Modelos matemáticos y realidad

En física se elaboran teorías que intentan explicar la estructura del universo, desde lo más grande a lo más pequeño. Es un caso donde la teoría va por delante de los datos por lo que es habitual el diseño de experimentos para comprobar si las consecuencias que se predicen se cumplen o no. Un caso clásico es el de la desviación de la luz por la gravedad. Si la teoría de don Alberto era correcta, debía cumplirse esa desviación con una magnitud determinada. Si no se cumplía, la teoría o una parte significativa de ella, quedaba refutada. Si se cumplía, se añadía evidencia a favor aunque la "demostración completa" quedaba aún lejos, suponiendo que fuera posible.
En estos años se ha desarrollado la "teoría de supercuerdas" como intento de unificación de las fuerzas básicas y de explicación de las familias de partículas subatómicas que se conocen actualmente. La idea básica es que las partículas serían la expresión visible de diferentes modos de vibración de esas "cuerdas" y de sus interacciones. Una de las exigencias de la teoría es que para que sus propuestas funcionen es necesario todo se desarrolle en un espacio de 11 dimensiones (o 9, o 21, según variantes). Este número es necesario para eliminar molestas cantidades, como probabilidades negativas, que surgen cuando se trabaja en un espacio menos complejo. Para el que le interese este tema en concreto hay una web estupenda con videos, The elegant universe (en inglés).

Yo soy de otra guerra y todo esto me queda muy grande pero me sugiere una reflexión sobre la posible mala comprensión de los modelos matemáticos. Parto de la base de que la realidad tiene una existencia independiente de nosotros; es decir, que cuando me duermo ustedes no desaparecen sino que siguen existiendo ignorando olímpicamente que sólo son creaciones de mi mente (hay gente que defiende esto pero creo que ninguno se atreve a tirarse desde un acantilado).
Y la segunda premisa es que la matemática es una construcción, esa sí, de nuestro cerebro. La matemática ha mostrado ser una poderosa herramienta de descripción de la realidad y de su funcionamiento. Para ello se han desarrollado técnicas muy diversas que contribuyen a solucionar problemas pero no necesariamente a comprenderlos.
La teoría de supercuerdas sólo es coherente describiendo la realidad en un espacio de 11 dimensiones pero de su posible éxito en la descripción de la realidad y de la posibilidad de que pueda en el futuro hacer predicciones contrastables no se deduce que estemos en un universo de 11 dimensiones. También hay teorías que son coherentes con la existencia de infinitos universos paralelos. Eso significa que, en el contexto del modelo desarrollado, esa existencia no es contradictoria pero no significa, en absoluto, que esos universos existan, ni siquiera que la teoría propuesta haga más probable su existencia.

Hay propensión entre los aficionados a las pseudociencias a dar este salto del modelo a la existencia real. Eso no es sorprendente porque tiene apariencia de solidez: 1) un premio Nobel o un físico de bandera propone la posibilidad de existencia de universos alternativos, o la de agujeros de gusano espacio-temporales, 2) ergo podemos podemos proponer que existe comunicación lateral entre ellos lo cual 3) explicaría fenómenos paranormales dándoles, de paso, mayor credibilidad. Y no, de una cosa no se deduce la otra ni la siguiente. El paso de 1 a 2 es confundir el ámbito de validez de las proposiciones pasando de la posibilidad de existencia en un escenario matemático a la existencia en la realidad. Y el paso de 2 a 3 es una propuesta despreciable porque no sólo la existencia real no se ha demostrado sino que no existe evidencia alguna de ella.

Lo que me parece sorprendente es que haya profesionales de la ciencia que no separen con claridad una construcción capaz de describir una parte de la realidad de la realidad misma.
El error se produce cuando se cree que cualquier secuela de un modelo matemático tiene una réplica o contrapartida en la realidad o, dicho de otro modo, que las derivaciones de esos modelos se corresponden con propiedades ocultas de la realidad.
En suma, una confusión de ámbitos de aplicación que tiene consecuencias importantes en la ciencia y alimenta las elucubraciones de otros colectivos que esperan ansiosos que un Nobel hable de nuevo de alguna chocante repercusión de su teoría.

Uso terapéutico del cannabis: un resultado no muy bien expuesto

Si, llevo un par de semanitas algo espesas que me han impedido escribir nada que merezca la pena. Hoy no será una excepción pero mantengo la esperanza de sacar un par de entradas este fin de semana, veremos. Por el momento quédense con un resultado interesante difundido hoy en la web del Departamento de Salud de Gobierno Autonómico de Cataluña, Generalitat para los amigos. El resumen es algo así:

El Programa pilot d'utilització terapèutica del cànnabis ha donat bons resultats en el 65% dels pacients.
El Programa pilot […] es limita exclusivament a l'ús terapèutic de cànnabis i l'única finalitat d'aquestes actuacions és oferir una alternativa terapèutica als pacients que no han respost adequadament als tractaments habituals.
En aquest estudi, hi participen coordinadament metges, farmacèutics i infermeria de 6 hospitals de l'àrea de Barcelona [...] i farmacèutics de més de 80 farmàcies. Així, hi ha un total de 133 investigadors de diferents centres sanitaris que treballen amb un protocol comú [...].
Fins a principis d'octubre de 2006, s'han inclòs 123 pacients en l'estudi […] D'aquests 123 pacients, 43 (un 35%) han abandonat el tractament. Un 25% el va deixar per haver presentat efectes indesitjats lleus (principalment sequedat de boca, somnolència i mareig) i l'altre 10% ho va fer per altres motius.
Per tant, els resultats de la resta dels 80 pacients, és a dir un 65% del total, indiquen que l'extret de cànnabis aporta algun benefici a les persones que n'han iniciat el tractament.

El texto completo está aquí. Sin duda que esta noticia será destacada estos días por tocar un tema que en nuestra sociedad, llena de contradicciones absurdas, se considera políticamente incorrecto. Desde mi punto de vista quisiera comentarla dejando claro que no tengo excesivas dudas de que el uso terapéutico del cannabis puede ser tan recomendable como el de muchos otros alcaloides de otras plantas. Dicho esto les diré también que la nota anterior está redactada de una forma que ha que se me encienda la lucecita de precaución. ¿Por qué? Posiblemente por mi falta de familiaridad con el catalán porque la frase “Per tant, els resultats de la resta dels 80 pacients, és a dir un 65% del total, indiquen que l'extret de cànnabis aporta algun benefici a les persones que n'han iniciat el tractament” no me gusta. No me gusta el “per tant” porque lo que sigue no se deduce de lo expuesto en el párrafo que le precede. Tampoco entiendo bien el abandono del 35% de los enfermos porque si la sequedad de boca o la somnolencia hacen que personas afectadas por dolor crónico persistente dejen el tratamiento, no sé muy bien de qué grado de dolor estamos hablando. Tampoco entiendo como se ha pasado de los 600 enfermos previstos inicialmente (ver esta nota) a los 80 actuales. No queda claro tampoco el grado de "beneficio" ni, sobre todo, cómo se ha medido...
No sé… es una nota de prensa solamente, esperemos que el estudio salga a la luz con cifras y más claridad que en esta primera redacción.
Por cierto, aquí el Departamento de Salud sí habla de ensayos clínicos, no como en las “medicinas alternativas”. ¿Qué tendrá el cannabis que no tienen los preparados homeopáticos?

P.S. Más confusión: La Vanguardia.es dice en el titular que "el 65% de los enfermos tratados con cannabis sufren menos dolor". Luego dicen que ese 65% se refiere a los que no han abandonado el tratamiento luego el titular es incorrecto ¿o no? Si todos los que han seguido el tratamiento han visto reducido su dolor, el porcentaje es del 100%, no del 65%, pues los que han abandonado no pueden incluirse en la categoría de "tratados". Pasa exactamente lo mismo en El Periódico.com.

¿Machos? ¿Para qué dice que los quiere?

Una buena amiga, licenciada en Física, vive en Cali, Colombia. Ya es abuela aunque con muchos menos años que los que aquí puedan suponerse. Y nunca ha tenido hombres en su casa, donde viven tres generaciones de mujeres. Ella dice que no les hacen falta para nada salvo para lo evidente y creo no le falta razón. Resume su situación con una frase lapidaria: “cuando una mujer elije pareja se equivoca”. Por ese motivo en su familia no ha habido machos porque no dan más que problemas y no solucionan gran cosa.

Los pececitos que ven ustedes abajo representan una situación ante la cual mi amiga sonreiría con la suavidad que la caracteriza. Ambos pertenecen a una especie llamada Kryptolebias marmoratus cuya mayor peculiaridad es que es androdioica. La palabreja implica que en la especie hay dos tipos de individuos: machos y hermafroditas. El hermafroditismo no es raro en la naturaleza (el caracol común lo es, por ejemplo) pero la androdioecia es excepcional.

Arriba, ejemplar macho. Abajo, ejemplar hermafrodita.

Los individuos hermafroditas producen tanto óvulos como esperma y se autofecundan internamente sin que exista fecundación cruzada entre ellos. A pesar de esta autosuficiencia, existen ejemplares que son exclusivamente machos, eso sí, unos pocos, muchos menos que los otros.
Dado que cada ejemplar hermafrodita se autofecunda, puede esperarse que la diversidad genética sea muy baja en cualquier población o, más exactamente, que esté llena de clones ya que las líneas parentales se continuan sin intercambio genético.
En efecto, analizando diversos fragmentos de ADN se encontró que muchos individuos presentaban secuencias prácticamente idénticas, pero también aparecieron otros cuyas diferencias eran grandes. Esto se intentó explicar suponiendo altas tasas de mutación o la inmigración de ejemplares de otras poblaciones (incidentalmente, comentaré que estas explicaciones ad hoc lanzadas sin evidencia real me ponen de los nervios y no son nada infrecuente en biología).
En el análisis real de diversas poblaciones de peces se han descubierto posteriormente cosas muy interesantes. Por ejemplo, que la proporción de machos es muy variable entre poblaciones. Hay muy pocos en Bahamas o Florida pero llegan al 10-20% en Belize. Esto se correlaciona estrechamente con la diversidad genética, muy escasa en los dos primeros lugares y grande en el último.
Lo que parece pasar es que los machos se cruzan con los hermafroditas ocasionalmente lo que tiene el beneficio objetivo de incrementar drásticamente la diversidad genética poblacional. Esta fertilidad macho-hermafrodita se ha demostrado en el laboratorio lo que hace suponer que en condiciones naturales se produce también, lo que explicaría las variaciones de diversidad.
Pero quedan un par de cosas por explicar. Por ejemplo, cómo se “deciden” los sexos.
A este respecto sólo se sabe que en condiciones controladas pueden producirse ejemplares machos manteniendo los huevos autofertilizados a temperaturas frescas o, al contrario, manteniendo los alevines hermafroditas a temperaturas cálidas (paradojas, ya ven). Pero nada se sabe sobre este asunto en condiciones naturales.
Ya que parece razonable suponer que la diversidad genética es esencialmente beneficiosa para la especie ¿por qué se ha mantenido la autofecundación a lo largo del tiempo? Se habla de mucho tiempo, entre 25 y 180 millones de años según estudios filogenéticos, lo que supone una estrategia reproductiva viable y “buena” para el mantenimiento de la especie.
Y aquí empiezan las elucubraciones. Una de ellas es que en el habitat de este pez, los manglares, es frecuente el aislamiento de individuos en pozos o charcas. Si esto es general, la posibilidad de reproducirse sin pareja sería evolutivamente beneficiosa. Sin embargo, a la larga la diversidad genética caería lo que sería otro argumento evolutivo para mantener machos con posibilidad de cruzarse con el resto hermafrodita de la población. Al día de hoy se desconocen los mecanismos que regulan la proporción de sexos pero también se propone, por ahora sin evidencia, que el decaimiento de la diversidad genética podría desencadenar una mayor proporción de machos.

La androdioecia está escasamente presente en grupos muy diferentes. Se han descrito unas 50 especies de plantas y 36 de animales, estos últimos mayoritariamente crustáceos (camarones y percebes) y nemátodos. Esto significa que la estrategia reproductiva ha surgido independientemente en ocasiones diversas.
Los hechos no tienen moraleja pero quédense con el subtítulo del tercer artículo citado abajo.

Males seem to be superfluous in one fish species but may come in handy when genetic diversity is needed.

Ejem, material ocasionalmente aprovechable... Mi amiga diría que la naturaleza tiene momentos de sabiduría.

Fuentes principales:

• Stephen C. Weeks, Chiara Benvenuto and Sadie K. Reed, 2006, When males and hermaphrodites coexist: a review of androdioecy in animals, Integrative and Comparative Biology, 46(4): 449-464.
• Mark Mackiewicz, Andrey Tatarenkov, D. Scott Taylor, Bruce J. Turner and John C. Avise, 2006, Extensive outcrossing and androdioecy in a vertebrate species that otherwise reproduces as a self-fertilizing hermaphrodite, PNAS-Proceedings of the National Academy of Sciences, 103(26): 9924-9928.
• Elizabeth Pennisi, 2006, Sex and the Single Killifish, Science, 313: 1381.
• Más datos en Bruce J. Turner, The biology of Rivulus marmoratus.

Nada nuevo bajo el Sol

Donde vemos paisajes lejanos pero no tan exóticos como pudiera parecer

Ya saben todos que hemos recibido imágenes bastante excitantes desde Marte, mostrando casi en directo paisajes y colores nuevos, nunca vistos aquí, en esta otra pelotita intoxicada que da vueltas alrededor del Sol. Al ver el cráter y demás imágenes me acordé de otras bastante más antiguas que ilustran aún mi primera página web, elaborada hace ya unos cuantos años. Al menos en mí, esas imágenes hacen que el tiempo vaya algo más despacio, cosa deseable de vez en cuando, no me digan que no. Aquí van algunas de ellas.

[Arriba] Sahara, Norte del Chad, Tierra: el impacto de un meteorito o cometa hace algunos millones de años ha dejado su huella, visible ante los sensores radar. Las zonas oscuras son depósitos de arena transportada por el viento, que ha erosionado el terreno durante milenios.

[Abajo] Navka Planitia, Venus: domo de lava de unos 17 km con depósitos de ladera claramente visibles al NE y NO. Los depósitos se extienden unos 10 km sobre la llanura circundante. El domo tiene unos 1860 m de altitud y una pendiente de más de 20º.




[Arriba] Yemen del Sur, Tierra: en el borde de uno de los grandes desiertos de arena del mundo, el Rubh-al-Khali aparece la inconfundible huella de los ríos y corrientes de agua. El sistema de bifurcaciones que se ve en la imagen ha sido producido por agua en movimiento de naturaleza estacional.

[Abajo] Red dendrítica, Marte: como en la Tierra, la red muestra la evidencia de corrientes de agua en la superficie marciana. Estas señales indican la presencia en tiempos pasados de un clima más cálido y húmedo que el actual. La redes de drenaje sólo se presentan en las zonas más viejas de Marte lo cual indica que esta fase debió ser muy temprana.





[Arriba] Namibia, Tierra: el desierto costero de Namibia se extiende sobre más de 800 km a lo largo de la costa del SO de África. El patrón geométrico que forman las dunas (de hasta 300 m de altura) se ha formado por la acción de los vientos secos del Oeste. Desde la esquina superior derecha corre una lengua de grava aluvial libre de dunas conocida por Sossusvlei, formada por riadas ocasionales procedentes de las colinas rocosas de la derecha de la imagen.

[Abajo] Campo de dunas, Marte: el Polo Norte marciano está rodeado por un enorme campo de dunas. En la imagen se aprecian dunas transversales a la izquierda, que se orientan perpendicularmente al viento, y dunas barjan a la derecha. Este tipo de dunas, en forma de media luna, están en constante movimiento mientras que las transversales son relativamente estables.

Los comentarios corresponden aproximadamente con los de las imágenes originales, descargadas hace tiempo de las páginas de la NASA; no conservo los enlaces, cosas del tiempo trascurrido.

Creo que he visto un lindo pajarito

Una de criptornitología estándar

Science dedicó la portada del número 5727 al Campephilus principalis, un pájaro carpintero que se suponía extinto en Norteamérica desde hace décadas ya que el último avistamiento fiable fue en los EE.UU. en 1940 (noten el adjetivo “fiable”). La portada se debió a que un grupo de ornitólogos dijo haber visto y filmado un ejemplar en los bosques de Arkansas. El Cornell Laboratory of Ornithology mantiene una página web donde puede encontrarse información sobre el bicho en cuestión, entre ellas un video antiguo, de 1935, y el video de 2004 que sirvió de base para la identificación.


Lamentablemente, entre los documentos antiguos y los modernos hay un abismo de calidad y de enfoque: los de los años 30 muestran claramente al pájaro mientras que en el video actual apenas es identificable. Asimismo, las fotos viejas son claras mientras que las nuevas parecen un álbum de viaje donde el piolín no aparece por ningún lado.
Aún así, el artículo comienza con fuerza:

The ivory-billed woodpecker (Campephilus principalis), long suspected to be extinct, has been rediscovered in the Big Woods region of eastern Arkansas. Visual encounters during 2004 and 2005, and analysis of a video clip from April 2004, confirm the existence of at least one male.

El artículo completo está disponible aquí.

Los comentarios críticos no tardaron en aparecer, especialmente porque hay otro pájaro carpintero de nombre Dryocopus pileatus presente en la zona y que potencialmente podría ser confundido con el anterior. La navaja de Occam entró acción y un comentario remitido a la revista unas semanas después comienza también con cierta rotundidad:

We reanalyzed the video presented as confirmation that an ivory-billed woodpecker (Campephilus principalis) persists in Arkansas. None of the features described as diagnostic of the ivory billed woodpecker eliminate a normal pileated woodpecker (Dryocopus pileatus).

A continuación los autores analizan las imágenes, proponen alternativas creíbles e, incluso, dicen que algunos fotogramas están mucho más cercanos al segundo pájaro que al “redescubierto”.
La réplica fue a su vez contestada por los autores que tienen siempre derecho a ello y cuya síntesis fue:

Claims that the bird in the Luneau video is a normal pileated woodpecker are based on misrepresentations of a pileated’s underwing pattern, interpretation of video artifacts as plumage pattern, and inaccurate models of takeoff and flight behavior.
These claims are contradicted by experimental data and fail to explain evidence in the Luneau video of white dorsal plumage, distinctive flight behavior, and a perched woodpecker with white upper parts.

Desde que se publicó esta historia se han comunicado varios posibles avistamientos pero todos ellos sin prueba objetiva alguna, ni una foto, ni una pluma, nada. Y no será porque los oteadores no vayan con cámaras y teleobjetivos ya que el primero que haga una foto nítida a un ejemplar puede contar con una fama notable en un país donde la ornitología es una afición masiva.
Menciono este asunto no porque tenga gran importancia desde el punto de vista biológico sino porque es una de esas cosas que no deberían llegar a una revista como Science sin tener un soporte mayor que el aportado. Y debo reconocer que cuando lo leí me recordó vagamente algunos “documentos” criptozoológicos sembrados de malas fotos o de huellas irreconocibles.¿Se entusiasmaron los editores de Science, revista de EE.UU., con excesiva facilidad?
Y el lado positivo: se ha discutido con argumentos más o menos sólidos (los disponibles) los pros y contras del presunto redescubrimiento, nada de opiniones, ideología ni desafueros.

Nota final: no puedo dejar de recordar que uno de los premios Ig Nobel ha sido por un estudio sobre los dolores de cabeza de los pájaros carpinteros y, en concreto ¿lo adivinan? Del Dryocopus pileatus. Texto completo aquí.

Sólo un caso de oportunismo

Donde una bacteria acepta una invitación irresistible

Vimos en una entrada anterior que el desarrollo en la medicina lleva a situaciones paradójicas porque es precisamente en los hospitales donde surgen las amenazas más graves contra la salud.
La comodidad también ha “creado” enfermedades que no existirían en condiciones de más moderado desarrollo. Una de ellas es interesante porque sirve de ejemplo de que un medio cambiante puede hacer que organismos inicialmente inofensivos acaben por convertirse en algo bastante molesto.
Se trata de la legionelosis. Todo el mundo sabe que esta enfermedad apareció conspicuamente saltó a la fama en 1976 afectando a 221 asistentes a una convención de la American Legion en EE.UU., de los cuales murieron 34. Este fue el origen del nombre no sólo de la enfermedad sino de la bacteria causante: Legionella pneumophilia. Este bautizo supone que antes era una perfecta desconocida aunque análisis posteriores encontraron que había precedentes [actualización, ver comentarios].
En ese periodo de discreción, Legionella vivía en el interior de protozoos, sobre todo amebas, que servían de huésped. Y es que Legionella es una bacteria lábil, que vive en medio acuoso pero muere con cierta rapidez si no infecta un protozoo. La estrategia es que la ameba fagocita la bacteria pero se encuentra con que no es capaz de digerirla. Al contrario, Legionella se reproduce en el interior de la ameba y cuando ésta muere de “indigestión” y se rompe busca otras para continuar el ciclo: el cazador cazado.

Una ameba (en rojo) trincando una Legionella (verde). Imagen tomada de http://www.actglobal.net/legionai.htm

Legionella está presente por todos lados, charcos, ríos, lagos… pero nunca pasó de vivir como un discreto parásito de protozoos. Nunca hasta que nosotros le dimos la oportunidad.
Resulta que la bacteria puede sobrevivir un tiempo fuera de los protozoos (aunque depende de ellos para reproducirse) pero sólo en condiciones de calor, humedad y roña. Y aún así, Legionella debe ser respirada para infectar.

Nuestro progreso económico y nuestras crecientes necesidades espurias mostraron el peligro en toda su crudeza en la convención de legionarios. El motivo, razón y medio de dispersión fue el aire acondicionado. En efecto, Legionella puede prosperar en torres de refrigeración, instalaciones de calefacción y similares. El aire caliente y húmedo se expulsa al exterior en forma de aerosol cuyas minúsculas gotitas son respirables, es decir, penetran hasta el interior de nuestros pulmones sin ser repetenidos al 100% por nuestros “sistemas de filtración” naturales que son la mucosa respiratoria y el sistema ciliar. Legionella llega a los alveolos pulmonares y allí realiza lo único que sabe hacer, dejarse comer. Nosotros no tenemos amebas ahí pero tenemos macrófagos, unas células especializadas en comerse a los invasores. Esa estrategia funciona bien salvo en los casos raros de las bacterias intracelulares.
Legionella aprovecha la ocasión y utiliza los macrófagos como si fueran amebas. El proceso puede avanzar hasta una fase catastrófica, en función del estado de salud inmunitaria del individuo y de lo temprano del tratamiento.

Legionella es un ejemplo del oportunismo de los seres vivos ante cambios ambientales. En España no es un gran problema de salud, aunque ha habido 6980 casos en el periodo 1997-2004 muchos de ellos originados por torres de refrigeración de edificios públicos (incluidos hospitales). Pero también es un ejemplo poco evidente de los riesgos de avanzar en la tecnología como un elefante en una cacharrería.

Casos de legionelosis en España, gráfico elaborado con datos del CNE