El experimento Miller-Urey y nuevas claves para el origen de la vida

La abiogénesis y la teoría de la generación espontánea

Francesco Redi

Francesco Redi

La teoría de la abiogénesis, que dice que la vida puede proceder de lo que no está vivo, es una muy antigua. Sin embargo, por milenios solamente se favoreció una variante de esta:  la teoría de la generación espontánea. Desde la época de Aristóteles se pensaba que la vida podía brotar espontáneamente de lo que cosas inertes. Durante el Renacimiento, obtuvo un nuevo auge ante evidencia que parecía indicar que esta teoría era correcta. Por ejemplo, si se colocaba carne podrida a la interperie, en un momento dado saldrían larvas de moscas de su interior.

Un científico italiano llamado Francesco Redi puso esa aserción en duda porque pensaba que probablemente la carne podrida atraía a las moscas para dejar huevecillos. Posteriormente, las larvas saldrían de los huevos creando la impresión de que de la carne podrida se originaban las moscas. Así que diseñó un experimento para poner su hipótesis a prueba. Colocó pedazos de carne podrida en una serie de frascos abiertos y otros en frascos cerrados. Efectivamente, los de los cerrados no llegaron a tener larvas de moscas.

El experimento de generación espontéanea

El experimento de generación espontánea. Imagen de Daniele Pugliesi. CC-BY-SA 3.0 Unported.

Aun con ello, Redi todavía mantenía abierta la posibilidad de que los microorganismos se originaran espontáneamente de materia inerte.

Esta convicción mantenida por siglos, fue finalmente refutada por el gran biólogo del siglo XIX, Louis Pasteur. Este reconocido autor del proceso de la pasteurización de la leche creó un tipo de frasco peculiar llamado “frasco del cuello de cisne”.

Frasco de cuello de cisne

Frasco de cuello de cisne – por Yassine Mrabet y disponible bajo la GNU FDL 1.2+.

La idea es que tras hervir la sustancia que se encontraba en el interior, esta no podría entrar en contacto con microorganismos que estarían atascados en el cuello del frasco. Se pudo demostrar que efectivamente que la sopa inerte no producía microorganismos, por lo que dejó refutada de una vez la teoría de la generación espontánea aun a niveles microscópicos. Así que Pasteur propuso la siguiente ley para la biología: los organismos vivos solo pueden proceder de otros organismos vivos.

Retrato de Charles Darwin

Retrato de Charles Darwin

Sin embargo, eso no significa que la noción de abiogénesis desapareció. Al contrario, Charles Darwin y Alfred Russell Wallace) descubrieron cómo evolucionaban los seres vivos mediante selección natural, en un proceso al que se describe no por el término “evolución” sino más apropiadamente por el de “descendencia con modificación“. Esta propuesta apareció en un abstracto extenso llamado El origen de las especies (1859) por Darwin y en un ensayo de Wallace titulado “Sobre la tendencia de variedades de apartarse indefinidamente de su tipo original”. Ambos pudieron explicar parcialmente el hecho de que las especies se originaran de grupos previos que eventualmente sufrieron unas modificaciones que le llevaban a su supervivencia. Dado a factores ambientales, variantes fenotípicas, migración, entre otros, de un grupo salen dos o más especies. Muchos de los cambios fenotípicos que tienen los organismos pueden producir unas nuevas funciones dadas bajo unas circunstancias específicas: un proceso que hoy se conoce con el término “exaptación”. Es decir, todas nuestras características físicas fueron desarrollándose paso a paso de órganos que combinados asumen funciones nuevas, dentro de un proceso que tomó miles de millones de años.

Dado este fenómeno, se puede explicar perfectamente bien cómo unos seres vivos proceden de otros, algo consistente con la ley propuesta por Pasteur. Sin embargo, Darwin especulaba si era posible la existencia de alguna serie de combinaciones químicas que paso a paso hicieron que emergieran los primeros organismos, de manera muy similar al de descendencia con modificación (Miller & Lazcano, 2002, p. 78).

Aleksandr Oparin, J. B. S. Haldane, Stanley Miller y Harold C. Urey

En la Unión Soviética, durante los años 20, un científico llamado Aleksandr Oparin formuló la famosa teoría de la “sopa primordial”. Por cierto, él no fue el único en hacerlo, porque J. B. S. Haldane también la formuló de manera más refinada y aparte de Oparin y basándose en la observación de Darwin. De acuerdo con su visión, no hay tal cosa como una “división” tajante entre los procesos químicos y los seres vivos. Ambos investigadores postulaban que en el pasado hubo un a combinación de sustancias químicas que hicieron posible la gradual (no espontánea) aparición de la vida por primera vez en el planeta Tierra. Esta combinación de químicos primordiales incluían el agua, diversas formas de energía (la radiactiva, la eléctrica, entre otras) y cuya dinámica posibilitaba que se formaran moléculas cada vez más complejas, hasta que hubiera un sistema químico que, paso por paso, originaría el primer ser vivo simple. A esto se le conoció como la hipótesis Oparin-Haldane.

Durante los años 50, fueron Stanley Miller y Harold C. Urey (su profesor) los primeros que llevaron a cabo un experimento para poner a prueba esta hipótesis.

Experimento Miller-Urey

Experimento Miller-Urey. (c) 2017, Pedro M. Rosario Barbosa. Derivado del dibujo de Carny de Wikimedia Commons. CC-BY-SA 2.5.

Crearon un aparato que simulaba, dentro de sus obvios límites, la dinámica que se presumiblemente se daba en la Tierra para forjar las moléculas dadoras de vida. En un frasco se simulaba el agua (H2O) del océano primordial, cuyo vapor circularía y se combinaría con hidrógeno (H2), amoníaco (NH3) y metano (CH4). Se aplicaba energía mediante electricidad y calor para simular la radiación y la electricidad que muy probablemente tuvieron lugar durante ese proceso. Lo que buscaban Stanley y Urey era poner a prueba la primera etapa de la hipótesis Oparin-Heldane, a saber, que de estas moléculas simples del océano primordial surgirían moléculas más complejas.

Stanley Miller (1999)

Stanley Miller (1999)

Al pasar una semana solamente, ya se habían producido moléculas más complejas, muchas de ellas aminoácidos, que son los componentes de las proteínas, los bloques de construcción de la vida como la conocemos. Los resultados sorprendieron a los bioquímicos, dado el hecho de que se solía pensar que los aminoácidos solo podían formarse en los seres vivos. Ahora se podía constatar que tal proceso es perfectamente posible por procesos que involucran sustancias que actúan por la mera interacción energética y molecular.

No obstante este gran paso para la historia de la ciencia, los componentes químicos no parecían ser lo suficiente para generar la vida en un periodo de tiempo.  Aun así, mayores estudios de nuestro sistema solar han provisto algunas pistas que señalan con optimismo otros elementos que pudieron haber contribuido a la formación de moléculas orgánicas más complejas, tal vez a una rapidez mucho mayor que las previstas por la hipótesis Oparin-Haldane.

Por ejemplo, la manera en que los planetas orbitan alrededor del sol y que giran sobre su propio eje parecen indicar que las primeras etapas de la formación de nuestro Sistema Solar eran bastante violentas. Una Tierra primitiva debió haber recibido constantes bombardeos de meteoros y cometas por todos lados, además de erupciones volcánicas de su interior que pudieron hacer que emergieran moléculas orgánicas, entre varios otros acontecimientos. Un ejemplo de la violencia que sufrio nuestro planeta son las indicaciones de que la luna se pudo haber formado debido a la colisión de la Tierra con otro planeta del tamaño de Marte (Canup, 2012).

Jennifer Blank

Jennifer Blank (Foto cortesía de la NASA)

Ahora bien, intuitivamente veríamos todo el proceso violento como puramente destructivo. Uno podría decir que a tal nivel, parecería que de la sopa orgánica producida por el experimento Miller-Urey no se habrían producido moléculas más complejas. Sabemos mediante varios descubrimientos a partir de los estudios de meteoros, cometas y polvo cósmico, que nuestro Sistema Solar está repleto de azúcares, lípidos y muchos tipos de materia orgánica, algunas que pudieron haber aparecido en la Tierra gracias a dichas colisiones. Pues, la científica, Jennifer G. Blank, diseñó un experimento que puso esa hipótesis a prueba. Tomó exactamente un producto orgánico que mezclaba a cinco de los aminoácidos más comunes que pueden encontrarse en cualquier ser viviente y lo mantuvo bajo continua colisión con una especie de rifle cuyas “balas” contenían unos químicos orgánicos que podemos encontrar en cometas. Dicho químico chocaba violentamente con los aminoácidos. ¿El resultado? Aminoácidos, moléculas orgánicas sencillas y unas mucho más complejas, los péptidos (algunos de los cuales juegan un rol importante para la vida en la Tierra). Pueden conocer más sobre los experimentos con este folleto.

Obviamente, experimentos como los que hemos mencionado son un una ínfima parte de todos aquellos dirigidos al tema de la abiogénesis. La búsqueda por esa “sopa primordial” y las condiciones que posibilitaron el origen de la vida continúan. Todavía no hemos llegado al final de nuestro relato.

El mundo ARN

ARN

Molécula de ARN

Más allá de lo que hemos expuesto, los científicos en general especulan sobre cuál tipo de mundo pudo haber originado la vida. Sin embargo, la siguiente pregunta es cómo comenzó la vida. Según una hipótesis altamente favorecida, se piensa que lo que la pudo haber iniciado fue la formación del primer replicante. Sin algo que se replique, es imposible que se comenzara el proceso evolutivo. El mejor candidato a ello es lo que se conoce como el ácido ribonucleico (ARN). Su molécula se halla en nuestras células y es la principal responsable de enviar la información determinada por el ácido desoxirribonucleico (ADN) para la síntesis de proteínas en los ribosomas. A esta molécula emisaria se le conoce como ARN-mensajero o ARNm. También persiste el ARN en otros lugares, no solo en organismos vivos, sino también en virus, cuya inserción en nuestras células puede causar estragos.

¿Pudo la sopa primordial producir este primer replicante?

Descubrimiento reciente

Hace unas semanas atrás, la Proceedings for the National Academy of Sciences (PNAS) dio a conocer con antelación a la publicación del estudio, un artículo en el que se reporta que algunos científicos checkos examinaron los resultados químicos del experimento Miller-Urey y, para su sorpresa incluye también las moléculas nucleobases del ARN: uracil, citocina, adenina y guanina (Ferus et al, 2017). Este descubrimiento es uno de los más grandes pasos en cuanto a la comprensión del origen de la vida en la Tierra.

Todo parece indicar que no es tan difícil que emergiera la vida terrestre como mucha gente se imagina.

Bibliografía

Berche, P. (2012). Louis Pasteur, from crystals of life to vaccination. Clinical Microbiology and Infection, 18, s5, 1–6. doi: 10.1111/j.1469-0691.2012.03945.x.

Canup, R. M. (17 de octubre de 2012). Forming a moon with an Earth-like composition via a giant impact. Science, 1226073. doi: 10.1126/science.1226073.

Darwin, C. (2001). On the origin of species. Pennsylvania: The Pennsylvania State University.

Ferus, M., et al. (10 de abril de 2017). Formation of nucleobases in a Miller–Urey reducing atmosphere. Proceedings in the National Academy of Science (PNAS). Recuperado de  http://www.pnas.org/content/early/2017/04/04/1700010114. doi:  10.1073/pnas.1700010114/-/DCSupplemental.

Miller, S. (15 de mayo de 1953). A production of amino acids under possible primitive Earth conditions. Science, 117, 3046, 528-529. doi: 10.1126/science.117.3046.528. PMID: 13056598.

Miller, S. & Lazcano A. (2002). Formation of the Building Blocks of Life. En Schopf J. (Ed.), Life’s origin: The beginnings of biological evolution (pp. 78-112). California: University of California Press.

Ligon, B. L. (2002). Biography: Louis Pasteur: A controversial figure in a debate on scientific ethics. Seminars in Pediatric Infectious Diseases, 13, 2, 134–141. doi:  10.1053/spid.2002.125138.

Liu, B. T.,  Lomova, I. N., Blank, J. G., & Antouna, T. H. (2007). Simulation of comet impact and survivability of organic compounds. AIP Conference Proceedings 955, 1391. doi: 10.1063/1.2832985.

Oparin, A. I. (1953). The origin of life. Mineola, NY: Dover.

Redi, F. (1909). Experiments on the generation of insects. IL: Open Court.

 

El impacto de las elecciones sobre las ciencias

Donald Trump y Ricardo Rosselló

A la izquierda, Donald Trump. Foto cortesía de Michael Vadon CC-BY-SA 2.0 / A la derecha, Ricardo Rosselló Nevárez. Foto cortesía de Edgardo Colón CC-BY-SA 4.0.

Los resultados de las elecciones del 2016 de Estados Unidos y Puerto Rico son noticias devastadoras en lo que concierne al ámbito de las ciencias, la lucha por los derechos humanos y la educación.
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Primera parada: Puerto Rico

En Puerto Rico, los resultados de las candidaturas a la gobernación no sorprendieron a nadie. Lo que sí dejó perplejos a algunos analistas políticos es el grado de insatisfacción que siente la población puertorriqueña con los partidos tradicionales. Más aun, fue refrescante la noticia de que una candidata independiente Alexandra Lúgaro, quien se autodefinió como atea, independentista y a favor del canabis (asunto del que hablaremos en otro artículo), haya obtenido el favor de una porción significativa de los votantes boricuas. Además, por primera vez en mucho tiempo, ningún candidato a la gobernación ganó por más del 42% de los votos. El Partido Independentista Puertorriqueño (PIP) y el Partido del Pueblo Trabajador (PPT) juntos no lograron llegar ni al 3% de los votos.  El Prof. Bernabe decidió no volver a postularse para el próximo cuatrienio como candidato a la gobernación, mientras que el PIP comienza el ya el acostumbrado ritual de “autoevaluación” para concluir que el resto del mundo está mal excepto el partido y así reinscribirse (mi predicción, espero estar equivocado).

Esto lanza varias señales. Una de ellas es que ya los puertorriqueños están perdiéndole el miedo a candidatos que se autodenominan públicamente ateoso que no profesan creencia alguna en alguna religión formalizada. Es más, me consta personalmente que han habido políticos agnósticos o ateos en la legislatura, pero que aun así no lo expresaron públicamente. Ya es tiempo para ellos “salir del closet“.

No debemos perder de vista que hubo un alto nivel de abstención en Puerto Rico. Sin embargo, es importante mencionar el hecho de que la cifra de 45% de los electores es algo inflada. No olvidemos que el Tribunal Supremo de Puerto Rico determinó que se incluyeran a aquellos que no votaron en las elecciones pasadas. Para este año, ya algunos de ellos habían abandonado nuestro archipiélago.

Dadas estas circunstancias, hay que señalar que Rosselló debe estar conciente de que, como cabeza de la rama ejecutiva, él no tiene un mandato fuerte para la estadidad o su programa de gobierno, ya que el PNP obtuvo votos muy por debajo de la mayoría absoluta y casi a la par con el PPD. Sin embargo, sus planes parecen girar en torno a esa propuesta de estatus y ese va a ser el grueso de la discusión durante los próximos años, además de su impotencia ante la todopoderosa Junta de Control Fiscal.

Además, las semillas de ciertos contribuyentes a su candidatura empezaron a dar frutos. El predicador evangélico Jorge Raschke se reunió con Rosselló para felicitarle por su triunfo.

Es interesante ver que la primera preocupación del nuevo ejecutivo como política pública no es comenzar el proceso de solicitar la estadidad al Congreso (de hecho, tiene la visión equivocada de que el Presidente es el que la concede … o algo parecido). No, la primera gestión es la de cambiar algunos aspectos de la carta circular en torno a la enseñanza con perspectiva de género en las escuelas públicas. Obviamente activistas feministas, como María Dolores Fernós reaccionaron ante este tipo de declaraciones afirmando muy correctamente que el Dr. Rosselló no entiende mucho del tema y que de lo que se trata la carta circular es el énfasis en la igualdad de dignidad de todo ser humano independientemente de su sexo o género. Nada de esto debe extrañar al público, ya que en su campaña Rosselló se comprometió ideológicamente como “católico cristiano” (whatever that means) a estar en contra de la enseñanza con perspectiva de género.

En cuanto a las ciencias como campo, no creemos que Rosselló vaya a afectar las ciencias mediante sus visiones ideológicas. Sin embargo, existe una gran preocupación en cuanto al estatus de la Universidad de Puerto Rico bajo la supervisión de la Junta. Se podría afectar el acceso a fondos estatales o federales para los fines de la investigación científica.

Seguro que los grupos de derechos humanos y otros tendrán mucho que luchar en los próximos 4 años, pero nada … NADA … se compara con el problema inmenso que representa la elección de Donald Trump en Estados Unidos.
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Segunda parada: Los Estados Unidos

El triunfo de Donald Trump fue prácticamente inesperado para el mundo entero, no solo para los Estados Unidos. Debido al sistema vigente, pero anacrónico y obsoleto, de los colegios electorales, la candidata demócrata Hillary Clinton ganó el voto popular, pero perdió el de los electores. Esta sería la cuarta ocasión que un presidente gana por colegio electoral a pesar del favor de la mayoría de la población estadounidense. Algunos están hablando de fascismo y dictadura, pero el Prof. Ángel Rosa nos recuerda que estas racciones son un tanto exageradas. Aun con un Congreso republicano, es muy improbable que Trump haga “lo que le dé la gana”.

No obstante la matización, no podemos bajar la guardia ante esta novel situación política. Tan pronto fue electo, Trump comenzó el proceso de selección de la gente que le acompañará en el ejecutivo y su lista no es nada agradable.

Durante su campaña política, él intentó desacreditar el carácter antropogénico del cambio climático. En ocasiones, hizo alegatos extraños e ignorantes como los siguientes:

Aunque algunos tenían esperanza de que no hiciera buena su promesa, Trump comenzó por escoger a Myron Ebell como director de transición de poder en la Agencia de Protección Ambiental (EPA). Las voces de la comunidad científica no se hicieron esperar. La versión cibernética de la revista divulgativa Scientific American publicó un artículo al respecto, señalando que Ebell es un llamado “escéptico” de la antropogénesis del cambio climático y miembro del Center for Energy and Environment, un tanque ideológico conservador en torno a temas del ambiente.

Eso no es todo. Aunque parezca increíble, Trump considera nominar a su exrival de primarias Ben Carson para liderar el Departamento de Educación federal. Carson es un neurocirujano procedente de un sector fundamentalista protestante en los Estados Unidos, quien ha dedicado sus energías al combate de la enseñanza de la teoría de la evolución neodarwiniana en las clases de ciencias en las escuelas públicas de Estados Unidos. También niega explícitamente la antropogénesis del cambio climático o la mera existencia de este. No solo eso, sino que en una predicación, fue tan lejos como para postular la hipótesis de que las pirámides probablemente fueron construidas por el patriarca hebreo José para guardar los granos que necesitaba Egipto para los siete años de sequía…

… y que Satanás inventó la teoría de la Gran Explosión (Big Bang).

Tengamos eso en cuenta cuando pensemos que Ben Carson puede ser que termine a cargo de la educación de los niños estadounidenses a nivel nacional.

Lo mismo se puede decir del vicepresidente electo Mike Pence, quien no solo sostiene perspectivas semejantes a las mencionadas, sino que las ha defendido abiertamente en el Congreso de los Estados Unidos.

Además, Pence tampoco cree que fumar tabaco o cigarrillo sea dañino a la salud. Para el horror de la comunidad LGBTI, también favorece las desacreditadas “terapias” de conversión de homosexuales a heterosexuales.

Hay otras noticias que parecen indicar que la presidencia de Trump va a estar caracterizada en parte por un intento de crear una teocracia republicana.

Ante este panorama, el futuro cuatrienio se ve difícil tanto en los ámbitos de las ciencias como de los derechos humanos. Esto implica que activistas bien orientados en cuanto a estos temas tenemos que salir a la calle a defender la razón y las ciencias en estos tiempos en los que se asoma de nuevo la oscuridad racional, intelectual y espiritual.

¿Favorece la ONU la agricultura orgánica?

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Desde hace algún tiempo, en las redes sociales se ha estado diseminando la noticia de que las Naciones Unidas favorece la agricultura ecológica, conocida también como orgánica. Según estas fuentes, en el año 2013, la Conferencia de las Naciones Unidas de las Naciones Unidas sobre Comercio y Desarrollo (UNCTAD) radicó un informe titulado Wake Up Before It Is Too Late: Make Agriculture Truly Sustainable Now for Food Security in a Changing Climate Wake Up Before It Is too Late - UNCTAD(Despierta, antes de que sea tarde: Hagamos la agricultura verdaderamente sostenible ahora para seguridad alimentaria ante un clima cambiante) y que recomienda la agricultura orgánica como la que puede salvar a la humanidad del hambre. Según algunos, el documento Wake up es un espaldarazo oficial de las Naciones Unidas a este tipo de iniciativas de política pública.

La pregunta que debemos hacernos es, ¿es ese el caso? Lo dudamos mucho y la razón de ello nos la da el mismo documento. Una vez descargamos su archivo PDF , podemos ir a la página 3 (de las 341 que contiene) y encontramos lo siguiente (los recuadros son nuestro énfasis):

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Traducción al español (perdonen si no es la mejor traducción):

Los puntos de vista que se expresan en los siguientes artículos en esta Revisión son de sus autores y no necesariamente reflejan las posiciones de sus organizaciones o instituciones respectivas. Por lo tanto, las perspectivas expresadas en en esta Revisión deben atribuírsele a los autores y no a cualquier institución o a la UNCTAD o a sus estados miembros.

Cualquier referencia a alguna compañía y a sus actividades no debe ser presentado como un endoso por la UNCTAD o por sus autores o sus instituciones, de la compañía o sus actividades.

En otras palabras, sí es cierto que este informe lleva el sello de las Naciones Unidas, porque la conferencia se dio con su auspicio, pero esto no representa su posición oficial.

Si esta es la situación, entonces, ¿cuál es la verdadera posición de las Naciones Unidas al respecto? Por ahora, lo más cercano a una opinión oficial la podemos encontrar en el portal de la Organización de Alimentos y Agricultura de las Naciones Unidas (FAO), donde dice exactamente lo contrario a lo alegado. En un comunicado de las Naciones Unidas del 2007 titulado “FAO advierte insuficiencia de agricultura orgánica en lucha contra el hambre”, su portavoz nos dice, entre otras cosas:

… “no se puede alimentar a seis mil millones de personas hoy en día y a nueve mil millones en 2050 sin un uso sensato de productos químicos”.

Casi 31 millones de hectáreas, o aproximadamente el 2% de las tierras agrícolas de todo el mundo, fueron cultivadas en 2005 sin usar productos químicos, y generaron ventas por alrededor de 24.000 millones de dólares.

“No hay una solución única al problema de alimentar a los pobres y hambrientos,” dijo Diouf. Agregó que cuando se usan fertilizantes deben escogerse los productos apropiados, y aplicarse en cantidades adecuadas, de la manera correcta y en el momento oportuno”.

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¿Por qué la FAO adopta una posición desfavorable ante la agricultura orgánica (o “ecológica”)?

Si se le presta atención a los factores científicos de todo este asunto, en vez de al mero sentimiento de “unión  y conexión con la naturaleza” al que apelan muchos con los que hablo sobre este tema, podremos ver cuál es el problema.

A muchos se les olvida el componente económico de la dinámica de distribución de alimentos. Desgraciadamente, cuando la gente escucha la palabra “economía”, usualmente piensan en dinero. Se les olvida que la economía es algo mucho más amplio que este factor, sino que tiene que ver con la distribución inteligente de recursos escasos. Eso incluye la manera en que se reparte la materia y energía en la población mundial. Esta energía toma la forma de alimentos (energía para el ser humano), energía muscular, energía eléctrica, entre otros. El dinero es solo un componente de la economía que mide el valor de todos los recursos escasos, es decir la riqueza material y energética que circula en calidad de mercancía. Desde esta perspectiva, todo recurso escaso en el mundo se puede medir en dólares y centavos.

Norman Borlaug

Norman Borlaug, padre de la Revolución Verde

Esto aplica también al asunto de si los alimentos deben producirse convencionalmente o mediante la agricultura orgánica. Para alimentar 7 mil millones de personas en el mundo, nos topamos con la interrogante de cuál es la manera más eficiente para hacer que alimentos lleguen a la mayor parte de la población. Desde la Revolución Verde, la industria alimentaria ha adoptado medidas para ser cada vez más eficiente a la hora de producir más alimentos. Esta es una de las instancias en que los intereses de la industria coinciden con el bienestar público. Dicha inversión implica un ahorro considerable de energía mediante la diseminación eficiente de alimentos y un mayor espacio para el crecimiento de la naturaleza. A muchos le sorprenderá este último alegato, pero recordemos que desde un punto de vista de espacio cultivable y el económico, la industria quiere maximizar la producción en relación con el tamaño de mercado disponible. Este hecho significa que si aumenta exponencialmente la tasa de rendimiento agrícola por área de terreno,  esto inevitablmente lleva a la utilización de cada vez menos área de terrenos, así librando muchos hábitats de la deforestación y de la actividad y contaminación humanas.

Aun con todo, la llamada “agricultura convencional” no es perfecta, ya que se estimula el uso de nitrógeno derivado del petróleo y de pesticidas relativamente tóxicos para los agricultores y, en ocasiones, para el público. La agricultura orgánica (o “ecológica”) surgió como una respuesta a estas preocupaciones. ¿Qué cuenta como “orgánico” en este sentido? Usualmente la definición del término se estipula por ley, pero en su línea general se utilizan medidas para reducir el uso de pesticidas y fertilizantes sintéticos y adoptar solamente los naturales. Además, para disminuir el uso de estos tóxicos, se utilizan también otras técnicas tales como rotación de cultivos, cultivos asociados (intercropping), reciclaje de nutrientes, cultivo de cobertura, entre otros. Todos estos factores son importantes para la conservación de los terrenos. De hecho, ya varios agricultores convencionales han incorporado algunas de estas técnicas con mucho éxito y algunas compañías han estado impulsando programas para preservar las tierras y fomentar la biodiversidad en el proceso.

Por otro lado, algunos agricultores orgánicos quieren operar con la menor maquinaria posible, con el menor grado de pesticidas posibles y maximizar el uso de composta o estiércol de ganado. Además, con contadas excepciones, rechazan en principio el uso de cultivos transgénicos, sea por convicción o porque sus productos serían descertificados de la categoría de “orgánico” o “ecológico”. Sin que esto sea suficiente, a veces la selección de venta en ciertos mercados hace más ineficiente su transportación o su cotejo por las autoridades de sanidad, lo que lleva en no pocos casos a la diseminación de epidemias por contaminación viral o bacteriana (véase el caso de la mal llamada “Crisis del Pepino” en el 2011).

Esto lleva a que la actividad de cultivo orgánico sea mucho más ineficiente que los cultivos convencionales en general. Revisiones científicas como esta confirman nuestro punto. En promedio, los orgánicos tienen 20 a 30% menor rendimiento que los convencionales. Un estudio más minucioso a partir de los datos ofrecidos por el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA) revela que, salvo en contadas excepciones, en la inmensa mayoría de los casos el rendimiento de estos cultivos es menor y, en ocasiones, significativamente inferior, que los correspondientes convencionales.

Esto se debe a que la dinámica para este tipo de agricultura requiere mayor energía. La FAO reconoce precisamente este punto cuando dice:

  • Production costs for organic foods are typically higher because of greater labour inputs per unit of output and because greater diversity of enterprises means economies of scale cannot be achieved;

Como cualquier economista señalaría, mientras mayor energía se utilice para producir una mercancía, mayor valor adquiere. Simultáneamente esta inversión energética se refleja en el precio. El mero hecho de que se consuma mayor energía cuando se le compara con la agricultura convencional significa que tenemos que cuestionar el supuesto beneficio ambiental o humano que esto implica.

No hay lugar a dudas que el cuido de la tierra en la mayoría de las ocasiones (no en todos los casos) existe mejor en la industria orgánica, tal y como lo reconoce la FAO. Sin embargo, para permanecer “competitivo” en un mercado en que los alimentos orgánicos necesariamente tienen que ser más caros solamente por este factor, significa que tienen que buscar medidas “baratas” para lidiar con este penoso problema, tales como disfrutar de exenciones contributivas y otros incentivos.  Por ejemplo, sin uso de la soya transgénica resistente a glifosato, la práctica de no labranza se hace virtualmente difícil en el caso del grano no transgénico, aunque no totalmente imposible si se integran ciertas tecnologías. La restricción al uso de pesticidas naturales en ocasiones puede ser menos efectiva que las alternativas no orgánicas. Aun con todo, los precios en general no logran bajar lo suficiente para competir con los productos convencionales.

Tales ineficiencias implican mayor uso de terreno, no solo para obtener el mismo nivel de producción que la agricultura convencional, sino también para obtener los nutrientes. Se puede remediar en parte el problema usando cultivos de cubierta, pero otros tipos de cultivos requieren muchos más nutrientes. Se podría utilizar composta, que tiene que integrar la producción orgánica de ciertos otros cultivos para ello. Sin embargo, la composta contribuye más al cambio climático de lo que originalmente se pensaba. El aumento de uso de estiércol implica necesariamente mayor uso de terrenos para la crianza de ganado, un problema ambiental debido al alto nivel de consumo de hierba o pienso que necesita y por su emisión de metano, agravando así el efecto de invernadero y, por ende, el calentamiento global. Todos estos factores conllevan una reducción considerable de los ecosistemas naturales para dedicarlos exclusivamente para la agricultura.

El problema no termina ahí. De acuerdo con la FAO, podemos añadir otros ingredientes en cuanto a la inversión energética en alimentos orgánicos:

  • Post-harvest handling of relatively small quantities of organic foods results in higher costs because of the mandatory segregation of organic and conventional produce, especially for processing and transportation;
  • Marketing and the distribution chain for organic products is relatively inefficient and costs are higher because of relatively small volumes.

En otras palabras, hay que invertir más energía por concepto de separación de los alimentos orgánicos de los convencionales. Mientras mayor es la energía invertida, no solo nos lleva a precios más altos, sino también a un mayor uso de combustibles (usualmente fósiles). Hoy día se sabe que si se quiere evitar el cambio climático, tiene que invertirse significativamente en la intensificación de la producción de alimentos en cada vez menos hectáreas de terrenos cultivables. La Revolución Verde, que ha sido tan condenada por los partidarios de la agricultura orgánica, ha logrado precisamente eso (véase este estudio al respecto, este y este).

La agricultura orgánica va exactamente en el sentido opuesto a lo que se debería aspirar. Es por ello que muchos científicos argumentan que a pesar de reconocer el innegable beneficio de la agricultura orgánica o “agroecología” a la tierra y la biodiversidad en el campo, la misma ineficiencia energética que implica neutraliza su valor ambiental.

La ventaja de la agricultura convencional es que puede adoptar las mejores medidas para cuidar el suelo y ya hay agricultores convencionales que están adoptando esas prácticas, pero no tienen que abandonar toda la tecnología disponible para hacer su labor productiva muy eficiente. Esto se debe a que no hay definición de lo que sea “convencional” y, por ello, la tarea es flexible a la hora de ser eficiente y proteger los suelos. La desventaja de la agricultura orgánica es que se niega a usar la mayor parte de dichas tecnologías y está usualmente estancada en los límites que ella misma se impone.

Por estas y otras razones, el costo de los alimentos orgánicos permanecerá muy alto en el futuro previsible. Los convencionales, incluyendo aquellos que utilizan ingeniería genética, serán de muy bajo costo porque son más eficientes. Son estos últimos los que serán más accesibles a los pobres y tendrán mejores oportunidades de alimentar al mundo.

Precisamente esto y no más explica la posición de la FAO.

Divulgación reciente: una causa probable del declive apícola

Apicultor

Apicultor. Foto por Davarona, Wikimedia.org

El 15 de septiembre, en Scientific Reports del portal de Nature.com, se publicó un artículo de acceso abierto sobre nuevos hallazgos en torno a las posibles causas del declive de las colonias de abejas en Norteamérica, Europa y otras partes del mundo. He aquí la ficha:

Traynor, K. S., Pettis, J. S., Tarpy, D. R.,  Mullin, C. A., Frazier, J. L.,  Frazier, M. & van Engelsdorp, D. (2016, 16 sept.). In-hive Pesticide Exposome: Assessing risks to migratory honey bees from in-hive pesticide contamination in the Eastern United States. Scientific Reports, 6, 33207. doi: 10.1038/srep33207.

El estudio independiente confirma lo que muchos científicos tales como Lynn Dicks, Jarmo Ketola, Kati Hakala, Lauri Ruottinen, Helen Thompson y divulgadores como  Jon Entine han sospechado y lo que algunas compañías como Bayer y Syngenta han señalado en sus pruebas de campo: parece que no son los neocotinoides (“neonics“) los causantes principales de la muerte inexplicada de abejas en varias partes del mundo, aunque sí puede involucrar otras clases de pesticidas.

El escrito libremente accesible en línea muestra el escaso impacto de los neocotinoides sobre las abejas, pero sí el efecto acumulativo de ciertos insecticidas y, muy especialmente, fungicidas en la cera de las colmenas a medida que los polinizadores interactúan con algunos cultivos. De hecho, los autores han  encontrado una correlación clara entre el grado de mortandad apícola con la acumulación de estos tipos de pesticidas en las colonias. Esto puede significar que dichos tóxicos, no necesariamente los neocotinoides, juegan un rol significativo en el colapso de las colonias apícolas.

No obstante ello, todavía hacen falta mejorar los modelos utilizados para continuar la búsqueda de las causas de estos declives y requiere saber si los resultados son semejantes en otros casos examinados por científicos en Estados Unidos y alrededor del mundo.

Científicos se oponen a proyecto en La Parguera

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En mayo de este año se radicó el P. del S. 1621, en el que se planifica crear una “Zona de Planificación Especial Turística de las Casetas y Muelles sobre el agua y terrenos de dominio público de La Parguera”.

En sí, el proyecto de ley permitiría el arrendamiento por un periodo de 40 años para el uso de las zonas marítimas de la Parguera, lugar donde se han construido casas ilegalmente, incluyendo casas de veraneo. De acuerdo a sus oponentes, esto constituye en términos prácticos una nueva forma de privatización en esta zona. El proyecto de ley fue rechazado por 25 integrantes de la comunidad científica, algo que no detuvo su aprobación legislativa.

El número de científicos que se han opuesto a este proyecto ha aumentado considerablemente y ellos le han solicitado al gobernador que lo vete.

Parte de las razones que esgrimen son las siguientes:

  • Parte de la Zona de Planificación incluye a una sección de la Reserva Natural de La Parguera del Bosque Estatal de Boquerón.
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  • Existe una realidad de cambio climático, algo que ha provocado el aumento del nivel del agua a través de los años.
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  • Este mismo cambio climático llevará al fortalecimiento de ciertos fenómenos climáticos, tales como los huracanes..

El consenso en la comunidad científica en torno a la antropogénesis del cambio climático está prácticamente fuera de discusión, al igual que sus preocupaciones en torno al aumento del nivel de los océanos.

Una vez más, estamos ante un proyecto que parece ignorar las consecuencias de lo que probablemente ocurrirá si nuestros legisladores y el gobernador deciden no hacerle caso a lo que los científicos profesionales tienen que decir en cuanto a este tema: muchas de estas casas eventualmente se inundarán y serán destruidas por los huracanes.  Simultáneamente se desataría un desastre ecológico en un área de reserva natural.

Ciertos especialistas en derecho también han señalado los problemas jurídicos del proyecto y el precedente que establecería en el ámbito legal. También se ha opuesto la Federación de Pescadores de Puerto Rico.

Le toca ahora al gobernador decidir si firma o no este proyecto de ley.

Entre los científicos y especialistas que firmaron la petición al gobernador se encuentran:

  • Félix Aponte Ortiz, Ph.D. Olanificador ex miembro de la Junta de Gobierno de la Junta de Planificación
  • Richard Appledoorn, Ph.D.
  • Maritza Barreto, Ph.D., Presidenta de la Red de Playas de Puerto Rico
  • Elvira Cuevas, Ph.D. Directora del Centro de Ecología Aplicada y Conservación de la Universidad de Puerto Rico
  • Miguel Canals Silander, Ph.D. Director del Laboratorio de Ingeniería Oceánica de la UPR en Mayagüez
  • Pedro Gelabert, Ph.D. Ex Secretario del Departamento de Recursos Naturales y Ambientales (DRNA), presidente de la Junta de Calidad Ambiental, y director de la Oficina del Caribe de la Agencia Federal de Protección Ambiental (EPA).
  • Fernando Gilbes Santaella, Ph.D.
  • Edwin Hernández, Ph.D.
  • Christa von Hillebrandt-Andrade, Ph.D.
  • Javier Laureano, Ph.D. Director Ejecutivo del Programa del Estuario de la Bahía de San Juan
  • Robert Mayer, Ph.D. Director del Centro de Conservación y Restauración Ecológica Costera de la Universidad de Puerto Rico, Recinto de Aguadilla
  • Olga Mayol, Ph.D. Departamento de Ciencias Ambientales de la Universidad de Puerto Rico, Recinto de Río Piedras
  • Elvia Meléndez Ackerman, Ph.D. Departamento de Ciencias Ambientales de la Universidad de Puerto Rico
  • Rafael Méndez Tejera, Ph.D. de la Universidad de Puerto Rico, Recinto de Carolina
  • José Molinelli Freytes, Ph.D. Geomorfólogo.
  • Alida Ortiz, Ph.D.
  • Ernesto Otero, Ph.D. Director del Departamento de Ciencias Marinas de la Universidad de Puerto Rico, Recinto de Mayagüez
  • Vance Vicente, Ph.D.

Las neurociencias, la memoria y la jurisprudencia – 1

Uno de los problemas grandes que tiene la jurisprudencia actual en el mundo tiene que ver con un cierto órgano de nuestro cuerpo que es bien falible y que muy frecuentemente nos engaña: nuestro cerebro.

Ceerebro humano.

Cerebro humano. Imagen cortesía del Database Center for Life Science (DBCLS). CC-BY-SA 2.1 JP.

Bastante de nuestras experiencias, testimonio, recuerdos, percepciones, entre otros factores dependen de este frágil, pero fascinante órgano. Para comprender nuestros defectos veámoslo desde un punto de vista evolutivo.
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La evolución y nuestro cerebro

La razón de estas imperfecciones se debe a que el cerebro fue un producto de la evolución y se construyó gradualmente por millones de años vía exaptaciones por las que sus partes asumieron diversas funciones. Sus cientos de partes se categorizan hoy día en cuatro regiones básicas que representaremos de la siguiente manera.

Modelo cuatriuno del cerebro

Ilustración de Nancy Margulies. Cortesía de Michael Dowd y Connie Barlow. Fuente: http://www.thegreatstory.org.

Esta manera de ver el cerebro humano fue desarrollada a partir de la propuesta del neurólogo Paul MacLean.Veamos cada región con más lujo de detalles:

1.  El complejo-R

complejo-r

El complejo-R (o reptílico) es el complejo de partes de nuestro cerebro que fue básico de nuestros ancestros reptiles. Este consiste en el cerebelo y la columna vertebral y, entre ambos, manejan todas nuestras necesidades básicas: respiración, movimientos básicos, la “memoria muscular” (lo que nuestro cuerpo se acostumbra hacer cotidianamente: correr bicicleta, conducir, escribir, entre otros), la intepretación de ciertos estímulos como agradables, hostiles o de peligro, la manera de reaccionar ante estos estímulos y las necesidades básicas de comida y apareo.
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2. El sistema límbico

s-limbHay una región bien importante que consiste en el hipocampo, la amígdala, el grupo nuclear anterior y la corteza límbica. Algunas de estas partes neurológicas ya estaban presentes en algunos reptiles prehistóricos como se ha podido constatar mediante los estudios de fósiles. MacLean solía creer que heredamos esta región de las formas más primitivas de los mamíferos y que su función era la de regular todas las operaciones primordiales que tienen que ver con los sentimientos, especialmente los de empatía. Esta emoción particular fue posible en nuestros ancestros debido al hecho de que las hembras aprendieron a tener empatía por sus crías y con otros miembros de su grupo. Esta parte de nuestro cerebro nos permite dar el toque emocional a las respuestas del complejo-R tales como el apareo, el conflicto, la huída y la búsqueda de alimento. De aquí proviene una muy buena parte de las razones por las que llevamos a cabo algunas acciones que no nos explicamos por qué las hicimos.
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3. El neocórtex

monoEl neocórtex es la parte de nuestro cerebro que se desarrolló en diversos animales, incluso entre los primates. A veces se le llama en inglés “the monkey brain” o “the monkey mind“, porque es el nombre dado por los budistas a la mente que está pensando en cualquier lugar o en cualquier momento excepto en el aquí y ahora. En ese caso, la mente sería como un mono, “brincando de rama en rama”. Nuestro neocórtex tiene la cualidad de estar “brincando” de un pensamiento a otro constantemente, por lo que necesita ser disciplinado mediante meditación y concentración en los factores que ocurren ante sí. Esta estructura orgánica se divide en dos hemisferios. El izquierdo se especializa en el uso de símbolos y procesos de información, especialmente en lo que concierne a análisis lógicos de eventos o situaciones cotidianas. El derecho se especializa en emociones de más alto nivel. El neocórtex es la parte del cerebro que aparentemente se desarrolló por la necesidad que tuvieron nuestros ancestros de calcular su respuesta ante diferentes estímulos y la elaboración de emociones de más alto grado. Esta es la parte de nuestro cerebro que racionaliza nuestras acciones. Si hacemos algo y no sabemos por qué, el neocortex intenta explicar la acción: “Yo hice eso porque …” y usualmente la explicación no corresponde necesariamente con el verdadero motivo de lo que hicimos.
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4. La parte ejecutiva

ejecutivoTal vez la parte más desarrollada en los seres humanos y es la corteza prefrontal de nuestro neocórtex. Esta es la parte que lleva a cabo las “funciones ejecutivas” del cerebro humano: las funciones más avanzadas y complejas donde ideamos planes y asociamos ideas y pensamientos, donde adquirimos la memoria inmediata, formamos nuevos recuerdos y proyectamos al futuro. Gracias a la parte ejecutiva, tenemos una experiencia de “autoconciencia” (de un “yo”). Aquí es donde los sentimientos pasan de ser meros mecanismos de supervivencia a sentimientos subjetivos. Su capacidad de proyección al futuro nos permite establecer planes y proyectos de vida de acuerdo con nuestra experiencia pasada y nuestros deseos presentes.

En otras palabras, estas cuatro partes de nuestro cerebro no se reparten por igual, sino que está organizado jerárquicamente según ha evolucionado por millones de años.
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Cerebro y mente

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El modelo que prevalece en la neurociencias, en las ciencias cognitivas y en la filosofía de la mente es la teoría computacional del cerebro. Esto significa que nuestro cerebro prácticamente se dedica a procesar información gracias a los procesos bioquímicos que lleva a cabo todos los días. De este proceso que lleva a cabo nuestro cerebro es que emerge la mente humana. Muchos neurólogos y científicos cognitivos definen la mente como la actividad del cerebro, aunque no sea todo lo que el cerebro hace (por ejemplo, el emitir calor). La concepción del cerebro como cientos de órganos especializados interconectados implica una teoría modular de la mente: cada parte del cerebro genera una función computacional que, en coordinación con los demás módulos, llevan a una operación relativamente coherente.

Por ende, cosas tales como percibir visualmente no es obra de una sola parte del cerebro. El neurólogo V. S. Ramachandran nos dice que prácticamente una tercera parte de nuestro cerebro (33%) se dedica solamente a las operaciones involucradas con la visión. Una parte de nuestro cerebro se dedica a asignar distintos colores a cierta información que obtenemos vía los ojos, otra parte de nuestro cerebro se dedica a la percepción de movimiento, otra a la visión conciente, otras más al reconocimiento visual (que involucra su conexión a las partes emocionales de nuestro cerebro), etc.

Eso significa que todo lo que percibimos es realmente construido mentalmente. Los colores no están realmente “allá fuera” sino que es la manera en que nuestro cerebro interpreta información y que es rellenada por el cerebro mismo si percibe que está incompleta.  Una evidencia elemental de ello es el siguiente experimento:

Nuestros ojos tienen unos defectos y el más notable es lo que se denomina “punto ciego”, un lugar de convergencia de músculo y nervio óptico que no recibe información externa. Para ello, el cerebro llena la falta de información construyendo un complemento visual. Aquí abajo hay una imagen. He aquí las instrucciones:

Ustedes pueden ver un punto y una cruz. Tápense el ojo derecho, observen siempre la cruz y acérquense directamente a la pantalla poco a poco hasta que vean desaparecer el punto. Ese es el punto ciego.

punto_ciego_exper

Noten que cuando el punto desaparece, el cerebro rellena esa parte visual con un espacio blanco. El sistema visual no es objetivo y es realmente muy fácil engañar el cerebro.

Los magos tienen mucho éxito precisamente porque explotan estas deficiencias visuales y mentales. Casi todos los trucos involucran el hecho de que el cerebro no puede prestarle atención a toda la información que percibe, sino que debe estar atento a un asunto o unos pocos más simultáneamente. Una vez que presta atención a algo, nuestra mente ignora el resto de lo que ocurre. Un mago astuto pone la atención del espectador precisamente donde no va a llevar a cabo su maña para entonces hacerla donde este no la va a percibir.

No solamente eso, sino que el cerebro también tiene un modelo teorético de lo que el mundo externo debería ser. El cerebro constantemente busca patrones consistentes con ese modelo. Por ejemplo, utilicemos la siguiente ilusión óptica.

optical-illusion

A lo mejor no verán claramente de qué se trata esta imagen, pero gradualmente cobrará sentido. La mente eventualmente puede ver caballos. Sin embargo, una vez nuestro cerebro le atribuye ese significado a la imagen, se nos hace difícil no ver los caballos. Nuestro cerebro insistirá en ese significado porque es el único que parece cumplir con su expectativa de un patrón significativo de acuerdo a su modelo teorético del mundo.  Las ilusiones ópticas no son otra que imágenes que desafían el modelo teorético visual de nuestra mente.
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El ser humano como un ente narrativo

Nuestra conciencia, nuestro “yo”, no es otra cosa que un resultado emergente de procesos mentales. Detrás de nuestra conciencia ocurren millones de eventos neuronales de los cuales nuestro “yo” jamás se da cuenta. Sin embargo, nuestra conciencia es posible porque nuestra mente sintetiza sucesos pasados en la memoria con el presente y una proyección hacia el futuro.

Dado este hecho, el modelo de mundo mental incluye también una dimensión narrativa por incluir el factor temporal. Aquí la memoria juega un rol bien importante, ya que fijamos nuestra identidad de acuerdo a nuestras experiencias pasadas. Sin embargo, contrario a lo que muchos creen, lo que recordamos es también una construcción. Nuestra memoria es defectuosa porque nuestro modelo de mundo es altamente falible. En muchos casos, los recuerdos han sido modificados consciente o inconscientemente y nuestra mente rellena muchos vacíos de información del pasado sin que nos demos cuenta. Esta narrativa está influenciada por factores instintivos (complejo-R), factores emocionales (sistema límbico) y racionalizaciones (neocórtex).

De esto hablaremos en nuestro próximo artículo, pero vale la pregunta, “¿y qué tiene que ver esto con la ley y los procesos judiciales?” El siguiente vídeo les dará una pista de ello. Espero que lo disfruten.

 

Nuevo libro: una interesante exposición de la ciencia forense

La ciencia en la sombra

La ciencia en la sombra de José Miguel Mulet.

En la semana pasada, Ediciones Destino publicó un interesantísimo libro titulado La ciencia en la sombra: Los crímenes más célebres de la historia, las series y el cine a la luz de la ciencia forense, cuyo autor es el controversial y ameno José Miguel Mulet. Él es profesor de bioquímica y biología molecular de la Universidad Politécnica de Valencia. En años recientes, se ha convertido en España en uno de los diseminadores de información científica al público más importantes, especialmente en relación con el tema de los organismos genéticamente modificados y las seudomedicinas. Él habla de estos y de otros temas en su blog titulado Tomates con genes.

Lo que encanta de esta obra es el uso de series de televisión y películas bien conocidas como un punto de partida entretenido para explicar sus fallas y exponer de manera seria, pero entretenida, los detalles de la ciencia forense contemporánea.

¿Cuán ciertos son los procedimientos que se ven en los episodios de la serie de CSI o los Expedientes X? ¿Cuáles errores aparecen en películas tales como Silence of the Lambs? ¿Qué es la rigor mortis? ¿Cómo se sabe cuántas horas han pasado de la ocurrencia de un crimen? ¿Es cierto que los cadáveres de algunos santos católicos son incorruptos? ¿Cuál es el proceso por el que se degrada un cadáver? ¿Como se pueden utilizar a insectos para descubrir el momento en que ocurrió un crimen? ¿Qué puede decir la ciencia forense en cuanto a los crímenes más famosos de la historia? ¿Cuál es la importancia del ADN mitocondrial?

Recomiendo la lectura de este libro donde se adentra en los detalles fascinantes de lo que los cuerpos y cadáveres pueden revelar en torno a la vida y forma de muerte de un ser humano.