Investigación y ciencia 343 - Abril 2005.pdf

HELICOBACTER PYLORI FIJACION DE LA MEMORIA

ABRIL 20056,00 EUROS

EL HOMBREDE FLORES

CONDENSADOS DE BOSE-EINSTEINY MICROCHIPS

NUEVOS BUSCADORESEN LA RED

TRILOBITES

LA BURBUJA LOCAL Y LA TIERRA

VIDA Y MUERTEDEL ACUEDUCTO DE NMES

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Abril de 2005Nmero 343

3 HACE...50, 100 y 150 aos.

4 APUNTESEstadstica... Salud pblica... Astronoma... Geofsica... Entomologa... Psicologa... Celulas madre.

32 CIENCIA Y SOCIEDADTransferencia de nutrientes... Aerinita... Origen de la clula eucariota... Cuando se rompe la simetra.

38 DE CERCADel orculo a los nematomorfos.

Helicobacter pyloriMartin J. Blaser

Esta bacteria colonizadora del estmago humano protege frente a los trastornos del esfago pero aumenta el riesgo de contraer enfermedades gstricas. Resulta conveniente erradicarla?

Condensados de Bose-Einstein y microchipsJakob Reichel

Cabe aprovechar los campos magnticos de un microchip para producir las pequeas y ordenadas nubes de tomos conocidas como condensados de Bose-Einstein.

Vida y muerte del acueducto de NmesGuilhem Fabre, Jean-Luc Fiches, y Jean-Louis Paillet

Quince aos de excavaciones consagradas al acueducto de Nmes y al puente del Gard han revelado elementos desaparecidos. La historia de este monumento y de su utilizacin ha sido escrita de nuevo.

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Nuevos buscadores en la RedJaved Mostafa

Hoy, los buscadores en la Red nos inundan con respuestas superuas, pero no tardaremos en disponer de herramientas ms perfectas, que se adaptarn a nuestros intereses.

Fijacin de la memoriaR. Douglas Fields

Algunos momentos de la vida no se olvidan nunca, mientras que el recuerdo de otros se desvanece muy pronto. La razn podra esconderse en los mismos procesos que modelan los circuitos de un cerebro en desarrollo.

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Aplicacionesmicroelectrnicasde los nanotubosGary Stix

Podran utilizarse nanotubos de carbono para fabricar chips de memoria de nuevo cuo.

86CURIOSIDADES DE LA FSICAOndas y Moho,por Jean-Michel Courtyy Edouard Kierlik

88JUEGOS MATEMTICOSFsiles y lotera,por Juan M.R. Parrondo

90IDEAS APLICADASProteccin ssmica,por Mark Fischetti

92LIBROSIlustradosSegundo escaln.

La burbuja local y la TierraJess Maz Apellniz, Narciso Bentez y Matilde Caelles

Rodeado por una burbuja de gas, el Sol se halla en medio de una regin de baja densidad en el medio interestelar. La in uencia de esa estructura alcanza la capa de ozono y repercute en la biosfera.

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TrilobitesRichard A. Fortey

Habitantes acorazados de losmares paleozoicos presentabanuna diversidad asombrosa.

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El hombre de FloresKate Wong

Un espectacular y controvertido hallazgoen Indonesia sugiere que, en un pasado no muy lejano, nuestra especie habra compartido la Tierra con un extrao homnido.

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DIRECTOR GENERAL Jos M.a Valderas Gallardo DIRECTORA FINANCIERA Pilar Bronchal Garfella EDICIONES Juan Pedro Campos Gmez Laia Torres Casas PRODUCCIN M.a Cruz Iglesias Capn Albert Marn Garau SECRETARA Puricacin Mayoral Martnez ADMINISTRACIN Victoria Andrs Laiglesia SUSCRIPCIONES Concepcin Orenes Delgado Olga Blanco Romero EDITA Prensa Cientca, S.A. Muntaner, 339 pral. 1.a 08021 Barcelona (Espaa) Telfono 934 143 344 Telefax 934 145 413 www.investigacionyciencia.es

SCIENTIFIC AMERICANEDITOR IN CHIEF John Rennie EXECUTIVE EDITOR Mariette DiChristina MANAGING EDITOR Ricki L. Rusting NEWS EDITOR Philip M. Yam SPECIAL PROJECTS EDITOR Gary Stix SENIOR EDITOR Michelle Press SENIOR WRITER W. Wayt Gibbs EDITORS Mark Alpert, Steven Ashley, Graham P. Collins, Steve Mirsky, George Musser y Christine SoaresPRODUCTION EDITOR Richard HuntGENERAL MANAGER Michael FlorekVICE PRESIDENT AND MANAGING DIRECTOR, INTERNATIONAL

Dean SandersonPRESIDENT AND CHIEF EXECUTIVE OFFICER Gretchen G. TeichgraeberCHAIRMAN John Sargent

COLABORADORES DE ESTE NUMERO

Asesoramiento y traduccin:

Juan Manuel Gonzlez Maas: Helicobacter pylori; Ramn Pascual: Condensados de Bose-Einstein y microchips y Cuando se rompe la simetra; Carlos Lorenzo: El hombre de Flores; Luis Bou: Vida y muerte del acueducto de Nmes y Nuevos buscadores en la Red; Felipe Corts: Fijacin de la memoria; Isabel Rbano: Trilobites; J. Vilardell: Hace..., Apuntes, Ideas aplicadas y Curiosidades de la fsica

Portada: Kazuhiko Sano

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INVESTIGACIN Y CIENCIA, abril, 2005 3

...cincuenta aos

REPLICACIN VRICA. Aora una nueva visin acerca de la naturaleza de los virus. Solan considerarse slo unos intrusos, extraos que invadan y parasitaban las clulas; pero hallazgos recientes, entre ellos el descubrimiento de modicaciones en los virus inducidas por el husped, recal-can an ms su similitud con unidades hereditarias como los genes. De hecho, ciertos virus se consideran elemen-tos bsicos de la herencia en busca de un cromosoma. Salvador E. Luria [Nota de la redaccin: En 1969, Luria comparti el premio Nobel de Fisiologa o Medicina por sus trabajos sobre la estructura gnica de los virus.]

VACUNA ANTIPOLIO. Pronto conoceremos los resultados del ensayo de campo extensivo sobre la vacuna contra la poliomielitis realizado el ao pasado. Cualesquiera que sean las conclusiones, la discusin entre los virlogos est servida, pues no se est sometiendo a prueba slo una vacuna concreta sino tambin un principio inmunol-gico. La vacuna en cuestin se basa en un virus muerto, es decir, un virus tratado con formaldehdo para tornarlo no infeccioso. Segn numerosos virlogos, semejante vacuna jams igualar en ecacia a una que contenga virus vivos. En mi opinin, sin embargo, una vacuna de virus muertos no slo evita los riesgos asociados a los virus vivos sino que, correctamente preparada y administrada, puede resultar igual de efectiva en cuanto a la inmunidad. Jonas E. Salk

RASGOS CULTURALES. Desgraciadamente, gran parte de los ms importantes patrones de conducta propios de cada cultura resultan esquivos: son intangibles y nadie se ha ocupado nunca de describirlos. En aras de la

comprensin intercultural, algunos organismos ociales de EE.UU. han contratado en varias ocasiones a antroplo-gos para asesorar sus equipos tcnicos. En Iberoamrica, por ejemplo, donde el contacto fsico es ms corriente y la unidad bsica de espacio vital parece ser menor, los estadounidenses se sienten incmodos por la cercana en que los iberoamericanos se colocan cuando conver-san. Estos ltimos, por su parte, se quejan de que los estadounidenses se muestran distantes y fros o, en sus propias palabras, retrados (encerrados en s mismos y poco comunicativos) [vase la ilustracin].

...cien aosLOS TRABAJOS DE RAMSAY. Hace algn tiempo Sir William Ramsay comunic a la Regia Sociedad de Londres sus estimaciones de la concentracin de criptn y xenn en la atmsfera; ahora dispone ya de la misma informacin para el nen y el helio. Tras una serie de delicadas investigaciones, ha llegado a la conclusin de que el aire contiene 86 partes en peso de nen por cada mil millones y 56 partes en peso, y 400 en volumen, de helio por cada diez mil millones. Tan minsculas cantidades parecen rebasar el lmite de deteccin; sin embargo, pruebas adicionales indican que se trata de estimaciones bastante exactas.

...ciento cincuenta aosCARIES PREMATURA. No existe razn alguna que explique por qu los estadounidenses son tan propensos a la caries precoz, en comparacin con los ciudadanos de otros pases. En EE.UU. hay trabajo para cinco veces ms dentistas que en Gran Bretaa; mientras que en Gran Bretaa una mala dentadura es la excepcin, en EE.UU. es la regla. Si bien los estadounidenses se mo-lestan mucho ms en lavarse los dientes que los nativos de Irlanda, los irlandeses muestran una dentadura ms sana. Sabemos con certeza que el cido actico no es la causa de esa caries dental precoz. Si durante la infancia se comieran ms bollos de pan tosco para ejercitar los dientes, quiz se lograra reducir la prevalencia de la caries prematura en EE.UU.

GUANO. Han pasado quince aos desde que el guano se us por primera vez en Europa; se empez slo con unas pocas toneladas, a modo de experimentacin. Desde entonces, el consumo de este abono ha crecido hasta casi 100.000 toneladas anuales. El ao pasado, la demanda en EE.UU. fue tan elevada, que no pudo satisfacerse. Debido a tan creciente e insaciable demanda, el guano se ha visto sometido a las ms escandalosas adulteraciones con mantillo de su mismo color. Por consiguiente, conviene a los agricultores servirse slo de comerciantes respetables y acreditados. De entre todas las variedades de este fer-tilizante, la peruana es la que ofrece mejor calidad.

HACE

Percepcin cultural bajo escrutinio de antroplogos, 1955.

4 INVESTIGACIN Y CIENCIA, abril, 2005

Los mosquitos portadores del dengue causan al ao ms de 50 millones de infecciones en todo el mundo y al menos 12.000 muertes. Para atacar directamente a esos hematfagos, se ha lanzado el crustceo Mesocyclops sobre las larvas del mosquito Aedes aegypti. Entre 1998 y 2003 se disemin el diminuto depredador en los depsitos de agua. El resultado fue la eliminacin del mosquito en 32 municipios vietnamitas. Desde 2002, no se ha informado de ningn caso de dengue en esas poblaciones; han quedado protegidas 380.000 personas. (La tasa de incidencia anual antes del inicio del programa ascenda a 146 casos por 100.000.) Esta solucin podra no resultar ecaz en todas partes, dada la aversin que se suele tener hacia los organismos visibles en el agua potable.

Charles Q. Choi

APUNTESESTADISTICAEscritores fractalesLa ley de Zipf liga la frecuencia con que una palabra apa- rece en un texto con el nmero que le corresponde en la lista ordenada de las palabras ms usadas en l; en concreto, ese nmero es inversamente proporcional a aquella frecuen-cia. Las leyes estadsticas con la forma de la inversa de una potencia establecen frecuencias relativas que no dependen de la escala. Es la caracterstica propia de la fractalidad. Relacio-nes de este tipo son muy habituales en multitud de fenmenos. Dos brasileos las han encontrado tambin en la literatura.

Al examinar los cuentos de Virginia Woolf, D. H. Lawrence, James Joyce y Katherine Manseld, han dado con una variante literaria de la ley de Zipf: el nmero total de palabras de un relato es inversamente proporcional a una potencia de la razn entre el nmero de palabras distintas con que est escrito y el propio nmero total de palabras. Pero la conclusin ms intere-sante de este trabajo es que el valor concreto de esa potencia y de la constante de proporcionalidad sirven para identicar a cada escritor.

SALUD PUBLICACrustceos contra el dengue

El portador del dengue puede haber encontrado la horma de su zapato en los coppodos.

ASTRONOMIAUn mapa esculpidoLos trabajos de Hiparco, de la segunda mitad del siglo II antes de la era cristiana se cuentan entre los ms impor-tantes de la astronoma de la antigedad. A Hiparco se le debe el descubrimiento del fenmeno de la precesin: el retraso pau-latino de la posicin de las estrellas en la bveda celeste. Le-vant el primer mapa preciso del rmamento, en el que segn parece apareceran entre 800 y 1600 estrellas. Los astrnomos de tiempos posteriores solan referirse a este catlogo, que se crean perdido para siempre. De todos los escritos de Hiparco slo nos han llegado los Comentarios, donde su autor describe las constelaciones. B. Schaeffer ha encontrado el catlogo estelar en un medio inesperado: la estatua del Atlas Farnesio, un mrmol de ms de dos metros de altura que representa al titn Atlas portando un globo celeste sobre sus espaldas. Esta escultura, conserva-da en Npoles, es una copia romana realizada en el siglo II a partir de un original griego. Sobre el globo, de un dimetro de 65 centmetros, 41 guras representan constelaciones conocidas por los helenos y se encuentran cinceladas; lo estn tam-bin crculos de la esfera celeste: el ecuador, la eclptica, los

trpicos, el crculo rtico (el paralelo que contiene las estrellas siempre visibles) y el crculo antrtico (con las estrellas siempre invisibles) y los coluros, (dos crculos de referencia perpendicu-lares al ecuador). Las observaciones astronmicas que haban servido de modelo para ese globo celeste han venido envueltas en la controversia desde el siglo XVII. Segn Schaeffer se construy basndose en un catlogo de Hiparco elaborado hacia el 129 a.C. Para demostrarlo ha localizado con precisin 70 estrellas con ayuda de 49 placas tomadas controlando la distancia entre el objetivo y la estatua. Se apoy luego en el fenmeno de la precesin para determinar la fecha a la cual las constelaciones representadas son observables. El eje de rotacin de la Tierra oscila segn un ciclo de 26.000 aos. Las constelaciones se retrasan lentamente en el cielo en rela-cin con lneas fijas (por ejemplo, el ecuador y los meridianos de referencia). Al medir esa demora sobre el globo, Schaeffer ha mostrado que sta corresponde al firmamento a finales del siglo II antes de la era cristiana: las observaciones datan muy probablemente de 125 a.C. ST

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GEOFISICAAurora inducida por radioEl espectral resplandor de la aurora se presenta cuando los electrones e iones de elevada energa excitan los gases atmosfricos. Con haces de radioondas se haba inducido una luz similar, pero las emisiones resultaban demasiado dbiles para ser detectadas a simple vista. Se han enfocado antenas de radio sobre una aurora natural, en Alaska. El blanco era una zona de la atms-fera ms baja de lo usual, a unos 100 kilmetros de altura, donde los iones se disipan rpidamente en comparacin con altitudes ma-yores. Aparecieron durante algunos minutos unas pequeas motas entre el resplandor de fondo, lo bastante brillantes para ser vistas directamente. Este procedimiento podra aplicarse a la investigacin atmosfrica. J.R. Minkel

Aurora sobre Alaska con un moteado artificial producido por una agrupacin de antenas (primer plano).

CELULAS MADRENeuronas motoras espinalesSe ha logrado la diferenciacin de clulas madre embrionarias humanas en neuronas motoras espinales, clulas filiformes que transmiten seales desde la mdula espinal a las extremidades y cuya muerte paraliza a quienes han sufrido lesiones y en-

fermedades medulares. Cuando un embrin se desarrolla en el tero, una cambiante mezcla de factores qumicos incita a las clulas madre a diferenciarse en diversos tipos de neuronas. Una combinacin de cido retinoico y una molcula marcadora llamada erizo snico imita las circunstancias en que las clu-las madre se convierten en neuronas motoras espinales. Con ella se han podido cultivar las clulas a voluntad. El resultado quiz conduzca a frmacos y tratamientos que acten contra las enfermedades de la mdula espinal.

J.R. Minkel

Se puede inducir a las clulas madre embrionarias a diferenciarse en neuronas motoras (rojo). Aqu tambin se ven fibras neurales (verde) y ADN nuclear (motas azules). RIC

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ENTOMOLOGIAEl descenso de las hormigasNo se dejan caer: 25 especies de hormigas arbreas de Panam, Costa Rica y Per regresan planeando a los rboles donde viven. Es el primer caso conocido de insectos pteros que guan su cada. Con laca de uas blanca en las patas traseras de los insectos y tomas de vdeo de gran velo-cidad se observ que, al soltarlas desde 30 metros de altura, maniobran para planear y volver a un rbol. Ejecutan giros de 180 grados en pleno aire. En la operacin, parecen intervenir las ondulaciones de su abdomen, unas patas traseras aerodi-nmicamente aplanadas y unas cabezas redondeadas dotadas de unos rebordes que podran actuar de timones. Un ochenta y cinco por ciento de las hormigas obreras de la especie Cefalotes atratus retornaron a sus albergues arbreos tras la cada. A los diez minutos, suelen haber caminado ya hasta la rama de partida. Segn parece, las hormigas se arrojan adre-de desde los rboles para esquivar a los depredadores.

Charles Q. Choi

PSICOLOGIANi hoy, ni maanaPor qu resulta tan difcil no dejar para maana lo que se puede hacer hoy? Se ha estudiado a 900 volunta-rios para averiguarlo. Se vio que tendan a idealizar el futuro. A los voluntarios, por ejemplo, se les preguntaba cundo crean que tendran ms tiempo y cundo ms dinero, hoy o justo dentro de un mes, a lo que respondan con nmeros, de 1 (ms hoy) a 10 (ms dentro de un mes). Tanto para el di-nero como para el tiempo, crean que tendran ms dentro de un mes, pero la media en el caso del tiempo fue 9, mientras que para el dinero fue 7. No haba correlacin entre creer que se tendr ms tiempo y ms dinero al mes siguiente; no intervena un optimismo general acerca de ambas cosas. Cuesta creer que las exigencias de maana vayan a ser tan grandes como las que nos presionan hoy. Se acta conforme a esa fantasa acerca del futuro. Cuando llega maana, se est de nuevo tan ocupado como ayer y lo prometido vuelve a diferirse.


A pesar de que Helicobacter pylori acompa-a al ser humano desde tiempos inmemo-riales, los expertos han tardado ms de un siglo en identicarla. En 1875, anatomistas alemanes descubrieron unas bacterias espi-riformes que colonizaban el revestimiento

mucoso del estmago humano; pero, al no conseguir que los microorganismos crecieran en un cultivo puro, los resultados se abandonaron y terminaron por olvi-darse. Las bacterias no se aislaran hasta 1982. A Barry J. Marshall y J. Robin Warren les debemos una hazaa que permiti abordar la investigacin de la funcin de H. pylori en el estmago.

En el curso del decenio siguiente, se descubri que las personas portadoras de la bacteria corren un riesgo mayor de sufrir lceras ppticas: desgarramiento del revestimiento que tapiza el tubo digestivo; se descubri tambin que H. pylori promueve la aparicin del cncer de estmago ms comn [vase Origen bacteriano de la lcera de estmago, de Martin J. Blaser, INVESTIGACIN Y CIENCIA, abril de 1996].

Al par que se iba conociendo la importancia de H. pylori, se observ que la bacteria perda posiciones en el aparato digestivo. Mientras que en los pases en vas de desarrollo los adultos suelen dar alojamiento a la bacteria, en los pases desarrollados se ha reducido de forma notable su implantacin. Segn los epidemi-logos, H. pylori ha ido desapareciendo de las naciones desarrolladas a lo largo de los ltimos 100 aos merced a una mayor higiene, que bloquea la transmisin de la bacteria, y al uso generalizado de antibiticos.

Con el retroceso de H. pylori han disminuido la lcera pptica y el cncer de estmago. Al propio tiempo, sin embargo, los trastornos del esfago la enfermedad del reujo cido y un tipo de cncer de esfago par-ticularmente letal, entre otros han experimentado un crecimiento vertiginoso. Hay pruebas de que ese aumento de las enfermedades esofgicas guarda relacin con la desaparicin de H. pylori.

La posibilidad de que esta bacteria proteja contra de-terminadas patologas del esfago entraa consecuencias de suma importancia. De entrada, habra que reconsi-derar quiz los tratamientos basados en antibiticos que erradican del estmago a H. pylori, para asegurarse de

que el dao no supere el benecio. Si queremos conocer el efecto ejercido por H. pylori sobre la salud, habr que investigar la compleja trama de interacciones que el microorganismo teje con su husped. A la postre, el estudio de H. pylori puede ayudarnos a entender otras bacterias que colonizan nuestro organismo, as como los procesos evolutivos que permiten que humanos y bacterias establezcan entre s relaciones tan estrechas.

Diversidad bacterianaEn cuanto comenz a investigarse H. pylori, se hizo palmaria la diversidad de las cepas aisladas a partir de individuos distintos. (Disparidad que se aprecia incluso dentro de un mismo estmago.) Pese a su apariencia idn-tica, el cdigo gentico de las cepas vara de una forma sustantiva. Se ha secuenciado el genoma de dos cepas distintas de H. pylori; cada una presenta un solo cromo-soma, pequeo, de unos 1,7 millones de nucletidos, que comprenden unos 1550 genes. (A modo de comparacin, la bacteria intestinal Escherichia coli cuenta con unos cinco millones de nucletidos y, los seres humanos, unos 3000 millones.) Cabe destacar que alrededor del seis por ciento de los genes de H. pylori dieren de una cepa a otra; incluso las secuencias de nucletidos de los genes comunes ofrecen un grado notable de variacin.

Nos hallamos ante una especie de sorprendente nivel de diversidad. Las diferencias genticas entre chimpancs y humanos, que son especies distintas entre s, resultan despreciables en comparacin con la disparidad entre cepas de H. pylori: el 99 por ciento de las secuencias de nucletidos del genoma humano y del chimpanc son idnticas. La variabilidad extraordinaria en el genoma de H. pylori sugiere que o bien las bacterias han subsistido durante largo tiempo como especie o bien ninguna de sus variantes est tan cabalmente adaptada al estmago humano como para desplazar a las dems. En realidad, ambos enunciados son correctos.

Helicobacter pyloriEsta bacteria colonizadora del estmago humano protege frente a los trastornos del esfago pero aumenta el riesgo de contraer enfermedades gstricas. Resulta conveniente erradicarla?

Martin J. Blaser

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1. UNA ESTRECHA RELACION ha surgido entre el ser humano y Helicobacter pylori. Esta bacteria provoca inflamaciones en el estmago y el duodeno (rojo), al propio tiempo que protege el esfago (verde). Se cree que intercambia seales complejas con las clulas del husped.


En mi laboratorio de la facultad de medicina de la Universidad de Nueva York hemos identicado dos tipos de variantes. En 1989 creamos una biblioteca de genes de H. pylori. Para ello insertamos fragmentos se-leccionados del ADN de la bacteria en clulas de E. coli, de forma que stas sintetizaran las protenas codi-cadas por los genes de H. pylori. Luego analizamos las muestras de E. coli resultantes mediante el suero sanguneo de una persona portadora de H. pylori. El sujeto que se prest voluntario fui yo mismo; puesto que mi sistema inmunitario haba estado expuesto a la bacteria, los anticuer-pos de mi suero reconoceran algu-nos de los productos proteicos del microorganismo.

La primera muestra en ser recono-cida por mis anticuerpos contena un gen que ahora denominamos cagA, codicador de la protena CagA; se trataba del primer gen de H. pylori ha-llado slo en algunas cepas de la bac-teria. La investigacin ulterior puso de maniesto que las personas infectadas con cepas de H. pylori portadoras del gen cagA presentaban mayor riesgo de sufrir una lcera pptica o cncer de estmago que las personas con cepas carentes del gen.

Sabemos hoy que cagA se halla en una regin cromosmica que contie-ne tambin genes codicadores de protenas del sistema de secrecin de tipo IV (TFSS). Las clulas bacte-rianas ensamblan estos sistemas para exportar molculas complejas y de gran tamao hacia el interior de las clulas del husped. As, Bordetella pertussis, bacteria causante de la tos ferina, utiliza un TFSS para intro-ducir su toxina en las clulas del tracto respiratorio humano. En el ao

sente en todas las cepas de H. pylori; sin embargo, puesto que la secuen-cia del gen vara de forma notable, slo algunas de las cepas producen una toxina totalmente activa. John C. Atherton, becario posdoctoral vi-sitante en nuestro laboratorio, hall cuatro variantes principales de vacA: dos de ellas (m1 y m2) localizadas en la regin central del gen y otras dos (s1 y s2) en la regin que codica la secuencia de la seal de la protena: la que permite a la protena atravesar las membranas celulares. Estudios posteriores mostraron que la variante s1 se divide, a su vez, en al menos tres subtipos: s1a, s1b y s1c.

Las cepas de H. pylori portado-ras de las variantes m1 y s1 sinte-tizan la versin ms daina de la toxina VacA. Por tanto, no resulta sorprendente que las cepas que in-cluyen vacA y cagA en su genotipo guarden relacin con un mayor ries-go de contraer cncer de estmago. La situacin puede resultar an ms complicada: algunas personas pre-sentan mayor tendencia a desarrollar este tipo de cncer porque sus pro-pios genes contienen variantes que intensican la respuesta inamato-ria frente a agentes bacterianos. El peor escenario correspondera, pues, al de una persona portadora de va-riantes proinamatorias y colonizada por cepas de H. pylori con el gen cagA y el genotipo vacA s1/m1. La concurrencia de cepas agresivas de H. pylori y huspedes susceptibles explica la mayor parte de los casos de cncer de estmago.

Tras el rastro de las migracionesEl conocimiento sobre la diversidad gnica de H. pylori se aplic al estu-dio de la variacin geogrca de las distintas cepas. En colaboracin con Leen-Jan van Doorn, del Laboratorio de Diagnsticos de Delft, descubri-mos que las variantes del gen vacA tendan a agruparse en determinadas regiones geogrcas: las cepas s1c predominaban en el este de Asia, s1a en Europa septentrional y s1b en el rea mediterrnea.

A Guillermo I. Prez Prez y al autor le interesaban sobre todo el estudio de las cepas de H. pylori en Iberoamrica porque los resultados all obtenidos nos revelaran cundo y cmo llegaron las bacterias al Nue-vo Mundo. Descubrimos que la cepa

2000, investigadores de laboratorios de distintos pases (Alemania, Japn, Italia y Estados Unidos) determina-ron que varios genes de H. pylori prximos a cagA codicaban pro-tenas TFSS que se ensamblaban y formaban una estructura semejante a una aguja hipodrmica en miniatura. Esta estructura inyecta la protena CagA en las clulas epiteliales que recubren el estmago humano; por eso mismo, mi organismo produjo anticuerpos contra la protena.

Una vez en el interior de la c-lula epitelial, determinadas enzimas del husped modican la estructu-ra qumica de CagA, facilitando su interaccin con protenas humanas. Estas interacciones afectan, en ltima instancia, a la forma de la clula, a sus secreciones y a las seales que enva a otras clulas. Las cepas de H. pylori portadoras del gen cagA provocan inamaciones y lesiones tisulares del revestimiento gstrico ms graves que las cepas carentes del gen. Estas diferencias quizs ex-pliquen el mayor riesgo de contraer enfermedades que presentan las per-sonas portadoras de cepas cagA.

A nales de los aos ochenta, Timothy Cover, a la sazn becario posdoctoral de nuestro grupo, aco-meti el estudio de algunas cepas de H. pylori que provocaban la forma-cin de enormes vacuolas en clulas epiteliales de cultivo. Demostramos que el agente activo era VacA, una toxina codicada por el gen vacA. (La denominacin surgi en el propio laboratorio.) Adems de formar va-cuolas, VacA desactiva los glbulos blancos que luchan contra las infec-ciones estomacales, aplacando as la respuesta inmunitaria hacia H. pylori. A diferencia de cagA, vacA est pre-

Aunque Helicobacter pylori ha colonizado el estmago humano durante largo tiempo, las mejoras sanitarias llevadas a cabo en el transcurso del siglo pasado y el uso generalizado de los antibiticos han reducido de forma drstica su prevalencia en los pases desarrollados.

Las personas portadoras de H. pylori presentan un mayor riesgo de de-sarrollar lceras ppticas y cncer de estmago, pero menor vulnera-bilidad ante enfermedades esofgicas, incluido cierto tipo de cncer de esfago letal.

El estudio de las interacciones entre H. pylori y el ser humano podra arrojar luz sobre el tratamiento de los trastornos del tracto digestivo as como ahondar en la comprensin de otras bacterias que colonizan nuestro organismo.

Resumen/Una bacteria en el estmago


EXENTO DE H. PYLORI Las personas que carecen de H. pylori presentan menor riesgo de desarrollar lceras ppticas y cncer de estmago porque no padecen las inamaciones que provoca el microorganismo. Sin embargo, al no contar con un control microbiano de la acidez gstrica, estos individuos pueden ser ms vulnerables frente a enfermedades esofgicas, provo-cadas por la inamacin que se produce cuando el esfago inferior se expone a contenidos gstricos de acidez elevada.

MECANISMOS DE INTERACCION H. pylori utiliza un sistema de secrecin de tipo IV (una estructura similar a una aguja hipodrmica) para inyectar la protena CagA en las clulas epiteliales que tapizan el estmago (arriba). A continuacin, las clulas liberan protenas proina-matorias (citoquinas); stas atraen a los neutrlos (gl-bulos blancos), que daan el tejido gstrico mediante la dispersin de compuestos de oxgeno y nitrgeno muy reactivos (radicales libres).

Clula T ayudante inmovilizada

NeutrloCitoquinas

Radicales libres

Ncleo

Clula epitelial

Clula daada

Formacin de agujeros

Sistema de secrecin

de CagA

H. pylori

Capa mucosa

Secrecin de la protena VacA

Sin lesiones, pero con acidez elevada

Inamacin del esfago

inferior

TAM

I TO

LPA

H. pylori secreta tambin la protena VacA, que forma vacuolas en el interior de las clulas epiteliales y reprime la respuesta inmunitaria inmovilizando otro tipo de glbulos blancos (las clulas T coadyuvantes).

Protena CagA

Protena VacA

UN MICROMUNDO EN EL ESTOMAGOHelicobacter pylori persiste durante decenios en el estmago humano; a pesar de la respuesta inmunitaria del husped, provoca una lesin permanente. Se cree que los microorga-

nismos y el husped intercambian seales en un bucle de retroalimentacin negativa que amortigua el dao en el tejido y mantiene un ambiente favorable para las bacterias.

COLONIZADO POR H. PYLORI H. pylori regula la acidez del estma-go mediante la inamacin (tejido de color rojo en la imagen de la izquier-da). Cuando la acidez es demasiado elevada para la bacteria (abajo), las cepas portadoras del gen cagA pro-ducen protena CagA en abundancia. Tal desmesura desencadena la res-puesta inamatoria del husped. La inamacin rebaja la acidez gstrica, al afectar la regulacin hormonal de las clulas productoras de cido que recubren el estmago.

Esfago

Estmago

La inamacin del revestimiento del estmago rebaja la acidez

Duodeno

Acido gstrico


mediterrnea (s1b) era, con diferen-cia, la ms comn; ello sugera que H. pylori fue introducida por colonos espaoles o portugueses o por escla-vos africanos. Pero entonces camos en la cuenta de que estos estudios se haban llevado a cabo en ciudades costeras, cuyos habitantes no pro-cedan slo de europeos y africanos, sino tambin de amerindios.

En colaboracin con Mara Gloria Domnguez Bello, del Instituto Vene-zolano de Investigaciones Cientcas, analizamos muestras de tejido gstrico procedentes de una poblacin indge-na de la Amazonia (Puerto Ayacucho, pueblo comercial a orillas del ro Ori-noco, en Venezuela); la mayor parte de las cepas resultaron portadoras del genotipo s1c, el que predomina en el este de Asia. Los nuevos datos apunta-ban, pues, otra hiptesis, a saber, que H. pylori fue transportada a travs del estrecho de Bering por los antepasa-dos de los amerindios actuales. Por

tanto, esta bacteria ha estado presente entre los humanos durante al menos 11.000 aos.

Recientes estudios en colaboracin con Mark Achtman, Daniel Falush y sus colaboradores del Instituto Max Planck de Biologa de las Infecciones en Berln, han demostrado que todas las cepas modernas de H. pylori pro-ceden de cinco poblaciones ancestra-les: dos surgidas en Africa, dos en la Eurasia central u occidental y una en el este de Asia. De hecho, podemos apoyarnos en la variabilidad gentica de H. pylori para seguir el rastro de los asentamientos humanos y los pa-trones migratorios en el transcurso de los ltimos 60.000 aos. Teniendo en cuenta que H. pylori presenta mayor diversidad gentica que Homo sa-piens, las bacterias jalonan mejor la historia de los movimientos migrato-rios de nuestra especie que la propia investigacin del ADN mitocondrial humano (el marcador habitual en los

estudios de gentica de poblaciones). Si los estudios mitocondriales apor-tan datos sobre la manecilla de las horas, las secuencias genticas de H. pylori informan sobre la manecilla de los minutos.

Extincin microbianaH. pylori medra slo en el ser hu-mano. Se transmite de boca a boca o de heces a boca. Las diferencias geogrcas observadas en la tasa de infeccin por H. pylori (harto menor en el mundo desarrollado que en el resto) podran resultar, en parte, de las mejoras sanitarias aplicadas du-rante el ltimo siglo. En mi opinin, la eliminacin gradual de H. pylori se debe tambin al uso generalizado de antibiticos. (Incluso los tratamien-tos antibiticos de corta duracin cualquiera que sea el motivo de su administracin pueden erradicar la bacteria en algunos pacientes.) En los pases en vas de desarrollo don- LU

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DISTRIBUCION GEOGRAFICALa bacteria H. pylori destaca por su carcter antan y por ofrecer una amplia diversidad gentica. La dis-tribucin geogrca de sus cepas reeja los orgenes y las migraciones de sus huspedes humanos. La

variante s1a del gen vacA predomina en el norte de Europa, mientras que las variantes s1b y s1c preva-lecen en el rea mediterrnea y en el este de Asia, respectivamente.


de el uso de antibiticos est menos extendido, entre el 70 y el 100 por ciento de los nios estn infectados por H. pylori a la edad de 10 aos; la mayora permanecen colonizados de por vida. En cambio, menos del 10 por ciento de los nios nacidos hoy en los EE.UU. son portadores de la bacteria. Nos hallamos ante un importante cambio en la ecologa microbiana de nuestra especie.

Tras la desaparicin de H. pylori quiz se esconda tambin la extin-cin de otros microorganismos. La presencia de H. pylori puede deter-minarse fcilmente mediante anlisis de sangre, heces, aliento o muestras de tejido gstrico, puesto que es la nica bacteria que subsiste en el am-biente cido del estmago humano. Las bacterias colonizadoras de otras partes del cuerpo boca, colon, piel y vagina, entre otros, en cambio, conviven con otros microorganismos indgenas; por tanto, si alguna de s-tas estuviese desapareciendo, carece-ramos de herramientas diagnsticas para detectarlo.

Cules son las consecuencias del retroceso de H. pylori? Como ya se ha indicado, en los pases desarrolla-dos la incidencia de la lcera pptica (excepto la originada por la aspirina o por el ibuprofeno u otros agentes antiinamatorios no esteroides) y del cncer de estmago estn dis-minuyendo de forma clara. Dado que estas enfermedades sobre todo el cncer de estmago se desarrollan en el transcurso de varios aos, la disminucin de su incidencia se ha retrasado varios decenios en relacin con el descenso de las infecciones por H. pylori; aun as, la disminucin resulta asombrosa. En 1900, el cn-cer de estmago era el ms letal de EE.UU.; en 2000, su incidencia y su tasa de mortalidad haban descendido ms del 80 por ciento, colocndose muy por debajo del cncer de colon, prstata, mama o pulmn, entre otros. Abundan las pruebas de la asocia-cin entre una regresin sin freno de H. pylori y ese cambio.

Pero no todo son buenas noticias. Durante ese mismo periodo, se ha producido un aumento en la inciden-cia de un nuevo tipo de enfermedades esofgicas. Desde los aos setenta, epidemilogos estadounidenses, bri-tnicos, suecos y australianos han detectado un brote alarmante del ade-

nocarcinoma de esfago, un cncer agresivo que se desarrolla en el re-vestimiento interno del esfago, justo por encima del estmago. En Estados Unidos, la incidencia de esta enferme-dad ha ido creciendo entre un 7 y un 9 por ciento anual, convirtindose en el cncer con mayor tasa de aumento del pas. La supervivencia a los cin-co aos posteriores al diagnstico es inferior al diez por ciento.

Cul es el origen de tan terribles cnceres? Sabemos que el principal factor de riesgo proviene de la en-fermedad del reujo gastroesofgico (ERGE), un trastorno inamatorio crnico que implica la regurgitacin de los contenidos gstricos cidos al esfago. Ms conocida como enfer-medad de reujo cido, no apareci su descripcin clnica hasta los aos treinta del siglo pasado. Desde en-tonces, sin embargo, su incidencia ha aumentado de forma espectacular; en la actualidad, ERGE es bastante comn en los EE.UU. y en otros pases occidentales.

La enfermedad del reflujo gas-troesofgico puede dar lugar al esfa-go de Barrett, una lesin premaligna. Debe su nombre a Norman Barrett, quien la describi en 1950. La in-cidencia del esfago de Barrett est creciendo al mismo ritmo que la de ERGE; los pacientes presentan un elevado riesgo de desarrollar adeno-carcinoma de esfago. La enferme-dad del reujo gastroesofgico puede iniciar un proceso de entre 20 y 50 aos; en algunos casos, la enfermedad avanza lentamente hasta convertirse en esfago de Barrett primero y en adenocarcinoma despus, de forma

anloga a los cambios graduales que desembocan en cncer en otros teji-dos epiteliales. Pero, por qu est aumentando la prevalencia de ERGE y sus trastornos derivados?

El aumento de estas enfermeda-des ha coincidido con la desaparicin de H. pylori Existe alguna relacin entre ambos fenmenos? Cuando en 1996 suger esta conexin, fue aco-gida con indiferencia al principio y con hostilidad despus. Sin embar-go, un nmero creciente de estudios realizados en los ltimos aos res-paldan la hiptesis de que la colo-nizacin del estmago por H. pylori protege al esfago frente a ERGE y sus secuelas. Y lo que reviste inte-rs mayor, las cepas portadoras del gen cagA las ms virulentas a la hora de provocar lceras y cncer de estmago parecen ser las que proporcionan mayor proteccin. En 1998, en colaboracin con expertos del Instituto Nacional del Cncer, descubrimos que el riesgo de con-traer adenocarcinoma del esfago inferior y de la zona del estmago ms cercana al esfago era signi-cativamente menor en las personas portadoras de las cepas cagA de H. pylori. Posteriormente, en co-laboracin con investigadores del Hospital Clnico de Cleveland y del Hospital holands Erasmus, demos-tramos una correlacin parecida para ERGE y para el esfago de Barrett. Otras investigaciones, realizadas en el Reino Unido, Brasil y Suecia, lo han conrmado. Contamos, pues, con pruebas convincentes del efecto pro-tector de H. pylori, aunque no todos los investigadores lo han observado,

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2. EL REVESTIMIENTO MUCOSO del estmago humano constituye el hbitat natural de H. pylori.


debido, quizs, a diferencias en los mtodos de estudio.

Retroalimentacin negativaCmo puede la colonizacin por H. pylori aumentar el riesgo de con-traer enfermedades gstricas y a la vez proteger frente a los trastornos del esfago? Hallamos una posible explicacin en las interacciones en-tre la bacteria y su husped. En el transcurso de la evolucin, H. pylori se ha convertido en un parsito at-pico: a pesar de provocar una lesin permanente y la respuesta inmunitaria del husped, persiste durante decenios en el interior del estmago. Esta per-sistencia slo es posible si los pro-cesos que estimulan la inamacin del tejido gstrico estn compensados por procesos inhibitorios, que evitan el empeoramiento excesivo de la le-sin. Debe establecerse un equilibrio entre husped y colonizador; de lo contrario, el husped morira en poco tiempo y las bacterias perderan su hogar antes de encontrar ocasin para colonizar otro individuo. Pero, cmo logran dos formas de vida que com-piten entre s alcanzar compromiso

semejante? Para m, el microorganis-mo y el husped se comunican en un bucle de retroalimentacin negativa.

En los sistemas biolgicos abundan los bucles de retroalimentacin nega-tiva; regulan las interacciones celu-lares. Consideremos, por ejemplo, el que se establece entre la glucosa y la insulina, una hormona reguladora. Tras la ingesta, aumentan los niveles de glucosa en el torrente sanguneo; el pncreas secreta insulina. La hormona provoca el descenso de los niveles de glucosa, seal que avisa al pncreas para que reduzca la secrecin de in-sulina. Modulando los valores mxi-mos y mnimos del nivel de glucosa, el sistema se mantiene en un estado estacionario de homeostasis. Descrito en el siglo XIX por Claude Bernard, este concepto se ha convertido en el fundamento para comprender la autorregulacin hormonal.

Llev esta idea un paso adelante: la retroalimentacin negativa poda poner en juego no slo las clulas microbianas sino tambin las del husped. Con los aos, y en colabo-racin con Denise Kirschner, de la Universidad de Michigan en Ann Ar-

bor, y Glenn Webb, de la Universidad de Vanderbilt, nuestra idea sobre la retroalimentacin ha ganado en am-plitud y complejidad. Hoy la expre-samos as: la poblacin de H. pylori en el estmago de una persona est formada por un grupo de cepas ex-tremadamente diversas que cooperan y compiten entre s; compiten por los nutrientes, por nichos en el interior del estmago y por la proteccin fren-te al estrs. Milenios de coevolucin entre H. pylori y Homo sapiens han ejercido una intensa presin de se-leccin sobre ambas especies. Para minimizar los daos de la infeccin, el ser humano ha desarrollado me-canismos de transmisin de seales a las bacterias, mediante respuestas inmunitarias y cambios en la presin y acidez del estmago. A su vez, H. pylori enva seales a las clulas del husped a n de aliviar el estrs provocado sobre s misma.

El grado de acidez en el interior del estmago constituye uno de los mayo-res factores de estrs para H. pylori. Demasiado cido mata a las bacterias; pero un nivel extremadamente bajo tampoco resulta adecuado, pues per-mite que E. coli y otros organismos que toleran peor los medios cidos invadan el nicho de H. pylori. Ante este escenario, H. pylori ha desarrolla-do la capacidad de regular la acidez de su entorno. Las cepas portadoras del gen cagA, por ejemplo, utilizan la protena CagA como molcula seali-zadora. Cuando la acidez es elevada, la sintetizan en gran cantidad; ello desencadena una respuesta inama-toria del husped que disminuye la acidez mediante la regulacin hor-monal de las clulas productoras de cido que recubren el estmago. Una acidez baja, en cambio, disminuye la produccin de CagA y, por tanto, reduce la inamacin.

Este modelo de retroalimentacin negativa nos ayuda a entender los efectos de H. pylori sobre la salud, que dependen en gran medida de la intensidad de las interacciones que se establecen entre las bacterias y su husped. Las cepas cagA aumentan el riesgo de padecer cncer de estmago porque, durante decenios, inyectan protena CagA en las clulas epite-liales del estmago, afectando a la longevidad de las clulas del husped y su tendencia a provocar inama-ciones que favorecen la aparicin LU

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3. EL DECLIVE de H. pylori en los pases desarrollados durante la ltima centuria ha reducido la incidencia del cncer de estmago; sin embargo, puede estar desencadenando un brote de enfermedades esofgicas. En ocasiones, la enfermedad del reflujo cido evo-luciona en esfago de Barrett (una lesin premaligna), para terminar en adenocarcinoma, un tipo de cncer particularmente letal. Debido al carcter fragmentario de los datos histricos referentes a determinados trastornos, las lneas de la figura muestran slo la tendencia general de la incidencia de cada patologa.


del cncer. Las cepas que carecen de cagA muestran menor grado de interaccin con el husped, por lo que no provocan lesiones tan graves en los tejidos gstricos.

Asimismo, las cepas cagA modulan la produccin de cido en el estma-go, evitando que la acidez se eleve demasiado. En las personas portado-ras de cepas que carecen de cagA, la modulacin de la acidez es ms dbil. Las que no han sido colonizadas por H. pylori no cuentan con ningn tipo de control microbiano; las consiguien-tes oscilaciones en la acidez del est-mago podran resultar decisivas para el aumento de las enfermedades del esfago, cuyo desencadenante parece ser la exposicin del tejido a conteni-dos gstricos de acidez elevada.

De la ausencia de H. pylori podran derivarse otros efectos siolgicos. El estmago produce dos hormonas que regulan los hbitos alimentarios: la leptina, que enva seales al cere-bro para que dejemos de comer, y la grelina, que estimula el apetito. La erradicacin de H. pylori mediante antibiticos tiende a rebajar los ni-veles de leptina e incrementar los de grelina. En un estudio, los pa-cientes que se haban sometido a un tratamiento para eliminar H. pylori ganaron ms peso que los sujetos del grupo control. Podran los cam-bios en la ecologa microbiana del ser humano estar contribuyendo a la actual epidemia de obesidad y dia-betes mellitus (enfermedad relacio-nada con la obesidad) en los pases desarrollados? Si se conrmara tal hiptesis, las consecuencias seran determinantes. Debera replantear-se la idoneidad de antibiticos que eliminan del estmago la bacteria H. pylori (y acaban tambin con bacterias que desempean funciones clave en otras partes del organismo). Aunque algunas de las consecuencias de la erradicacin resultaran bene-ciosas para nuestra salud (reducira el riesgo de padecer cncer de es-tmago, por ejemplo), otras labora-ran en su contra. El balance entre lo bueno y lo perjudicial dependera de la edad, del historial mdico y de las caractersticas genticas.

ProbiticosSi se conrma que H. pylori podra resultar beneciosa para ciertos indi-viduos, deberan los mdicos rein-

troducir la bacteria en el estmago de estos pacientes? Durante ms de una centuria, expertos y profanos se han dedicado a buscar probiticos, microorganismos que, incorporados en la dieta, mejoran la salud. Los primeros estudios se centraron en el gnero Lactobacillus, el utilizado en la fabricacin de yogur y quesos; pero los efectos de la reintroduccin fueron, en el mejor de los casos, mar-ginales. A pesar de los esfuerzos y tiempo invertidos, nadie ha logrado an hallar un probitico efectivo.

Este fracaso se debe, en parte, a la complejidad y la coevolucin de la microbiota humana, el conjunto de organismos con que compartimos nuestro cuerpo. Nuestros microorga-nismos han alcanzado un grado de evolucin elevado, que les permite habitar dentro de nosotros y convi-vir entre s. Cul es la probabili-dad de que un recin llegado, una cepa bacteriana extraa procedente del exterior sea capaz de reconducir adecuadamente los mecanismos de interaccin? Escasa. Los microor-ganismos de nuestra ora han so-brevivido a una seleccin intensa y continuada; la ventaja de jugar en casa les capacita para rechazar y eliminar a cualquier forastero.

Para proseguir con la bsqueda de probiticos, pues, deberemos ahondar en nuestra microbiota in-dgena y conocer mejor su relacin con nosotros. Se establece siempre una red de interacciones complejas all donde medran microorganismos colonizadores: colon, boca, piel y vagina, por ejemplo. La dicultad

estriba en desentraarlas, debido a la gran variedad de organismos compe-tidores. En el estmago, en cambio, H. pylori desplaza casi por completo a los dems microorganismos. Mer-ced a su increble adaptacin al ser humano y a su progresiva y acciden-tal desaparicin en el transcurso del siglo XX, H. pylori podra convertirse en un organismo modelo para la in-vestigacin de la ecologa microbiana del ser humano.

Una vez catalogadas todas las ce-pas de H. pylori y determinado de qu modo afecta cada una a las c-lulas husped del estmago, ese cam-po de investigacin debera alumbrar nuevas vas teraputicas de las enfer-medades del tracto digestivo. En el futuro, la propensin de un individuo a la inamacin y su riesgo gentico de padecer diversos tipos de cncer quiz podran conocerse mediante el anlisis de su ADN. Entonces, basta-ra con determinar la mejor mezcla de cepas de H. pylori para cada pa-ciente e introducirla en su estmago. Los conocimientos sobre H. pylori podran aprovecharse tambin para resolver otros problemas mdicos. Lo mismo que la toxina nerviosa Botox producida por Clostridium botulinum (la bacteria causante del botulismo) se utiliza ahora en ciruga plstica, la toxina VacA podra constituir la base de un nuevo tipo de frmacos supresores de la funcin inmunitaria. El estudio de nuestros viejos com-paeros bacterianos permite ahondar en la comprensin de nuestro propio cuerpo y promete expandir los hori-zontes de la microbiologa mdica.

Martin J. Blaser, microbilogo experto en Helicobacter pylori, ocupa la ctedra Fre-derick H. King de la facultad de medicina de la Universidad de Nueva York. Preside la Sociedad estadounidense de Enfermedades Infecciosas.

DYNAMICS OF HELICOBACTER PYLORI COLONIZATION IN RELATION TO THE HOST RESPONSE. Martin J. Blaser y Denise Kirschner en Proceedings of the National Academy of Sciences USA, vol. 96, n.o 15, pgs. 8359-8364; 20 de julio, 1999.

TRACES OF HUMAN MIGRATIONS IN HELICOBACTER PYLORI POPULATIONS. D. Falush, T. Wirth, B. Linz, J. K. Pritchard, M. Stephens, M. Kidd, M. J. Blaser, D. Y. Graham, S. Vacher, G. I. Prez-Prez, Y. Yamaoka, F. Mgraud, K. Otto, U. Reichard, E. Katzowitsch, X. Wang, M. Achtman y S. Suerbaum en Science, vol. 299, n.o 5612, pgs. 1582-1585; 7 de marzo, 2003.

HELICOBACTER PYLORI PERSISTENCE: BIOLOGY AND DISEASE. Martin J. Blaser y John C. Atherton en Journal of Clinical Investigation, vol. 113, n.o 3, pgs. 321-333; febrero, 2004.

El autor

Bibliografa complementaria


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1. UNA NUBE ULTRAFRIA DE ATOMOS levita en el campo magntico que se pro-duce cerca de la superficie de un simple microchip (se trata de una representacin artstica).

Cabe aprovechar los campos magnticos de un microchip para producir las pequeas y ordenadas nubes de tomos

conocidas como condensados de Bose-Einstein. Esa asociacin de pastillas y condensados quizs encuentre aplicacin prctica

en sensores ultraprecisos para los aviones y en la computacin cuntica



Un siglo despus de su concepcin, la mecnica cuntica no deja de pro-vocar desconcierto. Nos pide que atribuyamos a los objetos la condicin

de ondas, si bien demasiado pequeas para que podamos percibir las de los cuerpos que nos rodean. Aunque se cree que las leyes cunticas valen para objetos de todos los tamaos de las partculas elementales al uni-verso en su conjunto, en nuestro mundo diario no vemos ondas de materia, ni ningn otro comporta-miento cuntico.

De una forma sutil que se les esca-pa a los fsicos, la mecnica cuntica encubre sus extraos efectos cuando muchas partculas interaccionan de manera desordenada o cuando la tem-peratura se eleva muy por encima del cero absoluto; es decir, siem-pre que las cosas se complican un poco, como sucede de ordinario en el mundo macroscpico. De ah que se tienda a pensar que los fenmenos cunticos slo cuentan en el mundo de las partculas elementales o en experimentos mentales del estilo del gato de Schrdinger, que se encuen-tra en un estado cuntico tal, que est a la vez vivo y muerto.

Ultimamente, va vindose la teo-ra cuntica de otra manera. Se est aprendiendo a preservar su rareza a escalas cada vez mayores y a obser-varla de modo ms directo. Uno de los ejemplos ms hermosos fue la creacin de un condensado de Bose-Einstein (BEC) atmico en 1995. En un BEC, centenares de miles de to-mos se agrupan en el mismo estado

ms leve interaccin descontrolada con el mundo alrededor, que se halla a temperatura ambiente, destruira el frgil estado cuntico de los tomos. Por eso, en la cincuentena de labo-ratorios de investigacin que pueden ahora producir BEC, la minscu-la nube de tomos superenfriados se protege con varias toneladas de equipo de alta tecnologa. Algunos de esos aparatos producen los me-jores vacos que podemos conseguir para librar a los tomos de las co-lisiones violentas que a temperatura ambiente ocurren en los gases, en el aire.

Clave en estos experimentos son las trampas magnticas, que ponen tomos a levitar por medio de cam-pos magnticos. El enfriamiento por evaporacin slo puede funcionar en una trampa; las magnticas son las ms adecuadas para ese modo de bajar la temperatura. Adems, cuanto ms intensa sea la tram-pa (cuanto ms se concentren los tomos en un pequeo volumen), tanto ms rpido y eficiente ser el enfriamiento. Por ese motivo, los investigadores de los BEC rodean sus cmaras de vaco con potentes electroimanes. Para conseguir la mayor compresin magntica, han construido pesadas bobinas refri-geradas por agua, a menudo com-puestas por voluminosos tubos de refrigeracin, con un consumo de muchos kilowatt de energa elctri-ca. El diseo y el funcionamiento de estas trampas magnticas se han

mecanocuntico. Todas sus ondas de materia individuales se superponen exactamente. Debido a que la onda de materia gigante que resulta contiene tantos tomos, es fcil observarla: en cuanto se dispone de un BEC, no se necesita mucho ms que una cmara de vdeo para percibir la naturaleza ondulatoria de la materia.

Esta disponibilidad sin precedentes de las ondas de materia ha llevado a un verdadero auge de los BEC. Centenares de investigadores, tanto tericos como experimentales, que trabajaban en muy distintas especia-lidades de la fsica, han dirigido su atencin al nuevo campo. Durante los ltimos aos, el estudio de los BEC ha dado nueva vida experimental a muchos efectos cunticos a los que antes se consideraba muy alejados de la prctica. La investigacin de estos sistemas nos ha presentado los fenmenos cunticos con mayor ve-rismo, como una piedra que se puede ver y golpear directamente, no slo como algo de lo que se habla en abstracto.

No resulta difcil observar un BEC. Pero nadie se atrea a crearlo. La transicin de fase de un vapor atmico clsico (no cuntico) a un condensado cuntico ocurre a una temperatura bajsima, por lo general de menos de una millonsima de grado sobre el cero absoluto. Para alcanzar esta temperatura, se deben aislar los tomos en una cmara de vaco, suspenderlos en el espacio libre mediante campos magnticos y congelarlos mediante enfriamiento lser y evaporacin (vase el recua-dro Enfriar un gas de tomos). La

Se va aprendiendo a preservar la rareza de la mecnica cuntica a escalas cada vez mayores. Se facilita as la observacin y aplicacin de los fenmenos a que da lugar. En uno de ellos, la formacin de condensados de Bose-Einstein (BEC) queda patente la naturaleza ondulatoria de la materia.

Los campos magnticos que se crean sobre un microchip mantienen suspendida una nube de tomos en el vaco a una temperatura apenas por encima del cero absoluto. La nube se puede convertir as en un BEC. Tales chips para nubes atmicas tienen un tamao menor que las trampas magnticas corrientes, consumen una milsima parte de su potencia, funcionan mucho ms deprisa y exigen un vaco menos exhaustivo.

Cabe esperar que los chips para nubes atmicas valgan como sen-sores ultraprecisos, tiles en la navegacin area o martima, y para construir ordenadores cunticos.

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2. UN CHIP CON ATOMOS atrapa sobre su superficie, en un experimento del laboratorio de Jrg Schmiedmayer, de la Universidad de Heidelberg, una nube de tomos de litio fros. Se ve la imagen especular de la nube de tomos en la brillante superficie de arseniuro de galio recubierta de oro.

Resumen/Chips para nubes atmicas


llevado buena parte del esfuerzo de los experimentos con BEC.

A la vista de esta complejidad experimental, a muchos les costaba imaginar alguna aplicacin de los BEC en el mundo real; por ejemplo, en sensores de rotacin porttiles que un da permitiesen que aviones o sub-marinos navegaran con una precisin sin precedentes. Algunos avances re-cientes han cambiado esta situacin. En particular, ahora podemos atrapar, mover y manipular los tomos por medio de microchips. El laboratorio cuntico porttil que se necesitara para los sensores ya no es un sueo descabellado, sino un objeto real de la investigacin.

Un paisaje magnticoCmo puede un microchip mante-ner y controlar una nube de tomos suspendida cerca de su supercie? Aprovechando los campos magn-ticos que su propio funcionamiento crea. Los microchips contienen un complejo entramado de millares de cables microscpicos. Las corrientes que circulan por esos cables generan un campo magntico. De ordinario, pasa inadvertido; a una distancia ma-croscpica de la supercie del chip, escapa a toda medicin. Muy cerca de los cables, sin embargo, crece como el inverso de la distancia. A 100 micras de la supercie, forma la trampa magntica que sostiene la nube de tomos en el espacio libre. Al hallarse los tomos tan cerca de los cables, basta menos de un watt para que funcione la trampa; valdra la batera de un ordenador porttil. Comprese esto con los kilowatt que necesitaban las trampas magnticas tradicionales.

Y esta trampa de chip tiene una virtud an mayor: es mucho ms po-tente que las trampas con bobinas y puede crear un BEC en menos de un segundo. Las trampas con bobi-nas rara vez tardan menos de medio minuto en crear un condensado. Esa mayor velocidad es importante: hay que repetir los experimentos con BEC centenares de veces a n de acumular estadsticas sucientes para una variedad de situaciones expe-rimentales. Cada medicin requiere la creacin de un nuevo condensado de Bose-Einstein, para lo cual hay que obtener una hornada de to-mos, atraparla y enfriarla desde la

temperatura ambiente hasta casi el cero absoluto. Tambin supone una gran ventaja para el sensor de rota-cin, donde una mayor velocidad se convierte en una precisin ms alta (porque reduce el ruido).

La mayor velocidad simplica el aparato de BEC de manera muy con-siderable. El vaco puede contener entonces cien veces ms gas residual. Con un vaco pobre, las partculas re-manentes despueblan constantemente la nube de tomos atrapados: chocan con ellos y los expulsan fuera de la trampa magntica. Cuando el enfria-miento es ms rpido, cabe acep-tar un nmero mayor de partculas remanentes porque tienen menos tiempo para deteriorar la nube. En

consecuencia, esa mayor rapidez to-lera una maquinaria de vaco mucho ms sencilla; el vaco que necesita un BEC sobre chip apenas ha de mejorar el del interior de un tubo de televisin. As, la miniaturizacin de la trampa magntica permite que se miniaturicen tambin otras partes del aparato.

A pesar de estas ventajas, intentar almacenar un condensado de Bose-Einstein el objeto ms fro del universo, que se sepa a cientos de micras de una supercie a tem-peratura ambiente, la del microchip, no deja de parecer una locura. Tal supercie emite sin cesar radiacin infrarroja, que transere calor a todo objeto que se halle en su vecindad. TH

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Chip para nubes atmicas

Celda de cristal

Punto de creacin

del BEC

Cinta transportadora

BEC en cada libre

3. UNA CINTA TRANSPORTADORA ATOMICA lleva y coloca con precisin condensa-dos de Bose-Einstein (BEC). La cinta transportadora es la estructura de dientes cuadra-dos situada en el centro del chip. Produce una serie de pozos magnticos cuya posicin depende de la fase de las corrientes en los cables. La serie de imgenes del cuadrado prpura se tom mientras la cinta transportaba el condensado a lo largo de 1,6 mil-metros sobre la superficie del chip. Acabado ese transporte, se dej caer libremente el BEC. Se expandi como lo hacen los BEC: el frgil condensado haba sobrevivido al transporte. (Se han incluido la estructura del chip y la celda de cristal para que quede clara la posicin de la cinta transportadora.)


Quin guardara los cubitos de hie-lo junto a un radiador? El primer proyecto de una trampa en chips, presentado por un grupo del Insti-tuto de Tecnologa de California en 1995, enfriaba el chip hasta cerca del cero absoluto con un refrigerador de helio lquido, imponente y caro. Mi grupo quera preservar la atractiva simplicidad de la idea del chip y en 1997 eligi trabajar a temperatura ambiente y esperar lo mejor.

Por suerte, nuestras nubes de to-mos ultrafros son unos cubos de hie-lo raros. Un objeto slido, un cubito de hielo, absorbe muy bien la radia-cin trmica. Los tomos gaseosos, por el contrario, absorben radiacin slo en ciertas longitudes de onda muy bien denidas; el gas apenas se queda con el calor radiado por el chip. Hoy sabemos que las interaccio-nes trmicas resultan insignicantes a una distancia de 100 micras; a las escalas de tiempo de un experimento con BEC, no producen daos.

Cuando naci la idea de una tram-pa de chip, poco despus de que se produjera el primer BEC en 1995, tuvo que salir al paso de problemas difciles. Primero, haba que disear y construir un chip que valiera para trampa. Aprender a hacerlo fue una de las experiencias ms graticantes que haya vivido. Siempre me ha im-presionado la increble velocidad a que progresa la industria microelec-trnica, que afronta y supera nuevas dicultades cada ao. Soy fsico de tomos fros; slo tena una vaga idea de las tcnicas en que se funda ese progreso. Ahora las he conocido desde dentro. Hablando con espe-cialistas, consultando libros y sitios de la Red, di con los dispositivos hbridos de pelcula delgada: con-ductores de oro en pequeas pasti-llas cermicas con los que se poda atrapar tomos.

Una vez supimos cmo se cons-trua un chip que sirviera de trampa, mis compaeros del Instituto Max Planck de Optica Cuntica en Gar-ching y de la Universidad Ludwig Maximilian de Mnich y yo aborda-mos el problema de cargar la trampa con tomos. Se utilice un sistema de bobinas o un chip, antes de que los tomos se puedan mantener en la trampa puramente magntica habr que enfriarlos hasta una temperatu-ra de un microkelvin mediante una

trampa magnetoptica (TMO). Un elemento esencial de una TMO es un conjunto de seis haces lser que baan los tomos por los lados, por arriba y por abajo. El chip cortar al menos uno de los haces; la TMO dejar de funcionar.

La solucin del problema estri-ba en disponer de un recubrimien-to especular del chip y que reeje dos de los haces. Si los lseres y el chip se orientan de manera correcta, los haces reejados sustituirn a los bloqueados y la TMO producir una nube de tomos fros justo sobre la supercie del chip. Hubo que tener en cuenta algunos detalles adiciona-les (la polarizacin de los haces lser ha de ser la correcta), pero la idea era atinada. A una trampa de ese tipo se la llama ahora TMO de espejo o TMO supercial. Una vez se han enfriado los tomos en la TMO de espejo, resulta harto sencillo cargar-los en la trampa de chip: se apaga la TMO y se deja pasar corriente por los cables de la pastilla. La mayor parte de la nube de tomos queda atrapada en el campo magntico que se genera as.

En 1998, en el Instituto Max Planck, Wolfgang Hnsel, Ted Hnsch y yo atrapamos y enfriamos tomos con ese procedimiento. Fue el primer chip para nubes atmi-cas, pero muchos dudaban de que llegase a producir BEC, sobre todo por la proximidad de la superficie del chip a los tomos atrapados. En el verano de 2001, mi grupo y el de Claus Zimmermann, de la Univer-sidad de Tubinga, demostraron que los que dudaban de la nueva tcni-ca estaban equivocados. Cada uno por nuestra parte, creamos objetos BEC mediante trampas de micro-chips. Era una coincidencia notable que nuestros grupos alcanzaran este descubrimiento, haca tanto deseado, con slo unos das de diferencia. Segn Zimmermann (que tambin haba sido colaborador de Hnsch, antes de irse a Tubinga), las ideas se entrelazaron; se refera al famoso fenmeno cuntico que correlaciona los resultados de experimentos in-comunicados entre s. Ms de una docena de laboratorios de distintas partes del mundo utilizan ahora los chips para nubes atmicas en los experimentos sobre condensado de Bose-Einstein.

Con slo dos o tres cables en una disposicin muy sencilla, el chip para nubes atmicas bsico crea ya una trampa magntica. Pero cabe conseguir mucho ms gracias a otra ventaja del procedimiento, quiz la ms importante: de sus precursores microelectrnicos el chip para nu-bes atmicas hereda las posibilidades que hoy ofrece la microfabricacin. Podemos disponer los cables en cualquier esquema que deseemos, trazando curvas y trayectorias ser-penteantes, incluso entrecruzamien-tos. Cuando las corrientes viajan por estos cableados, producen un paisaje magntico complejo que los tomos explorarn. Se abren as posibilida-des fantsticas para la manipulacin atmica.

Mi grupo de Mnich construy una cinta transportadora de BEC con un chip cuya estructura iba bas-tante ms all de la de una trampa simple. Cuando las corrientes apli-cadas a la variedad de cables se modulan de una manera apropiada, por la superficie del chip se mueve una serie de pozos de potencial. La regulacin de las corrientes contro-la la velocidad del transporte y la distancia a la superficie. Se puede trasladar el condensado y colocarlo con una precisin de nanmetros, o milmillonsimas de metro. Esta cinta transportadora de BEC qui-z se convierta en la espina dorsal de dispositivos ms complejos, por ejemplo de computacin cuntica; hablo de ello ms abajo.

Pero el transportador de BEC no es ms que un primer ejemplo. Ape-nas si se ha empezado a explorar las posibilidades que ofrece el moldeo del campo magntico.

Tubos magnticosCuando el trazado del circuito con-siste en dos o tres cables que funcio-nan en paralelo, el campo magntico crea una trampa tubular a lo largo de la cual los tomos se mueven li-bremente. El tubo magntico viene a ser para los tomos lo que una bra ptica para la luz: una gua de ondas, de materia en este caso. Las ondas de luz se mueven en una bra a lo largo de su eje, siguiendo su trayectoria y curvndose con ella. De manera semejante, el movimiento de un condensado a lo largo de una gua magntica de ondas de materia


Los tomos de un gas caliente se comportan en muy buena medida como canicas: muy clsicos, no exhiben propiedades cunticas. Pero a cada uno le corresponde un paquete de ondas cuntico de una cierta extensin. Para los tomos calientes, es minscula, aunque crece a medida que se enfran. Se forma un condensado de Bose-Einstein (BEC) cuando el gas es tan fro y denso, que los paquetes de ondas adquieren tal envergadura que se superponen. Todos los tomos se apilan enton-ces en el mismo estado cuntico: el mismo paquete de ondas. Ese paquete ondulatorio unicado en que se han fundido, es un condensado de Bose-Einstein.

Producir un BEC precisa mucho equipamiento. El elemento central de un experimento de tomos fros es una pequea caja de cristal con algunas bobinas de cable a su alrededor. En esa celda se hace un vaco casi perfecto; se crea as, a todos los efectos, un termo de altsima calidad. Despus, se introduce una reducida cantidad del gas que se desee. Seis rayos lser convergen en un punto del interior de la celda vaca. La luz lser no tiene que ser intensa. A menudo vale la de unos diodos lser baratos, pare-cidos a los que se emplean en los reproductores de discos compactos. A temperatura ambiente, los tomos del gas se mueven irregularmente por la celda, a una velocidad de varios cientos de kilmetros por hora. Cuando entran en uno de los haces lser, la luz los enfra muy deprisa. Adems, un campo magntico dbil, producido por las bobinas de cable, colabora con la luz lser en impulsar los tomos hacia la interseccin de los seis haces.

Esta combinacin de la luz lser y del campo mag-ntico, o trampa magnetoptica (TMO), fue ideada en 1987 por Jean Dalibard, de la Escuela Normal Supe-rior de Pars. David Pritchard, del Instituto de Tecnolo-ga de Massachusetts, y Steven Chu, de la Universidad de Stanford, crearon la primera TMO real. Actualmente, la fsica de los tomos fros se basa en este mtodo;

con l se enfran gases de rubidio, sodio y muchas otras especies atmicas a temperaturas del orden del microkelvin. Con todo, una TMO logra slo una densidad bastante baja; deja los tomos demasiado separados para que sus funciones de onda se super-pongan. Para conseguir, al mismo tiempo, densidades ms altas y temperaturas an menores, se requiere otro mecanismo. Aqu es donde acta el enfriamiento por evaporacin.

El enfriamiento por evaporacin funciona porque en cada instante hay partculas del gas casi en reposo, mientras otras llevan una velocidad bastante superior a la media. Cuando se extraen esos tomos rpidos, el gas que queda tiene una temperatura ms baja. No se trata de una idea nueva: as se enfra una taza de caf cuando se sopla sobre ella.

Sin embargo, aplicar el enfriamiento por evapora-cin a tomos ultrafros requiere un equipo bastante renado. En los experimentos de BEC, se realiza por lo general en una trampa magntica, una especie de cuenco profundo con paredes inmateriales. Los tomos ms energticos escapan de ese tazn. Se van redu-ciendo constantemente las paredes, de modo que los tomos calientes continen escapando; el proceso de enfriamiento seguir con los que queden.

Un elemento esencial del enfriamiento por evapora-cin es la redistribucin de la energa de los tomos ms lentos. Algunos acaban con velocidades ms altas (y sern eliminados de la trampa a medida que contine la evaporacin); los dems llegarn a ser an ms lentos y fros. Efectan esta redistribucin las colisiones buenas (las malas, con tomos circundan-tes, expulsan los tomos deseados fuera de la trampa). En esa fase es donde la trampa de microchip muestra sus ventajas: con corrientes pequeas, produce campos intensos que comprimen los tomos ms que las tram-pas ordinarias y aumenta as el ritmo de las colisiones buenas.

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Haz lserBobina

Chip para nubes atmicas

ENFRIAR UN GAS DE ATOMOS

1. En la configuracin ordi-naria de una TMO (izquier-da), seis rayos lser (rojo) se cruzan en el centro del campo magntico creado por dos bobinas. Pero si hay un chip en medio, in-terrumpir, inevitablemente, uno o ms de los haces.

2. La solucin (derecha) consiste en aplicar una

capa reflectante al chip y disparar slo cuatro

haces, en vez de seis. La reflexin (flechas verdes)

en la capa reflectante proporciona los dos haces

restantes. Los tomos fros se recogen cerca de

la superficie del chip.


constituye un haz de materia. Varios equipos de investigacin han elabora-do guas as (lo mismo en microchips que en sistemas mayores) y mtodos para cargar tomos en ellas.

Se ha pensado sobre todo en su aplicacin a la interferometra atmi-ca. Cualquier clase de interferometra implica la combinacin de dos ondas, que dar lugar a un patrn de luz con amplitudes altas y bajas, es decir, zonas iluminadas y zonas oscuras. La interferometra se suele realizar con rayos lser porque requiere una caracterstica que la luz lser posee, la coherencia: a cada haz corresponde una onda, nica y ordenada. Un BEC que viaja recuerda mucho a un rayo lser porque tambin es coherente. Al reunir dos haces atmicos coherentes se produce una interferencia: un pa-trn de puntos brillantes (muchos tomos) y oscuros (con pocos).

Los interfermetros atmicos han venido evolucionando desde hace diez aos. Al principio no eran ms que experimentos que probaban no-ciones tericas; ahora, superan como sensores incluso a los mejores siste-mas actuales (aunque quiz se requie-ran diez aos ms para que den el salto del laboratorio a su aplicacin comercial). Su virtud ms notable consiste en que miden la rotacin y las variaciones locales de la gra-vedad, magnitudes necesarias para la navegacin de barcos y aviones. Los aviones llevan interfermetros de bra ptica (giroscopios lser) para medir la rotacin; es un suple-mento imprescindible de la brjula tradicional. Los giroscopios basados en la interferometra atmica podran ser varios rdenes de magnitud ms precisos.

Quedan, no obstante, importan-tes problemas por resolver. Uno de ellos, el desarrollo de desdobladores coherentes de haces que dividan el haz de tomos en dos. Son una de las piezas principales del funciona-miento de cualquier interfermetro. Para que el desdoblador sea cohe-rente, cada tomo, como una espe-cie de gato de Schrdinger, debe encontrarse en ambas trayectorias de desdoblamiento del haz a la vez (el desdoblador divide en dos la fun-cin de ondas cuntica del tomo). En contraste, los desdobladores de haz con chips que se han construido hasta ahora se parecen ms a las

mangueras de incendios: dispersan el haz con demasiada brusquedad y cada tomo marcha a la izquierda o a la derecha, en vez de ir por ambas direcciones a la vez. Estos dispositivos incoherentes no valen para un interfermetro.

Problemas pendientesEn julio de 2004, el grupo de Eric A. Cornell, de la Universidad de Colorado en Boulder, y el de Mara Prentiss, de la Universidad de Har-vard, presentaron un ingenioso in-terfermetro atmico de lser. Crea- ron un condensado de Bose-Einstein en un chip para nubes atmicas y con un pulso del lser lo separa-ron en dos partes coherentes que se alejaban entre s. Pulsos adicionales unan de nuevo las dos partes para producir la interferencia.

Los desdobladores de haz no son el nico tipo de dispositivo que pre-senta problemas cuando hay que ma-nejar ondas de materia. En 2002, el grupo de Zimmermann y el de David Pritchard (uno de los inventores de la interferometra atmica), del Ins-tituto de Tecnologa de Massachu-setts, hallaron un efecto inesperado cuando soltaron un condensado en una gua de ondas de chip. En vez de que el condensado se extendiese y llenara la gua hasta su extremo, como hara el agua en un canal ho-rizontal largo, se par tras haber empezado a expandirse y se frag-ment. Estas pequeas salpicaduras de materia haban quedado atrapadas por unas ondulaciones muy peque-as de la gua magntica.

En marzo de 2004, Alain Aspect y sus colaboradores del Instituto de Optica de Orsay demostraron con mi-croscopa electrnica de barrido y un anlisis elegante que las pequeas desviaciones de su forma recta ideal, por los cables, constitua la causa de las ondulaciones de la gua de ondas magntica. Las minsculas desigual-dades del cable bastan para que la corriente describa pequeas curvas que distorsionan el campo magnti-co. Las sondas de campo magntico corrientes no haban medido nunca estas imperfecciones del campo mag-ntico. Los tomos del BEC fueron sondas mucho ms sensibles.

Otro problema afecta a aspectos mucho ms fundamentales. En los experimentos realizados hasta ahora,

los tomos del condensado de Bose-Einstein estn, por lo menos, a diez micras de la supercie del chip. El carcter cuntico de los tomos se manifestara de modo ms pronuncia-do en trampas an menores, pero ese empequeecimiento de las trampas magnticas aproximara ms los to-mos a la supercie del chip. A esas minsculas distancias menos de una micra, los tomos interaccio-naran sin remedio con la supercie por medio de la fuerza de Casimir-Polder. En un experimento realizado a nales de 2003 por Vladan Vuletic, del MIT, se observ que, al acercarse a menos de alrededor de 1,5 micras de una supercie no conductora, la trampa perda tomos.

Finalmente, otro efecto que se debe considerar en trampas menores es el magnetismo trmico de la supercie del chip. Imaginemos un conjunto desordenado de pequeos imanes en movimiento constante y catico. A temperatura ambiente y a dis-tancias inferiores a la micra, un metal viene a ser eso. A distancias mayores, el promedio de todas las contribuciones se anula; de ah que no se las haya visto hasta ahora. Sin embargo, cuando los tomos estn muy cerca de la supercie, demuestran de nuevo que consti-tuyen sondas de na sensibilidad. El magnetismo trmico sacude y mueve la trampa magntica. Al cabo de un tiempo, los tomos son expul-sados. Lo predijo en 1999 Carsten Henkel, de la Universidad de Pots-dam, y lo veric experimentalmen-te, en 2003, Ed A. Hinds, ahora en el Colegio Imperial de Londres, quien antes haba atrapado tomos fros con otro medio poco corriente: una cinta de vdeo.

Para los usos donde el magnetismo trmico suponga un problema, hay varias soluciones. El chip se pue-de enfriar con nitrgeno lquido, o incluso con helio lquido, pero en-tonces hay que aadir complejidad al aparato instrumental. Segn lo predicho por Henkel y corroborado en 2003 por el equipo de Cornell, el magnetismo trmico es ms dbil en metales de alta resistividad. Emplear titanio en vez de cobre u oro reduce las prdidas.

Las guas de ondas, y sus aplica-ciones en los interfermetros atmi-cos, explotan un aspecto particular


de la naturaleza mecanocuntica del tomo: su carcter ondulatorio. Otras manifestaciones cunticas pueden conducir a otras aplicaciones, an ms revolucionarias. La estrella del panorama cuntico es el computa-dor cuntico [vase Reglas para un mundo cuntico complejo, por Michael A. Nielsen; INVESTIGACIN Y CIENCIA, enero 2003]. Este fu-turo dispositivo sacara partido del principio de superposicin (otra caracterstica peculiar del mundo cuntico) para efectuar ciertos ti-pos de cmputo mucho ms deprisa que cualquier ordenador clsico. Un computador cuntico procesa qubits, los equivalentes cunticos de los bits. Un bit lgico ordinario, clsico (no cuntico), slo puede ser verdadero o falso, 1 o 0. El qubit, por el con-trario, puede hallarse en un estado de superposicin que corresponda a cualquier mezcla de verdadero y fal-so, como el gato de Schrdinger en su combinacin de vivo y muerto.

En un computador clsico, los clculos que corresponden a dis-tintos estados de los bits se deben realizar uno despus del otro; con los qubits, al mismo tiempo. Se ha demostrado que, para ciertos pro-blemas, esta caracterstica permite

a los ordenadores cunticos resolver problemas a velocidades que jams podrn alcanzar los clsicos.

Hoy, los fsicos cunticos dedi-can particular empeo a pensar en maneras prcticas de construir un computador cuntico: con iones atrapados, con grandes molculas, con espines de electrones..., o quiz con BEC en chips para nubes at-micas. La idea resulta sumamen-te atractiva: un tal chip cuntico guarda un muy conveniente pare-cido con un chip microelectrnico tradicional y, sin embargo, es nuevo

de raz. El transportador de tomos servira para juntar qubits de modo que interaccionasen de una manera controlable.

Los condensados sobre chips son el principio de una historia. Como tan a menudo ocurre en la ciencia, el devenir no est escrito. Al igual que en el pasado, saltarn sorpresas, agradables y desagradables. Algunos obstculos se eliminarn; otros forza-rn a los investigadores a cambiar de direccin. Pero, en cualquier caso, el mundo cuntico seguir acercndose al clsico.

Jakob Reichel obtuvo su doctorado en la Escuela Normal Superior (ENS) de Pars. Volvi a su Alemania natal en 1997 para trabajar en el Instituto Max Planck de Opti-ca Cuntica en Garching, y en la Universidad Ludwig Maximilian de Mnich. En 2004 recibi el premio europeo de investigadores jvenes y acept una plaza en la ENS.

MAGNETIC CHIPS AND QUANTUM CIRCUITS FOR ATOMS. E. Hinds en Physics World, vol. 14, n.o 7, pginas 39-44; julio 2001.

SPECIAL SECTION ON ULTRACOLD MATTER. Nature, vol. 416, n.o 6877, pginas 205-246; 14 de marzo, 2002.

COHERENCE WITH ATOMS. Mark A. Kasevich en Science, vol. 298, n.o 5597, pginas 1363-1368; 15 de noviembre, 2002.

El autor

Bibliografa complementaria

DIFICULTADES QUE HAY QUE SUPERARLas ondas de materia son viajeras exigentes. Antes de que los chips para nubes atmicas lleguen a encontrar alguna aplicacin prctica, hay que resolver ciertos problemas.

Cuando un desdoblador de haces atmicos es incoherente, al dividir el haz cada tomo va por la izquierda o por la derecha. Con la mirada puesta en la interferometra atmica, se est buscando una versin coherente en la que cada tomo vaya por la izquierda y por la derecha a la vez. En las imgenes de la izquierda vemos cmo canaliza un desdoblador de haces in-coherente el ujo de tomos de litio a travs de una Y invertida.

La fragmentacin de una nube de tomos atrapada en el campo magntico de un cable de un chip indica que el potencial mag-ntico presenta irregularidades (izquierda). Las desigualdades de

la gua de ondas magntica estn causadas por la rugosidad microscpica de los cables. Cuando una trampa ptica, donde no interviene el cable del chip, atrapa en el mismo punto una nube atmica, no se producen fragmentaciones (derecha).

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1. PEQUEO Y MUY LISTO, Homo floresiensis cazaba Stegodon (un pariente enano del elefan-te) y ratas gigantes que medraban en el bosque hmedo de la isla de Flores hace 18.000 aos.

EL HOMBREDE FLORESUn espectacular y controvertido hallazgo en Indonesiasugiere que, en un pasado no muy lejano, nuestra especiehabra compartido la Tierra con un extrao homnido

Kate Wong


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En la isla indonesia de Flores todava hoy se oye hablar de la legendaria ebu gogo (la abuela que todo lo come), una diminuta criatura de apetito voraz, postura erguida y andar titubean-te, de lenguaje susurrante. Siempre se haba credo que los macacos haban inspirado la

leyenda. Pero en octubre de 2004 sali a la luz otra posible explicacin. Un equipo de investigadores aus-tralianos e indonesios que excavaban en una cueva de la isla hallaron los restos de un humano liliputiense apenas alcanzaba un metro de estatura que vivi hasta hace escasos 13.000 aos.

La noticia conmocion a los paleoantroplogos de los cuatro puntos cardinales. Crease que, tras la extincin de los neandertales en Europa y de Homo erectus en Asia, Homo sapiens haba sido el nico habitante ho-mnido de la Tierra durante los ltimos 25.000 aos. Adems, todos los fsiles de homnidos de pequeas dimensiones que se haban encontrado hasta entonces pertenecan a australopitecinos (Lucy y similares) de tres millones de aos de antigedad, es decir, muy anterio-res a la aparicin de Homo sapiens. Nadie imaginaba que nuestra especie hubiera compartido el planeta con tan diminuto compaero, ni tampoco que una criatura con el cerebro del tamao de un pomelo pudiera haber desarrollado capacidades cognitivas equiparables a las del hombre moderno.

Flores: un pozo de sorpresasNo era el primer tesoro paleoantropolgico que se de-senterraba en Flores. En 1998, un equipo de arquelogos dirigido por Michael J. Morwood, de la Universidad de Nueva Inglaterra en Armidale, public el hallazgo de unos instrumentos lticos de 840.000 aos de antigedad encontrados en la depresin de Soa, en la regin central de la isla. Aunque no apareci ningn fsil humano junto a tiles, el descubrimiento pona de maniesto que Homo erectus, el nico homnido conocido en el sudeste asitico en aquella poca, haba cruzado el estrecho de aguas profundas que separa de Java la isla de Flores.

De acuerdo con la doctrina admitida, Homo sapiens habra sido el nico homnido que habit el planeta durante los ltimos 25.000 aos. Pero los restos descubiertos en la isla indonesia de Flores, pertenecientes a una especie enana de Homo que vivi hasta hace 13.000 aos, ponen esa hiptesis en un aprieto.

Aunque semejante a los primeros homnidos, en cuanto a las reducidas dimensiones corporales y cerebrales, parece que esta nueva especie fabric tiles lticos complejos. Ello plantea toda una suerte de preguntas sobre la relacin entre el tamao cerebral y la inteligencia.

Amn de espectacular, este hallazgo ha resulta-do controvertido. Algunos expertos cuestionan la diagnosis de los huesos. Adems, los autores de tales artefactos depurados pudieron haber sido humanos modernos.

El hallazgo caus mayor sorpresa porque nunca antes se haban encontrado indicios de que Homo erectus hu-biese sido capaz de construir embarcaciones. De hecho, la fecha ms antigua aceptada para la aparicin de la navegacin era de entre 60.000 y 40.000 aos, cuando nuestra especie coloniz Australia. (El resto de la fauna que medraba en Flores debi llegar hasta all nadando o sobre troncos y ramas otantes.) Los humanos no son tan buenos nadadores como para atravesar ese estrecho, por lo que algunos sostienen que pudieron cruzarlo me-diante balsas naturales.

Con la esperanza de documentar perodos subsiguientes de ocupacin humana, Morwood y Radien P. Soejono, del Centro de Arqueologa de Yakarta, centraron su atencin en Liang Bua, una gran cueva caliza del oeste de Flores. Desde los aos setenta, diversos arquelogos indonesios haban venido excavando el yacimiento de forma inter-mitente, siempre condicionados por la disponibilidad

Resumen/Humanos empequeecidos

ELEFANTE INDIO ACTUAL (Elephas maximus)


de nanciacin; pero slo haban excavado los niveles superiores. Morwod y Soejono se propusieron alcanzar la roca madre. Empezaron las excavaciones en julio del 2001. En poco tiempo, recuperaron abundantes utensilios lticos y huesos de Stegodon, una forma enana de un pariente extinto del elefante moderno.

Hasta el nal de la tercera campaa de excavacin no apareci el primer diente aislado perteneciente a un homnido. Morwood llev consigo una rplica del mis-mo a Armidale para mostrrselo a su compaero Peter Brown. El premolar presentaba una forma humana, pero no perteneca a un humano actual. Siete das ms tarde, Morwood reciba la noticia de que el equipo indonesio haba descubierto un esqueleto. El y Brown tomaron el primer vuelo hacia Yakarta.

Aunque la extraa morfologa del molar vaticinaba hallazgos novedosos, a todos cogi desprevenidos la aparicin del esqueleto, al que casi slo le faltaban los PO

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brazos. A tenor de la anatoma plvica, corresponda a un individuo bpedo, probablemente una hembra. La erupcin y el desgaste dentarios indicaban que se

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Investigación y ciencia 343 - Abril 2005.pdf