Año tras año los premios Nobel nunca dejan de sorprendernos

Isaac Asimov decía que hoy en día hay más científicos vivos que todos los que han existido a lo largo de la historia y que gracias a eso el crecimiento de la ciencia y la técnica es tan rápido en la actualidad. La sorpresa de este año en el anuncio de los premios Nobel ha sido que el de física, concretamente, ha sido otorgado a una única persona. Los Nobel relacionados con ciencia, es decir, física, química y medicina, desde hace muchos años raramente son otorgados a un único científico. Dicho sea eso, repasemos y expliquemos someramente los premios de este año.

El Premio Nobel de Física ha sido concedido al belga Francis Halzen por sus contribuciones decisivas al observatorio de neutrinos denominado IceCube y a la detección de estas partículas de alta energía procedentes del espacio profundo. 

Los neutrinos son partículas extremadamente difíciles de detectar. No tienen carga eléctrica y poseen una masa tan pequeña que por lo general atraviesan casi toda la materia sin interactuar con ella. Cada segundo, miles de millones de neutrinos procedentes del Sol atraviesan nuestro cuerpo sin que lo notemos. Se dice que si hubiera una pared de plomo entre la Tierra y el Sol los neutrinos llegarían a nuestro planeta sin enterarse de la existencia de esa pared. Otros neutrinos llegan desde regiones muy lejanas y convulsas del universo, transportando información muy útil sobre ciertos fenómenos que nos son inaccesibles utilizando otros métodos de observación. 

En la década de 1980, Francis Halzen tuvo la genial idea de utilizar la inmensa capa de hielo de la Antártida como detector natural de neutrinos. Cuando alguno choca de manera muy ocasional con un átomo del hielo, produce un destello de luz azul muy tenue debido al efecto Cherenkov. Si se colocaban sensores suficientemente sensibles y profundos en el interior del glaciar, sería posible registrar esas señales y determinar de dónde proceden. 

Tras años de desarrollo tecnológico y búsqueda de financiación, nació el observatorio IceCube en el Polo Sur. Este gigantesco instrumento ocupa aproximadamente un kilómetro cúbico de hielo y contiene más de 5.000 sensores distribuidos a profundidades de entre 1.450 y 2.450 metros. En 2013 comenzaron a aparecer las primeras evidencias de neutrinos originados fuera de nuestro entorno cósmico cercano. Estos neutrinos permiten estudiar algunos de los procesos más energéticos del universo, como explosiones estelares, galaxias activas y otras fuentes capaces de acelerar partículas a energías enormes. A diferencia de la luz o de otras partículas cargadas, los neutrinos viajan prácticamente sin desviarse ni ser absorbidos, conservando información directa sobre su lugar de origen. 

Gracias a la visión de Francis Halzen, los científicos disponen hoy de una herramienta completamente nueva para explorar el cosmos. La astronomía de neutrinos abre una ventana inédita al universo y promete ayudar a resolver algunos de los mayores misterios sobre los fenómenos más extremos y lejanos que existen.

Por otra parte, el Premio Nobel de Química ha sido concedido a Henri B. Kagan y Kenso Soai por descubrir mecanismos que permiten controlar la formación de moléculas quirales, es decir, moléculas que existen en dos versiones y que son imágenes especulares entre sí, como nuestras manos derecha e izquierda. 

Aunque estas dos versiones parecen casi idénticas, en química y biología pueden comportarse de forma muy diferente. De hecho, muchos medicamentos funcionan correctamente solo con una de ellas, mientras que la otra puede resultar inútil o incluso perjudicial. Recordemos el famoso caso de la Talidomila en el que ese fármaco recetado ampliamente por los médicos para evitar las náuseas en el embarazo causó malformaciones en miles de recién nacidos. Por ello, aprender a fabricar únicamente la versión deseada de una molécula es uno de los grandes retos de la química moderna. 

La importancia de este problema está relacionada con una característica fundamental de la vida: Los seres vivos utilizan casi exclusivamente una de las dos formas quirales posibles de muchas moléculas. Los aminoácidos que forman las proteínas y los azúcares presentes en el ADN son ejemplos de ello. Esta asimetría es una de las grandes incógnitas científicas actuales. 

En 1986, el francés Henri B. Kagan demostró que ciertas reacciones químicas podían amplificar pequeñas diferencias iniciales, favoreciendo claramente una de las dos formas de moléculas espejo. Este descubrimiento proporcionó a los químicos una poderosa herramienta para obtener sustancias más puras y útiles en la fabricación de fármacos, aromas, fragancias y nuevos materiales. Posteriormente, el japonés Kenso Soai dio un paso aún más sorprendente. Diseñó una reacción química capaz de autocatalizarse, es decir, generar más moléculas iguales a sí misma. Una pequeñísima ventaja inicial de una de las formas espejo podía acabar dominando casi por completo el proceso, produciendo más del 99,99 % de una sola variante de molécula. Gracias a estos descubrimientos, los químicos disponen hoy de herramientas fundamentales para diseñar sustancias más seguras y eficaces.

El Premio Nobel de Fisiología o Medicina de este año ha sido otorgado a Karl Deisseroth, Peter Hegemann y Georg Nagel debido a los descubrimientos que hicieron posible la optogenética, una técnica revolucionaria que permite activar o desactivar neuronas mediante luz. Gracias a ella, los científicos pueden estudiar con una precisión sin precedentes cómo funciona el cerebro de una manera no invasiva. 

Comprender cómo se forman los recuerdos, las emociones o los comportamientos humanos ha sido uno de los grandes desafíos de la ciencia. Durante décadas, los investigadores podían identificar regiones cerebrales relacionadas con distintas funciones, pero no sabían exactamente qué neuronas concretas eran responsables de una sensación, una emoción o una conducta determinada. 

La historia comenzó en los años noventa del siglo pasado, cuando el alemán Peter Hegemann estudiaba una diminuta alga llamada Chlamydomonas. Esta especie es capaz de detectar la luz y nadar hacia ella. Al investigar cómo lo conseguía, descubrió junto al también alemán Georg Nagel unas proteínas especiales llamadas canalrodopsinas, que actúan como interruptores biológicos activados por la luz. Es decir, cuando estas proteínas reciben iluminación, generan señales eléctricas en las células. 

Posteriormente, el estadounidense Karl Deisseroth tuvo la idea de introducir el gen de una de estas proteínas en neuronas. En 2005 consiguió que células nerviosas respondieran a pulsos de luz azul, activándose de forma inmediata. Poco después logró controlar neuronas en el cerebro de animales vivos, dando origen a una nueva disciplina: la optogenética. Esta técnica ha transformado paulatinamente la neurociencia, permitiendo identificar circuitos cerebrales implicados en el dolor, la memoria, la atención, el sueño, el comportamiento social y muchas otras funciones. Incluso se ha utilizado para estudiar enfermedades como la depresión, la esquizofrenia, el Alzheimer o el Parkinson. 

La optogenética ya empieza a tener aplicaciones médicas. Algunos ensayos clínicos buscan devolver parcialmente la visión a personas ciegas mediante proteínas sensibles a la luz. El trabajo de estos tres investigadores abre una nueva era en el estudio del cerebro ayudando a la ciencia a comprender uno de los mayores misterios de la naturaleza: cómo surge la consciencia a partir de miles de millones de neuronas conectadas entre sí.