Zientzia

María Larumbe / GUK

Foto: Goh Rhy Yan / Unsplash

Los drones son vehículos voladores no tripulados -UAVs por sus siglas en inglés- que llevan tiempo surcando los cielos en convivencia con aviones y pájaros. Sus usos abarcan objetivos de lo más dispares: desde tareas de rescate, inspección de infraestructuras o actividades lúdicas, hasta el transporte de mercancías como paquetes de mensajería o material médico.

En la actualidad, la industria está centrando sus esfuerzos en el desarrollo a gran escala de este tipo de robots aéreos, como el conocido dron de reparto de Amazon, para la entrega de paquetes. Pero no es tarea fácil conseguir popularizar el transporte mediante este sistema. Su coste es elevado si se compara con otras opciones de entrega de mercancías. Además, su autonomía también es limitada y, por cuestiones de seguridad, existen numerosas restricciones para poder volar sobre áreas urbanas.

Sin embargo, de cara a un futuro en el que los drones pudieran volar libremente de un lado para otro, con cientos y miles de robots voladores sobrevolando el cielo, ¿sería posible controlar que el dron llegara de manera autónoma -sin la intervención de un piloto- a su destino y sin chocar con ningún otro obstáculo?

Con esta idea en mente, investigadores del grupo de Inteligencia Computacional de la Universidad del País Vasco UPV/EHU han conseguido implementar un sistema de navegación autónoma realizando varios experimentos con drones. En concreto, para este estudio han utilizado cuadricópteros -drones con cuatro rotores- low-cost, de unos 10 minutos de autonomía, en diversos experimentos de interior.

“A través de este sencillo sistema hemos logrado que dos drones interactúen en el aire y sean capaces de ‘decidir’ de manera autónoma cómo evitar colisionar entre ellos cuando se cruzan. El hecho de que sean drones muy sencillos es una exigencia adicional para lograr una solución robusta y transferible a multirrotores con un hardware más complejo”, explica Julián Estévez, ingeniero industrial y responsable de este experimento dentro de este grupo de investigación de la UPV/EHU.

Vídeo 1. Experimento con dos drones esquivándose en el aire de manera autónoma.

Los drones del experimento usan la cámara que lleva cada uno de ellos en el centro y reaccionan ante los colores: huyendo de la cartulina roja y acercándose a la azul, tal y como se puede apreciar en los vídeos. Esto es posible ya que “hemos dividido la visión del dron en dos hemisferios y el dron sabe que si hay presencia de color rojo en el lado izquierdo, debe moverse a la derecha y viceversa. Este es el fundamento que hemos empleado para el experimento”, apunta Estévez. En su grupo llevan 10 años trabajando con drones, y 30 en inteligencia artificial y analítica de datos.

En cuanto al funcionamiento, no hay un único ordenador que controle todo el sistema al mismo tiempo, sino que trabaja de manera descentralizada. “Cada miembro del sistema decide por su cuenta, y no hace falta que intercambien información entre ellos”. Es decir que cada dron está controlado por un ordenador y, en cuanto ambos robots se cruzan en el aire, cada ordenador gestiona a su dron para que haga algo.

Vídeo 2. Visión ‘en primera persona’: esto es lo que ve el dron.

El objetivo último del grupo, además de trasladar estos experimentos del laboratorio al exterior, es lograr que los drones reconozcan de manera autónoma los objetos con los que pueden chocarse, como árboles o paredes, y el camino por el que pueden volar libremente, de la misma manera que en este experimento se han implementado mediante los colores azul (vuelo libre) y rojo (obstáculo). Sin embargo, se trata de una tarea muy complicada que, por otra parte, explica el hecho de que en la actualidad haya pocas tareas para drones plenamente autónomos, sin el control de un piloto.

Vídeo 3.  El dron vuela y se mantiene estable delante de la cartulina azul y cuando ve la roja, se mueve a izquierda o derecha de manera autónoma.

Estévez lo describe de forma muy clara. “Para que un dron sea capaz de esquivar un árbol, por ejemplo, necesitamos algoritmos de visión artificial muy especializados en el reconocimiento de árboles, y equipárselo a la cámara del dron. Para ello, es necesario entrenar a ese algoritmo, enseñarle toda la morfología, colores, tipos de ramas de los distintos tipos de árboles que se puede encontrar. Los algoritmos de visión artificial que mejor funcionan son aquellos que están especializados en la identificación de algo muy concreto”. Por ejemplo, en la actualidad, los drones que supervisan tareas de forma autónoma tienen aplicaciones muy específicas como la inspección de tendidos eléctricos, oleoductos, o aerogeneradores.

Esta no es la única investigación que han realizado dentro del grupo de la UPV/EHU en torno a los drones. También han trabajado en la investigación de un sistema de transporte colaborativo entre drones con objetos lineales deformables, como cables, cuerdas o mangueras; y recientemente han publicado un artículo científico sobre cómo transportar un péndulo doble por una trayectoria intentando que el péndulo oscile lo mínimo posible, un experimento similar a “la tarea de un camarero cuando transporta una bandeja con los vasos llenos”.

En conclusión, aunque se están probando para distintas aplicaciones civiles, comerciales y militares, los drones son, sobre todo, tal y como recalca Estévez, “una buena solución para situaciones en las que la inmediatez prima por encima del coste, como en situaciones de emergencia”. En este contexto, naveguen de forma autónoma o estén tripulados por un piloto en remoto, “son herramientas que pueden contribuir a mejorar los servicios de la sociedad, ya que pueden ayudar en la búsqueda de desaparecidos, en la prevención de incendios, en el transporte de medicamentos y vacunas a lugares muy aislados, o en la entrega de paquetes en zonas de difícil acceso”.

Julián Estévez Sanz es ingeniero industrial, doctor en Ingeniería Informática y miembro del grupo de Inteligencia Computacional de la UPV/EHU.

El artículo El papel de los drones en el cielo del futuro se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. ¿Son evitables los ataques con drones?
2. Drones militares y las nuevas reglas de la guerra
3. Naukas Bilbao 2021: Coches voladores, ¿transporte del futuro o cosas de la ciencia ficción?

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.

Genetika

DNA sekuentzia bitxi bat aurkitu dute Jill Banfield eta Basem Al-Shayeb mikrobiologoek lursail bateko lokatzetan. DNA zati hori sekuentziatu ostean, ikusi ahal izan dute inoiz ikusi ez den DNA-egitura bat dela: 1 milioi baseko luzera duela, geneen erdia ezezaguna dela, berezko sekuentzia-patroiak dituela hasieran eta bukaeran, DNA errepikakorra dagoela geneen artean eta bere burua kopiatzeko balizko gaitasuna duela. Borg izena jarri diote egitura honi, Star Trek frankizian agertzen diren organismo zibernetikoei erreferentzia eginez. Oraindik, hala ere, ez dute argi DNA-egitura bitxi hauen jatorria baina Methanoperedens deitutako arkeobakterioaren sekuentziak izan daitezkeela iradoki dute. Koldo Garciak azaltzen du Zientzia Kaieran.

Antzinako DNAren azterketaren bidez hainbat sekretu argitu dituzte ikertzaileek. Izan ere, batzuetak ikertzaileen lana detektibeena bezalakoa da. Horretan dihardu Iñigo Olalde genetistak EHUko Biomics ikertaldean, aspaldiko giza arrastoen genoma aztertzen bioinformatikari esker. Juanma Gallegok elkarrizketatu du eta Alea aldizkarian azaltzen du Iñigok genetikaren bidez, besteak beste, saiatu gaitezkeela ulertzen nolakoak ziren gure aurreko leinu zaharrak eta DNA hizkuntzen jatorria argitzeko tresna lagungarria izan daitekeela.

Fisika

Nanomaterialetan oinarrituta, neuronak estimulatzeko eta haien jarduera erregistratzeko hain inbasiboak ez diren tresnak eraikitzen hasi dira, DIPC Donostia International Physics Center eta Columbia Unibertsitatearen arteko lankidetza batean. NanoNeuro deitu diote ikerketa-ildo berri honi eta Nature Methods aldizkarian argitaraturiko artikuluan batean nanomaterial hauen erabilpenak azaldu dituzte, besteak beste, urre-nanopartikulak edo puntu kuantikoak neuronen jarduerak grabatzeko eta manipulatzeko nola erabili daitezken argitu dute. Azalpen guztiak Elhuyar aldizkarian: NanoNeurok nanopartikulak sortuko ditu garunaren funtzionamendua aztertzeko.

Ingeniaritza

Nerbio ehunak birsortzearen inguruan elkarrizketatu dute Yurena Polo biologoa Unibertsitatea.net-en. Yurena Polo grafenoa eta polimero bioxurgagarriekin ari da lanean, hauen propietate fisiko-kimikoak direla eta, oso erraz modulatu baitaitezke ehun kaltetuak birsortzeko beharrezkoa den forma emateko. Material hauek, kaltetutako ehunen birsorkuntzan lagundu beharko lukete, pazientearen zelula ama propioen mugimendua eta desberdintzapena eraginez. Alabaina, euskarri nanoegituratu hauek gidatuak izan behar diren ehunak birsortzeko estrategia ona badira ere, oraingoz ez dute balio garuna bezalako ehun konplexu bat birsortzeko.

Ehun ingeniaritzaren helburu nagusietako bat matrize porotsu delako egiturak diseinatzen eta sintetizatzen datza. Matrize porotsu hauek kaltetuta dauden ehunen ordezko funtzionalak dira eta, hauek sortzeko, zelulak, molekula bioaktiboak (proteinak, hazkuntza faktoreak…) eta euskarri porotsuak beharrezkoak dira. Matrize porotsu hauek izan beharreko berezitasun nagusia zelulaz kanpoko giza matrizearen antza edukitzea da, horregatik, euskarri hauek sintetizatzeko gehien erabiltzen diren materialak hidrogel polimerikoak dira. Datu guztiak Zientzia Kaieran: Hidrogel injektagarriak eta haien aplikazioak ehun ingeniaritzan.

Geologia

Blanca Martinez geologoak 2003an eginiko ikerketa baten inguruan idatzi du Zientzia Kaieran, inoiz aurkitutako historiako lehen arraren inguruan. Orain dela 425 milioi urte inguru Ingalaterrako kostaldean bizi izan zen ostrakodo baten fosila da, 5 mm-ko krustazeo bat. Gehienetan, organismo bat hiltzen denean haren zati bigunak desegin egiten dira kanpo-eragileen ondorioz eta hori dela eta, gorputz-zati gogorrek soilik osatu ohi dute fosilen erregistroa. Ostrakodo honen kasuan, alabaina, duela 400 milioi urte ingeles kostaldeko eremu horretara iritsi zen bat-bateko errauts bolkanikoak dena estali zuen, bertan bizi ziren organismo asko barne. Honela, bizidun txiki horren ehun bigunak fosilizatuta gorde dira eta besteak beste, ugaltze-aparatuak ia osorik iraun du gaur egunera arte.

Arkeologia

Elhuyar aldizkarian irakur daitekeenez, bikingoak duela 1.000 urte izan ziren Ternuan. Horixe frogatu ahal izan dute Nature aldizkarian argitaratutako ikerketa batean, eta azaldu dutenez, Atlantikoa zeharkatuta europarrak Amerikara iritsi zireneko arrastorik zaharrena da, 1021. urtekoa, hain zuzen. Ternuako gune arkeologiko batean aurkitutako egurrezko tresna batzuk izan dira aurkikuntza honen iturri. Izan ere, ikusi dute Atlantikoaz bestaldeko egurra zela, duela mila urte moztua gainera, eta metalezko erremintekin egurrean egindako moldaketek berretsi dute ez zituztela inguruko herri indigenek sortu. Egurra datatzeko gainera, dendrokronologia delako teknikaz baliatu dira eta, egurrezko tresnen eraztunetako batzuetan ohikoa baino 14C-kantitate handiagoa finkatu zela ikusi zuten. Honek, diotenez, zehazki K.o. 993. urteko izpi kosmikoekin erlazioa izango luke. Berrian ere eman dituzte aurkikuntza honen inguruko xehetasunak.

Bilboko Begoña hilerriak urteak daramatza itxita eta Udalak bizia eman nahi dio parke bihurtuz. Egitasmoa aurrera eraman orduko, Aranzadi Zientzia Elkartea eta EHUko hainbat ikertzaile (arkeologoak, antropologoak, historialariak, geologoak, medikuak eta biologoak) dabiltza lursailean lanean iragana berreskuratzeko asmoz. Begoñako Argia izendatu dute egitasmoa eta Jakes Goikoetxeak Berriako “Autopsia hilerri bati” artikuluan azaltzen du hezurren azterketaz gain, hilerriko harriak, porlana edo lurra ere aztertuko dutela hezurretan zer faktorek eragiten duten ezagutzeko.

Astronomia

NASAk James Webb teleskopioari izena aldatzea baztertu du, mila pertsonak baino gehiagok, tartean astronomoek, egindako eskaera albo batera utziz. Hubble teleskopioa ordezkatuko du abendutik aurrera teleskopio berri honek eta bere izena, NASAko arduradun izan zen gobernuko funtzionarioaren omenez jarri diote. Alabaina, 1950 eta 1960ko hamarkadetan, Webbek hainbat langile kaleratu zituela salatu du talde handi batek, gay edo lesbiana izateagatik. Salaketak 1.200 sinadura baino gehiago bildu ditu, eta NASAk gaia ikertuko zuela agindu zuen. Orain eman du ordea erabakiaren berri: ez dio izena aldatuko, ez duelako salatzen den portaeraren ebidentziarik aurkitu. Datu guztiak Elhuyar aldizkarian.

Joan den urtean, Txinako Chang’e-5 misioak Ilargiaren laginak hartu zituen, besteak beste, haren jarduera magmatiko gazteena aztertzeko. Honen harira, Ilargiko arroka gazteenak 2 mila milioi urte dituela kalkulatu dute. Hau da, gutxienez ordura arte, Ilargia geologikoki aktiboa izan zela frogatu dute, eta Ilargiko bolkanismoak uste zutena baino gehiago iraun zuela. Ana Galarragak azaltzen du Elhuyar aldizkarian: Ilargiaren geologia hobeto ezagutzeko aukera ematen ari da Chang’e-5 misioa.

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.

Lo de los coches que vuelan es un tema recurrente en muchas creaciones de la ciencia ficción, pero ni es tan fácil diseñar uno funcional, como tampoco es funcional coordinarlos en el aire. Iván Rivera, autoproclamado como “el Grinch de la tecnología”, nos cuenta en esta charla cuáles son las posibilidades reales, tomando como base la tecnología que disponemos en la actualidad de ver algo parecido a lo que imaginamos.



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: Iván Rivera – ¿Dónde está mi coche volador? se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Iván Rivera – Naukas Bilbao 2019: ¿Qué inventen ellos?
2. Adela Torres – Naukas Bilbao 2019: ¿Dónde está la mosca?
3. Naukas Bilbao 2021: Miguel Santander – Tecnomarcadores: buscar marcianos sin salir en Cuarto Milenio

 

Covid-19 pandemia hasi zenetik argi geratu zen ez ziola berdin eragiten mundu guztiari: asintomatikoak zeuden, batetik, eta sintomatologia arinetik larrira eta heriotza ere jasan dute beste batzuk. Klabea geneetan egon daitekeen susmoa dago: New gene variants associated with increased COVID-19 risk Rosa García-Verdugorena.

Zure tesi zuzendariak Nobel saria irabazi izanak aitzakia ezin hobea da lan horren muina azaltzeko: My Ph.D. supervisor just won the Nobel Prize in Chemistry for designing a safer, cheaper and faster way to build molecules and make medicine David Nagibena.

Giro tenperaturan eta presio baxuan supereroankortasuna lortzea da ideia. Zenbait hidrogeno konposatu Grial Santua izan daitekeen susma dago. Baina, supereroankortasuna posible egiten duen fisiko-kimika ulertu ezean, zaila. Hortxe DIPC:  Electronic bonding network and critical temperature in hydrogen-based superconductors

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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La teoría de juegos aplicada a los encuentros celulares dentro de un tumor proporciona una perspectiva sociológica de los posibles comportamientos de las células en una colectividad, y ofrece una comprensión más completa de las complejas reglas que rigen una neoplasia. En el primer paso de un estudio que sigue desarrollándose, se ha llegado a la conjetura de que la metástasis se produce como respuesta a la heterogeneidad de los tumores.

Imagen: jezper / 123RF

La teoría de juegos es una teoría general que estudia situaciones estratégicas, en las que los actores o jugadores eligen diferentes acciones para maximizar sus beneficios. Por ello es aplicable a la evolución de las especies y permite explicar algunos patrones difíciles de comprender. Desde el enfoque de esta teoría, un juego es una situación conflictiva en la que priman intereses contrapuestos de individuos, y en ese contexto una parte, al tomar una decisión, influye sobre la decisión que tomará la otra; así, el resultado del conflicto se determina a partir de todas las decisiones tomadas por todos los actuantes.

La profesora Ikerbasque Annick Laruelle, experta en teoría de juegos del Departamento de Análisis Económico de la UPV/EHU, explica que esta teoría desarrollada en sus comienzos como una herramienta para entender el comportamiento de la economía “se usa actualmente en campos muy diversos, y también se ha empezado a aplicar en el estudio del cáncer, ya que permite entender mejor la dinámica de los procesos”. Un grupo compuesto por investigadoras de la UPV/EHU y patólogos de Biocruces y del Hospital San Giovanni Bosco de Turín (Italia) ha puesto en marcha un estudio para desvelar las intrincadas interacciones entre las propias células tumorales, por un lado, y entre las células tumorales y las del huésped, por otro, que no se comprenden del todo y siguen siendo una de las principales fronteras en oncología.

Las modernas tecnologías moleculares están desvelando progresivamente la complejidad genética y epigenética del cáncer, pero todavía se desconocen muchas cuestiones clave. Considerar el cáncer como una disfunción social en una comunidad de individuos ha aportado nuevas perspectivas de análisis con resultados prometedores. “Lo que busca la teoría de juegos son resultados estables a corto o largo plazo. En este primer paso, hemos intentado entender el efecto de la heterogeneidad de las células en un tumor. Por medio de modelizaciones podemos estudiar cómo se distribuyen los recursos entre las células; es decir, podemos proponer modelos para intentar ver cómo es la competición entre células en los tumores”, explica Laruelle.

En ese sentido, han analizado las interacciones entre células utilizando un enfoque de teoría de juegos y han planteado la hipótesis de que la metástasis puede ser simplemente una respuesta específica de un subconjunto de células tumorales, que consistiría en buscar la estabilidad colectiva lejos del tumor primario para mejorar su bienestar colectivo y evitar la extinción. La especialización espacial de los tumores con subclones metastásicos localizados en el interior del tumor, la capacidad demostrada de las metástasis para metastatizar y las interacciones sociológicas de las células tumorales desveladas por la teoría de juegos refuerzan el argumento de esta perspectiva en el sentido de que la búsqueda de un entorno mejor por parte de las células tumorales es un hecho constante en los tumores malignos.

“La conjetura que nos ha desvelado la teoría de juegos es que una mayor heterogeneidad celular en los tumores podría ser perjudicial para las células cancerígenas, y mejor para el paciente. Parece ser que un cáncer que tiene una gran diversidad celular es más favorable para el paciente que un cáncer donde el tumor es muy poco diverso”, afirma la profesora. Todo ello pone de manifiesto “que quizá a largo plazo no es necesariamente bueno eliminar todo tipo de células de un tumor, porque hay células que se hacen resistentes”, añade.

No obstante, Laruelle afirma que este es solo el punto de partida de una investigación que sigue adelante, ya que la teoría de juegos ha corroborado situaciones que se ven en la realidad. Además, la investigadora remarca la importancia de la colaboración entre personas de muy diversos campos: “Es muy complicado, porque hablamos distintos idiomas; pero a su vez es muy interesante, muy enriquecedor”.

Referencia:

Laruelle, Annick, Claudia Manini, Elena Iñarra, and José I. López (2021) Metastasis, an Example of Evolvability Cancers 13, no. 15: 3653. doi: 10.3390/cancers13153653

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

El artículo Teoría de juegos y metástasis se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Peajes de autopista: favoreciendo al desfavorecido con teoría de juegos
2. Un predictor de la evolución a metástasis del melanoma
3. Nanopartículas para reducir la metástasis hepática del cáncer de colon

Mikrobiota mikroorganismoen komunitateari deritzo, eta gure gorputzeko atal bakoitzean, hala nola, ahoan, azalean, edo hestean mikrobiota desberdinak ditugu. Gizakion gorputzean ez ezik, edozein ekosistemetan egon daitezkeen bakterioek eta birusek osatzen dute mikrobiota. Esaterako, gazta bezalako esnekietan ere aurki daiteke. 

Esnekien ekoizpenean hainbat prozesu biokimiko ematen dira: laktosaren degradazioa; esnean dauden proteinen degradazioa proteolisiaren bidez eta lipidoen edo gantzen degradazioa lipolisia prozesuaren bidez. Azken bi hauetan sortzen diren konposatuak gaztaren zaporea eta usaina zehazten dute neurri handi batean.

Gazta elikagai hartzitua da eta haren mikrobiota aztertzea garrantzitsua bilakatu da, izan ere, animalia jatorria duen kalitate nutrizional handiko esnekia da. Gainera, bakterioak dituen elikagai bat denez, patogenoetatik libre dagoela aztertu beharra dago giza kontsumorako segurua dela bermatzeko.

Gaiaz gehiago jakiteko, UPV/EHUko LACTIKER ikerketa taldeko Mailo Virto ikertzailearekin bildu gara. Virtok, besteak beste, Idiazabal gaztaren mikrobiota aztertzeko biologia molekularrak eskaintzen dituen teknika berriak aurkeztu dizkigu.

“Zientzialari” izeneko atal honen bitartez zientziaren oinarrizko kontzeptuak azaldu nahi ditugu euskal ikertzaileen laguntzarekin.

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“Desde tus balbuceos con lengua de trapo hasta que aprendiste a leer, las palabras solo existían en la voz. […] Los primeros relatos de tu vida entraron por las caracolas de tus orejas; tus ojos aún no sabían escuchar.

Irene Vallejo. El infinito en un junco.

Foto: Dylann Hendricks | 딜란 / Unsplash

El camino de los sonidos desde el aire hasta tu imaginación es doblemente acaracolado. Para empezar, las ondas sonoras deben recorrer el pabellón de tus orejas, una escultura retorcida digna del mismísimo Dalí. Sus recovecos filtran el sonido y te informan sobre la localización de su fuente en el espacio. A continuación, y una vez dentro de tu cabeza, las ondas vuelven a dar vueltas dentro del pasadizo espiral de la cóclea, un órgano capaz de descomponer el sonido en sus frecuencias fundamentales. Su nombre significa “caracol” en latín, precisamente debido a su forma.

Durante mucho tiempo, los científicos se preguntaron a qué podía obedecer esta geometría tan peculiar de la cóclea, pero hasta hace relativamente poco, la respuesta no estaba clara. Solo en el año 2006, un equipo multidisciplinar de investigadores pareció dar con la respuesta1: las caracolas de nuestros oídos podrían hacernos más sensibles a los sonidos graves.

Cuando las ondas sonoras llegan a nuestro tímpano, los diminutos huesos del oído transmiten sus vibraciones a la cóclea, que está rellena de fluido y recorrida por una membrana de rigidez decreciente (la membrana basilar). Como explica Don Monroe, “las propiedades de este tubo cambian gradualmente a lo largo de su longitud, por lo que las ondas crecen y luego se desvanecen, al igual que una ola del océano, que viaja hacia la orilla y se hace más alta y más estrecha antes de romper en la playa. Las diferentes frecuencias alcanzan su pico en diferentes posiciones a lo largo del tubo, lo que permite que la cóclea las distinga”. Los sonidos más agudos, resuenan a la entrada de este órgano en forma de caracol, mientras que los más graves llegan hasta el final de la cavidad. De este modo, la cóclea es capaz de descomponer las ondas en distintas frecuencias, como si calculase una transformada de Fourier por medios mecánicos.

Sin embargo, más allá de ahorrar espacio dentro de nuestra cabeza (que bastantes cosas tenemos ya), hasta hace poco no estaba muy claro que el enrollamiento de la cóclea afectase de alguna manera a su función. En el año 2006, la matemática Daphne Manoussaki y sus colegas, Richard S. Chadwick y Emilios K. Dimitriadisun, propusieron un modelo geométrico que parece dar respuesta a esta cuestión. Según su estudio, las caracolas de nuestro oído aumentan nuestra sensibilidad a las vibraciones de frecuencia más baja. Su curvatura creciente provoca que la energía se desvíe hacia la pared exterior de la cóclea, como un coche que girase el volante gradualmente para recorrer una curva cada vez más cerrada. Puesto que los tonos de menor frecuencia se sitúan en el último trecho de la espiral (la punta de la caracola), este efecto asimétrico resulta más relevante para los sonidos más graves. La pared externa de la espiral tiende a moverse más que la cara interna y provoca un movimiento de torsión en la membrana basilar, que la excita con mayor intensidad en esta región.

Los investigadores comparan la propagación del sonido dentro de la cóclea con las conocidas como «galerías susurrantes«, o “gabinetes de secretos” en el ámbito de la arquitectura. Al encontrarse con una superficie cóncava, los sonidos pueden rebotar sin perder energía, de modo que hasta los más silenciosos se oyen a cierta distancia con una intensidad inesperada. Este efecto fue descrito por primera vez por Lord Rayleigh, quien se dedicó a analizar los susurros de la Catedral de San Pablo en Londres. Las curvas de sus paredes actuaban como verdaderas antenas, capaces de concentrar el sonido en ciertos puntos del espacio. En el caso de la cóclea, además, los giros cada vez más cerrados de la espiral provocan que las ondas sonoras se concentren en la pared exterior2. Para que podamos escuchar los susurros de otros, aunque sean los de Barry White.

Referencias:

1Manoussaki, Daphne, et al. “Cochlea’s Graded Curvature Effect on Low Frequency Waves.” Physical Review Letters, vol. 96, no. 8, 2006, https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.96.088701.

2En un estudio posterior, los investigadores comprobaron que este modelo encuentra un reflejo en el reino animal. Aquellos mamíferos cuya cóclea es más cerrada, también son más sensibles a los tonos graves. Ver: Manoussaki, Daphne et al. “The influence of cochlear shape on low-frequency hearing.” Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 105, no. 16, 2008, https://www.pnas.org/content/105/16/6162.short.

Sobre la autora: Almudena M. Castro es pianista, licenciada en bellas artes, graduada en física y divulgadora científica

El artículo Las caracolas de tus orejas se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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1. Las caracolas de Helmholtz
2. Un fósil neuronal de 25 millones de años: los humanos también orientamos las orejas
3. #Naukas13 Las orejas del elefante

Sheila Maiz-Fernández, Leyre Pérez-Álvarez, Leire Ruiz-Rubio eta José Luis Vilas-Vilela

Ehun ingeniaritza kaltetuta dauden ehunen ordezko funtzionalak sintetizatzeko helburua duen medikuntzaren arloa da. Horretarako, zelulaz, molekula bioaktiboz (proteinak, hazkuntza faktoreak…) eta euskarri porotsuz osatutako matrizeak beharrezkoak dira, proliferazio eta diferentziazio prozesu zelularrak gerta daitezen.

Matrize porotsu hauek izan beharreko berezitasun nagusia zelulaz kanpoko giza matrizearen antza edukitzea da, horregatik, euskarri hauek sintetizatzeko gehien erabiltzen diren materialak hidrogel polimerikoak dira. Polimeroak unitate molekular errepikakorrez osatuta dauden makromolekulak dira eta hauen elkargurutzapenaren ondorioz, hidrogel izeneko sare polimerikoak eratu ahal dira.

Irudia: Hidrogel injektagarriak gorputzetik kanpo likido modura aurkitu daitezke eta behin gorputz barnean, bat-bateko gelifikazioa pairatzen dute. (Iturria: Ekaia aldizkaria)

Hidrogel edota hiru dimentsiotako matrize polimerikoak elastikotasun eta ur kantitate handiak barnean mantentzeko ahalmen handia daukate eta horregatik, giza ehunak imitatzeko gehien erabiltzen diren materialak dira. Hidrogel injektagarriak gorputzetik kanpo likido modura aurkitu daitezke eta behin gorputz barnean, kanpo estimulu bati (pH, tenperatura, ioiak, entzimak…) erantzun eta ondorioz, bat-bateko gelifikazioa (in-situ) pairatzen dute, kaltetuta dagoen ehunaren akatsa betez.

In-situ gelifikazioak, alde batetik, interakzio fisiko itzulgarrien bidez (elkarrekintza edo aldarapen elektrostatikoak, hidrogeno loturak, aldarapen hidrofobo-hidrofobikoak…) gerta daitezke, horrela, hidrogel termosentikorrak, pH sentikorrak edo ionikoak eratzen dira. Bestaldetik, hidrogel injektagarriak erreakzio kimikoetan ere oinarritu daitezke, hauei esker, hidrogel fotopolimerizagarriak edota entzimek katalizatutako gurutzamendu bidezko hidrogelak lortu daitezke. Guzti hau kontuan hartuz, lan honek azken urteotan hidrogel injektagarrien eskutik medikuntza arloan emandako haztapenen berrikuspen bat egitea du helburu, batez ere, ehun ingeniaritzan.

Iturria: Maiz-Fernández, Sheila; Pérez-Álvarez, Leyre; Ruiz-Rubio, Leire; Vilas-Vilela, José Luis (2020). Hidrogel injektagarriak eta haien aplikazioak ehun ingeniaritzan. Ekaia, 37, 129-143. DOI: https://doi.org/10.1387/ekaia.20837 Artikuluaren fitxa:

• Aldizkaria: Ekaia
• Zenbakia: Ekaia 37
• Artikuluaren izena: Hidrogel injektagarriak eta haien aplikazioak ehun ingeniaritzan.
• Laburpena: Ehun ingeniaritzak kaltetuta dauden ehunen ordezko funtzionalak sintetizatzeko helburua dauka. Horretarako, zelulaz, molekula bioaktiboz eta euskarri porotsuz osatutako matrizeak beharrezkoak dira, hazkuntza eta zelulen diferentziazio prozesuak gerta daitezen. Matrize horiek solidotzeko gai den aitzindari baten injekzioz eratu daitezke kaltetuta dauden ehunetan. Hori dela eta, hidrogel injektagarriak ikerkuntza arlo biomedikoan izugarri hedatu dira azken urteotan. Biomaterial horien injektagarriak izateko gaitasuna sare polimerikoen in situ gurutzaketan oinarritzen da. Gurutzaketa horiek, alde batetik, interakzio fisiko itzulgarrien bidez gerta daitezke. Hala, hidrogel termosentikorrak, pH-sentikorrak edo ionikoak eratzen dira. Bestalde, erreakzio kimikoetan ere oinarritu daitezke, zeinetan hidrogel fotopolimerizagarriak edo entzimek katalizatutako gurutzaketa bidezko hidrogelak lor daitezkeen. Lan honen helburua da hidrogel injektagarriak sintetizatzeko erabiltzen diren estrategien eta ehun ingeniaritzan ikertutako sistemen aplikazioen berrikuspen bat egitea.
• Egileak: Sheila Maiz-Fernández, Leyre Pérez-Álvarez, Leire Ruiz-Rubio, José Luis Vilas-Vilela
• Argitaletxea: UPV/EHUko argitalpen zerbitzua
• ISSN: 0214-9001
• eISSN: 2444-3255
• Orrialdeak: 129-143
• DOI: 10.1387/ekaia.20837

Egileez:

Sheila Maiz-Fernández, Leyre Pérez-Álvarez, Leire Ruiz-Rubio eta José Luis Vilas-Vilela UPV/EHUko Kimika Makromolekularra ikerketa-taldeko eta BCMaterials zentroko ikertzaileak dira.

Ekaia aldizkariarekin lankidetzan egindako atala.

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Después de nuestra anterior entrada del Cuaderno de Cultura Científica, ¡Música, matemática!, que tenía como objetivo mostrar algunas canciones, de grupos con diferentes estilos musicales, dedicadas a objetos matemáticos, como los números primos, la sucesión de Fibonacci, el número Pi o el conjunto de Mandelbrot, en esta nueva entrada nuestra intención es centrarnos en algunos resultados matemáticos, como los teoremas de Pitágoras, Tales o Fermat, la conjetura de Goldbach, la hipótesis de Riemann y el teorema de Arquímedes.

Como no podía ser de otra forma, empezaremos esta entrada con el popular teorema de Pitágoras. El enunciado de este teorema geométrico, aunque de sobra conocido, dice que “dado un triángulo rectángulo, entonces el cuadrado de la hipotenusa es igual a la suma de los cuadrados de los catetos”, la famosa expresión a2 = b2 + c2, si c y b son los catetos y a la hipotenusa.

Para aquellas personas que estén interesadas en conocer más sobre el teorema de Pitágoras, hemos dedicado varias entradas al mismo, como Pitágoras sin palabras, Cultura pitagórica: arte, Sin noticias de Pitágoras (Pitágoras en la literatura) o El teorema de Pitágoras en el arte.

La primera canción de esta entrada, relacionada con el teorema de Pitágoras, es un tema clásico del rock español, Pitágoras, que versionaron grupos como Los Milos (1961), Lolita Garrido (1961), Los Hooligans (1964) o, más recientemente, el grupo valenciano Seguridad Social (2000), conocido por temas como Chiquilla o Quiero tener tu presencia. Aunque no mucha gente sabe que este tema es una canción del cantante italiano Adriano Celentano (1960).

Aquí podemos escuchar la potente versión de Seguridad Social: Pitágoras.

La letra de la canción dice lo siguiente.

La suma de los cuadrados encima de los catetos, // Es igual al cuadrado de la hipotenusa… // Pitágoras, Pitágoras, // Hoy quiero pedirte un favor: // Enséñame el sistema y el nuevo teorema // De cualquier problema de amor. // Si laten dos corazones unidos por simpatía, // Su ritmo se multiplica al cuadrado… // Pitágoras, Pitágoras, // Suspende tu meditación, // Y con tu teorema, resuélveme el problema, // Que tengo yo en mi corazón. // El ritmo de una pareja que baila con fantasía, // Anima el ambiente a la hipotenusa… // Pitágoras, Pitágoras, // Era un sabio de eterno valor, // Enséñame el sistema y el nuevo teorema // Que hay para bailar bien el rock // […]

Portada del EP Pitágoras (1961), del grupo de rock valenciano Los Milos

 

Pero también podéis disfrutar de las versiones de Los Milos, Lolita Garrido, Los Hooligans o incluso la versión de Adriano Celentano.

Otro tema de la geometría clásica que ha sido trasladado a la música es uno de los teoremas del matemático griego Tales de Mileto (aprox. 624-546 a.n.e.). El grupo argentino Les Luthiers, conocido por sus humorísticas canciones, no solo dedica una canción, El teorema de Tales (divertimento matemático) (1971), a este resultado geométrico, sino que se atreven con mucho más, ya que en la letra incluyen el enunciado del propio teorema.

Para empezar, podemos escuchar el tema El teorema de Tales (divertimento matemático).

Como muchos temas de Les Luthiers empieza con una desternillante introducción, que dice así.

Johann Sebastian Mastropiero dedicó su divertimento matemático op. 48, el «Teorema de Thales», a la condesa Shortshot, con quien viviera un apasionado romance varias veces, en una carta en la que le dice: Condesa, nuestro amor se rige por el Teorema de Thales, cuando estamos horizontales y paralelos, las transversales de la pasión nos atraviesan y nuestros segmentos correspondientes resultan maravillosamente proporcionales.

El cuarteto vocal «Les frères luthiers» interpreta Teorema de Thales» op. 48, de Johann Sebastian Mastropiero. Son sus movimientos: Introducción, Enunciazione in tempo di menuetto, Hipotesis agitatta, Tesis, Desmostrazione, ma non troppo, Finale presto con tutti.

Los miembros del grupo musical humorístico argentino Les Luthiers en 1985

 

A continuación, viene lo que es la canción propiamente dicha, que incluye el enunciado del teorema de Tales.

Si tres o más paralelas // Si tres o más parale-le-le-las // Si tres o más paralelas // Si tres o más parale-le-le-las // Son cortadas, son cortadas // Por dos transversales, dos transversales // Son cortadas, son cortadas // Por dos transversales, dos transversales // Si tres o más parale-le-le-las // Si tres o más parale-le-le-las // Son cortadas, son cortadas (Son transversales, son transversales) // Son cortadas, son cortadas (Son transversales, son transversales) // Dos segmentos de una de éstas, dos segmentos cualesquiera // Dos segmentos de una de éstas son proporcionales // A los dos segmentos correspondientes de la otra // Hipótesis // A paralela a B // B paralela a C // A paralela a B, paralela a C, paralela a D // O-P es a P-Q // M-N es a N-T // OP es a PQ como MN es a NT // A paralela a B // B paralela a C // OP es a PQ como MN es a NT // La bisectriz yo trazaré // Y a cuatro planos intersectaré // Una igualdad yo encontraré // OP+PQ es igual a ST // Usaré la hipotenusa // Ay, no te compliques, nadie la usa // Trazaré, pues, un cateto // Yo no me meto, yo no me meto // Triángulo, tetrágono, pentágono, hexágono // Heptágono, octógono, son todos polígonos // Seno, coseno, tangente y secante // Y la cosecante y la cotangente // Thales, Thales de Mileto // Thales, Thales de Mileto // Thales, Thales de Mileto // Thales, Thales de Mileto // Que es lo que queríamos demostrar // Que es que lo que lo que queria queríamos demo demostrar.

Recordemos, sin entrar en mucho detalle, que el teorema de Tales nos dice que, si dos rectas secantes r y s, que se intersecan en un cierto punto, cortan a tres rectas paralelas A, B y C, en los puntos O, P, Q y M, N, T, entonces existen relaciones de proporcionalidad entre algunos de los segmentos que se originan. Entre otras las que aparecen en la siguiente imagen, la segunda de ellas es la cantada por Les Luthiers.

También hemos dedicado alguna entrada del Cuaderno de Cultura Científica al Teorema de Tales, una versión sencilla, y aplicaciones del mismo, en concreto la entrada Tales de Mileto y el caso del gato que venía del cielo.

Después de mencionar estos dos teoremas de la geometría clásica, pasemos a un famoso teorema de la teoría de números, el último teorema de Fermat. El teorema nos dice lo siguiente.

Último teorema de Fermat: no es posible encontrar tres números enteros positivos x, y, z tales que verifiquen la ecuación, xn + yn = zn, para n mayor, o igual, que 3.

Recordemos un poco la historia de este teorema, como ya hicimos en la entrada Euler y el último teorema de Fermat. La historia del último teorema de Fermat se inicia con la edición en latín, realizada por Bachet de Méziriac, amigo del jurista francés y aficionado a las matemáticas Pierre de Fermat (1601-1665), del libro Aritmética de Diofanto. Fermat escribió en el margen de este libro, al lado del problema de expresar el cuadrado de un número como la suma de los cuadrados de dos números, es decir, buscar soluciones de números enteros positivos a la ecuación pitagórica x2 + y2 = z2 (existen infinitas soluciones, ternas pitagóricas, como (3,4,5) o (5,12,13)), lo siguiente.

“Cubum autem in duos cubos, aut quadratoquadratos, et generilater nullam in infinitum ultra quadratum potestatem in duos eiusdem nominis fas est dividiré cuius rei demonstrationem mirabilem sane detexi. Hanc marginis exigüitas non caperet”,

es decir,

“Es imposible encontrar la forma de convertir un cubo en la suma de dos cubos, una potencia cuarta en la suma de dos potencias cuartas, o en general cualquier potencia más alta que el cuadrado en la suma de dos potencias de la misma clase; para este hecho he encontrado una demostración maravillosa. El margen es demasiado pequeño para que quepa en él”.

En consecuencia, el conocido como último teorema de Fermat. Sin embargo, Pierre de Fermat nunca publicó ninguno de sus resultados matemáticos. Estos se encontraban como anotaciones en los márgenes de sus libros, en particular, de los seis libros que conformaban la Aritmética de Diofanto, en sus notas manuscritas y en las cartas a otros colegas matemáticos. A su muerte, su hijo Clement-Samuel decidió recopilar y publicar todos los resultados matemáticos de su padre, para evitar que se perdieran. Por ejemplo, en 1670 publicó la obra Diophanti arithmeticorum libri cum observationibus P. de Fermat (es decir, Aritmética de Diofanto con observaciones de P. de Fermat), que contenía la versión original griega, la latina de Bachet y cuarenta y ocho observaciones del conocido como príncipe de los aficionados, una de las cuales era la anotación sobre la solución de la ecuación diofántica xn + yn = zn. Sin embargo, no se encontró ni entre sus papeles, ni en las cartas a otros matemáticos, la mencionada “maravillosa demostración”.

La historia que se inicia en el margen de la Aritmética de Diofanto termina cuando el matemático inglés Andrew Wiles demuestra finalmente, más de 350 años después, este famoso resultado matemático.

Después de darle vueltas a algunas posibilidades, entre ellas un grupo cuyo nombre es Fermat Last Theorem, me decidí por el tema Theorem, del álbum Transform (2005), del grupo de metal rock experimental de Los Ángeles (EEUU), Kineto. Un grupo algo diferente a otros grupos de metal rock, en el que el bajo se convierte en el instrumento principal, que es acompañado por unas guitarras un poco ruidosas y la batería. A este, su primer álbum, pertenece esta canción sobre el último teorema de Fermat, que podemos escuchar aquí: Theorem.

Vayamos con la letra de la canción, que nos habla del matemático inglés Andrew Wiles, de cómo estaba interesado en el teorema desde pequeño, de cómo trabajó sin descanso para demostrar el resultado de Fermat, de cómo finalmente consiguió la demostración de tan ansiada conjetura, de cómo se descubrió que había un pequeño error en la misma, de cómo Wiles se encerró para conseguir corregir el error y de cómo contó con la colaboración de su colega Richard Taylor, hasta que consiguieron corregir el error y obtener la ansiada demostración.

Mítica fotografía de Andrew Wiles, que recorrió el mundo entero, obtenida al final de la tercera conferencia del ciclo “Formas modulares, ecuaciones elípticas y representaciones de Galois” que impartió en Cambridge en junio de 1993, tras sus palabras “… y esto demuestra el último teorema de Fermat. Creo que lo dejaré aquí”; después llegaría el descubrimiento del error en la prueba y más de un año de trabajo extra para completar la demostración del último teorema de Fermat.

 

La letra, junto con una sencilla traducción realizada para esta entrada, dice así:

A lifetime obsession // a childhood dream // Fermat’s last theorem // led him far from the mainstream.

“Una obsesión de toda la vida, un sueño de la infancia, el último teorema de Fermat le llevó lejos de lo convencional”.

Sleepless nights // slowburn days // problems, proofs // endless delays.

“Noches en blanco, días que transcurren lentamente, problemas, demostraciones, retrasos interminables”.

Will it ever end?// Can I even stop it? // Is there a solution? // Is it really worth it?

“¿Terminará alguna vez? ¿Puedo siquiera detenerlo? ¿Existe solución? ¿Merece la pena?”

A breakthrough had come // after years of struggle // he finally put together // the pieces of the puzzle.

“Tras años de lucha había llegado un gran avance, finalmente había juntado las piezas del rompecabezas”.

His students and mentors // each gazed in awe // But little did they know // of the fatal flaw.

“Sus estudiantes y mentores miraban con asombro, pero poco sabían del fatal error”.

An error so subtle // A mistake so abstract // A decade of figures // has began to crack.

“Un error tan sutil, un error tan abstracto, una década de números ha empezado a resquebrajarse”.

A miscalculation // underneath the lens // His whole life’s work // a means to an end.

“Un error de cálculo bajo la lupa, el trabajo de toda su vida, un medio para un fin”.

His Cambridge colleague // lent a guiding mind // and repaired the flaw of // the proof that was soon to shine.

“Su colega de Cambridge le prestó una mente orientadora y repararon el defecto de la prueba que pronto iba a brillar”.

The journey is over // the achievement done // An hour of freedom before // he starts another one.

“El viaje ha terminado, el logro realizado, una hora de libertad antes de que empiece otro”.

La demostración del teorema de Fermat por parte de Andrew Wiles fue de esas raras noticias matemáticas que llegaron a los medios de comunicación de todo el mundo, incluso un libro de divulgación de las matemáticas como El enigma de Fermat (1997), de Simon Singh, se convirtió en un bestseller. Por este motivo, no es de extrañar que fuera un tema que llegó a las artes y la cultura. En el Cuaderno de Cultura Científica hemos mostrado algunos ejemplos, como en el cómic, en la entrada Las matemáticas en el cómic Ken Games, en el teatro, en Andrew Wiles: de conjetura a teorema (de Marta Macho), o en la literatura, en La chica que soñaba con una cerilla y un bidón de gasolina, por mencionar algunos ejemplos. Aunque en relación a la literatura, escribí un pequeño ensayo sobre el tema en la revista Épistémocritique, titulado Avatares literarios del Teorema de Fermat.

Existen varios temas musicales sobre el teorema de Fermat. Además de la anterior canción os animo a escuchar el siguiente tema de música electrónica. Es la canción Fermat’s theorem, perteneciente al disco Visions (1997), del DJ y productor de música electrónica británico John B (John Bryn Williams).

Portada del disco Visions (1997), del DJ y productor de música electrónica británico John B

 

Si seguimos con la teoría de números, podemos hablar de otra conjetura que, contrariamente a lo que ha ocurrido con el último teorema de Fermat, no ha sido demostrada aún. Se trata de la conjetura de Goldbach.

Conjetura de Goldbach: “todo número par mayor que dos puede escribirse como suma de dos números primos”

También tenemos una entrada del Cuaderno de Cultura Científica para saber más sobre esta sencilla, pero escurridiza, conjetura. Es la entrada La conjetura de Goldbach.

En relación a la misma, vamos a escuchar el tema Goldbach conjecture de la mano de Tripswitch, un proyecto de música electrónica, del músico y productor londinense Nick Brennan (con una larga carrera en la que ha tocado muchos estilos de música diferentes: clásica, rock, blues, jazz, acid house, reagee, etc.). Tripswitch es un proyecto de música electrónica “down-tempo” con influencias sicodélicas y étnicas. El tema Goldbach conjecture pertenece al segundo álbum de Tripswitch, Geometry (2010), que incluye temas como Stereogram, Strange Parallels, Concentric Circles, etc. Aquí tenéis la canción: Goldbach conjecture.

Portada del disco Geometry (2010), de Tripswitch

 

Os dejo con otra canción sobre la conjetura de Goldbach de grupo de Bristol The Last Days, que forma parte de su disco Typography (2018): Goldbach conjecture.

A continuación, vamos con la hipótesis de Riemann, que es uno de los siete problemas del Milenio, por cuya demostración el Instituto Clay de Matemáticas ha ofrecido un millón de dólares. La hipótesis de Riemann, que debe su nombre y su formulación al matemático alemán Bernhard Riemann (1826-1866), es una conjetura sobre la distribución de los ceros de una compleja función matemática, la función zeta de Riemann. Además, la hipótesis de Riemann está relacionada con la distribución de los números primos en el conjunto de los naturales (véase Buscando lagunas de números primos).

Sobre esta cuestión he elegido un joven grupo catalán de indie-folk Plombiers, que grabó su primer EP, La darrera gènesi, en 2017, el cual incluía el tema La Hipòtesi de Riemann. Que podéis escuchar aquí.

Fotografía de los miembros del grupo Plombiers. Fotografía de la página de Facebook del grupo

 

La letra es la siguiente, con una sencilla traducción:

Mentre la pols es muda de casa // la roba s’eixuga al terrat // descripcions del dia a dia // com la hipòtesi de Riemann.

Que podría traducirse, más o menos, como “Mientras el polvo se muda de casa la ropa se seca en la azotea, descripciones del día a día como la hipótesis de Riemann”.

Les matemàtiques cassolanes // s’enamoren dels nombres prims // i mentre aquests es distribueixen // un servidor somia amb l’infinit.

Donde se menciona la distribución de los números primos: “Las matemáticas caseras se enamoran de los números primos y mientras estos se distribuyen, un servidor sueña con el infinito”.

Un punt de llibre en forma de frontera // entre allò vist i allò per descubrir // escriure versos mai va ser tan fácil // si es fa ràpid i tranquil.

Que se podría traducir (utilizando un traductor) algo así como “Un punto de libro en forma de frontera entre lo visto y lo por descubrir. Escribir versos nunca fue tan fácil si se hace rápido y tranquilo”.

Una cançó sense lletra // i una lletra sense estil // una buidor, una guerra, // una idea i un escrit.

Y de nuevo “Una canción sin letra y una letra sin estilo, un vacío, una guerra, una idea y un escrito”.

No vamos a alargar más esta entrada y vamos a despedirnos con una canción más, El teorema de Arquímedes, perteneciente al LP Matatiempo (2010), del grupo punk madrileño Desechos. La podéis escuchar aquí. La letra dice lo siguiente:

Si ves que mis pies caminan rectos, y mi cabeza está bien amueblada, y mi visión clara es, algo en tu mirada falla me has visto al revés, no te hagas líos, nadie es lo que tú crees, no cada cual, cada quien, es en parte lo que deja ver, pero flotamos en el agua como un iceberg, según supo decirnos el bueno de Arquímedes, oye su teorema y dime como lo ves. Un cuerpo sumergido en un líquido pierde parte de su peso, sufre un empuje de abajo a arriba igual al volumen del líquido que desaloja por eso flota. Quien no tropieza o mira atrás, y cuando menos se lo espera zas! cae de bruces y vigila no haber sido visto, disimula, finge de nuevo estar listo, recompone su ropa como puede y como si nada, nada a favor de la corriente y trata de alcanzar la orilla para descansar, quien no se ahoga, quien no ha sentido alguna vez que ya no puede mas, quien no ha visto en un vaso de agua el mar, quien no quiere escapar.

Portada del disco Matatiempo (2010) del grupo Desechos

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

El artículo El teorema musical se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Andrew Wiles: de conjetura a teorema
2. Una pequeña joya geométrica: el teorema de van Aubel
3. El teorema de Pitágoras en el arte

Blanca Martinez

Gure planetako biziaren historiako animalia ar zaharrena aurkitu zuen ikerketa-talde britaniar batek 2003an. Orain arte, behintzat, zaharrena.

Esaldi sinple honekin imajina dezakegu ornodun handi bat dela, haren pelbiseko hezurra erregistro fosilean gorde dela eta, zalantzarik gabe, maskulinoa dela. Baina arestian aipatutakoa errealitatetik urrun dago, lehenengo ar horrek 5 mm-ko luzera besterik ez baitu. Izan ere, orain dela 425 milioi urte inguru, Siluriar aroan, Ingalaterrako kostaldean bizi izan zen ostrakodo baten fosila aurkitu zuten ikertzaileek.

Irudia: Ostrakodo bat. (Argazkia: Anna Syme – CC BY 2.5 lizentziapean. Iturria: Wikimedia Commons)

Ostrakodoak krustazeo mikroskopikoen talde bat dira, normalean 2 mm baino txikiagoak, eta uretako edozein ingurunetan bizitzeko gai dira. Mendi baten goialdean euria egiten duen putzu txiki baten edo milaka metroko sakonerako itsas hondoan aurki daitezke. Bere itxura ez da karramarro edo ganbak bezalako krustazeoena. Izan ere, haren gorputz biguna estaltzen duten bi kusku karbonatatuz osatutako oskola baitute.

Ostrakodoen berezitasun bitxienetako bat ugalketa-zikloa da. Espezie batzuek ugalketa asexuala dute eta beste batzuek ugalketa sexuala. Ugalketa asexualeko espezieak arrautza emankorrak jartzen dituzten emeek baino ez dituzte osatzen.

Paleontologiaren arloan, gure planetaren historian klima nola aldatu den jakiteko tresnarik erabilienetako bat dira ostrakodoak. Gutxienez, azken 485 milioi urteetan zelan aldatu den jakiteko, lehenengo ostrakodoak Ordoviziar garaiaren hasieran agertu baitziren. Izan ere, espezie bakoitzak bizi diren ingurune urtarreko parametro ekologiko batzuen maila oso zehatzak jasaten ditu: tenperatura, uraren gatz-kantitatea, hondoan metatutako sedimentu moten ezaugarriak edo uretako landarediaren kopurua, esaterako.

Beraz, faktore ekologiko horietan aldaketa txiki bat gertatuz gero, aldaketak gertatzen dira ostrakodo espezieen arteko asoziazioan. Horrela egin daitezke erregistro fosilean gordetako ur-ingurune zaharren ingurumeneko berreraikitze paleontologikoak. Hala ere, iraganean bizi izan ziren organismoen fosiltzea ez da hain erraza.

Orokorrean, organismo bat hiltzen denean haren zati bigunak desagertu egiten dira, bai hil ondoko (post mortem) oxidazioaren ondorioz, bai organismo deskonposatzaileen edo sarraskijaleen eraginez. Hori dela eta, haren zati gogorrek bakarrik osatzen dute fosilen erregistroa. Ostrakodoen kasuan, kusku karbonatatuak izango lirateke zati gogor horiek. Hala ere, ehun bigunak fosilizatuta gorde daitezke batzuetan baldin eta organismoak azkar lurperatzen badira sedimentu finetan, hondoko korronte handirik ez dagoen ingurunean eta oxigenazio gutxiko egoeran. Eta horixe gertatu zen ingeles kostaldeko eremu horretan duela 400 milioi urte baino gehiago, bat-batean errauts bolkanikoa iritsi baitzen itsasora eta honek sedimentu karbonatatuak estali zituen, bertan bizi ziren organismo asko barne.

Ikertzaileek errauts-geruzetan sartuta geratu ziren arroka karbonatatuen mailak aztertzen ari zirela, ostrakodoen oskol oso eta itxiak aurkitu zituzten. Eta zientzialarien eta, bereziki, geologoen ezaugarri bat haien jakin-mina denez, ikerketa-taldeko kideek oskol horien barruan zer aurki zezaketen galdetu zioten elkarri. Beraz, ostrakodoen arrasto fosilak arrokatik bereizi zituzten eta 0,02 mm-tik behin oskolean ebaki meheak egitea erabaki zuten. Tarte bakoitzari argazkia atera zioten seriean, eta hiru dimentsiotan berregin zuten ale osoa, kolorazio faltsua erabiliz emaitza arretaz behatzeko. Ezustekoa handia izan zen, konturatu baitziren ostrakodoen zati bigunak ondo fosilduta zeudela oskolaren barruan, eta horien artean ugaltze-aparatu maskulino bat identifikatu zuten. Historiako espezimen ar zaharrena aurkitu baitzuten.

Zientzialariek Colymbosathon ecplecticos izendatu zuten espeziea, eta, hitzez hitz, “zakil handiko igerilari harrigarria” esanahia duela esan daiteke. Zalantzarik gabe, oso izen “iradokitzailea” da, momentuz fosilen erregistroan ezagutzen den lehen arrari eman zaiona.

Erreferentzia bibliografikoa:

Siveter, D. J., Sutton, M. D., Briggs, D. E. G. and Siveter, D. J. (2003). An ostracod crustacean with soft parts from the Lower Silurian. Science, 302, 1749 – 1751. DOI: 10.1126/science.1091376

Egileaz:

Blanca María Martínez (@BlancaMG4) Geologian doktorea da, Aranzadi Zientzia Elkarteko ikertzailea eta EHUko Zientzia eta Teknologia Fakultateko Geologia Saileko laguntzailea.

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María Isabel Hernández

Las denominadas enfermedades autoinmunes, como lo son la enfermedad celíaca (EC) y la diabetes mellitus tipo 1 (DM1), se pueden clasificar en base a la extensión de los tejidos involucrados. Así se describen enfermedades específicas de órganos o tejidos, como lo sería la esclerosis múltiple, y enfermedades sistémicas, como la artritis reumatoide; pero en todos los casos, se requiere por parte de los linfocitos T y/o los linfocitos B del sistema inmunitario una pérdida de la tolerancia, es decir, la capacidad de diferenciar lo extraño de lo propio (Figura 1).

Figura 1. Factores desencadenantes de la autoinmunidad como consecuencia de la pérdida de tolerancia de las células del sistema inmunitario. GI: gastrointestinal (Imagen modificada de Wang, Wang & Gershwin, 2015).

Las enfermedades autoinmunes sistémicas son el resultado del daño tisular inducido por la deposición de complejos inmunes con anticuerpos que se dirigen a moléculas que se expresan ubicuamente, en distintos tejidos, y tienen la capacidad de actuar como autoantígenos. Sin embargo, el hecho de que se produzcan enfermedades autoinmunes en distintos órganos y tejidos a la vez, afectando a las glándulas endocrinas u a otros tipos de tejidos, también puede deberse a que su origen se relaciona con mutaciones en los genes que intervienen en la respuesta inmunitaria innata y/o adaptativa, por lo que se producen fallos en el desarrollo de la respuesta inmunitaria allí donde sea necesaria (Ballarini & Lee-Kirsch, 2007; Wang, Wang & Gershwin, 2015; Theofilopoulos, Kono & Baccala, 2017; Caio et al., 2019).

En el caso de la EC y la DM1, además de compartir el hecho de que sean enfermedades autoinmunes que afectan al aparato digestivo, por lo cual la dieta puede ser un factor ambiental desencadenante, comparten varios locus que confieren predisposición genética (Figura 2). La prevalencia de la EC es entre 5-20 veces mayor en pacientes de DM1 que en la población normal.

Figura 2. Enfermedades relacionadas con la enfermedad celíaca. CNS: Sistema nervioso central; IBD: inflamación intestinal crónica; SLE: lupus eritematoso sistémico (Lundin & Wijmenga, 2015).

Entre los genes analizados mediante estudios de asociación del genoma completo (GWAS) se han relacionado con las enfermedades autoinmunes los genes PTPN22, CTLA-4, IRF5 o BACH2, todos involucrados en la respuesta inmunitaria, junto con determinadas modificaciones epigenéticas. En cuanto a la EC y la DM1, se han relacionado con alteraciones en BACH2 que codifica un factor de transcripción que participa en la activación de los macrófagos tisulares, el desarrollo de células B y células T efectoras y reguladoras y la recombinación de cambio de tipo de inmunoglobulina, entre otras funciones. Por su parte, el haplotipo HLA-DQ2 se encuentra en aproximadamente el 90% de los pacientes de EC y el 55% de los pacientes de DM1, mientras que el haplotipo HLA-DQ8 se encuentra en aproximadamente el 10% de los pacientes de EC y el 70% de los pacientes de DM1. A través del complejo principal de histocompatibilidad (MHC) o también conocido como HLA (antígeno leucocitario humano), son presentadas las moléculas reconocidas como antígenos por las células presentadoras de antígeno (APC), macrófagos y células dendríticas, a las células T helper CD4+ (Todd, 2010; Lundin & Wijmenga, 2015; Kahaly & Hansen, 2016; Hagopian et al., 2017; Nunes-Silva et al., 2017; Caio et al., 2019).

La prevalencia tanto de la EC como de la DM1 han aumentado significativamente en los países occidentales durante los últimos años, al igual que el resto de las enfermedades autoinmunes no sólo digestivas afectando preferentemente a las mujeres y con una alta variabilidad fenotípica, morbilidad y mortalidad (Theofilopoulos, Kono & Baccala, 2017).A pesar de que haya factores genéticos comunes que predispongan la aparición de la EC y la DM1, el incremento en la prevalencia de ambas enfermedades en todo el mundo indica la importancia de los factores ambientales en su desarrollo, ya que los cambios genéticos que se pudieran producir para aumentarla necesitarían una altísima tasa de mutación. La homeostasis del intestino delgado se ha visto alterada en ambas, por lo que los factores ambientales que comprometan dicha homeostasis podrían ser factores desencadenantes. Una correcta función de barrera del intestino delgado, con uniones estrechas entre las células, se ve determinada por el tipo de bacterias que lo colonizan. Una alteración en el equilibrio de microrganismos que forman parte del microbioma intestinal, en cambios cualitativos y de funcionalidad, denominada disbiosis, se ha relacionado con enfermedades en sitios distantes del intestino, incluido un espectro de trastornos neurológicos, como ansiedad, estrés, migrañas y depresión, así como enfermedades neurodegenerativas y neuroinflamatorias (Wang, Wang & Gershwin, 2015; Theofilopoulos, Kono & Baccala, 2017). Por lo tanto, el hecho de que tanto la EC como la DM1 puedan aparecer en cualquier edad hace que sea importante estudiar qué factores ambientales pueden desencadenar su aparición, para prevenirla en pacientes donde se detecta la predisposición genética.

Referencias

Ballarini, A. et al.  (2007) Genetic dissection of autoimmune polyendocrine syndrome type 2: Common origin of a spectrum of phenotypes. Annals of the New York Academy of Sciences 1110, 159–165.

Caio, G. et al  (2019) Celiac disease: A comprehensive current review. BMC Medicine 17, 1–20.

Hagopian, W. et al  (2017) Co-occurrence of type 1 diabetes and celiac disease autoimmunity. Pediatrics 140.

Kahaly, G.J. et al  (2016) Type 1 diabetes associated autoimmunity. Autoimmunity Reviews 15, 644–648.

Lundin, K.E.A. et al (2015) Coeliac disease and autoimmune disease – Genetic overlap and screening. Nature Reviews Gastroenterology and Hepatology 12, 507–515.

Nunes-Silva, J.G. et al (2017) Impact of type 1 diabetes mellitus and celiac disease on nutrition and quality of life. Nutrition and Diabetes 7, 4–9.

Theophilopoulos, A.N. et al (2017) The multiple pathways to autoimmunity. Nature Immunology 18, 716–724.

Todd, J.A. (2010) Etiology of Type 1 Diabetes. Immunity 32, 457–467.

Wang, L. (2015) Human autoimmune diseases: A comprehensive update. Journal of Internal Medicine 278, 369–395.

 Sobre la autora: María Isabel Hernández es graduada en biología y doctoranda en biología molecular y biomedicina en la UPV/EHU

El artículo La base genética de la autoinmunidad: enfermedad celíaca y diabetes mellitus tipo I. se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Una infección vírica puede activar la aparición de diabetes tipo I
2. Alternativas para tratar la enfermedad celíaca
3. En busca de los genes de la enfermedad celíaca

César Tomé

Ernatzen ari diren ekonomien garapenarekin batera, gizartean eta ekonomian aldaketak gertatzen dira. Orain arte ez zeuden kontsumo beharrak dituen tarteko klase berri bat sortu da, eta horixe da Asian eta halako lekuetan inbertsio berriak egiteko motorretako bat. Hala ere, ehunka milioi pertsonaren kontsumo hori Mendebaldeko ekonomietakoa bezalakoa izango balitz, ingurumenean eta, bereziki, klima aldaketan sortutako kalteak ondorio ikaragarriak izango lituzke. Zenbait gobernu, Txinakoa adibidez, horren jakitun dira, eta, horregatik, neurriak hartu dituzte; adibidez, hemendik urte batzuetara ibilgailu gehienak, edo denak, elektrikoak izatea.

Gora datorren tarteko klasearen beste alderdi garrantzitsu bat bidaiatzeko beharra da, dena dela arrazoia, eta, batzuetan, bidaia horiek luzeak izaten dira edo autoarekin edo trenarekin iristea zaila den lekuetara egiten dira; besteak beste, artxipelagoetara. Abiazio kontsumoa gaur egun kezkagarria da jada; beraz, oraindik gehiago handituko balitz, oso arazo larria litzateke mundu osoan. Horregatik, hegazkinen belaunaldi berriak ahalik eta efizienteena izan behar du. Diseinu berriek karbono aztarna ahalik eta gehien murriztu behar dute, harik eta hegazkin elektrikoak edo erregai pilak dituztenak errealitate bihurtu arte, eta badirudi helburu hori oso urrun dagoela abiazio komertzialerako.

Irudia: Abiazio kontsumoa gaur egun kezkagarria da. Horregatik, hegazkinen belaunaldi berriak ahalik eta efizienteena izan behar du. (Argazkia: Holgi – Pixabay lizentziapean. Iturria: pixabay.com)

Erregaien kontsumoan efizienteagoa izango den hegazkin bat sortzeko alderdi garrantzitsu bat motorren diseinua da. Efizientzia horri oso lotuta dagoen zenbaki bat dago: deribazio erlazioa. Helizeak motorraren gelaxkan sartzen duen airetik benetan turbinatik zenbat igarotzen den neurtzen du zenbaki horrek. Zenbakia altua bada, esan nahi du sartzen den aire guztitik bakarrik pixka bat igarotzen dela turbinatik, eta alderantziz. Zenbakia altua bada, motorrak erregai gutxiago kontsumitzen du, eta zenbakia baxua bada, motorra ahalmentsuagoa da. Zenbaki altuak hegazkin komertzialetan erabiltzen dira, eta baxuak, gerra hegazkinetan; salbuespen bakarra Concorde hegazkina zen, zeina gerra hegazkinen diseinua zuen merkataritza hegazkin bat zen. Horren guztiaren ondorio zuzen bat da merkataritza hegazkinen motorrak oso handiak direla, eta gerra hegazkinenak (edo concordeenak) oso txikiak.

Hegazkin efizienteagoak eraiki nahi badira, aurreko guztiaren ondorioak argiak dira: are motor handiagoak egin behar dira. Baina, noski, hori aerodinamikaren aurkakoa da guztiz. Motor handiago batek nahi ez diren turbulentziak, ezegonkortasunak eta zaratak sortzen ditu, eta erregai gehiago kontsumitzen du. Arazo hori konpontzeko, aire fluxua kontrolatzen duten eragingailuak erabili behar dira.

Eragingailu horiek ezaugarri oso zehatz batzuk izan behar dituzte: pisu gutxi izan behar dute (hegazkin bateko elementu guztiek bezala), eta mekanikoki eta kimikoki oso gogorrak izan behar dira. Gainera, ziurrenik, horrelako hegazkinak diseinatzea ez da batere erraza izango.

Zer materialekin egin mota horretako eragingailu bat? Altzairuzkoa ezin da izan, asko pisatuko lukeelako; aluminiozkoa ere ez, erresistentzia mekanikoa mugan egongo litzatekeelako. Erantzuna aspaldi aurkitu zuten: titaniozkoa. Edo, hobeto esanda, titanio aleaziozkoa. Aplikazio aeronautikoetarako ezin hobea dela frogatu den bat Ti-6Al-4V da, hau da, % 6 aluminioa, % 4 banadioa eta gainerako % 90a (ezpurutasunak kenduta) titanioa.

Baina, titanio aleazio horrekin lan egitea oso zaila da, dituen ezaugarriengatik, hain zuzen ere. Nola lortu material horrekin egindako diseinu konplexu bat? IK4 Lortek euskal kooperatibak erantzun bat aurkitu du: fabrikazio gehigarriaren bidez, laser bidezko fusio selektiboa erabilita. Aurrekoak esan nahi du “bakar-bakarrik” ordenagailu batean hiru dimentsioko pieza bat diseinatu behar dela, eta diseinu hori laserra erabiltzen duen 3D inprimatzaile batetik igaro behar dela titanio aleazioaren aleak urtzeko eta, hala, pieza geruzaz geruza sortzeko (modu gehigarrian). Kontzeptu hori Airbusek sustatutako Flowcaash deituriko proiektu baten parte da, eta bere xedea da pisu gutxiko diseinu biomimetikoak garatzea, hegazkinen ondorengo belaunaldian fluxu eragingailuak integratzeko eta hegazkinen erregai efizientzia eta aerodinamika hobetzeko. Pieza berrien proba guztiak Arabako CTA Teknologia Aeronautikoen Zentroan egiten dituzte (hain zuzen, bertan egin zituzten Exomars zundaren probak ere).

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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María Larumbe / GUK

¿Quién no ha soñado alguna vez en un futuro en el que los coches sobrevuelen la ciudad? En la cultura popular, películas como El Quinto Elemento (Luc Besson, 1997), Blade Runner (Ridley Scott, 1982) oseries más recientes como Futurama (Matt Groening y David X.Cohen, 1999-2013) han inoculado en el inconsciente colectivo la probabilidad de que los coches voladores se transformen en realidad en un futuro más o menos cercano. Pero ¿cuánto hay de verdad en todo esto?

En su charla de Naukas Bilbao 2021, Iván Rivera, ingeniero de telecomunicaciones, escéptico y autoproclamado como “el Grinch de la tecnología”, departió sobre las cuales son las posibilidades reales, tomando como base la tecnología que disponemos en la actualidad, de volver del trabajo a casa volando cual pájaro en un aparato de estas características. Y lo cierto es que la realidad, sintiéndolo mucho para los soñadores que se ven pilotando un coche de estas características, dista de los relatos de ciencia ficción.

En palabras de Rivera, se abusa mucho del término coche volador. Por este motivo comenzó recordando al público del Euskalduna cuáles son las tres formas principales de volar para aparatos que pesan más que el aire que disponemos en la actualidad. “Tenemos, en primer lugar, los aparatos de ala fija, como los aviones comerciales; los de ala giratoria con hélice como los helicópteros y aquellos que vuelan expulsando gas como un globo o un dirigible. El caso es que, si estamos pensando en volar como el ex-Blade Runner Rick Deckard -al que da vida Harrison Ford en la película- esta tecnología hoy por hoy no existe”, explicó.

Pero que no exista aún esa tecnología no implica que la industria no esté esforzándose al máximo para convertir ese sueño en realidad. “Ejemplo de esto es el Aircar de la compañía Klein Vision, el intento más perfeccionado en la actualidad por cruzar un coche con un avión, con más de 100 años de trabajo de ingeniería en su desarrollo”. No obstante, este ‘coche volador’ presenta sus limitaciones ya que “como coche mide 6,2 metros de largo, pero no tiene maletero; y como avión puede transportar 200 kilos, incluyendo a piloto y pasajero”. A estos inconvenientes, hay que sumarle el hecho de que necesita aeropuertos de origen y destino para despegar y aterrizar, por lo que “el Aircar se aleja de la imagen que tenemos preconcebida como coche volador”.

Otro aparato avanzado en el que se está trabajando, es el taxi aéreo. El Joby S4, como se puede apreciar en el vídeo, tampoco se parece al que conducía Bruce Willis en El Quinto Elemento por los cielos de una Nueva York futurista. “Se trata de un multicóptero de hélices basculantes, una especie de dron gigante con 6-8 hélices entubadas. Este tipo de sistemas se han podido ver con cierto éxito en algunos transportes militares, pero ninguno de ellos está capacitado para volar de forma que no sea experimental”.

Más allá de estos artefactos, en la actualidad hay más de 500 proyectos en marcha para impulsar la movilidad aérea urbana y los grandes analistas afirman que para el año 2040 este mercado global llegará a valer alrededor de 1,26 billones de dólares, pero, en verdad, según Rivera, no hay que engañarse “la mayor parte de ellos no pasan de ser documentos de Power Point. El capital riesgo no está distinguiendo bien entre la buena publicidad y los sistemas de ingeniería de verdad”, recalcó.

Además, la certificación para un vuelo comercial requiere de un tipo de aparato que sea capaz de demostrar que surcar por los cielos millones de horas de vuelo, sin un accidente catastrófico, lo que requiere de unos procesos de certificación documentación y mantenimiento muy exhaustivos y caros. “Esto no puede ser de otra manera porque el cielo no perdona. El transporte terrestre puede darse el lujo de pararse, pero un transporte aéreo no. Y menos aún pararse en medio de una ciudad. No es comparable las molestias que puede provocar un atasco con que nos caiga encima un trozo de tres toneladas del cielo”.

A las certificaciones, hay que sumarle la comparativa de las baterías actuales. “Hoy en día una batería pesa lo mismo que un depósito de combustible y aporta la cincuentava parte de la energía. Esto es algo que puede mejorar en 20 años, pero nadie en su sano juicio pondría fecha y cifra a la mejora, salvo, casualmente quien haya invertido en movilidad eléctrica”.

En cualquier caso, pese a estos intentos de crear coches voladores, y teniendo en cuenta los posibles avances de la industria, “hay tres factores que diferencian y que, con toda la probabilidad, seguirán diferenciando la movilidad aérea de la terrestre: el consumo de energía, el coste económico y el ciclo de mantenimiento”.

Esto hace pensar en que la movilidad aérea masiva es más propia de la ciencia ficción que de las ciudades del futuro. Entonces, se preguntó Rivera, ¿a qué se debe esa insistencia en desarrollar un sistema de movilidad más caro, que consuma más energía y más complicado de mantener? “Quizás para que puedan saltarse los atascos los mismos que van a poder hacer turismo en el espacio exterior. Personalmente, preferiría pensar en cómo eliminar los atascos urbanos”. Y Rivera tiene clara cuál es la receta más realista, barata y menos contaminante para conseguirlo: utilizar el transporte público y dejar, cuando se pueda, el coche aparcado en casa.

El ponente quiso cerrar su intervención con un apunte optimista. “En los últimos años estamos empezando a desarrollar una nueva forma de volar -la cuarta- que nos va a permitir propulsarnos a los cielos sin requerir siquiera de partes móviles. A este invento se le conoce como el propulsor eléctrico-hidrodinámico. Eso sí, para ello va a ser necesario que desarrollemos acumuladores de energía eléctrica mucho más capaces de los que existen en la actualidad, pero eso es algo en lo que estamos trabajando y que no está prohibido por ninguna ley física. ¿Será así como volemos en el futuro?”. Sea lo que sea lo que nos depare el futuro, al menos, siempre nos quedará volar con la imaginación o seguir disfrutando con los relatos de ciencia ficción, a poder ser desde el asiento del Metro o desde un autobús poniendo de vez en cuando la vista en el cielo.

El artículo Naukas Bilbao 2021: Coches voladores, ¿transporte del futuro o cosas de la ciencia ficción? se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Ambrosio Liceaga – Naukas P4K 2019: Nunca quisimos coches voladores
2. Naukas Bilbao 2021: Cualquier tiempo pasado fue, simplemente, anterior
3. Naukas Bilbao 2021: En busca del monolito de “2001: una odisea espacial”

Koldo Garcia

Star Trek frankizian Borg-ak etsai oso beldurgarriak dira eta antagonista nagusiak dira “The Next Generation” eta “Voyager” telesailetan, eta “Star Trek: First Contact” filmean. Beste espezieen teknologia eta ezagumendua asimilatzen dituzten organismo zibernetikoak dira eta beren azken helburua da perfekzioa lortzea. “Erresistentzia hutsala da” da haien esaldirik ospetsuena, pop kulturan hedatu den esaldia, hain zuzen ere. Bada, Borg izendatu zituen Jill Banfield ikertzaileak lokatzetan aurkitu zituen DNA-egitura bitxi batzuk, bere semearen –Star Trek-eko zale amorratuaren– proposamena aintzat hartuta.

Arkeobakterio deitutako mikroorganismoak infektatzen dituzten birusak ikertu nahi zituzten Jill Banfield-ek eta Basem Al-Shayeb-ek. Horretarako, gainazaletik metro bat edo gehiagora zegoen lokatza hartu zuten arkeobakterioak eta birusak bertan aurkituko zirelakoan. Lokatz horretan zegoen DNA eskuratu zuten, DNA hori sekuentziatu zuten eta, ordenagailu-programak erabilita bilatu zituzten birusen arrastoak. Ikertzaileek sekuentzia bitxi bat aurkitu zuten Banfield beraren lursailetik eskuratutako lokatzean: 1 milioi baseko luzera zuen, geneen erdia ezezaguna zen, berezko sekuentzia-patroiak zituen hasieran eta bukaeran, DNA errepikakorra zegoen geneen artean eta bere burua kopiatzeko balizko gaitasuna zuen. Inoiz ez zuten halako DNA-egiturarik ikusi.

1. irudia: Arkeobakterioetan aurkitu dira Borg izendatu diren DNA-egitura bitxiak. (Argazkia: NASA – Domeinu publikoan. Iturria: Wikimedia Commons)

DNA sekuentzia berezi hori aztertzerakoan ez zela zorizko nahasketa ondorioztatu zuten ikertzaileek, eta halako sekuentzia gehiagoren bilaketa hasi zuten. Horretarako, datu-base publikoetan dauden sekuentziak aztertu zituzten eta halako 23 Borg sekuentzia aurkitu zituzten. Sekuentzia horietako batzuk aurkitu ziren Coloradoko lurpeko uretan, abandonatutako merkurio-meategi baten isurpenetan edo Coloradoko East River ibaiaren sakonera txikiko ibilguan. Gainera, horietako hainbat sekuentziek 1 milioi base inguruko luzera zuten, kromosometatik kanpoko DNA-egituren artean inoiz aurkitu diren luzeenak.

Bizidun gehienetan DNA kromosometan antolatuta aurkitzen da, prokariotoetan (bakterioetan eta arkeobakterioetan) nahiz eukariotoetan (landareetan, onddoetan eta animalietan). Kromosometatik kanpo, prokariotoetan plasmido deitutako egituretan aurki daiteke DNA; eta eukariotoetan mitokondrioa edo plasmidoa bezalako organuluetan. Kromosometatik kanpo dagoen gene-materialean joan daitezke funtzio biologiko gehigarriak edota osagarriak: esate baterako, plasmidoek eraman ditzakete antibiotikoen aurreko erresistentzia lortzeko geneak. Borg-ak, beraz, kromosometatik kanpoko DNA-egitura mota berri bat izan litezke. Ikertzaile batzuek, ordea, uste dute oraindik goiz dela hori jakiteko: alde batetik, Borg-en ezaugarri batzuk presente baitaude gatz-inguruneetan bizi diren arkeobakterioen kromosometatik kanpoko DNA-egituretan; beste batetik, Borg-ak Actinobacteria-etan agertzen diren plasmido erraldoien antza dutelako.

2. irudia: Lokatzetan aurkitu dute DNA-egitura bitxi hau (Argazkia: Artvision-So – Pixabay lizentziapean. Iturria: pixabay.com)

Borg-ak aurkitu diren lekuetan Methanoperedens deitutako arkeobakterioaren sekuentziak ere aurkitu dira. Arkeobakterio hau metanoa oxidatzeko gai den mikroorganismoa da eta batera agertzeak iradoki dezake Borg-ak arkeobakterio honen barruan daudela. Tamalez, Methanoperedens ezin daiteke laborategian hazi eta, ondorioz, ezin daiteke baieztatu Borg-ak arkeobakterio horien barruan ote dauden. Borg-en tamainaz jabetzeko –lehen aipatutako milioi bat base–, pentsa dezagun beren luzera Methanoperedens kromosoma nagusiaren herena dela.

Borg hauen gene gehienak ezezagunak badira ere, gene horien %20 inguruk arkeobakterioetan ezagunak diren geneen antza dute. Gainera, gene horien artean metanoa prozesatzeko geneak daude –agian Methanoperedens arkeobakteriotik eskuratu dituztenak– eta ikertzaileek iradokitzen dute horrek metanoaren zikloan eragina izan dezakeela eta ostalariaren gaitasunei bultzada eman diela. Borg-etan identifikatu diren beste gene-moten artean daude CRISPR-Cas sistema bezalako defentsa-mekanismoak, DNAren eta RNAren manipulaziorako geneak, zelularen mintzean jarduten duten geneak, estresari aurre egiteko geneak edo energia metatzeko geneak. Borg bakoitzean identifikatu diren gene-motak ezberdinak izan ziren eta ikertzaileek iradokitzen dute Methanoperedens espezie bakoitzaren arabera ager litekeela Borg bat edo beste.

3. irudia: DNAren egiturek forma oso bitxiak hartzen dituzte (Argazkia: PublicDomainPictures – Pixabay lizentziapean. Iturria: pixabay.com)

Banfield-ek eta bere kideek, ordea, ez dute argi DNA-egitura bitxi hauen jatorria. Beren susmoa da izan daitezkeela Methanoperedens baten barruan gelditu zen arkeobakterio baten arrastoak. Izan ere, Borg-en ugaritasuna handitzen da sakonerarekin batera, baina ez du harremanik Methanoperedens-en ugaritasunarekin. Aipatu bezala, Borg-ek geneak hartu dituzte Methanoperedens-en kromosomatik eta, badirudi, beste iturri batzuetako gene-materiala ere asimilatu dutela. Aipatu beharra dago ezaguna zela Methanoperedens-ek beste organismo batzuetatik geneak asimilatzeko duen gaitasuna eta, agian, DNA-egitura bitxi hauetan egon liteke azalpena. Banfield-ek espero du aurkikuntza honek ikertzaileak bultzatzea halako egiturak beste mikroorganismoetan bilatzera, batez ere muturreko inguruneetan bizi diren mikroorganismoetan.

Oraingoz, ikertzaileek ezin dute ez baieztatu ezta ezeztatu ere Borg hauek ote diren arkeobakterioen birusak, plasmidoak edo minikrosomosomak, baina argi dute ezberdinak direla orain arte ezagutzen diren DNA-egiturekin alderatuta. Ikerketa hau oraindik berrikusi gabe badago ere, ikertzaileen artean harridura sortu du eta jakin-mina piztu du aurkikuntza honek. Batez ere, jakin nahi delako zer diren eta zein den beren jatorria. Posible da ikerketan akatsen bat egin izana eta, ondorioz, ikusteko dago Borg-en existentzia baieztatzen ote den. Bitartean, liluratu gaitezen gene-materialak har ditzakeen forma bitxiekin.

Erreferentzia bibliografikoak:

Dance, A. (2021). Massive DNA ‘Borg’ structures perplex scientists. Nature 595, 636. DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-021-01947-3

Pennisi, E. (2021). Mysterious DNA sequences, known as ‘Borgs,’ recovered from California mud. Science. DOI: 10.1126/science.abl4769

Al-Shayeb, B. et al. (2021). Borgs are giant extrachromosomal elements with the potential to augment methane oxidation. BioRxiv. DOI: https://doi.org/10.1101/2021.07.10.451761

Egileaz:

Koldo Garcia (@koldotxu) Biodonostia OIIko ikertzailea da. Biologian lizentziatua eta genetikan doktorea da eta Edonola gunean genetika eta genomika jorratzen ditu.

 

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Tocó el segundo ángel… Entonces fue arrojado al mar algo como una enorme montaña ardiendo, y la tercera parte del mar se convirtió en sangre. Pereció la tercera parte de las criaturas del mar que tienen vida, y la tercera parte de las naves fue destruida.

Juan de Patmos (siglo I e.c.) Apocalipsis 8: 8-9.

Erupción del Kilauea (Hawái, EE.UU.). Foto: NPS Photo / J.Wei  / Wikimedia Commons

A los volcanes cuyas erupciones expulsan más de 1000 km3 de roca al exterior, se les denomina supervolcanes. Aparte de su incidencia más directa sobre las poblaciones más o menos próximas a los volcanes, la principal amenaza para nuestra especie radica en sus efectos sobre las plantas y, por lo tanto, sobre la fuente de alimentación básica de prácticamente todos los animales. En última instancia, esos efectos se producirían debido a la reducción de la insolación que ocurriría tras la emisión a la atmósfera de ingentes cantidades de materiales -polvo, ceniza y gases volcánicos- que opacarían la atmósfera, dificultando la penetración de los rayos solares y su llegada a la superficie del planeta.

Las consecuencias de una fuerte reducción de la insolación serían dobles. Por un lado, se atenuaría la fotosíntesis -ese proceso por el que las plantas convierten la luz del sol en materia orgánica-, reduciendo la producción de materia viva de forma intensa. Y por el otro, y de mayor gravedad que el efecto anterior, las temperaturas caerían en todo el planeta, dependiendo esa caída de la cantidad y tipo de materiales expulsados. Por encima de ciertos niveles, pueden ocurrir heladas duraderas en las zonas geográficas donde más alimento se produce en la actualidad

El 10 de abril de 1815, el volcán Tambora, en Sumbawa, una isla al este de Java, explotó. La erupción alcanzó el nivel 7 en la escala de índice de explosividad volcánica. Liberó una energía equivalente a 800 megatones y expulsó unos 150000 millones de toneladas de materiales sólidos ricos en azufre. Provocó un “invierno volcánico” -por una bajada de la temperatura del planeta de 0,5 ºC- y la muerte, directa o por hambre, de más de 70000 personas. 1816 ha pasado a la historia como el “año sin verano”, anomalía climática atribuida, en gran parte, a los efectos de esta explosión.

La erupción de Toba, en la isla de Sumatra, Indonesia, ocurrida hace unos 73000 años alcanzó el nivel 8 de explosividad volcánica. Expulsó 2800 km3 de materiales a la atmósfera. Provocó una bajada de la temperatura media de la tierra de entre 3 y 5 ºC, aunque en algunas zonas el descenso llegó a ser de 15 ºC. Según una hipótesis que gozó de cierta credibilidad, la caída térmica habría provocado una reducción muy fuerte de las poblaciones humanas de la época, dando lugar a un cuello de botella poblacional y una fuerte reducción de la diversidad genética humana. Pero al no haber pruebas de extinciones de otras especies, es una hipótesis muy cuestionada en la actualidad.

Hace 640000 años se produjo la, hasta ahora, última erupción del supervolcán de Yellowstone, EEUU. Expulsó unos 1000 km3 de roca, polvo y ceniza volcánica. Desde hace 2,1 millones de años se han producido tres erupciones de ese supervolcán, una cada 650000 años, aproximadamente. Podría ser que la siguiente ocurra en los próximos centenares o miles de años.

El riesgo de que se produzcan estos eventos catastróficos es muy bajo, pero no es despreciable. Se estima que la probabilidad de una erupción como la de Yellowstone en el próximo siglo es de una en 200, y la de que explote un supervolcán como Toba, de una en 800. No obstante, he de confesar que esos peligros no han conseguido quitarme 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 segundo ángel se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. El primer ángel
2. Abonar el mar para enfriar el planeta
3. El origen de la vida desde la nanociencia, por José Ángel Martin Gago

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.

Osasuna

Konbutxa edari ia ezezaguna izatetik supermerkatu, osasun-denda eta influencerren kanal askotan egotera pasa da. Esaten dutenez, konbutxak ezaugarri miragarriak ditu, besteak beste, odol-tentsio altua saihesten du, energia ematen du eta immunitate-sistemarentzat onuragarria da. Edari hartzitu hau antioxidatzailea eta antikartzinogenoa izan litekeela ikusi da, baina, momentuz Petri plaketan hazitako kultiboetan bakarrik frogatu ahal izan da. Gainera, zenbait ikerketek erakutsi dutenez, gehiegizko konbutxa kontsumoa arriskutsua izan daiteke. Josu Lopez Gazpiok azaltzen du Zientzia Kaieran: Konbutxa, modako freskagarria edo bizitzaren elixirra?

Emakumeak zientzian

Estatu ezberdinen artean eginiko inkesta baten arabera, herritarren %63aren ustetan emakumeek ez dute balio goi-mailako zientzialariak izateko. L’Oréal Fundazioak burutu du azterketa hau eta lorturiko datuek oraindik gizartean oso barneraturik dauden ideiak plazaratu dituzte. Hala ere, argi utzi behar da mota horretako iritziek ez dutela inolako oinarri enpirikorik. Datu objektiboen arabera, ibilbide zientifikoek neurri txikiagoan erakartzen dituzte emakumeak gizonezkoak baino, hein handi batean, neskek haurtzaroan eta gaztaroan jasotzen dituzten mezu diskriminatzaileengatik. Ana Zubiagak azaltzen du Zientzia Kaieran: Emakumeak lanbide zientifikoan: non gaude eta non egon nahi dugu.

Ernest Lluch Kultur Etxeak programa berri bati emango dio hasiera urriaren 19an. Emakume zientzialarien argitan izenarekin, kultur etxeak zientziaren dibulgaziorako egiten duen lanean sakonduko du eta helburu nagusia emakume zientzialariak ezagutzea izango da. Elhuyarreko Ana Galarraga Aiestaranek koordinatuta eta gidatuta, arlo desberdinetan lan egiten duten emakume zientzialariak elkarrizketatuko dira eta hauek ezagutzeko aukera paregabea izango da. Datu guztiak Elhuyar aldizkarian.

Paleontologia

Tardigradoak, ornogabe mikroskopiko batzuk, duela 500 milioi urte azaldu ziren Lurrean eta, beraz, eboluzio luzea egin duten arren, orain arte bi tardigrado fosil besterik ez dituzte aurkitu erregistro fosilean. Orain, Dominikar Errepublikako anbar-tanta batean azaldu da hirugarren alea eta duela 16 milioi urtekoa da, Zenozoikoaren garaikoa. Oso zaila da organismo hauek fosilizatzea. Izan ere, ez daukate nahikoa mineral gorputzean horrelako prozesu bat aurrera eramateko.  Aitziber Agirrek azaltzen du Elhuyar aldizkarian: Duela 16 milioi urteko tardigrado fosil bat aurkitu dute anbarean

Estatu Batuetako White Sands parke nazionalean oinatz arrasto fosilduak atzeman dituzte eta duela 23.000-21.000 urte artean datatuak izan dira. Antzinako aintzira baten barnean zeuden oinatzak, behin lokatza izan zen eremu batean eta honek zehaztasun gehiagorekin datatzea ahalbidetu du. Science aldizkarian argitaratu da aurkikuntza adituen aztoramendua sortuz. Izan ere, datazio horren arabera, azken glaziazioa bere punturik gorenean zegoenean populatuta zegoen Ipar Amerika. Berri honek, beste behin, hankaz gora utzi du Clovis hipotesia eta gizakiaren Amerikarako migrazioa 10.000 urte aurreratu du. Juanma Gallegok azaltzen du Zientzia Kaieran: Uste baino lehenago iritsi zen gizakia Ameriketara.

Teknologia

Gasteizko eta Bilboko Fisika Aplikatua Saileko lau ingeniarik industriarentzat laguntza handikoa izan daiteken teknika bat diseinatu dute, termografia infragorri aktiboa eta laser mugikorra erabiliz. Ikerketa-talde honek industriako material eta piezetan pitzadura bertikalak detektatzeko eta karakterizatzeko metodo bat garatu du, begi hutsez ikusten ez diren akatsak aurkitu eta konpontzeko aukera emanik. Orain arte, termografia aktiboa erabiliz, laginaren gainazalaren berotze eta hozte prozesuak kamera infragorri batekin grabatzen ziren akatsak ikusi ahal izateko. Pitzadura bertikalak, ordea, ez dira argiztapen uniformearekin detektatzen eta hau jakinik, ingeniari hauek Laser Mugikorreko Termografia infragorria erabili dute. Azalpen guztiak Zientzia Kaieran: Pitzadura bertikalen detekzio eta karakterizazioa termografia infragorria eta laser mugikorra erabiliz.

Material magnetikoak sailkatzeko aspaldiko arazoa ebatzi dute Luis Elcoro EHUko irakasleak eta nazioarteko hainbat ikertzailek. Elkarlan honen bidez, material errealen isolatzaile topologiko magnetikoen lehen gida unibertsala lortzeko oinarria jarri dute. Orain arte, material magnetikoetarako garatutako sailkapen-sistema arrakastatsuena (Lev Shubnikov zientzialari sobietarrak duela ia 75 urte lortu zuena) osatu gabe egon da eta azkenik, ikerlari-talde honek osatu du. Datu guztiak Elhuyar aldizkarian.

Astronomia

Otsailetik Perseverance ibilgailua Marteko Jezero krater handian datuak jasotzen dabil eta dagoeneko, planeta gorriaren eboluzioari buruzko informazio interesgarria argitu du. NASAren datuen arabera, garai batean, Jezero kraterra aintzira lasai bat zen, ibai batek elikatua baina bat-bateko uholde indartsu batek aintziraren izaera aldatu zuen.  Ibaiaren deltan eta aintziran aurki daitezken arroka handien presentziagatik ondorioztatu dute hau. Gerora ordea, klima-aldaketaren batek aintzira lehortzea eragin zuen, eta hurrengo milioika urteetan lehor mantendu da. Aitziber Agirrek azaltzen du Elhuyar aldizkarian: Marteren eboluzio klimatiko eta hidrologikoari buruzko datu esanguratsuak eman ditu NASAk.

 

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.

La inconcebible enormidad del universo hace casi que la afirmación de que existe vida en él aparte de la humana sea prácticamente una certeza. Ese descomunal tamaño hace también que encontrarla sea algo muy complicado. ¿Y si hubiese una civilización al alcance de nuestros telescopios? ¿Cómo podríamos descubrirla? Buscando telemarcadores, como explica Miguel Santander en esta charla.



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: Miguel Santander – Tecnomarcadores: buscar marcianos sin salir en Cuarto Milenio se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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1. Naukas Bilbao 2021: Francisco R. Villatoro – El vacío es una sustancia
2. Naukas Bilbao 2021: Teresa Valdés-Solís – Carbon Queen
3. El Universo en un día: El Big Bang, por Miguel Santander

DNA zaborra denetarik izango da zaborra baino. Haren influentzia gero eta ebidenteagoa da. Mutations in the non-coding genome contribute to autism por JR Alonsorena.

Asmakizun posmodernoa da antropozenoa. Edo, Jesús Zamorak dioenez: Anthropocene as a cultural artifact.

Atomo artifizialak nanohutsune optikoetan sartzean, gauza oso interesgarriak gertatzen dira. Eta giro tenperarturan oso erabilgarriak izan daitezkeenak. DIPCren The unexpectedly rich excited-state dynamics of quantum dots in plasmonic cavities

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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Hace más de 2.000 años que el ser humano tiene conocimiento de ese extraño fenómeno que es el magnetismo. Desde la antigua Grecia hasta la actualidad, la comunidad investigadora ha ido profundizando en los principios fundamentales de los imanes. Hace más de 100 años que se sabe que el magnetismo surge en los materiales en estado sólido cuando, debido a interacciones electrónicas y químicas, los espines de los electrones y su movimiento alrededor de los átomos adquieren una determinada disposición dentro del material. Desde este descubrimiento, los investigadores han desarrollado una amplia gama de mecanismos teóricos y experimentales para predecir y caracterizar los materiales magnéticos.

A pesar del intenso esfuerzo realizado por múltiples modelos (algunos de ellos premiados con el Nobel) que han intentado lograr una descripción unificada de las estructuras magnéticas de los materiales, esta ha permanecido sorprendentemente esquiva. De hecho, incluso el sistema de clasificación de materiales magnéticos con más éxito, desarrollado hace casi 75 años por el científico soviético Lev Shubnikov, estaba incompleto. Hasta ahora.

Un equipo de investigación internacional ha anunciado esta semana que por fin ha completado la caracterización matemática de los grupos de simetría de cristales magnéticos y no magnéticos de Shubnikov.

Bandas electrónicas en un cristal con simetría magnética tetragonal. Cerca del nivel de Fermi (E=0 en la figura), las parejas de bandas que se cruzan corresponden a estados superficiales, indicando que el material, aislante en el interior, es conductor en la superficie.

Un largo camino para llegar hasta aquí

Una de las primeras descripciones del magnetismo que tuvo la aceptación de muchos investigadores fue el modelo de representación, que ofrece una imagen simplificada en la que se ignora gran parte de la estructura del material subyacente, y el magnetismo se describe a través de la repetición de ondas espín electrónico parcialmente desacopladas del resto del material. Desde los años 50, las limitaciones de esta teoría de la representación han sido evidentes. De hecho, el modelo se desmorona cuando se tienen en cuenta las interacciones realistas más simples entre los espines de los electrones y los átomos subyacentes.

Shubnikov, en cambio, al clasificar los materiales por su geometría, tuvo en cuenta todas las complicadas simetrías de los cristales y, a continuación, consideró las formas aún más complicadas en que esas simetrías pueden reducirse mediante el ordenamiento magnético. El sistema de Shubnikov permite clasificar todos los cristales posibles —magnéticos o no— por alguna de las 1.651 colecciones de simetrías conocidas como grupos espaciales magnéticos y no magnéticos.

Hace más de 50 años que se conocen las propiedades matemáticas completas de 230 grupos espaciales de Shubnikov, conocidas como coreps (del inglés ‘small corepresentations’). Pero en el caso de los grupos espaciales magnéticos, las coreps han permanecido en gran medida sin identificar e inaccesibles, debido a las complicadas simetrías de los cristales magnéticos y al gran número de grupos espaciales magnéticos.

En el presente estudio, el equipo ha calculado minuciosamente los más de 100.000 pequeñas coreps de los grupos espaciales magnéticos mediante una serie de cálculos redundantes para garantizar la coherencia interna.

Bases de datos de acceso abierto

Basándose en los resultados del equipo, Luis Elcoro, profesor de la Universidad del País Vasco y uno de los autores principales del estudio, escribió un código informático para generar un amplio conjunto de recursos disponibles públicamente en el Bilbao Crystallographic Server, lo que permite a personal investigador de todo el mundo acceder a los datos resultantes del equipo.

Elcoro comenta: «Las comunidades científicas de cristalografía y estructura magnética han estado esperando una guía accesible y completa de las coreps magnéticas desde antes de que yo naciera. Ahora se puede caracterizar de forma robusta todas las posibles transiciones de fase magnética en estudios experimentales de materiales magnéticos —que suelen realizarse mediante experimentos de difracción de neutrones— sin tener que recurrir a métodos incompletos de teoría la de representaciones.»

Aplicaciones cuánticas

Consciente de la conexión matemática entre las coreps y la estructura electrónica de los materiales de estado sólido, el equipo realizó posteriormente cálculos adicionales para relacionar los datos de simetría magnética resultantes con aislantes y semimetales de banda topológica (estados electrónicos exóticos con descripciones matemáticas increíblemente intrincadas). Estos estados son prometedores para aplicaciones cuánticas como, por ejemplo, plataformas para la ingeniería de la información cuántica y dispositivos espintrónicos cuánticos.

Benjamin Wieder, investigador postdoctoral en el MIT y de la Northeastern University y otro de los autores principales del trabajo, estudió a fondo las herramientas de simetría de Elcoro para deducir la clasificación exhaustiva de los aislantes topológicos magnéticos, utilizando una mezcla de teoría matemática y cálculos manuales de fuerza bruta.

«Durante las vacaciones de 2019, enviaba cada día por correo electrónico a Elcoro mi intento de clasificación de un par de grupos espaciales magnéticos», recuerda Wieder. «Pasé la mayor parte de esas vacaciones garabateando borradores de la clasificación entre las comidas y el postre, para desconcierto de mis amigos y familiares».

Química cuántica topológica magnética

En colaboración con Barry Bradlyn, profesor de física de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, el trabajo de Elcoro y Wieder se combinó entonces en una nueva teoría, que denominaron Química Cuántica Topológica Magnética (MTQC por sus siglas en inglés). La MTQC es capaz de caracterizar todas las bandas electrónicas topológicas posibles en función de su química en el espacio de posiciones y orden magnético. La MTQC toma las posiciones y tipos de átomos en el cristal, así como la orientación magnética, y da como resultado el conjunto de características topológicas permitidas. Las bases de la MTQC fueron presentadas hace cuatro años por miembros de este mismo grupo de colaboración en un trascendental artículo titulado Topological Quantum Chemistry.

Bradlyn, que fue el autor principal del artículo original sobre Química Cuántica Topológica, señala que «la MTQC responde a algunas de las mayores cuestiones pendientes planteadas por nuestro trabajo anterior. Si quisiéramos considerar el magnetismo en un material topológico, antes habríamos tenido que empezar de cero cada vez. Aplicando las mismas herramientas en el espacio de posiciones que desarrollamos para la Química Cuántica Topológica, ahora tenemos una comprensión unificada de los aislantes topológicos en materiales magnéticos y no magnéticos.»

Simulación de materiales por métodos numéricos

A partir de los cálculos de Elcoro y Wieder, el equipo recurrió a Zhida Song y Yuanfeng Xu para conectar la MTQC con diagnósticos numéricos eficaces de simetría y topología de materiales magnéticos reales.

Song, investigador postdoctoral de la Universidad de Princeton, es conocido por su trabajo anterior sobre métodos numéricos para la identificación de aislantes topológicos en el cálculo de materiales. Para este estudio, Song realizó cálculos teóricos para relacionar la clasificación de Wieder con los trabajos anteriores de Song sobre materiales no magnéticos.

Song resume el resultado de los múltiples esfuerzos del equipo: «Cuando el polvo se asentó, nos encontramos ante la primera guía universal de aislantes topológicos magnéticos en materiales reales».

En la fase final de este estudio, Xu, investigador postdoctoral del Instituto Max Planck de Física de Microestructuras, realizó simulaciones numéricas a gran escala de modelos teóricos y materiales magnéticos reales para validar la teoría subyacente. Además de su trabajo en el presente trabajo, Xu fue el autor principal de un estudio publicado en Nature el año pasado, en el que Xu y otros investigadores aplicaron la MTQC para realizar la primera búsqueda sistemática de materiales magnéticos topológicos.

Andrei Bernevig, profesor de la Universidad de Princeton, investigador Ikerbasque en el DIPC y principal investigador de ambos trabajos, destaca que «la MTQC representa un intenso estudio en colaboración durante más de cuatro años».

Dado que los dos últimos años de colaboración y redacción de los dos trabajos —que suman más de 400 páginas— se realizaron a distancia durante la pandemia de la Covid-19, Bernevig concluye que «este es un ejemplo de la dedicación y la concentración sobrenatural de nuestro equipo, que fue capaz de persistir y completar este problema tan antiguo».

Referencia:

Luis Elcoro, Benjamin J. Wieder, Zhida Song, Yuanfeng Xu, Barry Bradlyn, B. Andrei Bernevig (2021) Magnetic topological quantum chemistry Nature Communications doi: 10.1038/s41467-021-26241-8

 

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

 

El artículo Química Cuántica Topológica Magnética se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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Ana Zubiaga

L’Oréal Fundazioak oraintsu eginiko estatuen mailako inkesta baten arabera, herritarren %63k uste zuen emakumeek ez dutela balio goi-mailako zientzialariak izateko. Inkestatuen zati handi batek uste zuen emakumeek ez dutela “zientziarekiko interesa, adorea, jarrera arrazionala, praktikotasuna edota izaera analitikoa”. Mota horretako iritziek, gure gizartean oso zabalduak badira ere, ez dute oinarri enpirikorik.

Datu objektiboa hauxe da: ibilbide zientifikoek neurri txikiagoan erakartzen dituzte emakumeak gizonezkoak baino, nahiz eta gizartean ondoen baloraturiko lanbideak zientziarekin lotutakoak izan (Ikerketa Soziologikoko Zentroaren arabera). Desberdintasun horren atzean arrazoi ugari daude ziur asko. Esate baterako, neskek haurtzaroan eta gaztaroan jasotzen dituzten mezu diskriminatzaileak, bai familiatik, bai eskolatik edo gizartetik, modu esplizitu edo inplizituan. Mezuok eragin zeharo negatiboa dute emakumeengan, eta horrek, azken finean, zientzia eta teknologia esparruan dituzten gaitasunak gutxiestera eramaten ditu.

Akaso ibilbide zientifikoa ez da hain erakargarria emakumezkoentzat, bizitza pertsonala eta, batez ere, familia-bizitza ikerkuntza ibilbidearekin bateratzeko oztopoak aurkitzean. Kontuan hartu behar dira ibilbide zientifikoak dituen zailtasunak (lehiakortasuna, prekarietatea, mugikortasuna). Horrez gain, baliteke zientziaren arlo batzuetan agertzen den genero-alborapenak eta diskriminazioak, gehienak zeharkakoak, emakumeak lanbide honetatik aldentzea. Alborapen horren isla da Espainiako zientzia sarien %18 baino ez izatea emakumezkoentzat, Emakume Ikertzaile eta Teknologoen Elkarteak egindako txostenaren arabera, edo zientzietako Nobel sarien %3 baino ez izana emakumezkoentzat sari horiek sortu zirenetik.

1. irudia: emakumeen talentua erakarri, eutsi eta ibilbide profesionala berdintasunean gauzatzeko neurriak garatzea beharrezkoak dira genero-hutsuneei aurre egiteko. (Argazkia: RAEng_Publications – Pixabay lizentziapean. Iturria: pixabay.com)

Nire ustez, lanbide zientifikoan gizonen eta emakumeen arteko berdintasunak lehentasuna izan beharko luke gobernuentzat, erakundeentzat eta gizartearentzat, oinarrizko giza eskubidea baita berau, eta era berean gizarte osoaren aurrerapenerako ezinbesteko balioa. Ildo horretatik, nire ustez, hiru dira landu beharreko gaitasunak, karrera zientifikoan dauden genero-hutsune nagusiak ezabatzen lagun dezaketenak.

• Beharrezkoa da emakumeen talentua erakartzea, ingeniaritza, zientzia eta teknologia arloetara batik bat, non etorkizuneko kalitatezko lanpostu asko bilduko direla aurreikus daitekeen.

Jakin badakigu emakumeak gehiengoa direla unibertsitateetako graduko eta masterreko ikasleen artean (guztiaren %55 dira), Unibertsitate Ministerioko iturrien arabera. Baina gehiengo hori nabarmen murrizturik dago zientziarekin, teknologiarekin, ingeniaritzarekin eta matematikarekin lotutako ezagutza arloetan (STEM izenez ezagutzen direnak, ingelesezko science, technology, engineering and mathematics siglak erabiliz). Muturreko kasua ingeniaritza- eta arkitektura-ikasketek erakusten dute. Bereziki maskulinizatutako eremu honetan, graduko ikasleen %25 baino ez dira emakumeak.

Doktorego-mailan ere generoaren araberako desberdintasunak agerikoak dira irakaskuntza arloak aukeratzeko orduan: informatikan doktore diren pertsonen %22 baino ez dira emakumeak. Proportzioak zertxobait igotzen dira ingeniaritzan eta arkitekturan (%30) eta zientzietan (%47), baina ez dira parekotasunera iristen oraindik. Europar Batasuneko gainerako herrialdeetako datuak Espainiakoen antzekoak edo urriagoak dira. Datu horiek guztiek nabarmentzen dute bokazio zientifikoak eta teknikoak sustatzeko beharra emakume gazteen artean, haurtzarotik hasita.

• Eutsi egin behar diogu talentu horri, ikerketa-ibilbideari egonkortasun handiagoa emanez eta oztopoak ezabatuz, hala nola genero-alborapenak edo kontziliazio-zailtasunak, emakumeak zientziaren munduan euren ahalmen guztiarekin murgildu ahal izan daitezen.

Ondotxo dakigun moduan, unibertsitatean edo ikerketa-zentroetan ibilbide zientifikoaren urratsetan aurrera egin ahala, emakumeen proportzioa gutxituz joaten da. Datu horien gora eta beherek guraize baten itxura hartzen dute irudian eta genero-segregazio bertikal argia dagoela adierazten dute, “beirazko sabaia” izena eman ohi zaion gertaera.

Emakumeen proportzioaren beherakada nabarmenagoa da ibilbide zientifikoaren maila altuenetan. Halanda ze, Espainiako unibertsitate publikoetan eta ikerketa-zentroetan, lanbide- maila altuenean emakumezkoen ehunekoa %22tik beherakoa da (unibertsitateko katedradunen edota ikerketa-irakasleen mailan, hurrenez hurren). Eta ehuneko hori are txikiagoa da (%10etik gertu) STEM eremuetan. Hori dela eta, argi dago genero-berdintasunaren neurri multzo bat beharrezkoa dela desberdintasun nabarmen horiek orekatzeko.

2. irudia: Guraize-efektua: gizonezkoen eta emakumezkoen banaketa unibertsitateko ikerkuntza-ibilbidean. (Iturria: Unibertsitate Ministerioa)

• Emakumeak ibilbide zientifikoko kudeaketa-postu gorenetara iristea bermatu eta babestu behar dugu, zientziaren diseinuan eta garapenean osotasunez eta berdintasunez parte har dezaten.

Segregazio bertikala, “beirazko sabaia”, jarraitzen dugu ikusten erabakiak hartzeko postuetan, hala nola unibertsitateetako eta ikerketa-zentroetako pertsona bakarreko gobernu-organoetan. Maila altuenean (errektoreak eta ikerketa-institutuetako zuzendariak) emakumeek postu horien %23 baino ez dute betetzen. Dekanotzen kasuan edo sailen zuzendaritzetan, zifrak zertxobait hobetu dira azken urteotan, baina guztizkoaren %35era baino ez iritsi.

Ibilbide zientifikoan genero-berdintasuna lortzeko neurriak

Azken urteotan, ekimen interesgarri nahikotxo sortu dira zenbait esparrutan (gizartea, akademia, erakundeak) xede hauekin: zientzian genero-berdintasuna lortzea, bokazio zientifiko eta teknologikoak sustatzea eta gizartean interes zientifikoa piztea, bereziki nerabeen eta gazteen artean. Ezinbestekoa da bide horretatik ahalegintzen jarraitzea, etenik gabe eta sormena landuz.

Gizarte-ekimenen arloan, azpimarratzekoak dira Zientziako Emakume eta Nesken Nazioarteko Eguna (otsailak 11), Hypatia izeneko hezkuntza-programak edota L’Oréal-UNESCO sariak Emakume Zientzialarientzat, emakumeek zientzia esparruan duten eginkizuna ikusarazi eta ohoretu nahi dutenak. Maila akademikoan, Mujeres con Ciencia izeneko ekimena nabarmendu nahi nuke, Marta Macho Universidad del País Vasco/Euskal Herriko Unibertsitateko (UPV/EHU) irakasleak zuzendua. Azkenik, erakunde-mailan, egina da dagoeneko lan bat zientzia-sisteman genero-berdintasun erreal eta eraginkorrerako aldaketak azkartzeko aukera ematen duten neurri sorta bat ezartzeko asmoz. UPV/EHU barruan ere gure ekarpentxoa egiten saiatzen ari gara, eremu hauetan besteak beste:

1. batzordeen eta tribunalen berdintasunezko osaera;
2. hautaketa- eta ebaluazio-prozesuetan eta baliabideen esleipenean berdintasun eraginkorra bermatzeko prozedura;
3. genero-ikuspegia ikerketa eta teknologian zeharkako kategoria gisa txertatzea;
4. genero-berdintasunaren inguruko sentsibilizazio-jardunaldiak antolatzea;
5. genero-berdintasunaren inguruko prestakuntza eskaintzea;
6. emakume zientzialari eta teknologoen ekarpenen ikusgarritasuna eta aitorpena sustatzeko ekintzak atontzea.

Zorionez, ugari gara lanbide zientifikoan genero-berdintasuna lortzeko lanean ari garen gizon eta emakume. Bide luzea geratzen zaigu oraindik, baina pixkanaka neurri, politika eta ekimen eraginkorragoak aurkitzen eta aplikatzen ari gara. Emaitzek diote, oso poliki bada ere, hoberantz goazela.

Egileaz:

Ana Zubiaga Elordieta Biologian doktorea da eta Genetikako katedraduna UPV/EHUn.

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