Los diez descubrimientos científicos más importantes de este siglo

A pesar de que sólo hemos consumido poco más de dos lustros, la ciencia ya nos ha dejado innumerables hallazgos en lo que llevamos de siglo XXI. Son tantos, que con ellos se podrían hacer infinidad de listas. Un posible ranking de los descubrimientos más destacados podría ser el que aquí proponemos; un listado que se ha llevado a cabo gracias al asesoramiento de distintos científicos del campo de la física, la neurociencia y la medicina.

Bosón de Higgs 

La más que posible existencia de la conocida como partícula de Dios fue confirmada el pasado 4 de julio de 2012 por la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN). Después de mucho tiempo rastreándola, finalmente la partícula, teorizada en los años 60 por el físico británico Peter Higgs, parece que empieza a estar cercada. Eso sí, pasará todavía un tiempo hasta que los científicos del CERN puedan afirmar, sin atisbo de duda, que lo que han hallado es, indefectiblemente, el archiconocido Bosón de Higgs. 

De la existencia del bosón depende, entre otras cosas, que la teoría actual que explica el Universo visible (el llamado Modelo Estándar) sea correcta. Y no sólo eso: de las características de esta partícula pueden depender las futuras investigaciones para comprender el Universo oscuro, que no está explicado por el Modelo Estándar.

El genoma humano, descifrado 

Corría el año 2003 cuando un consorcio internacional formado por científicos de seis países descifraba, dos años antes de lo previsto, la secuencia completa (99,99%) del llamado libro de la vida: el genoma humano. Era la culminación del Proyecto Genoma Humano, dotado con 280 millones de dólares de presupuesto, que se había creado en 1990 para tal objetivo. En la larga cadena con forma de hélice que tiene el ADN se ocultan los miles de genes que contienen las instrucciones para el funcionamiento de un ser humano. 

La secuenciación del genoma ha significado avances muy importantes en el terreno del conocimiento. Aunque todavía no se han logrado predecir, diagnosticar y tratar muchas enfermedades, la medicina se ha transformado como nunca gracias a este hallazgo.

Reprogramación celular 

La revista Science ya señalaba la reprogramación celular como el hallazgo estrella de la investigación de 2008. Desarrollada en 2006 en ratones, la técnica posibilita, entre otras cosas, que una célula de la piel o de un cabello se convierta en una neurona o en cualquier otro tipo celular de los 220 que componen nuestro organismo.

Eso significa que gracias a la reprogramación celular se puede borrar la memoria del desarrollo de una célula, convirtiéndola en un tipo totalmente diferente después de haberla devuelto a su estado embrionario. El padre de esta técnica, el japonés Shinya Yamanaka, recibió en 2012, juntamente con el científico británico John B. Gurdon, el Nobel de Medicina por sus investigaciones pioneras en clonación y células madre.

El ‘ADN basura’ no es un desecho

Gracias a las investigaciones del proyecto ENCODE (la investigación de mayor envergadura en el campo de la genómica en la que participan varios biomédicos españoles) en 2012 se descubrió que el llamado ADN basura es mucho más útil de lo que se pensaba. Y es que, en realidad, éste es esencial para que los genes humanos funcionen ya que regula su actividad. El hallazgo se presentó de manera simultánea en tres revistas científicas: la británica Nature, y las estadounidenses Genome Research y Genome Biology.

“Este es uno de esos grandes pasos que transforman nuestra comprensión de la genética", afirmó en su día Ewan Birney, coordinador del proyecto e investigador del Instituto Europeo de Bioinformáticos de Hinxton (Reino Unido). 

El homínido más antiguo, hallado 

Es hembra, pesa alrededor de 50 kilogramos y mide unos 120 centímetros de altura. Se trata de Ardi, el antepasado más antiguo del ser humano que fue hallado en Etiopía en 1992 y presentado en sociedad 17 años después. 

El 1 de octubre de 2009, en una edición especial de Science, un equipo internacional de científicos describía minuciosamente, por primera vez, a Ardipithecus ramidus, una especie homínida que vivió hace 4.4 millones de años en lo que hoy es Etiopía.

De esta manera, Ardi destronaba a Lucy, esqueleto parcial femenino de Australopithecus afarensis, hallado en 1974, que vivió hace 3,2 millones de años y que suponía el resto más antiguo descubierto hasta la fecha. El descubrimiento de Ardi probaba que los primeros antepasados de los humanos no se parecían en nada a un chimpancé o a otros primates de gran tamaño, como se creía por lo general. 

Hallan agua en Marte 

El 19 de junio de 2008, la NASA confirmaba un secreto a voces: el planeta Marte albergaba agua. Hacía muchos años que los científicos estaban convencidos de ello, y es que así lo determinaban multitud de estudios previos, pero faltaba la prueba física. Y esta llegó gracias a la sonda Phoenix. Este vehículo explorador, lanzado el 4 de agosto de 2007, cerraba el círculo encontrando hielo cerca del Polo Norte marciano. 

Análisis posteriores determinarían que el suelo marciano en el que aterrizó la Phoenix era alcalino, con un pH (acidez) de entre 8 y 9, y muy similar al de la superficie cercana a los valles de la Antártida.

Hallazgo de planetas similares a la Tierra 

El 6 de marzo de 2009 fue lanzada al espacio la sonda espacial keppler, una sonda que tenía, y tiene, como principal objetivo hallar planetas extrasolares, especialmente aquellos que más se asemejen a la Tierra y que se encuentren en zonas habitables (con temperaturas ni muy frías ni muy calientes y con agua en su superficie). Ya en el siglo XIX los científicos sospechaban de la existencia de estos planetas, pero no sería hasta la década de los 90 del siglo pasado cuando se empezarían a detectar los primeros.

La Kepler observa simultáneamente unas 150.000 estrellas y analiza su brillo cada 30 minutos para detectar posibles tránsitos de planetas. Recientes estudios han concluido que en la Via Láctea existen unos 17.000 millones de planetas parecidos a la Tierra. Eso quiere decir que una de cada seis estrellas del tamaño de nuestro Sol tiene un planeta similar al nuestro orbitando en torno a ella. La mayoría, sin embargo, están demasiado próximos a su sol por lo que son demasiado calientes como para albergar vida, ya que ésta requiere de agua en forma líquida.

Hallan el material más delgado del mundo: el grafeno 

Transparente, flexible, resistente, conductor de electricidad… estas son algunas de la virtudes del grafeno, el material más delgado y resistente del mundo que fue descubierto casi de rebote (como otros muchos hallazgos de la ciencia) en 2004. Estudiando las capas de grafito que normalmente se desechan, el físico Andre Geim, de la Universidad de Manchester, y el entonces estudiante de doctorado Konstantin Novoselov, hallaron monocapas cristalinas de grafito (léase grafeno) cuyas virtudes han supuesto una revolución en la física de los materiales.

Seis años más tarde, los dos científicos de origen ruso recibían el Premio Nobel de Física 2010 por demostrar el comportamiento de una sustancia de carbono de un solo átomo de grosor, con implicaciones en áreas que van desde la física cuántica hasta la electrónica de consumo.

Una muestra, el revolucionario dispositivo electrónico flexible y ultrasensible a la luz desarrollado por investigadores del Institut de Ciències Fotòniques (ICFO) que permitirá crear móviles flexibles y ordenadores que se podrán enrollar como una revista, o cámaras dotadas de visión nocturna que podrán hacer buenas fotos y filmar buenos vídeos incluso sin luz. 

Demostración de la conjetura de Poincaré

Siete años de arduo trabajo le llevó al ruso Grigori Perelman encontrar la solución a uno de los llamados siete problemas del milenio: la conjetura de Poincaré. Este problema, planteado en 1904 por el matemático Henri Poincaré, no obtuvo una resolución satisfactoria hasta 2002, casi 100 años después de que fuera formulado. 

No sería, sin embargo, hasta 2006 cuando la revista científica Science tildaría la resolución de Perelman como el hallazgo estrella del año. Muchos matemáticos dudaron en principio del planteamiento del científico ruso, y tendrían que pasar cuatro años para que la comunidad científica alcanzara un consenso en relación a su validez.

Poincaré planteó una cuestión central de la topología: el estudio de las propiedades geométricas de los objetos que no se modifican al ser estirados, doblados o comprimidos. El matemático francés propuso una conjetura y Perelman le dio categoría de teorema demostrándola. El genio ruso no quiso cobrar el millón de dólares que el instituto Clay de Matemáticas ofrecía, y ofrece, por la resolución de cada uno de los siete problemas del milenio, y es que no digirió bien que algunos colegas matemáticos quisieran quitarle la paternidad de su hallazgo.

Nanotecnología 

Uno de los mayores logros científicos registrados en el año 2001 fue la fuerte irrupción de la nanotecnología. La Real Academia Española la define como la “tecnología de los materiales y de las estructuras en la que el orden de magnitud se mide en nanómetros, con aplicación a la física, la química y la biología”.

Considerada por muchos expertos como el motor de la próxima revolución industrial, esta tecnología tiene aplicaciones múltiples en el campo, entre otros, de la electrónica, la biología o la medicina. En este último, las posibilidades son infinitas. En medicina regenerativa, por ejemplo, la idea es conseguir algún día liberar células o pequeños tejidos en órganosenfermos para que éstos puedan ser reparados.

En 2001, los científicos fueron capaces ya de desarrollar componentes de computación de tamaño molecular, de millonésimas de milímetro. Este hecho conllevó que la revista Science calificara dicha realidad como uno de los mayores logros del año. Se consiguió, entre otros éxitos, llevar a cabo intercambio de información a través de nanoalambres (un nanómetro es una millonésima parte de un milímetro); o crear conmutadores que funcionaban con moléculas, realidad que abría el camino para la creación de diminutas máquinas extremadamente potentes y rápidas.

Se espera que, con el paso de los años, esta tecnología pueda ser usada de manera recurrente para el diagnóstico de patologías y el tratamiento de las mismas.

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Grafeno, un material bidimensional, de Enric Bertran Serra en Dinero de La Vanguardia

Grafeno, un material bidimensional, de Enric Bertran Serra en Dinero de La Vanguardia

El grafeno es un material basado en carbono puro, muy común, utilizado en las minas de los lápices Puede empezar una auténtica revolución industrial, con grandes repercusiones en la economía mundial. Bruselas ha prometido una inversión de mil millones de euros en diez años en proyectos de investigación España desempeña un papel significativo a escala mundial en el campo del comercio del grafeno.

Hace pocos años que oímos hablar de este descubrimiento. De hecho, fue desde el premio Nobel de Física 2010 –que fue otorgado a Andre Geim y a Konstantin Novoselov “por experimentos innovadores en relación con el grafeno, material de dos dimensiones” – que el gran público se dio cuenta de las potencialidades de este aparentemente poco conocido material.

A todo el mundo sorprendió, incluida la comunidad científica, que un material basado en carbono puro, muy común, que hemos utilizado desde siempre en las minas de los lápices, resulte ahora uno de los materiales con propiedades más extremas si las comparamos con las que presentan los materiales conocidos hasta ahora. Sus posibles aplicaciones se extienden a casi todos los campos de la ciencia y la tecnología. Es un material revolucionario tanto por sus características mecánicas como por las electrónicas, químicas, magnéticas u ópticas.

Sin embargo, ¿qué es el grafeno? No resulta demasiado difícil de visualizar. Es un material muy sencillo, constituido por carbono puro, tan delgado como la dimensión de un solo átomo, similar a una malla de gallinero a escala atómica, y que se puede extender en dos dimensiones de forma ilimitada. En los nudos de la malla está donde encontramos los átomos enlazados y perfectamente dispuestos formando hexágonos regulares. En el mundo de la nanotecnología, el grafeno se clasifica como un nanomaterial, como es el caso de los nanotubos de carbono o de las partículas nanométricas.

Lo que hace extraordinario el grafeno es su elevada estabilidad y fortaleza a pesar de tener sólo dos dimensiones. Sorprende que uno de los primeros métodos de obtención del grafeno (justamente el que utilizaron los premiados por el Nobel) se base en la exfoliación del grafito pirolítico mediante una simple cinta adhesiva. En su forma amorfa, el grafito se utiliza en las minas de los lápices, las escobillas de los motores eléctricos, en aceites lubricantes o en las barras de control de las centrales nucleares.

Otros materiales bidimensionales, en forma de minerales exfoliables como la pizca o la moscovita, están constituidos por moléculas más o menos complejas, pero no hay otro mineral, aparte del grafito, formado por un único elemento (carbono), que sea capaz de mantenerse estable hasta el grosor de un solo átomo. Que el grafito cristalino consiste en el apilamiento de muchas láminas de un solo átomo era conocido desde hace mucho tiempo. Lo que no se sabía era cómo obtener una lámina estable del grosor de un solo átomo.

Si nos fijamos en las propiedades mecánicas del grafeno vemos que, gracias a la fortaleza de sus enlaces, es centenares de veces más resistente y elástico que el acero, a pesar de ser hasta tres veces más ligero. Eso abre las posibilidades de uso del grafeno como material estructural ultraligero que, cuando se pueda obtener industrialmente, probablemente llegue a desplazar a todo tipo de nuevos materiales (polímeros, aleaciones de aluminio, aceros, titanio y fibras de carbono) como los utilizados en las modernas bicicletas, en las estructuras de los aviones y naves o en las carrocerías de los vehículos, en las prótesis óseas, o para fabricar utensilios de todo tipo, para el hogar, los deportes, la industria, o se podrá utilizar como refuerzo en nuevas y espectacularmente resistentes fibras textiles.

Pero las características de este material revolucionario no se limitan a las aplicaciones estructurales. Hay que fijarse en los nuevos hallazgos publicados casi a diario que nos informan de nuevas aplicaciones en campos tan diversos como la electrónica, la energía, la química, la medicina, la biología, el magnetismo, la óptica o las comunicaciones. A modo de ejemplo, entre las propiedades que hacen valioso el grafeno tenemos su elevada conductividad eléctrica, más alta que la de los metales más conductores, como el cobre o la plata.

Por otra parte, a pesar de ser un material que absorbe fuertemente todo tipo de luz, como el grafito, es altamente transparente debido a que es tan delgado. La combinación de estas dos características abre un abanico inmenso de aplicaciones posibles en todo tipo de pantallas de TV, de ordenadores, de móviles, de relojes y de pantallas táctiles.

Los materiales que actualmente se utilizan en estos dispositivos se denominan TCO (óxidos transparentes y conductores), algunos de ellos basados en elementos como el indio, que resulta estratégico debido a su escasez. La sustitución de estos óxidos por grafeno es una buena noticia, no tan sólo por la mejora funcional que ofrece, sino también porque el carbono es muy abundante y se puede reciclar.

Además, sus características mecánicas ofrecen todavía otra ventaja, la posibilidad de hacer pantallas y dispositivos electrónicos flexibles o, todavía más, que se puedan estrujar, como una hoja de plástico o un pañuelo de bolsillo, sin perder funcionalidad. Esta característica abre grandes posibilidades para combinar electrónica y productos textiles, por ejemplo, o hacer irrompibles y más robustos los dispositivos portátiles de uso habitual.

Desde el punto de vista científico, el grafeno ofrece toda una serie de características nuevas y todavía desconocidas que plantean continuas oportunidades para descubrir y estudiar sus propiedades. Una de ellas tiene que ver con la transformación de la energía luminosa en eléctrica. En un estudio realizado en el ICFO (Catalunya) en colaboración con el MIT (Estados Unidos), el Max Planck Institute (Alemania) y el Graphenea (País Vasco), se muestra la elevada eficiencia del grafeno al transformar la luz en electricidad.

Eso se presenta como un paso de gigante con respecto a la conversión fotovoltaica basada en los semiconductores convencionales. Aunque quizás es pronto

para hacer previsiones, las propiedades elásticas del grafeno, junto con su potencialidad en la transformación energética, permitirían construir paneles solares elásticos y deformables que simplificarían enormemente la instalación de los sistemas de energía renovable.

Pero la cosa no acaba aquí. En tan sólo unos días se han anunciado diversas y revolucionarias aplicaciones, como, por ejemplo, una consistente en supercondensadores hechos a base de grafeno. Estos dispositivos permitirían cargar un móvil en sólo segundos. Lo más increíble es que la novedosa batería se podría fabricar sobre un CD utilizando la fuente de láser de una grabadora de CD.

La Comunidad Europea ha apostado fuere por el grafeno al prometer una inversión de mil millones de euros para los próximos diez años en proyectos de investigación y desarrollo de nuevas aplicaciones del grafeno en Europa (Graphene-flagship.eu).

Las previsiones indican que el grafeno puede empezar una auténtica revolución industrial, con importantes repercusiones en la economía mundial. En España hay un considerable número de grupos de investigación que ven una oportunidad en este material en muchos ámbitos, con aplicaciones con fuerte impacto social. Muchos de estos grupos están organizados en redes como Nanospain (Nanospain.org) o Phantoms Foundation (Phantomsnet. neto/Foundation), que organizan importantes acontecimientos de ámbito internacional.

En abril tendrá lugar en Bilbao el congreso Graphene 2013, dedicado al grafeno, y donde se reunirán muchos de los investigadores europeos en este campo.

Otro asunto curioso y creo que positivo es que España desempeña un papel bastante significativo a escala mundial en el campo del comercio del grafeno. Por otra parte, de las más de ochenta empresas que se han constituido en los últimos años en el campo de la nanotecnología en España, hay cuatro que destacan y están especializadas en grafeno. Parece que, de momento, con muy buenas perspectivas.

Scientists find healing 'switch'

Cientificos han encontrado un interruptor molecular que controla la curación de las heridas en humanos. Esto podría ayudar a tratar heridas crónicas que afectan a pacientes con otras enfermedades.

Scientists from the Agency for Science, Technology and Research (A*STAR)’s Institute of Medical Biology (IMB) have identified a molecular “switch” that controls the migration of skin cells necessary for wounds to close and heal. This is especially significant for diabetics and other patients who suffer from chronic wounds, wounds that do not heal or take years to do so, which are vulnerable to infections and could lead to amputations. This switch mechanism may hold the key to developing therapeutics that will reduce or prevent chronic wounds.

The scientists discovered that a tiny “micro-RNA” molecule, called miR-198, controls several different processes that help wound healing, by keeping them switched off in healthy skin. When skin is wounded, the manufacture of miR-198 quickly stops and the levels of miR-198 drop, switching on many wound healing processes.

In the non-healing wounds of diabetics, miR-198 does not disappear and wound healing remains blocked. This therefore identifies miR-198 as a potential diagnostic biomarker for non-healing wounds. These findings were recently published in the prestigious journal Nature. 

The research leading to this discovery was carried out in collaboration with A*STAR’s Bioinformatics Institute (BII), National University Hospital (NUH), Singapore and Jnana Sanjeevini Diabetes Center, Bangalore, India. 

Chronic wounds in patients with diabetes are a major global health burden and the most common cause of lower extremity amputations. In Singapore, diabetes is the fifth most common medical condition diagnosed and one in nine people aged 18 to 69 has diabetes.

Unfortunately, chronic wounds are currently poorly understood and insufficiently treated.  Chronic wounds also tend to affect the elderly and disabled patients, especially those confined to a wheelchair or bed-bound.

 Dr. Prabha Sampath, principal investigator at IMB and lead author of the paper, said, "Moving forward, we hope to translate this research into improved patient outcomes. We can now build on this research, to see how we can modulate the defective switch in chronic wounds by targeting miR-198 and its interacting molecules, to develop new strategies for treating chronic wounds. Our research provides a comprehensive understanding of the mechanism of the wound healing process.

Professor Birgitte Lane, Executive Director of IMB, said, “This switch appears to be an entirely new regulatory component in wound healing, and probably a very important one. Poor wound healing is a major healthcare burden, and this discovery is particularly timely in the face of aging populations and the sharp global rise in diabetes. The finding gives us a platform from which to develop therapies that could significantly reduce chronic wounds and improve healthcare."

The information necessary to expressmicroRNA-198 (miR-198) and follistatin-like 1 (FSTL1) protein are found in a single “message” produced by the cell. However, miR-198 and FSTL1 protein cannot be produced at the same time – it can only be one or the other. These two molecules also have opposite roles: miR-198 (found in unwounded skin) inhibits skin cell migration and wound healing, whereas FSTL1 protein (expressed after injury) promotes skin cell migration and wound healing. A regulatory switch dictates their expression, and hence controls the “see-saw” between inactive resting skin cells and the cell migration necessary for wound healing.

Dr. Sampath and her team showed that healthy unwounded skin contained high levels of miR-198 but no FSTL1 protein. They demonstrated that these high levels of miR-198 prevent skin cell migration by suppressing several genes, such as PLAU, LAMC2 and DIAPH1 [4], which are needed for different aspects of the wound healing process. However upon injury, miR-198 is switched off in the wound by a signal from transforming growth factor β1 (TGF-β1). This allows FSTL1 to now be made instead, and the skin migration genes to be unblocked, promoting migration of skin cells into the wound area to drive skin wound healing.

The scientists further examined skin samples of chronic non-healing ulcer wounds from patients with diabetes mellitus. They observed that, unlike healthy skin that had been injured, there remained high levels of miR-198 (inhibiting skin cell migration and wound healing) and an absence of FSTL1 protein (promoting skin cell migration upon wounding), indicating that this “switch” is defective in chronic wounds.  

http://www.sciencealert.com.au/news/20131003-24136.html