Este año hemos creado embriones mitad humanos, mitad monos. También ayudamos a que los ciegos vean y los mudos hablen. Empezamos la terraformación de Marte y estamos a las puertas de una nueva Física gracias a nuestro cerebro cuántico.

La ciencia en 2021 ha dado saltos de gigante en algunos campos significativos, particularmente en biología, astronomía, física y neurociencias. Todo parece indicar que, si el siglo XX fue el de la revolución cuántica, ahora estamos cruzando nuevas fronteras.

En el campo de la biología, destaca el mapa más completo de proteínas humanas utilizando la Inteligencia Artificial (IA), toda una revolución en las ciencias de la vida, que ha sido realizado por el laboratorio de investigación DeepMind, en asociación con el Instituto Europeo de Bioinformática de EMBL (EMBL-EBI), un hito comparable al impacto que tuvo el Proyecto Genoma Humano (1990-2003).

No menos significativa ha sido la investigación del Instituto Salk en San Diego que insertó células madre humanas en embriones de monos.

Los embriones sobrevivieron en el laboratorio, fuera de un animal, hasta 20 días, más que en cualquier experimento similar. Este embrión, mitad humano, mitad mono, se desarrolló en parte debido al progreso obtenido en cuanto a la identificación de las vías de comunicación molecular entre las células de las dos especies.

Estos «organismos o embriones quiméricos», podrían convertirse en una herramienta revolucionaria en el campo de la investigación biomédica y la medicina regenerativa: permitirán tal vez el crecimiento de nuevos órganos para trasplantes humanos.

Sorpresa con la depresión

Otro hito biológico lo marca el descubrimiento de que la psilocibina, producida naturalmente por alrededor de 200 especies de hongos, estimula el crecimiento de conexiones neuronales perdidas en la depresión.

Este alcaloide, también conocido como «hongo mágico», aumenta 10 veces tanto el número como el tamaño de las sinapsis, que son las conexiones establecidas entre las neuronas que facilitan los procesos cognitivos.

Los científicos atribuyen a los efectos psicológicos de la psilocibina, muy conocidos por las poblaciones originarias de América, el crecimiento de las conexiones neuronales.

Bernardeta Gómez, invidente desde hace 16 años por una septicemia, durante la investigación. R&I World.

Ciegos que podrán ver…

Investigadores de la Universidad Miguel Hernández de España han desarrollado a su vez un implante cerebral basado en microelectrodos intracorticales, que estimula la visión y es capaz de inducir la percepción de formas y letras en una persona ciega a través de una cámara.

El dispositivo marca un avance sin precedentes para ciegos o disminuidos visuales, que pueden mejorar su movilidad, percibir letras e incluso la silueta de algunos objetos.

Por otro lado, otra investigación ha descubierto que la visión perdida por un accidente cerebrovascular se puede recuperar reprogramando las células gliales del cerebro para convertirlas en neuronas.

Los autores de esta investigación lograron que las células gliales modificadas genéticamente se conectaran con las neuronas asociadas a la visión, reestableciendo las sinapsis necesarias para volver a ver.

… y mudos que hablan

Otra tecnología destacada de este año es la que puede leer los pensamientos y convertirlos en palabras escritas. No lee la mente: basta con que una persona que no puede hablar intente decir algo en voz alta para que el mecanismo funcione.

Está pensada especialmente para personas que por cualquier motivo han perdido la capacidad de comunicarse: basta con que intente hablar en voz alta para que el mecanismo funcione.

El sistema capta la intención de la persona, decodifica sus pensamientos en palabras específicas y las refleja en una pantalla que otra persona puede leer.

La tecnología ha sido testada en un paciente humano que llevaba paralítico desde hacía 20 años y representa toda una innovación: es la primera vez que se consigue descifrar el lenguaje a partir de las señales eléctricas que se generan en el área del habla del cerebro.

El paciente pudo comunicarse a razón de entre 15 y 18 palabras por minuto, aunque los investigadores piensan que la tecnología se puede perfeccionar hasta alcanzar el ritmo de una conversación típica, que es de 150 palabras por minuto.

El exoplaneta Kepler-186f, situado a 492,3 años luz de la Tierra. NASA Ames / SETI Institute / JPL-Caltech.

No estamos solos en el universo

Un hito prometedor: los astrónomos han identificado al menos 11 exoplanetas, que se encuentran a una distancia de entre 35 y 150 años luz de la Tierra, en los que estiman que con casi toda probabilidad podría existir vida.

Se trata de una nueva clase de planetas habitables, denominados planetas «Hycean» porque están cubiertos de océanos con atmósferas ricas en hidrógeno, de los que podría haber en el universo decenas más de los identificados hasta ahora.

El telescopio espacial James Webb, en cuyo desarrollo ha participado la española Macarena García Marín, y que finalmente fue lanzado con éxito el 25 de diciembre, puede determinar si en esos y otros exoplanetas existe alguna forma de vida.

Este telescopio representa la misión espacial más importante jamás construida, según la astrofísica española en la Universidad de Harvard, Mercedes López-Morales. Gracias a este telescopio, añade, podremos estudiar cómo se veía el universo al principio y determinar cuándo se formaron las primeras galaxias y estrellas.

Dudas sobre la materia oscura

Otro detalle sorprendente: a 250 millones de años luz de la Tierra se encuentra una galaxia del tamaño de nuestra propia Vía Láctea, pero con mil veces menos estrellas, que carece de materia oscura, la sustancia invisible que representa más del 80% de la materia del universo.

Según la Royal Astronomical Society (RAS), es posible que haya más galaxias sin partículas que no absorben, reflejan o emiten luz. El descubrimiento, ocurrido en la galaxia AGC 114905, cuestiona diferentes nociones científicas establecidas con respecto al comportamiento y la presencia de la materia oscura.

Para ahondar en el misterio, una nueva teoría propone que la materia oscura que dio forma al universo se originó en agujeros negros primordiales que se extendieron por todo el universo.

Según la nueva teoría, la materia oscura podría estar formada por pequeños agujeros negros que impregnan el cosmos. Todo habría ocurrido en los primeros momentos del universo, cuando una serie de procesos cuánticos formaron una gran cantidad de agujeros negros primordiales, que son los que dieron forma a la materia oscura. Tal vez el secreto de la materia oscura esté guardado en la Luna, señala otra investigación.

Imagen del segundo vuelo del helicóptero Ingenuity, realizado el jueves 22 de abril. La fotografía fue tomada por la cámara del rover Perseverance. NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS

Marte, la revolución

Marte ha acaparado la atención mundial este año: tres misiones de tres países diferentes ya están presentes en el planeta rojo: Perseverance de Estados Unidos (que incorpora dos instrumentos que cuentan con una importante participación de la ciencia española), Hope de los Emiratos Árabes y Tianwen-1 de China.

China tiene planeas más ambiciosos: en 2022 tendrá su propia estación espacial, en 2024 pondrá humanos en La luna y dispondrá de un telescopio del tamaño del Hubble. Luego orbitará Venus y Júpiter.

En la práctica, ya ha comenzado el proceso de terraformación de Marte: se han realizado los primeros vuelos controlados sobre el planeta rojo y se ha extraído oxígeno de su atmósfera, suficiente para que un astronauta pueda respirar durante 10 minutos, según la NASA.

Investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia han desarrollado también un concepto para producir biocombustibles directamente en Marte, destinado a alimentar cohetes que lleven a los astronautas de regreso a la Tierra en futuras misiones, según un estudio publicado en octubre en la revista Nature Communications.

Continúa la revolución cuántica

El mundo cuántico no escapa a la espiral de descubrimientos significativos: investigadores coreanos han cuantificado por primera vez la dualidad onda-partícula y observado en tiempo real cómo la medición influye en el comportamiento del fotón cuando cambia de estado para atravesar una pared a través de una rendija.

El nuevo experimento parece confirmar lo que decía Bohr en los años 20 del siglo pasado: que no somos meros observadores de lo que medimos, sino también actores.

Y sucesivos descubrimientos ocurridos este año señalan además el agotamiento del Modelo Estándar que describe la física de partículas.

En marzo, un equipo de físicos del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) de Ginebra anunció que habían detectado una señal inusual en sus datos que puede ser el primer indicio consistente de una Física completamente nueva. El descubrimiento abrió un boquete en el Modelo Estándar.

Vista aérea del Fermilab. El anillo en primer plano es el Inyector Principal, y el anillo posterior es el Tevatrón. Fermi National Accelerator Laboratory.

Hacia un nuevo modelo

Menos de un mes después, el laboratorio norteamericano de física de altas energías Fermilab, que dispone del segundo acelerador de partículas más potente del mundo, confirmó la necesidad de reconstruir el modelo que describe todas las partículas elementales.

En septiembre, un nuevo descubrimiento realizado en la Universidad de Bonn sugirió lo mismo: observando unas partículas que forman parte de los rayos cósmicos llamadas kaones, se observó que la medida de su inestabilidad tampoco encaja con los parámetros del Modelo Estándar, clara indicación de que hay nueva Física todavía por descubrir.

El Modelo Estándar se está quedando pequeño para todo lo que estamos observando en diferentes experimentos de laboratorio. Parece que se acerca su fecha de caducidad y todo indica que en 2022 se consolidará esta tendencia.

Entrelazamiento cuántico disparado

El entrelazamiento cuántico es uno de los fenómenos más desconcertantes de la mecánica cuántica. Cuando dos partículas, como los átomos, los fotones o los electrones, se entrelazan, experimentan un vínculo inexplicable que se mantiene incluso si las partículas están en lados opuestos del universo.

Lo sorprendente es que el entrelazamiento cuántico, una propiedad exclusiva hasta ahora de las partículas elementales, está viviendo una escalada imparable hacia niveles cada vez más complejos de la materia.

En 2017, investigadores norteamericanos entrelazaron la polaridad de dos fotones liberados por una proteína y al separarlos mostraban la misma polarización, comprobando así que el entrelazamiento cuántico funciona también en un sistema biológico.

Vivos y entrelazados

En 2019 se descubrió también que el entrelazamiento cuántico funciona a escala de objetos masivos y no sólo a nivel de átomos, fotones y electrones.

Otra investigación del mismo año constató asimismo que el entrelazamiento cuántico no es exclusivo de parejas de dos partículas elementales, sino que puede extenderse a tres fotones y generar una red cuántica inédita.

El último y demoledor experimento, que ha suscitado dudas en la comunidad científica, indica que un organismo vivo también puede vivir en un estado de entrelazamiento cuántico, si es llevado a una especie de hibernación que lo sitúa entre la vida y la muerte.

La realidad es que el entrelazamiento cuántico se recrea cada vez más en laboratorio.

Sistema de partículas en 3D, que se construye mediante un flujo de cuerdas, generado en ondas Richard Horvath, Unplash.

Horizonte 2022

Hay un detalle que puede anunciar algo para el nuevo año: La posibilidad de un viaje espacial hiperlumínico ha salido del marco teórico con una propuesta que permitiría construir el prototipo de una nave capaz de llevarnos a la Estrella Polar a tomar un té y de traernos a casa para cenar con la familia.

El autor principal de esta propuesta es Harold White (Harold G. The «Sonny» White), un ingeniero aeroespacial premiado por la NASA en 2006, buen conocedor de la Métrica de Alcubierre y promotor de proyectos avanzados de propulsión.

White propone realizar un experimento accesible a un nivel tecnológico moderno, para testar experimentalmente la viabilidad a pequeña escala de una warp drive o motor de curvatura en laboratorio. White anima (casi desafía) a la comunidad científica a desarrollar este experimento. Habrá que ver si alguien se anima.

Cerebro cuántico

El cerebro no estado exento este año de aportaciones prometedoras respecto al futuro.

Por un lado, se ha descubierto que estructuras cerebrales implicadas en la cognición y las acciones voluntarias utilizan mecanismos cuánticos que, a través del transporte de electrones que no siguen las leyes físicas, permiten iniciar movimientos conscientes y otras facultades superiores.

Esta investigación plantea con toda claridad que los procesos cuánticos pueden estar implicados en procesos cognitivos y en la toma de decisiones conscientes que ocurren a nivel humano.

No menos sorprendente es esta otra investigación de la Carnegie Mellon University, que ha descubierto cómo se las ha arreglado el cerebro humano para gestionar los conceptos más avanzados de la física moderna, que abarcan los reinos subatómico, cuántico y cosmológico.

Explica también cómo se ha desarrollado el proceso neuronal que ha permitido la proeza de asimilar conceptos que no habían surgido de la experiencia perceptiva.

Y concluye que el progreso de la ciencia, la tecnología y la civilización sigue siendo impulsada por la entidad más poderosa de la Tierra, el cerebro humano... que ahora sabemos también es cuántico.