Zientzia

Jon Iñaki Arrizubieta, Eneko Ukar, Magdalena Cortina, Jose Exequiel Ruiz, Ines Asegionolaza, Aitzol Lamikiz

Laser bidezko ekarpena da industrian gero eta gehiago erabiltzen ari den fabrikazio-prozesua. Hainbat aldaera dituen arren, ikerlan honetan ingelesezko “Laser Metal Deposition” deituriko prozesuaz hitz egiten da, hemendik aurrera LMD izena hartuko duena. Prozesu horrek oinarri-materialaren gainazalean material bera edo bestelakoa gehitzea ahalbidetzen du. Material gehigarria hauts- edo hari-formatuan atxikitzen da oinarriaren gainazalean, laser-izpi batek oinarri-materiala eta gehigarria, biak aldi berean, urtzen dituelarik. Hori dela medio, LMD prozesuari esker piezaren erabilpenean zehar agertzen den higadura edo fabrikazio-prozesuan zehar kaltetuak diren piezak konpondu daitezke. Gainera, LMD bidez konponduriko piezek jatorrizkoarekin alderagarriak diren ezaugarri mekanikoak dituzte, eta, ondorioz, jatorrizkoen funtzio berdinetarako erabil daitezke.

LMDaren ezaugarririk esanguratsuena balio erantsi handiko piezen fabrikazioa da, errepikakortasun handiarekin eta erlatiboki kostu baxuarekin. Are gehiago, material-gehitze prozesua guztiz automatizatu daiteke, prozesuaren gaineko langilearen eragina ia desagertu arte murriztuz. Beraz, LMDak trokelgintzako enpresa ugariren interesa piztu du azken urteetan.

Irudia: Trokel kurbo baten hozketa-sistema diseinatzeko garatu diren aukerak: a) zulaketa-hodi zuzen bakarra; b) zulaketa-hodi zuzen bi; c) laser-ekarpeneko prozesuaren bidez fabrikaturiko hozketa-hodia. (Iturria: Ekaia aldizkaria)

Berotako estanpazioan xafla metalikoaren hozketa egokirako hain beharrezkoak diren hozketa-hodiak, gaur egun zulaketa bidez fabrikatzea beste irtenbide teknologikorik ez da existitzen. Hala, beraien forma fabrikazio-prozesu horrek mugatzen du, eta, hortaz, ezinezkoa da trokelaren gainazal kurboekiko paraleloak diren hozketa-hodiak fabrikatzea. Ondorioz, konformaturiko xaflaren hozketa ez-homogeneoa lortzen da, eta, bukaerako piezak propietate mekaniko aldakorrak ditu gune desberdinetan. Murrizketa horri aurre egiteko helburuarekin, erabaki da hozketa-hodiak laser bidezko ekarpen prozesuaren bidez fabrikatzea eta ikerlan honetan prozesu horren bideragarritasuna aztertu da.

Ikerkuntza-lan honi eskerrak, berotako trokelen hozketa-hodiak LMD bidez fabrikatzearen bideragarritasuna bermatu da. Horretarako, geometria konplexuko hozketa-hodiak LMD bitartez fabrikatzea ahalbidetzen duen estrategia berria garatu da.

Are gehiago, kontutan hartu behar da laser ekarpen bidez hozketa-hodiak ixtean, zulaketaren kasuan baino gainazal-zimurtasun handiagoa izango dutela eta honek hozketa-jariakinaren fluxuari eragingo diola. Alabaina, gainazal zimurrago batek turbulentzia-maila handiagoa dakar eta hau desiragarria da konbekzio-bidezko hozketa-prozesurako.

Gehituriko materialaren arrakalatzea ekiditeko bitarteko AISI 316 material bigunagoaren beharrizana ere frogatu da. Alabaina, material bigunagoaren erabilerak trokelaren hozketa-gaitasunean duen eragina aztertu beharra dago, eta, horregatik, etorkizunean ildo horretan ikertzen jarraituko da.

Artikuluaren fitxa:

• Aldizkaria: Ekaia
• Zenbakia: 2019ko ale berezia
• Artikuluaren izena: Hozketa-hodien fabrikazioa berotako trokeletan laser bidezko ekarpen bidez.
• Laburpena: Berotako estanpazioan xafla metalikoaren hozketa egokirako hain beharrezkoak diren hozketa-hodiak gaur egun zulaketa bidez fabrikatzea beste irtenbide teknologikorik ez dago. Hala, haien forma fabrikazio-prozesu horrek mugatzen du, eta, hortaz, ezinezkoa da trokelaren gainazal kurboekiko paraleloak diren hozketa-hodiak fabrikatzea. Ondorioz, konformaturiko xaflaren hozketa ez-homogeneoa lortzen da, eta bukaerako piezak propietate mekaniko aldakorrak ditu gune batean eta bestean. Murrizketa horri aurre egiteko helburuarekin, erabaki da hozketa-hodiak laser-ekarpeneko prozesuaren bidez fabrikatzea eta ikerlan honetan prozesu horren bideragarritasuna aztertu da.
• Egileak: Jon Iñaki Arrizubieta, Eneko Ukar, Magdalena Cortina, Jose Exequiel Ruiz, Ines Asegionolaza, Aitzol Lamikiz
• Argitaletxea: UPV/EHUko argitalpen zerbitzua
• ISSN: 0214-9001
• eISSN: 2444-3255
• Orrialdeak: 71-84
• DOI: 10.1387/ekaia.19861

Egileez:

Jon Iñaki Arrizubieta, Eneko Ukar, Magdalena Cortina, Jose Exequiel Ruiz eta Aitzol Lamikiz UPV/EHUko Bilboko Ingeniaritza Eskolako irakasle eta ikertzaielak dira eta Ines Asegionolaza Batz S. kooperatibako ingeniaria da.

Ekaia aldizkariarekin lankidetzan egindako atala.

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La historia que está detrás de esta entrada del Cuaderno de Cultura Científica empieza cuando hace unos meses descubro la existencia de varias obras de la artista constructivista británica Natalie Dower (1931, Londres) relacionadas con la conocida disección de Dudeney, una disección geométrica de un triángulo equilátero cuyas piezas se pueden reordenar formando un cuadrado, o viceversa.

Red flyer (1989), de la artista británica Natalie Dower, quien toma la disección de Dudeney como herramienta de creación artística. El cuadro pertenece a la colección artística de la Universidad de Warwick

 

De hecho, esta entrada podría tener de subtítulo “Sobre la importancia de la divulgación de las matemáticas”, ya que en una entrevista realizada por el artista Patrick Morrisey a la artista Natalie Dower, para Saturation point, esta ponía de relieve cómo había llegado a la disección de Dudeney a través de un texto del gran divulgador de las matemáticas Martin Gardner (1914-2010):

La exploración es el uso que yo hago de cualquier sistema con el que estoy trabajando. El más importante ha sido la disección de Dudeney, que encontré en “Mathematical Puzzles and Diversions” de Martin Gardner. Se trata de la disección de un cuadrado en cuatro piezas diferentes que, incluso articuladas, pueden ensamblarse formando un triángulo equilátero. Recuerdo dónde estaba y la emoción del momento exacto en que me di cuenta del enorme abanico de posibilidades que ofrecía. Durante la década siguiente, todos los dibujos, relieves, esculturas y pinturas, variando en escala de centímetros a metros, se generaron a partir de esta […].

Tetraedro (1985), de la artista británica Natalie Dower, escultura realizada en aluminio y esmalte cocido, cuyo tamaño es 43 x 40,5 x 28 cm. Imagen de la Eagle Gallery EMH Arts

 

Pero vayamos con la disección de Dudeney. En general, una disección geométrica consiste en cortar una figura geométrica dada, como un triángulo, un cuadrado u otra figura más compleja, en una serie de piezas que reordenadas dan lugar a otra figura geométrica.

Como ejemplo de disección geométrica podemos mostrar la solución a uno de los problemas que el matemático recreativo británico Henry E. Dudeney (1857-1930) comenta en su libro Amusements in mathematics (1917). El problema consiste en saber cómo dividir un cuadrado en cuatro partes para generar una cruz griega, es decir, una cruz con los cuatro brazos iguales. Las soluciones mostradas en el libro, que podían realizarse con dos cortes, eran:

Estas disecciones geométricas, como muchas otras, son utilizadas a menudo como rompecabezas geométricos. El rompecabezas consistiría en las cuatro piezas –las cuatro iguales en el primer caso o todas distintas en el segundo– para construir con ellas tanto el cuadrado como la cruz griega. De hecho, este es uno de los cuatro rompecabezas que utilizamos en la Real Sociedad Matemática Española para darle publicidad a la página DivulgaMAT y que se muestran a continuación.

Pero hay muchos rompecabezas geométricos relacionados, de diferentes formas, con las disecciones, como los clásicos Tangram (véanse las entradas Tangram, El arte contemporáneo que mira al Tangram y Un teorema sobre el Tangram) y Stomachion (véanse las entradas El puzle Stomachion y el palimpsesto de Arquímedes (1) y El puzle Stomachion y el palimpsesto de Arquímedes (2)).

Las siete piezas del Tangram formando la figura básica del cuadrado

 

Las disecciones geométricas tienen una historia muy larga y rica, ya que nos las podemos encontrar hace dos milenios en la matemática griega o hace mil años en la matemática árabe. Dentro de la matemática recreativa tiene una historia más reciente. En la revisión del libro Récréations mathématiques et physiques (1694) del matemático francés Jacques Ozanam que realiza Jean Montucla (1778), ya aparecen problemas con disecciones geométricas. También se incluyen disecciones geométricas en el libro Rational Amusement for Winter Evenings (1821), del matemático John Jackson.

Disección de un octógono en un cuadrado que aparece en el manuscrito persa Compendio de figuras entrelazadas similares y complementarias (escrito entre los siglos XIII-XV), redescubierto, según Henry Dudeney, por el matemático británico Geoffrey Th. Bennett (1868-1943)

 

El problema de las disecciones geométricas cautivó a la comunidad matemática en el siglo XIX. Entre otras cuestiones estudiadas, varios matemáticos demostraron, de forma independiente, que para cualesquiera dos polígonos simples (es decir, cuyos lados no contiguos no se intersecan) con la misma área, se puede cortar cualquiera de ellos en una cantidad finita de piezas que reordenadas nos permiten obtener el otro. Fueron el matemático británico John Lowry (1769-1850) en 1814, el matemático británico William Wallace (1768-1843) en 1831 (según Greg Frederickson, aunque según Ian Stewart fue en 1807), el matemático húngaro Farkas Bolyai (1775-1856), padre de uno de los protagonistas del nacimiento de las geometrías no euclídeas, Janos Bolyai (1802-1860), en 1832, y el matemático alemán Paul Gerwien (1799-1858) en 1833. La idea de la prueba es cortar cada polígono simple en triángulos y luego estos en piezas de forma que con las mismas se pueda generar un cuadrado, después superponiendo las dos disecciones sobre el cuadrado se obtienen las nuevas piezas que nos dan la disección geométrica entre los dos polígonos simples.

El resultado anterior nos asegura la existencia de una disección entre dos polígonos simples con la misma área, sin embargo, el método genera una disección compleja (podríamos decir fea) con muchísimas piezas. Por otra parte, desde la matemática recreativa se preocuparon de disecciones más atractivas y con pocas piezas. Entre los autores que estudiaron las disecciones geométricas encontramos al matemático francés Edouard Lucas (1842-1891), autor del texto Recreaciones matemáticas (1894), al corredor de bolsa y matemático amateur británico Henry Perigal (1801-1898), conocido por su demostración del teorema de Pitágoras mediante disecciones que aparece en su texto Geometric Dissections and Transpositions (1891), el matemático y abogado británico Henry M. Taylor (1842-1927) o el matemático e ingeniero británico William H. Macaulay (1853-1936).

Página 1 del texto Geometric Dissections and Transpositions (1891), de Henry Perigal, con la demostración del teorema de Pitágoras por medio de una disección geométrica

 

Aunque debemos destacar a dos de los más grandes creadores de juegos lógicos y rompecabezas matemáticos, el matemático británico Henry E. Dudeney y el matemático recreativo y ajedrecista estadounidense Sam Loyd (1841-1911). Estos dos matemáticos, que colaboraron por correspondencia durante algún tiempo hasta que el inglés acusó al norteamericano de robarle sus rompecabezas y publicarlos con su nombre, se preocuparon de encontrar disecciones geométricas con el menor número de piezas posibles. Pueden encontrarse sus rompecabezas y problemas matemáticos relacionados con las disecciones en sus libros, entre ellos, Cyclopedia of 5000 Puzzles, Tricks and Conundrums with Answers (1914), de Sam Loyd, The Canterbury Puzzles (1907) y Amusements in Mathematics (1917), de Henry E. Dudeney.

La conocida como disección de Dudeney, de un triángulo equilátero en un cuadrado, aparece como “el acertijo del mercero” en el libro de Henry E. Dudeney The Canterbury Puzzles.

El acertijo del mercero: […] Enseñó [el mercero] un trozo de tela con forma de triángulo equilátero perfecto, como se ve en la ilustración y dijo: “¿Es alguno de vosotros diestro en el corte de género? Estimo que no. Cada hombre a su oficio, y el estudioso puede aprender del lacayo, y el sabio del necio. Mostradme, pues, si podéis, de qué manera puede cortarse este trozo de género en cuatro piezas, para que puedan reunirse y formar un cuadrado perfecto”.

La solución al acertijo del mercero que incluye Dudeney en su libro The Canterbury Puzzles es la que aparece en la siguiente imagen.

Dado el triángulo ABC la construcción que propone Dudeney, mostrada en la anterior imagen, es la siguiente:

a. marcar los puntos medios D y E de los lados AB y BC, respectivamente;

b. extender el segmento AE hasta un punto F tal que EF = EB;

c. marcar el punto medio G del segmento AF y trazar el arco de circunferencia de centro G y radio GF = AG;

d. extender el segmento CB hasta que corte el arco de circunferencia en el punto H;

e. trazar un arco de circunferencia con centro E y radio EH hasta que corte el lado AC en el punto J;

f. determinar el punto K tal que JK = AD (= DB = BE = EC);

g. trazar el segmento JE;

h. trazar desde D y K los segmentos perpendiculares al segmento JE, dando lugar a los puntos L y M (los segmentos serían DL y KM).

El problema del mercero fue propuesto por primera vez por Dudeney en 1902 en el periódico británico Weekly Dispatch. Dos semanas después de publicarse el acertijo el matemático realizó una pequeña discusión sobre el problema y finalmente, otras dos semanas después, Dudeney publicó la solución y la explicación.

Pero la disección de Dudeney del triángulo equilátero en el cuadrado tiene una propiedad muy especial –es lo que se conoce como una disección con bisagras, pero incluso estas direcciones han tomado el nombre de disecciones de Dudeney–, ya que todas las piezas pueden conectarse a través de una serie de puntos “bisagra” que permiten transformar una figura en la otra (en este caso el triángulo en el cuadrado, o viceversa) girando las piezas alrededor de las bisagras. En el caso de la disección de Dudeney se pueden colocar tres bisagras en los puntos D, E y K de la imagen anterior, aunque esos puntos no son únicos, también podrían ponerse las bisagras en los puntos J, K y E.

Piezas con bisagras que permiten transformar el triángulo equilátero en el cuadrado, o viceversa, de forma cinética

 

Utilizando la anterior propiedad se puede construir un juguete cinético como el siguiente.

Juguete de geometría de cuadrado a triángulo – Disección de Dudney, construido por Steven Mattern Design y vendido en etsy.com

 

Más aún, se podría diseñar una mesa que en algunas ocasiones se puede utilizar con forma cuadrada y en otras con forma triangular, como aparece en el siguiente diseño de Mackenzie Kovaka (véase su página web Mackenzie Kovaka).

La disección de Dudeney del triángulo equilátero en el cuadrado, al igual que otras disecciones con bisagras, puede obtenerse con el “método de la tira en T” introducido por el ingeniero y matemático aficionado británico-australiano Harry Lindgren (1912-1992) en su libro Geometric Dissections (1964). Expliquemos en qué consiste este método geométrico (véase Recreational Problems in Geometric Dissections and How to Solve Them de Lindgren o Dissections: Plane & Fancy de Frederikson).

El método para obtener la disección del triángulo equilátero y el cuadrado empieza construyendo dos tiras, una de cuadrados y otra de triángulos (ambas figuras con la misma área) y luego marcando los puntos de ancla de las dos tiras, es decir, aquellos puntos tales que si se hace una rotación de 180 grados alrededor de ellos se obtiene de nuevo la tira inicial (es decir, los puntos ancla son los centros de las simetrías rotacionales, de 180 grados, de las tiras).

El siguiente paso es cruzar las dos tiras de manera que los puntos ancla de una tira estén sobre los bordes o los puntos ancla de la otra tira, como se puede observar en la siguiente imagen para el caso que estamos analizando.

Y se obtiene así la disección con bisagras (que están en los puntos ancla) del triángulo equilátero en el cuadrado, o viceversa.

El método de la tira en T nos permite obtener más ejemplos, como se muestra, por ejemplo, en los libros Recreational Problems in Geometric Dissections and How to Solve Them de H. Lindgren o Dissections: Plane & Fancy de Frederikson. En la siguiente imagen, del segundo de los libros, tenemos una disección geométrica de un triángulo en una cruz griega, que no es de Dudeney, es decir, no pueden unirse las piezas con bisagras.

En relación a las disecciones geométricas con bisagras también se planteó el problema de la existencia, es decir, el problema de si dadas dos figuras geométricas cualesquiera con la misma área y cuyos bordes son polígonos simples, siempre era posible encontrar una disección con bisagras entre ellas. La respuesta llegó en 2008 de la mano de los matemáticos Timothy G. Abbott, Zachary Abel, David Charlton, Erik D. Demaine, Martin L. Demaine y Scott D. Kominers, que publicaron (en 2012) su resultado en el artículo Hinged Dissections Exist.

Pero finalicemos esta entrada del Cuaderno de Cultura Científica volviendo a la artista constructivista británica Natalie Dower y a algunos ejemplos más que ponen de manifiesto su profundo interés en este resultado matemático y en su uso como herramienta de creación artística.

Empecemos con una versión en madera de la anterior escultura Tetraedro (1985), en cuya base se puede apreciar la disección de Dudeney que da lugar a las dos esculturas.

Tetraedro de Dudeney – Área 3 (1985), de Natalie Dower. Madera pintada al óleo, de tamaño 33,5 x 36,8 x 24 cm. Imagen de la página de Natalie Dower

 

A continuación, mostramos dos pasteles al óleo de Dower cuyo motivo central es el cuadrado, respectivamente el triángulo, con la disección de Dudeney, mientras que alrededor hay una composición con las piezas de la misma, que son sus herramientas en toda esta serie de obras constructivistas.

Dudeney Stencil n. 1 / Plantilla de Dudeney no. 1 (1987), de Natalie Dower. Pastel al óleo de tamaño 58 x 48 cm. Imagen de la página de Natalie DowerDudeney Stencil n. 2 / Plantilla de Dudeney no. 2 (1987), de Natalie Dower. Pastel al óleo de tamaño 58 x 48 cm. Imagen de la página de Natalie Dower

 

La siguiente obra, Círculo de Dudeney (1989), está creada a partir de las piezas de la disección de Dudeney. En la parte central de la misma pueden verse dos copias, complementarias, del triángulo diseccionado.

Dudeney’s circle / círculo de Dudeney (1989), de Natalie Dower. Imagen de la Eagle Gallery EMH Arts

 

Detalle de la obra Dudeney’s circle (1989), de Natalie Dower

 

Terminamos con otra obra donde se intuye, por su título Dudeney codificado (1987), que su diseño está inspirado también en la disección de Dudeney.

Dudeney encoded / Dudeney codificado (1987). De Natalie Dower. Imagen de Saturation point

 

Bibliografía

1. Greg N. Frederickson, Dissections: Plane & Fancy, Cambridge University Press, 1997.

2. Ian Stewart, From Here To Infinity, Oxford University Press, 1996.

3. Greg N. Frederickson, Ernest Irving Freese’s Geometric transformations: the man, the manuscript, the magnificent dissections!, World Scientific, 2018.

4. Harry Lindgren, Recreational Problems in Geometric Dissections and How to Solve Them, Dover, 1972 (versión revisada por Greg Frederickson del libro Geometric Dissections de 1964).

5. Timothy G. Abbott, Zachary Abel, David Charlton, Erik D. Demaine, Martin L. Demaine, and Scott D. Kominers, Hinged Dissections Exist, Discrete & Computational Geometry volume 47, pp. 150–186, 2012.

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 La disección de Dudeney, de rompecabezas matemático a creación artística se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Panpako luma-erratza (Cortaderia selloana), banbu japoniarra (Fallopia japonica) eta kanabera arrunta (Arundo donax) gure lurraldean ikusten diren landare inbaditzaileak dira. Lehena, esaterako, Hego Amerikatik ekarri zen eta, batez ere, lorategiak apaintzeko erabili izan da baina egun hainbat tokitan ikus daitezke.

Landare exotiko inbaditzaileak asko ugaritu dira eta espezie autoktonoekin lehiatzen dira. Horrela, bide bazterretako ezpondetan edo ibaiertzetan ikusten dugu Panpako luma-erratza, bertako landareei aurrea hartu eta hauek baztertu baititu.

Landare inbaditzaileak gurera noiz heldu ziren eta beraien jatorria zein den erregistratzeak lagun dezake horien ugaritasuna, hedapena eta anplitude ekologikoaren ezagutzan. Izan ere, hiru ezaugarriak (ugaritasuna, hedapena eta anplitude ekologikoa) funtsezkoak dira espezie inbaditzaileen ahalmena ulertzeko.

1. irudia: Cortaderia selloana edo Panpako luma-erratza XX. mendearen erdialdean ekarri zuten Europara lorategietan apaingarri gisa erabiltzeko. Lorategietatik ihes egin eta bertakotu egin zen 80. eta 90. hamarkadetan eta izugarri hedatu da Euskal Herrian. (Argazkia: JackieLou DL – Pixabay lizentziapean. Iturria: pixabay.com)

Idoia Biurrun UPV/EHUko Zientzia eta Teknologia Fakultateko Landareen Biologia eta Ekologia Saileko ikertzailea da eta Europan dauden espezie exotikoen ahalmen eta baldintza inbaditzaileak identifikatzen dituen nazioarteko ikerketa baten parte hartu du (Dimensions of invasiveness: links between local abundance, geographic range size, and habitat breadth in Europe’s alien and native floras).

Biurrunek, besteak beste, ikerketan Iberiar penintsularen iparraldeko landare komunitateetan dauden landare exotikoei buruzko datuak bildu ditu, eta azterlanaren emaitzak interpretatzen lagundu du. Datu horiek, Europa osoko datuekin batera, ezinbestekoak izan dira espezie exotiko bakoitzak hiru alderdietan duen ahalmena kalkulatzeko: tokiko ugaritasuna, hedapen geografikoa eta anplitude ekologikoa. Hiru alderdiko esparru horrek landareen banaketaren dinamikari buruzko ezagutzak hobetuko ditu, eta, beraz, egon daitezkeen inbasioak aurreikusten eta kudeatzen lagunduko du.

Espezie exotikoen ahalmen inbaditzailea

Ekologiaren arloko adituek gero eta hobeto dakite “inbaditzaile” terminoak ez duela ezaugarri bakarra deskribatzen. Hain zuzen ere, espezieen banaketa motek inbaditzaile izan daitezkeela adieraz diezagukete. Espezieek inbaditzaile bihurtzeko dituzten moduak hobeto ezagutzeko, egileek bi datu-base handi nahastu dituzte: alde batetik, naturalizatutako flora exotikoari buruzko datu-basea (Global Naturalized Alien Flora –GloNAF–), eta, bestetik, landareei buruzko Europako datu-basea (European Vegetation Archive –EVA–).

2. irudia: Reynoutria japonica Houtt. Zuhaixka itxurako belar erraldoi honek lurpeko errizomen bidez hedatzeko eta ugaltzeko izugarrizko gaitasuna du. Jatorriz Asia ekialdekoa da eta apaingarri bezala erabiltzeko ekarri zen Europara XIX. mendean. Ordutik hona ia Europa osoa inbaditzen joan da, batez ere ibai, errepide eta trenbideak kolonizatuz. (Argazkia: Juan Antonio Campos. Iturria: UPV/EHUko prentsa bulegoa)

Jatorrizko landareek eta landare exotikoek antzeko lotura ereduak dituzten arren, alde erabakigarria dago bi taldeen artean: bertako landareek ez bezala, inbaditzaileek ez dute eboluzionatu berriki sartu diren habitat inbadituetan. Hori dela eta, landareen ahalmen inbaditzailea izateko funtsezko baldintzak edo faktoreak identifikatzea izan dute helburu ere.

Ikusi zuten balio altuak dituzten landareak, oro har, beste kontinente batzuetatik datozenak direla; adibidez, Asiatik edo Amerikatik. Europako beste toki batzuetatik sartu diren landare inbaditzaileek, aldiz, ez dute ahalmen inbaditzaile handirik. Gainera, Europatik kanpoko “superinbaditzaileek”, askotan, azkar hazten laguntzen dieten propietate biologikoak dituzte, baina euren defentsa mekanismoak ez daude hain garatuak. Emaitza horiek Enemy release hypothesis edo “etsaiengandik ihes egitearen hipotesia” babesten dute. Hau da, espezie inbaditzaileek gure lurraldeak hartzen dituztenean, alde batera uzten dituzte beren habitatetan berekin eboluzionatu duten patogeno, herbiboro eta aurkari asko. Horri esker, “kontrolik gabe haz” daitezke, eta ondorio hori are nabarmenagoa izan daiteke inbasio prozesuan kontinenteen arteko mugak igaro badira, hala nola ozeanoak edo mendikate handiak.

Arauaren salbuespenak

Alderdi batean ahalmen inbaditzailea duten landareek beste alderdietan ere badutela dioen arauaren salbuespenak ere aurkitu zituzten zientzialariek, eta salbuespen horien kausa posible batzuk identifikatu zituzten. Adibidez, sarrera data duela gutxikoa bada, litekeena da landare inbaditzaileak arau hori ez betetzea. Izan ere, landare horiek berriak dira lurraldean, eta oraindik ez dute beren ahalmena garatu. Horrek esan nahi du sartu berri diren eta ahalmen inbaditzailea alderdi bakarrean duten landareez arduratu behar dugula, litekeena baita beste alderdietara ere zabaltzea. Horrenbestez, “ahalmen inbaditzailearen alderdien” esparrua tresna eraginkor bat da naturalizazioaren egungo ereduak azaltzeko eta espezieen banaketaren dinamikari buruz dugun ulermena hobetzeko. Horrez gain, lagungarria izan daiteke gerta daitezkeen inbasioak aurreikusteko eta banakako kudeaketa estrategiak prestatzeko, landare inbaditzaileak hobeto kontrolatze aldera.

Iturria:

UPV/EHUko prentsa bulegoa: Europako landare espezieen inbasioaren gakoak argitu dira

Erreferentzia bibliografikoa:

Fristoe, T.S., Chytrý, M., Dawson, W., Essl, F., Heleno, R., Kreft, H., Maurel, N., Pergl, J., Pyšek, P., Seebens, H., Weigelt, P., Vargas, P., Yang, Q., Attorre, F., Bergmeier, E., Bernhardt-Römermann, M., Biurrun, I. et al (2021). Dimensions of invasiveness: Links between local abundance, geographic range size, and habitat breadth in Europe’s alien and native floras. PNAS,  118, e2021173118. DOI: 10.1073/pnas.2021173118

 

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En 2013 se cumplió el centenario del modelo atómico de Bohr. Es el que todavía hoy, a pesar de ser incompatible con principios básicos de la física cuántica, como el de incertidumbre, se sigue explicando para introducir a los estudiantes en el mundo cuántico. Curiosamente, en los libros de texto tan sólo se mencionan dos modelos atómicos anteriores al de Bohr: el de Thomson y el de Rutherford. Parece como si los átmos modernos apareciesen con Dalton en 1804 y lo siguiente fuese el modelo de Thomson.

Leyendo la descripción habitual, a saber,

modelo de Dalton => descubrimiento del electrón => modelo de Thomson => experimentos de Geiger y Marsden => modelo de Rutherford => física cuántica v 1.0 => modelo de Bohr

a uno le queda la sensación de que el desarrollo del modelo de Bohr es algo lineal y que todo se deduce de lo anterior de manera lógica, sólo con esperar el experimento crucial o la idea genial adecuada. Y esto no es así. Para ilustrarlo vamos a conocer solo tres de los modelos atómicos clásicos sugeridos antes del modelo de Bohr.

Cada uno tiene su lógica y su fundamento; todos o bien pasaron desapercibidos o tuvieron vidas breves, habida cuenta de la rapidez con la que descubrían nuevas leyes y se realizaban más experimentos.

Imagen: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute

Las mónadas físicas de Lomonósov

Empecemos por el principio. Se suele recoger en los libros de texto que la teoría atómica moderna empieza con John Dalton. Y a efectos prácticos, efectivamente es así, porque fueron sus ideas las que se propagaron por la comunidad científica y fructificaron casi 80 años después de haber sido formuladas, eso sí. Pero la primera teoría atómica moderna no se formuló ni en Inglaterra ni en Francia, sino en Rusia 60 años antes de que lo hiciese Dalton.

Su autor fue Fue Mijail Vasílievich Lomonósov quien escribió una serie de artículos entre 1743 y 1744, el primero de los cuales deja claro su visión atomista de la materia ya en el título: “Sobre las partículas físicas intangibles que constituyen las sustancias naturales”. A este artículo le seguiría otro sobre lo que hoy entendemos como enlace químico “Sobre la adhesión de los corpúsculos”. En el tercero de la serie, ante la necesidad de referirse a las partículas o corpúsculos de materia de una manera diferenciada, aparece el nombre elegido: “Sobre la adhesión y la posición de las mónadas físicas”. Lomonósov obviamente había leído a Leibniz, y le tomó prestada la palabra mónada con el apellido física para diferenciarla.

Las mónadas de Lomonósov tenían forma, peso y volumen y las empleó para explicar la naturaleza del calor y la elasticidad de los gases en función del movimiento de partículas, anticipando la teoría cinética de los gases de Krönig de 1856 en ciento once años, y descartando la existencia del flogisto 30 años antes que Lavoisier. Nadie le hizo caso en Occidente (salvo Euler).

El oscilador electrónico de Lorentz

En muchos textos se suele citar a J.J. Thomson como descubridor del electrón. Y es cierto, sus experimentos de 1897 con Townsend y Wilson no dejan lugar a dudas, el fue el descubridor experimental. Sin embargo, la teoría electrónica venía dando sus frutos ya desde 1892. En esa fecha Hendrik Lorentz comenzaba una serie de artículos en los que utilizando un átomo ideal pudo explicar una propiedad de la materia tras otra: la conducción de la electricidad o del calor, el comportamiento dieléctrico, la reflexión y la refracción de la luz, etc. Para ello en su modelo atómico sólo necesitó cuatro ecuaciones que gobernaban cómo responden los campos eléctricos y magnéticos a la carga eléctrica y su movimiento, y una adicional que especificaba la fuerza que esos campos ejercen sobre la carga. Este conjunto de ecuaciones se conocen por el nombre de su autor, Maxwell.

Y, ¿en qué consistía el modelo atómico de Lorentz? Pues en algo muy simple: el átomo sería una masa dada, llamémosla núcleo, aunque no tenemos que postular que tenga carga alguna, unida a otra menor (el electrón) por un muelle (suena raro, pero es solo para que te hagas una imagen). El muelle se pondría en movimiento cuando un campo eléctrico interactuase con la carga del electrón. El campo atrae o repele al electrón lo que resulta en que el muelle se estira o comprime.

Lorentz, como es lógico, no suponía que hubiese ningún muelle físico conectando electrón y núcleo; sin embargo sí postuló que la fuerza que unía a los dos podría ser descrita por la ley de Hooke, que es la misma que describe a los muelles (y a los dinamómetros). Una aproximación que es válida hasta en algunas consideraciones de la mecánica cuántica.

Por cierto, la conferencia que Lorentz dio cuando recibió el Nobel de física en 1902 iba sobre, efectivamente, la teoría del electrón, aunque el premio se lo hubiesen dado con Zeeman por la explicación de los efectos del magnetismo sobre la radiación.

El modelo planetario de Nagaoka

Tras el descubrimiento experimental del electrón era lógico pensar que la existencia de átomos neutros implicaba la existencia de una parte positiva en ellos. En 1904 Thomson propuso el modelo del pudin de pasas, esto es, que el átomo era una esfera de electricidad positiva uniforme con los electrones incrustados como las pasas en el pudin.

Hantaro Nagaoka consideró el modelo de Thomson inviable en cuanto terminó de leer el artículo en el que se lo describía: las cargas opuestas eran impenetrables desde su punto de vista. Él propuso un modelo alternativo ese mismo año en el que el centro cargado positivamente es muy masivo y está rodeado por electrones que lo orbitan a una distancia y unidos a él por fuerzas electrostáticas. En su mente estaban Saturno y sus anillos.

Los experimentos de Geiger y Marsden de 1909 con el pan de oro dieron una primera confirmación experimental al modelo de Nagaoka. En el artículo de 1911 en el que Rutherford presentaría su famoso modelo en el que se propone la existencia del núcleo atómico cita a Nagaoka. Pero en 1908 el propio Nagaoka había renunciado a su modelo al darse cuenta de que los anillos se repelerían entre sí, haciendo el modelo inestable.

Basten estos tres ejemplos para ilustrar lo que decíamos al principio, que el desarrollo de la ciencia no es tan lineal como los libros de texto nos hacen creer. Hay algunos modelos interesantes más, algunos de ellos cuánticos, que preceden al de Bohr. Sobre algunos de ellos hablé aquí: Bohr no fue el primero.

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

 

Esta una versión revisada de este texto publicado en Naukas.

 

 

El artículo Tres modelos atómicos de los que no has oído hablar se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

César Tomé

Klima-aldaketak kontinente guztietako herrialde guztiei eragiten die, eta ekonomian, pertsonen bizitzetan eta komunitateetan inpaktu negatiboa sortzen ari da. Aurreikusten denaren arabera, etorkizuneko ondorioak are larriagoak izango dira. Berehala zerbait egiten ez badugu, etorkizuneko ondorioak hondamenezkoak izan litezke.

Klima-aldaketari aurre egiteko bi aukera daude: alde batetik, klima-aldaketaren kausak murriztea, besteak beste berotegi efektuko gasen emisioak (arintzea), eta, beste alde batetik, klima egoera berrietara egokitzea kalteak gutxitzeko edo aukera berriak aprobetxatzeko (egokitzapena).

1. irudia: Klima patroien aldaketak itsasoaren tenperaturari, mailari eta azidifikazioari eta espezieen aniztasunari eragiten die. (Argazkia: FrankWinkler – Pixabay lizentziapean. Iturria: pixabay.com)

Klima-aldaketa gelditzeko berehalako neurriak ezartzea garestiegia dela uste liteke. Hala ere, horrelako ekintzetan inbertitu ezean, klima-aldaketak sortutako egoeretara egokitzea ezinezkoa izango da, eta lanpostu berririk ere ez litzateke sortuko beste batzuk halabeharrez desagertzen ari direlarik.

Klima patroien aldaketak itsasoaren tenperaturari, mailari eta azidifikazioari eta espezieen aniztasunari eragiten die. Horrek ondorioak ditu itsaso zabalean eta itsaso sakonean, kostaldeko eremuetan eta itsasoko baliabideen ustiapenari lotutako gizakien elikaduran.

Horregatik, ahal den heinean, arazoari aurrea hartu behar zaio, eta planak sortu behar dira aurreikuspenak egiteko eta itsasoko baliabideetan eta ekosistemetan eta kostaldeetako giza eremuetan klima aldaketaren ondorioak gutxitzeko. Horrez gain, intereseko habitatak kontserbatu behar dira, espezie kalteberak babestu behar dira eta arrantza eta itsas espazioaren antolamendua modu jasangarrian kudeatu behar dira.

Hori guztia lortzeko, datuak behar dira, eta datu horietatik informazioa ateratzea posible izan behar da. Hala, habitaten eta ekosistemen ereduak erabilita, aztertu ahal dira klimaren ondorioek nola eragin diezaieketen ekosistema batean garrantzitsuak diren espezieen populazioen eta talde trofikoen banaketari, ugaritasunari eta dinamikari. Inpaktu arriskuen eta kalteberatasun adierazleen mapak egin daitezke, eta horrekin, neurri zuzentzaile posibleak aztertu, eta kontingentzia planak egin ahal dira.

Kontua da nola lortu datuak modu efizientean. Kasu honetan, efiziente hitzak esan nahi du ahalik eta kalte gutxien sortzea, ez kutsatzea, energia kontsumoa gutxienekoa izatea eta energia hori berriztagarria eta pertsonentzako segurua izatea, eta hori dena oso aldi luzeetan.

AZTI zientzia eta teknologia guneak itsas ingurunearekin lotutako inpaktu handiko eraldaketa proiektuak lantzen ditu Nazio Batuetako 2030erako GJHekin lerrokatutako erakundeekin lankidetzan. Branka Composites enpresarekin batera, AZTIk Itsasdrone sortu du: itsas gainerako drone bat, epe luzeko datuak behar diren misioetarako; modu autonomoan funtzionatzen du.

2. irudia: AZTIk itsas gainerako drone bat sortu du, epe luzeko datuak behar diren misioetarako; modu autonomoan funtzionatzen duena (Iturria: AZTI)

Itsasdroneak energia berriztagarriekin bakarrik funtzionatzen du eta ez du emisiorik sortzen. Konpositearekin fabrikatuta dago, non % 30 jatorri biologikoa baita eta fabrikazio prozesuek ingurumena errespetatzen baitute. Droneak gauzatu ditzakeen askotariko misioen artean daude, besteak beste, azterketa hidrografikoetarako datuak jasotzea, laginketa ozeanografikoak egitea, arrain populazioak analizatzea, itsasoko espezieen migrazioak aztertzea, eremu arriskutsuetan neurketan egitea, datu meteorologikoak eta airearen osaerakoak biltzea, eguzkiaren jarduera neurtzea, petrolio isuriak monitorizatzea eta itsasoko hondakinak detektatzea.

Baina, noski, intrusio gutxieneko eta hainbeste datu biltzeko gaitasuna duen drone batek hain zientifikoak ez diren beste aplikazioak ere baditu: adibidez, arrantzaren industria edo legez kanpoko trafikoak kontrolatzea, helburu militarrak monitorizatzea edo minak detektatzea. Eta, noski, espioitza gordin eta sinplea ere (formalki esanda, inteligentzia datuak biltzea).

Egileaz:

Cesár Tomé López (@EDocet) zientzia dibulgatzailea da eta Mapping Ignorance eta Cuaderno de Cultura Cientifica blogen editorea.

Itzulpena: UPV/EHUko Euskara Zerbitzua.

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Juan Gefaell

Uno de los fenómenos biológicos más extendidos en la naturaleza es el del polimorfismo de color, esto es, la coexistencia de individuos de más de un color en las poblaciones naturales de las distintas especies. Consideremos los siguientes lagartos, todos ellos de la especie Podarcis erhardii:

Figura 1. Polimorfismo de color en Podarcis erhardii. Tomada de Brock et al. (2020) PeerJ, 8:e10284. doi: 10.7717/peerj.10284

 

Tal y como se observa en la Figura 1, los distintos individuos de esta especie pueden mostrar tres colores bien diferenciados en la zona de la garganta.

A pesar de su extensión a lo largo y ancho del reino animal (y vegetal), las causas evolutivas del polimorfismo de color todavía no se conocen con exactitud.

Es más, desde cierto punto de vista, su existencia misma es paradójica, puesto que los principales mecanismos que los biólogos emplean para dar cuenta de la evolución de las especies predicen que las poblaciones, más que polimórficas, deberían tender en realidad hacia el monomorfismo, esto es, a la prevalencia de individuos de un único color. Así, los modelos clásicos de selección natural y deriva genética establecen que la variabilidad genética (en última instancia responsable de la variación fenotípica) mengua a medida que estos dos mecanismos operan sobre las poblaciones de organismos.

Por este motivo, el polimorfismo de color es un tema de investigación que atrae especialmente a los biólogos evolutivos.

La selección negativa dependiente de las frecuencias (NFDS)

Uno de los mecanismos evolutivos que se han formulado para explicar el paradójico origen del polimorfismo de color es la selección negativa dependiente de las frecuencias (NFDS por sus siglas en inglés). A pesar de su enrevesado nombre, la idea clave de la NFDS es sencilla: cuanto más frecuente es un fenotipo en una población, menor es su eficacia biológica o capacidad para reproducirse. O lo que es lo mismo: cuanto más raro es un fenotipo, mayor es su eficacia. Esto queda claro con el siguiente gráfico:

Representación gráfica de la NFDS.

 

La hipótesis de la NFDS ya ha mostrado su capacidad para explicar el polimorfismo de color en algunas especies. Quizás el ejemplo más clásico en este sentido sea el de los caracoles del género Cepaea, estudiados por Bryan Clarke en los años 60 del siglo pasado. En sus investigaciones, Clarke mostró que la NFDS era en gran parte responsable del polimorfismo de color presente en dichas especies.

Cepaea nemoralis. Tomada de Silvertown et al. (2011) PLoS ONE, 6(4):e18927. doi: 10.1371/journal.pone.0018927

 

Resulta que los depredadores de Cepaea, principalmente aves, tienden a formarse imágenes de los colores más habituales en estas especies, de manera tal que, a la hora de depredar, buscan preferentemente a aquellos individuos que coinciden con dichos colores. De este modo, aquellos ejemplares que se alejan significativamente de los colores más frecuentes tienden a dejar más descendencia, pues son ignorados por los depredadores, convirtiéndose así con el paso de las generaciones en el fenotipo más frecuente de la población.

Una vez esto sucede, se invierte la ecuación: las aves depredadoras pasan a formarse imágenes de este nuevo color más frecuente, por lo que lo cazan en mayor medida que a aquellos colores se presentan en menor frecuencia (que en el pasado eran los predominantes). Esto, a la larga, favorece que las poblaciones mantengan el polimorfismo de color.

El género Littorina

Otro grupo de caracoles (en este caso marinos) en el cual el polimorfismo de color está también extendido es el género Littorina. Así, las diversas especies de este género a menudo muestran poblaciones diversas en lo que a su color de concha se refiere, tal y como se puede apreciar, por ejemplo, en la siguiente imagen de L. saxatilis.

Algunos colores y patrones de concha que puede mostrar L. saxatilis. Fotos: Juan Gefaell.

Las especies del género Littorina han sido ampliamente estudiadas por los biólogos evolutivos, y especialmente por nuestro grupo de investigación, debido a diversos rasgos que las convierten en organismos modelo ideales (Rolán-Alvarez et al. 2015a). Para nuestros propósitos, cabe destacar uno de estos rasgos: la abundancia de cópulas en la naturaleza, lo cual permite estudiar fácilmente los procesos evolutivos relacionados con el sexo y la reproducción.

La NFDS y los patrones reproductivos

En ciertos estudios, se ha relacionado el patrón de reproducción de una especie con el mantenimiento del polimorfismo de color a través de NFDS. Para entender por qué, es necesario en primer lugar explicar brevemente dos conceptos: el apareamiento asociativo negativo y la elección de pareja.

Empecemos por este último: la elección de pareja a menudo se define como la propensión conductual a aparearse con aquellos individuos que tienen unos rasgos determinados. Es decir, se trata de un mecanismo de comportamiento por el cual los individuos de algún modo prefieren aparearse con ejemplares que poseen unas determinadas características físicas. Por ejemplo, en el caso de los pavos reales, se dice que las hembras tienen una propensión conductual a aparearse con aquellos machos que presentan una cola vistosa y de gran tamaño.

Por otro lado, los biólogos definen el apareamiento asociativo negativo como la correlación negativa que se da entre los fenotipos homólogos de los individuos involucrados en un apareamiento. O, en otras palabras, el fenómeno por el cual los individuos que se aparean son distintos entre sí en algún rasgo fenotípico determinado. Por ejemplo, puede ser que los individuos involucrados en una cópula tengan un color de piel distinto, o un tamaño diferente de pico, etc.

El apareamiento negativo asociativo y la elección de pareja están íntimamente relacionados. Así, por ejemplo, en muchas ocasiones el primero (apareamiento asociativo negativo) está causado por el segundo (elección de pareja).

Además de eso, el apareamiento asociativo negativo ha sido relacionado con la NFDS tanto a nivel teórico como empírico. La idea clave es que, al aparearse con aquellos individuos que son distintos a uno mismo, los caracoles pueden premiar a aquellos ejemplares que están en menor frecuencia en la población, haciendo que esta frecuencia suba a lo largo de las generaciones y que los distintos colores no desaparezcan de la población.

En la práctica, los anteriores vínculos indican que, si se encuentra apareamiento asociativo negativo en las cópulas de una especie polimórfica, entonces se podría pensar que el polimorfismo de dicha especie está causado por NFDS. Así, el apareamiento asociativo negativo puede ser empleado como indicador tanto de la elección de pareja como de la NFDS.

Esquema de las relaciones entre el apareamiento asociativo, la elección de pareja y la NFDS

En efecto, esto es lo que nuestro grupo ha encontrado en estudios previos con la especie L. fabalis. En L. fabalis, el polimorfismo de color parece estar mantenido por NFDS a través de un mecanismo conductual de elección de pareja. Nuestro grupo determinó esta relación, entre otras cosas, detectando la existencia de apareamiento asociativo negativo.

En cualquier caso, el alcance filogenético de esta asociación no se conoce; es decir, no se sabe si otras especies del género Littorina, que habitan en un entorno similar, también pueden estar manteniendo sus respectivos polimorfismos de color a través de NFDS.

Por este motivo, nuestro grupo ha realizado un nuevo estudio, de reciente publicación en la revista Marine Biology (Gefaell et al. 2021), en el cual tratamos de responder exactamente a ese interrogante estudiando si en las cópulas de varias especies del género Littorina puede existir algún tipo de NFDS mediado por apareamiento asociativo negativo.

Averiguar si el polimorfismo de color de otras especies del género Littorina se mantiene a través de NFDS puede contribuir a averiguar el alcance explicativo de este mecanismo evolutivo tanto en el género Littorina como en otros gasterópodos marinos, avanzando así nuestro conocimiento de la evolución y la conservación de estas especies en sus entornos naturales.

Metodología seguida en nuestro estudio

Para llevar a cabo nuestro estudio, tomamos datos de cópulas en el campo de las especies L. obtusata y L. saxatilis, además de nuevas poblaciones de L. fabalis. Dichos datos provenían de poblaciones del interior de las distintas Rías Baixas, así como de dos localidades bien estudiadas del Mar Blanco (Rusia). El motivo de la elección de las anteriores especies es que todas ellas comparten un patrón similar de polimorfismo, en el cual los colores más frecuentes son el marrón oscuro, el naranja y el amarillo, distinguiéndose únicamente en el color oliva (L. fabalis y L. obtusata) y el blanco (presente solo en L. saxatilis).

a) Colores de las distintas especies de Littorina. b) Localidades analizadas para cada especie junto con las correspondientes frecuencias de colores. La localidad de Castelete incluye también, además de L. obtusata, L. fabalis

 

El protocolo de recogida de cópulas en el campo para estudiar el apareamiento asociativo no causó problemas, pues está bien establecido. De hecho, nuestro grupo ha diseñado un método que permite evitar sesgos en la recogida y análisis de datos relativos a las cópulas, lo cual nos permite concluir que la información obtenida es fiable.

Lo mismo sucede con la estimación del apareamiento asociativo negativo: nuestro equipo ha diseñado un programa de ordenador que permite estimar este parámetro de una manera rápida y robusta. Dicho programa mide el apareamiento asociativo a través del índice conocido como IPSI. En pocas palabras, el IPSI cuantifica entre -1 y 1 en qué medida los apareamientos observados se desvían de un patrón de apareamiento aleatorio. Así, un apareamiento asociativo negativo perfecto obtendría un valor de -1 y un apareamiento asociativo positivo perfecto equivaldría a 1. Por último, un apareamiento completamente aleatorio rondaría el 0.

Resultados principales

Pues bien, una vez analizado el IPSI, ¿qué resultados obtuvimos?

Si agrupamos los distintos colores de las tres especies en dos grandes categorías, correspondientes a los colores “claros” y los “oscuros” (algo que está justificado en base a análisis previos de espectrometría de reflectancia), lo que observamos es un patrón claro: todas estas especies muestran una clara tendencia hacia el apareamiento asociativo negativo. Así, los valores de IPSI están comprendidos entre -0.59 y -0.33, tal y como se puede ver en la siguiente tabla.

Resultados de IPSI obtenidos tras los análisis.

En este sentido, pensamos que está suficientemente justificado asumir la existencia de apareamiento asociativo negativo en las tres especies estudiadas. Ahora bien, cuando se analizan más en detalle los resultados, desglosándolos por colores y localidades, se advierte una excepción a esta pauta que puede darnos pistas acerca de las presiones selectivas a las que puede estar sometido el color.

En una población de L. fabalis de Cangas, el apareamiento asociativo es de naturaleza positiva (si bien no significativa), al contrario de lo que sucede con el resto de especies y poblaciones.

Valores de IPSI para L. fabalis en las distintas localidades. En ella se ve el valor discordante de una de la población de Cangas

Tal y como discutimos en nuestro artículo, este resultado discordante sugiere que el verdadero objeto de la selección en esta especie (aquello que favorece la reproducción) no es el color de la concha en sí, sino algún otro rasgo correlacionado con este a nivel genético.

Conclusiones

En definitiva, a partir de nuestro artículo se pueden extraer dos conclusiones: (1) el apareamiento asociativo negativo es un hecho en las tres especies de Littorina analizadas. Esto sugiere que la NFDS y la elección de pareja pueden jugar un papel clave en el mantenimiento del polimorfismo de color de la concha y que la elección de pareja puede ser un rasgo conductual ancestral en el género Littorina.

Y (2), que el color de la concha puede estar relacionado genéticamente con algún otro carácter fenotípico que sea el verdadero objeto de la selección y la elección de pareja.

Como sucede habitualmente en la ciencia, estas dos conclusiones abren futuras vías de investigación, que nuestro grupo tratará de abordar en los próximos meses. Una de estas vías tiene que ver con el diseño y ejecución de un experimento que permita corroborar la existencia de elección de pareja en estas especies. De ese modo, se podrá evaluar más directamente la importancia de la NFDS en el mantenimiento del polimorfismo de color de Littorina. Por otro lado, una segunda vía está relacionada con el estudio de las bases moleculares del color de la concha, para tratar de determinar si en efecto este rasgo está asociado a otros caracteres potencialmente adaptativos.

¡Os mantendremos informados de futuros progresos en ambas líneas de investigación!

Agradecimientos

El presente estudio ha sido financiado gracias al proyecto de investigación CGL2016-75482-P del Ministerio de Economía, Industria y Competitividad (IP, Emilio Rolán-Alvarez), así como gracias a dos ayudas predoctorales de la Universidad de Vigo (PREUVIGO/00VI 131H 641.02) y de la Xunta de Galicia (ED481A-2021/274).

Referencias

Gefaell J, Galindo J, Malvido C, Nuñez V, Estévez D, Blanco S, González-Conde M, Martínez-Domínguez S, Pérez-Fernández G, Rus B, Mosconi I, Rolán-Alvarez E (2021) Negative assortative mating and maintenance of shell colour polymorphism in Littorina (Neritrema) species. Marine Biology, 168:151. doi: 10.21203/rs.3.rs-242300/v1

Rolán-Alvarez E, Austin CJ, Boulding EG (2015a) The contribution of the genus Littorina to the field of evolutionary ecology. En: Hughes RN, Hughes DJ, Smith IP, Dale AC (eds). Oceanogr Mar Biol, vol. 53. CRC Press, Boca Ratón, 157-214

Sobre el autor: Juan Gefaell se graduó en psicología en la Universidad Pontificia de Salamanca y en biología en la Universidad de Vigo; tras cursar un máster en lógica, historia y filosofía de la ciencia en la UNED, en la actualidad realiza su doctorado en biología evolutiva en el departamento de Bioquímica, Genética e Inmunología de la Facultad de Biología de la Universidad de Vigo.

El artículo La aparente paradoja del polimorfismo de color se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

“Tocó el tercer ángel… Entonces cayó del cielo una estrella grande, ardiendo como una antorcha. Cayó sobre la tercera parte de los ríos y sobre las manantiales de agua. La estrella se llama Ajenjo. La tercera parte de las aguas se convirtió en ajenjo, y mucha gente murió por las aguas, que se habían vuelto amargas.”

Juan de Patmos (siglo I e.c.) Apocalipsis 8: 10-11.

Meteoro del 1 de agosto de 2017 desde Pensacola Beach (Florida, Estados Unidos). Foto: Austin Houser / Wikimedia Commons

Hace 66 millones de años un asteroide de más de 10 km de diámetro (unos tres billones de toneladas) alcanzó la superficie de nuestro planeta a una velocidad de unos 20 km/s (72000 km/h). Impactó en la península de Yucatán, México, cerca de la actual población de Chicxulub, con una energía de 400 zettajulios (4 x 1023 julios), equivalente a 100 teratones (1014 toneladas) de TNT. Para hacernos una idea cabal, si es que tal cosa es posible, de su magnitud, la explosión fue dos millones de veces más potente que la que provoca la llamada Bomba del Zar -la mayor jamás detonada-, de 50 megatones. La mayor erupción volcánica de la que se tiene constancia, la de la Caldera de la Garita, en Colorado, EEUU, liberó del orden de 10 zettajulios, cuarenta veces menos que la del asteroide que impactó en Chicxulub.

Produjo un cráter en la corteza terrestre de 20-30 km de profundidad y 150-180 km de diámetro. En 1000 km a la redonda, todos los seres vivos murieron por efecto del calor de la bola de fuego que se formó. Un tsunami gigantesco -de unos 100 m de altura- devastó miles de kilómetros de áreas costeras. Otros tsunamis siguieron al primero, aunque de menor altura, provocados por las alteraciones geológicas en la zona del cráter.

El impacto provocó un movimiento sísmico equivalente a un terremoto de magnitud 12 en la zona en que se produjo, y sucesivas ondas de choque provocaron terremotos de magnitud 8 y la erupción de volcanes a miles de kilómetros del cráter. Billones de toneladas de rocas y polvo fueron lanzadas a la atmósfera. Parte de esos materiales, ardiendo, llovió sobre millones de kilómetros cuadrados, abrasando plantas y animales, y prendiendo fuegos que extendieron la devastación más lejos aún. En la zona próxima al impacto, los vientos llegaron a superar los 1000 km/h.

El polvo y las cenizas ascendieron hasta niveles muy altos de la atmósfera, de donde, al estar por encima de las nubes, no pueden ser arrastradas por la lluvia. Tras ascender, se extendieron por todo el planeta. La luz solar fue reflejada al espacio por la neblina de aerosoles de sulfatos, o absorbida por las partículas de ceniza. Las sombras provocaron un enfriamiento global que duró varios años. El frío y la oscuridad acabó con muchísimas especies de plantas y animales, que murieron ateridas o de inanición. Entre esas especies se encontrarían los dinosaurios no aviares.

Lógicamente no todos los impactos que pueden ocurrir son de esa magnitud. De hecho, de forma permanente entran objetos sólidos a la atmósfera. Muchos se volatilizan por efecto de la alta temperatura que toman al entrar en contacto con los gases atmosféricos. Otros caen sobre la superficie. Pero la gran mayoría no causa daño alguno.

La probabilidad de que en los próximos 100 años se produzca un impacto de un cometa o asteroide peligroso de menos de 10 km de diámetro es de una en 120000. Y con los mayores de 10 km, el riesgo es aún menor, inferior a una en 150 millones. Este es uno de los riesgos existenciales mejor evaluado, porque el espacio próximo está sometido a escrutinio de forma permanente. Tampoco los asteroides me quitan el sueño.

 

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 El tercer ángel se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Irati Diez

Asteon zientzia begi-bistan igandeetako gehigarria da. Astean zehar sarean zientzia euskaraz jorratu duten artikuluak biltzen ditugu. Begi-bistan duguna jaso eta laburbiltzea da gure helburua.

Teknologia

Fabrikazio gehigarria edo 3D inprimaketa, material jakin baten geruzak gainezarriz hiru dimentsiotako objektu solidoak osatzean datza. Prozesu hau sortu zenetik, abantaila ugari erakutsi ditu metodo tradizionalekin alderatuta, hala nola diseinu askatasuna, pertsonalizazioa, egitura konplexuak fabrikatzeko gaitasuna edota azkartasuna. Jatorrian plastikozko prototipoak sortzeko teknika modura garatu bazen ere, batzuen ustetan etorkizunean industria iraultza bat suposatuko du, bakoitzak bere etxetik behar dituen produktu propioak sortzeko aukera emango baitu. Azalpen guztiak Zientzia Kaieran: Polimeroetan oinarritutako fabrikazio gehigarria eta 3D inprimaketa: etorkizuneko teknologia gaur egungo gizartean.

Step Monitoring izena duen sistema garatu du Donostiako Naru Intelligence enpresak. Sistema honek minbizia duten gaixoen osasun egoeraren jarraipen zuzena egiten du. Horren ondorioz, esaterako, tratamenduen konplikazioak denboraz atzemateko baliagarria da eta medikuek jakinaren gainean jartzeko. Azalpen guztiak Berrian Jakes Goikoetxearen bidez: Adimen artifiziala gaixoa eta medikua gerturatzeko.

Astronomia

Elhuyar aldizkarian azaltzen denez, Esne Bidearen kanpoko exoplaneta baten zantzuak aurkitu dituzte lehen aldiz. Esne Bidetik 28 milioi argi-urtera dago planeta hau, Messier 51 deituriko galaxian eta orain arte aurkitu diren ia 5.000 exoplanetetatik, gure galaxiatik kanpo dagoen lehena da. Chandra X-izpiko teleskopioari esker aurkitu dute, planetaren iragateaz baliatuz. Hau da, planeta bat izar baten aurretik igarotzean, izarraren argia estali egiten du neurri batean, eta teleskopioek distiraren jaitsiera hori hautematen dute, kasu honetan, X izpien bidez.

Jupiterren Orban Gorri Handia uste zutena baino sakonagoa dela azaltzen du Ana Galarragak Elhuyar aldizkarian. Orban Gorri Handia ekaitz erraldoi bat da, Lurraren diametroa baino zabalagoa hain zuzen, eta, Science aldizkarian argitaratu denez, uste zutena baino sakonagoa da. Juno zundaren azken neurketei esker lortu dituzte hau ondorioztatzeko datu berriak, mikrouhinen eta grabitatearen neurketez baliatuz.

Birologia

Poliomielitisa edo polioa XX. mendeko gaixotasunik larrienetako bat zen, garai hartan milioika pertsonari paralisia eragiten baitzien. Polioa eragiten zuen birusa garaitzea lortu zen ordea, hein handi batean, Marguerite Vogt birologoak egindako aurrerapenengatik. Vogt Alemanian jaio zen 1913an baina Estatu Batuetara emigratu ikerketan lan egiteko asmoz. Bertan, polioaren birusa arazteko metodo bat garatu zuen birologo italiar batekin batera, eta teknika honek beste birus batzuk aztertzea ahalbidetu zuen mundu osoan zehar. Honela, birologia molekular izeneko arloa sortu zen. Datuak Zientzia Kaieran: Marguerite Vogt, birusak nola ‘kontatu’ deskubritu zuen birologoa.

Biologia

Mangosta marradun (Mungos mungo) espezieko ia talde guztietan eme helduek egun berean erditzen dute. Ernaldia betetzen dutenek lur azpiko zulo batean erditzen dituzte kumeak eta horrela, partekatutako kumaldi komunal moduko bat sortzen da. Beraz, jaioberrien bizitzako lehen hilabetean, taldeko amek, batzuk zein besteak maite dituzte bereak diren ala ez kontuan hartu gabe eta gainera, baliabide gehien dituzten amek (ondo elikatuta daudenak) gehiago elikatzen dituzte pisu gutxien duten kumeak, beraien kumeak izan edo ez. Beste kideekiko prestutasun jokabide hau orain arte gure espeziean bakarrik ikusi izan da. Juan Ignacio Pérez Iglesiasek azaltzen du Zientzia Kaieran: Mangosta marradunen ezjakintasun-beloa.

Tumore-zelulen arteko lehiaketa aztertzen ari dira elkarlanean EHUko Analisi Ekonomikoko ikertzaileak eta Biocruceseko patologoak. Helburu honekin, jokoaren teorian oinarritu dira. Teoria hau, batetik, tumore-zelulen arteko eta, bestetik, tumore-zelulen eta ostalari-zelulen arteko elkarrekintzak argitzeko baliagarria dela frogatu dute. Izan ere, gaixotasun hau disfuntzio sozial gisa hartzeak ikuspegi berriak lortzea ahalbidetu du, eta etorkizunean emaitza interesgarriak izatea espero dute teoria berri honi esker. Datuak Elhuyar aldizkarian: Jokoen teoria erabiltzen dute metastasien jokaera aztertzeko.

Ingurumena

Landare erreinuko organismoak bereziki erlazio estua dute atmosferako CO2 gasarekin, fotosintesia egiteko beharrezkoa baitute, beraz zentzuzkoa izango litzateke atmosferako CO2 kontzentrazioa emendatzeak landareengan eragina izatea. Pentsatu izan da CO2 kontzentrazioa handiagotzeak eragin positiboa izango lukeela garapen eta ekoizpenean, baina errealitatea ez da hain sinplea. Nature plants aldizkarian argitaratutako ikerketa batek erakutsi duenez, bada espezie toxiko bat, Parthenium hysterophorus landare amerikarra, zeinak bere toxikotasuna emendatu duen atmosferako CO2 kontzentrazioa handitzearekin batera, eta lehiakorragoa eta inbaditzaileagoa bilakatzen ari dira lurreko herrialde batzuetan, Australian adibidez. Datu guztiak Zientzia Kaieran: Atmosfera toxikoagoa, landare toxikoagoak.

Arkeologia

Zientzialari talde batek ezkutaturik dauden 478 monumentu aurkitu dituzte Mexikon laser bidez. Science aldizkarian argitaratu denez, oihanak ezkutatzen dituen lautada artifizial batzuk dira egitura horiek, duela 3.000 urte eraikiak izan litezke eta ospakizunetarako eta liturgiarako erabiltzen zirela ondorioztatu dute. LIDAR teknologiaren bidez hartutako irudiak aztertuz egin dute aurkikuntza baina irudiak ez dira berriak, Mexikoko Gobernuak lehendik publiko egindakoak baitira. Datu guztiak Berrian.

Genetika

Txinaren mendebaldean dagoen Tarim ibaiaren arroko momien azterketa genomikoak hauen jatorria erakutsi du. Mendebaldeko ezaugarriak dituzten momien ezaugarriek harrituta izan ditu urteotan zientzialariak. Garai batean, mendebaldeko etorkin indoeuroparrak zirela uste izan zen; hala ere, Asiako sustrai sakonak eta urruneko sukaldaritzarekiko gustua zituen bertako indigenak direla ondorioztatu du azken ikerketak. Jakes Goikoetxeak kontatzen digu Berrian: Bertako herritarrenak dira Tarimgo momiak, ez migratzaileenak.

 

Egileaz:

Irati Diez Virto Biologian graduatu zen UPV/EHUn eta unibertsitate bereko Kultura Zientifikoko Katedrako kolaboratzailea da.

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El gran evento de divulgación Naukas regresó a Bilbao para celebrar su décima edición en el magnífico Palacio Euskalduna durante los pasados 23, 24, 25 y 26 de septiembre.

Cantaba Franco Battiato:

Busco un centro de gravedad permanente
Que no varíe lo que ahora pienso de las cosas de la gente

De las cosas de la gente, no, pero de las cosas a secas lo encuentra Javier Fernández Panadero.



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

N. del E.: Una crónica de esta charla puede leerse aquí

El artículo Naukas Bilbao 2021: Javier Fernández Panadero – Busco un centro de gravedad permanente se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Ingeniaritza elementuak garatzeko material bizidunetan inspiratzen dira ingeniariak aspaldi. Hilik dagoen baina naturala den egituraren txanda da orain: litosfera. Lithomimetics: lithosphere as inspiration for the design of novel materials Silvia Románek.

Kosta tropikalean bizi dira mangladiak. Ur gazian, beraz. Zelan da posible, orduan, mangladiak egotea Yucatán penintsulan, lurrean barna 200 kilometrora, San Pedro ibaiaren ur gezan? 125.000 urte atzera egin behar da ulertzeko: A forgotten mangrove forest around remote inland lagoons in Mexico’s Yucatan tells a story of rising seas Sula E. Vanderplankek.

Materialen eta aplikazioen garapen prozesuan bai maila atomikoak analisi teknika berriak garatzea, bai fisika lege berriak aurkitzea ekarri du nanozientziak. Aplikazio biomedikoen artean, nanozientziaren eta neurozientziaren bategiteak ekartzen dituen aukerak izugarriak dira. NanoNeuro is a thing DIPCk.

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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Luz Boyero

Foto: Nina Lishchuk / Shutterstock

 

El término biodiversidad, hasta hace poco utilizado casi exclusivamente en un ámbito científico, hoy en día está de moda. Todos sabemos que la biodiversidad es, a grandes rasgos, la variedad de especies que habitan nuestro planeta (aunque técnicamente el término engloba también la variedad de genes y de ecosistemas).

El hecho de que la biodiversidad esté de moda es, sin embargo, una mala noticia, ya que el origen de esta fama es precisamente la gran velocidad a la cual las especies están desapareciendo. Lamentablemente, la actual tasa de extinción de especies no tiene precedente histórico, e incluso podría estar superando a la de la última extinción masiva que ocurrió durante la transición Cretácico-Terciario, cuando los dinosaurios desaparecieron.

De la evolución a la mano del hombre

La biodiversidad es el resultado de varios miles de millones de años de evolución, desde el aún incierto origen de la vida hasta nuestros días. Así, el registro fósil y el material genético de las especies actuales nos dan pistas sobre el número y las características de las especies que han habitado la Tierra en los distintos periodos.

Las extinciones, junto con la especiación, forman parte del proceso de evolución y han ocurrido siempre por causas naturales. En el caso de las extinciones masivas han sido presumiblemente fenómenos catastróficos tales como el vulcanismo o los impactos de asteroides.

Sin embargo, sabemos que el ser humano es responsable de gran parte de las extinciones actuales. Ha contribuido bien de manera directa (por ejemplo, a través de la caza) o indirecta (a causa de la destrucción de hábitat, los cambios climáticos o la introducción de especies exóticas que desplazan a las autóctonas).

El papel que desempeña el ser humano en los cambios ambientales actuales es clave. Esto ha llevado a denominar Antropoceno al periodo que transcurre desde la revolución industrial. Pero los humanos, además de ser los principales responsables de los cambios que sufre nuestro planeta, nos vemos seriamente afectados por dichos cambios ambientales y por la pérdida de biodiversidad.

La biodiversidad no solo tiene un valor intrínseco que debe ser valorado y respetado en sí mismo. Además, las especies son valiosas para nosotros porque nos proporcionan servicios que son básicos para nuestra surpervivencia, y que están relacionados con los ecosistemas de los que forman parte: son los llamados servicios ecosistémicos.

Zona deforestada de la selva amazónica brasileña. Foto: Tarcisio Schnaider / Shutterstock

Consecuencias para los ecosistemas

Los seres vivos interaccionan unos con otros mediante distintos tipos de relaciones (tróficas, competitivas, sociales, etc.), así como con su ambiente (del cual obtienen recursos para mantenerse vivos), formando ecosistemas que están en continuo funcionamiento. Dicho funcionamiento se define por una serie de procesos, como son la producción de biomasa, la descomposición o los ciclos de nutrientes.

Hoy en día sabemos que la biodiversidad afecta directamente al funcionamiento de los ecosistemas, es decir: el número de especies presentes en un ecosistema, así como la identidad de dichas especies y sus características, pueden acelerar o decelerar las tasas de los distintos procesos. Este hecho, que ha sido demostrado en los últimos 30 años gracias a una rama específica de la ciencia denominada BEF, del inglés biodiversity-ecosystem funcioning, ha despertado conciencia sobre el papel fundamental que desempeñan las especies para mantener el equilibrio dinámico en el que se encuentra nuestro planeta. Así, todas las especies son piezas de una maquinaria cuyo funcionamiento depende del conjunto, y las consecuencias de su pérdida son difíciles de predecir debido a la complejidad de los ecosistemas.

Por ejemplo, los ríos de cabecera son ecosistemas heterotróficos cuya principal fuente de energía y materia radica en la hojarasca que proviene de la cuenca. Esta hojarasca es procesada por organismos y microorganismos acuáticos, que son capaces de incorporar el carbono y los nutrientes de origen terrestre en la red trófica acuática y así abastecer al ecosistema fluvial.

La disminución de especies vegetales en las cuencas puede ocurrir como consecuencia de la sustitución de especies autóctonas por otras de interés comercial o por la aparición de enfermedades infecciosas. Nuestras investigaciones indican que esta pérdida de especies altera los procesos fundamentales que conforman el funcionamiento del ecosistema fluvial: por lo general, se favorecen las vías microbianas en detrimento de los procesos mediados por organismos acuáticos y disminuye la eficiencia del ecosistema para utilizar los recursos de origen terrestre.

Aunque todavía no se ha cuantificado la repercusión que esto tiene a nivel de servicios ecosistémicos, los efectos negativos sobre la calidad del agua, la producción de recursos alimentarios o el valor paisajístico y recreativo son más que probables.

Es también importante recalcar que distintas zonas del planeta pueden verse afectadas de forma diferente por la pérdida de biodiversidad. En primer lugar, las tasas de extinción no son homogéneas. En la actualidad afectan principalmente a los países en vías de desarrollo, con algunos puntos calientes (del inglés hotspots) en Sudamérica y el sureste asiático.

En segundo lugar, un mismo tipo de ecosistema en ocasiones puede funcionar de manera diferente en distintas zonas climáticas. Así, en los ríos de cabecera, las comunidades de invertebrados que procesan la hojarasca en zonas templadas y tropicales utilizan diferentes estrategias en el uso de este recurso.

En las zonas tropicales, la pérdida de biodiversidad vegetal acarrea mayores consecuencias funcionales que en las templadas. Por eso en estos países la protección de la biodiversidad debería ser aún más prioritaria, y esto es justamente lo contrario a lo que ocurre en realidad.

Sobre la autora: Luz Boyero es Profesora de Investigación Ikerbasque en Ecología, UPV/EHU

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Artículo original.

El artículo Las consecuencias de la crisis de biodiversidad para los ecosistemas y los humanos se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Rocío Pérez

XX. mendean, poliomielitisa edo polioa zen gaixotasunik beldurgarrienetako bat. Ez zen beti hilgarria, baina ondorioak izugarriak ziren: milioika pertsonari –horietako asko haurrak ziren– paralisia eragiten zien urtero. Gaur egun ia inork ez du gogoratzen.

Hura eragiten zuen birusari buruzko ikerketei eta hura garaitzea lortu zuen txertoari esker, mehatxu izateari utzi dio ia mundu osoan. Txerto baten garapenean ikertzaile askok parte hartzen dute, bai eta horien aurkikuntza progresiboek ere, bakoitza hurrengoetan oinarrituta. Gizateriaren konkista honetako izen erabakigarrietako bat Marguerite Vogt izan zen.

1. irudia: Marguerite Vogt eta haren ahizpa Marthe Louise Vogt. (Argazkia: Wellcome Library, London – CC BY 4.0 lizentziapean. Iturria: Wikipedia)

Vogt Alemanian jaio zen 1913an, eta garaiko goi mailako neurozientzialari bikote baten alaba zen. Eragin zientifiko handiko giro batean hazi zen, eta berak eta bere ahizpak bide hori jarraitu zuten. Haurtzaroa laborategi artean igaro zuen, eta 14 urterekin argitaratu zuen bere lehen ikerketa, frutaren eulian izandako mutazio batzuk deskribatzen zituena.

“Ez nuen nazi batekin bukatu nahi”

Naziak indarra hartzen ari ziren Alemanian, eta gurasoak Berlingo Kaiser Wilhem Institututik –gaur egun, Max Planck– kanporatu zituzten. Aita hango zuzendari izatera iritsi zen. Urte batzuk geroago kontatu zuenez, “Hitlerren garaian, gizon guztiak saihesten nituen. Ez nuen nazi batekin bukatu nahi, eta garai hartako Alemanian ezin zinen inoren ideia politikoez ziur egon”.

Beren ikergune propioa ireki zuten, non naziek jazarritako beste pertsona batzuk hartu zituzten, eta Vogtek denbora asko ematen zuen laborategietan lehen ikerketa haietan. Medikuntzako unibertsitate ikasle zela ikertzen jarraitu zuen; ez zen eskoletara joaten eta, galdutako lezioak konpentsatzeko, buruz ikasten zituen testu liburuak.

Ausarta, polioaren birusaren aurrean

Gerraren ondoren, Vogtek Estatu Batuetara emigratu zuen. Bertan, Kaliforniako Teknologia Institutuan matrikulatu zen lehenik eta Biologia Ikasketen Salk Institutuan gero, sortu eta gutxira. Bertan behin-behineko instalazio itogarrietan lan egin zuen, ikertzen ari zen patogeno arriskutsuetatik ia babesten ez zuten txanoen azpian.

2. irudia: Marguerite Vogt birologoa 1938. urtean. (Iturria: Wikipedia)

Patogeno horietako bat, hain zuzen ere, polioa eragiten duen birusa zen. Pipeten eta petri plaken artean, inkubatzen, zentrifugatzen eta berriro inkubatzen, Vogt tximino giltzurruneko zeluletan birusa kultibatzen eta bakartzen saiatzen zen hura aztertzeko, eta hori oso ausarta zen. Une hartan zientzialari gehienek zalantza egiten zuten mikrobiotik hain hurbil egotearen ideiarekin. Vogtek ez zien gurasoei kontatu. Geroago kontatu zuen aita asko haserretuko zela zerekin lan egiten zuen jakingo bazuen.

Birusak aztertzeko metodo kuantitatibo bat

Urtebetez saiatu ondoren, 1954an lortu zuen saiatzen ari zena. Berak eta Renato Dulbecco birologo italiar ospetsuak polioaren birusa arazteko garatu zuten metodoa argitaratu zuten. Horri esker, birologia zientzia deskriptibo huts izatetik zientzia kuantitatibo ere izatera igaro zen: horrela, birusak, haien ugalketa eta haien infekzio gaitasuna kontatu egin zitezkeen, eta, nolabait, alderatu.

Berehala hartu zuten hori beste birologo batzuek polioaren birusaren aldaera desberdinak aztertzeko, baita Albert Sabin mikrobiologoak ere. Horrela, birusaren andui ahulduak identifikatu eta bakartu ahal izan zituen, eta, hortik abiatuta, immunizazio kanpaina masiboetan erabili zen ahotiko txertoa garatu. Hurrengo urteetan, gaixotasuna garaitu eta ia desagerrarazi ahal izan zen.

Baina Vogten lana ez zen amaitu polioaren ondoren. Bere metodoari esker, mundu osoko zientzialariek beste birus batzuk aztertu ahal izan zituzten, zehazki, zelula indibidualetan duten eragina; horrela, birologia molekular izeneko arloa sortu zen. Partikula birikoak kultibatzeko eta arazteko metodorik erabiliena da oraindik ere, baita COVID-19a eragiten duen SARS-CoV-2 birusaren inguruko ikerketetan ere.

Onkobirusetatik tumoreen kausa genetikoetara

Aurrerago, Vogtek eta Dulbeccok beste birus batzuetan ere lan egin zuten, zehazki, DNA aldatuta zelula osasuntsuak zelula kantzerigeno bihurtzeko gai direnak. Ikerketa onkologikoetan ere aurrerapausoa izan zen hori, tumoreen anatomia sailkatzetik gaixotasuna eragiten duten mutazio genetikoak aztertzera igaro baitziren.

3. irudia: Marguerite Vogt biroloa erretiratu ondoren, San Diegoko hirian. (Argazkia: The Lancent)

Dulbeccok 1975eko Fisiologia edo Medikuntzako Nobel saria irabazi zuen onkobirusei buruzko ikerketengatik, baina Vogt ez zuten berdin aitortu bere ibilbidean. Bera, dena den, ez zen kexu. “Pozten naiz ez didatelako halako gauzengatik molestatu. Oso ospetsu egiten zarenean, ezin duzu lanik egin”.

Estatu Batuetan bizi izan zen zendu zen arte, eta eskubide zibilen aldeko eta Vietnamgo gerraren aurkako protestetan parte hartu zuen. 80 urte baino gehiago zituenean ere ikertzen jarraitu zuen, eta uste zuen orduan emakumeek egoera hobea zutela inguru zientifikoan bere gaztaroan baino, baina oraindik asko zegoela hobetzeko. “Askoz gehiago izan behar dute, horrela ezingo gaituzte alde batera utzi”. Vogt 2007ko uztailaren 6an zendu zen Kalifornian, 94 urte zituela.

Iturriak:

• Angier, Natalie (2001). SCIENTIST AT WORK — Marguerite Vogt; A Lifetime Later, Still in Love With the Lab, The New York Times, 2001eko apirilaren 10.
• Salk Institute (2007). Longtime Salk Researcher Marguerite Vogt Dies, 2007ko uztaila.
• Oransky, Ivan (2007). Marguerite M Vogt. The Lancet, 370 (9593), 1122. DOI: https://doi.org/10.1016/S0140-6736(07)61500-1
• Scudellari, Megan (2021). By taking on poliovirus, Marguerite Vogt transformed the study of all viruses, ScienceNews, 2021eko irailaren 17.
• Wikipedia, Marguerite Vogt.

Egileaz:

Rocío Pérez Benavente (@galatea128) zientzia kazetaria da.

Jatorrizko artikulua Mujeres con Ciencia blogean argitaratu zen 2021eko urriaren 21ean: Marguerite Vogt, la viróloga que descubrió cómo “contar” los virus.

Itzulpena: UPV/EHUko Euskara Zerbitzua.

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Fotografía de la Tierra conocida como “La Canica Azul” tomada por la tripulación de la misión Apolo 17 (de la que formaba parte Harrison Schmitt) de camino hacia la Luna. Autoría: NASA/ Tripulación del Apolo 17.

El 21 de julio de 1969, el astronauta estadounidense Neil Armstrong se convirtió en el primer hombre en pisar la Luna. Pero este hito histórico de la humanidad no habría sido posible sin la geología.

Mareta N. West. Fuente

Vamos a viajar al principio de esta historia. Corría el año 1915 cuando, en el estado de Oklahoma (Estados Unidos), nació una niña a la que pusieron por nombre Mareta Nelle West. Mareta estudió en la Universidad de Oklahoma, en la que se graduó en geología con 22 años. Tras varias décadas trabajando en la industria del petróleo, se convirtió en la primera geóloga contratada por el Servicio Geológico de Estados Unidos en el año 1964. Nos encontrábamos en plena carrera espacial, lo que provocó que Mareta entrara a formar parte del Equipo Experimental de Geología de la NASA encargado del entrenamiento de los astronautas de las misiones Apolo, siendo así considerada como la primera astrogeóloga.

Su trabajo fue determinante para el desarrollo favorable de la misión Apolo 11 que llevó a los primeros seres humanos hasta la Luna, ya que fue Mareta la encargada de realizar la cartografía de nuestro satélite y decidir el punto exacto en el que se produciría el primer alunizaje de la historia. Es decir, fue una geóloga la que eligió el lugar en el que quedaría marcada la primera huella humana de la Luna. Y no fue el único, ya que tras revisar los mapas lunares realizados por la tripulación de la Apolo 11, Mareta seleccionó los puntos de alunizaje de otras misiones tripuladas de la NASA. Tras su muerte en 1988, sus cenizas fueron enviadas a ese espacio que tanto estudió.

Eugene M. Shoemaker. Fuente: Wikimedia Commons

Hay otro nombre propio que debemos mencionar en esta carrera espacial geológica, el de Eugene Merle Shoemaker. Eugene nació en 1928 en el estado de California (Estados Unidos) y se le puede considerar como un auténtico geólogo vocacional, ya que de niño se dedicaba a buscar y coleccionar rocas y minerales que despertaron su interés por esta ciencia. Su carrera profesional siempre estuvo ligada al Servicio Geológico de Estados Unidos, donde se especializó en el estudio de cráteres de impacto de cuerpos extraterrestres en nuestro planeta relacionándolos con ciertos eventos críticos de nuestra historia geológica. Y trasladó este conocimiento al estudio de los cráteres de impacto de la Luna, colaborando estrechamente con la NASA. Así, en 1961 pondría en marcha el plan de astrogeología del Servicio Geológico de Estados Unidos, que culminaría en 1965 con la creación del Centro de Astrogeología asociado a esta institución.

Por todo este trabajo, Eugene es considerado como uno de los padres de la Geología Planetaria. En la NASA, al igual que Mareta, se dedicó a entrenar a los astronautas del programa Apolo e, incluso, intentó convertirse él mismo en uno de los elegidos para viajar a la Luna. Pero unos problemas de salud le impidieron conseguirlo. Sin embargo, tras su muerte en 1987 pudo cumplir su sueño, ya que sus cenizas fueron transportadas por una sonda lunar hasta nuestro satélite, convirtiéndose en la primera y única persona cuyos restos descansan en la Luna, al menos hasta la fecha.

Harrison H. Schmitt. Fuente: Wikimedia Commons

Vamos a terminar este pequeño paseo espacial recordando a un tercer geólogo. En 1935, en el estado de Nuevo México (Estados Unidos), nació Harrison Hagan Schmitt. Después de formarse como geólogo tanto en Estados Unidos como en Noruega, Harrison trabajó en el Centro de Astrogeología del Servicio Geológico de Estados Unidos creado por Eugene justo antes de unirse a la NASA en 1965, donde, además de estudiar las muestras de polvo y rocas traídas de la Luna, también colaboró en los entrenamientos para astronautas.

Él mismo se preparó para ser uno de los elegidos para viajar a nuestro satélite, cosa que consiguió gracias a la recomendación de Eugene. De esta manera, Harrison formó parte de la tripulación de la misión Apolo 17, que alunizó en nuestro satélite a finales de 1972. Así, se convirtió en el primer y único científico que ha pisado la Luna. Y, para dejar constancia de que un geólogo ha estado dando un paseo por su superficie, antes de abandonar nuestro satélite lanzó su martillo geológico lejos del módulo lunar, no sin dejar de hacer bromas sobre la posibilidad de que se lo descontasen del sueldo (se puede ver el lanzamiento en el vídeo de abajo).

Sin duda, estos tres pioneros de la Geología Planetaria dejaron su propia huella en la Luna, aunque cada uno a su manera.

Más información sobre Mareta West:

Mujeres y Geología (SGE)

Celestis

Más información sobre Eugene Shoemaker:

USGS

NASA

Más información sobre Harrison Schmitt:

USGS

Sobre la autora: Blanca María Martínez es doctora en geología, investigadora de la Sociedad de Ciencias Aranzadi y colaboradora externa del departamento de Geología de la Facultad de Ciencia y Tecnología de la UPV/EHU

El artículo Geólogos en la Luna se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Blanca Martínez: “Los geólogos le tenemos mucho cariño a Godzilla”
2. 1969: el año en el que llegamos a la Luna e inventamos Internet
3. Coloquios escépticos: ¿Fuimos a la Luna?, con Eugenio Manuel Fernández Aguilar

Cristian Mendes, Beñat Artetxe, Leire Ruiz-Rubio, Jose Luis Vilas

Fabrikazio gehigarria (additive manufacturing, AM) teknologia ezberdinak biltzen dituen fabrikazio prozesua da, gaur egun “3D inprimaketa” izenez ezagutzen dena. Prozesu honetan, material jakin baten geruzak gainezarriz osatzen da hiru dimentsiotako objektu solidoa. Metodo tradizionalekin alderatuta abantaila ugari ditu, hala nola diseinu askatasuna, pertsonalizazioa, egitura konplexuak fabrikatzeko gaitasuna edota azkartasuna.

1. irudia: 3D inprimagailu bat. (Argazkia: Lutz Peter – Pixabay lizentziapean. Iturria: pixabay.com)

Hasiera batean fabrikazio gehigarria plastikozko prototipo berriak sortzeko teknika bezala garatu bazen ere, urteak joan ahala jasandako hobekuntzen ondorioz, erreminten mundura hedatu da. Gaur egun ordea, kontsumitzaileentzat funtzionalak diren produktuak ekoiztean ardaztu du produkzioa. Etorkizunean, “industria iraultza” moduan identifikatu den prozesu honekin, erabiltzaile bakoitzak bere beharrak asetzen dituen produktu propioak sortzeko aukera izango du, merkatuko pieza berriak erosi beharrean.

Nahiz eta izen berberaren pean ezagunak izan, egun, 3D inprimaketarako zenbait metodo edo teknika ezberdin daude eskuragarri. Tekniketako bakoitza, erabiltzen den materialaren (metalak, zeramikoak edo polimeroak) eta oinarritzen den printzipioaren (likido baten deposizioa, hauts baten laser bidezko sinterizazioa, material baten fusio termikoa…) arabera aukeratzen da. Material ezberdin ugari erabil daitezkeen arren, gaur egun polimeroak dira gailentzen direnak, beraien aldakortasuna, kostu baxua eta propietate fisiko-kimikoak direla eta.

Polimeroetan oinarritutako fabrikazio gehigarrirako metodoen artean honakoak ditugu:

1. material-urtze bidezko modelatzea (FDM)
2. estereolitografia (SLA)
3. argiaren prozesatze digitala (DLP)
4. laser bidezko sinterizazio selektiboa (SLS)
5. hiru-dimentsiotako inprimaketa (3DP)
6. ijeztutako objektuen manufaktura (LOM)
7. PolyJet teknologia

Gehienek erretxina polimeriko bat argi ultramore bidez ontzean dute funtsa (SLA, DLP, PolyJet). 3DP-n hauts eta aglutinatzaile baten arteko nahastea trinkotzen da. Gainontzekoek ordea fusio selektiboetan duten oinarria, hauts erako (SLS), ijeztutako (LOM) edo estrusio prozesua jasan duen (FDM) materialen gainean.

Fabrikazio teknikaren arabera, polimero termoplastikoak (FDM, SLS, 3DP, LOM metodoetan) edo termoegonkorrak (SLA, DLP, PolyJet metodoetan) erabiltzen dira (1.irudia). Lehenak egitura molekular lineala duten material bezala definitzen dira eta gai dira bero edo presio bidez urtu edo biguntzeko. Ohikoenak, akrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS) kopolimeroa, nylonak, elastomeroak, poli (metilmetakrilatoa) (PMMA) eta poli (binilkloruroa) (PVC) dira. Bigarrenek elkargurutzaketa kimikoan oinarritutako egitura aurkezten dute eta ondorioz, deskonposatu egiten dira urtu edo bigundu beharrean. Fotopolimero termoegonkorren artean, akrilato-, binil eter eta epoxi erretxinak daude.

2. irudia: Fabrikazio gehigarrian erabiltzen diren ohiko polimero eta monomeroen egitura kimikoak. (Iturria: Ekaia aldizkaria)

Nahiz eta aplikazio-eremu zabala aurkeztu, 3D inprimaketaz prestatutako polimeroek biomedikuntzan (protesi eta inplanteen inprimaketa, birsorkuntza medikuntza, ehunen ingeniaritza), elektronikan eta industria aeroespazialean duten garrantzia bereziki nabarmentzekoa da. Azken esparru honetan, adibide argia da 2. irudian ikus daitekeen turbina, arin eta eraginkorra izateaz gain, presio eta tenperatura altuak jasateko gai baita 3D inprimaketaz fabrikatutako material konposatu polimerikoa.

3. irudia: Gainazal aerodinamikoaren (a) eta helizearen (b) hiru dimentsioko ereduak. Fotopolimerizazio bidez inprimatutako beira-zuntzezko (c, d, g, h) eta karbono-zuntzezko (e, f, i, j) konpositeak. (Iturria: Ekaia aldizkaria)Artikuluaren fitxa:

• Aldizkaria: Ekaia
• Zenbakia: 2019ko ale berezia
• Artikuluaren izena: Polimeroetan oinarritutako fabrikazio gehigarria eta 3D inprimaketa: etorkizuneko teknologia gaur egungo gizartean.
• Laburpena: Fabrikazio gehigarriak, metodo tradizionalekin alderatuta, abantaila ugari ditu, hala nola diseinu askatasuna, pertsonalizazioa, egitura konplexuak fabrikatzeko gaitasuna edota prototipoen sorrera azkarra. 3D inprimaketa teknologietan material ezberdin ugari erabiltzen badira ere, polimeroak dira gailentzen direnak, haien aldakortasuna, kostu baxua eta propietate fisiko-kimikoak direla eta. Horrela, artikulu honek polimeroetan oinarritutako fabrikazio gehigarrirako metodoak eta horietan erabiltzen diren polimero nagusiak laburbiltzen ditu, baita zenbait arlotan dituzten erabilera-esparruak ere: biomedikuntzan, elektronikan eta ingeniaritza aeroespazialean.
• Egileak: Cristian Mendes, Beñat Artetxe, Leire Ruiz-Rubio, Jose Luis Vilas
• Argitaletxea: UPV/EHUko argitalpen zerbitzua
• ISSN: 0214-9001
• eISSN: 2444-3255
• Orrialdeak: 101-119
• DOI: 10.1387/ekaia.19729

Egileez:

Cristian Mendes BCMaterials zentroko ikertzailea da; Leire Ruiz-Rubio eta José Luis Vilas-Vilela UPV/EHUko Zientzia eta Teknologia Fakultateko eta BCMaterials zentroko ikertzaileak dira eta Beñat Artetxe UPV/EHUko Zientzia eta Teknologia Fakultateko ikertzailea da.

Ekaia aldizkariarekin lankidetzan egindako atala.

 

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El otoño avanza y empieza a hacer frío. A Pedro se le quedan los pies helados en la cama, así que decide ponerse los dos únicos pares de calcetines que tiene (uno rojo y otro negro). Tiene metidos esos calcetines en un cajón, tirados de cualquier manera. Para que su gata no crea que ya es de día y empiece a pedir de comer, Pedro decide no encender la luz. Así que abre el cajón y se coloca los calcetines sin poder ver su color. Al volver a la cama, ya desvelado, empieza a pensar en la siguiente cuestión: ¿Cuál es la probabilidad de que me haya puesto los calcetines de manera que los visibles (los de fuera) sean del mismo color?

Intentemos ayudar a Pedro, razonando de varias maneras.

Razonamiento 1

Pedro coge un calcetín al azar y se lo pone en el pie derecho. Toma un segundo calcetín y lo coloca sobre el primero. Para conseguir su objetivo (que los calcetines visibles tengan el mismo color) necesita que el segundo calcetín tomado (entre los tres que quedaban en el cajón) no sea la pareja del primero. Esto sucederá en dos de cada tres ocasiones.

Se pone después el tercer calcetín (en el pie izquierdo) elegido al azar entre los dos que quedan. Para cumplir su propósito, el tercero debe ser la pareja del primer calcetín. Esto sucederá una de cada dos veces.

Así, la probabilidad de éxito es de: P1 = 2/3 x 1/2 = 1/3.

Razonamiento 2

Pedro coge dos calcetines a ciegas y los coloca en su pie derecho. Necesita que sean diferentes. Como las posibles parejas son (R es rojo y N negro) (R-R), (N-N), (R-N) y (N-R), Pedro tiene una oportunidad sobre dos de atrapar bien esos dos calcetines. Después (si su pie derecho tiene calcetines de diferentes tonos) debe ponerse los dos calcetines que quedan (que son, por lo tanto, de colores diferentes) en el orden adecuado: conseguirá hacerlo una de cada dos veces.

Así, la probabilidad de éxito es de P2 = 1/2 x 1/2 = 1/4.

Razonamiento 3

Pedro coge dos calcetines del cajón y se coloca uno en el pie izquierdo y otro en el derecho. Para intentar conseguir su objetivo (que los calcetines visibles sean del mismo tono) necesita que los dos calcetines colocados sean del mismo color. Como las posibles parejas son (R-R), (N-N), (R-N) y (N-R), se conseguirá éxito en la disposición una vez de cada dos. En este caso, los dos calcetines que quedan son del mismo color.

Por lo tanto, la probabilidad de éxito es de P3 = 1/2.

¡Esto es bastante raro! Tres razonamientos totalmente convincentes han proporcionado probabilidades diferentes de conseguir el objetivo de Pedro. ¿Puede ser que la probabilidad de tener éxito dependa del procedimiento seguido? ¿O, por el contrario, de los tres anteriores razonamientos (al menos) dos son falsos? Debajo aparece la solución, pero (si os apetece) pensad en la respuesta, quizás razonando de diferente manera para intentar entender que sucede…

Solución

No hay ninguna razón para que diferentes procedimientos de colocación de los calcetines proporcionen distintas soluciones, ya que se trata únicamente de elegir cuatro calcetines y ponérselos, sin utilizar ninguna información adicional. Así que (al menos) dos de los razonamientos anteriores son falsos.

Denotemos R1, R2, N1 y N2 los cuatro calcetines. Cuando se cogen dos calcetines entre los cuatro, estamos eligiendo dos elementos en un conjunto de cuatro, y esto puede hacerse de seis maneras:

{R1,R2}, {R1,N1}, {R1,N2}, {R2,N1}, {R2,N2} y {N1,N2}.

Los anteriores son conjuntos de calcetines, el orden no se tiene en cuenta. Es decir, son las combinaciones de cuatro elementos tomados de dos en dos, C(4,2)=4!/2!.2!=6.

Así, la probabilidad de tomar dos calcetines del mismo color cuando se cogen dos entre los cuatro que hay en el cajón es de 2/3, y no de 1/2 como se afirma en los razonamientos 2 y 3.

Por lo tanto, en el razonamiento 2 debe reemplazarse el primer 1/2 por 2/3 y la probabilidad es entonces de P2 = 2/3 x 1/2 = 1/3.

El razonamiento 3 falla por el mismo motivo; por ello debe sustituirse 1/2 por 1/3, con lo que P3 = 1/3.

Esto es tranquilizador, los tres razonamientos dan lugar al mismo resultado. ¿Y si las tres se han argumentado mal? Podría suceder… Veamos un método exhaustivo para comprobar que la probabilidad buscada es, efectivamente, de 1/3.

Hay 24 modos posibles de colocar los calcetines; son las maneras de ordenar un conjunto de cuatro elementos (variaciones sin repetición de cuatro elementos tomados de cuatro en cuatro), como se muestra en la siguiente tabla:

Si convenimos que el orden de colocación de los calcetines es: pie derecho, pie derecho, pie izquierdo y pie izquierdo, entonces las configuraciones que consiguen el objetivo de Pedro son (N-R-N-R) o (R-N-R-N), que marcamos en la tabla:

Como se observa, son cuatro de cada tipo, es decir 8 entre las 24 configuraciones posibles; luego la probabilidad buscada es, efectivamente, de 1/3.

De cualquier modo, si Pedro fuera más ordenado y emparejara sus calcetines en vez de meterlos de cualquier manera en el cajón, lo tendría más fácil. Solo se desvelaría intentando adivinar el color visible de sus calcetines una vez colocados…

Nota

Este problema fue propuesto por el profesor Jean-Paul Delahaye en la sección de paradojas del número 16.1 de la revista Accromath (invierno-primavera 2021). La solución apareció en la sección de paradojas del número 16.2 (verano-otoño 2021).

Este texto es una traducción (adaptada) del problema y de la solución planteada por Delahaye.

Sobre la autora: Marta Macho Stadler es profesora de Topología en el Departamento de Matemáticas de la UPV/EHU, y colaboradora asidua en ZTFNews, el blog de la Facultad de Ciencia y Tecnología de esta universidad

El artículo Poniéndose bien dos pares de calcetines se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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Irati Diez

Dagoeneko egiaztatu da atmosferako CO2 kontzentrazioa emendatzeak Lurreko bizitzan eragin handia duela eta, besteak beste, aurtengo Fisikako Nobel saria irabazteko haina garrantzia eman zaio ikerketa-lerro horri. Lurreko izaki bizidun askoren prozesu biologikoetan eragiten du gas honen kontzentrazioa igotzeak, baina bada bereziki CO2-arekin erlazio oso estua duen erreinu bat: Landareen erreinua.

Landareek CO2 gasarekiko menpekotasun handia dute, haren kontzentrazioaren baitan baitago haien fotosintesi-tasa eta ondorioz, hazkuntza, nutrizio-balioa eta baita biziraupena ere. Pentsatu izan da, landareek fotosintesia aurrera eramateko airetik CO2 gasa hartzen dutenez, atmosferan CO2 kontzentrazioa handiagotzeak eragin positiboa izango lukeela haien fotosintesi tasan eta, ondorioz, landareen garapen eta ekoizpenean. Errealitatea, ordea, ez da hain sinplea.

Frogatu ahal izan denez, landareen barneko prozesu biologikoak hori baino dibertsoagoak eta konplexuagoak dira eta, ikusi da, besteak beste, aireko CO2 kontzentrazioak, maila batetik gora, landareentzat ere toxikoak izan daitezkeela. Badira, ordea, CO2 kontzentrazio altuei etekina ateratzeko ahalmena duten landareak: horietako bat da Parthenium hysterophorus espezie toxikoa. Nature plants aldizkarian argitaratutako ikerketa batek erakutsi duenez, espezie honetako indibiduo batzuk beren toxikotasuna emendatu dute atmosferako CO2 kontzentrazioa handitzearekin batera, eta horrela, lehiakorragoak eta inbaditzaileagoak bilakatzen ari dira.

1. irudia: Parthenium hysterophorus landarea. (Argazkia: Forest & Kim Starr – CC BY 2.0 lizentziapean. Iturria: flickr.com)

Parthenium hysterophorus landarea Amerikako eremu beroetakoa da jatorriz eta Estatu Batuetako hegoaldetik Argentinaraino hedatzen da, Ertamerika barne. Azken urteotan, alabaina, espezie inbaditzailea bihurtu da Afrikako eremu batzuetan, bai eta Australian eta Indian ere. Kasu berezia da landare honena. Izan ere, espezie honen bi biotipo ezberdin sartu ziren Australian 1950eko hamarkadan, baina horietatik bakarra izan zen lurralde berrian loratzeko gai. Zertan datza, beraz, bi biotipo hauen arteko desberdintasunak? Julie Wolf landare-fisiologoak du galdera honen erantzuna.

Lehenago aipaturiko ikerketan, atmosferako CO2 kontzentrazioaren emendioaren eta bi biotipoen aldaketa biokimikoen artean erlaziorik egon ote den aztertu zuten. Emaitza erabat interesgarriak lortu zituzten inolaz espero ez zituzten landarearen ezaugarrietan. P. hysterophorus espezieak parterina izeneko karbonozko toxina bat sortzeko ahalmena du, bere inguruan beste landareen hazkuntza oztopatzeko helburua duena. Gizakiotan asma eta larruazaleko narritadura ere sor dezake. Gauzak honela, substantzia honek arrakasta handiz ugaritzeko gaitasuna emango lioke biotipo bati, ikertzaileen ustetan. Izan ere, frogatu ahal izan dute biotipo inbaditzaileak toxina gehiago ekoizten dituela gaur egungo CO2 kontzentrazioaren menpe, gas honen maila aurre-industrialekin alderatuta. Biotipo hau gehiago hazten da eta toxina kantitate gehiago ekoizten du karbono-eskuragarritasuna handitu ahala eta, ondorioz, lehiakorragoa bilakatzen da, beste landare espezieak ordezkatzen ditu eta bere hedadura handitzen du.

Landare toxiko honen kasuak CO2 kontzentrazioaren handipenari erantzuteko moldaera bat erakutsiko luke eta horrek esanahi handia du biologoentzat: alegia, etorkizunera begiratzeko beharrik gabe, jada aldaketa biologikoak gertatzen ari direla ondoriozta daiteke emaitza hauetatik, eta gas honen ugaritzea, beraz, hautespen naturalaren eragile bat dela esan daiteke.

Landare toxikoagoak alde batera utzita, beste ikerketa batek CO2 kontzentrazioaren handipenak laborantzetan izan dezakeen eragina aztertu zuen eta, ondorioztatu zutenez, landareen tamaina handitzen bazen ere, nutrizio-balioa gutxitu egiten zen gasaren kontzentrazio altuagoetan. Besteak beste, gariak eta arrozak proteina eta mantenugai gutxiago erakusten zuten, ale bakoitza handiagoa bazen ere. Etorkizunean, ikerketa gehiago egin beharko lirateke landareen nutrizio-balio murrizpena zer punturaino eta zer espezietan hedatuko litzatekeen argitzeko, gaur egun ez baitago horren inguruko informaziorik.

Wolf ikertzaileak espero du espezie toxiko honen kasuak gizartean alarma piztea, gai honen inguruko ikerketak bultzada jaso dezan. Moldaera berri hori oso interesgarria dela dio, baina, zoritxarrez, gerta liteke hura erakusten duten landareak gizakiarentzat onuragarrienak ez izatea, eta horrek arazo larriak sortuko lituzke. Etorkizuneko uzten mantenugai eskasiak, bestalde, erlazio estua erakusten du ezberdintasun sozialekin, gariaren eta arrozaren kalitate-murrizpenak eragin sakonagoa izango baitu uzta hauen menpekotasun handia duten gizarte-taldeengan askotariko elikadura eskura dutenengan baino, eta areagotu du horrek gizarte-ezberdintasuna.

Erreferentzia bibliografikoak:

Samuels, Fiona. M. D. (2021). Famine weed becomes more toxic, invasive in carbon-rich atmosphere. Eos, 102. DOI: https://doi.org/10.1029/2021EO163272.

Ebi, Kristie L. et. al. (2021). Nutritional quality of crops in a high CO2 world: an agenda for research and technology development. Environmental Research Letters, 16 (6), 064045. DOI: https://doi.org/10.1088/1748-9326/abfcfa

Egileaz:

Irati Diez Virto Biologian graduatu zen UPV/EHUn eta unibertsitate bereko Kultura Zientifikoko Katedrako kolaboratzailea da.

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Daniel Arias Ramirez

Los mitos urbanos son expresiones típicas de la sociedad con una gran influencia sobre la población y por lo tanto definitivos en la toma de decisiones. Esto lo pudimos apreciar con gran preocupación durante la pandemia, en especial con las vacunas. Estas fueron objeto de discusión dando lugar a diferentes mitos: “chips implantados por el gobierno”, “reacciones adversas y fatales”, “modificación del ADN”, etc.

Ahora bien, desde mi perspectiva puedo afirmar con seguridad que esto es doblemente cierto para los latinos, somos muy susceptibles a este tipo de creencias, después de todo, nuestra región es el lugar donde lo mágico y lo real se combinan. Por ejemplo, de acuerdo a nuestras mamas y abuelas el piso es una fuente inagotable de temibles enfermedades y por eso podría asegurar que un latino jamás se atrevería a salir descalzo. Por otro lado, otro rasgo de identidad cultural que es común en muchas partes del mundo es el consumo de alcohol. Un evento social sin una bebida alcohólica es inconcebible para muchas personas (lo cual he experimentado de primera mano en el gremio de los que nos dedicamos a la química). De hecho, el consumo promedio de alcohol en Latinoamérica y el Caribe supera por 2,2 litros el consumo promedio mundial (Moreno, 2015) y en el caso de Europa, los países con mayor consumo de alcohol en promedio (en orden creciente) son: Francia, España, Alemania y Republica Checa con un promedio de 13.10 litros per cápita (Hannah Ritchie, 2018).

Así pues, el punto en el cual los mitos urbanos y el consumo de alcohol coinciden se da en un fruto: la sandía (patilla o melón de agua como se le conoce en Colombia, Venezuela y algunos países antillanos). Existen muchos mitos asociados al consumo de alcohol, estos van desde soluciones extrañas para la resaca hasta supuestos efectos específicos para determinadas bebidas alcohólicas (en Colombia, por ejemplo, se dice que el consumo de ron aumenta la libido en las mujeres) y el caso de la sandía es un mito ampliamente conocido.

Este mito reza que el consumo alcohol y sandía al mismo tiempo puede tener consecuencias fatales (Soho, 2021) algunas de estas versiones mencionan que lo realmente fatal es comer sandia poco tiempo después de haber bebido (Riera, 2014). Con esto en mente, el primer paso para desmentir o confirmar este mito sería establecer las sustancias presentes en este fruto y su posible toxicidad.

Para empezar, la sustancia que se encuentra en mayor cantidad en la sandía (en lo que a la pulpa respecta) es el agua (94.47 %), seguido por los carbohidratos (4.23 %) y por ultimo las proteínas, fibras y minerales (1.1 %) (Olayinka & Etejere, 2018). Lo cual en principio no da ninguna pista sobre las posibles sustancias toxicas en la sandía, así pues, habría que analizar las sustancias que se encuentran en menor cantidad.

Por ejemplo, las sustancias responsables del color de la pulpa en la sandía: los carotenoides, en especial el licopeno, el cual es el carotenoide más abundante en promedio para la sandía (Nkoana et al., 2021). Del mismo modo, debemos recordar que los carotenoides son sustancias en cuya estructura encontramos dobles enlaces conjugados y largas cadenas de carbono obtenidas por la unión de muchas unidades de isopreno (Murillo et al., 2013).

Esta sustancia no solamente es la responsable del color de la sandía, también le da el rojo al tomate, el color naranja a la papaya y el rosado a la toronja y la guayaba. El licopeno no ha demostrado ser toxico, de hecho, tiene una alta capacidad antioxidante, lo cual es un indicador (que en primera instancia) es bueno para la salud (Bojórquez et al., 2013). Por otro lado, hay que tener en cuenta que las bebidas alcohólicas son mezclas de etanol y agua principalmente, es decir, es una mezcla de sustancias con alta polaridad, así pues, para que este mito sea cierto es necesario que la sustancia mortal sea soluble en esta mezcla, es decir, que tenga una polaridad relativamente elevada. Así pues, en el caso del licopeno tenemos una sustancia que no podría ser soluble (la cadena larga de carbonos hace que sea una molécula lipofílica) y por lo tanto, se puede descartar el licopeno de las posibles sustancias toxicas.

Por otro lado, se tienen los ácidos: grasos y orgánicos. Debemos recordar que la principal diferencia entre los ácidos grasos y los orgánicos se dan en la estructura. Los primeros tienen una cadena larga de carbonos y los segundos son estructuras pequeñas.

Dentro del primer grupo los más representativos en la sandía son el ácido linolenico (63.37%), oleico (16.42 %) y palmítico (10.60%) (Nkoana et al., 2021) teniendo en cuenta que ninguno de ellos es polar, no podrían ser solubles en un delicioso, vodka, tequila o ron, por lo tanto, pueden ser descartados. En cuanto a los ácidos orgánicos, los que se encuentran en mayor cantidad son el ácido cítrico y el ácido málico (no se preocupe, el nombre del ácido málico deriva del latín “malum” que significa manzana, no está relacionado con la maldad) y estas dos sustancias son polares, es decir, podrían ser disueltas en una bebida alcohólica con facilidad, pero ninguna es toxica, de hecho estos ácidos están presentes en albaricoques, moras, arándanos, cerezas, uvas, melocotones, peras y ciruelas. Por lo tanto, dentro este tipo de ácidos tampoco se encuentra la sustancia toxica.

Otro grupo de sustancias interesantes en la pulpa de la sandía se conocen como “curcubacitinas”, este nombre digno de un trabalenguas se debe a la familia de frutos Cucurbitaceae, a la cual pertenecen la calabaza, el pepino, el zucchini y la fruta en cuestión, la sandía.

Al igual que las vitaminas, existen varias versiones de esta molécula dependiendo de las diferencias estructurales. Así pues, podemos encontrar Curcurbacitina A, Curcurbacitina B, E, I, etc. Inicialmente, estas moléculas tienen un rol defensivo, por lo tanto, estas sustancias tienen una acción toxica contra los insectos. La pregunta entonces será: ¿Las curcubacitinas son toxicas para los seres humanos? El en 2017 se reportaron en Francia dos casos por intoxicación (los primeros y únicos hasta al momento). Estos casos estuvieron muy lejos de ser fatales, los síntomas reportados fueron náuseas y problemas estomacales (Assouly, 2018). Por otro lado, la fruta en cuestión para este reporte fue la calabaza no la sandía y no se debió al consumo directo, la calabaza fue procesada y luego consumida. Por otro lado, una gran cantidad de estudios han demostrado que muchos tipos de curcubacitinas en la sandía tienen la capacidad de inhibir líneas de células cancerosas, es decir, en principio son beneficias para la salud (Duangmano et al., 2012; El-Senduny et al., 2016;Touihri-Barakati et al., 2017; Alsayari et al., 2018) (esto no quiere decir que curen el cáncer, solamente indica el potencial de estas sustancias para iniciar estudios que permitan establecer a futuro una probable actividad anticancerígena). Así pues, es muy poco probable que dentro de las curcubacitinas se encuentre la posible molécula toxica. La sustancia en cuestión debe generar sin lugar a dudas un efecto nocivo en el cuerpo y en el caso de estas moléculas la probabilidad es increíblemente baja.

Ahora bien, otra parte interesante y por la que es muy conocida la Sandia son las semillas, en esta parte del fruto podemos encontrar una gran cantidad de sustancias llamadas “anti-nutrientes” (de nuevo, no se preocupe, el nombre hace referencia a un concepto totalmente distinto, el consumo de sandía no va a generar “anti-nutrición” en el sentido literal de la palabra). La función de esta familia de compuestos está asociada a la absorción de nutrientes (Akande et al., 2010). Por ejemplo, el Ácido Fítico mejora la bioabsorción de minerales dado que puede interactuar con estos mediante los grupos fosfato presentes en esta molécula (Zitterman, 2003).

Dada la capacidad de esta molécula para “quelar” (unirse a) los metales, se le considera como un antioxidante, dado que los metales son conocidos por ser iniciadores de reacciones de oxidación, así pues, si se remueven los metales (en especial el hierro) del medio la probabilidad de una oxidación disminuye, en otra palabras el Ácido Fítico es una sustancia que puede ayudar a la salud (Watson et al., 2014). Hay que mencionar niveles muy altos de este Acido en el organismo pueden generar deficiencias de minerales a largo plazo (Petry et al., 2010), pero es definitivamente claro que no puede tener consecuencias fatales. Por lo tanto, esta sustancia tampoco podría generar un efecto toxico si es combinada con una bebida alcohólica.

Por otro lado, dentro de este gran grupo de anti-nutrientes también se tienen los “oxalatos” y las “saponinas”. Los primeros están relacionados con la bioabsorción del calcio y el magnesio ya que los oxalatos pueden unirse a los metales en su forma iónica mediante los grupos carboxilatos y de esta manera ser transportado con mayor facilidad (Akande et al., 2010). Los segundos son los responsables de los sabores astringentes de muchas frutas y semillas y se ha demostrado que estas sustancias tiene una actividad “hipocolesterolémica”, es decir, ayudan a controlar los niveles de colesterol (Mohan et al., 2015), por lo tanto, las saponinas están muy lejos de ser toxicas. Por otro lado, la saponegina (la estructura base de todas las saponinas) podría ser soluble en una bebida alcohólica, dada su unión varias unidades de azucares (que son muy solubles en agua) hacen que esta molécula sea hidrofilica (es decir, soluble en agua o en este caso soluble en un delicioso vodka), pero a pesar es que soluble, no hay reportes de efectos adversos a la salud. Así pues, se pueden descartar tanto a las saponinas como a los oxalatos como potenciales moléculas nocivas.

En lo discutido hasta el momento, no hay en principio ninguna sustancia en la sandía que al mezclarse con alcohol puede generar algún efecto nocivo. Pero, es en este punto que hay que mencionar unas sustancias que si han demostrado ser peligrosas por su capacidad de producir una sustancia muy toxica: el ácido cianhídrico.

Los glucósidos cianogénicos son sustancias que se dan por la unión entre un grupo nitrilo y un carbohidrato (generalmente un monosacárido) (Akande et al., 2010). Estas sustancias no son en sí mismas toxicas, la toxicidad se puede generar al romperse la pared celular (este rompimiento puede favorecerse cuando se tritura o se fermenta la semilla) de tal manera que los glucósidos cianogénicos se pongan en contacto con enzimas que puedan generar una hidrolización (rompimiento) produciendo ácido cianhídrico (Bolarinwa et al., 2016).

Entonces en principio este es un buen candidato para el mito. Habría entonces que revisar si estas sustancias se pueden disolver en una bebida alcohólica. Debemos recordar que estamos en búsqueda de una sustancia toxica con una polaridad elevada y los grupos “OH” en los carbohidratos de estas sustancias son puntos polares que favorecen la interacción con el agua, de tal manera que los glucósidos cianogénicos son solubles en una bebida alcohólica.

Entonces, ¿Este mito es verdadero?, un pequeño cálculo podría confirmar esta hipótesis. Así pues habría que partir de varias consideraciones: un ser humano de un peso promedio (80 Kg), la dosis letal de cianuro para un humano promedio (0.5 mg/Kg) (Burns et al., 2012) y la concentración de glucósidos cianogénicos en las semillas de sandía (0.79 mg/100 g de semilla) (Egbuonu, 2015).

El primer paso sería calcular la cantidad de cianuro que necesitamos para matar una persona de 80 Kg. Con esto en mente, habría que calcular la cantidad de semillas (si se tiene en cuenta que una semilla tiene un peso promedio de 0.2 g) que necesitan para obtener esta cantidad de cianuro. El último paso entonces será calcular la cantidad de sandias que se necesitan para matar una persona teniendo que la cantidad máxima de semillas en una sandía promedio es 150. Así, se tiene que, para que este mito fuese cierto, usted debería tomar las semillas de 169 sandias, molerlas y/o fermentarlas y luego comerse toda esta masa con un buen trago de tequila, ron, vodka, etc.

De manera, se puede concluir que este mito es sin lugar a dudas falso. La sandía es de hecho un perfecto acompañante del alcohol y se puede usar para preparar gran variedad de cocteles (Graham, 2021). Así pues y dado el componente experimental de la química y la sana curiosidad científica cabe plantearse probar cada uno de estos cocteles sin preocuparse por ningún efecto nocivo (exceptuando tal vez una fuerte resaca) a corto o medio plazo*.

 

Sobre el autor: Daniel Arias Ramírez es investigador en química en el Instituto de Investigaciones Científicas INICIEN de la Fundación Universitaria Juan de Castellanos (Tunja, Boyacá, Colombia)

Referencias

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Alsayari, A., Kopel, L., Ahmed, M. S., Soliman, H. S. M., Annadurai, S., & Halaweish, F. T. (2018). Isolation of anticancer constituents from Cucumis prophetarum var. prophetarum through bioassay-guided fractionation. BMC Complementary and Alternative Medicine. https://doi.org/10.1186/s12906-018-2295-5

Assouly, P. (2018). Hair loss associated with cucurbit poisoning. In JAMA Dermatology. https://doi.org/10.1001/jamadermatol.2017.6128

Bojórquez, R. M. C., Gallego, J. G., & Collado, P. S. (2013). Functional properties and health benefits of Lycopene. Nutrición Hospitalaria. https://doi.org/10.3305/nh.2013.28.1.6302

Bolarinwa, I. F., Oke, M. O., Olaniyan, S. A., & Ajala, A. S. (2016). A Review of Cyanogenic Glycosides in Edible Plants. In Toxicology – New Aspects to This Scientific Conundrum. https://doi.org/10.5772/64886

Burns, A. E., Bradbury, J. H., Cavagnaro, T. R., & Gleadow, R. M. (2012). Total cyanide content of cassava food products in Australia. Journal of Food Composition and Analysis. https://doi.org/10.1016/j.jfca.2011.06.005

Duangmano, S., Sae-lim, P., Suksamrarn, A., Domann, F. E., & Patmasiriwat, P. (2012). Cucurbitacin B inhibits human breast cancer cell proliferation through disruption of microtubule polymerization and nucleophosmin/B23 translocation. BMC Complementary and Alternative Medicine. https://doi.org/10.1186/1472-6882-12-185

Egbuonu, A. C. C. (2015). Assessment of some Antinutrient Properties of the Watermelon (Citrullus lanatus) Rind and Seed. Research Journal of Environmental Sciences. https://doi.org/10.3923/rjes.2015.225.232

El-Senduny, F. F., Badria, F. A., EL-Waseef, A. M., Chauhan, S. C., & Halaweish, F. (2016). Approach for chemosensitization of cisplatin-resistant ovarian cancer by cucurbitacin B. Tumor Biology. https://doi.org/10.1007/s13277-015-3773-8

Graham, C. (2021). 15 Watermelon Cocktails and Mocktails for Summer. https://www.thespruceeats.com/tasty-watermelon-cocktail-recipes-4156892

Hannah Ritchie, M. R. (2018). Alcohol Consumption. https://ourworldindata.org/alcohol-consumption

Mohan, V. R., Tresina, P. S., & Daffodil, E. D. (2015). Antinutritional Factors in Legume Seeds: Characteristics and Determination. In Encyclopedia of Food and Health. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-384947-2.00036-2

Moreno, J. (2015). Los países que más beben en América Latina: la dramática radiografía del consumo de alcohol en la región. 23 Julio. https://www.bbc.com/mundo/noticias/2015/07/150723_consumo_alcohol_latinoamerica_muertes_paises_jm

Murillo, E., Giuffrida, D., Menchaca, D., Dugo, P., Torre, G., Meléndez-Martinez, A. J., & Mondello, L. (2013). Native carotenoids composition of some tropical fruits. Food Chemistry. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2012.11.014

Nkoana, D. K., Mashilo, J., Shimelis, H., & Ngwepe, R. M. (2021). Nutritional, phytochemical compositions and natural therapeutic values of citron watermelon (Citrullus lanatus var. citroides): A Review. In South African Journal of Botany. https://doi.org/10.1016/j.sajb.2020.12.008

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Petry, N., Egli, I., Zeder, C., Walczyk, T., & Hurrell, R. (2010). Polyphenols and phytic acid contribute to the low iron bioavailability from common beans in young women. Journal of Nutrition. https://doi.org/10.3945/jn.110.125369

Riera, A. (2014). ¿Mezclar vino con sandía te mata? https://chequeado.com/mitos-y-enganos/imezclar-vino-con-sandia-te-mata/

Soho. (2021). ¿Se intoxica uno si toma trago después de comer patilla?? Soho. https://www.soho.co/entretenimiento-/articulo/se-intoxica-uno-si-toma-trago-despues-de-comer-patilla/9920#

Touihri-Barakati, I., Kallech-Ziri, O., Ayadi, W., Kovacic, H., Hanchi, B., Hosni, K., & Luis, J. (2017). Cucurbitacin B purified from Ecballium elaterium (L.) A. Rich from Tunisia inhibits α5β1 integrin-mediated adhesion, migration, proliferation of human glioblastoma cell line and angiogenesis. European Journal of Pharmacology. https://doi.org/10.1016/j.ejphar.2017.01.006

Watson, R. R., Preedy, V., & Zibadi, S. (2014). Wheat and Rice in Disease Prevention and Health. In Wheat and Rice in Disease Prevention and Health. https://doi.org/10.1016/C2012-0-00472-3

Zitterman, A. (2003). DIETARY FIBER | Bran. In B. Caballero (Ed.), Encyclopedia of Food Sciences and Nutrition (Second Edition) (Second Edi, pp. 1844–1850). Academic Press. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/B0-12-227055-X/00346-1

* N. del E.: Todos los tipos de bebidas alcohólicas, como los vinos tintos y blancos, la cerveza, los cócteles y licores, están asociados al cáncer. Cuanto más beba, mayor será su riesgo de cáncer. Véase El alcohol y el cáncer

El artículo Alcohol y sandía se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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3. Sobre los orígenes de la quimifobia

César Tomé

XX. mendeko bigarren erdialdean, Ignacio Mártil fisikariak “XX. mendeko iraultza isil handiena” [1] deitu zuenaren oinarriak ezarri ziren, hau da, mikroelektronikarenak. XXI. mendeko lehen urteetan, lehengaien oparotasunarekin eta silizioan oinarritutako mikroelektronikaren heldutasun teknologikoarekin, gaur egun bizi dugun gizarte iraultza sortu zen, non sare sozialak, telelana eta informazioa edozein ordutan eta tokitatik eskura egotea posible den orain dela hamar urte inguru imajinaezinak ziren eraginkortasuna eta prestazioak dituzten gailuei esker (lehenengo iPhonea 2007ko urtarrilean merkaturatu zen).

Hala ere, silizioan oinarritutako teknologia bere muga fisikora heltzear dago. Industriaren alorrean, urte batzuetatik hona, garapenak olataren –mikrozirkuituak egiteko erabiltzen den xafla– tamaina handitzean oinarritu dira. Harrigarria bada ere, 2005etik transistoreak gehitu badira ere, azkartasuna ez da handitu: zirkuitu integratuen abiadura gehienez ere 5 gigahertzetan [2] geldituta dago ordutik.

Irudia: Silizio karburoa tenperatura tarte oso zabal batean modu egonkorrean funtzionatzeko gai da. (Argazkia: David Monniaux – Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported lizentziapean. Iturria: Wikimedia)

Orain dela gutxi, industriak aldatu egin du zirkuitu integratuak sortu zirenetik erabiltzen zen estrategia. Tradizionalki, lehenengo txipa diseinatzen zen eta, gero, aplikazioa aurkitzen zitzaion; gaur egun, aldiz, ikerketa eta garapen proiektuak egiten dira, eta horietarako zirkuitu integratu egokienak diseinatu. Diseinu horrek silizioa ez beste material batzuk erabiltzeko aukera ere ematen du.

Etorkizun hurbilerako bereziki interesgarria den kasu bat potentzia gailuena da. Gailu horiek kontrolatuko dituzte, adibidez, plaka fotovoltaikoen, haize sorgailuen edo ibilgailu elektrikoen hurrengo belaunaldiak. Merkeak izan behar dira, modu efizientean ekoizteko modukoak eta telefono mugikor batek edo ordenagailu batek jasaten dituen lan baldintza askoz ere muturrekoagoak jasateko gai izan behar dira. Zirkuitu integratu horiek bete beharreko betekizun nagusia hau da: tenperatura tarte oso zabal batean modu egonkorrean funtzionatzeko gai izan behar dute. Hortxe sartzen da silizio karburoa (SiC), erdieroale konposatu bat.

Silizioarekin alderatuta, SiC potentzia gailuak efizienteagoak dira energia bihurtzeko orduan. SiC etengailuek frekuentzia handiagoan jarduten dute, eta horrekin etengailu baten tamaina txikitu daiteke edo osagai induktiboak eta ezabatzaileak (snubbers) deusezta daitezke. Horren ondorioz, sistemaren tamaina eta pisua txikitu egiten dira, oro har. Horrek ekarriko lukeen kostu baxuagoak konpentsatu egin beharko luke silizioaren ordez SiC gailuak erabiltzearen kostu osagarria.

SiC teknologiak erabiltzen dituzten egungo eta etorkizuneko aplikazioen zerrenda gehitzen ari da, eta aplikazio horien artean daude elikadura iturri kommutatuak, eguzki energia eta haize erroten energia sortzeko inbertsoreak, motor industrialak, ibilgailu hibridoak eta elektrikoak eta sare adimendunetako energia kommutazioa.

Gaur egun, Europa Asiaren eta Amerikaren atzetik dago energia aurrezteko eta karbono dioxidoaren emisioak gutxitzeko ezinbesteko energia horren garapenean; helburu horiek biak lortzeko, era berean, mugikortasun elektrikoa eta eraginkortasun energetiko industriala sustatu behar dira. REACTION dugu teknologia arrakala hori gutxitzeko Europar Batasunak finantzatzen duen proiektuetako bat.

REACTION proiektuan hogei bat erakundek lan egiten dute, eta 50 milioi euro inguruko aurrekontua du. Helburua da Europako eta munduko lehenengo lerro pilotua sortzea teknologia energetikoetarako silizio karburoaren olatak fabrikatzeko. Olata horiek 8 hazbeteko tamaina izango dute eta, egungo tamaina estandarra 4koa eta 6koa denez, merkatua berrantolatu egingo da.

Ikerlan euskal kooperatiba ezinbestekoa izango da garapen horretan. SiCan oinarritutako inbertsore fotovoltaiko bat –tentsio ertaina aplikatzeko– eta inbertsore hori energia biltegiratzeko sistema bati konektatzeko DC/DC bihurgailu bat diseinatzeaz gain, Arrasaten (Gipuzkoa) egingo dira proiektuaren azken etapan garatuko diren potentzia bihurgailuen prototipo guztien probak.

Oharrak:

[1] Ignacio Mártil (2018) Microelectrónica. La historia de la mayor revolución silenciosa del siglo XX. Ediciones Complutense. Oso liburuxka gomendagarria.

[2] Mártil (2018). 118. or.

Egileaz:

Cesár Tomé López (@EDocet) zientzia dibulgatzailea da eta Mapping Ignorance eta Cuaderno de Cultura Cientifica blogen editorea.

Itzulpena: UPV/EHUko Euskara Zerbitzua.

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Alberto Mercado Saucedo

En buena parte de los países de Latinoamérica, la investigación en matemática comenzó a desarrollarse durante el siglo XX, con el nacimiento y desarrollo de universidades y centros de educación, donde la investigación fue convirtiéndose gradualmente en una actividad permanente. Una historia especial es la de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos -UNMSM- la más antigua de todo el continente americano, fundada en 1551 por el imperio español y la iglesia católica. Inició funciones en 1553 y durante algunos periodos fue conocida como la Universidad de Lima. Notablemente, es la única del continente que nació en el siglo XVI y que ha funcionado interrumpidamente hasta nuestros días.

Durante la época colonial, la función mas importante de la Universidad de San Marcos era la enseñanza de filosofía, artes y latín. La docencia estaba organizada en distintas cátedras, relacionadas en su mayoría con la existencia de órdenes religiosas. En 1657 se inaugura la Cátedra de Matemáticas, donde principalmente enseñaron astrónomos, y en 1850, ya en la época del Perú independiente, nace la Facultad de Ciencias Naturales y Matemáticas, con lo que se puede considerar que dio inicio la actividad académica en la disciplina de Pitágoras. En esta facultad se otorgaban los grados de Bachiller, Licenciado y Doctor. Para obtener este último grado se debía realizar un trabajo individual, la tesis, usualmente de un año de duración y realizada después de obtener el grado de licenciado.

Ilustración de Constanza Rojas-Molina. Todos los derechos reservados; cesión en exclusiva para su publicación en el Cuaderno de Cultura Científica.

En 1866 se otorga por primera vez el grado de doctor en matemáticas en la UNMSM: se gradúa José Granda, quien anteriormente había sido enviado a estudiar a Paris para obtener el título de ingeniero de minas, pero sobre todo aprovechó su estadía para estudiar matemáticas, en las que se interesó cada vez más. José Granda tendría un importante papel en el desarrollo de la disciplina en Perú, y por cierto que también tendría una nieta que se dedicaría a la música y que se convertiría en una compositora mundialmente conocida: Chabuca Granda.

Juan José de la Granda y Esquivel más conocido como José Granda

Después de obtener el grado de doctor, José Granda trabaja como profesor en la Facultad de Ciencias, llamada así desde 1876. El país atraviesa entonces por un complicado conflicto: en 1879 da inicio la Guerra del Pacífico, lo que en particular ocasiona a la vida universitaria innumerables dificultades. En 1881 Lima es ocupada por las tropas chilenas, lo que provoca destrozos y pillaje en la universidad. Tristemente, la Facultad de Ciencias se queda sin lugar físico dónde funcionar, ante lo cual José Granda tiene la generosidad de poner a disposición de la facultad la casa familiar durante el tiempo que sea necesario.

Podemos imaginar que las tesis doctorales realizadas en ese contexto consistían en desarrollos matemáticos paralelos a la investigación que se llevaba a cabo en Europa, dadas las dificultades en la comunicación durante esos tiempos. Quizá en ocasiones se redescubrían teoremas que ya se conocían en otras latitudes, pero también sucedía que se llegaba a resultados científicos realmente originales que no eran adecuadamente apreciados por la comunidad y que no se difundían mayormente.

Federico Villarreal

Tal fue el caso de Federico Villarreal, singular e importante personaje de la matemática peruana de fin de siglo XIX. Nació en 1850 e ingresó a la Facultad de Ciencia de la UNMSM en 1877, cuando era profesor de escuela primaria. Obtuvo los grados que otorgaba la institución: bachiller, licenciado y doctor, este último tras realizar su tesis en 1881: Clasificación de las curvas de tercer grado, realizada durante la ocupación de Lima por el ejército invasor chileno. Podemos imaginar a Villarreal trabajando en la casa de Granda, en donde funcionaba la facultad durante ese triste periodo de guerra. De hecho, Villarreal tuvo otras preocupaciones inmediatas además de las curvas cúbicas: se enlistó en el ejército y llegó a combatir en alguna batalla contra el ejército invasor, periodo durante el cual probablemente debió interrumpir su trabajo matemático.

Los trabajos de Villarreal han sido puestos en valor por varias personas dedicadas a las matemáticas y a la historia de Perú. Uno de sus resultados es particularmente destacado: a los 23 años, cuando trabajaba como profesor y aún no ingresaba a la Facultad de Ciencias, encontró una fórmula para elevar un polinomio a cualquier potencia entera, una suerte de generalización del Binomio de Newton (un binomio es un polinomio de dos términos, y la fórmula de Villarreal funciona para cualquier número de términos). Sus resultados originales, pero quizá principalmente esta fórmula, llevaron a la expresión Newton del Perú, que no es raro encontrar en la literatura sobre Villareal. A lo largo de su carrera, tuvo una gran influencia en la vida académica de su país: Después de obtener el grado de doctor, también se convirtió en ingeniero, fue profesor y luego llegó a ser decano de la facultad, rector de la universidad e incluso senador del país. Una universidad nacional lleva su nombre, lo mismo que revistas académicas y varias cátedras. Podemos mencionar algunos nombres de la descendencia académica de Villarreal: Godofredo García fue uno de sus alumnos, se graduó como doctor en 1912 y realizó investigación junto con Alfred Rosenblatt, matemático polaco que llegó a Perú en 1936, y que a su vez tuvo como alumno a José Tola, que también realizó importantes aportes a la matemática del país.

Cristóbal de Losada y Puga

Pero aquí quiero detenerme en otro matemático peruano que destacó especialmente la obra de Villareal y que quizá es menos conocido: Cristóbal de Losada y Puga. Acuñó el nombre de polinomio de Villarreal para la fórmula que generaliza el binomio de Newton: es tan perfecto, que aun para el caso de un binomio resulta más fácil y seguro y rápido que el método del binomio de Newton, escribió Losada. Él mismo llegó, por su parte, a realizar investigación en matemáticas de gran nivel y quizá fue el matemático peruano más reconocido por sus pares en el mundo durante aquel tiempo.

Losada nació el 14 de abril de 1894 en New York, de madre y padre peruanos. Tras la muerte de su padre, a sus dos años de vida, se trasladó con su madre a Cajamarca, región andina de Perú de donde ella era originaria. Cristóbal pasó allí toda su infancia y adolescencia. Después de sus estudios medios se tituló como Ingeniero de Minas en la Escuela de Ingenieros de Lima, algo frecuente entre quienes se sentían atraídos por la ciencia. Posteriormente obtuvo el grado de bachiller en ciencias y el de doctor en matemáticas en 1923 en la Universidad Nacional Mayor de San Marcos, con la tesis Sobre las curvas de rodadura. El catálogo de la Biblioteca Nacional de Perú registra la existencia de una copia de su tesis.

Losada trabajó en distintas universidades del Perú, realizó docencia de matemáticas avanzadas, elaboró libros de texto e hizo investigación en matemáticas. Me parece destacable su participación en el Congreso Internacional de Matemáticos de 1924 en Toronto Canadá, donde expuso la charla A short contribution to the kinetic theory of gases en la sección de Mecánica, Física, Astronomía y Geofísica, lo que nos da una idea que la investigación que realizaba estaba conectada con la comunidad internacional. Losada trabajaba en problemas relacionados con Análisis, ecuaciones diferenciales, física-matemática y otros temas.

Cicloide

El término que aparece en el título de su tesis, curvas de rodadura, se refiere a curvas trazadas por un punto en movimiento. Por ejemplo, un punto fijo en una circunferencia que avanza rodando, sin deslizarse, sobre una línea recta o sobre otra figura. Si nos imaginamos la trayectoria que recorre el punto cuando la circunferencia avanza rodando, se formará una curva conocida como la cicloide, quizá la más famosa curva de rodadura. Se pueden obtener otras curvas si el punto no está en el borde de la rueda sino al interior, o incluso fuera de ella: se obtiene una hipocicloide o una epicicloide, respectivamente. Podrá pensarse en un espirógrafo, ese entretenido juguete que consta de distintas figuras que se mueven de manera conjunta y con las que es fácil hacer bonitos dibujos geométricos.

Estas curvas, además de ser llamativas figuras, están relacionadas con propiedades de la física-matemática, razón por la cual aparecen en la tesis de Losada. En efecto, un concepto común a varios fenómenos físicos es el principio de mínima acción: la naturaleza invierte la menor energía posible en realizar una tarea dada. Por ejemplo, una burbuja toma la forma de una esfera, pues así encierra el mayor volumen de aire con una película de área mínima. Un haz de luz se propaga en línea recta, pues es la forma más rápida de ir de un punto al otro; bueno, esto es lo que percibimos a escalas humanas, pues sabemos que la gravedad afecta la luz, cuyo haz se curva de acuerdo con la teoría de la relatividad, lo que de hecho propone otra geometría para el universo donde, de nuevo, el trayecto de luz sigue el camino más rápido.

Braquistócrona

Un problema clásico es el de la curva braquistócrona. Lo podemos plantear así: imaginemos que tenemos dos puntos A y B en el espacio, B más abajo que A, y nos preguntamos cuál es la superficie por la que un objeto que se desliza sobre ella bajo solamente el efecto de la gravedad llega desde A hasta B en el menor tiempo posible. Esta pregunta fue planteada desde hace siglos, y fue resuelta a finales del siglo XVII usando las herramientas que proporcionó el cálculo diferencial. En efecto, sucede que el camino más rápido no es una recta, sino una curva: podemos pensar que una forma de aprovechar la gravedad es curvarse al inicio más que al final, para ganar aceleración rápidamente. Esta curva es justamente un arco de cicloide, la curva de rodamiento que mencionamos arriba. Algunas pistas con rampas para patineta (o skate) tienen justamente esa forma, para que el skater pueda tomar la mayor velocidad posible al deslizarse.

Pero regresemos a la historia de Losada: después de exponer en el Congreso Internacional de Matemáticos continuó su trabajo en investigación y escribió textos de análisis matemático que fueron publicados por la Universidad Católica del Perú y que se convirtieron en importantes referencias de Cálculo y Análisis Matemático para las siguientes generaciones de estudiantes del país. En nuestros días, la Pontificia Universidad Católica de Perú otorga la medalla CRISTÓBAL DE LOSADA Y PUGA como parte del Premio Southern-Perú (por la compañía minera que lo patrocina), en su categoría ciencias, que se entrega cada dos años, en memoria de la obra que realizó Losada en las matemáticas. Por cierto, al igual que Federico Villarreal, Losada tuvo a su cargo diversas responsabilidades en la vida pública de su país. Dirigió la revista Fénix e inauguró la Sala de Física Nuclear y Energía Atómica en 1955, luego fue director de la Biblioteca Nacional y ministro de Educación. Una frase que mencionaba frecuentemente: «Los maestros tienen en sus manos el porvenir de los pueblos«. Falleció en la ciudad de Lima el 30 de agosto de 1961.

Hoy, una búsqueda en las bases de datos de revistas internacionales de investigación en matemáticas nos permite encontrar, además de las mencionadas Universidad Nacional Mayor de San Marcos y Universidad Católica de Perú, a la Universidad Nacional de Trujillo, a la Universidad Nacional de Ingeniería y a la Universidad del Pacífico, entre otras instituciones. Granda fue el primer matemático, Villarreal una excepción notable y Losada fue parte de la incursión del Perú en la investigación matemática de nivel mundial. La historia en cuyos inicios participaron ellos tres hoy es protagonizada por todas las personas que se dedican a la disciplina en los centros de investigación y universidades del país, que trabajan en contacto con redes científicas del mundo y hacen crecer cada día a la matemática en el Perú.

Referencias

1. Historia de la matemática en el Perú. Moisés Toledo Julián.
2. Historia de la matemática peruana. César Carranza.
3. Premio Southern-Perú (1996 – 2015) 20 años, 20 peruanos notables. Editor: Salomón Lerner Febres. Equis Equis S.A. 2016.
4. Entre la docencia y la academia. La modernización de la Universidad de San Marcos 1860-1928. Alex Loayza. Investigaciones Sociales XII N 20, 2008.

Sobre el autor: Alberto Mercado Saucedo es profesor de matemáticas en la Universidad Técnica Federico Santa María (Valparaíso, Chile)

Sobre la ilustradora: Constanza Rojas Molina es profesora del departamento de matemáticas de la CY Cergy Paris Université (Cergy-Pontoise, Francia)

El artículo Granda, Villareal y Losada: Una estampa de los inicios de la matemática en Perú se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. La invención matemática
2. Legislar sobre una verdad matemática
3. Buscando una matemática en el castillo

Juan Ignacio Pérez Iglesias

Mangosta marradunek, Mungos mungo, ez dituzte ondorengoak hazten. Espezieko ia talde guztietan eme helduek egun berean erditzen dute. Aurreko asteetatik dator sinkronia. Denak arreske egoten dira kumea izan eta ondorengo hamargarren egunaren inguruan. Berriz ernarik daudela, ernaldia betetzen dutenek lur azpiko zulo batean erditzen dituzte kumeak. Horrela, partekatutako kumaldi komunal moduko bat sortzen da.

Sinkronia estu horrek amatasunaren gakoetako bat ezabatzen duela dirudi, berezko kumeak identifikatzeko gaitasuna hain zuzen ere. Izan ere, jaioberrien bizitzako lehen hilabetean, taldeko amek, batzuk zein besteak maite dituzte bereak diren ala ez kontuan hartu gabe. Hau da, kumeek ama desberdinak dituzte bizitzako lehen etapan.

Hala ere, amatasunaren gakoak agerian daude kasu bakanetan. Esaterako, ama guztien ugalketa ez denean sinkronizatzen edo zaharrenei antisorgailuak ematen zaizkienean. Aurreko kasuetan eme batzuek besteen kumeak hiltzen dituzte haiek zaindu beharrean. Horrek iradokitzen du gako horiek ez direla existitzen baldintza arruntei dagozkien kumaldi sinkronikoetan.

Irudia: (Argazkia: Quartl – CC BY-SA 3.0 lizentziapean. Iturria: Wikimedia Commons)

Kumeek titia hartzen duten epea bukatu ondoren gordelekutik ateratzen dira eta helduekin biunibokoki elkartzen dira. Helduek eskolta gisa jokatzen dute eta taldeko edozein ar edo eme izan daiteke, haien arteko ahaidetasun maila edozein dela ere.

Eskolta bakoitza bere kumeaz arduratzen da, elikatu eta babesten du hiru hilabete bete arte, adin horrekin mangosta kumea bere kabuz mantentzeko gai baita. Eskoltek zein kumeek bien arteko lotura mantentzen laguntzen dute. Eskoltak zaintzen duen kumea antzematen du besteen artetik eta, ahal dela, zaintzen duen kumearen deiei erantzuten die, eta modu aktiboan bilatzen du aldetzen edo galtzen bada. Mangosta kumeak janaria etengabe eskatzen dio zaintzaileari eta honek ia modu esklusiboan elikatzen du.

Intsektu sozialetan izan ezik, gurasoak zaintzen dituzten espezieetan, gurasoek beren ondorengoak zaintzen dituzte. Horrela, haiek eta, haiekin batera, beren geneek dute euren leinua betikotzeko aukera handiena. Aldiz ez da horrelakorik gertatzen mangosta marradunen kasuan.

Mangosta marradunekin egindako esperimentu baten emaitzek erakutsi dute baliabideak banatzen dituztela taldeko kideen arteko desberdintasunak murrizteko. Ikertaldeak ernaldian zehar mangosta ama-talde bati beste batzuei baino elikagai kantitate handiago eman zion. Horrela, amen arteko desberdintasuna hazi egin zen, eta, ondorioz, kumaldiko jaioberrien pisuan ere bariazio nabarmenak ikusi ziren. Hala ere, zientzialariek ikusi zuten baliabide gehien zituzten amek (ondo elikatuta zeudenak) arreta berezia eskaintzen zietela pisu gutxien zuten kumeei eta hauek elikatzen zituztela. Horrela, jaiotzako tamaina-desberdintasunak konpondu (kumaldi osoak antzeko pisua hartu baitzuen) eta helduarora arte bizirauteko aukera ematen zieten. Beraz, espezie horretan, amek arriskuan egon daitezkeen kumeak babesteko erabiltzen dituzte baliabideak. Hau da, hazkunderako baliabideak inbertitzen dituzte kumeek bizi ditzaketen desabantaila egoeren arriskuak orekatzeko eta ez batzuen abantailak edo pribilegioak indartzeko. Beraz, ikerketak erakusten duenez, kume bakoitza norena den ez jakiteak, hau da, ahaidetasunaren ezjakintasun-beloak baliabideak zuzenago banatzera eramaten ditu eta egon daitezkeen desberdintasunak murriztera.

Orain arte, gure espeziean bakarrik genekien desorekak arintzeko prezio bat ordaintzeko prestasuna egon badagoela, nahiz eta desberdintasun horiek ordaintzen duten banakoen mesederako izan. Horrela, lankidetza bultzatzen da. Izan ere, gizarte-rol zehatza betetzeak bueltan ekarriko digunari buruzko ziurgabetasuna dagoenean, baliabideak berdintasunez partekatzeak desabantaila-egoeran egoteko arriskuan daudenei laguntzen die. Mangostek John Rawlsen “ezjakintasun-beloaren” logikaren arabera jokatzen dute: norberaren kumeak nortzuk diren ez jakiteak, mangosta kumeei ematen dieten tratuan desberdintasunak albo baten uztera eramaten ditu.

Erreferentzia bibliografikoa:

Marshall, H.H., Johnstone, R.A., Thompson, F.J. et al. (2021).  A veil of ignorance can promote fairness in a mammal society. Nature Communications, 12 (3717). DOI: 10.1038/s41467-021-23910-6

Egileaz:

Juan Ignacio Pérez Iglesias (@Uhandrea) UPV/EHUko Fisiologiako katedraduna da eta Kultura Zientifikoko Katedraren arduraduna.

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