de la alta jerarquía que el conocimiento debe tener para beneficio del hombre.

Conservando esta síntesis del pensamiento en un marco de comportamiento ético, podríamos, respetan-do la ciencia básica y aplicada, fortalecer el alimento espiritual del alma nacional que la educación en la ciencia representa, y que ahora sufre de una gran y endeble fragilidad.

?

Si bien el hablar es una de las manifestaciones más altas de la condición humana, ya que hablando o dialogando es posible la comunicación de las ideas,

suprema condición del hombre y sustento de la cultura, el lenguaje escrito es la manifestación registrada para la con-servación del lenguaje oral. La escritura permite la comu-nicación, para acercar lo distante y hacer permanecer en el tiempo lo transitorio, lo perecedero, por ser perteneciente a la vida.

La escritura ha hecho igualmente posible la trans-misión y el enriquecimiento de la cultura humana, desde la antigüedad hasta nuestros días.

Las expresiones anteriores corresponden al doctor Al-fonso Rangel Guerra, ex rector de la Universidad Autóno-ma de Nuevo León y Premio Alfonso Reyes, al hacer un elogio del libro durante la ceremonia inaugural de la Casa Universitaria del Libro, en la vieja y restaurada casona ubi-cada en el cruce de las calles Padre Mier y Vallarta, en el primer cuadro de la ciudad.

En la ceremonia se contó con la presencia del rector de la UANL, doctor Jesús Áncer Rodríguez; del ingeniero José Antonio González Treviño, secretario de Educación de Nuevo León; del ingeniero Rogelio Garza Rivera, secre-tario general de la UANL, del licenciado Rogelio Villarreal Elizondo, secretario de Extensión y Cultura; del historia

abre sus puertas

la casa Universitaria del libro

la Uanl, rectora de la cultura en el noreste de México

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CONOCIMIENTO 87Sociedad Max Planck

dor y cronista de la ciudad, profesor Israel Cavazos; de exrectores de la máxima casa de estudios, de escritores y artistas y de invitados especiales, así como de catedráticos y estudiantes universitarios.

En su intervención, Rangel Guerra recordó la primera estrofa de un soneto de Francisco de Quevedo, poeta es-pañol del Siglo de Oro, que “dejó escrita en un poema la expresión cabal de lo que permite la escritura:

Retirado en la paz de estos desiertos, con pocos, pero doctos libros juntos, vivo en conversación con los difuntos y escucho con los ojos a los muertos.

“Lo que nos dicen estos maravillosos versos –prosiguió

Rangel Guerra- es que la lectura es otra forma de diálogo

y, consecuentemente, una actividad relacionada con el

proceso de la cultura humana. La lectura permite supe-

rar la ausencia establecida por el tiempo o por la distan-

cia. Esto quiere decir que, mediante la lectura, tenemos acceso al pensamiento escrito en los libros, aunque varios siglos separen al autor o al lector, o a éstos los separe la distancia, cualquiera que ésta sea”.

VINCULACIÓN CON LA SOCIEDAD

El rector de la Universidad Autónoma de Nuevo León, doc-tor Jesús Áncer Rodríguez, reconoció, en su intervención, que “la gestión del ingeniero (José Antonio) González Treviño fue un detonador importante de la cultura en la UANL”, y aseguró que una de las preocupaciones más im-

portantes de la casa de estudios es la vinculación con la

sociedad y el hacer llegar el arte y la cultura a la mayor

cantidad posible de universitarios y de ciudadanos en

general.

Y sentenció: “Esta Casa Universitaria del Libro, hermo-sa y espléndida, es una demostración de la disposición y de la voluntad institucional por hacer de la lectura y del arte patrimonios colectivos; el entusiasmo, sin embargo, parece dirigirse a contracorriente; la Encuesta Nacional de Consumo Cultural arrojó resultados que pueden desani-mar: el 57 por ciento de la población nunca ha entrado

en una librería; el 73 por ciento no ha leído un libro en el

último año; el 86 por ciento nunca ha pisado un museo;

el 48 por ciento de los mexicanos no se interesa por la

cultura”.

Las cifras asustan –dijo a continuación, pero reconoció que no es suficiente con lamentar y enunciar estas defi-ciencias. “Para superar estos índices, es necesario actuar con decisión y pertinencia, convencidos de que el libro es una presencia luciente y viva, que necesita interlocutores que le doten de sentido y de valores”.

COMPROMISO CON LAS ARTES

Más adelante, el rector dijo que Nuevo León es una de las entidades con mayor interés por la cultura, no obstante el clima de adversidad por que atraviesa y los índices pre-carios de lectura en general; “pero las instituciones están obligadas, aquí y en el país entero, a revertir la situación y estimular la inteligencia, la sensibilidad, la imaginación y la creatividad. Por ello refrendamos nuestro compromiso con las artes y las humanidades a través de la docencia, la

investigación y la extensión y difusión de la cultura”. “La universidad –aseveró

el rector más adelante- es la entidad rectora de la cultura en el noreste de Mé-

xico, y se consolidará esta situación con el Instituto de Investigaciones Es-

téticas y la Biblioteca de las Artes; pero todo este proyecto, toda esta visión universitaria nuestra adquiere ahora nuevos bríos con la apertura de esta Casa Universitaria del Libro, destinada a convertirse en símbolo de una tradición histórica, de un compromiso permanente de la institución: editar, publicar y difundir el conocimiento científico y la sensibilidad literaria”.

LOGROS IMPORTANTES

Anteriormente, el secretario de Extensión y cultura de la UANL, Villarreal Eli-zondo, había enumerado tres de los proyectos culturales estratégicos logrados durante la gestión y con el irrestricto apoyo del actual rector:Ha sido fundada la Compañía Titular de Danza Contemporánea, con tanto éxito que ya tiene una invitación para ir a China este año.Se fundó la Compañía de Danza Folklórica, y es muy probable que se acepte una invitación para hacer una gira por Europa.Ahora se procede a la inauguración de la Casa Universitaria del Libro.

RECONOCIMIENTO A LA UANL

A su vez, el ingeniero José Antonio González Treviño felicitó a las actuales au-toridades universitarias “por mantener esa alta dinámica permanente de alta exigencia que se tiene en el ámbito de las instituciones de educación superior en todo el país” y por este “extraordinario proyecto de la Casa Universitaria del Libro, que es un gran orgullo para Nuevo León”. Tras la ceremonia inaugural, los presentes hicieron un recorrido por las instala-ciones.

Observaciones minuciosas hechas

por científicos del Instituto Max

Planck en Martinsried, los llevan a

pensar –y conducen investigaciones

en este rubro-, que las células nerv-

iosas del sistema central sí pueden

recuperarse, en principio, de una

lesión, página 45; científicos del In-

stituto de Meteorología Max Planck,

en Hamburgo, página 54, estudian

el desarrollo de la agricultura en el

último milenio, y su investigación

ha demostrado que la humanidad

ha tenido un impacto significativo

en el clima, incluso antes del adven-

imiento de la industrialización.

conTenido

“ciencia conociMienTo TecnoloGia”, revista mensual, con un tiraje de 10,000 ejemplareseditor responsable: dr. luis eugenio Todd Pérez. número de certificado de Reserva otorgado por el instituto nacional del derecho de autor: 04-2008-052311205700-102. número de certificado de licitud de Título: no. 14158 número de certificado de licitud de contenido: no. 11731. domicilio de la Publicación: andes no. 2722 col. Jardín obispado, Monterrey, nuevo león.imprenta: Milenio diario de Monterrey, S.a. de c.V., con domicilio en ave. avena no. 17 col. Granja Sanitaria ixtapalapa, estado de México. distribuidor: Milenio diario de Monterrey, S.a. de c.V. con domicilio en ave. eugenio Garza Sada Sur no. 2245 Monterrey, nuevo león.”

Teléfonos en la redacción: 8346 7351 y 8346 7499info@conocimientoenlinea.com

Los biólogos no saben prácticamente

nada sobre los primeros pasos titu-

beantes de la vida sobre la Tierra.

En algún momento, sin embargo, las

moléculas deben haberse agrupado

para formar una estructura capaz

de copiarse a sí misma. Detrás de

este misterioso evento se esconde,

página 58, el principio básico de la

autoorganización, objeto del extu-

dio de científicos de Max Planck en

Stuttgart; científicos de Max Planck

en Martinsried estudian la forma

en que la fotosíntesis, optimizada,

podría hacer una colaboración sus-

tantiva a la solución de problemas

energéticos futuros, página 63.

las opiniones expresadas en los artículos son responsabilidad exclusiva de sus autores.

consejo editorialPresidente del consejode ciencia y Tecnología de nuevo leóningeniero Juan antonio González aréchigadirector del Programa ciudad internacional del conocimientoingeniero Jaime Parada ÁvilacainTRaingeniero enrique espino Barros lozanoiTeSMM. c. Silvia Patricia Mora castroUanldoctor Mario césar Salinas carmonadoctora diana Reséndez Pérezdoctor alan castillo Rodríguezingeniero Jorge Mercado Salas

53

58

Deja la agricultura surcos en el climaJulia Pongratz

Evolución. Las moléculas se ordenanTim Schröder

63 Planta de energía solar en el follaje Harald Rösch

67

69

77

La Sociedad Max Planck, sinónimo de excelenciaPatricia Liliana Cerda Pérez

Otorga el CONACYT más de 150 mil becas en 40 años de existenciaDoctor Óscar Vázquez

Nuevas aplicaciones médicas de los láseresRoberto Ulises Cruz

80 “Ciencia versus magia”Keith Raniere

84 Se posiciona Ecofreeze Internacional en el mercado global

86 Abre sus puertas la Casa Universitaria del Libro

88 Comunicación, Literatura y Sociedad, libro digno de leerse

y analizarse

NOTA DE LA DIRECCIÓN:

Esta edición de la revista CIENCIA. CONOCIMIENTO. TECNOLOGÍA fue realizada gracias al apoyo de FOMIX, Conacyt-N.L.

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Atiende el CECYTE-NL a ocho mil estudiantes en 30 municipios85

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CONOCIMIENTOSociedad Max Planck88

dice luis e. Todd, comentarista de la obra

comunicación, literatura y sociedad, libro digno de leerse y analizarse

como un libro que merece leerse y so-bre todo analizarse,

porque aunque no pro-duce respuestas, “sí ge-nera múltiples y varia-das preguntas, y quizá eso sea lo mejor, porque sacude las conciencias y quizá mueva las almas para poder hacer frente a la dicotomía moral y ética, así como a la in-versión de la escala axio-lógica que está propi-ciando la comunicación moderna”, calificó el doctor Luis E. Todd la obra Comunicación, li-

teratura y sociedad. Investigaciones y reflexiones, de la doctora Patricia Liliana Cerda Pérez.

La Casa Universitaria del Libro, por la calle Padre Mier, fue escenario para la presentación de la obra coordinada por la catedrática universitaria, titular del Departamento de Investi-gaciones en la Facultad de Ciencias de la Comunicación de la Universidad Autónoma de Nuevo León.

Todd, ex rector de la máxima casa de estudios y actual di-rector de la Coordinación de Ciencia y Tecnología del Estado fue comentarista único en la presentación del libro, el cual analizó no solamente en cuanto a su contenido material, sino también en cuanto a sus implicaciones éticas y sociológicas.

DICTADURA DE LA COMUNICACIÓN

El libro se adentra –aseveró Todd en una comunicación escrita, a la que dio lectura el licenciado Juan Roberto Zavala, director de Cultura Científica del COCYTE, antes de la intervención oral- “a través de los participantes y de tu motivación, en una de las dicotomías más importantes de la sociedad contemporánea: me refiero a la dictadura imperial que la comunicación está ejer-ciendo sobre la visión y percepción del mundo en la llamada aldea global”.

El libro se inicia con una visión futura de un grupo de exper-tos de la Universidad de Texas, que dan un horizonte amplio, preciso y con una causología documentada sobre la influencia

de la sociedad de la información y la comunicación, para inser-tar a continuación opiniones de la prensa española en que se muestra la importancia de la Web.

Insiste posteriormente en el poder mediático sobre la de-mocracia, y aborda, mediante la participación de Roberto Silva, director de la Facultad de Ciencias de la Comunicación, la vio-lencia intrafamiliar y comunitaria; pasa después al análisis de la equidad de género, de la participación del magisterio y de la tiranía del ciberespacio.

“Después les das énfasis –prosigue el texto de Todd- a las industrias culturales de Monterrey del siglo XX, al nacimiento del radio, el cine, la televisión, y tocas un delicadísimo y es-pinoso asunto, que es el del consumismo cultural que distor-siona y contamina la educación básica a través de la enajenante parálisis de la creatividad que está produciendo la televisión en nuestros niños y adolescentes”.

Tras la intervención del doctor Todd, hizo breve uso de la palabra la coordinadora de la obra, quien agradeció la partici-pación de diferentes personas a través de sus textos, y agradeció asimismo, de manera particular, los comentarios del titular de la Coordinación de Ciencia y tecnología de Nuevo León.

Para Peter Gruss, presidente de la Socie-

dad Max Planck, en el mundo en que nos

toca vivir, la ciencia juega un papel cen-

tral para responder a los retos globales

y resolver los problemas que enfrenta-

mos, página 7; con base en los estudios

de los procedimientos y elementos que

permiten a las plantas elevar sus ramas,

o a los granos de trigo silvestre enter-

rarse en el suelo, los científicos de Max

Planck construyen músculos sintéticos

y materiales especialmente rígidos, pá-

gina 13; como parte del proyecto Pro-

Bio, científicos de Max Planck buscan un

método para generar energía a partir de

la biomasa, página 19.

conTenido

Gobernador constitucional del estado de nuevo leónlicenciado Rodrigo Medina de la cruzdirector Generaldoctor luis eugenio ToddSubdirectorlicenciado Juan Roberto Zavaladirector editorialFélix Ramos GamiñoeducaciónProfesor ismael Vidales delgadociencias Básicas y del ambientedoctor Juan lauro aguirredesarrollo Urbano y Socialingeniero Gabriel Toddciencias Médicasdoctor david Gómez almaguerciencias Políticas y / o de administración Públicacontador Público José cárdenas cavazosciencias de la comunicacióndoctora Patricia liliana cerda Pérezla ciencia es culturalicenciado Jorge Pedrazaeducación Física y deportedoctor Óscar Salas Frairelas Universidades y la cienciadoctor Mario césar Salinas carmonadiseñolicenciada lindsay Jiménez espinosalicenciado Javier estrada cejaarte Gráficoarquitecto Rafael adame doriacirculaciónProfesor oliverio anaya Rodríguezasistente editoriallicenciada edith Flores ceballos

directorio

editorial

3

La papa es, después del trigo, el ar-

roz y el maíz, la planta cultivada

más importante en el mundo; mejo-

rada con elementos resistentes a las

plagas, podría, según científicos de

Max Planck, página 29, contribuir a

solucionar problemas de aliment-

ación en muchos países; científicos

del Instituto Max Planck en Mainz,

página 34, tratan de descubrir los

secretos de los llamados granos

cósmicos, los meteoritos; algunos

animales podrían tener habilidades,

como los humanos, para percibir

las perspectivas e intenciones de

los demás, página 38.

La Sociedad Max Planck, paradigma de investigación científica. Y nosotros, ¿por qué no?

6

13

18

23

4 Buscan científicos de Max Planck soluciones a los retos del futuroPeter Gruss

La visión debe preceder a la aplicaciónPeter Gruss

Los árboles muestran sus músculosChristian Meier

Electricidad a partir de la biomasaAlexander Stirn

Imanes hechos por microbiosChristian Meier

28 Papas a la carta genéticaInga Richter

la Sociedad Max Planck

34

38

43

47

Los secretos de los granos cósmicosThorsten Dambeck

Mi perro puede hacerloBirgit Fenzel

Cura de crecimiento para células nerviosasFrank Bradke

Stefanie Merker

Duelo en el mundo cuánticoPeter Hergersberg Portada

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Forros114.indd 1 08/03/2011 04:25:58 p.m.

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