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  “LAS MATEMÁTICAS ESTÁN DETRÁS DE TODAS LAS COSAS”

El Premio Nacional de Ciencias Exactas 2003 e Investigador Clave del ICDB, Dr. Carlos Conca, está echando mano a las matemáticas para explicar distintos aspectos de la dinámica celular, contribuyendo, de esta forma, a la formación de numerosos investigadores jóvenes chilenos y extranjeros.

carlosconca

Asegura enfático que las matemáticas están detrás de todas las cosas. Carlos Conca, Premio Nacional de Ciencias 2003, Ingeniero Civil Matemático de la Universidad de Chile e Investigador Clave de nuestro instituto va más allá en sus afirmaciones. Según su punto de vista, las matemáticas han ido adquiriendo título de nobleza en todas las formas del pensamiento, ya que hace visible aquello que aparentemente es invisible.

A juicio de Conca, la mente no se ha desarrollado evolutivamente con el objeto de entender la realidad. Por el contrario, lo ha hecho para beneficiarse de ella y poder resolver los problemas que debieron afrontar nuestros ancestros y así, nos han entrenado a sacar provecho del mundo que nos rodea.

“Si Usted mira hacia allá, qué me diría, ¿la tierra es plana o redonda? Al ver la trayectoria del Sol, ¿es el Sol el que gira en torno a la tierra o la tierra en torno al Sol? Nosotros no sentimos que la tierra está en constante movimiento. Sólo a través de las matemáticas, apoyados en simples cálculos, es que podemos afirmar que la tierra es redonda y calcular su radio, con un mínimo margen de error. Así también, experimentos simples permiten deducir el movimiento rotatorio de la Tierra, e incluso, que estamos girando alrededor del Sol”.

En el ámbito docente, Conca es ampliamente reconocido tanto a nivel de pre-grado como de post-grado y ha contribuido a formar numerosos investigadores jóvenes chilenos y extranjeros. También ha apoyado la formación general de estudiantes de otras facultades.

Conversamos con Carlos Conca en el Departamento de Modelamiento Matemático de la Universidad de Chile sobre algunas de sus actuales inquietudes en el campo de la investigación.

En líneas generales, ¿podría explicarnos en qué áreas de investigación está trabajando?
En la actualidad, he diversificado mi ámbito de intereses en investigación, incorporando como nuevos temas trabajo en fenómenos bioquímicos y de dinámica celular, es decir, haciendo uso de las matemáticas para entender fenomenología a una escala muy pequeña. Hablamos de las escalas celular y molecular. Por supuesto, todo ello en estrecha colaboración con varios de los investigadores “seniors” del Instituto, y numerosos y talentosos investigadores jóvenes, de quienes he aprendido enormemente.
Tradicionalmente las matemáticas han resultado exitosas en alianza con la física. En este caso además, han sido una herramienta que ha permitido explicar muchísima fenomenología.

¿Este enfoque de las matemáticas vinculado a la dinámica celular es relativamente nuevo?
Respecto a las aplicaciones de las matemáticas en biología y bio-química es relativamente nuevo, data de los últimos cien años. En cambio, la relación entre la física y las matemáticas data desde los griegos.

Ya conocimos en líneas gruesas sus áreas de interés, ¿podríamos explicarnos en detalle cada una de las sub áreas?
La primera área de investigación es el desarrollo y crecimiento de biofilms, entendidos como comunidades de microorganismos que crecen adheridos a una superficie inerte o un tejido vivo y embebidos en una matriz extracelular que ellos mismos han sintetizado. Los biofilms son capas o películas formadas por bacterias protozoos y microorganismos en general que adhieren a sustratos desde los cuales obtienen sus alimentos o nutrientes.
De esta manera, los biofilms forman una población que está sometida a todas las leyes de crecimiento y de desarrollo de una población, es decir, hay crecimiento y muerte de estas bacterias y, además, tienen una dinámica que hemos estado estudiando desde una perspectiva matemática.

¿Aquí intervienen los modelos matemáticos?
Exactamente. Los modelos permiten simular su crecimiento. Una de las características principales que hemos querido entender matemáticamente es el hecho que se ha observado experimentalmente que al crecer estos biofilms desarrollan una forma geométrica de dedo o de champiñón. Nuestros modelos matemáticos logran replicar este comportamiento, lo que nos hace pensar que el modelamiento está explicando algunas de las fenomenologías características de estas dinámicas. Este es el punto central de la investigación.

Ustedes también están estudiando matemáticamente la dinámica del calcio en los cilios olfatorios, ¿Podría explicarnos esta segunda área de investigación?
En esta área estamos tratando de entender cómo las neuronas en el cerebro humano o en el sistema nervioso nos permiten oler y distinguir distintos aromas. El proceso que estamos modelando matemáticamente es aquel en que se produce un intercambio molecular/iónico a través de la membrana del cilio que genera una diferencia de potencial que termina transmitiendo una señal al cerebro. A través de esta diferencia de potencial y la señal correspondiente, el cerebro es capaz de interpretar los distintos olores. Entonces en este intercambio intervienen una serie de moléculas químicas que son intercambiadas a través de la membrana del cilio, donde la más importante es el calcio.
También están las moléculas que facilitan el transporte de estas moléculas. Para que se produzca el intercambio, hay otras moléculas que juegan el rol de transportadores.
El modelo matemático que hemos propuesto se denomina (en matemáticas) un problema inverso. En este modelo medimos las diferencias de potencial generadas después de estos intercambios. A partir de esto, tratamos de reconstituir la densidad de canales a través de los cuales se produjo este intercambio de calcio, cloruro y de otros elementos químicos que generaron esa diferencia de potencial.

También están investigando la dinámica celular por quimiotaxis?, ¿De qué se trata?
Se sabe que muchos microorganismos logran moverse por atracciones químicas. Ellos mismos o desde un medio externo se emiten feromonas y otros componentes químicos que actúan como atractores de ciertos microorganismos. Todo esto genera una dinámica, donde el microorganismo sigue el camino de máxima concentración del químico atrayente. La verdad es que esta cuestión ha funcionado toda la vida en la reproducción. Los machos han sido atraídos por la hembra porque emite químicos atrayentes. Por ejemplo en las plantas, el Sol es el elemento que genera la dinámica y hace que una planta se mueva en una determinada dirección. En el caso de los microorganismos la cuestión es más compleja y es a través de los químicos atrayentes.

Los químicos atrayentes funcionan, por ejemplo, cuando hay déficit de nutrientes. Algunos de los microorganismos cuando les falta nutriente comienzan a organizarse emitiendo ellos mismos, los químicos atrayentes de modo de generar organismos más complejos y transformar a la población en un solo macro organismo. De esta manera, este macro organismo tiene mayor capacidad de conseguir alimento que cada uno por sí solo. Se transforma en un nuevo organismo multicelular. Una vez que consigue alimento se vuelve a dividir.

¿Qué resultados han obtenido?
A la fecha no hemos logrado conseguir lo que se ha observado en la naturaleza exactamente. Todavía nos queda mucho por avanzar.

Por último, ¿qué podría decirnos respecto a la investigación referida a la absorción de hierro por parte de las células intestinales?
Este es un tema que ha sido muy estudiado por los bioquímicos y conocen bastante bien, desde el punto de vista descriptivo, qué sucede al interior de las células intestinales. Se trata de un tema con una importancia enorme dentro de la biología puesto que la absorción de hierro está ligada a todos los procesos de envejecimiento. Sin embargo, esto nunca había sido estudiado desde el punto de vista del modelamiento matemático y nosotros estamos siendo pioneros en el uso de las matemáticas para lograr reproducir los comportamientos experimentales que han sido observados desde que los bioquímicos han comenzado a estudiar estos procesos.

¿Cómo funciona esto a nivel celular?
Las células reciben el fierro desde el alimento que nosotros consumimos. Enseguida se traspasa este fierro al sistema sanguíneo y una vez que llega a la sangre es repartido por todo el cuerpo. En el proceso de traspaso del fierro desde el alimento a la sangre, hay una enormidad de fenómenos que se pueden modelar. En nuestro caso, hemos comenzado por los procesos más simples, primero el transporte del hierro a un pool lábil de fierro (que se encuentra al interior de la célula intestinal), para luego pasar a las moléculas de ferritina y luego es evacuado hacia el torrente sanguíneo por otros transportadores. Con el proceso de envejecimiento se van deteriorando estos mecanismos y por otro lado se va produciendo una acumulación de hierro.

¿Y eso provoca algunas enfermedades?
Eso provoca un deterioro completo del organismo provocado por la acumulación de hierro.

Desde el punto de la bioquímica, ¿cómo han recibido ellos el trabajo conjunto con los matemáticos?
Fueron ellos quienes vinieron hacia nosotros. Este es un fenómeno que viene emergiendo en los países más desarrollados desde hace unos 50 ó 60 años, donde las matemáticas han ido adquiriendo título de nobleza en todas las formas del pensamiento y poco a poco se ha ido llegando a la conclusión que las matemáticas están detrás de todo. Las matemáticas permiten hacer visible aquello que aparentemente es invisible.

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