Los logros más importantes en ciencia y tecnología en el 2020
Escrito por:
Dr. Fidel Alejandro Sánchez Flores
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Los logros más importantes en ciencia y tecnología en el 2020
F. Alejandro Sánchez Flores
Miembro de la Academia de Ciencias de Morelos
Este año, no cabe duda que la pandemia de COVID-19 causada por el virus SARS-CoV-2, ha enfocado gran parte del esfuerzo en ciencia y tecnología hacia la búsqueda de conocimiento que nos permitiera entender dicha enfermedad y al virus que lo produce. Sin embargo, existieron un gran número de avances y descubrimientos científicos que no estuvieron relacionado este gran problema de salud mundial. Hay que recordar, que todos los avances y descubrimientos son el resultado de un trabajo acumulado que han rendido frutos durante este año. Con la finalidad de hacer honor a estos logros, mencionaré de manera sintética y sin entrar en muchos detalles, algunos de los más representativos en ciertas áreas de la ciencia que fueron opacados por la marea de información relacionada con la enfermedad COVID-19.
Inteligencia artificial con diferentes aplicaciones
El diagnóstico médico del futuro
Enero del 2020 marcó un gran logro para la inteligencia artificial y para la oncología. De nuevo, el algoritmo DeepMind de la empresa Google nos dio una grata sorpresa al ser utilizado por expertos médicos para la detección del cáncer de mama, superando incluso a expertos en el área que evaluaron la misma información. Gran parte de la detección del cáncer de mama se basa en la interpretación de mastografías, donde existen una gran cantidad de falsos positivos (casos que se diagnostican como cáncer de mama cuando no lo son) y falsos negativos (casos que no se diagnostican cuando si son cáncer de mama). Sin embargo, los científicos afiliados al gigante de la informática Google, entrenaron su algoritmo para interpretar cerca de 30,000 casos obtenidos del Reino Unido y Estados Unidos, con lo cual sobrepasaron la precisión del diagnóstico humano, ya que el programa de computadora tuvo hasta un 5.7% menos de falsos positivos y hasta un 9.4% menos de falsos negativos. Además de la reducción de errores, una de los grandes potenciales es reducir la carga de trabajo y el tiempo de diagnóstico, ya que en muchos sistemas de salud se requiere de una doble interpretación y una revisión de la historia clínica del paciente, con lo cual el diagnostico lleva más tiempo. Sin embargo, el uso del algoritmo solo requirió la interpretación de la imagen ya que no tuvo acceso a ningún dato de historia clínica adicional del paciente, más allá de su más reciente mastografía. A pesar de que estos resultados son iniciales, el uso de inteligencia artificial para el diagnóstico de cáncer de mama, puede ser de gran apoyo para los médicos, sobre todo cuando el numero de casos puede rebasar al del personal experto para interpretarlos.
El estudio de la estructura de proteínas por inteligencia artificial
Otro gran logro con el uso de la inteligencia artificial que se dio en noviembre de este año, está relacionado con estudiar cómo una proteína adquiere su forma tridimensional que es un rasgo particular de ellas. Durante muchos años, la única manera de determinar la forma (o estructura) de una proteína, ha sido de manera experimental en donde se tiene que encontrar la manera en que una proteína en solución, pueda formar cristales. Estos cristales se difractan con rayos X, lo cual es parecido a sacarles una radiografía en la cual se genera un patrón el cual debe ser interpretado. Con un programa de computadora, los datos de rayos X se integran de tal manera que nos permiten tener una idea del trazo que describen los aminoácidos que forman a la proteína en cuestión. A pesar de que con la Genómica podemos conocer de manera relativamente fácil y rápido la secuencia de aminoácidos de una proteína, predecir su estructura es un problema complejo que depende de grandes recursos de cómputo y programas especiales de computadora, con los cuales se ha intentado realizar las mejores predicciones durante los últimos 50 años. Una vez más, el laboratorio de inteligencia artificial de Google, utilizó una versión del algoritmo DeepMind llamada AlphaFold para predecir la estructura de las proteínas con gran precisión. Esto fue demostrado en un “concurso” o lo que seria el equivalente a la “olimpiada” de programas de computadora para la predicción de estructura de proteínas. En esta competencia llamada CASP (siglas por su nombre en inglés, Critical Assessment of protein Structure Prediction) que se realiza cada 2 años, el algoritmo AlphaFold venció a todos los otros programas de predicción de estructura de proteínas, al obtener un marcador promedio de 92.5 puntos de un total de 100 posibles, al realizar todas sus predicciones. Cabe mencionar que los resultados de las predicciones se corroboran contra el resultado experimental obtenido por difracción de cristales, con lo cual se puede comparar el modelo experimental contra la predicción. La importancia de conocer la estructura de una proteína, radica en que la dicha estructura determina en gran parte su función, por lo que nos puede dar un conocimiento profundo de su papel biológico y evolutivo.
Imagen de un modelo de la estructura tridimensional de una proteína. Tomada de: https://www.theguardian.com/science/2020/dec/20/the-virus-free-scientific-breakthroughs-of-2020-chosen-by-scientists
Cuidado y comprensión del medio ambiente
Los problemas del calentamiento global
Una pregunta que han tratado de resolver científicos que estudian el clima desde hace más de 40 años, es ¿qué temperatura alcanzaría nuestro planeta si continuamos emitiendo gases con efecto invernadero? A pesar de que se ha estimado que la temperatura promedio del planeta podría subir entre 1.5ºC y 4.5ºC, se requería de una mayor precisión en los pronósticos sobre el calentamiento global. Ahora, gracias al avance en los modelos matemáticos se han podido acotar entre los diferentes escenarios que iban desde pronósticos más “tibios” hasta los más catastróficos, para ahora hacer una estimación más precisa. Esta reducción en el margen de las predicciones ha sido un logro que ha tomado décadas. En 2020, los avances en la estimación de la temperatura del planeta, han permitido que 25 científicos afiliados al Programa de Mundial de Investigaciones Climáticas acotaran este rango a temperatura a 2.6ºC y 3.9ºC de calentamiento global. Si bien, esto no cambia el hecho de que tenemos reducir nuestra huella de carbono, si nos conmina a tomar decisiones informadas y más efectivas para lograr dicho fin.
Reducción de los gases de efecto invernadero
En junio de 2019, cuando el gobierno del Reino Unido aprobó su objetivo de emisión cera de gases de efecto invernadero para 2050, la gestión del gobierno de Theresa May marcaría la diferencia. Para el 2020, el Reino Unido ha generado cerca del 50% de su energía eléctrica, utilizando tecnologías limpias y renovables. Los gobiernos de todo el mundo, no solo comenzaron a establecer objetivos similares, sino que también elaboraron planes sobre cómo lograr el mismo objetivo de reducir a cero la emisión de gases de efecto invernadero. En febrero, el análisis mostró que casi la mitad del PIB mundial estaba dirigido a lograr cero emisiones con lo cual cambia el paradigma de la generación de energía. Luego, en septiembre pasado, China declaró sus objetivos de cero emisiones, seguido de Japón y Corea del Sur pisándole los talones. Estos objetivos están basados en evidencias más recientes generadas por la ciencia relacionada con el cambio climático, que como ya se mencionó, han podido confirmar las predicciones del calentamiento global en un futuro y detallar los riesgos, que son cada vez mayores y que enfrentamos a medida que la temperatura del mundo aumenta. Esto ha hecho que el objetivo de cero emisiones sea imperativo a nivel global. Por lo tanto, ya no es una cuestión de si hay que hacerlo, sino más bien de cuándo y cómo lograrlo. Por lo tanto, el desarrollo tecnológico tiene que estar enfocado en cosas que van desde las más simples como hacer que los pequeños coches eléctricos y bicicletas sean una norma aceptada. México tiene un gran potencial para la generación de energía limpia, pero requiere no solo de una inversión en ciencia y tecnología en dicha área, sino cambios en las políticas gubernamentales para favorecer esto. Definitivamente, la inversión en refinerías y la utilización de combustibles fósiles, no será la opción que nos pondría al parejo con las políticas mundiales para reducir la contaminación por gases de efecto invernadero.
La pobreza y su relación con la deforestación
Científicos que trabajan en la conservación de los bosques tropicales han sido muy escépticos de las soluciones que ofrecen beneficios tipo “ganar-ganar” donde sea posible salvar el medio ambiente pero también que no afecte la economía. En el 2020, se realizó un nuevo estudio que ha demostrado que un esquema diseñado para reducir la pobreza tiene, como efecto secundario, una reducción sustancial de la deforestación. Por ejemplo, muchos países de bajos ingresos condicionan los pagos de asistencia social a las familias pobres para que se aseguren de que sus hijos asistan a la escuela, asistan a controles médicos, etc. Sin embargo, estos controles que tratan de asegurar el aumento en los ingresos de las familias pobres evitando fraudes y abusos, en realidad condicionan el ciclo de la pobreza. Los investigadores analizaron la introducción del plan de transferencias monetarias condicionadas de Indonesia en más de 7,000 aldeas rurales con bosques. Descubrieron que los pagos (que no tienen nada que ver con los objetivos ambientales) redujeron la deforestación en aproximadamente un 30%. Este sería un resultado impresionante si el plan hubiera tenido como objetivo evitar la deforestación, ya que estas familias no se ven en la necesidad de abusar del medio que los rodea. Abordar la pobreza global y la desaceleración de la deforestación tropical son dos de los mayores desafíos que enfrentamos. Si bien no es una panacea, este estudio brinda la esperanza de que al menos en algunas circunstancias, aliviar la pobreza puede contribuir a desacelerar la deforestación, algo vital si queremos evitar un cambio climático catastrófico y reducir la pérdida de biodiversidad.
Fotografía de una zona deforestada en Indonesia para la producción de aceite de palma. Tomada de: https://www.theguardian.com/science/2020/dec/20/the-virus-free-scientific-breakthroughs-of-2020-chosen-by-scientists
¡Logros astronómicos!
¿Hay vida en Venus?
En septiembre de este año, el anuncio del descubrimiento de la presencia de fosfina (compuesto a base de fósforo) en la atmósfera de Venus. Esto causó un gran revuelo más allá de la comunidad científica planetaria, porque la fosfina que, aunque es un gas tóxico, puede ser un indicador de la presencia de vida. Nadie había considerado seriamente la posibilidad de vida extraterrestre en Venus ya que es un lugar inhóspito al menos para nuestra definición de vida y en particular para el ser humano. Dado que la fosfina puede tener un origen y formación que involucra funciones biológicas, no tiene por qué haber sido necesariamente producida por organismos vivos. En Júpiter hay fosfina que se forma debido a que la temperatura y la presión son lo suficientemente altas como para que se produzca mediante procesos químicos abióticos. Pero en Venus, esto no puede suceder ya las características del planeta no son similares a las de Júpiter como para que ocurran tales procesos químicos. Por lo tanto, la emoción debido a la idea de la posibilidad de vida en Venus se justifica. Sin embargo, los datos iniciales de este descubrimiento se reanalizaron y la cantidad de fosfina (en partes por mil millones) se revisó de tal manera que la concentración determinada fue más baja de lo que inicialmente se había calculado. Pero la posibilidad de encontrar algún tipo de vida, posiblemente diferente de como la conocemos en nuestro planeta, todavía está ahí y sigue siendo emocionante. A pesar de esto, la “apuesta” no está en encontrar extraterrestres venusinos, sino más bien entender la formación de compuestos a base de fósforo producidos en la superficie mediante procesos geológicos que dan origen a la fosfina, a medida que se eleva a la atmósfera. Aunque esta noticia, como ya se mencionó, no confirma la existencia de extraterrestres, es probable que cuando descubramos vida en otras partes del universo será analizando la luz que pasa e interactúa con moléculas biológicas, en las atmósferas de los exoplanetas.
Fotografía tomada desde el SpaceX Crew Dragon. Tomada de: https://www.theguardian.com/science/2020/dec/20/the-virus-free-scientific-breakthroughs-of-2020-chosen-by-scientists
Viajes en el espacio
En 2020, la carrera por el espacio cambió su enfoque. El lanzamiento en mayo de la nave SpaceX Crew Dragon fue la primera vez que un vehículo privado trasladó astronautas a la Estación Espacial Internacional (ISS por sus siglas en inglés). Fue un hecho impresionante, pero también muchas características diferentes. La nave estuvo recubierta en su interior por elegantes paredes blancas que reemplazaron los complejos paneles de instrumentos de las naves que originalmente viajaban al espacio. Además, fue claro que los dos pilotos de prueba de la nave con pasajeros civiles, no tenían control directo sobre el vuelo. No obstante, en noviembre la nave Crew Dragon se convirtió en la primera nave espacial privada totalmente certificada por la NASA para transportar humanos a la ISS y más tarde ese mes entregó cuatro astronautas a la estación orbital. Puede que este “taxi espacial” no sea barato, pero marca el inicio de un cambio en la era espacial y en el paradigma de viajes espaciales. La cuestión de quién es el dueño de los cielos también se encuentra en un momento crítico. En abril de 2020 había 2,666 satélites en órbita alrededor de la Tierra, de los cuales 955 satélites son parte del proyecto Starlink de Elon Musk. Este proyecto tiene planeado poner en órbita entre 11,000 y 41,000 satélites más en los próximos seis años. Estas “megaconstelaciones” ofrecen grandes beneficios como una mejor conectividad a internet en lugares remotos o servicios de datos más accesibles de manera uniforme. Pero a medida que esta red de satélites aumente, también lo harán los riesgos como colisiones, desechos espaciales, interferencia del ancho de banda que afectará a los telescopios terrestres y la contaminación lumínica. De estos problemas, tenemos una curiosa evidencia que fue una foto llamada “La prisión tecnológica” que fue una de las ganadoras en la competencia de “Fotógrafo Astronómico del Año 2020” organizada por el Observatorio Real de Greenwich. Como se puede observar, la fotografía muestra un impresionante cielo nocturno superpuesto por pistas de satélite. La regulación al respecto de este tráfico espacial tendrá que mantenerse al día con la realidad será cada vez más evidente en 2021.
Fotografía “The Prison of Technology” por Rafael Schmall (Hungría). Las líneas indican las trayectorias de satélites en órbita cerca de nuestro planeta. Tomada de: https://www.theguardian.com/science/gallery/2020/sep/11/winners-royal-observatory-greenwich-astronomy-photographer-year-2020-in-pictures#img-11
Si bien posiblemente uno de los mas grandes logros fue el desarrollo de las vacunas para SARS-CoV-2, estos fueron algunos de los muchos logros que se obtuvieron en este año y que varios de ellos no mencionados en esta entrega, pero si en esta columna, han cambiado y seguirán cambiando el destino de la humanidad. La Academia de Ciencias de Morelos les desea a todos un Feliz Año 2021 y agradece a la Unión de Morelos por el espacio ininterrumpido para la publicación de esta columna. Sobre todo, agradece a los lectores que siguen esta columna en la cual se trata de cumplir con el compromiso moral que tienen los científicos con la sociedad.
Esta columna se prepara y edita semana con semana, en conjunto con investigadores morelenses convencidos del valor del conocimiento científico para el desarrollo social y económico de Morelos. Desde la Academia de Ciencias de Morelos externamos nuestra preocupación por el vacío que genera la extinción de la Secretaría de Innovación, Ciencia y Tecnología dentro del ecosistema de innovación estatal que se debilita sin la participación del Gobierno del Estado.
Ligas de interés
https://www.bbc.com/mundo/noticias-55383922
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