Feed aggregator

La mayor parte de los animales necesitan oxígeno para vivir. Es el aceptor final de electrones en la cadena respiratoria, por lo que sin su concurso no sería posible la síntesis de ATP que tiene lugar en el interior de las mitocondrias. Es, pues, la molécula clave para poder degradar las sustancias carbonadas que proporcionan la energía necesaria para el funcionamiento de los sistemas orgánicos. El catabolismo de esas moléculas, además de energía en forma de ATP, rinde CO2, sustancia que ha de ser expulsada al exterior, pues su acumulación en los medios interno o intracelular, daría lugar a peligrosas elevaciones del pH[1]. Llamamos respiración interna o respiración celular a los procesos metabólicos que tienen lugar en las mitocondrias y que, utilizando O2, dan lugar a la obtención de ATP y la producción de CO2 a partir de moléculas carbonadas.

Esquema de la respiración interna

El oxígeno se encuentra en el medio externo y ha de ser transferido al interior de las mitocondrias. Y, como se ha dicho, el CO2 ha de ser expulsado al exterior. Denominamos respiración externa al conjunto de procesos implicados en esas transferencias. Debemos, para empezar, considerar las limitaciones que afectan a la difusión de los gases respiratorios para, a continuación, analizar los dispositivos específicos que han permitido la superación de tales limitaciones.

Intercambio de gases en un alveolo pulmonar

La difusión es el proceso clave y universal mediante el que se produce el intercambio de gases entre el medio respiratorio y el organismo. Se produce de acuerdo con la denominada ley de Fick que, aplicada a los gases, establece que la tasa o velocidad a que se produce es directamente proporcional al denominado coeficiente de difusión (que depende de la permeabilidad para con cada gas de la barrera que hay que traspasar), a la superficie disponible para el intercambio, y al gradiente de presiones parciales del gas existente entre los dos compartimentos; y es inversamente proporcional a la distancia que ha de superar.

Llegados a este punto, conviene introducir la noción de presión parcial pues desde el punto de vista de la actividad biológica de los gases, es a ese parámetro al que hemos de atenernos y no a la concentración. A nivel del mar la presión atmosférica total es de 1 atm (atmósfera) o 760 mmHg (milímetros de mercurio). A dicha presión contribuyen todos los gases que hay en la mezcla y principalmente el N2 y el O2. El oxígeno representa un 21% del volumen del gas, por lo que su presión parcial (pO2) es de 159 mmHg. La del CO2 es de tan solo 0,03 mmHg. Si en vez de tratarse de un gas en la atmósfera, nos referimos a uno disuelto en agua o en alguna disolución fisiológica (medio interno, sangre, etc.), su presión parcial se define como la presión de ese mismo gas en una atmósfera con la que la disolución se encontrase en equilibrio.

Las configuraciones respiratorias más simples son aquellas en las que los gases pasan de un enclave a otro a través de procesos de difusión únicamente. A partir de cálculos teóricos basados en niveles metabólicos y requerimientos de O2 considerados “moderados” y dada una pO2 ambiental de 159 mmHg, la distancia de difusión –o distancia crítica– no debería superar el valor de 1 mm. Esta es una consecuencia de las características del proceso de difusión y supone, de hecho, una importante limitación fisiológica de partida. Hay animales en los que tal limitación no llega a operar. Son los más simples: organismos de muy pequeño tamaño –unicelulares incluso, como los paramecios u otros protozoos- o aquellos cuya anatomía permite que las células se encuentren en contacto con el medio externo o muy próximas a este, como esponjas, cnidarios o gusanos planos.

Sin embargo, la limitación anterior sí actúa sobre la mayor parte de los animales porque, como vimos aquí, en el curso de la evolución su tamaño ha tendido a crecer, además de haber aumentado también su complejidad. También han surgido grupos con muy altas demandas metabólicas (peces escómbridos, insectos voladores, aves y mamíferos). Y por otra parte, prácticamente todos o casi todos los enclaves acuáticos o terrestres de nuestro planeta -incluyendo zonas de muy diversa disponibilidad de oxígeno– han sido colonizados por algún grupo animal. Por todas esas razones, en el curso de la evolución todos esos animales se han dotado de dispositivos específicos que, actuando sobre los términos de la ley de Fick antes citados, facilitan el intercambio de gases respiratorios. Esos dispositivos son el aparato respiratorio, cuya función es realizar los intercambios directos con el exterior, y el sistema cardiovascular, que se ocupa de la transferencia interna (aquí vimos algunas características del sistema circulatorio humano, y aquí una panorámica de las bombas de impulsión). Veamos esto con cierto detalle.

El coeficiente de difusión es propio del gas y de la naturaleza de la barrera que separa el medio respiratorio del medio interno; obviamente, la selección natural no puede actuar sobre las características del gas, pero sí puede hacerlo sobre el epitelio que separa ambos medios. Por ello, los epitelios respiratorios y las paredes de los capilares sanguíneos presentan una alta permeabilidad para con los gases objeto de intercambio.

El área superficial también está sometida a la acción de la selección natural, y lo está en dos niveles. El primero corresponde a los órganos respiratorios, que consisten generalmente en múltiples pliegues del epitelio que se encuentra en contacto con el medio externo, llenos en ocasiones de infinidad de recovecos. A título de ejemplo valga el dato de que la superficie interna del total de alveolos pulmonares de un ser humano es de 100 m2. Cuando los pliegues se proyectan hacia el exterior del organismo en forma de evaginaciones, los órganos respiratorios reciben el nombre de branquias; son característicos de animales acuáticos. Y cuando consisten en invaginaciones reciben el nombre de pulmones; son característicos de animales terrestres. Los insectos, con sus tráqueas, constituyen un grupo aparte, aunque en rigor también su sistema traqueal es un sistema de invaginaciones. El segundo nivel corresponde a los enclaves en los que el sistema cardiovascular se halla en contacto con los tejidos. En este, la irrigación de los tejidos a cargo de variables (y en caso de ser necesarios, grandes) números de capilares sanguíneos ofrece enormes posibilidades para modificar la superficie de transferencia en la vía final de difusión a las células, incluyendo la posibilidad de aumentarla de manera considerable.

La selección natural también actúa sobre los dispositivos implicados en el intercambio de gases, de un modo tal que tienden a mantenerse gradientes de presiones parciales de la suficiente magnitud. También en este caso, son dos los enclaves implicados, órgano respiratorio y sistema circulatorio. Los gradientes amplios se consiguen en el aparato respiratorio impulsando el medio (aire o agua) a su través, de manera que su renovación permite mantener elevada la presión parcial de O2 y, por lo tanto, el gradiente. Lo opuesto vale para el CO2. Llamamos ventilación a la actividad que consiste en hacer circular el medio respiratorio sobre la superficie de los epitelios.

El mismo mecanismo sirve para la transferencia interna a través del sistema circulatorio, ya que la renovación de la sangre o medio interno que irriga o baña los tejidos permite mantener la pO2 relativamente alta y la pCO2 relativamente baja, lo que favorece el intercambio de esos gases con las células. De la misma forma se facilita la captación de O2 desde el medio respiratorio por la sangre, así como la cesión de CO2. En este caso es la bomba de impulsión del sistema circulatorio la que genera el movimiento, cuya velocidad puede también modificarse en función de las necesidades. Y además de lo anterior, muchos animales cuentan con unas sustancias de naturaleza proteica, a las que denominamos pigmentos respiratorios, que se combinan con el O2 y CO2, de manera que se reduce la presencia de dichos gases en la sangre en forma disuelta y por lo tanto, su presión parcial. El efecto de dichos pigmentos es muy importante; al reducir la pO2 en la sangre que irriga el órgano respiratorio, ayuda a mantener un gradiente entre los medios externo (respiratorio) e interno (sangre o hemolinfa) que facilita la transferencia de O2. Y lo mismo ocurre con el CO2 en los tejidos, aunque en este caso, los procesos implicados en su transporte interno son más complejos.

Por último, también la distancia de difusión está sometida a la actuación de la selección natural. Por un lado, los epitelios (respiratorio y capilar) a través de los cuales se produce difusión de gases son muy finos, por lo que la distancia de difusión se minimiza. Por el otro, la misma existencia de sistemas circulatorios equivale, en realidad, a una reducción funcional de la vía de difusión. Y por último, en los animales con sistemas circulatorios abiertos, no existen barreras a la difusión en la vía final, dado que el medio interno baña directamente las células.

Hasta aquí la descripción de los elementos funcionales que participan en los intercambios de gases respiratorios, así como del modo en que actúa la selección natural sobre los procesos representados por los términos de la ecuación de Fick. En posteriores anotaciones nos ocuparemos de otros aspectos de la respiración y de una descripción de la diversidad de órganos respiratorios.

Nota:

[1] Además de disolverse, el CO2 se combina con el agua para dar ácido carbónico, lo que potencialmente genera una elevación del pH.

Sobre el autor: Juan Ignacio Pérez (@Uhandrea) es catedrático de Fisiología y coordinador de la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU

El artículo Sistemas respiratorios: los límites a la difusión de los gases se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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Tras exponer nuestro modelo simple del gas ideal, incorporar la distribución de las velocidades de las moléculas de Maxwell y tener en cuenta el efecto del tamaño de las moléculas, ya lo tenemos todo para ver cómo se deriva a partir del modelo cinético una ley a la que se ha llegado por estudios macroscópicos y fenomenológicos, la ley del gas ideal.

Según estableció Bernoulli, en la teoría cinética la presión de un gas es el resultado de los impactos contínuos de las partículas del gas contra las paredes del contenedor. Esto explica por qué la presión es inversamente proporcional al volumen (ley de Boyle) y directamete proporcional a la densidad: cuanto más pequeño sea el volumen o mayor la densidad, mayor será el número de partículas que colisionan con la pared en un momento dado. Pero la presión tambien depende de la energía cinética de las partículas (Ec)y, por tanto, de su velocidad, v, ya que Ec = 1/2 m·v2. Esta velocidad determina no solo la fuerza que se ejerce sobre la pared durante cada impacto, sino también la frecuencia de estos impactos.

Si las colisiones con la pared son perfectamente elásticas, la ley de conservación del momento lineal describe perfectamente el resultado del impacto. Un átomo que rebota e una pared sufre un cambio de momento lineal. Como el momento lineal es el producto de la masa por la velocidad, este cambio de momento se traduce en un cambio de velocidad, ya que asumimos que la masa es constante para la partícula (aquí habría que recordar que la velocidad es un vector). Pero si hay un cambio de momento lineal es porque se ha ejercido una fuerza sobre la partícula durante el impacto, como sabemos por las leyes de Newton. Por estas mismas leyes, para esa fuerza que ha hecho rebotar a la molécula de gas debe existir una fuerza de reacción que se aplica sobre la pared: esta fuerza es la contribución del impacto de la partícula a la presión.

Aplicando las mecánica de Newton a nuestro odelo simple de gas llegamos a la conclusión, para las tres dimensiones del movimiento, de que la presión P está relacionada con el promedio de la velocidad de los átomos al cuadrado, (v2)pr, y con el volumen, V, y la masa de la molécula de gas, m, según la expresión P = m· (v2)pr / 3V.

La derivación de esta expresión es muy sencilla y un magnífico ejemplo de la aplicación de las leyes de Newton en un dominio en el que el propio Newton no se aventuró.

Tenemos ahora dos expresiones para la presión de un gas. Una derivada de datos experimentales macroscópicos, P· V = k ·T y otra derivada de las leyes de Newton aplicadas a nuesto modelo simple, P = m· (v2)pr / 3V. Si ambas describen la misma realidad, entonces debe ocurrir que k · T = m · (v2)pr / 3. De aquí se deduce que la temperatura, T = 2/(3k) · m ·(v2)pr /2, es decir, la temperatura de un gas es proporcional a la energía cinética promedio de sus moléculas.

Ya teníamos alguna indicación de que aumentar la temperatura de un material afectaba de alguna manera al movimiento de sus “pequeños componentes”. También éramos conscientes de que cuanto mayor es la temperatura de un gas, más rápido se movían sus moléculas. La novedad es que ahora tenemos una relación cuantitativa precisa derivada del modelo cinético y de las leyes experimentales. Por fin podemos afirmar no solo que el calor no es algún tipo de fluido u otra sustancia, sino también que es solo la energía cinética de las partículas (átomos, moléculas) que constituyen el material*.

Nota:

* Para ser precisos, eso que estamos llamado calor, y que ya dejamos claro que es energía térmica, no solo es movimiento de las partículas, también es energía radiante. Pero baste esta forma de expresarse para los fines de esta serie.

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

El artículo La ley del gas ideal a partir del modelo cinético se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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Iraide Olalde Bakterioek ere txertoak hartzen dituzte. Izen hori eman zion Ignacio López-Goñik hasiera bere hitzaldiari, Naukas Zientzia Dibulgazioko ekitaldian. Naukas, zazpigarrenez egin da aurten, Euskalduna Jauregia Bilbon. Lopez-Goñi katedraduna da Nafarroako unibertsitatean,

“Bakterioek ez dute pentsatzen baina oso azkarrak dira” esan zuen López-Goñi mikrobiologoak, aurrean entzuleria txunditua zuelarik, Euskalduna Jauregiko Auditorioan. Izan ere, birus batek bakterio bat infektatzen duenean, bakterioa gauza da birusaren DNA zati bat bere genoma propioan txertatzeko. “Hurrengoan, bakterioak ezagutu egingo du birus hori, eta hil egingo du. Horrelakoak dira bakterioek birusen aurka hartzen dituzten txertoak”.

1. irudia: Ignacio López-Goñi, Naukaseko ekitaldian, irailaren 15ean. (Argazkia: Iñigo Sierra)

Sistema sofistikatua eta heredagarria dute bakterioek hor. Berari esker, bakterioen ondorengoek bere “oroimenean” gordetzen dute lehenengo infekzioa, gerokoei aurre egin ahal izateko. Sistema hau ezkutuan egon da milioika urtean, Francis Mojica Alacanteko Unibertsitatean lanean hasi arte.

Mojica Haloferaz mediterranei arkearen genoma aztertzen ari zen. Mikroorganismo hau, gatz kontzentrazio handiak behar ditu bizi ahal izateko, eta Santa Polako (Alacant) gatzagetan bizi da. Lan horretan ari zelarik, ikusi zuen behin eta berriz errepikatzen zirela genoma-sekuentzia jakin batzuk. Clustered Regularlly Interspaced Short Palindormic Repeats izena jarri zien, CRISPR. Alegia, Errepikapen Palindromiko Labur Elkartuak eta Erregularki Tartekatuak.

Zer esanik ez, jakin nahi izan zuen sekuentzia hauek zein funtzio betetzen zuten zelulan. Urte batzuk beranduago, aurkitu zuen defentsa-sistema ezin hobea zela bakterioaren aldetik.

Zehazkiago, prokariotoek inbaditzailearen DNA zati bat txertatzen dute bere genoma propioan, geroago etor daitezkeen inbasioak ekiditeko. Alegia, informazioa biltegiratuta gelditzen da bakterioan eta bere ondorengoetan, eta leinu horrek “txerto” bat izango du birus horien aurka.

2. irudia: Ignacio López-Goñik azaldu zuen Naukasen bakterioek ere txertoa hartzen dutela. (Argazkia: Iñigo Sierra)

2012.etik aurrera, ikertzaile honen ikerketa-ildoan aurrera eginez, Emmanuelle Charpentier biokimikari frantziarrak eta Jenniger Doudna kimikari estatubatuarrak frogatu zuten CRISPR mekanismoak ahalmena duela edozein genoma editatzeko: benetako genoma-editore bat, DNA zatiak moztu eta itsasten dituena.

Testu-editore baten antzera, teknika hau bakuna, merkea eta zehatza da, eta aukera ematen du geneak jartzeko eta kentzeko, eta mutazioak zuzentzeko ere. Bere hitzaldian ikerlari honek baieztatu zuzen bakterioen defentsa-sistema dela ezagutzen den genoma-editore onena.

Teknika oso erabilia da munduko laborategietan, eta berari esker mikrobiologoek eta zientzialariek aldaera hobetuak lortzen dituzte hainbat bizidunetan: izurriteekiko jasankorrak diren landareak, muskulu-masa handiagoko animaliak, edo malaria eta denge hedatzen ez dituzten eulitxoak. “Terapia genikorako ere balio dezake, eta gaixotasun arraroak eta infekzioak sendatzeko ere”. Hain zuzen ere, uda honetan bertan CRISPR teknikak aukera eman die zientzialari estatubatuarrei enbrioi jakin batzuetan gaixotasun genetiko bat ezabatzeko, ADN-sekuentzia kaltegarriak ezabatuz.

Mojikak Santa Polako bakterioak aztertu zituenetik 20 urte igaro direlarik, zientzialari hau hautagaia da hurrengo Nobel Saria hartzeko, Medikuntzan eta Kimikan.

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Egileaz: Iraide Olalde kazetaria da GUK komunikazio-agentzian, eta parte hartzen du UPV/EHUko Kultura Zientifikoko Katedran.

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Hizkuntza-begiralea: Juan Carlos Odriozola

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Las bacterias también se vacunan. Bajo esta premisa comenzó la ponencia que el microbiólogo navarro Ignacio López-Goñi, catedrático en la Universidad de Navarra, ofreció en la primera jornada del evento de divulgación científica Naukas, que este año cumple su séptima edición en el Palacio Euskalduna de Bilbao.

“Las bacterias no piensan, pero son muy listas”, anunció López-Goñi ante una audiencia apasionada de la ciencia que abarrotó el Auditorio del Palacio Euskalduna. Y es que, según avanzó el divulgador, cuando un virus infecta a una bacteria, la bacteria es capaz de coger parte de ese DNA e incluirlo en su genoma. “Así, en la siguiente infección, la bacteria es capaz de reconocer el virus y aniquilarlo. Así se vacunan las bacterias contra los virus”, explicó el científico en su ponencia.

El microbiólogo Ignacio López-Goñi el pasado 15 de septiembre en su intervención en Naukas Bilbao 2017. (Autor imagen: Iñigo Sierra)

Se trata de un avanzado sistema de defensa heredable mediante el cual las bacterias y sus descendientes guardan en su memoria una primera infección para hacer frente a las posteriores. Un sistema de defensa que “ha permanecido oculto durante millones de años”, según explicó López-Goñi, hasta que entró en juego la labor del microbiólogo español Francis Mojica, de la Universidad de Alicante.

Todo comenzó cuando el alicantino comenzó a estudiar el genoma de la arquea Haloferax mediterranei, un microorganismo que habita en las salinas de Santa Pola (Alicante) y que requiere de altas concentraciones de sal para vivir.

Fue entonces cuando descubrió unas secuencias de ADN que se repetían en el genoma del microorganismo; unas secuencias a las que denominó con las siglas CRISPR, o lo que es lo mismo, repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente interespaciadas (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, por sus siglas en inglés).

Estas secuencias repetidas hicieron al investigador recapacitar sobre la función que estas pudieran tener en la célula. Años más tarde, Mojica encontró la respuesta, y descubrió el maravilloso sistema de defensa que esta secuencias representaban para la bacteria.

En concreto, las procariotas son capaces de incorporar a su genoma un fragmento del ADN invasor que le sirve de guía para evitar futuras invasiones. Es decir, la secuencia del virus queda almacenada como información en el genoma de la bacteria y sus descendientes. Las bacterias quedan “vacunadas”.

Ignacio López-Goñi explicó en Naukas Bilbao 2017 que las bacterias también se vacunan. (Autor imagen: Iñigo Sierra)

A partir de 2012, y gracias a las investigaciones del español, la bioquímica francesa Emmanuelle Charpentier y la química estadounidense Jennifer Doudna demostraron que el mecanismo CRISPR descubierto por el alicantino se puede emplear como una herramienta para editar cualquier genoma; un auténtico “editor” genético que permite cortar y pegar trozos de ADN.

Se trata de una técnica de edición que, como si de un procesador de texto se tratara, y de una manera “sencilla, barata y precisa”, permite quitar y poner genes, además de estudiar y corregir mutaciones de los mismos. “El sistema de defensa de las bacterias ha resultado ser el mejor editor de genomas que existe”, aseguró en su ponencia el navarro López-Goñi.

Se trata de una técnica muy utilizada en los laboratorios de todo el mundo. Mediante este sistema, los microbiológicos y científicos son capaces de obtener plantas resistentes a plagas, animales con más masa muscular o mosquitos que no transmiten la malaria o el dengue. “Incluso puede servir para terapia génica y para la investigación de enfermedades raras e infecciosas”, explicó el científico.

Sin ir más lejos, este verano la técnica CRISPR se ha utilizado en Estados Unidos para modificar embriones con una enfermedad genética, eliminando de forma selectiva las secuencias de ADN no deseadas.

Ahora, más de 20 años después de que el microbiólogo alicantino descubriera las secuencias repetidas y el sistema de defensa de aquellas bacterias de Santa Pola, Francis Mojica es nuestro próximo candidato al Nobel de Medicina y Química.

Sobre la autora: Iraide Olalde, es periodista en la agencia de comunicación GUK y colaboradora de la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU

El artículo Ignacio López-Goñi: “El sistema de defensa de las bacterias es el mejor editor de genomas que existe” se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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El estroncio (Sr) es un elemento que en caso de accidente nuclear se vierte de forma mayoritaria a la atmosfera. El comportamiento químico del estroncio es similar al del calcio y se puede acumular en el suelo, en vegetales y en animales (especialmente en los huesos). Se trata de un elemento con dos principales radioisótopos (90Sr y 89Sr) que tienen una vida efectiva biológica relativamente alta para el ser humano, y debido a su fijación en los huesos, acaba impartiendo una dosis de radiación a lo largo de muchos años.

El Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) ha propuesto, entre otros muchos, un método de detección rápida de Sr radiactivo en leche para casos de emergencia o accidente nuclear. Sin embargo, este tipo de métodos no es válido para su aplicación en medidas de rutina medioambientales, en los que los límites de detección son mucho menores que en los casos de emergencia nuclear. Es por ello que en un estudio llevado a cabo por el grupo de investigación Seguridad nuclear y radiológica del Departamento de Ingeniería Nuclear y Mecánica de Fluidos de la UPV/EHU ha obtenido las condiciones y los parámetros con los que convertir el método rápido propuesto por la OIEA en un método utilizable en los planes de vigilancia radiológica integrados en estudios medioambientales rutinarios.

El laboratorio del grupo de investigación Seguridad nuclear y radiológica es un laboratorio de medidas de baja actividad, que además de dedicarse a la investigación también realiza medidas de vigilancia radiológica para diferentes entidades como el Consejo de Seguridad Nuclear. En opinión de la doctora Raquel Idoeta, investigadora del grupo, “se trata de un método rápido, con rendimientos buenos y relativamente fácil y económico de adaptar”.

En el estudio han llevado a cabo tanto medidas experimentales como simulaciones numéricas para determinar los parámetros y condiciones de adaptación; asimismo, según explica Idoeta, han hecho una valoración económica “para ver qué facilidades pueden tener otro laboratorios para adaptarlo”. Y añade que “cualquier laboratorio medioambiental que tenga equipos de detección de partículas beta o que realice determinaciones de estroncio no requiere apenas de nada para integrar este método. Un laboratorio que aplicase este método de forma rutinaria, aunque adaptando en este caso los volúmenes y tiempos de medida, según lo determinado en nuestro estudio para alcanzar las exigencias en materia medioambiental, no tendría mayores problemas en aplicarlo debidamente en caso de una emergencia para dar una respuesta rápida a la determinación de estroncio radiactivo en leche”.

Referencia:

M. Herranz, R. Idoeta, S. Rozas, F. Legarda (2017) “Analysis of the use of the IAEA rapid method of 89Sr and 90Sr in milk for environmental monitoring”. Journal of Environmental Radioactivity. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2017.06.003.

Edición realizada por César Tomé López a partir de materiales suministrados por UPV/EHU Komunikazioa

El artículo Estroncio en la leche se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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Jatorrizko forma berreskuratu eta bere burua konpontzea bezalako ezaugarriak dituzten materialak lortu dituzte polimero erdikristalino batetik abiatuta.

Irudia: Jatorrizko forma berreskuratzen duen eta bere burua konpontzea lortzen duen polimero erdikristalino bat garatu dute UPV/EHUko ikerketa batean.

Poliziklooktenoarekin (polimero erdikristalino komertzial bat) lehendik egindako ikerketak oinarri hartuta, zenbait sistema polimeriko garatu ditu Nuria García Huete ikertzaileak. Polimero kateak elkarrekin gurutzatuta daudenean forma memoria duen materiala da poliziklooktenoa. Polimeroak gurutzatzeko dikumilo peroxidoa erabiltzen da eta deformatu ondoren bere jatorrizko egitura berreskuratzen du beroaren eraginpean jarrita.

Azaletik hondatutako objektu bat (hondatua, baina apurtzera iritsi gabe) berotuz konpontzeko balia daiteke ezaugarri hau. Halaber, ikerketan frogatu dute mikrozutabeetan oinarritutako azaleko egitura batean forma-berreskuratzeko fenomenoak bere horretan jarraitzen duela eta gainazaleko kontaktu-angelua aldatzea lortzen dela. Horretarako, ur-tanta bat erabili dute, eta hala egiaztatu dute urak angelu desberdinak osatzen dituela gainazalarekin, laginaren deformazioaren arabera.

Peroxidoak degradatu egiten dira denborarekin, baina. Polimeroa gurutzatzeko alternatiba lortu du ikertzaileak: gamma erradiazioa. Hala, zitotoxikotasunik eragiten ez duten hainbat material lortu ditu. Propietate mekaniko eta termikoak aztertu ondoren, forma-memoriaren portaera aztertu da eta, beste aditu batzuekin lankidetzan, forma-memoria polimeroaren bolumen librearekin lotzea lortu dute (alegia, molekulen arteko espazio librearekin).

Aukera berriak sortzeko asmoz, forma-memoria izateaz gain (deformazioak leheneratzeko aukera) bere burua konpontzeko gai diren materialak (materialaren beraren hausturak konpontzea) nola lortu jakin nahi izan dute ikertzaileek. Delft-eko Unibertsitate Teknologikoarekin lankidetzan (Herbehereak), ikusi dute ionomero izeneko beste polimero-mota batekin nahastuz lortutako poliziklookteno-nahasteek forma-memoriaren efektuari eusten diotela eta, gainera, berotuz bere burua konpontzeko gaitasuna dutela. Materialen bizitza erabilgarria luzatzeko aukera ematen du horrek. Polimero beretik abiatuta propietate ezberdinak dituzten materialak lor daitezkeela frogatu dute, beraz.

Etorkizunean medikuntzan aplikazio praktikoak izan ditzaketen forma memoria duten material polimeriko ez-zitotoxiko berriak lortu dituzte. Forma memoriaren efektua mantentzeaz gain, berotzean bere burua konpontzeko gaitasuna duten materialak ere garatu dituzte, materialen bizitza erabilgarria luzatzeko balioko dutenak.

Informazio gehiago:

Development and applications of semicrystalline polymers: from shape memory to self-healing materials

Iturria:
UPV/EHUko komunikazio bulegoa: Berotuz bere burua konpontzea lortzen duen forma-memoriadun polimeroa.

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Fernando del Álamo, lector

“¿Está Ud. de broma, Sr. Feynman?”, Richard P. Feynman, 1985, Alianza Editorial

Debía correr el año 1989, siendo yo estudiante, y charlando con el catedrático de física (del que decían que “libro que caía en sus manos, libro que leía”) me comentó:

– ¿No conoce Ud. a Richard Feynman?

– No.

– Sí hombre, fue Premio Nobel de Física y declarado deficiente mental por el ejército.

– ¡Ostrás!

– Hay un libro maravilloso titulado “¿Está Ud. de broma, Sr. Feynman?” donde habla de estas y otras cosas. Léalo, hombre, que le gustará.

Localicé el libro, lo compré y, literalmente, me enganché. No pude dejarlo hasta el final. En él narra las peripecias de su vida, había trabajado en el Proyecto Manhattan (donde, entre otras cosas, se dedicaba a reventar cajas fuertes). Lo interesante es que cuando empecé el libro pensé “este tío está un poco loco” y cuando lo finalicé pensé “¡claro! ¡tiene razón!”. No es un libro técnico, en absoluto, sino la visión de la ciencia y la vida que tiene una mente privilegiada como la suya.

“¿Qué te importa lo que piensen los demás?”, Richard P. Feynman, 1988, Alianza Editorial

Posteriormente, me enteré de la existencia de su segundo libro: “¿Qué te importa lo que piensen los demás?”, en el que explica las investigaciones posteriores a la explosión del Challenger y cómo lo pasó con la enfermedad de su esposa. Da gusto ver cómo mientras otros iban de reunión en reunión, él se iba a hablar con los ingenieros.

“El arco iris de Feynman”, Leonard Mlodinow, 2003, Editorial Booket, Colección Drakontos bolsillo

Leídos estos dos libros, aquel mismo catedrático me enseño un tercer libro titulado “El arco iris de Feynman”, de Leonard Mlodinow. Me volvió a decir: “¿Ha leído Ud. esto? Es maravilloso”.

Con un apellido como ese me quedé un tanto escéptico. Pero si aquel catedrático me lo recomendaba, por algo iba a ser. Y no se equivocaba. El autor explica que era un joven físico, estudioso de Teoría de Cuerdas al que le dieron un despacho en un pasillo en el que había otros dos despachos con otros dos físicos: Murray Gell-Mann y el citado Richard Feynman. Ambos Premios Nobel, ambos mayores, ambos famosos; y Feynman con un cáncer que le estaba consumiendo.

¿Cómo puedo abordar a ese par de gigantes? Pensaba el autor. Y acercándose a ambos y dada una serie de circunstancias empieza a conocer la forma de ser y ver la vida de cada uno de ellos. Es maravilloso leer en esas páginas el cambio de mentalidad ante la vida y a qué dedicarse, llegando a abandonar la Teoría de Cuerdas para dedicarse, entre otras cosas, a escribir libros. ¡Y qué libros! Y, curiosamente, la mayoría sobre lo que es el ser humano más que libros especializados en física.

“El andar del borracho”, Leonard Mlodinow, 2008, Editorial Crítica, Colección Drakontos

“El andar del borracho”, en el que nos explica cómo, sin darnos cuenta, el azar tiene mucho que ver en nuestras vidas (me recordó mucho, aunque con un estilo totalmente diferente a “El hombre anumérico” del matemático John Allen Paulos). La importancia de los estudios como en el que se dieron cuenta de que en Londres moría más gente ajusticiada que no de hambre, cuando había muchísimos mendigos por las calles. O la forma en que estadísticamente Poincaré desenmascaró el fraude de poner menos masa de pan como media en las barras.

“Subliminal”, Leonard Mlodinow, 2012, Editorial Crítica, Colección Drakontos

“Subliminal”, por ejemplo, donde nos explica cómo nuestro subconsciente tiene más importancia de la que pensamos. Llega a citar situaciones reales como juicios a personas en las que el subconsciente jugó un papel clave para que lo condenaran viéndose posteriormente que era inocente.

“Las lagartijas no se hacen preguntas”, Leonard Mlodinow, 2016, Editorial Crítica, Colección Drakontos

“Las lagartijas no se hacen preguntas”, libro dedicado al recuerdo de su padre, desde un suceso en el campo de concentración de Auschwitz en la que había en juego un mendrugo de pan por una curiosidad. El autor prometió a su padre que escribiría un libro sobre por qué tenemos esas ansias de conocer, de saber. Y este es el libro, pero para ello tiene que explicar la historia de la humanidad desde los inicios viendo cómo poco a poco se va llegando a lo que somos hoy día.

Todos sus libros reflejan cultura, ciencia, conocimiento y, sobre todo, emoción. Son libros que tienen grandes momentos que marcan y hacen reflexionar. No son libros técnicos y lo que escribe está al alcance de cualquier persona.

Y en este artículo, quería mostraros precisamente esto: la cara más emocionante, humana y filosófica de la ciencia de la mano de estos dos hombres, de Richard Feynman y de Leonard Mlodinow. Recomiendo leer los libros en el orden en que los he ido citando. Espero que los disfrutéis.

En Editoralia personas lectoras, autoras o editoras presentan libros que por su atractivo, novedad o impacto (personal o general) pueden ser de interés o utilidad para los lectores del Cuaderno de Cultura Científica.

El artículo La cara más emocionante, humana y filosófica de la ciencia se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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Uxue Razkin

Biologia

Itsas-zapoa sakonera desberdineko hondo bigunetan bizi da, eta kostaldeko ur ez oso sakonetatik 500 metroko sakoneraraino egon daiteke. Buru gainetik antena bat ateratzen zaio eta horrekin ikusten dute. Bizkar-hegatsaren hezur batetik eratorria da luzakin hori, arrantza egiteko erabiltzen du hori. Harrapakina hurbiltzen denean, zapoak luzakinaren mugimenduen bitartez, ahorantz erakartzen du. Bere ahoa oso handia da eta muskulu indartsuak ditu. Gainera, itsas zapoak hortz asko, oso zorrotzak eta barrurantz makurtutakoak ditu. Luzakinak kanaberaren antza du, eta luzakinaren puntak, beitarena.

Genetika

Tximeletek hegoetan dituzten marrazkiak bi genek baldintzatzen dituzte: gene batek lerroak marrazten ditu batez ere, eta besteak, koloreak. Elkarren osagarriak dira bi geneak, eta haiek inaktibatzeak intsektuok ia monokromatikoak bihurtzen dituela ikusi dute. Jakina da hegoen ereduak tximeleten erakargarritasun sexualaren oinarrian daudela, eta harrapakarietatik babesteko ere erabiltzen dituztela. Orain ikusi dute zein den marrazki horien jatorria. Geneon aktibitatea CRISPR teknikaren bidez argitu dute New York-eko Cornell-eko Unibertsitateko biologoek.

Astronomia

Eman diote agurra Cassini zundari. Aurreko ostiralean jakin genuen Cassini espazio-ontzia (NASA) Saturnoren atmosferan murgildu eta betiko desagertu zela. Artikulu honen bidez, bere ibilbidea ezagutzeko aukera dugu. 1997ko urriaren 15ean jaurti zen. 2000. urtean Jupiterretik gertu igaro eta bere atmosferaren irudi paregabeak hartu zituen Cassini-Huygens misioak. Cassini Saturno inguruan inoiz kokatu den lehen orbitadorea izan da eta Huygens Lurretik urrunen lur hartu duen zunda. Azken urteotako misiorik emankorrenetakoa izan da.

Berria egunkaria aritu da ere hamahiru urte iraun duen misio honen inguruan. Misioaren amaierari Grand Finale izena jarri diote arduradunek. Zundak egin dituen aurkikuntzei dagokienez, ESA Europako Espazio Agentziak misioan duen zientzialari nagusi Nicolas Altobellik Titanen topatutakoaren garrantzia azpimarratu du: “Huygensek Titango atmosferaren sekretuak azaleratu ditu aurrenekoz; hango lurrazala ukitu du, eta haren osaketa aztertu. Bestalde, beste planeta bateko ilargi batean gizakiak egindako lehen lurreratzea izan da”. Entzeladon topatutakoa ere aipatzen du: “Izan ere, Cassini zundak erakutsi digu izotzezko ilargiek jarduera dutela. Entzeladoren barruan ozeano bat dago, eta orain badakigu bertan jarduera hidrotermala dagoela”.

Medikuntza

Kimioterapiaren eraginkortasuna apaltzen duen proteina bat identifikatu du nazioarteko ikertzaile talde batek. Kimioterapiak minbizi-zelulen DNA puskatzen ditu. Zelulek, ordea, neurri batean badute haustura horiek konpontzeko gaitasuna. 2009an, ikertzaileek mekanismo horretan laguntzen duen entzima bat aurkitu zuten, TDP2 entzima, hain zuzen. Orain, entzima horren aurretik lan egiten duen proteina bat identifikatu dute: ZATT. Hautsitako DNAren ertzak berregiten ditu.

Klima-aldaketa

Uda honetan urakanek (Irma kasu) eta Euskal Herrian egin duen eguraldiak klima aldaketarekin lotura ote duen saiatu dira erantzuten testu honetan. Horretarako, Ganix Esnaola, atmosferaren fisikariak dio: “Klima aldatzen ari dela inor gutxik jartzen du zalantzan. Intuizioak esaten digu gizakiak sorturikoa dela, baina, gutxienez, beroaldi gehiago dituen 30 urteko epe esanguratsua beharko dugu zientifikoki guztiz baieztatzeko”. Artikuluan azaltzen den moduan, azken 30 urteotako datuek erakusten du ozeanoak berotzen ari direla. Horrek lotura zuzena du urakanak indartzearekin. Joseba Areitio fisikari eta Amillena Meteorologia elkarteko buruaren azalpenak bildu dituzte honetan. Ez galdu!

Paleontologia

Asturiaseko El Sidrón kobazuloan aurkitutako haur neandertal baten eskeletuak datu baliagarriak eman ditu hobeto ezagutzeko nola garatzen zen neandertalen garuna. Badirudi haur neandertal horrek 7 urte eta 8 hilabeteko adina zuela hil zenean, baina bere garunak bolumenaren % 87,5 baino ez zuen lortu artean. Artikuluan argi azaltzen digutenez, gure espeziean, adin horretarako ia guztiz garatuta dago garuna, eta 5-6 urteko haurrek izaten dute neandertalaren antzeko garapena. Horrek agerian utzi du neandertalen garunak Homo sapiens-enak baino denbora gehiago behar izaten zuela guztiz garatzeko.

Nanoteknologia

Oso gutxi dira erabili daitezkeen aleazio metalikoak, materiala zartatzen joatea eragiten baitute 3D inpresioaren fusio- eta solidifikazio-dinamikek. Baina zientzialariek arazo hori konpontzea lortu dute. Nola? Metala geruzaz geruza gehitzeko prozesuan solidifikazioa kontrolatzen duten nanopartikulak sartuta. Hidrogenoz egonkortutako zirkonio-nanopartikulak erabili dituzte, kasu honetan erresistentzia handiko aluminio-aleazioak estaltzeko. Horrekin frogatu dute nanopartikulen laguntzaz inprimatutako piezak ez direla zartatzen, eta forjaz sortutako materialen pareko sendotasuna dutela.

Fisika

DIPCko eta UPV/EHUko fisikariek, Alemaniako zenbait unibertsitatetako zientzialariekin batera, elektroien igorpena zehatz-mehatz kronometratzea lortu dute lehenengo aldiz. Horretaz gain, azaldu dute, eta hau oso harrigarria da, zergatik elektroirik bizkorrenak azkenak iristen diren detektagailura. Ikertzaileek adierazi dute puntako ekipo esperimental hauek fisikaren muga berri batera garamatzatela: attosegundoen mundura, hau da, segundo baten trilioirenen mundura.

Ingurumena

Itsas garraioaren eta tximista kopuruaren arteko harremana dagoela iradoki dute. Katrina Virts ikertzailea dago horren atzean, beste batzuen artean. Doktoretza ondorengo ikerketa egiten ari zela, mundu mailako tximisten erregistroak aztertzeari ekin zion. Hori egiten zegoela, Indiako Ozeanoan zehar zabaltzen zen tximisten marra ia zuzena ikusi zuen mapan, eta atentzioa eman zion. Misterioa argitu dute: itsasontziak dira errudunak. Funtsean, tximisten mapa eta itsasontzien mapa elkartzean ikusi dute harremana, zientzialariek beraiek aitortu dutenez. “Bi mapa horiek parean jarrita, bistan zegoen itsasontziek harremana izan behar zutela tximisten sorrerarekin”, nabarmendu du ikerketaren egile nagusi Joel Thorntonek.

Kimika

Larrialdi nuklearreko kasuetarako proposatutako metodo bat egokitu du UPV/EHUk errutinazko ingurumen-azterketetan integratzeko. Ikerketan, neurketa esperimentalak eta zenbakizko simulazioak egin dituzte. Raquel Idoeta doktorearen arabera, metodo azkarra da, errendimendu ona du, eta metodoa egokitzea erlatiboki erraza eta ekonomikoa da. Edozein ingurumen-laborategirentzat baliagarria metodo hau eta ez du arazorik izango integratzeko, baldin eta beta partikulak detektatzeko ekipamendua badu edo estrontzio-determinazioak egiten baditu.

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Asteon zientzia begi-bistan igandeetako atala da. Astean zehar sarean zientzia euskaraz jorratu duten artikuluak biltzen ditugu. Begi-bistan duguna erreparatuz, Interneteko “zientzia” antzeman, jaso eta laburbiltzea da gure helburua.

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Egileaz: Uxue Razkin Deiako kazetaria da.

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La expresión publish or perish (publica o perece) es de sobra conocida en el ámbito científico. Quiere expresar la importancia que tienen las publicaciones en los currículos del personal investigador. En ciencia no basta con hacer observaciones, obtener unos resultados y derivar conclusiones. Hay, además, que hacerlo público y, a poder ser, en medios de la máxima difusión internacional. La ciencia que no se da a conocer, que no se publica, no existe. El problema es que de eso, precisamente, depende el éxito profesional de los investigadores, sus posibilidades de estabilización y de promoción. De ahí la conocida expresión del principio.

El mundo de la comunicación tiene también sus normas. En comunicación se trata de que lo que se publica sea consumido. De la misma forma que la ciencia que no se publica no existe, en comunicación tampoco existen los contenidos que no se consumen: o sea, no existen los artículos que no se leen, los programas de radio que no se oyen, los de televisión que no se ven o los sitios web que no se visitan. En comunicación valdría decir “sé visto, oído o leído, o perece”.

Ambas esferas tienen ahí un interesante punto en común. Y por supuesto, en comunicación o difusión científica el ámbito de confluencia se aprecia en mayor medida aún. Confluyen aquí ambas necesidades, la de hacer públicos los resultados de investigación y, además, conseguir que lleguen a cuantas más personas mejor.

El problema es que la presión por publicar y por tener impacto comunicativo puede conducir tanto a unos como a otros profesionales, a adoptar comportamientos deshonestos, contrarios a la ética profesional e, incluso, a desvirtuar completamente el fin de la ciencia y de su traslación al conjunto del cuerpo social. Y también puede conducir, y de hecho ha conducido, a que se haya configurado un sistema de publicaciones científicas con patologías.

De todo esto se trató el pasado 31 de marzo en “Producir o perecer: ciencia a presión”, el seminario que organizarono conjuntamente la Asociación Española de Comunicación Científica y la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU.

5ª Conferencia.

Ángela Bernardo, redactora de ciencia en Hipertextual: ¿Periodismo científico o periodismo de “papers”?

¿Periodismo científico o periodismo de “papers”?

Edición realizada por César Tomé López a partir de materiales suministrados por eitb.eus

El artículo Ciencia a presión: ¿Periodismo científico o periodismo de “papers”? se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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Sistema inmunearen ezinbesteko atalak dira makrofagoak. Egoera aktibatuek defenditu ala sendatu dezakete. Zer behar da, baina, bata bestea bihur dadin? Plasticity in the macrophage activation states artikuluan Rosario Luque-Martínek bere ikerketaz hitz egiten digu.

Egoera pertsonal jakinekin lotzen ditugu zenbait usain, baita gaixotasun jakinekin. Alzheimerra horietako bat izango da? Rosa García -Verdugo, The smell of Alzheimer’s.

Hastear da bigarren iraultza kuantikoa. Dekoherentzia etsai handia garaitu bezain pronto. Espinari dagokion egoera DIPCren eskutik: Defeating spin decoherence.

Ordenagailu batean adimena deskargatzeko gaitasuna gai errepikagarria da. Zentzurik du, baina, planteamendu honek? Jezús Zamora, Your mind will never be uploaded to a computer.

Infekzio batekin hasten diren sepsiaren ondorio potentzialki katastrofikoak sistema inmune propioak sortzen ditu, kontrola galduta haien aurka borrokatu eta gurpil zoroan sartuta. Carlos Romá-Mateok kontatzen digu Using mass spectrometry to measure circulating histones against sepsis progression artikuluan.

Zelularen funtzionamenduan, prozesu biokimikoetan eraginik izan gabe gertatzen diren erreakzioak dira bioortogonalak. Bioortogonalitatea eta argiak aktibatutako katalisia konbinatuta, gauza harrigarriak lor daitezke, DIPCko jendeak Riboflavin as a bioorthogonal photocatalyst artikuluan azaldu bezala.

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Mapping Ignorance bloga lanean diharduten ikertzaileek eta hainbat arlotako profesionalek lantzen dute. Zientziaren edozein arlotako ikerketen azken emaitzen berri ematen duen gunea da. UPV/EHUko Kultura Zientifikoko Katedraren eta Nazioarteko Bikaintasun Campusaren ekimena da eta bertan parte hartu nahi izanez gero, idatzi iezaguzu.

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Catástrofe Ultravioleta #19 ASTEROIDE

¿Estamos realmente preparados para enfrentarnos a las amenazas del espacio? En Catástrofe Ultravioleta nos preguntamos si, utilizando solamente la tecnología que disponemos en la actualidad, podríamos detener un asteroide en rumbo de colisión con la Tierra. Repasamos la ciencia tras los asteroides en todas sus facetas, desde su detección y prevención, hasta su futura explotación en busca de recursos.

Agradecimientos: Josep M. Trigo (Institute of Space Sciences CSIC-IEEC), Víctor Manchado (Radio Skylab), Daniel Marín (Eureka), Álvaro Peralta (Centro español de láseres pulsados CLPU), Rafael Harillo (Consultoría Stardust), Pablo F. Burgueño (Abanlex), Faustino, Leonor y Fernando del Observatorio de la Hita, Jose María Madiedo (Universidad de Huelva).

* Catástrofe Ultravioleta es un proyecto realizado por Javier Peláez (@Irreductible) y Antonio Martínez Ron (@aberron) con el patrocinio parcial de la Cátedra de Cultura Científica de la Universidad del País Vasco y la Fundación Euskampus. La edición, música y ambientación obra de Javi Álvarez y han sido compuestas expresamente para cada capítulo.

El artículo Catástrofe Ultravioleta #19 ASTEROIDE se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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Los seres humanos somos sensibles a diversas magnitudes, tanto externas como internas. De entre ellas recibimos información de dos tipos de ondas: las de presión en el aire que nos rodea (sonido), y ondas electromagnéticas que llegan a nuestros ojos (luz). Para poder hacerlo disponemos de unos detectores considerablemente sofisticados. Tantos los oídos como los ojos poseen unas prestaciones verdaderamente notables, pero limitadas a unos determinados rangos de frecuencias. Si consideramos la amplitud de los espectros electromagnético y sonoro, podemos llegar a pensar que somos prácticamente sordociegos, como dice una figura que ha dado muchas vueltas por internet (figura 1). ¿Es esto realmente así?

“En la gran perspectiva de las cosas somos prácticamente sordociegos”. Esta figura ha dado muchas vueltas por las redes sociales (originalmente publicada en Abtruse Goose)

Hay tres características de la propagación del sonido que hay que tener en cuenta para comprender el interés evolutivo de percibir un rango particular de ondas sonoras. Por una parte, la atenuación del sonido es mayor cuanto más alta es la frecuencia o, visto al revés, los sonidos de bajas frecuencias son capaces de viajar distancias mayores. En segundo lugar tenemos que la reflexión del sonido es eficaz cuando choca con objetos del tamaño de la longitud de onda del mismo (o mayores). Por último, la capacidad de las ondas de rodear obstáculos (la difracción) también ocurre cuando las longitudes de onda y los obstáculos son de tamaños parecidos.

Así pues, los animales como murciélagos o delfines que utilizan el eco para localizar objetos (ecolocalización) tendrán que utilizar ondas de altas frecuencias (pequeñas longitudes de onda, por tanto) de forma que puedan resolver objetos pequeños y no verse afectados por la difracción. En cambio, los animales que utilicen el sonido para advertir la presencia de depredadores podrán beneficiarse de la difracción, de forma que les llegue información del peligro aunque haya obstáculos en el camino (piedras, matorrales, etc). Finalmente, hay animales que han desarrollado sistemas de comunicación a muy larga distancia, y para ello necesariamente han de emplear ondas de frecuencias muy bajas.

A lo anterior hay que añadir que los tamaños de los dispositivos para producir y recibir sonidos también están en proporción con la longitud de onda de los mismos. Así, solo animales grandes podrán acceder a los sistemas de transmisión a largas distancias, ya que las ondas de bajas frecuencias tienen longitudes de onda grandes. Es el caso de los elefantes y algunos cetáceos. Por el contrario, animales pequeños que usan la ecolocalización, como los murciélagos, perciben sonidos en un rango de 20 a 200 kHz. Sus sonidos más graves a nosotros nos resultan imperceptibles por ser demasiado agudos.

Se suele considerar que el intervalo audible para los humanos se extiende entre los 20 y los 20.000 Hz, aunque en condiciones de laboratorio algunos individuos perciben un rango algo más extenso; y en condiciones normales no pasamos de los 15.000, especialmente los adultos. Si nos fijamos en las longitudes de onda que corresponden a dicho intervalo (figura 2), vemos que está centrado en los tamaños de las personas, extendiéndose desde los 17 mm a los 17 m. Este intervalo es muy adecuado para controlar el entorno en un radio de unos 20 m. Resulta especialmente valiosa la difracción que permite que podemos oír personas en otra habitación aunque no podamos verlas.

Espectro sonoro.

En el caso del intervalo visible, las restricciones son más severas, y de hecho las variaciones entre distintos animales son mucho más pequeñas que en el caso del sonido. El intervalo visible del espectro electromagnético está determinado por tres condicionantes. En primer lugar, es el principal componente de la radiación que nos envía el Sol. Nuestra estrella emite un espectro de radiación correspondiente al de la emisión de un cuerpo negro a 5900K que tiene pequeñas partes de ultravioleta e infrarrojo, flanqueando el grueso de su emisión, que es visible (figura 3).

Espectro solar.

En segundo lugar, la atmósfera que recubre nuestro planeta es opaca a la mayoría del espectro electromagnético (figura 4). Si tomamos el rango de longitudes de onda que va desde un nanómetro hasta un kilómetro, catorce órdenes de magnitud, solo hay dos ventanas de transparencia. Una es para las ondas de radio (entre un centímetro y veinte metros, aproximadamente); y otra es en el visible y el infrarrojo, aunque con muchos altibajos debidos a la absorción de los distintos gases de la atmósfera. Es decir, de los catorce órdenes de magnitud considerados, solo dos y medio atraviesan la atmósfera. De hecho, cuando hemos querido observar el cosmos en otras zonas del espectro, ha sido necesario colocar los correspondientes telescopios en satélites. La observación terrestre se limita al visible y la radio (y las ondas de radio son demasiado grandes para que puedan resultar aprovechables por los animales).

Opacidad de la atmósfera

Por último, la energía de los fotones del rango visible es compatible con las moléculas orgánicas que componen los seres vivos. Energías mayores (ultravioleta y más allá) rompen enlaces e impiden la estabilidad molecular; mientras que energías menores interaccionan poco, y es difícil imaginar detectores basados en estas moléculas, como sí ocurre con el visible.

Tras estas consideraciones, podemos poner en perspectiva la figura del comienzo. Es verdad que en el universo hay ondas a las que no somos sensibles, pero o bien no las hay en la superficie del planeta, o bien son muy poco relevantes para animales como los humanos. Al menos así ha sido durante miles de años, hasta que en las últimas décadas la ciencia y la tecnología nos han permitido medirlas. A día de hoy disponemos de instrumentación capaz de extender el rango original de nuestros sentidos y hacerlo prácticamente ilimitado.

Este post ha sido realizado por Joaquín Sevilla (@Joaquin_Sevilla) y es una colaboración de Naukas con la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU.

El artículo Los rangos de la percepción se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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Problema matematiko baten emaitza zehatza lortzea ez da beti posible izaten. Esaterako, etorkizunean giza gorputz batean emango den minbizi zelulen gehikuntza analitikoki kalkulatzea ezinezkoa da. Horrelakoetan, zenbakizko metodoak deituriko tresna matematikoen bidez emaitza ahalik eta hurbilduena bilatzen da. Baina, zer dira zehatz mehatz zenbakizko metodoak? Nola sortzen dira? Nola neurtzen da hauen zehaztasuna?

Galdera hauei erantzuteko, Eli Alberdi matematikariarekin izan gara. Bere esanetan, zenbakizko metodoak bizitzako hamaika esparru eta sektoretan erabiltzen dira, hala nola, medikuntzan, kimikan, eraikuntzan, ekonomian…

‘Zientzialari’ izeneko atal honen bitartez zientziaren oinarrizko kontzeptuak azaldu nahi ditugu euskal ikertzaileen laguntzarekin.

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Steven Fesmire

Cuando se trata de debates actuales en política y políticas, incluso una defensa estridente de las humanidades, como la de George Anders “You Can Do Anything: The Surprising Power of a ‘Useless’ Liberal Arts Education” [Puedes hacer cualquier cosa: el sorprendente poder de una educación “inútil” en humanidades] o la de Randall Stross “A Practical Education: Why Liberal Arts Majors Make Great Employees” [Una educación práctica: ¿Por qué los grados en humanidades hacen grandes empleados?], tiende a aceptar que el empleo remunerado es el principal objetivo de la educación.

Como especialista en el filósofo y educador del siglo XX John Dewey, he estado observando estos debates con interés. El filósofo académico más citado del siglo XX, Dewey hizo, posiblemente, las contribuciones más significativas del siglo pasado al desarrollo del pensamiento educativo. Entre otras cosas, criticó influyentemente la educación concebida como “mera preparación para la vida posterior“.

Recordar a Dewey plantea preguntas pertinentes sobre la misión fundamental de la educación hoy en día. ¿Es el objetivo principal de la educación proporcionar un yugo acolchado para la población activa preexistente en el estado? ¿O es, en conjunto, mejorar nuestras vidas?

El propósito de la educación

En el siglo XIX, la defensora de los derechos de las mujeres Margaret Fuller criticó la práctica de educar a las niñas solo para ser esposas y madres. “Un ser de alcance infinito”, escribió, “no debe tratarse con una visión exclusiva para relación alguna. Dé al alma el curso libre … y el ser será apto para cualquiera y cada una de las relaciones para las que pueda ser llamado “.

En mi opinión, la política educativa en los Estados Unidos hoy en día es de una manera tangible tan restrictiva como la que criticó Fuller hace más de 150 años. Para muchos, la misión de primaria, secundaria y de la educación superior es, en palabras tristemente famosas del gobernador de Wisconsin Scott Walker, “desarrollar los recursos humanos que satisfagan las necesidades de población activa del estado“.

Sea lo que sea que uno pueda pensar en la política de Walker, su perspectiva general no es extraña. Tipifica la opinión de que la educación es principalmente una manera de alimentar a la industria con mano de obra cualificada, y está en tensión con el objetivo de preparar a los estudiantes “para cualquiera y cada una de las relaciones para las que pueda[n] ser llamado[s]”.

En lugar de educar a personas completas para el crecimiento a lo largo de toda la vida, este “modelo industrial” trata la educación tan solo como otro sector de la economía. Desde este punto de vista, el trabajo de la educación es fabricar mano de obra cualificada, y se espera que lo haga de una manera que sea lo más eficiente posible. El conocimiento es visto como una mercancía, los maestros y profesores son vehículos de entrega de contenido y los estudiantes son ya consumidores ya productos manufacturados.

Las instituciones educativas que siguen el modelo industrial son vistas como mercados en los que adquirir y entregar contenido. Y cuando hay matrícula de por medio, ésta es simplemente el precio justo para acceder a ese contenido.

¿Qué pierde la sociedad?

Cuando se describe de esta manera, parece un enfoque frío e inhumano de la educación. Sin embargo, los dos principales partidos políticos estadounidenses parecen haber adoptado el modelo industrial. Los partidos pueden estar en desacuerdo sustancial sobre los detalles de cómo proporcionar la educación, pero (en lo principal) los valores no económicos no merecen su atención demasiado a menudo.

Afirmo que algo se pierde cuando tratamos la educación como nada más que un sector de la economía industrial.

En primer lugar, el modelo industrial profundiza nuestros problemas sociales.

Es cierto que muchos objetivos específicos de la educación están, y deben estar, definidos por nuestra infraestructura económica, como la demanda de un énfasis curricular en STEM [véase nota 1]. Pero eso no significa que nuestro objetivo educativo primordial debe centrarse en esto. Capacitar a los estudiantes exclusivamente para ajustarse a las especificaciones existentes no sólo ahoga la imaginación y la innovación, sino que también dirige a los estudiantes por los mismos canales que están implicados en nuestros problemas sociales, económicos, ambientales y geopolíticos. Creo que esto sacrifica nuestra mejor esperanza de hacer las cosas mejor.

Y así llegamos a John Dewey. De niño, realizaba tareas habitualmente en la granja de su abuelo en las afueras de Burlington, Vermont. Posteriormente, lamentría que esos productivos suplementos ocupacionales a la educación formal estuvieran eclipsados casi completamente por la urbanización y la mecanización. Buscó maneras de llevar la vida diaria al aula para que la educación pudiera hablar a la vida.

Pero hay que hacer una distinción importante. En un enfoque, puedes infundir educación con contenido que hable de salidas potenciales – la llamada “vida real”. Por otro lado, podrías permitir que la infraestructura económica existente sea la única fuerza impulsora tras la práctica educativa. Esto último, en palabras de Dewey, convierte a estudiantes y profesores en “instrumento [s] en la realización del dogma feudal de la predestinación social”.

El primero es lo que la mayoría de los educadores esperan: estudiantes que se convierten en participantes en la redirección inteligente de la sociedad.

Culturas de imaginación, crecimiento y realización

No sólo el modelo industrial de educación debilita la acción social inteligente, sino que también sacrifica el enriquecimiento personal.

Una institución educativa es capaz de capacitar a más estudiantes con menos maestros o peor pagados, igual que un sector industrial puede producir más ropa, automóviles o proteína animal para satisfacer las demandas del mercado con menores costos generales. Estos productos se pueden comprar a un precio relativamente bajo y se utilizan para, o se ponen a trabajar para producir, más cosas.

¿Pero qué otra cosa producimos involuntariamente cuando la educación (o la industria, para el caso) se hace “eficiente” de esta manera? Por ejemplo, ¿hacemos que las vidas sean más pobres? ¿En palabras de Dewey, hacemos la vida más “congestionada, apresurada, confusa y extravagante“?

Tal y como se ve a través de una estrecha lente utilitario-industrial, simplemente no está claro cómo la educación podría abordar el crecimiento personal, la comunidad y la calidad de vida. Si no se aborda, creo que corremos el riesgo de marginar estos aspectos del enriquecimiento individual.

Democracia y educación

La democracia, insistía Dewey, no es una herencia estática de la que simplemente podamos vivir, sino un ideal que cada generación debe lograr a través del esfuerzo activo. Las escuelas son nuestros principales medios culturales para educar a ciudadanos libres que puedan participar de manera inteligente y creativa en este esfuerzo. La educación es cómo invertimos en el futuro de nuestra democracia.
Bajo las condiciones económicas y sociales de hoy, ¿qué significa si la “educación para la mano de obra del estado” es la principal misión de las escuelas? ¿Sacrifica la calidad de la vida presente de un estudiante en aras de un bien prometido? ¿Apoya un sistema de privilegios estático, un consumo frenético e insostenible y una eficiencia que amortece?
Dewey argumentó, en oposición, que todos deberían tener la oportunidad de una educación reflexiva críticamente y rica en ocupaciones que enfatice el crecimiento, el desarrollo emocional, el compromiso imaginativo, la vitalidad estética, la responsabilidad social y el cuidado. Desde primaria y secundaria a la universidad, esta educación puede ayudar a establecer las condiciones para el enriquecimiento personal, la investigación crítica y la participación democrática.

Nota del traductor:

[1] STEM es un acrónimo para ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas, por sus siglas en inglés.

Sobre el autor:

Steven Fesmire es profesor visitante de filosofía en el Middlebury College (Vermont, EE.UU.)

Texto traducido y adaptado por César Tomé López a partir del original publicado por The Conversation el 31 de agosto de 2017 bajo una licencia Creative Commons (CC BY-ND 4.0)

El artículo La educación no es la materia prima de la mano de obra se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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¿Qué contiene la mejor crema antiedad? ¿Hialurónico, glicólico, retinol, coenzima Q10, vitamina C? La publicidad de los cosméticos antiedad suele centrar la atención en uno o dos de sus componentes, pero la mejor crema antiedad contiene varios principios activos que cuentan con el aval de la ciencia.

Las cremas antiedad combaten varios signos del envejecimiento, no sólo las arrugas. Las manchas en la piel, la falta de luminosidad, la pérdida de elasticidad o los poros abiertos son tanto o más importantes que las dichosas arrugas. Echemos un vistazo a los componentes que encontramos en la mejor crema antiedad y cómo funcionan sobre nuestra piel.

• Hidroxiácidos

Los más comunes son el ácido glicólico, el salicílico, el mandélico o el láctico. Lo que hacen estos principios activos es debilitar los enlaces entre las células muertas de la piel con el resto de la epidermis, es decir, actúan como exfoliantes. Esto acelera el proceso normal de regeneración de la piel y aportan luminosidad.

En los últimos años se ha descubierto que, por ejemplo, el ácido glicólico incrementa la síntesis de colágeno, con lo que mejora la elasticidad y tersura de la piel. El ácido salicílico ha demostrado ser un principio activo que, además de desobstruir los poros, mitiga las manchas e ilumina la piel.

El inconveniente de estos hidroxiácidos es que su capacidad exfoliante puede producir irritación y además provoca que la piel sea más sensible al sol. Por este motivo los encontramos en cremas antiedad de noche o en cremas de día con un elevado índice de protección solar.

• Ácido hialurónico

Esta sustancia se encuentra de forma natural en el cuerpo, en las articulaciones, el cartílago y la piel. Cumple una función estructural y, en el caso de la piel, su escasez se percibe como pérdida de firmeza. Con el paso de los años su proporción va disminuyendo. Por eso es importante ayudar a nuestro cuerpo a mantenerlo y a regenerarlo. En contra de la intuición, el ácido hialurónico que aplicamos sobre nuestra piel no penetra y suple las deficiencias, sino que se ha descubierto que funciona de otra manera.

Existen dos tipos de ácido hialurónico, el de alto peso molecular (APM) y el de bajo peso molecular (BPM). El APM está formado por agregados de moléculas de gran tamaño, por lo que no se absorbe, formando una película superficial que retiene el agua. Esta es su propiedad más codiciada, que es capaz de absorber 1.000 veces su peso en agua, lo que se traduce en un increíble poder hidratante. Para prevenir los signos de la edad es fundamental mantener la piel hidratada.

El BPM, también denominado ácido hialurónico fragmentado o hidrolizado, forma agregados moleculares de pequeño tamaño, capaces de penetrar hasta la dermis, captar agua y producir un efecto de relleno que atenúa las arrugas y mantiene la hidratación durante más tiempo. A medio plazo se ha comprobado que estimula la formación de más hialurónico. El BMP es el hialurónico más novedoso y también el más costoso de producir, por eso lo encontramos en productos de gama media-alta, especialmente en formato serum, mientras que el APM suele formar parte de cremas y geles más económicos.

• Vitaminas

Una de las causas del envejecimiento de la piel es la formación de radicales libres por estrés oxidativo de las células, cosa que se acelera en presencia de radiación solar. Esto hace perder elasticidad porque se destruye la elastina y el colágeno. Para paliar la oxidación, las cremas antiedad contienen antioxidantes como algunas vitaminas. Normalmente estos antioxidantes son derivados de la vitamina C y la vitamina E con capacidad de penetración en la piel, como ascorbatos y acetatos respectivamente.

La vitamina C dinamiza la producción de colágeno y aclara las manchas. La encontramos en fórmulas ligeras, para pieles grasas o con acné. Como este activo se oxida con facilidad, el envase cobra importancia: ha de ser airless en tubo o con dosificador, cosa que encarece el producto final.

Otro antioxidante común es el derivado de la vitamina E, el tocoferol. Lo encontramos en fórmulas más untuosas y es más fácil de conservar. Se suele asociar a la vitamina C para conseguir mayor efecto. Posee acción hidratante, previene la formación de eritemas y quemaduras durante la exposición solar, tiene acción calmante, por lo que se utiliza con frecuencia en productos aftersun.

Otro antioxidante, más asequible que las vitaminas C y E, es el derivado de la coenzima Q10, el ubiquinol. Previene el estrés oxidativo y frena la destrucción del colágeno provocada por la radiación solar.

Otra vitamina común en estas cremas es la niacinamida o vitamina B3, que reduce la formación de manchas porque inhibe la acción de la tirosinasa, la enzima necesaria para la síntesis de la melanina. Si no se metaboliza, no se produce la mancha.

• Retinoides

Los retinoides son derivados del ácido retinoico o vitamina A. En las cremas los encontramos como retinol y como retinaldehído. Previene el envejecimiento de la piel desde varios frentes. Es, posiblemente, el principio activo más prometedor de las cremas antiedad. A nivel de la epidermis reduce la cohesión de las células muertas, disminuye la actividad de los melanocitos, por lo que reducen las hiperpigmentaciones y estimula la cicatrización al promover el crecimiento de los tejidos y la síntesis de colágeno. A nivel de la dermis estimula la actividad de los fibroblastos, aumentando así la síntesis de colágeno y elastina. El conjunto de estas acciones se traduce en que difumina las líneas de expresión, reduce los poros, incrementa la elasticidad, previene y reduce las manchas y mejora el tono de la piel.

• Ácidos grasos

Los ácidos grasos como el ácido linoleico tienen actividad antioxidante y contribuyen notablemente a la regeneración celular. Regulan de la permeabilidad de la piel, con lo que favorecen que otros principios activos penetren en ella. Desarrollan un papel importante en la hidratación y el mantenimiento de la integridad de la barrera cutánea.

• Filtros solares

Los filtros solares son los ingredientes estrella de cualquier producto cosmético antiedad. No pueden faltar. La radiación solar, especialmente la radiación ultravioleta, es el mayor enemigo de nuestra piel. No solo produce quemaduras y aumenta el riesgo de cáncer, sino que además es el principal factor que provoca la aparición de manchas, la destrucción del colágeno y la elastina, la aparición y acentuación de arrugas. Es decir, además del paso del tiempo, la radiación ultravioleta es responsable de todos los signos de la edad. Por este motivo, la mejor crema antiedad es aquella que tenga protección solar, cuanto mayor factor SPF, mejor.

En ellas encontramos tanto filtros físicos como filtros químicos. Los primeros reflejan la radiación ultravioleta, como un espejo, y los segundos transforman la radiación ultravioleta en radiación inocua. Los físicos son menos cosméticos que los químicos, ya que dejan rastro blanco, así que lo habitual es encontrarse filtros químicos en las cremas de gama media-alta o una combinación de ambos.

• Conclusiones

La mejor crema antiedad es aquella que mantiene la piel hidratada, libre de células muertas y de radicales libres y, sobre todo, protegida de la radiación solar. Eso lo hemos conseguido gracias a la investigación científica. Para lograrlo es necesaria una combinación de diferentes principios activos como hidroxiácidos, vitaminas, hialurónico, retinoides, ácidos grasos y filtros solares.

En la mayoría de los casos los encontramos en diferentes productos cosméticos, y no en uno solo, ya que algunos de estos activos compiten entre sí y no se pueden formular en un único producto. A esto hay que sumarle que las expectativas son diferentes en cada caso. No es lo mismo una piel de 35 años que una de 60. La piel de un hombre que la de una mujer. Una piel que ha sido maltratada por el sol, que otra que no lo ha sido. Una piel con arrugas y manchas ya marcadas o una que sólo las tiene incipientes. Igual que una piel seca que una piel grasa.

Hay que tener en cuenta que los resultados difieren entre unas personas y otras por estos y otros muchos factores, así que hay que mantener unas expectativas realistas. Estos principios activos funcionan difuminando los signos de la edad y, sobre todo y más importante, los previenen. Contra los signos de la edad, mejor prevenir que curar.

Las concentraciones de cada principio activo varían y se combinan en una fórmula que se adapta a diferentes tipos de piel y a diferentes bolsillos. Unos principios activos son más costosos que otros, por sí mismos y por las implicaciones que tienen sobre la fabricación y conservación del producto final. Unos requieren de bases ricas y otros de bases ligeras para ser realmente eficaces.

Hay muchas razones por las que no existe una única mejor crema antiedad, sino que en el mercado existe una gran variedad de mejores cremas antiedad. Eso sí, las mejores se fundamentan en principios activos de probada eficacia.

Es imposible ponerse de acuerdo sobre cuál es la mejor crema antiedad porque no existe la mejor crema antiedad universal, que satisfaga por igual todos los casos posibles. La que para mí es la mejor crema antiedad, por mi tipo de piel y mi estilo de vida, quizá para ti no lo sea, por muchos ingredientes que coincidan con los citados. Para averiguar cuál es tu mejor crema antiedad, acude a tu dermatólogo, a tu farmacéutico o a tu dermoconsejero. Cuanto mejor conozcas tu piel y tus necesidades, mejores opciones van a ofrecerte. Seguro que entre sus ingredientes encuentras algunos de estos seis principios activos que, según la ciencia, funcionan.

Fuentes principales:

Improvement of Naturally Aged Skin With Vitamin A (Retinol). Reza Kafi, MD; Heh Shin R. Kwak, MD; Wendy E. Schumacher, BS; et al Soyun Cho, MD, PhD; Valerie N. Hanft, MD; Ted A. Hamilton, MS; Anya L. King, MS; Jacqueline D. Neal, BSE; James Varani, PhD; Gary J. Fisher, PhD; John J. Voorhees, MD, FRCP; Sewon Kang, MD. Arch Dermatol. 2007;143(5):606-612.

Human skin penetration of hyaluronic acid of different molecular weights as probed by Raman spectroscopy. Essendoubi M , Gobinet C, Reynaud R, Angiboust JF, Manfait M, Piot O. Skin Res Technol. 2016 Feb;22(1):55-62

A Multicenter, Single-Blind Randomized, Controlled Study of a Volumizing Hyaluronic Acid Filler for Midface Volume Deficit: Patient-Reported Outcomes at 2 Years. Pocos J, Cox SE, Paradkar-Mitragotri D, Murphy DK. Aesthet Surg J. 2015 Jul;35(5):589-99

Glycolic acid treatment increases type I collagen mRNA and hyaluronic acid content of human skin. Bernstein EF1, Lee J, Brown DB, Yu R, Van Scott E. Dermatol Surg. 2001 May;27(5):429-33.

Topical ascorbic acid on photoaged skin. Clinical, topographical and ultrastructural evaluation: double-blind study vs. placebo. Philippe G. Humbert, Marek Haftek, Pierre Creidi, Charles Lapière, Betty Nusgens, Alain Richard, Daniel Schmitt, André Rougier, Hassan Zahouani. Experimental Dermatology. Volume 12, Issue 3. June 2003. Pages 237–244

Efecto de los alfahidroxiácidos en la permeabilidad de la epidermis humana in vitro. Octavio Díez Sales, Alfonso Copoví y Marina Herráez. Dep. de Farmacia y Tecnología Farmacéutica. Universidad de Valencia.

Coenzyme Q 10, a cutaneous antioxidant and Energizer. Hoppe, U.; Bergemann, J. Diembeck, W. Ennen, J. Gohla, S. Harris, I. Jacob, J. Kielholz, J. Mei, W. Pollet, D. Schachtschabel, D. Sauermann, G. Schreiner, V. Stäb, F. Steckel, F. Journal Biofactors, vol. 9, no. 2‐4, pp. 371-378, 1999

¿Cómo funciona tu crema solar? Dimetilsulfuro.es, 2015

Use of salicylic derivatives for the treatment of skin aging. Jean L. Leveque, Didier Saint Leger. Patent US 5262407 A, 1993.

Sobre la autora: Déborah García Bello es química y divulgadora científica

El artículo Así es la mejor crema antiedad según la ciencia se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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Juan Ignacio Pérez eta Miren Bego Urrutia Janaria

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Itsas zapoa (Lophius sp) «eseri-eta-itxaron» motako harraparia dugu. Sakonera desberdineko hondo bigunetan bizi da, eta kostaldeko ur ez oso sakonetatik 500 metroko sakoneraraino egon daiteke. Hondoko jalkipean sartzen da, eta horri esker harrapakinek ez dute ikusten. Gorputza ez, baina buru gainetik ateratzen zaion antena moduko luzakin bat bai ikusten dute. Bizkar-hegatsaren hezur batetik eratorria da luzakin hori.

Lophiusek arrantza egiteko erabiltzen du luzakina. Mugitu egiten du zizare baten mugimenduak antzeratuz. Iraulkatzen den edo sigi-saga dabilen «zizare» bat ikustean, harrapakina hurbildu egiten zaio eta zapoak, luzakinaren mugimenduen bitartez, ahorantz erakartzen du. Alboan dagoenean, ziztu bizian irekitzen du ahoa, ur-korronte bortitza sorturik. Kontuan hartu behar da zer-nolako ahoa duen zapoak: oso handia da eta muskulu indartsuak ditu. Egia esan, ez dakigu ba ote den aho handiagorik duen animaliarik, gorputzaren tamaina kontuan harturik, jakina. Aho beldurgarri horrek sorturiko korronteak aho-barrura sartzen du harrapakina. Hortik alde egiterik ez dago, itsas zapoak hortz asko, oso zorrotzak eta barrurantz makurtutakoak baititu. Hasieran esan bezala, «arrantzan» egiten du zapoak. Luzakinak kanaberaren antza du, eta luzakinaren puntak, beitarena. Azkenean, harrapari gisa jokatu nahi izan duena harrapakin bihurtzen da, ia konturatu gabe.

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Egileez: Juan Ignacio Pérez Iglesias (@Uhandrea) eta Miren Bego Urrutia Biologian doktoreak dira eta UPV/EHUko Animalien Fisiologiako irakasleak.

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Artikulua UPV/EHUren ZIO (Zientzia irakurle ororentzat) bildumako Animalien aferak liburutik jaso du.

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La galaxia NGC 7479. Foto: Daniel López/IAC

La naturaleza de la materia oscura sigue siendo uno de los grandes misterios de la ciencia. Tanto es así que hay científicos que consiguen gran eco mediático simplemente proponiendo teorías en las que la materia oscura no aparece. Pero ninguna de estas teorías termina de explicar las cosas tan bien como lo hace la materia oscura. O las materias oscuras, porque sabemos tan poco de ella que no sabemos con seguridad si es caliente, fría, tibia o si interactúa consigo misma.

La materia oscura auto-interactuante -una forma hipotética de materia oscura hecha de partículas que interactúan entre sí- es un recurso que soluciona problemas en cosmología. A escalas galácticas o menores, puede corregir discrepancias entre las observaciones y las predicciones del modelo cosmológico estándar, que en su lugar considera una materia oscura “fría” que no interactúa consigo misma. Y esto lo hace dejando intacto el éxito del modelo estándar a escalas más grandes.

Ahora, Ayuki Kamada, de la Universidad de California en Irvine, y sus colegas demuestran que la materia oscura auto-interactuante también puede explicar la diversidad de curvas de rotación de las galaxias, para entendernos, las gráficas que resultan de representar las velocidades de las estrellas en una galaxia frente a su distancia al centro de la misma.

Las estrellas y el gas en las galaxias suelen girar a una velocidad constante más allá de una cierta distancia del centro de la galaxia: las curvas de rotación son esencialmente planas, sin importar lo masivos que sean los “halos” de materia oscura en los que están sumergidos. Pero las galaxias con halos de materia oscura de masa similar pueden tener curvas muy diferentes por debajo de esa distancia: algunas curvas suben abruptamente hacia la meseta y otras gradualmente. Esta diversidad es difícil de explicar en el marco del modelo de materia oscura fría estándar.

Los investigadores analizaron las curvas de rotación de 30 galaxias que representan esta diversidad y compararon las curvas con las que se derivan de un modelo galáctico que habían desarrollado. Este modelo incluye un halo de materia oscura que interactúa consigo mismo en la región interior, y tiene en cuenta la distribución de la materia visible en el halo, así como la historia de la formación del halo. Los investigadores encontraron que el modelo proporciona un ajuste excelente a los datos, dando apoyo a la hipótesis de que la materia oscura es auto-interactuante.

Con todo, este es solo un dato más entre los muchos que habrá que generar para algún día poder resolver uno de los grandes misterios de la ciencia de hoy, a saber, qué es la materia oscura.

Referencia:

Ayuki Kamada, Manoj Kaplinghat, Andrew B. Pace, and Hai-Bo Yu (2017) Self-Interacting Dark Matter Can Explain Diverse Galactic Rotation Curves Phys Rev. Lett. doi: 10.1103/PhysRevLett.119.111102

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

Este texto es una colaboración del Cuaderno de Cultura Científica con Next

El artículo La materia oscura auto-interactuante y las curvas de rotación de las galaxias se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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Para empezar esta entrada del Cuaderno de Cultura Científica os voy a proponer un juego. A continuación, vamos a mostrar dos listas. La primera lista, la situada a la izquierda, está formada por los nombres de cinco grandes artistas del siglo XX (Sonia Delaunay, Maruja Mallo, Lee Krasner, Georgia O’Keefe y Loïs Mailou Jones) y la lista de la derecha contiene los títulos de cinco obras de arte, una de cada una de las artistas de la primera lista. El juego consiste en unir cada una de las artistas de la fila de la izquierda con su correspondiente cuadro en la lista de la derecha.

A continuación, podéis ver las obras mencionadas. Y mientras vais viendo cada una de las pinturas podéis intentar asociarla con la artista que la pintó, cuyo nombre es uno de los de la lista de arriba.

1. Criaturas de la noche (1965)

2. Prismas eléctricos (1914)

3. Formas y colores (1958)

4. Amapolas orientales (1928)

5. Canto de espigas (1929)

Si ya habéis dado una respuesta al juego, podéis seguir adelante con la lectura de esta entrada, aunque si aún no habéis asociado cada artista con una obra podéis volver a mirarlas y haced vuestra elección.

La respuesta correcta a este juego relacionado con el arte es: (A, 2), (B, 5), (C, 1), (D, 4) y (E, 3).

Pero pensemos un poco en el juego y en las diferentes elecciones que se podrían haber hecho. Para empezar, ¿cuántas formas existen de unir los cinco nombres de artistas con los cinco títulos de cuadros, es decir, cuántas posibles respuestas, aunque sean erróneas, tiene el juego?

La solución a esta cuestión seguro que ya la conocéis. Es el número de aplicaciones biyectivas del primer conjunto {A, B, C, D, E} en el segundo {1, 2, 3, 4, 5} o, equivalentemente, de permutaciones de cinco elementos. Si pensamos en que tenemos que asociar a cada una de las letras A, B, C, D y E (que son las artistas), uno de los números 1, 2, 3, 4 y 5 (que son los cuadros), cada posible respuesta al juego es una permutación de los números {1, 2, 3, 4, 5}. Así, la respuesta correcta era la permutación {2, 5, 1, 4, 3}. El número de permutaciones de 5 elementos, o lo que es lo mismo, respuestas al juego de los cuadros, correctas o no, es el factorial de 5, 5! = 5 × 4 × 3 × 2 × 1 = 120. Esto se debe a que, si empezamos por orden, a la artista A la podemos asociar con cada uno de los 5 números {1, 2, 3, 4, 5}, pero una vez realizada una elección para A, y para cada una de ellas, hay 4 posibles elecciones para B. En resumen, para A y B hay en total 5 × 4 = 20 posibles asociaciones de números. Seguimos. Fijadas A y B, y para cada una de las 20 elecciones posibles de ellas, quedarán 3 números libres para poder asociar a C, dos para D, elegida también la opción para C, y finalmente, fijadas las anteriores, solo habrá 1 posibilidad para E. Es decir, las posibles respuestas son 5 × 4 × 3 × 2 × 1 = 120.

Más aún, de esas 5! = 120 posibles respuestas al juego, solo una de ellas es la correcta, como sabemos (A, 2), (B, 5), (C, 1), (D, 4) y (E, 3), pero ¿para cuántas respuestas no habríamos acertado ninguno de los cuadros de las cinco artistas? ¿O un cierto número dado de cuadros, por ejemplo, solo uno? De estas cuestiones vamos a hablar en esta entrada del Cuaderno de Cultura Científica.

Este problema se conoce con el nombre de problema de las cartas extraviadas, o mal dirigidas, aunque también se conoce con otros muchos nombres, entre ellos, el problema de la encargada del guardarropa, el problema de los sombreros, el problema de las coincidencias, el problema de los desarreglos o el problema de Bernoulli-Euler.

El problema dice así:

Determinar el número de permutaciones de n elementos (por ejemplo, los n primeros números {1, 2, …, n}) en las que ningún elemento ocupa su posición natural.

Aunque normalmente el problema se expresa de una forma más divulgativa, cercana al juego que hemos planteado al principio de esta entrada, y que es el motivo por el que recibe el nombre de problema de las cartas extraviadas:

Una persona ha escrito n cartas a n personas distintas (por ejemplo, n amigas suyas) y escribe las direcciones de estas en n sobres. ¿De cuántas formas puede colocar las n cartas en los n sobres de forma que todas las cartas estén en sobres “incorrectos”, es decir, que no lleven la dirección que le corresponde a la carta que contienen?

Casillas antiguas de apartados de correos

El problema fue propuesto originalmente por el matemático francés Pierre Rémond de Montmort (1678-1719) en su libro sobre probabilidad y juegos de azar Essay d’analyse sur les jeux de hazard (Análisis de los juegos de azar), de 1708. De Montmort había introducido en su libro un juego de cartas llamado Treize (trece), que es como el juego la ratonera de Arthur Cayley, pero con 4 tacos de 13 cartas (precisamente una baraja francesa de póquer, tiene 52 cartas, con cuatro palos –corazones, diamantes, tréboles y picas– y cada palo con 13 cartas, que podemos considerar numeradas del 1 al 13).

Página del libro “Essay d’analyse sur les jeux de hazard”-Análisis de los juegos de azar- (1708), de Pierre Rémond de Montmort

De Montmort se propuso el análisis del juego del Treize, así como algunos problemas más sencillos relacionados con el mismo, entre los que estaba el que denominó el “problema del reencuentro”, que no es otro que el enunciado arriba (problema de las cartas extraviadas).

De Montmort discutió ampliamente este problema con su amigo el matemático Nicolas Bernoulli (1687-1759) en la extensa correspondencia que mantuvieron entre ambos, así como con Johann Bernoulli (1667-1748).

En la segunda edición de su libro Essay d’analyse sur les jeux de hazard, de 1813, de Montmort publica la solución del problema del reencuentro (problema de las cartas extraviadas), así mismo la solución de Nicolas Bernoulli aparece en la correspondencia con de Montmort, la cual es incluida por el francés en esa segunda edición. Otros grandes matemáticos analizaron el problema, como Leonhard Euler (1707-1783) en Calcul de la probabilité dans le jeu de rencontre (1743), Abraham de Moivre (1667-1754) en The Doctrine of Chances (1756), Johann H. Lambert (1728-1777) en Examen d’une espèce de superstition ramenée au calcul des probabilités (1773) o Pierre-Simon Laplace (1749-1827) en Théorie Analytique des Probabilités (1812).

Primer página del libro “The Doctrine of Chances” (1756) de Abraham de Moivre

Pero vayamos con la demostración del problema de las cartas extraviadas. La demostración que vamos a mostrar aquí es la realizada por Leonhard Euler, y aparece recogida en el libro 100 Great Problems of Elementary Mathematics: Their History and Solutions.

Vamos a denotar por c1, c2, …, cn los objetos (por ejemplo, las cartas), por S1, S2, …, Sn las posibles posiciones (en la versión de las cartas serían los sobres) y por D(n) el número de permutaciones de n objetos en las cuales ninguno queda en su posición original, es decir, ninguna carta está en el sobre que le corresponde.

Se consideran dos casos:

Caso 1. Las permutaciones de los objetos, esto es, las formas de meter las cartas en los sobres, de manera que la carta c1 está en el sobre S2 (en general, sería cuando el objeto c1 está en la posición S2) y la carta c2 está en el sobre S1.

En este caso, las demás cartas c3, c4, …, cn van a estar en los sobres S3, S4, …, Sn, pero cada una de esas n – 2 cartas ci no está en el sobre correcto Si (i = 3, 4, …, n). Por lo tanto, el número de estas permutaciones es D(n – 2), es decir, el número de permutaciones de n – 2 objetos de forma que ninguno esté en su posición original.

Caso 2. Las permutaciones para las cuales la carta c1 está en el sobre S2, pero la carta c2 no está en el sobre S1.

En estas permutaciones la carta c1 está en el sobre S2, y hay que distribuir las cartas c2, c3, …, cn en los sobres S1, S3, …, Sn, de forma que c2 no esté en S1, c3 no esté en S3, c4 no esté en S4, así hasta la carta cn que no puede estar en Sn. Es decir, si pensamos que al no poder estar la carta c2 en el sobre S1, podemos “asociar” c2 y S1, entonces el número de formas de realizar dicho reparto (la carta c1 está en el sobre S2, pero la carta c2 no está en el sobre S1) es D(n – 1).

En resumen, estos dos casos me muestran que el número de permutaciones de n objetos en las que ningún objeto está en su posición original, pero además c1 está en S2, es igual a

D(n – 2) + D(n – 1).

Y como un argumento similar se puede aplicar a los casos en los que c1 está en S3, S4, …, Sn, se ha demostrado que el número de permutaciones de n objetos en las que ningún objeto está en su posición original es

D(n) = (n – 1) · [D(n – 2) + D(n – 1)]. (fórmula 1)

Fragmento del artículo “Solutio quaestionis curiosae ex doctrina combinationum” (1811), de Leonhard Euler en la que aparece la fórmula recursiva anterior. La notación de Euler para D(n) es Π:n

La fórmula (recursiva) 1 anterior puede reescribirse de la siguiente forma

D(n) – n · D(n – 1) = – [D(n – 1) – (n – 1) · D(n – 2)].

De donde se deduce por recursión y teniendo en cuenta que D(1) = 0 (no hay forma de meter 1 carta en 1 sobre sin acertar), D(2) = 1 (solo hay una forma de meter 2 cartas en 2 sobres de forma incorrecta, cada carta en el sobre que no es) y (–1)n-2 = (–1)n,

D(n) – n · D(n – 1) = (–1)n, (fórmula 2)

puesto que

D(n) – n · D(n – 1) = – [D(n – 1) – (n – 1) · D(n – 2)]

= (–1)2 [D(n – 2) – (n – 2) · D(n – 3)]

= (–1)3 [D(n – 3) – (n – 3) · D(n – 4)]

= … = (–1)n-2 [D(2) – 2 · D(1)].

Fragmento del artículo “Solutio quaestionis curiosae ex doctrina combinationum” (1811), de Leonhard Euler en la que aparece la fórmula recursiva 2. La notación de Euler para D(n) es Π:n

Si consideramos la fórmula (recursiva) 2 anterior y la dividimos por n!, se obtiene

D(n) / n! –D(n – 1) / (n – 1)! = (–1)n / n!.

De nuevo un argumento recursivo nos lleva a la fórmula

D(n) / n! = (–1)2 / 2! + (–1)3 / 3! + … + (–1)n / n!.

O equivalentemente,

Así, para un número n pequeño de objetos (respectivamente, de cartas) podemos calcular el número D(n) de las permutaciones de esos n objetos en las cuales ninguno queda en su posición original. En concreto, D(3) = 2, D(4) = 9, D(5) = 44, D(6) = 265 y D(7) = 1854. A estos números se les suele conocer con el nombre de números de Montmort o números de desarreglos, y en la Enciclodepia on-line de sucesiones de enteros (OEIS) es la sucesión de números A000166.

Fragmento del artículo “Solutio quaestionis curiosae ex doctrina combinationum” (1811), de Leonhard Euler en el que Euler calcula, utilizando la fórmula recursiva 1, el valor de D(n), que él denota Π:n, para valores de n entre 1 y 10

Si tenemos en cuenta que en el juego del inicio de esta entrada teníamos cinco artistas, es decir, n es 5, sabemos que el número de soluciones del juego para las cuales no se acierta ni uno solo de los cuadros es D(5) = 44, del total de 120 posibles.

La fórmula obtenida para D(n) se puede demostrar también utilizando el principio de inclusión-exclusión, que es como lo realizó Abraham de Moivre, y quien esté interesado en la misma la puede encontrar por ejemplo en el libro How to count, an introduction to combinatorics.

Pero el problema de las cartas extraviadas, o de los desarreglos, que aquí hemos presentado en su versión combinatoria, suele presentarse también en su versión probabilística.

Problema: Una persona ha escrito n cartas a n personas distintas, escribe las direcciones de estas en n sobres y mete “sin mirar” (al azar) las n cartas en los n sobres. ¿Cuál es la probabilidad de que ninguna de las cartas acabe en el sobre correcto, es decir, con la dirección que le corresponde?

Teniendo en cuenta que la probabilidad de un evento, en este caso que todas las cartas acaben en sobres incorrectos, es igual al número de casos favorables, que es D(n) y acabamos de calcularlo, dividido entre el número de casos posibles, que es n!, entonces dicha probabilidad P(n) es

Ahora si tenemos en cuenta la serie de la función exponencial ex:

para x = – 1, se tiene que la probabilidad P(n) de que ninguna de las cartas acabe en el sobre correcto se va acercando a 1/e, que es aproximadamente 0,36788 (36,788%), a medida que n va siendo cada vez mayor,

Además, dicha convergencia es muy rápida, como podemos observar en la siguiente tabla.

Si volvemos al juego del inicio de esta entrada, observamos que si hemos contestado al azar, la probabilidad de no acertar ni uno solo de los cuadros es del 36,67%, que es bastante alta.

Por otra parte, el problema probabilístico de las cartas extraviadas se puede extender al problema general de que haya un cierto número dado de cartas que sí están en el sobre correcto.

Problema: Una persona ha escrito n cartas a n personas distintas, escribe las direcciones de estas en n sobres y mete “sin mirar” (al azar) las n cartas en los n sobres. ¿Cuál es la probabilidad de que exactamente k de las n cartas acabe en el sobre correcto, es decir, con la dirección que le corresponde?

La respuesta es

Como curiosidad, si deseamos saber la probabilidad de que solamente una carta de las n posibles acabe en el sobre correcto, observamos que es P(n,1) = P(n – 1). Es decir, para valores grandes de n, esa cantidad se aproxima, de nuevo, a 0,36788 (36,788%).

Vamos a terminar esta entrada del Cuaderno de Cultura Científica recordando un episodio lamentable, el del accidente del Yak-42 en Turquía, en el que el problema de las cartas extraviadas, aunque en esa ocasión se mencionó como el problema de los sombreros, apareció citado en un medio de comunicación.

Noticia del 2 de septiembre de 2004, de El País

En el accidente del avión Yak-42 del 26 de mayo de 2006 (para quien desee más información sobre el tema puede consultar aquí ), murieron 62 militares españoles. De los 30 cadáveres que tenían que identificar las autoridades españolas (los otros 32 fueron identificados correctamente por las autoridades turcas), no acertaron ni uno solo, como se menciona en el titular de la siguiente noticia de El País “Defensa no acertó a identificar ni una sola de las víctimas del Yak-42”.

Parecía sorprendente que de las 30 identificaciones, que obviamente habían sido realizadas al azar, no se hubiese acertado ni siquiera una. Como hemos explicado a lo largo de esta entrada, y como se explicó en el recuadro “El problema de los sombreros” de la mencionada noticia de El País, la probabilidad de no acertar en ninguna de las identificaciones (habiendo sido realizadas estas al azar) era del 36,79%, muy alta, luego era bastante probable. Pero si además tenemos en cuenta que, como hemos mencionado también, la probabilidad de que solamente acertaran una identificación también era del 36,79%, entonces la probabilidad de que no acertaran ninguna, o solamente una, identificación era del 73,58%. Muy, muy alta.

Bibliografía

1.- Miodrag S. Petkovic, Famous puzzles of Great Mathematicians, AMS, 2009.

2.- Heinrich Dorrie, 100 Great Problems of Elementary Mathematics: Their History and Solutions, Dover, 1965.

3.- R. B. J. T. Allenby, Alan Slomson, How to count, an introduction to combinatorics, CRC Press, 2011.

4.- Montmort’s Problême du Treize, MacTutor History
of Mathematics archive, 2015.

5.- The Euler Archive

Sobre el autor: Raúl Ibáñez es profesor del Departamento de Matemáticas de la UPV/EHU y colaborador de la Cátedra de Cultura Científica

El artículo El problema matemático de las cartas extraviadas se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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Juanma Gallego Itsasontziek eragiten duten kutsadurak ekaitzen sorreran eragina duela proposatu dute zientzialariek. Munduan zehar sortzen diren tximistak ikertzean konturatu dira itsas garraioaren eta tximista kopuruaren arteko loturaz.

Mari zen gurean. Eskandinavian, aldiz, Thor zen ekaitzen erantzule. Eta ezaguna da ere Antzinako Grezian Zeus jainkoa zela tximistekin jolasean aritzen zena. Meteorologoek istorio horien xarma kendu badigute ere, oso ondo datorkigu jakitea zer eguraldia egingo duen. Eguraldia iragartzeko datu andana baliatu behar dituzte zientzialariek, eta badirudi faktore guztiak kontrolpean daudela. Ondorioz, eta ordenagailuetako konputazio ahalmenari esker, datuak jasotzeko gai diren estazio eta satelite ugari edukitzea nahikoa omen da eguraldia iragartzeko.

Zentzu horretan, zaila da irudikatzea orain arte kontuan hartu ez den faktore bat egotea, baina hala dela dirudi. Izan ere, itsasoan sortutako kutsadurak ekaitzak indartzeko ahalmena izan dezakeela jakin berri da orain, Washingtongo Unibertsitateko ikertzaileek ezagutzera eman duten aurkikuntza baieztatzen bada, bederen. Itsas garraioaren eta tximista kopuruaren arteko harremana dagoela iradoki dute ikertzaile horiek. Hilaren hasieran Geophysical Research Letters aldizkarian idatzitako zientzia artikulu batean argitaratu dituzte emaitzak .

1. irudia: Itsasontziek jarraitzen dituzten ibilbideen gainean tximista kopurua ia biderkatzen dela ikusi dute. (Argazkia: Jeremy Bishop/Unsplash)

Katrina Virts ikertzailea izan zen “eureka” une horietako batean lotura ikusi zuen lehena. Washingtongo Unibertsitatean Doktoretza ondorengo ikerketa egiten ari zela, mundu mailako tximisten erregistroak aztertzeari ekin zion: World Wide Lightning Location Network izeneko sarea, hain zuzen. 2005etik 2016ra arte erregistratutako tximistak jasotzen dira datu-base horretan; guztira 1.500 milioi tximista inguru.

Zeregin horretan zegoela, Indiako Ozeanoan zehar zabaltzen zen tximisten marra ia zuzena ikusi zuen mapan, eta atentzioa eman zion. Hain egitura bitxia ikustean, horren atzean zioren bat egon zitekeela pentsatu zuen, eta unibertsitateko kideekin misterio hori argitzeari ekin zion. Eta aurkitu zuten. Proposatu dutenaren arabera, itsasontziak dira errudunak.

Itsasontziek egindako isurien datuekin alderatu dute tximistek jarraitutako patroi bitxi hori, eta hor azaleratu da harremana. Bata bestekoarekin alderatuz, zientzialariek ikusi dute itsasontziek jarraitzen dituzten ibilbideen gainean tximista kopurua ia biderkatu egiten dela Indiako Ozeanoan eta Txinako Hego Itsasoan.

Lotura eremu horretan agertzea ez da kasualitatea. Txina munduko faktoriarik handiena bihurtu den mende horretan, bertatik ateratzen dira itsas garraio gehienak. Garrantzi estrategiko handikoa den Malakako itsasartea zeharkatzen dute itsasontziek, gero Txinako Hego Itsasora ateratzeko.

Kondentsazio nukleoak

Funtsean, tximisten mapa eta itsasontzien mapa elkartzean ikusi dute harremana, zientzialariek beraiek aitortu dutenez. “Bi mapa horiek parean jarrita, bistan zegoen itsasontziek harremana izan behar zutela tximisten sorrerarekin”, nabarmendu du ikerketaren egile nagusi Joel Thorntonek prentsa ohar batean. “Erregaiek sortzen dituzten partikulak direla eta, gizakia ekaitzetan sortzen diren prozesuen indarra aldatzen ari da”, gaineratu du.

Halere, aurkeztu dutena ez da korrelazio hutsa, noski. Aldagaien arteko halako harremanak erabilita ia edozein gauza defenda liteke eta. Azalpen zientifiko batez babestu dute haien proposamena.

2. irudia: Goiko mapak urte batean izaten diren tximisten batez bestekoa erakusten du. Beheko mapak, berriz, itsasontzietako aerosolen kutsadura. (Irudia: Thornton et al/Geophysical Research Letters/AGU)

Errekuntza motor guztiek ihesak sortzen dituzte. Isuri horiek kedarreko partikula ñimiñoak daramatzate, eta baita nitrogenozko zein sufrezko konposatuak ere. Aerosolak dira horiek, eta hiri handietan sortu ohi den gandua eragiten dute. Baina, era berean, kondentsazio nukleo bezala funtzionatzen dute partikula horiek. Partikulen inguruan metatzen da atmosferan dagoen ur-lurruna, eta horrela sortzen dira euri tantak.

“Partikula hauek hodeiak sortzeko gai diren nukleo bezala funtzionatzen dute, eta ekaitzen garapen bertikala aldatzeko ahalmena dute. Horrela, hodeiak puntu gorenetara eramaten dituzte, eta bertan tximistak sortuko dituen elektrifikazioa eragiten dute”, laburbildu dute egileek. Altitude handietan, euri tanta eta izotz pusken arteko talkek elektrifikazioa eragiten dute. Tximistak, beraz, ekaitzaren indarraren erakusle dira.

Ikertzaileek alboratu dituzte fenomenoa azal zezaketen bestelako faktoreak, hala nola haizeteak edo atmosferaren tenperaturaren estruktura.

Ozeanoak zeharkatzen dituztenean, merkantzia ontziek etengabe isurtzen dituzte horrelako ihesak. Ondorioztatu dute, beraz, itsasontziek isuritako aerosolak direla tximisten kopurua bikoizten dutenak. Ibilbide jakinak baliatzen dituzte itsasontzi horiek, itsasoetako autobideak balira bezala. “Errei hauek martxan dagoen benetako esperimentua suposatzen dute, eta aukera ematen digute ikusteko nola partikula bidezko kutsadura sortzen duten giza jarduerak ekaitzen indarra aldatzeko gai diren”, gaineratu dute ikertzaileek.

Erreferentzia bibliografikoa:

Thornton, J. A., K. S. Virts, R.H. Holzworth, and T.P.Mitchell (2017), Lightning enhancement over major oceanic shipping lanes, Geophys. Res. Lett., 44, doi:10.1002/2017GL074982.

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Egileaz: Juanma Gallego (@juanmagallego) zientzia kazetaria da.

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J. B. Johnston, uno de los fundadores de la neurobiología evolutiva, afirmó en 1923, refiriéndose a diferentes grupos de vertebrados, que “new structures have not appeared” (no han aparecido nuevas estructuras). Y sin embargo, tal y como hemos visto en las anotaciones anteriores, los encéfalos de unas especies carecen de estructuras que sí aparecen en otras. Es más, el uso del prefijo “neo” en neuroanatomía es muy común.

Ludwig Edinger, otro de los precursores, había propuesto en 1908 que en el curso de la evolución del encéfalo de vertebrados se añadió un “neencephalon” al “palaeencephalon” preexistente. Esa idea tuvo amplia aceptación en la primera mitad del siglo XX y dio lugar a la visión más general de que los encéfalos han evolucionado por la acumulación de partes nuevas. La idea tiene el atractivo de que implica un aumento de la complejidad: como se añaden partes nuevas, el número de regiones aumenta, luego la complejidad es mayor. Sin embargo, Johnston había comprobado por sí mismo y a partir de trabajos de otros investigadores que las consideradas nuevas tenían estructuras homólogas1 en los vertebrados “inferiores”. Por ejemplo, el pallium de peces y reptiles, aunque de aspecto muy diferente, es homólogo al neocortex de mamíferos y por lo tanto, éste no se puede considerar propiamente “nuevo”. En la actualidad se acepta que en el curso de la evolución de vertebrados no han aparecido estructuras nuevas, entendiendo nuevas como no homólogas a estructuras precursoras, pero lo que es claro es que, en general, conforme han ido surgiendo nuevos grupos, sus encéfalos han ido siendo cada vez más complejos, porque el número de regiones encefálicas o agrupamientos celulares ha aumentado. De hecho, una somera comparación de su número sugiere que la complejidad ha aumentado y disminuido en la evolución de los vertebrados en varias ocasiones.

Número de áreas encefálicas diferenciables (la secuencia sigue un orden de diferenciación en el curso de la evolución): mixinos (peces brujas): 36; lampreas: 25; tiburones: 46; rayas: 45; bichires de Cuvier (osteíctio actinopterigio): 46; teleósteos: 71; peces pulmonados: 29; salamandras: 31; ranas: 50; reptiles: 85; aves: 87; mamíferos: 257.

A la vista de esos datos parece que la complejidad encefálica aumentó en los peces teleósteos, más adelante en el origen de los amniotas y después con los mamíferos. Y descendió con los peces pulmonados y las salamandras. Así pues, los encéfalos han variado en su número de estructuras y, en general, la tendencia ha sido de aumento.

Hay varios mecanismos que pueden explicar el aumento de regiones encefálicas sin que se hayan generado (filogenéticamente) nuevas estructuras. Pueden haber aparecido por conversión filogenética (cuando una estructura se transforma en otra) o proliferación filogenética, y dentro de esta, segregación (cuando una estructura da lugar a dos o más) y adición (cuando una estructura surge ex novo).

La aparición de estructuras en láminas a partir de una anterior homóloga pero no laminar es un caso paradigmático de conversión filogenética. Tienen estructuras laminares el lóbulo vagal de los teleósteos ciprínidos, el torus semicircularis de los peces eléctricos Gymnotidae, y el núcleo geniculado lateral dorsal de los mamíferos; todas estas estructuras son homólogas a otras no laminadas que existen en grupos relacionados. Una clara ventaja de la estructura laminar es que minimiza las longitudes de conexión neuronal y, por lo tanto, permite ahorros en energía, espacio y tiempos de conducción. También facilita la emergencia de funciones más complejas que los reflejos. La estructura laminar se desarrolla con facilidad y es funcionalmente ventajosa porque las neuronas en láminas diferentes pueden conectarse con mínimo cableado (dendritas y axones).

El término segregación filogenética se acuñó para denominar la diferenciación de ganglios (núcleos) a partir de un tejido poco diferenciado del tallo encefálico, y se puede aplicar, en general, a aquellos casos en los que regiones encefálicas homogéneas dan lugar a varias regiones diferentes, ninguna de las cuales es homóloga (una a una) a la antigua. Un ejemplo es el tálamo dorsal, que contiene bastantes más núcleos en amniotas que en anamniotas. Otro es el del complejo preglomerular de los peces (osteíctios) actinopterigios, con un número de núcleos muy diferente en unas especies y otras. El número de núcleos es mayor cuanto más recientemente han evolucionado las especies. El aumento en el número de núcleos se atribuye a un proceso de proliferación filogenética, que muy probablemente ha ocurrido por segregación.

Los casos mejor conocidos de adición son el lóbulo de la línea lateral electrosensorial de peces eléctricos, la válvula cerebelar, que solo aparece en teleósteos, la porción electrosensorial del torus semicircularis del encéfalo medio de los Gymnotidae y los siluros; o el torus longitudinalis del techo óptico de todos los (osteíctios) actinopterigios. Las adiciones pueden producirse mediante desarrollo de nuevas estructuras a partir de tejido embrionario. Ese tejido precursor, que en estadios evolutivos anteriores daba lugar a una estructura determinada en el encéfalo adulto, puede –además de conservar la anterior- generar nuevas estructuras en fases evolutivas posteriores. Lo puede hacer, además, mediante dos posibles vías. Una consistiría en una nueva forma de expresión génica en una zona de ese tejido precursor. Y la otra se puede producir si el tejido en cuestión alcanza un tamaño mayor y parte de la estructura se ve expuesta a estímulos ontogenéticos diferentes, de manera que su desarrollo cursa de forma distinta, dando lugar a una estructura nueva.

Un aspecto de especial interés es el modo en que se han desarrollado las diferentes áreas corticales. Se ha constatado que mamíferos de muy diferentes grupos tienen las mismas áreas sensoriales primarias y secundarias bien diferenciadas. Y algo similar cabe decir de las áreas motoras en placentarios. Lo más probable es, por lo tanto, que las áreas sensoriales y motoras de niveles básicos de la corteza surgieran ya en los primeros mamíferos, lo que no parece ser el caso de las áreas corticales de niveles superiores. ¿Cómo surgieron, entonces, esas áreas de orden superior? Al respecto se han formulado diferentes hipótesis, como la de la posibilidad de una agregación selectiva de heterogeneidades modulares preexistentes en las áreas antigua, o la duplicación de áreas preexistentes y posterior diferenciación funcional, entre otras. No obstante, hay aspectos sustanciales de la arquitectura encefálica y de la diversificación de áreas que no son explicadas de forma satisfactoria por ninguna de las hipótesis formuladas.

Para concluir, remarcaremos la idea de que sean cuales sean los mecanismos implicados en la aparición de nuevas áreas o regiones en el encéfalo de los vertebrados, parece claro que un mayor número de áreas es ventajoso desde el punto de vista funcional, porque de esa forma pueden especializarse en tareas diferentes. La división del trabajo redunda en una mayor eficiencia aunque también reduce la flexibilidad del sistema. No obstante, en el curso de la evolución de las especies de vertebrados parece haberse favorecido la eficiencia en perjuicio de la flexibilidad. De esa forma se han alcanzado encéfalos de gran tamaño, lo que no hubiera sido posible con bajos niveles de diferenciación. En síntesis, a lo largo de la evolución se han ido desarrollando encéfalos más complejos porque son funcionalmente útiles y han sido la única forma de tener grandes números de neuronas sin sacrificar su funcionalidad.

Fuentes:

Eric R, Kandel, James H. Schwartz, Thomas M. Jessell, Steven a. Siegelbaum & A. J. Hudspeth (2013): Principles of Neural Science 5th ed., Mc Graw Hill, New York

Georg F. Striedter (2005): Principles of Brain Evolution, Sinauer & Co, Sunderland USA

Nota:

1Homólogo es un rasgo que tiene origen común, o sea que evolucionó una vez.

Sobre el autor: Juan Ignacio Pérez (@Uhandrea) es catedrático de Fisiología y coordinador de la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU

El artículo Sistemas nerviosos: evolución de la estructura encefálica se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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