Sí, este ha sido el año aciago del Brexit y Donald Trump, el año en que Europa ha consolidado su desprestigio y la población siria ha sido masacrada por su propio Gobierno con la ayuda de otros, en que la xenofobia, el nacionalismo y la miopía se han impuesto sobre la razón práctica, en que el autoritarismo se ha extendido por Hungría y Polonia como una plaga medieval, el año en que el paro y la pobreza se han instalado entre nosotros con la espontaneidad de una catástrofe natural. Y en que las únicas buenas noticias han provenido de la ciencia. En mitad del caos y la desesperanza, el conocimiento ha progresado con más firmeza que nunca. Aferrémonos a eso como a una ascua ardiendo.

Llevamos décadas oyendo que, si el XX fue el siglo de la física, el XXI lo sería de la biología. Pero lo cierto es que la física goza en nuestros días de mejor salud que nunca. El mayor descubrimiento de 2016, según un consenso difícil de cuestionar, ha sido el de las ondas gravitatorias, una predicción de la relatividad general de Einstein que el propio Einstein consideró imposible de confirmar. Ha hecho falta un siglo, la colisión de dos agujeros negros gigantescos y un sistema de detección (el LIGO) que se cuenta entre las obras más brillantes y refinadas del intelecto humano, pero el fenómeno se ha confirmado por encima de toda duda razonable. La gravedad no es una fuerza instantánea, como pensó Newton, sino que se propaga en forma de ondulaciones del espacio-tiempo que viajan a la velocidad de la luz, como predijo Einstein. Es un paso de gigante en el conocimiento que, como es habitual, abrirá un nuevo continente de exploración y progreso.

Las secuencias repetidas del CRISPR. Tomado de: Karginov FV y Hannon GJ. Mol Cell 2010

Cuando un virus entra dentro de la bacteria toma el control de la maquinaria celular y para ello interacciona con distintos componentes celulares. Pero las bacterias que tienen este sistema de defensa tienen un complejo formado por una proteína Cas unida al ARN producido a partir de las secuencias CRISPR. Entonces el material génico del virus puede interaccionar con este complejo. Si ocurre eso, el material genético viral es inactivado y posteriormente degradado. Pero el sistema va más allá. Las proteínas Cas son capaces de coger una pequeña parte del ADN viral, modificarlo e integrarlo dentro del conjunto de secuencias CRISPR. De esa forma, si esa bacteria (o su descendencia) se encuentra con ese mismo virus, ahora inactivará de forma mucho más eficiente al material genético viral. Es, por lo tanto, un verdadero sistema inmune de bacterias.

Proceso por el que el sistema CRISPR/Cas9 inactiva virus e integra parte de sus secuencias en el genoma de la bacteria.

Durante los años subsiguientes se continuó la investigación sobre este sistema, pero no fue hasta el año 2012 en el que se dio el paso clave para convertir este descubrimiento, esta observación biológica en una herramienta molecular útil en el laboratorio. En agosto de este año un equipo de investigadores dirigido por las doctoras Emmanuelle Charpentier en la Universidad de Umeå y Jennifer Doudna, en la Universidad de California en Berkeley, publicó un artículo en la revista Science el que se demostraba cómo convertir esa maquinaria natural en una herramienta de edición «programable», que servía para cortar cualquier cadena de ADN in vitro. Es decir, lograban programar el sistema para que se dirigiera a una posición específica de un ADN cualquiera (no solo vírico) y lo cortaran.

Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier

La manera en que lo lograron es demasiado compleja para lo que pretende este blog. Baste simplemente decir que se utilizan unos ARNs que dirigen el sistema hacia el ADN que hay que cortar.

¿Cómo se edita el ADN con esta tecnología?

Todo comienza con el diseño de una molécula de ARN (CRISPR o ARN guía) que luego va  a ser insertada en una célula. Una vez dentro reconoce el sitio exacto del genoma donde la enzima Cas9 deberá cortar.

El proceso de editar un genoma con CRISPR/Cas9 incluye dos etapas. En la primer atapa el ARN guía se asocia con la enzima Cas9. Este ARN guía es específico de una secuencia concreta del ADN, de tal manera que por las reglas de complementariedad de nucleótidos se hibridará en esa secuencia (la que nos interesa editar o corregir). Entonces actúa Cas9, que es una enzima endonucleasa (es decir, una proteína que es capaz de romper un enlace en la cadena de los ácidos nucléicos), cortando el ADN. Básicamente podemos decir que el ARN guía actúa de perro lazarillo llevando a Cas9, el ejecutor, al sitio donde ha de realizar su función.

Pero también es cierto que la biología está en un momento espléndido, y sobre todo en dos campos que prometen aplicaciones clínicas a medio plazo: la edición genómica y la reprogramación de células. En el primer caso, la estrella se llama CRISPR, y consiste en un sistema tan simple, eficaz y versátil que ha puesto la modificación del genoma humano (y de cualquier otro) al alcance de cualquier laboratorio de genética del planeta; su primera aplicación, sometida ya a una investigación muy activa, será sin duda la corrección de las mutaciones que causan las enfermedades raras: una forma por fin eficaz de terapia génica. En segundo lugar, la reprogramación de células –retrasar el reloj de una vulgar célula de la piel para convertirla en una célula madre— está logrando progresos espectaculares en la reparación de lesiones y el retraso del envejecimiento.

              Sí, el Ordenador vence al campeón.

‘AlphaGo’ es el documental de Netflix que mejor explica lo que supuso la victoria de la IA de Google al campeón de Go

Pero este año no se puede hablar solo de física y biología, porque la inteligencia artificial ha irrumpido con poderío en la actualidad científica y tecnológica. Drones, robots y automóviles, por no hablar de teléfonos, relojes y casi cualquier otra cosa, exhiben ya notables habilidades cognitivas: hacen cosas que serían consideradas inteligentes si las hubiera hecho un humano (así definió la inteligencia artificial uno de sus creadores, el gran Marvin Minsky, que murió en enero de este año). Y los ordenadores se han hecho en 2016 con el título mundial de Go, una proeza mucho más espectacular que aquella de ganar a Kaspárov al ajedrez. Las discusiones filosóficas sobre la inteligencia de las máquinas parecen haberse enranciado de forma definitiva.

Inteligencia Artificial para solucionar problemas del cerebro, Ordenadores cuánticos… ¡U muchas cosas más! que, en unos pocos años (los que anden por aquí todavía) verán con asombro como cambia nuestro mundo y costumbres al pasar a otros niveles que ahora sin inimaginables para la gente corriente no versada en temas científicos.

El conocimiento ha seguido progresando entre la mediocridad política y el malestar social. Naturalmente, esto no tiene por qué seguir siendo así. Ya el Brexit puede constituir un lastre notable para la ciencia británica, y los planes xenófobos de Trump pueden convertirse en un escollo formidable para la norteamericana, pues buena parte de los grandes científicos de ese país son inmigrantes. Pero, de momento, 2016 ha ido bien para la ciencia. Es un consuelo.

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La riqueza de nuestro planeta se debe al agua y a la luz que facilitaron la presencia de vida

Han descubierto que el agua no es un líquido, sino dos.

Tiene dos fases líquidas con diferentes densidades y estructuras a bajas temperaturas

                                  Ilustración de las dos formas del agua líquida – Mattias Karlén

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Imágenes de exoplanetas proporcionadas por la Nasa. REUTERS

La casualidad ha querido que coincidieran dos noticias que invitan a pensar en el futuro. Mientras la NASA daba cuenta ayer de la existencia confirmada de 1.284 nuevos planetas de tamaño, posición y condiciones idóneas para albergar vida fuera del Sistema Solar, un estudio científico certificaba la desaparición de cinco islas del Océano Pacífico y la pérdida de más del 20% de la superficie de otras seis a causa de la erosión y el aumento del nivel del mar. ¿Podrá algún día llegar a establecerse una relación entre ambas? No lo sabemos. La ciencia ficción explota desde hace tiempo el filón de una Tierra catastróficamente destruida y el éxodo forzoso de la humanidad en busca de condiciones de supervivencia en el espacio. De momento, lo que tenemos son datos inquietantes respecto del cambio climático, y datos poco esperanzadores sobre la posibilidad de encontrar una alternativa habitable fuera del Sistema Solar.

“La subida del nivel del mar es un fenómeno que se ha observado desde comienzos del siglo XX. El ascenso de 1900 a 2016, ha sido de 16-21 cm.²​ Desde 1993 se se observó una acelaración a un promedio entre 2,6 mm y 2,9 mm ± 0,4 mm por año.³​ En las últimas dos décadas se ha acelerado.”

El nivel del mar se elevó en 15 centímetros entre 1994 y 2014 en el archipiélago de las Islas Salomón, lo que ha obligado a re.asentar por primera vez pequeños núcleos habitados. El problema no es solo que suba el nivel del agua, sino que el cambio climático está produciendo una intensificación de los vientos que erosionan las frágiles superficies de esas islas. El panel de Naciones Unidas sobre cambio climático prevé que el calentamiento continúe elevando el nivel de las aguas. Todos los grandes fenómenos comienzan con un pequeño movimiento. Y pueden tener una evolución muy rápida. La búsqueda de vida fuera de la Tierra se mueve, en cambio, en otra escala. Cualquier posibilidad está a una distancia de años luz. Y cualquier cambio favorable en un planeta próximo, como Marte, requeriría miles de años.

Los científicos de la Nasa quisieron hacer inventario de los exoplanetas descubiertos por el telescopio espacial Kepler antes de que llegue al término de su vida activa. Desde su lanzamiento en 2009 ha estado buscando planetas que, por su composición, tamaño y posición pudieran tener condiciones de vida parecidas a las de la Tierra. Solo en la zona observada de la Vía Láctea ha encontrado 1.284 nuevos astros. De ellos, 550 son rocosos y nueve tienen un tamaño y una posición orbital parecidos a la Tierra. Con esta nueva remesa, son 21 los que podrían tener agua. Eso significa que si pudiéramos explorar otras galaxias del universo, podríamos encontrar millones de planetas muy parecidos al nuestro. Sólo en la Vía Láctea se calculan miles de millones de ellos.

Pues todo eso es muy interesante pero, de momento, poco podemos esperar de tales hallazgos, pues el más cercano se encuentra entre 4,3 y 11 años luz. Es muy estimulante que en octubre de 2.017 pudiéramos observar por primera vez la muerte de un planeta por extinción de su estrella, y que poco después lográramos ver cómo se formaba otro en otra estrella naciente. Pero la escala a la que ocurren estos fenómenos solo puede llevarnos a una conclusión: hay que seguir buscando planetas susceptibles de albergar vida, por supuesto, pero mientras tanto, más vale que cuidemos aquel del que ya estamos seguros de que puede seguir dando cobijo a miles y miles de especies durante millones de años.

¡El nuestro.!

emilio silvera

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 Se trataría del noveno planeta de nuestro sistema estelar y ha sido apodado como «Planeta Nueve». Aún no se ha observado directamente, pero su presencia se ha inferido al estudiar las órbitas de sus vecinos, más allá de Plutón

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El físico Pablo Jarillo. Fundación BBVA

El grafeno entró en la vida de Pablo Jarillo-Herrero (Valencia, 1976) en 2005, recién doctorado en Física por la Universidad Tecnológica de Delft (Holanda). “Me pareció un material tan bonito que lo tuve que investigar”, explica este licenciado en Ciencias Físicas por la Universidad de Valencia.

Flash-forward a 2012, cuando su investigación le hace merecedor del galardón más prestigioso que concede el gobierno estadounidense para jóvenes investigadores, el Presidential Early Career Award for Scientists and Engineers. Jarillo recibe un millón de dólares como financiación y estrecha en persona la mano a Barack Obama en la Casa Blanca.

Un pequeño salto adelante más en esta vertiginosa carrera: es 2018 y Jarillo, al frente de su equipo del Instituto Tecnológico de Massachusets (MIT), revoluciona el ya de por sí pródigo campo del grafeno: han descubierto que, superponiendo dos láminas de este material y girándolas en lo que coloquialmente llaman el ‘angulo mágico’, adquiere una nueva y codiciada capacidad: la superconductividad.

Los materiales superconductores permiten transmitir electricidad sin pérdidas, como sufren incluso los conductores comunes más eficaces como el cobre. Una red eléctrica que usase la energía al 100% abre la puerta a un mundo más eficiente, pero hay un problema: solo funciona hoy en día solo a temperaturas de frío extremo, muy por debajo del cero.

El reto de una superconductividad a altas temperaturas, o a temperatura ambiente, ha centrado la XXVI edición de la Escuela de Verano ‘Nicolás Cabrera’ organizada por la Fundación BBVA y en la que Jarillo participa como ponente.

Teniendo en cuenta lo reciente que es el campo del grafeno y lo joven que es usted, cabe pensar que tienen, mano a mano, décadas de descubrimiento por delante.

Sí, yo creo que sí [ríe]. El descubrimiento de la superconductividad del grafeno ha generado un nuevo campo y mucho entusiasmo, no solo en mi grupo sino en laboratorios de todo el mundo. Yo creo que sí, que va a dar para décadas de investigación. Es bastante complejo, no creo que lo entendamos demasiado pronto [ríe].

El reto que se aborda ahora es el de la superconductividad a temperatura ambiente.

Claro, la superconductividad que hemos descubierto es a baja temperatura. Para temperatura ambiente ya existe un material, pero lo hace bajo condiciones extremas de presión. No tiene ninguna posibilidad de aplicación, por lo que se buscan materiales que sean superconductores y se pueda hacer algo con ellos.

Porque, retrotrayéndonos a la historia del grafeno, todo comienza con el estudio del grafito, el mismo de la mina de un lápiz.

Exacto. En el año 2004, dos científicos rusos que trabajaban entre Holanda e Inglaterra descubrieron que, si tienes grafito, puedes aislar una sola capa. Eso es el grafeno. Y tiene unas propiedades electrónicas muy inusuales. A partir de ahí muchísima gente se puso a investigarlo. Se habían descubierto muchas características peculiares, únicas y extraordinarias, pero no un comportamiento emblemático de los materiales como es la superconductividad. El descubrimiento que nosotros hicimos el año pasado es que si tú pones dos capas una encima de la otra y la rotas un pequeño ángulo, solo un grado, resulta que puede superconducir. Fue una sorpresa total.

A esta técnica le ha puesto un nombre fantástico: twistrónica.

[Ríe] Efectivamente, twistronics, de twist, rotar… como hacer un Twist.

Y esto da prueba de las propiedades increíbles del grafeno: se estira, se dobla, se modifica…

En la historia de la ciencia de materiales, nunca antes se había podido “girar” un ángulo entre dos estructuras bidimensionales cristalinas. Un material tridimensional crece con la estructura en función de su naturaleza. Y un semiconductor, como el transistor de un teléfono móvil, está hecho de arseniuro de galio, y solo puede crecer por la superposición de capas alineadas. Pero al descubrir los materiales bidimensionales, podemos poner dos láminas e inclinarlas en el ángulo que queramos. Y entonces puede adquirir propiedades que no tenía originalmente. El grafeno no era superconductor y ahora superconduce, y no solo eso: yo puedo aplicarle un voltaje para convertirlo en aislante, en un metal, hacer mogollón de cosas.

¿El ‘ángulo mágico’ se puede usar como interruptor entre distintas funciones del grafeno?

Sí. Desde el punto de vista ingenieril, lo que hemos hecho es un trasistor-superconductor: una cosa que la puedes poner en estado superconductor o en estado aislante, eléctricamente, como un switch. El ‘ángulo mágico’ ha sido lo primero que ha conseguido hacer algo así, y por eso hay tanta gente entusiasmada.

Porque las expectativas sobre el grafeno van desde su uso en la ropa a chips para la computación cuántica…

Yo creo que ahí se han creado expectativas poco realistas. Sobre todo de cuándo va a ocurrir, si es que ocurre alguna vez. Me puedo imaginar lo de incorporar electrónica flexible a los tejidos gracias a los materiales bidimensionales. Pero el grafeno no va a reemplazar al silicio en nuestros ordenadores, porque es muy bueno en lo que hace y hay una gran inversión e inercia detrás. Lo que si podría permitir es tener aplicaciones que no tenemos ahora.

¿Por eso no le gusta llamar al grafeno ‘el material de Dios’, por no crear expectativas desbordantes?

Bueno, es simplemente porque eso no tiene ningún significado. Es añadir un calificativo que no aporta ninguna información.

¿Y cómo lo llamaría usted?

Es un material extraordinario. ¿Puedes decir que es el más fino del mundo? Sí. Nada puede ser más fino que el espesor de un átomo. ¿Es el más fuerte? También. Y el que mejor conduce la electricidad. Hay muchos calificativos. Algunos lo llaman “material superlativo”, que tampoco te dice mucho: significa que, en muchos campos, es “lo más”. Un “supermaterial”, vaya, eso dice un poco más [ríe].

El químico Omar Yaghi, premiado en una edición anterior, lamentaba que la ciencia básica estuviera “bajo ataque”: se penaliza la investigación que no tiene resultados inmediatamente aplicables

Estoy totalmente de acuerdo. Si uno piensa en los orígenes de las mayores revoluciones tecnológicas -la electricidad, la máquina de vapor, el láser-, encontramos físicos, químicos o biólogos que estudiaban por pura curiosidad científica. En muchos casos, las aplicaciones prácticas no llegaron hasta décadas o siglos después. Por poner un ejemplo: los satélites de GPS funcionan con relojes atómicos que se inventaron para investigar propiedades de mecánica cuántica totalmente básicas. Nadie imaginaba que un día permitirían localizar la posición como se puede hacer ahora. La precisión en centímetros se basa en algunos conceptos de la Teoría de la Relatividad General de Einstein, que nadie pensó en su día que serviría para nada.

El MIT capta a los jóvenes talentos

¿En una preocupación también presente en el MIT?

Si uno pone mucha presión en resultados a muy corto plazo, obtiene resultados muy incrementales. Mejoras de tecnología que ya tienes. Avanzas de manera lineal, si es que avanzas. Y es más de lo mismo. Es muy importante que la sociedad sea capaz de tener paciencia. Invertir en conocimiento puro genera a largo plazo mucho más crecimiento. En el MIT lo tienen claro. Pero se nutren sobre todo de fondos federales de investigación. Y el Gobierno de EEUU, como todos los del mundo, presiona por esa inmediatez. La inversión en ciencia básica está decreciendo.

¿Qué percepción hay sobre España, ahora que la ciencia vuelve a tener su Ministerio con un ingeniero e investigador -antes que astronauta- al frente?

Pedro Duque lleva relativamente poco como para ver un cambio significativo. A mi me parece muy normal que la ciencia tenga un Ministerio en sí. España tenía un gran atraso derivado de la dictadura que tuvimos durante 40 años. Volver a subirse al tren costó mucho, y no se han hecho las inversiones que cabría esperar. En algunos sectores hay grupos muy competitivos, pero de media, no estamos al nivel de otros países europeos, de EEUU, Japón o China. Creo que en este país hay menos tradición científica entre la clase gobernante, no entienden el beneficio a largo plazo.

Los presidentes de EEUU se implican personalmente en grandes proyectos científicos: Kennedy y la llegada del hombre a la Luna, Clinton y el genoma humano, Obama y el mapa del cerebro…

Durante la II Guerra Mundial, EEUU juntó un gran equipo de físicos, matemáticos y químicos de prestigio para desarrollar la bomba atómica. Y el poder político se dio cuenta de las ventajas, en este caso militares y con consecuencias lamentables. Pero desde entonces, durante décadas y hasta hace poco, se ha confiado en los científicos y han llegado logros mejores para la Humanidad. El presidente tiene por tradición un comité de asesores científicos y un asesor presidencial de muy alta categoría. Obama se reunía con él cada semana. Tenía al otro lado del teléfono a los expertos que necesitase para tomar decisiones informadas. Es una pena que no exista en España.

Quizás esa tradición en EEUU se traduce en mejores condiciones para su personal investigador.

Pero no solo eso. En EEUU se apuesta mucho por la gente joven, más que en Europa. A mi me dieron un montón de dinero y me dijeron: “Pensamos que tienes buenas ideas, haz lo que te parezca”. Yo creo que hay que apostar por los jóvenes, en general son más innovadores.

¿Se puede hablar de meritocracia? ¿Es más difícil acceder a la universidad pero los excelentes obtienen mayores oportunidades?

¿Más difícil cómo? ¿Económicamente? Sí y no. Cuando solicitas la admisión en el MIT, nadie te pregunta si puedes pagar. Si te admiten, te preguntan: “¿Tienes dinero?” Y si dices que no, no pasa nada: estudias gratis. Si lo tienes, pagas. No pasa en todas partes, solo en los centros que pueden permitírselo, pero yo tengo muchos estudiantes en el MIT que no están pagando ni un dólar. El aspecto de la meritocracia es el que más me gusta. A la gente que tiene ganas y trabaja duro se le intenta dar todas las posibilidades. Nadie te pone techos. En España, lo normal es decirte: “Para el carro, echa el freno”. Cuando estaba en la carrera, comiendo con un profesor, le pregunté por qué no iba a EEUU con los mejores en su campo: “¡Uy¡”, me dijo, “tienes una idea un poco distorsionada. Tú, con llegar aquí, date con un canto en los dientes”.

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