martes, marzo 04, 2014

Cuando Ciencia y Arte se encuentran (entrevista a Timothy G Bromage)

Alejandro Perez-Ochoa y Timothy Bromage en Kenia
El professor Timothy G Bromage, antropólogo, dirige la Hard Tissue Research Unit (HTRU) del departamento de Biomateriales y Biomimetica de la Universiad de Nueva York, que realiza estudios biomecánicos y microanatómicos de dientes y huesos. Ha realizado importantes descubrimientos en el campo de los ritmos cronobiológicos del desarrollo, lo que permite saber muchas cosas de la historia vital de un individuo a partir del análisis microscópico de los dientes fósiles. Es increíble que a partir de las estrías microscópicas en dientes y huesos puedan deducir la masa corporal del inidividuo, la duración del embarazo, la edad del destete, edad de maduración sexual, periodos de enfermedad y muchas otras cosas. También realiza estudios de campo en paleoantropología analizando los restos de Homo rudolfensis y de Parantropus Boisei, en las orillas del lago Malawi, y ha trabajado y publicado también con  expertos españoles (Alejandro Perez-Ochoa, Bermúdez de Castro, Carbonell, Arsuaga, etc)

Pero lo que es menos habitual es que un paleoantropólogo realice exposiciones de arte abstracto, utilizando las microfotografías de huesos y dientes con las que trabaja. La verdad es que son imagines de una belleza indiscutibles que, como nos cuenta en la entrevista, son semejantes a otras que podríamos obtener a escalas mucho mayores, incluso cosmológicas.  Una de sus fotografías, obtenida del esqueleto de la famosa Lucy se encuentra decorando el Great Hall  del Hall of Human Origins del Museo de Historia Natural de Nueva York. En la entrevista que nos ha concedido nos habla de  tanto de su trabajo científico como de su vertiente artística.

En ingles:

1.-You have unearthed fossils of Homo rudolfensis. What anatomicalfeatures make it different from Homo habilis?

Together with my friend, Friedemann Schrenk, now of the Seckenberg Research Institute in Frankfurt, Germany, we started the "Hominid Corridor Research Project" in 1983 to investigate the geology, ecology, and faunal and human evolution in the Malawi Rift.  This central African region is at the terminus of the Great African Rift, in a part of Africa half way between the famous early hominin sites of eastern and southern Africa. 

In our studies of the fossil materials, we found that there are many measurements of the teeth attributed to Homo rudolfensis that are within the sample range of variation of Homo habilis, though some of those measurements are also within the limits of variation represented by earlier species of Australopithecus (A. afarensis and A. africanus).  However, the fossil material we have recovered from deposits near the shores of Lake Malawi demonstrate something unique to the group of fossils attributed to Homo rudolfensis.  Namely, the crowns of the teeth are absolutely large, the roots of the teeth are especially large and plate-like instead of rod-like, and the differences in the microscopic anatomy of the dental enamel that indicate how the tooth grows.  All of these features are more commonly found in another early human genus, Paranthropus, which was known to have had large teeth and jaws.  It is the combination of early Homo and Paranthropus features that make Homo rudolfensis unique. 

2.-You study juvenile fossils in Atapuerca . Where do developmental biology and paleontology ”shake hands”?

Working together with Rodrigo Lacruz, of New York University College of Dentistry, we integrate developmental biology and paleontology in studies of the Atapuerca fossils.  From the perspective of a developmental biologist, we want to know how a specific structure is formed.  The pathway, or route, taken to form a bone or a tooth during growth to achieve a certain size and shape, provides understanding about the mechanisms responsible for growth.  This brings us close to an understanding of the roles that genetics and environment have played in developing structures that interest us in paleontology. 

To consider structures in terms of their developmental mechanisms is important because there are cases in which we observe the same morphology in two species of early human, but we cannot assume that they were formed the same way.  If we investigate the developmental biology of these structures and find that they are the same then we are on pretty solid ground when we claim an affinity between two related species.  However, it can happen that our investigation reveals that the morphology, though identical across the two species, was formed by different developmental mechanisms between the two.  In this case, a pure morphological interpretation of the relatedness between the two species will be a grave mistake.  Because development is under strict genetic control, we will have been better able to assess the relationships between these two species by looking at the dynamic growth mechanisms responsible for the sizes and shapes of bones and teeth. 

In our studies of Homo antecessor, we can say that its facial growth mechanisms appear to have created, at this earliest date, a more modern human face than we have seen in any other fossil species before it. 

3.-For many years there has been a bitter debate over hominin dentaldevelopment. What remains of this debate today? Can we establish theage of death of fossil individuals through their teeth? Do we have now a clear picture of the developmental patterns of our ancestors?

What started as study of early human enamel structure by Chris Dean and myself in 1985, the debate that ensued, concerning the relevance of dental microscopic anatomy to calculating the chronological age at death of early human fossils, is over.  The reason that such a lengthy debate ensued can only be attributed to conceptual biases that prevented openness among some investigators to new ideas and knowledge.  With each new study we have increased confidence in our model of early human development, which indicates that hominin life histories more closely approximate those of modern apes than to modern humans. 

Indeed, the picture of our ancestral developmental patterns is coming into sharp focus.  the microanatomical information we are able to obtain from teeth is so specific that we are now able to reconstruct not only the gestation length, age at sexual maturity, and lifespan of an early hominid, but also its body mass and, even more interesting, the mass of its kidneys, heart, liver, etc., that make up that body mass. 

4.-One of your work  areas  is the digital photomicrography of bone andtooth microanatomy. Could you explain what it is and what it is useful for?

With my friend Alejandro Perez-Ochoa, and educator in Madrid, Spain, we have found a place for science in art.  In the conduct of our science, from our microscopes we acquire images of human fossils, tissue perturbations concerned with cancer, osteoporosis, etc.  These images have aesthetic value as abstract art, some of which we print at exceptional image sizes.  One of our images from the famous 3 million year old Lucy skeleton from Ethiopia was chosen to fill the 42ft long and 12ft high walls of the Great Hall of the newly renovated Hall of Human Origins, a permanent exhibit of the American Museum of Natural History in New York that opened February 10, 2007. 

We have a portfolio of approximately 30 images for showing at European contemporary art galleries.  Each exhibition requires private funding for the expense of the exhibition space, printing and installation expenses, and a “license” to show the exhibit.  The licensing funds go to support a non-profit foundation, the Foundation for Human Health and Evolution (FHHE). 
The FHHE is dedicated to integrating the many pieces of our world into meaningful ways for acquiring new knowledge, understanding, and resolution.  Creativity and innovation are fundamental to the effectiveness of Foundation initiatives, which its Members undertake with aspiration, passion, individual pride, and spirit. 

Why integrate human health and evolution using our art?  Human evolutionary science, or paleoanthropology, belongs to the field of human biology.  Human biology also contains in its provenance the fields of human health and disease, such as the study of cancer, or oncology.  Thus, paleoanthropology and oncology are connected in the human biology science network.  These two fields should have something in common and one field might regularly be contributing something to the other, however, we know this not to be the case.  What has happened?  Our fields have become so reductionist (we would not diminish the usefulness of targeted reductionism) and protectionist (the design of our scientific infrastructure encourages this) that many disciplines have utterly and completely forgotten how to talk to each other.  It will be impossible to resolve complex human problems unless attention is paid to the integration of many fields of endeavor, which exemplifies the activities of the FHHE. 

How does the Foundation’ integration policy work in each of its areas of interest?  We believe that Art and Science must be woven together to enrich Culture, the foundation of which must be supported by Technology and Social Development.

5.- How can we see in a fossil such things as illness, a natural break,irregular growth and other disturbances of its living processes?

In teeth we can see growth disturbances due to illness and malnutrition.  These disturbances manifest on the surface of the tooth as pits or a groove that circles around the tooth.  These can be so significant as to be visible to the naked eye.  Internally within the microscopic anatomy of the tooth, this groove is represented by an accentuated growth line, or stria.  The chronological age at which this event occurs can be estimated, and sometimes it can be concluded that the event was likely related to the stress of weaning.  In the studies of teeth from children of known life history, we have managed to relate specific events in the child's life, such as birth, which generates an accentuated stria called a "neonatal line"; the strength of this line appears to agree with medical reports on the difficulty of the mother's labor.  We have also linked accentuated striae to specific illnesses, such as the medical report of admission to hospital for pneumonia.

Bone can reveal disturbances too.  In the microanatomy of bone is a growth line similar to that which we find in enamel.  Disturbances in these growth lines are sometimes revealed as a "cement line".  We are also able to evaluate the rate of growth using these growth lines.  Variability in such lines has been used to characterize the differences between bone formed during a specific period of drought versus the bone growth rates of people that did not live during this period. 

6.- The paleontological illustrator Mauricio Antón says about his profession that it is under the "curse of Cuvier". This is because Baron Cuvier made excellent reconstructions of extinct vertebrates, but did not make them public for fear that other scientists would not take his work seriously. You have gone into the paleoanthropological art. Could you tell us what kind of art do you create?
Science is not performed like most people think it might be.  It is a highly creative process, which is driven by the desire to reveal the unknown.  When we look through the lenses of our microscopes, our imaginations are at work, our eyes are communicating, the unknowns are lurking.  It often happens that we see a pattern that we have seen before.  But where?  Is it in the details of something we can hold in our hand, or is it a pattern we've seen from images brought to us from the Hubble telescope, out there in the cosmos? 

This scale-free view of the world is open to interpretation.  One can stand in front of the images of patterns we acquire, and know only that they have seen this before.  They do not know if they are looking at something in the microscopic world or whether it is something galactic in origin.  At any rate, at the end of the proverbial day, it is art because we say it is.

7.- What are you currently  working on? What mystery of our evolutionwould you dream to solve?

Yes, every scientist and artist has dreams of reaching into the unknown and solving some problem so vexing, that it occupies the mind and won't move on until the solution is found.  For me, mammalian chronobiology, which concerns the science of physiological time, is key to understanding the biological basis of life history.  In research pursuit, our discovery of a long-period metabolic rhythm has led to the only model that explains how biological timing influences the pace and pattern of life.  Using novel metabolomics technologies, we are establishing the means for fully developing this enquiry and establishing connections between metabolic profiles and their genetic regulation in relation to specific life history characteristics among mammals and humans.  We can now ask the really big question, "what is the key to life"? 

En castellano:

1.-Usted ha excavado fósiles de Homo rudolfensis. ¿Qué características anatómicas le diferencian de Homo habilis?

Junto con mi amigo, Friedemann Schrenk, actualmente en el Seckenberg Research Institute de Frankfurt, Alemania, iniciamos el "Hominid Corridor Research Project" en 1983 para investigar la geología, ecología , evolución de la fauna y la evolución humana en el Malawi Rift.  Esta region de África central se encuentra al final de la Gran Grieta, en una parte de África a mitad de camino entre los famosos emplazamientos de homininos del este y del sur de África.

En nuestros estudios de los materiales fósiles, encontramos que hay muchas medidas de los dientes de Homo rudolfensis que se encuentran dentro del rango de variación de Homo habilis, aunque algunas de estas medidas están también dentro de los límites de variación representados por especies anteriores de Australopithecus (A. afarensis and A. africanus).  Sin embargo, el material fósil que hemos recuperado de los depósitos cerca de la orilla del lago Malawi demuestran algo único al grupo de fósiles atribuidos a
Homo rudolfensis.  A saber, las coronas de los dientes son especialmente grandes y en forma de plato en vez de varilla, y las diferencias en la anatomía microscópica del esmalte dental indican cómo crecieron los dientes. Todos estos rasgos se encuentran comúnmente en otro género humano, Paranthropus, que se sabe que tenía  grandes dientes y mandíbulas. Es esta combinación de características de Homo temprano y de Paranthropus  lo que hace al Homo rudolfensis único. 

2.-Usted estudia fósiles juveniles en Atapuerca . ¿Dónde se dan la mano la biología del desarrollo y la paleontología?

Trabajando con Rodrigo Lacruz, de la New York University College of Dentistry, integramos biología del desarrollo y paleontología en los estudios de los fósiles de Atapuerca. Desde la perspectiva del biólogo del desarrollo, queremos saber cómo se formó una estructura determinada. El camino, o ruta, seguida para formar un hueso o un diente durante el crecimiento para alcanzar una cierta forma o tamaño, aporta un entendimiento de los mecanismos responsables del crecimiento. Esto nos acerca a los roles que genes y ambiente han jugado en desarrollar las estructuras que nos interesan en paleontología.

Considerar las estructuras desde el punto de vista de los mecanimos de desarrollo es importante porque hay casos en los que observamos la misma morfología  en dos especies de humanos tempranos, pero no podemos asumir que se formaron de la misma manera. Si investigamos la biología del desarrollo de estas estructuras y encontramos que son iguales, entonces estamos en condiciones de afirmar una afinidad entre dos especies relacionadas. Sin embargo, puede ocurrir que nuestra investigación revele que la morfología, aunque idéntica en las dos especies, se formó por diferentes mecanismos de desarrollo en ambas. En este caso, una interpretación puramente morfológica de parentesco entre las dos especies sería un grave error. Dado que el desarrollo se encuentra bajo estricto control genetico, seremos más capaces de valorar las relaciones entre estas dos especies estudiando los mecanismos de crecimiento dinámico responsables de las formas y tamaños de huesos y dientes.

En nuestros estudios de Homo antecessor, podemos decir que sus mecanismos de crecimiento facial parecen  haber creado, en esa época tan temprana, una cara más humana de lo que hemos visto en otras especies fósiles anteriormente.

3.-Durante muchos años ha habido un agrio debate acerca del desarrollo dental de los homininos. ¿Qué queda de este debate hoy en día? ¿Podemos establecer la edad de la muerte de individuos fósiles por sus dientes?¿Tenemos ahora un esquema claro de los patrones de desarrollo de nuestros ancestros?

Lo que empezó con el studio de la estructura del esmalte de los humanos tempranos de Chris Dean y yo mismo en 1985, el debate que siguió acerca de la relevancia de la anatomía microscópica dental para calcular la edad cronológica en el momento de la muerte de los fósiles humanos tempranos, todo eso ya está superado. La razón de que ocurriera tan largo debate hay que atribuirla a sesgos conceptuales que impidieron una apertura en algunos investigadores a las nuevas ideas y conocimientos. Con cada nuevo studio hemos aumentado la confianza en nuestro modelo de desarrollo humano temprano, que indica que las historias vitales de los homininos se aproximan más a las de los primates modernos que a las de los humanos modernos.

En realidad, el caudro de los patrones de desarrollo ancestrales es cada vez más claro. La información microanatómica que obtenemos de los dientes es tan específica que somos capaces de reconstruir no solo la duración de la gestación, la edad en el momento de la maduración sexual, la duración de la vida  de un homínido temprano, sino también su masa corporal e, incluso lo que es más interesante, la masa de sus riñones, corazón, hígado, etc., que juntos constituyen la masa corporal.

4.-Una de sus áreas de trabajo es la fotomicrografía de la microanatomía de hueso y diente. ¿Nos puede explicar en qué consiste y para qué es útil? 

Con mi amigo Alejandro Perez-Ochoa, y educador en Madrid, hemos encontrado un lugar para la ciencia en el arte. En el transcurso de nuestras investigaciones, conseguimos imágenes de fósiles humanos, perturbaciones de tejidos relacionadas con el cancer, osteoporosis, etc. Estas imagines tienen un valor artístico como arte abstracto, algunas de las cuales las imprimimos a gran tamaño. Una de nuestras imágenes del famoso esqueleto de Lucy de 3 millones de años de Etiopía, fue elegida para decorar la paredes del Gran Hall del renovado Hall de los Orígenes Humanos de la exposición permanente del Museo Americano de Historia Natural de Nueva York, que abrió el 10 de Febrero de2007.

Tenemos un portafolio de unas 30 imágenes para mostrar en galerías de arte contemporáneo en Europa. Cada exposición require fondos primvados por los gastos del lugar de exhibición, imprenta e instalación, y la “licencia” para la exposición. Los fondos recogidos con estas licencias sirven para apoyar una fundación sin ánimo de lucro, la Foundation for Human Health and Evolution (FHHE). 

La FHHE se dedica a integrar las diferentes piezas de nuestro mundo de forma adecuada para conseguir nuevos conocimientos, comprensión y resolución. La creatividad y la innovación son fundamentales para la eficacia de las iniciativas de la Fundación, que sus Miembros emprenden con pasion, orgullo individual y espíritu.

¿Por qué integrar salud humana y evolución usando nuestro arte? La ciencia de la evolución humana, o paleoantropología, pertenece al campo de la biología humana. La biología humana también contiene los campos de la salud humana y la enfermedad, como el studio del cáncer, la oncología. Es decir, la paleoantropología y la oncología estan conectadas en la red científica de la biología humana. Estos dos campos deberían tener algo en común y un campo podría contribuir regularmente algo al otro pero, sin embargo, sabemos que esto no ocurre. ¿Qué ha ocurrido? Nuestros campos de estudio se han hecho tan reduccionistas (no queremos subestimar la utilidad de un reduccionismo bien dirigido) y proteccionistas (el diseño de nuestras infraestructuras científicas favorece esto), que muchas disciplinas han  olvidado por completo cómo hablar entre sí. Será imposible resolver problemas humanos complejos si no integramos muchos campos de actividad, como ejemplifica la FHHE
¿Cómo trabaja la política de integración de la Fundación en cada una de estas áreas de interés? Creemos que el Arte y la Ciencia deben entrelazarse para enriquecer la cultura, cuya base debe ser soportada por el desarrollo tecnológico y social.

5.- ¿Cómo podemos ver en los fósiles cosas como la enfermedad, una fractura natural, un crecimiento irregular y otros trastornos de los procesos vitales?

En los dientes podemos ver trastornos del crecimiento debidos a enfermedad y malnutrición. Estos trastornos se manifiestan en la superficie del diente como un hueco o una ranura que rodea el diente. Pueden ser tan claras como para verse a simple vista. Internamente, dentro de la microscopía anatómica del diente, este surco queda representado por una línea de crecimiento o estría. Se puede estimar la edad cronológica a la que ocurre este evento y podemos concluir que este suceso se relacionó probablemente con el destete. En los estudios de los dientes de niños con una historia vital conocida,hemos conseguido relacionar sucesos específicos en la vida del niño, como el nacimiento, que genera una estría acentuada llamada “línea neonatal”; la fuerza de esta línea concuerda con informes medicos sobre los problemas del parto. Hemos relacionado también unas estrías acentuadas con enfermedades específicas, como por ejemplo el ingreso en un hospital por una neumonía.

Los huesos pueden revelar trastornos también. En la microanatomía del hueso hay una línea de crecimiento similar a la que encontramos en el esmalte. Trastornos en estas líneas de crecimiento aparecen a veces como una “línea de cemento”. Podemos evaluar la tasa de crecimiento usando estas líneas de crecimiento.  La variabilidad en estas líneas se ha usado para caracterizar las diferencias entre el hueso formado durante un periodo específico de sequía frente a tasas de crecimiento de gente que  no vivió durante este periodo.

6.- El ilustrador paleontológico Mauricio Antón dice acerca de su profesión que está bajo la “maldición de Cuvier”. Esto es porque Baron Cuvier hizo excelentes reconstrucciones de vertebrados extintos, pero no las hizo públicas por miedo de que otros científicos no se tomaran su trabajo en serio. Usted se ha introducido en el arte paleoantropológico. ¿Nos puede decir qué tipo de arte crean ustedes?
La ciencia no se realiza como la mayoría de la gente cree que es. Es un proceso altamente creativo, impulsado por el deseo de revelar lo desconocido. Cuando miramos a través de las lentes de nuestros microscopios, nuestras imaginaciones están trabajando, nuestros ojos están cominicando, lo desconocido está al acecho. A veces pasa que vemos un patron que ya hemos visto antes. ¿Pero dónde? ¿Es en los detalles de algo que podemos tener en la mano, o es un patron que hemos visto en imágenes conseguidas por el telescopio Hubble, ahí afuera en el cosmos?

Esta vision del mundo sin escalas está abierta a la interpretación. Uno puede estar enfrente de imágenes de patrones que nosotros adquirimos, y saber solo que los hemos visto antes. No sabemos si estamos mirando a  algo en el mundo microscópico o si es algo de origen galáctico. A fin de cuentas es arte porque decimos que lo es.

7.- ¿En qué está trabajando ahora? ¿ Qué misterio de la evolución sueña con resolver?

Sí, todo científico y artista tiene sueños de llegar a los desconocido y resolver alguno de esos problemas tan fastidiosos que ocupan la mente y que no se irán hasta que encontremos la solución. Para mí la cronobiología mamífera, que se refiere al tiempo fisiológico, es la llave para entender la base biológica de la historia vital. En nuestro trabajo de búsqueda, nuestro descubrimiento de un ritmo metabólico de largo periodo ha llevado al único modelo que explica cómo el tiempo biológico influencia el ritmo y patron de la vida. Utilizando nuevas tecnologías metabolómicas, estamos estableciendo los medios para desarrollar por completo esta búsqueda y establecer conexiones entre perfiles metabólicos y su regulación genetica en relación a características específicas de la historia vital entre mamíferos y humanos. Podemos ahora preguntar la gran pregunta. “¿Cuál es la llave de la vida?