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28 de noviembre de 2021
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Ráfagas

No. 276

Los Premios Nobel 2021

El Premio Nobel de Física se concedió "a contribuciones fundamentales para nuestra comprensión de los sistemas complejos", con una mitad para el japonés Syukuro Manabe y el alemán Klaus Hasselmann “por el desarrollo de modelos físicos del clima de la Tierra, la cuantificación de la variabilidad y la predicción fiable del calentamiento global", y la otra mitad al italiano Giorgio Parisi "por el descubrimiento de la interacción del desorden y las fluctuaciones en los sistemas físicos desde la escala atómica hasta la planetaria".

Los sistemas complejos se caracterizan por la aleatoriedad, es decir, que dependen del azar y son desordenados y difíciles de entender. Constan de muchas partes que interactúan entre sí, y de su unión resulta algo distinto a la suma de sus componentes, apareciendo propiedades que no se observan si se estudian las partes por separado. El clima es un sistema complejo. Para entenderlo es necesario analizar la temperatura, la humedad, la presión, las corrientes marinas, la latitud, entre otras variables, y su comportamiento no se puede predecir a partir de la descripción de unas cuantas. Un pequeño cambio en las condiciones de cualquiera nos daría resultados completamente distintos. El premio de este año reconoce nuevos métodos para describir este y otros sistemas complejos, métodos que nos dan la posibilidad de predecir su comportamiento a largo plazo.

En los años 60, Manabe, de la Universidad de Tokio, estudió la interacción entre la radiación solar y el transporte vertical de masas de aire en la atmósfera y desarrolló un modelo teórico del clima terrestre. Demostró que el aumento en los niveles de CO2 en la atmósfera provoca el aumento de la temperatura de la superficie de la Tierra.

Klaus Hasselmann, profesor del Instituto Max Planck de Meteorología en Alemania, desarrolló en la década de los 70 un modelo confiable que vincula estado del tiempo (las condiciones atmosféricas día a día) y clima (la tendencia a largo plazo). Hasselmann ideó un método denominado fingerprinting, o huellas climáticas, que permite distinguir entre la variabilidad natural del clima y la perturbación debida al aumento de los gases de efecto invernadero.

Giorgio Parisi, profesor de la Universidad La Sapienza de Roma, descubrió hace cuatro décadas los patrones ocultos que existen en materiales complejos desordenados. Sus hallazgos son relevantes para entender los sistemas complejos y permiten comprender y describir fenómenos distintos y aparentemente aleatorios, no solo en la física sino en la biología y las neurociencias.

Con los modelos desarrollados, los científicos pudieron demostrar que la Tierra se ha calentado 1o C durante los últimos 150 años debido a la concentración de gases de efecto invernadero, principalmente CO2, resultado de actividades humanas, y predecir lo que sucederá en las siguientes décadas si no dejamos de producirlos.

El Premio Nobel de Química fue otorgado este año de manera conjunta al alemán Benjamin List y al británico David MacMillan por el desarrollo de la “organocatálisis asimétrica”, una forma de generar moléculas orgánicas a partir de otras moléculas orgánicas.

Los catalizadores son sustancias que controlan y aceleran reacciones químicas, pero que no forman parte del producto final. Hasta los descubrimientos de los Nobel de Química de este año, los catalizadores disponibles usados generalmente en procesos industriales o médicos eran metales y enzimas.

Las enzimas son moléculas de gran tamaño, pero solo una pequeña parte de ellas interviene en la reacción química deseada. La síntesis de productos farmacéuticos, por ejemplo, acaba produciendo la molécula que se quería obtener, pero puede producir otras que sean inocuas o desencadenen efectos secundarios adversos. Este es el caso de la Talidomina, fármaco utilizado como calmante de las náuseas durante los tres primeros meses de embarazo, que en los años 60 causó malformaciones en los bebés de madres que la tomaron. 

A List, director del Instituto Max Planck de Investigación del Carbón, en Alemania, se le ocurrió que era posible utilizar solo la pequeña parte de una enzima necesaria para la reacción química que deseaba y logró aislar un aminoácido llamado prolina, que “funcionó de manera brillante”, en palabras del propio List.

MacMillan, de la Universidad de Princeton, trabajaba con catalizadores metálicos que se destruyen fácilmente con la humedad cuando se propuso desarrollar catalizadores más duraderos a partir de moléculas orgánicas simples. Después de años, encontró una forma de desarrollar catalizadores orgánicos muy eficientes.

Los descubrimientos de este año son una herramienta más rápida, barata y precisa para producir medicamentos o cualquier otro producto que requiera catalizadores, evitando los compuestos potencialmente nocivos.

El Premio Nobel de Fisiología o Medicina se otorgó a David Julius y Ardem Patapoutian por descubrimientos que nos “han permitido entender cómo el calor, el frío y la fuerza mecánica pueden generar impulsos nerviosos” y percibir el medio que nos rodea, respuesta fisiológica vital para nuestra sobrevivencia.

David Julius, de la Universidad de California en San Francisco, utilizó la capsaicina, un compuesto químico que se encuentra en los chiles y que da la sensación de calor, para identificar el sensor en las terminaciones nerviosas de la piel y órganos internos que responde al calor. Julius y su equipo lograron identificar el gen y la proteína implicados en esta respuesta. Se trata del receptor TRPV1. Con otra sustancia, el mentol, identificaron el receptor encargado de percibir el frío: el TRPM8.

Ardem Patapoutian, armenio criado en Líbano y nacionalizado estadounidense, descubrió con un grupo de científicos del Instituto Scripps una nueva clase de sensores que responden a estímulos mecánicos en la piel y los órganos internos. Los llamaron Piezo 1 y Piezo 2. Estos sensores regulan el tacto en la piel y también están implicados en la sensación de dolor, la presión sanguínea y la sensación de tener llena la vejiga. El Piezo 2 es además fundamental para la propiocepción, el sentido de la posición de las diferentes partes del cuerpo que permite, por ejemplo, a un pianista tocar el piano sin verse los dedos. La percepción de algunos dolores, como los neuropáticos que pueden resultar de una lesión producida en el sistema nervioso, periférico o central, depende de las proteínas Piezo 2. Entender cómo percibimos nuestro entorno nos permite a su vez entender cómo sentimos el dolor, primer paso para poder controlarlo.

La supervivencia de los corales


Investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania y la Unidad Académica de Sistemas Arrecifales Puerto Morelos, de la UNAM, estudiaron el microbioma de los corales (las bacterias, hongos y virus que los acompañan) y sus genes, así como el de las algas fotosintéticas que habitan dentro de ellos, para entender
cómo participan estos microorganismos en la tolerancia de los arrecifes al aumento de la temperatura de los océanos, resultado del cambio climático.
Los investigadores recolectaron en el mar frente a Puerto Morelos, Quintana Roo, individuos de tres especies de coral: la estrella de montaña (Orbicella faveolata), el cerebro nudoso (Pseudodiploria clivosa) y el coral estrellado de aguas poco profundas (Siderastrea radians), que se diferencian por su sensibilidad al estrés térmico. Descubrieron que cada especie alberga un conjunto único de algas y otros organismos (holobiontes). El equipo mantuvo las tres especies en un tanque durante nueve días a 34o C, es decir, 6o C superior a la temperatura media a la que viven.

Los científicos secuenciaron el material genético de los holobiontes del coral de las tres especies y encontraron los genes asociados a las respuestas al estrés térmico, es decir, los que ayudan al coral a sobrevivir a los cambios de temperatura. Los resultados de esta investigación, publicada en septiembre pasado en la revista Nature Communications, abren la posibilidad de restaurar los arrecifes con microorganismos que refuercen las respuestas positivas de los corales al estrés térmico.

Evidencias tempranas de humanos en el continente americano

Huellas humanas fosilizadas encontradas en Nuevo México revelan que había seres humanos en el continente americano durante la última glaciación, de acuerdo con un estudio realizado por un equipo de investigadores de la Universidad de Bournemouth, Inglaterra, y del Servicio de Parques Nacionales de Estados Unidos.

Se trata de 60 huellas fósiles de diversos individuos encontradas en lo que debió ser una zona pantanosa en el Parque Nacional White Sands, en la región central de Nuevo México. Usando técnicas de datación con carbono 14 en semillas incrustadas en las huellas, los investigadores pudieron fecharlas y descubrieron que su antigüedad era de entre 19 000 y 26 500 años, durante la última era glacial, cuando el hielo ocupaba cerca de una tercera parte de la superficie de la Tierra.

Hasta ahora los arqueólogos pensaban que los primeros humanos en cruzar el estrecho de Bering fueron los que formaron la cultura conocida como Clovis. Esta idea se basa en herramientas de piedra de 13 000 años de antigüedad. Sin embargo, con el tiempo se han encontrado evidencias de habitantes anteriores. El año pasado se localizaron en una cueva en el Chiquihuite, México, varios artefactos de piedra de 26000 años de antigüedad. Pero muchos arqueólogos
piensan que podría tratarse de objetos naturales y no de artefactos hechos por seres humanos.

El resultado de esta investigación, publicada en la revista Science en septiembre, es la primera evidencia contundente de humanos en el continente americano durante la última glaciación. Este descubrimiento abre nuevas interrogantes sobre cómo y de dónde llegaron estos migrantes.

 

Martha Duhne

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