Cuaderno de Cultura Científica

Imagen: Laxmikant Chaware / 123rf

La presencia de carbohidratos en el medio interestelar podría estar relacionada con la aparición de la vida en la Tierra. La detección hasta la fecha de más de 200 moléculas en el espacio interestelar sugiere que las moléculas prebióticas estarían presentes en el espacio. De ahí que la detección en el espacio interestelar de un azúcar (un carbohidrato de bajo peso molecular), u otras moléculas esenciales, como aminoácidos, bases nitrogenadas o ácidos grasos vitales para todas las formas de vida conocidas, sea fundamental para poder modelar las reacciones y vías de formación de las moléculas orgánicas más complejas relacionas con la vida. “La detección de estas biomoléculas podría dar un poco de luz al proceso inicial del origen de la vida. De momento no se ha detectado ningún azúcar, solo algún precursor de los mismos”, explica Emilio J. Cocinero, investigador principal del Grupo de Espectroscopía de la UPV/EHU.

“Para buscar cualquier molécula en el espacio se recurre a la espectroscopia rotacional. Esta técnica permite determinar la estructura de una sola molécula aislada con una altísima precisión. Podría decirse que nos proporciona la huella dactilar de esa molécula. La espectroscopía rotacional es el paso previo necesario para la búsqueda de estas moléculas en el espacio interestelar —añade Cocinero—. El espacio está poblado de multitud de señales de todas las moléculas que lo componen. Por tanto resulta imposible establecer una relación señal-molécula sin una caracterización previa de cada una de las moléculas en el laboratorio. Por último, los radioastrónomos buscan esas señales, caracterizadas previamente en el laboratorio, en diferentes regiones del medio interestelar utilizando radiotelescopios”.

D-eritrulosa. Fuente: Wikimedia Commons

La espectroscopía rotacional es una técnica en alta resolución que requiere trabajar con muestras en fase gaseosa. “Los azúcares son sólidos, y el problema es que al calentarlos para pasarlos a fase gaseosa se forma caramelo; con lo cual no se vaporizaba el azúcar, sino que se descomponía y se transformaba en moléculas más pequeñas”, explica el investigador. Sin embargo, el grupo de investigación ha conseguido desarrollar “una técnica de vaporización que nos permite generar este azúcar en fase gaseosa evitando el proceso de descomposición. El azúcar, eritrulosa en este caso, se mezcló con un compactante, se prensó y se secó. Finalmente, esta barra sólida, se vaporizó con un láser ultrarápido ultravioleta, lo que permitió obtener moléculas de eritrulosa en fase gas”, explica. Este procedimiento es generalizable. “Hemos desarrollado una metodología experimental para poder estudiar otros azúcares”, añade el investigador perteneciente también al Instituto Biofisika (UPV/EHU, CSIC). Paralelamente esta investigación ha permitido determinar la estructura hiperprecisa de la eritrulosa.

En el laboratorio del Grupo de Espectroscopía del Departamento de Química Física de la UPV/EHU diseñan y fabrican sus propios instrumentos de alta resolución, y se centran especialmente en el estudio de azúcares. “Los azúcares llevan un retraso de unos veinte años en comparación con la detección de aminoácidos, por ejemplo; prácticamente han estado excluidos. De hecho, ya se habían detectado moléculas precursoras de los azúcares, con dos o tres unidades de carbono, en el medio interestelar. La eritrulosa sería el siguiente paso, porque tiene cuatro unidades de carbono. En los últimos años, se ha incrementado mucho la detección de moléculas en el espacio; esta detección ha crecido exponencialmente porque los niveles de detección de los radiotelescopios han mejorado notablemente. Además, sabemos que cuanto más grande la molécula es más difícil detectarla. Pero es importante ir incrementando el tamaño de las moléculas y el nivel de sensibilidad de los radiotelescopios, esto permitirá obtener más información de cómo se han podido formar esos primeros seres vivos”, afirma.

Cocinero se felicita de que han abierto una vía de colaboración con astrónomos, con los que han trabajado conjuntamente para buscar o detectar eritrulosa en el medio interestelar en tres regiones diferentes usando los nuevos datos experimentales. Por ahora la búsqueda ha dado un resultado negativo en estas tres regiones, “no se han encontrado señales de eritrulosa en el medio interestelar, pero no es de extrañar que dentro de unos años se obtenga un resultado positivo, cuando se mejoren los niveles de detección de los radiotelescopios. Estos datos servirán para realizar futuras búsquedas y posibles detecciones en otras regiones del espacio interestelar”.

Referencia:

Aran Insausti, Elena R. Alonso, Belen Tercero, José I. Santos, Camilla Calabrese, Natalja Vogt, Francisco Corzana, Jean Demaison, Jose Cernicharo, and Emilio J. Cocinero (2021) Laboratory Observation of, Astrochemical Search for, and Structure of Elusive Erythrulose in the Interstellar Medium The Journal of Physical Chemistry Letters doi: 10.1021/acs.jpclett.0c03050

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

 

El artículo Se busca azúcar en el espacio interestelar se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. El azúcar del ADN caracterizado átomo a átomo por espectrometría de microondas
2. Azúcar moreno, ¿mejor que el azúcar blanco?
3. ¿Azúcar moreno o azúcar milagro?

Wolfgang Amadeus Mozart a los 14 años, en enero de 1770. Escuela de Verona, atribuido a Giambettino Cignaroli. Fuente: Wikimedia Commons

Si alguna vez has escuchado hablar del oído absoluto, probablemente lo identificarás como uno de los superpoderes musicales atribuidos al mismísimo Mozart. Desde muy joven, el célebre compositor dio muestras de su prodigioso oído. Según cierta anécdota popular, con solo siete años de edad, lo usaba para corregir a otros músicos de la corte de Salzburgo:

—Señor —le espetó una día a Andreas Schachtner— si no ha cambiado usted la afinación de su violín desde la última vez que yo lo toqué, está un cuarto de tono más grave que el mío.

Esto demuestra que el joven Wolfgang no solo debía de ser un niño bastante repelente. También era capaz de recordar sonidos exactos de un día para otro, sin ninguna referencia adicional y con una precisión superior a la que muchos adultos son capaces de discernir siquiera.

La mayoría de los mortales no tenemos esta habilidad. Escuchamos un sonido y no tenemos ni la más remota idea de qué nota es. Si alguien quiere hacer un brindis y golpea animadamente su copa, la gente no suele contestar “¡fa sostenido!”. Fue así, de hecho, como mi familia descubrió que uno de mis primos políticos tiene oído absoluto. En una cena de Navidad, empezó a responder con nombres de notas al sonido de las copas. Todos pensábamos que el pequeño Daniel —entonces era solo un niño— estaba bromeando hasta que, por pura curiosidad, se me ocurrió sacar el afinador que suelo llevar en el móvil. ¡El tío las acertaba todas!

Para los que tenemos algún entrenamiento musical, averiguar el nombre de una nota no es demasiado difícil siempre que nos indiquen otra como referencia (típicamente, la nota la). En algunos casos, esto nos puede servir para desarrollar un falso oído absoluto (o quasi-absolute pitch, como se denomina en la literatura científica). Basta con recordar una canción de manera precisa y usarla como punto de comparación para identificar el resto de los sonidos de nuestro entorno. Yo misma suelo suelo acertar bastante, gracias a un nocturno de Chopin que he tocado hasta la saciedad y tengo grabado a fuego en mi memoria musical.

Pero a Dani no le hacía falta recurrir a ninguna canción. Le bastaba con escuchar el tañido de cada copa para nombrarlo directamente. Su percepción del sonido es probablemente similar a la que cualquiera puede tener de un color o de un sabor, que no necesita más referencias para poder ser identificado. Aquella Navidad, todos nos quedamos ojipláticos. Aparte de mi primo, Mozart y cuatro gatos más, el oído absoluto es un rareza, un superpoder presente en menos de una de cada mil personas1… y también, un truco con pocos beneficios reales y algún que otro inconveniente.

En realidad, no parece que el oído absoluto de Mozart le fuese de utilidad o tuviese relación alguna con su talento musical. Aunque a lo largo de la historia esta característica se ha asociado a muchos compositores, parece deberse de una correlación más que una relación causal. Para tener oído absoluto es importante recibir un entrenamiento musical desde muy pequeño y esto es algo bastante común entre los músicos, sobre todo dentro de la tradición clásica. Dicho de otro modo, no es que el oído absoluto dé lugar a mejores músicos, sino que el entrenamiento típico de los músicos hace más probable la prevalencia de esta característica. No es que la calvicie dé lugar a monjes budistas, es que los monjes budistas, por lo que sea, se quedan sin pelo.

Más allá de amenizar las cenas de Navidad, no hay ninguna prueba de que el oído absoluto ofrezca ninguna ventaja para los músicos (o para los no músicos, ya puestos). En cambio, sí hay estudios que muestran ciertos inconvenientes, especialmente cuando interfiere con las tareas propias del oído relativo que es el verdadero héroe infravalorado de toda esta historia. Los músicos con oído absoluto pueden encontrar dificultades para reconocer ciertos intervalos, o identificar una misma melodía en distintas tonalidades2 3 4, precisamente porque el nombre de las notas (esa identidad que es tan nítida para ellos) se antepone a la relación entre los sonidos, mucho más importante para completar este tipo de tareas. Para colmo, el oído absoluto puede “desafinarse” con el tiempo, de manera que el mundo sonoro de estos músicos pasa a estar equivocado.

Mientras el oído absoluto sirve para identificar la altura de una nota aislada, algo así como las coordenadas GPS de un sonido, el oído relativo es sensible a las distancias entre sonidos, da igual dónde se encuentren, de manera que, conociendo uno, puede calcular todos los demás. El oído absoluto puede sentirse perdido si le dan una nota desafinada, o escucha una canción en el tono incorrecto, como un madrileño al que le cambian su parada de metro. El oído relativo, en cambio, se busca la vida donde sea. Es como un rastreador experto, que pasa del GPS y pijadas parecidas porque se sabe de memoria todos los mapas del mundo. El Bear Grylls de la exploración sonora. Basta con que le digan dónde está y él se solito se apaña para llegar donde haga falta.

El secreto de su éxito se basa en poder reconocer las proporciones entre frecuencias sonoras, lo que en música se conoce como intervalos. Esta es una habilidad que todos compartimos (incluidos Mozart y mi primo, claro), quizás por eso no la valoramos suficientemente. ¡Pero este es el verdadero superpoder de nuestro oído! Cada vez que imitamos o reconocemos una melodía, cada vez que leemos las emociones del habla, su prosodia, las inflexiones de la voz, estamos usando nuestro oído relativo. Esto ha llevado a algunos psicólogos a pensar que el oído absoluto no es un don, sino un vestigio: una habilidad que perdimos a lo largo de la evolución, en favor de su hermano tímido, el oído relativo. Pero esta es otra historia y será contada en otra ocasión.

Recomiendo este fantástico vídeo de Adam Neely sobre oído absoluto.

Referencias:

1Profita, Joseph, et al. 1988. “Perfect pitch”. American Journal of Medical Genetics, 29(4), 763–771. doi:10.1002/ajmg.1320290405.

2Miyazaki, K., 1992. “Perception of musical intervals by absolute pitch possessors”. Music Perception. 9, 413–426.

3Miyazaki, K., 1995. “Perception of relative pitch with different references: some absolute-pitch listeners can’t tell musical interval names”. Perception and Psychophysics. 57, 962–970.

4Kim Seung-Goo, Knösche, Thomas, R. “On the Perceptual Subprocess of Absolute Pitch”. Frontiers in Neuroscience. 2017 Oct 6;11:557. doi: 10.3389/fnins.2017.00557.

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

El artículo El oído absoluto de Mozart se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. El oído absoluto y las lenguas tonales
2. Tema y variaciones
3. Escuchar Mozart no te hará más listo

 

En mi anterior entrada del Cuaderno de Cultura Científica, titulada Exposiciones matemáticas en el metro de Bilbao (I), estuvimos hablando del Día Internacional de las matemáticas, del proyecto Marzo, mes de las matemáticas, realizado en colaboración con toda la comunidad matemática española y con la colaboración de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología – Ministerio de Ciencia e Innovación (FECYT), de las actividades que se están organizando dentro de este proyecto y de los excelentes e interesantes materiales que se están creando (a los cuales podéis acceder a través de la página web del proyecto), de cómo en el País Vasco (contando con el apoyo y colaboración de la Universidad del País Vasco/Euskal Herriko Unibertsitatea y el Basque Center for Applied Mathematics-BCAM, así como el Ayuntamiento de Bilbao y Metro Bilbao) se están organizando una serie de actividades, entre ellas, dos exposiciones matemáticas en el metro de Bilbao, Geometría Natural y Matemáticas para un mundo mejor, a la primera de las cuales dedicamos gran parte de la anterior entrada.

Con motivo del Día Internacional de las Matemáticas, la rectora de la UPV/EHU, Eva Ferreira, el director de BCAM, José Antonio Lozano, y la directora de Marketing y Comunicación de Metro Bilbao, Susana Palomino, visitaron las exposiciones matemáticas organizadas en Metro Bilbao, junto a los profesores de la UPV/EHU y responsables de la organización de las exposiciones, Marta Macho, Pedro Alegría y Raúl Ibáñez.

 

En esta entrada hablaremos de la otra exposición expuesta en el metro de Bilbao, que finalmente titulamos Matemáticas para un mundo mejor, aunque se podría haber titulado Sabías que … las matemáticas, puesto que surge a partir de las tarjetas matemáticas Sabías que desarrolladas dentro del proyecto Marzo, mes de las matemáticas.

Por lo tanto, empecemos hablando de la actividad de las tarjetas matemáticas. Mi compañero Pedro Alegría y yo mismo, asumimos la responsabilidad de la organización de la actividad de estas tarjetas. Primero montamos una comisión para la creación de los tres tipos de tarjetas matemáticas que habíamos planteado: Matemáticas + Literatura; Pasatiempos matemáticos; y ¿Sabías que…?. En esta comisión estabamos las siguientes personas: Marithania Silvero (Andalucía), José Muñoz Santuja (Andalucía), Julio Bernués (Aragón), Ignacio García (Canarias), Diego Alonso Santamaría (Castilla y León), Claudi Alsina (Cataluña), Dolores Gómez (Galicia), Pedro Alegría (responsable, País Vasco), Raúl Ibáñez (responsable, País Vasco), Alberto Magreñán (Rioja), Lara Orcos (Rioja), Manuel de León (Madrid), Alejandro Miralles (Valencia). A todas ellas quiero agradecerles su colaboración y el magnífico trabajo que han realizado.

Cartel del proyecto Marzo, mes de las matemáticas, diseñado por Carla Garrido

 

La idea de esta actividad era la creación de una serie de materiales que podrían utilizarse como tarjetas para repartir, carteles para colocar en paredes o paneles de exposiciones, en función de las ideas que se desarrollasen en cada nodo del proyecto. Por ejemplo, en el País Vasco hemos impreso 15 tarjetas, de tamaño A5, de cada uno de los tres tipos (en castellano y euskera) para repartir en librerías, bares y comercios; hemos desarrollado la exposición Matemáticas para un mundo mejor en el metro de Bilbao, con algunas de las tarjetas del tipo ¿Sabías que…?; y vamos a realizar una exposición en la Biblioteca de Bidebarrieta (Bilbao) con algunas de las tarjetas del tipo Matemáticas + Literatura. O en Canarias se ha firmado un convenio con el Cabildo de Tenerife para mostrar las tarjetas en las pantallas del transporte público de la isla.

Tarjeta ¿Sabías que … se puede cambiar la válvula aórtica usando matemáticas? mostrada en una de las pantallas del transporte público de Tenerife

 

En el primer tipo de tarjetas matemáticas, que decidimos denominar Matemáticas + Literatura, se trataba de incluir en cada tarjeta una cita de una novela contemporánea en la que aparecieran reflejadas, de alguna forma, las matemáticas. Por ejemplo, en la siguiente imagen se muestra la tarjeta que lleva el título Las matemáticas ¿se inventan o se descubren? cuyo texto hemos extraído de la novela La fórmula preferida del profesor, de la escritora japonesa Yoko Ogawa.

Cara A de la tarjeta Las matemáticas ¿se inventan o se descubren?, de la novela La fórmula preferida del profesor (Yoko Ogawa), con la cita literaria. Diseño de la tarjeta de Carla Garrido.

 

Cara B de la tarjeta Las matemáticas ¿se inventan o se descubren?, de la novela La fórmula preferida del profesor (Yoko Ogawa), con la cita literaria. Diseño de la tarjeta de Carla Garrido.

 

Incluyo, a continuación, la cita:

—¿Qué especialidad de las matemáticas investigó usted en la universidad? —le pregunté, con la intención de hablar sobre algo relacionado con las matemáticas, en señal de agradecimiento por haber atendido a mi ruego y salido a la calle.

—Es un campo que suele llamarse la reina de las matemáticas —me comentó, después de un ruidoso trago de café—. Es tan hermoso como una reina, noble y al mismo tiempo cruel como un demonio. Es fácil de explicar en pocas palabras, pues son los números enteros que todo el mundo conoce. Estaba investigando la relación de los números 1, 2, 3, 4, 5, 6…

No esperaba que el profesor utilizara una palabra como “reina”, que parecía salida de un cuento. Se oía el ruido de una pelota de tenis botando a lo lejos […].

—¿Así que está usted descubriendo esa relación?

—Efectivamente, es un descubrimiento. No es una invención. Es como excavar y sacar de debajo de la tierra teoremas que ya existían mucho antes de que naciera, sin que nadie haya detectado su existencia. Es como transcribir línea tras línea una verdad que sólo está escrita en el cuaderno de Dios. Nadie sabe dónde está ese cuaderno ni cuándo se abre.

Al decir “teoremas que ya existían…”, señaló el punto en el espacio que siempre fijaba cuando estaba “pensando”.

Otro ejemplo es la tarjeta titulada Investigación policial versus investigación matemática, de la novela Los crímenes de Oxford, del escritor argentino Guillermo Martínez.

Cara A de la tarjeta Investigación policial versus investigación matemática, de la novela Los crímenes de Oxford (Guillermo Martínez), con la cita literaria. Diseño de la tarjeta de Carla Garrido.

 

Cara B de la tarjeta Investigación policial versus investigación matemática, de la novela Los crímenes de Oxford (Guillermo Martínez), con una breve información y una sencilla ilustración del escritor Guillermo Martínez. Diseño de la tarjeta de Carla Garrido.

 

La cita contenida en esta tarjeta es la siguiente:

Hay una diferencia entre la verdad y la parte de verdad que puede demostrarse: ése es en realidad un corolario de Tarski sobre el teorema de Gödel – dijo Seldom-. Por supuesto, los jueces, los forenses, los arqueólogos, sabían esto mucho antes que los matemáticos. Pensemos en cualquier crimen con sólo dos posibles sospechosos.

Cualquiera de ellos sabe toda la verdad que interesa: yo fui o yo no fui. Pero la justicia no puede acceder directamente a esa verdad y tiene que recorrer un penoso camino indirecto para reunir pruebas: interrogatorios, coartadas, huellas digitales… Demasiadas veces las evidencias que se encuentran no alcanzan para probar ni la culpabilidad de uno ni la inocencia del otro. En el fondo, lo que mostró Gödel en 1930 con su teorema de incompletitud es que exactamente lo mismo ocurre en la matemática. El mecanismo de corroboración de la verdad que se remonta a Aristóteles y Euclides, la orgullosa maquinaria que a partir de afirmaciones verdaderas, de primeros principios irrebatibles, avanza por pasos estrictamente lógicos hacia la tesis, lo que llamamos, en una palabra, el método axiomático, puede ser a veces tan insuficiente como los criterios precarios de aproximación de la justicia. […] Gödel mostró que aun en los niveles más elementales de la aritmética hay enunciados que no pueden ser ni demostrados ni refutados a partir de los axiomas, que están más allá del alcance de estos mecanismos formales, enunciados sobre los que ningún juez podría dictaminar su verdad o falsedad, su culpabilidad o inocencia.

Las diecinueve tarjetas pertenecientes a la clase Matemáticas + Literatura las podéis encontrar en la página del proyecto Marzo, mes de las matemáticas, en concreto aquí.

Este es un material que se puede utilizar en diferentes formatos y lugares. Como tarjetas se pueden repartir en librerías (por ejemplo, se están repartiendo en algunas librerías de Bilbao, como la Librería Cámara o la Librería Louise Michel), en bibliotecas públicas (se están repartiendo tarjetas y colocando carteles en distintas bibliotecas de España), en centros culturales o en bares; como carteles pueden colocarse en medios de transporte, ya sea en el propio medio de transporte, en las instalaciones relacionadas o en las pantallas informativas en versión digital o en centros escolares; y son ideales como pósteres para una exposición (como la exposición que estamos organizando en la Biblioteca de Bidebarrieta y otras bibliotecas de Bilbao); o para todo lo que se nos pueda ocurrir, el límite es nuestra imaginación. Más aún, ese material, como el resto de materiales que se han subido a la página del proyecto Marzo, mes de las matemáticas, está ahí para que lo podáis utilizar.

La librería Cámara, de Bilbao, es una de las librearías que está colaborando en el reparto de tarjetas de Matemáticas + Literatura, así como de Pasatiempos matemáticos. Más aún, en su página web han añadido un apartado con el título Marzo, mes de las matemáticas, para recomendar novelas con algún contenido matemático.

 

En el segundo tipo de tarjetas matemáticas, que denominados Pasatiempos matemáticos, se trataba de incluir problemas de ingenio de diferentes dificultades. En una de las caras de la tarjeta se incluye el enunciado del pasatiempo matemático, acompañado de una ilustración, mientras que en la otra cara se incluye información relacionada con ese pasatiempo matemático. Por ejemplo, en las siguientes imágenes vemos un problema de ingenio cuyo título es Aquí hay gato encerrado.

Cara A de la tarjeta Aquí hay gato encerrado. Diseño de la tarjeta de Carla Garrido.

 

Cara B de la tarjeta Aquí hay gato encerrado. Diseño de la tarjeta de Carla Garrido.

 

El enunciado del problema Aquí hay gato encerrado, es el siguiente:

Hay 5 cajas numeradas del 1 al 5. Cada noche el gato duerme en una caja adyacente a la de la noche anterior. Cada mañana puedes abrir una caja y mirar si el gato está dentro. ¿Cuántos días necesitas para asegurarte de encontrar al gato?

Y el comentario que aparece en la otra cara es:

Este pasatiempo pertenece a la familia de problemas de tipo persecución-evasión (como el juego policías y ladrones), que son aquellos en los cuales un grupo –en este caso quien juega– intenta localizar a los miembros de otro grupo –el gato– en un entorno cerrado –las cinco cajas–. El rompecabezas fue presentado en 1999 por dos matemáticos rusos en el entorno de las olimpiadas matemáticas, aunque el estudio matemático de los problemas persecución-evasión se remonta a la década de 1970. En 2014 este pasatiempo se hizo famoso a raíz de su aparición, en una versión más general, en el periódico New York Times.

Sobre este problema en concreto escribí no hace mucho en el Cuaderno de Cultura Científica, podéis leer la entrada aquí: Buscando una matemática en el castillo.

Las diecinueve tarjetas pertenecientes a la clase Pasatiempos matemáticos las podéis encontrar en la página del proyecto Marzo, mes de las matemáticas, en concreto aquí. Además, ahí mismo podéis encontrar las soluciones a los diferentes pasatiempos.

De nuevo, este es un material que se puede utilizar en diferentes formatos y lugares. Por mencionar un par de ejemplos, en Bilbao estamos repartiéndolas en diferentes bares, librerías y comercios o en Tenerife se están mostrando en las pantallas del transporte público.

Fotografía de una pantalla con uno de los pasatiempos matemáticos preparados para el proyecto Marzo, mes de las matemáticas, en el transporte público de La Laguna (Tenerife). Fotografía de Edith Padrón.

 

El problema que aparece en esa pantalla de La Laguna es Con todas las cifras, que dice así:

Con todas las cifras, del 1 al 9, en orden creciente, intercalar los signos «+» y » –» de forma que el resultado de la operación sea 100. Por ejemplo, 1 + 2 + 3 – 4 + 5 + 6 + 78 + 9 = 100.

El tercer tipo de tarjetas es el denominado ¿Sabías que?, que recoge aplicaciones, más o menos actuales, de las matemáticas. Por ejemplo, en la siguiente imagen se incluyen las dos caras de la tarjeta ¿Sabías que … tus deportivas se diseñan utilizando matemáticas?.

Cara A de la tarjeta ¿Sabías que … tus deportivas se diseñan utilizando matemáticas? Diseño de la tarjeta de Carla Garrido

 

Cara B de la tarjeta ¿Sabías que … tus deportivas se diseñan utilizando matemáticas? Diseño de la tarjeta de Carla Garrido.

 

El texto de esta tarjeta es el siguiente:

Diversas empresas del sector del calzado sanitario y deportivo colaboran con especialistas en matemáticas para analizar la calidad final de sus productos. Para ello se utilizan modelos matemáticos complejos que traducidos al lenguaje de un ordenador permiten predecir el confort y calidad de un diseño a partir de su geometría y de las propiedades térmicas de los materiales utilizados en su fabricación.

Esto permite a la empresa reducir enormemente los tiempos de la fase de diseño y desarrollo del producto, pues se evitan por un lado la fabricación de diferentes prototipos físicos y por otro el ensayo en laboratorio con distintos materiales. De este modo, es posible incrementar la calidad final del producto reduciendo su coste. Además, con esta simulación virtual, se reduce el impacto medioambiental del proceso gracias al ahorro de materiales y energía de fabricación de los diferentes prototipos.

El texto de esta tarjeta está basado en una investigación de los profesores J. Durany, L. Poceiro y F. Varas, de la Universidad de Vigo, a quienes agradecemos su generosidad. Además, quien quiera saber más sobre el tema puede leer este artículo.

Las dieciocho tarjetas pertenecientes a la clase ¿Sabías que…? las podéis encontrar en la página del proyecto Marzo, mes de las matemáticas, en concreto aquí. Y una vez más, este es un material que se puede utilizar en diferentes formatos y lugares. El ejemplo que traemos a esta entrada del Cuaderno de Cultura Científica son los paneles de la exposición Matemáticas para un mundo mejor, que se puede ver en el metro de Bilbao.

Finalmente, el diseño de las tarjetas matemáticas es un magnífico trabajo de la diseñadora canaria Carla Garrido.

Antes de empezar con la exposición del metro de Bilbao me gustaría dar las gracias a los profesores Jose Ignacio Royo y Alex Aginagalde por traducir al euskera los textos de las tarjetas.

Vista parcial de la exposición Matemáticas para un mundo mejor en la estación de Moyua de Metro Bilbao. Fotografía de Marian Espinosa

 

Empezaremos por el panel de presentación de la exposición, que fue colocada en la estación de metro Moyua del metro de Bilbao el pasado 1 de marzo, que podéis ver en la siguiente imagen.

Panel de presentación de la exposición Matemáticas para un mundo mejor, en Metro Bilbao. Fotografía de Marian Espinosa

 

El texto de ese panel de presentación es el siguiente:

Esta exposición, cuyo título corresponde al lema elegido para conmemorar el Día Internacional de las Matemáticas del año 2021, ofrece un pequeño recorrido por algunas cuestiones relacionadas con aplicaciones actuales de las matemáticas al mundo que nos rodea, en áreas tan diversas como la industria, ingeniería, tecnología, sanidad, economía y deporte.

Empecemos nuestro paseo por la exposición Matemáticas para un mundo mejor, que físicamente estará en la estación de Moyua de Metro Bilbao durante el mes de marzo y en la estación de Portugalete durante el mes de abril, por el panel ¿Sabías que … se puede cambiar la válvula aórtica usando matemáticas?.

Panel ¿Sabías que … se puede cambiar la válvula aórtica usando matemáticas?, dentro de la exposición Matemáticas para un mundo mejor, en Metro Bilbao. Fotografía de Marian Espinosa

 

El texto que acompaña a este panel, que es una versión reducida del texto de la correspondiente tarjeta y que está basado en una investigación de Marcos Loureiro, de la Universidade de Vigo (más información en la página web de Marcos Loureiro), es el siguiente:

La estenosis aórtica es una enfermedad que provoca un funcionamiento incorrecto de esa válvula coronaria, obligando en casos graves a su recambio. Además de la operación a corazón abierto, se puede cambiar la válvula accediendo a los órganos interiores a través de un catéter (técnica TAVI).

Gracias a técnicas de simulación numérica es posible realizar virtualmente varias TAVI a un mismo paciente. Así pueden predecirse posibles complicaciones durante la intervención, modificaciones en la válvula o las tensiones a las que estará expuesto el anillo aórtico durante el procedimiento.

Otro de los paneles de la exposición es ¿Sabías que … Suiza ganó la Copa América de vela gracias al uso de las matemáticas?, cuyo texto recoge una investigación dirigida por el matemático italiano Alfio Quarteroni (Politecnico di Milano, Italia y EPFL, Suiza) y sobre la que podéis más en la página de Alfio Quarteroni.

Panel ¿Sabías que … Suiza ganó la Copa América de vela gracias al uso de las matemáticas?, dentro de la exposición Matemáticas para un mundo mejor, en Metro Bilbao. Fotografía de Marian Espinosa

 

El texto de este panel es el siguiente:

Hace pocos años, la manera de probar el rendimiento de un barco era exponerlo a situaciones de flujo realistas en túneles de viento. Utilizando modelos matemáticos se puede simular en un ordenador la respuesta del barco bajo distintas condiciones. Por ejemplo, se puede mejorar el diseño del yate para que navegue con la menor resistencia posible u obtener nuevas formas de velas que interactúen mejor con el aire, o crear modelos para ayudar al navegante a tomar decisiones. Estas técnicas se aplicaron al barco suizo Alinghi, que ganó la Copa América en 2003 y 2007.

Otro de los paneles es ¿Sabías que … multitud de paisajes de películas se generan por ordenador usando fractales?

Panel ¿Sabías que … multitud de paisajes de películas se generan por ordenador usando fractales?, dentro de la exposición Matemáticas para un mundo mejor, en Metro Bilbao. Fotografía de Marian Espinosa

 

El texto de este panel es:

Los fractales son objetos matemáticos cuya estructura se repite a distintas escalas o que son extremadamente rugosos. Tienen aplicaciones en medicina, biología, geología, telecomunicaciones, economía o compresión de imágenes digitales, entre otras. Han sido utilizados incluso en el cine, como en Star Trek 2: La ira de Khan (1982) para generar un paisaje realista, en Guardianes de la galaxia, vol. 2 (2017) para crear el planeta de Ego o en Aniquilación (2018) para representar a un alienígena.

Uno de los fotogramas de la película Aniquilación (2018) en el que se ve a la actriz Natalie Portman frente al alienígena para el que se ha utilizado en su diseño el fractal Mandelbulb

 

Otro interesante panel de la exposición es el que corresponde al tema ¿Sabías que … escuchas música gracias a la transformación matemática de los sonidos?

Panel ¿Sabías que … escuchas música gracias a la transformación matemática de los sonidos?, dentro de la exposición Matemáticas para un mundo mejor, en Metro Bilbao. Fotografía de Marian Espinosa

 

Y el texto del panel es el siguiente:

Cuando se graba digitalmente música, los sonidos se descomponen en frecuencias (notas musicales) y amplitudes (volumen). Los sonidos se transforman y almacenan como un listado de números. Esa transformación, llamada transformada de Fourier, permite distintas manipulaciones sobre la señal (el listado de números almacenados): comprimirla, filtrarla, quitar ruidos, añadir efectos, elaborar apps de reconocimiento de canciones, etc. Luego la operación inversa de la transformada permite su reproducción en cualquier dispositivo digital.

Otro panel basado en una investigación actual es ¿Sabías que … las matemáticas son fundamentales en la predicción de tsunamis?, en concreto, la investigación del grupo EDANYA de la Universidad de Málaga, a quienes agradecemos su colaboración.

Panel ¿Sabías que … las matemáticas son fundamentales en la predicción de tsunamis?, dentro de la exposición Matemáticas para un mundo mejor, en Metro Bilbao. Fotografía de Marian Espinosa

 

Cuyo texto, reducido del texto de la tarjeta correspondiente como en los demás paneles, es:

Las matemáticas son la base de los modelos usados para la simulación numérica de flujos geofísicos. A partir de datos precisos del terreno, estos modelos muestran desde la inundación que puede producir el desbordamiento de un río hasta la dinámica del mar de una zona costera. Incluso pueden predecir el tiempo de impacto de una onda de tsunami y la altura con que la ola va a alcanzar la costa. Para ello combinan algoritmos numéricos y hardware gráfico que simulan el tsunami y sus efectos en pocos minutos; así dotan a las autoridades de importantes herramientas de prevención.

E incluimos un panel más como muestra de esta exposición, el panel ¿Sabías que … los nudos pueden ayudar a curar enfermedades?

Panel ¿Sabías que … los nudos pueden ayudar a curar enfermedades?, dentro de la exposición Matemáticas para un mundo mejor, en Metro Bilbao. Fotografía de Marian Espinosa

 

Cuyo texto es el siguiente:

El ADN es la molécula que almacena nuestro código genético. Consiste en dos cadenas que se enrollan en forma de doble hélice y una serie de “peldaños” que las conectan. A veces el ADN está superenrollado, lo que hace difícil que tengan lugar ciertos procesos indispensables para la vida, aunque el organismo dispone de topoisomerasas, enzimas que manipulan y desenredan las cadenas. La teoría matemática de nudos ayuda a entender la acción de estas enzimas y a decidir cómo llevar el ADN a su estado normal.

Terminamos con la imagen que durante unos días ha estado colocada en las máquinas expendedoras de Metro Bilbao, anunciando las exposiciones.

Para terminar, una vez más, agradecer a Metro Bilbao que haya colaborado con el proyecto Marzo, mes de las matemáticas y que nos haya brindado la oportunidad de realizar estas dos exposiciones, Geometría Natural y Matemáticas para un mundo mejor, en un espacio tan especial como son las estaciones del metro.

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 Exposiciones matemáticas en el metro de Bilbao (II) se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Exposiciones matemáticas en el metro de Bilbao (I)
2. Poesía métrica, ¿de metro?
3. Más FUN WITH MATHS, diversión con matemáticas

Planta de ensamblaje de Bell Aircraft Corporation en 1944. Los aviones que se ven en distintas frases de montaje corresponden a dos modelos, el Bell P-39Q-30-BE «Airacobra» y el Bell P-63A-8-BE «Kingcobra». Fuente: Wikimedia Commons.

Las personas difieren entre sí en su capacidad para comprender ideas complejas, para adaptarse eficazmente al entorno, para aprender de la experiencia, para usar diversas formas de razonamiento, para, en definitiva, superar dificultades a base de pensar. Aunque estas diferencias individuales pueden ser sustanciales, nunca son completamente consistentes: el rendimiento intelectual de una persona determinada variará con las circunstancias, con la tarea y según cómo se juzguen los resultados.

Entre las circunstancias que moldean a esta capacidad de aprender y adaptase para resolver problemas que llamamos inteligencia está la experiencia. Una experta es una persona que no solo tiene una información superior a la media en un campo concreto, sino que también es capaz de analizar información nueva más eficientemente y resolver nuevos retos más fácilmente, eso sí, en ese campo. La especialización, por tanto, aumenta la eficiencia, en general.

A comienzos del siglo XX se produjo una revolución en el uso de estas ideas que llevó a la producción en masa de productos muy sofisticados a un precio que una parte estimable de la población podía pagar: la producción en cadena. Donde antes un artesano era capaz de realizar todas las fases de fabricación de un producto, ahora cada una de las fases pasaba a ser el campo de especialización de una persona, que usaba herramientas y utensilios diseñados expresamente para esa fase de la producción. La producción en cadena, pues, requiere de la hiperespecialización en las distintas etapas, de forma que se optimice la eficiencia a la hora de resolver los problemas de esa etapa.

Esta especialización extrema lleva al problema de que el reciclaje de utensilios y capacidades de las personas se haga extremadamente complicado. Pensemos en una línea de producción de coches: cualquier cambio en la forma, dimensiones o tecnología conlleva unas inversiones enormes en utensilios; si el cambio es radical, como pasar a construir vehículos eléctricos en vez de con motores de combustión, lo mismo incluso compensa crear una fábrica entera desde cero en vez de adaptar lo que ya hay. Y no digamos nada de las personas trabajadoras: reciclar las capacidades en algo complejo y muy especializado, como las de quien ha estado 30 años operando una cuba de electrolisis de alúmina, por ejemplo, para que ahora se pueda dedicar a otra cosa con un nivel de eficiencia competitivo no es nada fácil.

En la revolución industrial que vivimos hoy la resolución de estos problemas de adaptación, tanto de las líneas de producción como de la operación de esas líneas, para fabricar los productos tecnológicamente sofisticados, pero a un precio asequible, que demanda la sociedad actual pasa por el uso de la inteligencia que no se cansa y que no tiene problemas personales asociados: la inteligencia artificial.

Fuente: Vicomtech

Un ejemplo de hacia donde nos encaminamos es el proyecto ACROBA, financiado por la Unión Europea, y que ha comenzado el 1 de enero de este año. El proyecto tiene como objetivo desarrollar y demostrar la operatividad de unas nuevas plataformas robóticas inteligentes que sean capaces de adaptarse sin problemas a prácticamente cualquier circunstancia industrial. La idea es hacer frente a los cambios que demandan los consumidores de forma ágil, barata y manteniendo altos estándares de calidad

Estas nuevas plataformas industriales se basarán en el concepto de plug-and-produce (algo así como enchufa y produce), con una arquitectura modular y escalable que permitirá la conexión de sistemas robóticos con capacidades cognitivas mejoradas en entornos de producción que cambian rápidamente. En otras palabras, la plataforma ACROBA aprovechará la inteligencia artificial y los módulos cognitivos para cumplir con los requisitos de cada fabricante y mejorar la personalización productos de fabricación masiva (las casi infinitas combinaciones de las opciones de un coche de alta gama, por ejemplo), usando para ello sistemas robóticos avanzados capaces de autoadaptarse a las diferentes necesidades de producción.

Este tipo de plataforma permitirá la creación y la viabilidad de pequeñas y medianas empresas industriales, frente a las macro fábricas que requiere la producción en cadena normal. No es de extrañar, por tanto, que en el proyecto participe la vasca Vicomtech, que aporta sus conocimientos y experiencia en desarrollo de tecnologías de visión artificial e inteligencia artificial. En concreto participará en tareas cruciales en la colaboración persona-robot: extracción de características, comprensión de imágenes, descripción y reconocimiento de escenas. Tareas, todas ellas también, características de eso que llamamos inteligencia.

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

El artículo Actúa localmente: robots inteligentes autoadaptativos para la producción industrial se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Actúa localmente: convertidores de potencia basados en carburo de silicio
2. Máquinas inteligentes (II): Inteligencia artificial y robótica
3. Máquinas inteligentes (y III): Deep blue, HAL 9000 y más allá

Hace unos años comenté en el Cuaderno de Cultura Científica la situación de los cangrejos de río en la Península Ibérica como especies autóctonas o invasoras. Ahora repasaré lo que sabemos y las últimas investigaciones.

Hay varias especies introducidas o invasoras y solo una, Austropotamobius pallipes o italicus que, según algunos expertos, es autóctona y para otros es una especie introducida. Y, como ven, hasta el nombre científico está en discusión.

Procambarus clarkii. Fuente: Wikimedia Commons

La especie invasora más extendida y conocida es Procambarus clarkii, el cangrejo rojo o de las marismas. Su introducción buscaba el cultivo y comercialización de la especie, tal como se hace en su país de origen, en Estados Unidos. Llegó, por primera vez, a Badajoz en 1973, desde Louisiana. Eran 500 ejemplares y parece que no prosperó el cultivo. En 1974, fue introducido en las marismas del Guadalquivir, en concreto en Puebla del Río. Desde Estados Unidos enviaron 500 kilogramos, unos 40000 ejemplares, aunque solo llegaron vivos unos 100 kilogramos. Tanto de Badajoz como del Guadalquivir escaparon ejemplares y colonizaron los tramos medios y bajos de los ríos ibéricos.

En un estudio reciente de la diversidad genética de Procambarus, Lucía Acevedo y su grupo, de la Estación Biológica de Doñana, y con muestras de 28 lugares de la península, encuentran dos grupos diferentes separados en regiones geográficas distintas. Uno de los grupos es dominante en Portugal y los autores proponen que se originó a partir de los ejemplares que llegaron a Badajoz en 1973. El segundo grupo, que ocupa los ríos de España, vendría de la introducción en el Guadalquivir.

Pacifastacus leniusculus. Fuente: Wikimedia Commons

La segunda especie introducida es el cangrejo señal o Pacifastacus leniusculus. Llegó desde piscifactorías de Suecia aunque su origen está en Estados Unidos. Se importaron en 1974 y 1975 a criaderos de Soria y Guadalajara y, en 1976, a Cuenca y Burgos. Colonizan los tramos altos de ríos y arroyos ocupando hábitats y por su conducta los entornos preferidos del Austropotamobius. Durante varias temporadas se utilizó para repoblar los ríos de los que había desaparecido esta especie. Tanto el señal como el rojo se extendieron por los ríos peninsulares por que escaparon de los criaderos pero, también, porque fueron transportados de arroyo en arroyo por iniciativa individual de pescadores aficionados.

Cherax destructor. Fuente: Wikimedia Commons

Una tercera especie de cangrejo introducido en la península es el yabby o Cherax destructor que llegó en 1983 desde Los Angeles aunque su origen está en el suroeste de Australia. Se encuentra en pocos lugares, en Aragón y Navarra, y coloniza fondos blandos y limosos en aguas lentas como pantanos, balsas y tramos finales de grandes ríos. En Australia es una especie muy apreciada y, quizá por ello, llegó a la península.

Cherax quadricarinatus. Fuente: Wikimedia Commons

Hace unas semanas se publicó el hallazgo en Asturias de otra especie del género Cherax. Andrés Arias y Antonio Torralba, de la Universidad de Oviedo, encontraron Cherax quadricarinatus en Colloto, cerca de Oviedo. Los primeros ejemplares los recogieron en 2013.

Orconectes (ahora Faxonius) limosus. Fuente: Wikimedia Commons

Otra especie de cangrejo de agua dulce encontrada en la península es Orconectes (ahora Faxonius) limosus, detectada en un pantano de Girona. El muestreo se hizo en 2010 y publicaron los resultados en 2011 Lluis Benejam y su grupo, del Centro del Estudio de Biología de Conservación Terrestre y Acuática de Figueres. El origen de esta especie también es Estados Unidos.

Austropotamobius italicus. Fuente: Wikimedia Commons

Y la sexta especie de cangrejo de río en la península es el citado Austropotamobius pallipes o italicus que, como decía, mantiene la incógnita sobre su origen. Sería, por tanto, una especie criptogénica según la definición de James Carlton, del Colegio Williams de Williamstown, en Estados Unidos. Según su publicación de 1982, una especie criptogénica es aquella en que no se puede determinar si es autóctona, introducida o invasora.

Según algunos grupos de investigación, esta especie llegó a la península en el siglo XVI, por la intervención directa de Felipe II. Desde la paleontología o la arqueología no hay datos sobre la presencia de alguna especie de cangrejo d erío en la península. No hay que olvidar que la conservación y fosilización de sus restos no es fácil. Otra fuente de datos son los libros de gastronomía pero, hasta 1611 y en el libro de Francisco Martínez Motiño, Cocinero Mayor de Felipe II, no se mencionan los cangrejos de río.

La historia que se ha deducido sobre el origen de estos cangrejos dice que llegaron desde Milán, con un mensajero de Felipe II, hasta Alicante en 1588 y, desde el puerto, fueron transportados a Madrid, quizá a El Escorial.

A finales del siglo pasado, el Austropotamobius casi desapareció. En 1978, comenzó a extenderse por las aguas dulces de la península el hongo Aphanomyces astaci, patógeno mortal que provoca la afanomicosis en los cangrejos europeos. Los primeros casos se diagnosticaron en primavera y se identificó el Aphanomyces en Burgos y Ciudad Real. El hongo venía de Norteamérica donde tiene una presencia continua y no daña a los cangrejos locales. Llegó a Europa con la importación de los cangrejos rojo y señal, que son portadores, y extendieron la enfermedad por todo el continente.

Para evaluar si el Austropotamobius es autóctono o introducido, se analizó su diversidad genética. El estudio del ADN mitocondrial, publicado por Beatriz Matallana y su grupo, de la Universidad Complutense, con datos de 160 ejemplares de 16 lugares de ríos del norte, centro y este peninsulares, revelaron la existencia de dos grupos, uno de ellos en el norte, en el área cantábrica y el Alto Ebro, y el segundo grupo, que llamaron central, en el este y centro peninsulares.

Sin embargo, estos estudios no sirvieron para aclarar el origen de esta especie. La diversidad genética es grande, habitual en una especie autóctona, pero con una distribución en manchas discontinuas, típico de una especie introducida varias veces y, a menudo, transportada por iniciativa personal para ampliar las zonas de pesca.

El debate continua y tiene importancia práctica pues supone la concesión de tiempo y recursos para recuperar una especie dañada por la enfermedad. Pero para ello se debe considerar si es una especie autóctona y no una introducida que, en principio, se supone que perjudica a los ecosistemas del entorno. Quizá se debe reconsiderar la definición de introducida o invasora para especies como el Austropotamobius que, según algunos expertos, lleva ya cinco siglos en el entorno y es importante por su integración en la cultura y en las tradiciones del país.

Referencias:

Acevedo-Limón, L., et al. 2020. Historical, human, and environmental drivers of genetic diversity in the red swamp crayfish (Procambarus clarkii) invading the Iberian Peninsula. Freshwater Biology 65: 1460-1474.

Angulo, E. 2016. El caso de los cangrejos viajeros. Cuaderno de Cultura Científica 26 septiembre.

Arias, A. & A. Torralba-Burrial. 2021. First record of the redclaw crayfish Cherax quadricarinatus (Van Martens, 1868) on the Iberian Peninsula. Limnetica DOI: 10.23818/limn.40.03

Benejam, L. et al. 2011. First record of the spiny-cheek crayfish Orconectes limosus (Rafinesque, 1918) introduced to the Iberian Peninsula. Aquatic Invasions 6: S111-S113.

Bolea Berné, L. 1996. Primera cita de Cherax destructor (Crustacea: Decapoda: Parasticidae) en Europa. Boletín de la SEA 14: 49-51.

Carlton, J.T. 1996. Biological invasions and cryptogenic species. Ecology 77: 1653-1655.

Clavero, M. & D. Villero. 2014. Historical ecology and invasion biology: Long-term distribution changes of introduced freshwater species. BioSciences 64: 145-153.

Clavero, M. 2015. Non-native species as conservation priorities: response to Díez-León, M. et al. Conservation Biology DOI: 10.1111/cobi.12524

Clavero, M. et al. 2016. El cangrejo de río… italiano. Quercus 359: 42-52.

Clavero, M. et al 2016. Interdisciplinary to reconstruct historical introductions: solving the status of cryptogenic crayfish. Biological Reviews 91: 1036-1049.

Diéguez-Uribeondo, J. et al. 1997. The crayfish plague fungus (Aphanomyces astaci) in Spain. Bulletin Français de la Pêche et de la Pisciculture 347: 753-763.

Díez León, M. et al. 2014. Setting priorities for existing conservation needs of crayfish and mink. Conservation Biology 29: 599-601.

Galindo, F.J. et al. 2014. Cangrejo de río: la ciencia sí es aval de su carácter nativo. Quercus 342: 74-79.

García-Arberas, L. et al. 2009. The future of the indigenous freshwater crayfish Autropotamobius italicus in Basque Country streams: Is it possible to survive being an inconvenient species? Knowledge and Management of Aquatic Ecosystems DOI: 10.1051/Kmae/2010015

Gherardi, F. 2006. Crayfish invading Europe: the case study of Procambarus clarkii. Marine and Freshwater Behaviour and Physiology 39: 175-191.

Heuthonen, P. & J.V. Huner. 1999. The introduction of alien species of crayfish in Europe: A historical introduction. En “Crayfish in Europe as alien species. How to make the best of a bad situation?”, p.13-22. Ed. Por A.A. Belkema. Rotterdam.

Laurent, P.J. 1997. Introductions d’écrevisses en France et dans le monde, historique et conséquences. Bulletin Français de la Pêche et de la Pisciculture 344/345: 345-356.

Martín-Torrijos, L. et al. 2019. Mapping 15 years of crayfish plague in the Iberian Peninsula: The impact of two invasive species on the endangered native crayfish. PLOS One 14: e0219223

Matallanas, B. et al. 2016. The White-clawed crayfish in Spain – reply to Clavero and Centeno-Cuadros. Organisms Diversity & Evolution 16: 719-721.

Matallanas, B. et al. 2016. Fine-tuning of a COI PCR-RFLP assay for fast genetic characterization of Spanish white-clawed crayfish. Knowledge and Management of Aquatic Ecosystems DOI: 10.1051/kmae/2016019

Matallanas, B. et al. 2016. Update of genetic information for the white-clawed crayfish in Spain, with new insights into its population genetics and origin. Organisms Diversity & Evolution 16: 533-547.

Oficialdegui, F.J. et al. 2019. Unravelling the global invasion routes of worldwide invader, the red swamp crayfish (Procambarus clarkii). Freshwater Biology DOI: 10.1111/fwb.13312

Oficialdegui, F.J. et al. 2020. Brought more than twice: the complex introduction history of the red swamp crayfish in Europe. Knowledge and Management of Aquatic Ecosystems doi: 10.1051/kmae/2019044

Oscoz, J. et al. 2008. Nuevos datos sobre la presencia de cangrejos autóctonos en la Cuenca del Río Ebro. Gorosti 19: 4-11.

Vedia, I. & R. Miranda. 2013. Review of the state of knowledge of crayfish species in the Iberian Peninsula. Limnetica 32: 269-286.

Sobre el autor: Eduardo Angulo es doctor en biología, profesor de biología celular de la UPV/EHU retirado y divulgador científico. Ha publicado varios libros y es autor de La biología estupenda.

El artículo Los invasores: Cangrejos de río se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. El caso de los cangrejos viajeros
2. Los invasores
3. Los invasores: Invasiones biológicas

José Manuel González Gamarro

Cuando yo era estudiante (me refiero a edad estudiantil, porque los músicos, como muchas otras profesiones, siempre estamos estudiando) pululaba en el ambiente una cuestión: ¿eres de ciencias o de letras? En los últimos años esta cuestión ha ido perdiendo su identidad como dicotomía. Hemos podido comprobar cómo la cultura de la sociedad necesita a las humanidades tanto como a la ciencia. La cultura científica es tan importante para un doctor en historia como la cultura clásica para un doctor en biología, otra cuestión es el interés de cada uno en alejarse de su materia. Hacernos expertos en algo nunca justifica la ausencia de cultura básica en otros ámbitos ajenos a nosotros. La denominada Tercera Cultura ya fue definida por Charles Percy Snow en 1959 donde la interdisciplinariedad es la base del pensamiento. Aunque el término interdisciplinariedad pueda parecer muy moderno, a decir verdad, cuánto más hacia atrás vamos en el tiempo, más personajes ilustres encontramos que practicaban esta suerte de mezcla de conocimiento para avanzar en diferentes disciplinas. Para no alejarnos demasiado del momento presente, si nos vamos al siglo XIX tenemos un claro ejemplo interdisciplinar en Hermann von Helmholtz, que hizo aportaciones a la matemática, física acústica, filosofía, psicofísica, fisiología y teoría musical.

Foto: Robbie Down / Unsplash

Como decía Jorge Wagensberg, la realidad misma es interdisciplinar, otra cosa es como se pactan los planes de estudio de escuelas y universidades para poder estudiarla y entenderla. En la música ocurre una analogía con respecto al planteamiento de Wagensberg, existe una frontera artificial que en los últimos años parece estar difuminándose. Si nos centramos en la música académica que se estudia en los conservatorios y universidades, podríamos deducir que la música es una disciplina perteneciente a las humanidades, a juzgar por la cantidad de estudios que existen con este enfoque. Podemos encontrar un gran volumen de investigación musical donde predominan los estudios sobre la teoría musical y su puesta en práctica, y por otro lado están los estudios de la musicología histórica, con sus diferentes ramificaciones. El predominio de la musicología histórica proviene del siglo XIX, pero ¿y antes? Hasta 1600, la musicología entendida como la ciencia que estudia la música, fue principalmente sistemática, es decir, mucho más ligada al pensamiento acústico y matemático. Esto vuelve a ser una tendencia actual. Vestir a la música únicamente de humanidades es ponerle la mitad de la ropa, negándole su inherente realidad científica.

Respondiendo a la pregunta que da título a este artículo, hay que decir que la música está repleta de ciencia, aunque eso no la convierta en una disciplina científica. Nadie negará a estas alturas el increíble cariz matemático de la música en la explicación de su teoría. Esta personalidad matemática de la música no sólo se encuentra en la analogía del código que crea su propia realidad, sino también en todos los aspectos numéricos básicos, tales como intervalos, tonalidades, compases, ritmos y en la manera de analizarla y componerla. Los más iniciados en la materia pensarán en músicas relativamente recientes, donde prima el atonalismo o el serialismo, con una técnica compositiva en base a series de elementos (ya sean notas o cualquier otro parámetro musical). Precisamente para el repertorio atonal existe una teoría de análisis desarrollada por Allen Forte1, la teoría de conjuntos de clases de alturas, donde incluso hoy en día podemos encontrar ejemplos de calculadoras específicas que nos ayudan a realizar este análisis musical. También en el análisis de la música tonal o la música pop o rock, existen teorías de análisis basadas en las matemáticas2 que provienen de Euler, que después redefinió Hugo Riemann. A partir de aquí aparecen la teoría de los vectores armónicos de Nicolas Meeùs o David Lewin y su teoría neo-riemanniana, con nuevos sistemas de representación basados en diagramas o Tonnetz.

Pero la dimensión matemática no es algo reciente en lo que se refiere a la composición musical, unos años antes de que Poisson diera a conocer su distribución de probabilidad, músicos como Kirnberger, Carl Philip Emanuel Bach, Haydn o Mozart, entre otros, ya hacían composiciones aleatorias tirando dos dados, basándose en la certeza de que no todos los números son igualmente probables. Desde Pitágoras, la teoría musical se explica desde las matemáticas, pero como vemos, esto no solo afecta a la teoría, sino a la materia prima para crear música. Más recientemente existen composiciones que hacen uso de la geometría fractal, la teoría del caos o de sistemas basados en agentes.

Sin embargo, la matemática no es la única ciencia que está en la música, también la física si pensamos en el sonido, cómo se genera a partir de vibraciones periódicas y cómo aquello que llamamos timbre es simplemente (o más bien complejamente) una diferencia de amplitud de las ondas resultantes en las que se puede descomponer cualquier sonido real. También esto es una fuente inagotable para la composición musical, ya que existen obras basadas en el timbre, es decir, en las frecuencias de los sonidos resultantes de un sonido principal. Un ejemplo paradigmático es la obra Partiels, de Gérard Grisey, basada en el espectro armónico de un sonido. Por otro lado, están los compositores de música electroacústica y la síntesis de sonido, que no es más que la creación de nuevos sonidos gracias a la informática y las funciones de forma de onda o la teoría de los cuantos acústicos de Dennis Gabor, entre otras muchas posibilidades. El estudio de la física también está presente en la historia de los diferentes sistemas de afinación de la música occidental3 y la explicación de por qué hoy en día se usa un temperamento igual (dividir una escala en 12 semitonos iguales).

La ciencia que esconde la música también la podemos encontrar en la biología, ya que existe música creada únicamente con algoritmos genéticos, que desarrollan en universidades como la de Málaga. Esta biología también la encontramos en la búsqueda del origen de la música y la evolución de los homínidos, que además podemos unir a la arqueología y su búsqueda de los primeros instrumentos musicales y formas de representar la música. Es posible hallar algo de biología en algunas teorías de análisis musical, desarrollando principios de crecimiento orgánico. En este caso habría que volver a mencionar a Hugo Riemann.

Podríamos seguir hablando de psicoacústica y entropía, análisis de la interpretación mediante espectrogramas para poder analizar lo audible pero invisible en la partitura, estudios conductuales, neuroimagen, etc. y todo esto omitiendo toda la ciencia implicada en la construcción y desarrollo histórico de los instrumentos musicales. Tampoco deberíamos olvidarnos de que la enseñanza musical se basa, o ha de basarse, en los datos que nos ofrecen investigaciones en psicología cognitiva y en la medicina especializada en el deporte o las artes escénicas. Como podemos comprobar, la dimensión científica de la música es abrumadora en cuanto dejamos la superficie de su estudio atrás.

Volviendo al principio de este artículo, aludiendo a la interdisciplinariedad, podríamos hacer un diagrama de Venn con dos grandes círculos donde estuvieran, en uno la ciencia y en el otro las humanidades. Esa área de intersección característica de estos diagramas sería la música. Si alguna vez me volvieran a preguntar si soy de ciencias o de letras, tengo clara la respuesta: soy de música.

Referencias:

1 Forte, Allen. The structure of atonal music. Vol. 304. Yale University Press, 1973.

2 Capuzzo, Guy. «Neo-Riemannian theory and the analysis of pop-rock music.» Music Theory Spectrum 26.2 (2004): 177-199.

3 Gaínza, J. Javier Goldáraz. Afinación y temperamento en la música occidental. Alianza, 1998.

Sobre el autor: José Manuel González Gamarro es profesor de guitarra e investigador para la Asociación para el Estudio de la Guitarra del Real Conservatorio Superior de Música “Victoria Eugenia” de Granada.

El artículo ¿Cuánta ciencia hay en la música? se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Ciencia, arte y cultura callejera: física y música
2. Música, guerra y paz
3. Curso de verano “La ciencia de nuestras vidas”: Cuando la música era ciencia, por Almudena M. Castro

Foto:  Willian Justen de Vasconcellos / Unsplash

Cuando pensamos en las expediciones más importantes de la historia, frecuentemente olvidamos la conquista del Ártico, pero durante más de cinco siglos, incontables barcos y marinos se han adentrado en sus gélidas aguas en busca de tierras desconocidas o rutas más rápidas para el comercio. Pocas de aquellas expediciones consiguieron sus objetivos; los más afortunados regresaron a casa con las manos vacías, otros se quedaron allí para siempre.

Javier Peláez es un divulgador y comunicador científico, uno de los fundadores de la plataforma Naukas.com y editor de ciencia de Yahoo! Durante más de una década ha escrito en diferentes medios de comunicación (El País, El Español, National Geographic, Voz Populi). Es coautor de los podcasts Catástrofe Ultravioleta y La Aldea Irreductible y ha colaborado en diferentes proyectos radiofónicos (Radio Nacional de España, Radio Televisión Canaria). Es ganador de tres premios Bitácoras, un premio Prisma a la mejor web de divulgación científica y un Premio Ondas al mejor programa de radio digital. Autor de «500 años de frío. La gran aventura del ártico» (Ed. Planeta, 2019).



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

El artículo Javier Peláez – Naukas Bilbao 2019: Una odisea ártica se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Naukas Bilbao 2017 – Javier Fernández Panadero: Si tú supieras
2. Javier Armentia – Naukas P4K 2019: La vie en rose (ciencia y sociedad de un color muy suyo)
3. Isabel Moreno – Naukas Bilbao 2019: El cielo en clave de Sol

Biopsia de intestino delgado en la que se aprecian los efectos de la enfermedad celíaca: atrofia de las vellosidades intestinales, hiperplasia de las criptas y linfocitosis intraepitelial. Fuente: Wikimedia Commons

La enfermedad celíaca es un trastorno autoinmune complejo que afecta a personas genéticamente susceptibles. El gluten de la dieta desencadena una respuesta inmunitaria, frente a la que el único tratamiento disponible hasta ahora es seguir una dieta estricta sin gluten de por vida. Seguir dicha dieta no resulta nada fácil para los pacientes, ya que les limita mucho su calidad de vida.

Las dificultades para seguir una dieta tan estricta pueden aumentar el riesgo de desarrollar complicaciones como los cánceres gastrointestinales, por lo que es necesario conseguir otros tratamientos para combatir esta enfermedad. A pesar de estar probado que ciertos genes están relacionados con la susceptibilidad genética a la enfermedad celíaca, su papel en la aparición de la enfermedad sigue siendo desconocido, lo que dificulta el desarrollo de tratamientos.

Un grupo del Departamento de Genética, Antropología Física y Fisiología Animal de la UPV/EHU está investigando el desarrollo de la inflamación intestinal en la enfermedad celíaca y en casos de intolerancia al gluten. Según ha explicado la investigadora Ikerbasque Ainara Castellanos-Rubio, en un reciente estudio han obtenido importantes resultados: “Por una parte, hemos descrito por primera vez que el gluten modifica las moléculas de ARN. Estas modificaciones en el ARN pueden estar relacionados con el desarrollo de enfermedades. En concreto, hemos observado que el consumo de gluten por parte de células, ratones y seres humanos puede modificar el ARNm (ARN mensajero) del gen denominado XPO1, lo que se traduce en un aumento de la producción de proteínas XPO1 y en un aumento de la inflamación del intestino. Por otra parte, una variante genética incluida en el gen XPO1 incide en esta modificación del ARN y aumenta el riesgo de desarrollar inflamación intestinal en personas con variable de riesgo”.

Según explican en el artículo que recoge estos resultados, esta investigación propone nuevas alternativas para tratar la enfermedad celíaca y otras enfermedades inflamatorias intestinales: “Nuestra investigación ha descrito nuevas dianas terapéuticas (como la XPO1 y las proteínas que intervienen en la modificación del ARN), y ha abierto la posibilidad de desarrollar nuevos enfoques terapéuticos para tratar la enfermedad celíaca. En la actualidad estamos evaluando diferentes moléculas dirigidas a estas proteínas y algunas ya están siendo utilizadas para tratar otras enfermedades intestinales”, ha explicado Castellanos-Rubio.

Por otra parte, y desde el punto de vista de la ciencia básica, la descripción de la modificación que el gluten puede provocar en el ARN “abre nuevas puertas a la investigación, ya que hemos visto que agentes externos (como el gluten de la dieta, en este caso) pueden modificar nuestro ARN dando lugar a una respuesta inflamatoria”, afirma. En este sentido, de cara a un futuro más lejano, la investigadora concluye que: “Adaptando nuestra dieta o utilizando agentes dietéticos podremos ser capaces de modificar de una manera u otra el ARN, de forma que se frene o impida el desarrollo de determinadas enfermedades”.

Referencia:

Ane Olazagoitia-Garmendia, Linda Zhang, Paula Mera, Julie K. Godbout, Maialen Sebastian-DelaCruz, Iraia Garcia, Luis Manuel Mendoza, Alain Huerta, Iñaki Irastorza, Govind Bhagat, Peter H. Green, Laura Herrero, Dolors Serra, Jose Antonio Rodriguez, Elena F. Verdu, Chuan He, Jose Ramon Bilbao, Ainara Castellanos-Rubio Gluten-induced RNA methylation changes regulate intestinal inflammation via allele-specific XPO1 translation in epithelial cells Gut DOI: 10.1136/gutjnl-2020-322566

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

El artículo Alternativas para tratar la enfermedad celíaca se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. En busca de los genes de la enfermedad celíaca
2. Celiaquía: el ADN no codificante es clave en el desarrollo de la enfermedad
3. ADN, microbiota y riesgo de celiaquía

Celeste Campo

Foto: Markus Spiske / Unsplash

Muchas veces hemos escuchado la frase: “Nos entendemos porque hablamos el mismo idioma”. Aunque aplicado a los humanos esto no siempre es cierto, sí se cumple en las máquinas: gracias a los lenguajes (idiomas) comunes, pueden comunicarse y crear algo tan increíble como Internet, la red de redes que cambió el mundo por completo.

Los lenguajes que hablan las máquinas se denominan protocolos de comunicación. En ellos no solo se determina qué palabras usan las máquinas para comunicarse, sino también cuándo y cómo se utilizan estas palabras. De ahí el término protocolo.

Las máquinas usan un gran número de protocolos. Para cada tarea específica de comunicación que deben realizar utilizan uno. Algunos de estos protocolos son bien conocidos por todos, como HTTP, el protocolo que permite la navegación web y que Tim Berners-Lee presentó al mundo un 26 de febrero, hace ya 30 años. La mayoría solo son conocidos por expertos, aunque sin ellos nada funcionaría.

El avance de las redes de comunicaciones y de la microelectrónica permitió imaginar un mundo en el que, no solo los ordenadores estuvieran conectados a Internet, sino también los objetos cotidianos. Se les dotaba de inteligencia al poder comunicarse.

A día de hoy podemos decir que la Internet of Things (IoT) o Internet de las cosas, un término acuñado por Kevin Ashton ya en 1999, es una realidad.

Un gran número de cosas conectadas

El número de cosas que se pueden conectar a Internet es muy elevado. El término cosa abarca cualquier objeto cotidiano, desde una bombilla a un frigorífico o un automóvil.

Las máquinas conectadas a Internet se identifican con direcciones IP. Inicialmente, se usaron direcciones de 32 bits, conocidas como IPv4, y posteriormente de 128 bits, conocidas como IPv6. Si bien en las redes de ordenadores clásicas sigue estando muy extendido IPv4, en la Internet de las cosas se ha tenido que usar IPv6.

En 2019 existían 26.660 millones de cosas conectadas a Internet, y la previsión para 2025 es que existan más de 75 mil millones.

Mensajes más pequeños, menor velocidad

Dentro de la gran variedad de dispositivos de la Internet de las cosas hay muchos que funcionan con baterías. Por lo tanto, reducir el consumo que supone para ellos comunicarse es clave para maximizar su duración y eficiencia energética.

Pensemos, por ejemplo, en redes de sensores empleadas en agricultura para el control de las cosechas. Esta necesidad supuso un rediseño de muchos de los protocolos de comunicaciones pensados para ordenadores, donde el consumo energético no es algo tan importante.

Por otra parte, no necesitamos la misma velocidad de conexión para encender y apagar una bombilla u obtener la lectura de un sensor de temperatura que cuando vemos una serie en streaming.

Para comunicarse entre ellas, las cosas suelen emplear redes de baja velocidad en las que se intercambian mensajes pequeños, lo que permite reducir de forma importante el consumo energético. En muchas ocasiones no se emplean redes wifi o celulares como usan, por ejemplo, nuestros teléfonos, sino que se han diseñado otras nuevas como ZigBee o BLE (Bluetooth Low Energy), entre otras.

Estas nuevas redes que usan nuevos protocolos hacen necesario que muchos dispositivos necesiten para conectarse a Internet un elemento intermedio (una pasarela) que traduce los protocolos entre ellas. Por eso muchas veces, cuando compramos kits domóticos para nuestro hogar, necesitamos también este dispositivo adicional.

Protocolos alternativos a HTTP

Del mismo modo que en Internet las máquinas utilizan el conocido protocolo HTTP para intercambiar todo tipo de información, las cosas necesitan algún protocolo equivalente para hacerlo. Esto les permite ofrecer servicios a los usuarios. Por ejemplo, cuando un sensor de luz detecta que se ha hecho de noche, puede encender automáticamente varias luces del interior del hogar.

Uno podría preguntarse por qué no se usó HTTP. La razón es que la evolución de la Web y del tipo de servicios para la que la utilizamos hacen que HTTP sea un protocolo muy complejo. Consume un elevado número de recursos que las cosas, como hemos comentado antes, no suelen tener, ni tampoco necesitar. Por eso se han propuesto alternativas. Las dos más extendidas en la actualidad son MQTT y CoAP.

El MQTT (Message Queue Telemetry Transport) fue definido en 1999 por IBM y Arcom y estandarizado posteriormente por la ISO. El CoAP (Constrained Application Protocol), creado en el IETF y estándar desde 2014, simplifica el protocolo HTTP para adaptarse a las características de estas redes y de las cosas. Su fundamento es distinto. MQTT se basa en un sistema publicador-suscriptor, más complejo pero más escalable, y CoAP se basa en uno petición-respuesta, mucho más sencillo pero menos escalable.

Pongamos un ejemplo para entender las diferencias. En el caso del sistema petición-respuesta, cuando queremos conocer la temperatura de un sensor, simplemente se la pedimos y él nos contesta.

En el modelo publicador-suscriptor, para obtener la temperatura del sensor, primero le decimos a un sistema intermedio (denominado broker) que queremos suscribirnos a la información de temperatura. Cuando el sensor de temperatura publica una media de temperatura en el sistema intermedio, este informa a todos los sistemas que se hayan suscrito a este tipo de información (el valor de la temperatura).

Si alguien se pregunta cuál es mejor, la respuesta en ingeniería casi siempre es que depende del ámbito de aplicación en el que se quiera desplegar. Lo que está claro es que la inexistencia de un mismo lenguaje común complica el uso masivo de la tecnología.

Si las cosas no hablan el mismo idioma, tenemos que instalar traductores que permitan que se entiendan entre ellas, lo que complica, y mucho, su despliegue. Recordemos que, también en el caso de la tecnología, todo resulta más sencillo cuando se habla el mismo idioma.

Sobre la autora: Celeste Campo es profesora titular del Departamento de Ingeniería Telemáticade la Universidad Carlos III

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

El artículo ¿En qué idioma hablan las ‘cosas’ conectadas a Internet? se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Cibernética utópica: el plan de la sociedad perfecta que sentó las bases de internet
2. 1969: el año en el que llegamos a la Luna e inventamos Internet
3. Cómo los apellidos nos hablan de genes e historia, y viceversa

 

Muchas veces he pensado cuán interesante sería un artículo de revista donde un autor quisiera –o, mejor dicho, pudiera– detallar paso a paso el proceso por el cual una de sus composiciones llegó a completarse. […] La mayoría de los escritores –y los poetas en especial– prefieren dar a entender que componen bajo una especie de espléndido frenesí […] He elegido El cuervo por ser el más generalmente conocido. Es mi intención mostrar que ningún detalle de su composición puede asignarse al azar o una intuición, sino que la obra se desenvolvió paso a paso hasta quedar completa, con la precisión y el rigor lógico de un problema matemático.

Edgar Alan Poe, Filosofía de la composición (1846). Traducción de Julio Cortázar

Encontré hace unos días, por azar, este interesante texto de Edgar Alan Poe. Me gusta comprobar a través de las palabras de un escritor al que admiro que, independientemente de la creatividad incluida en cualquier texto literario, nada se completa sin una planificación rigurosa. Me ha parecido una hermosa manera de introducir el sencillo problema de razonamiento lógico que se explica a continuación.

Foto: Andrey Zvyagintsev / Unsplash

Un problema de sombreros

Una caja contiene cinco sombreros, tres son negros y dos son blancos. Ana, Beatriz y Carmen extraen (sin mirar) un gorro de la caja y se lo colocan en la cabeza. Cada una de ellas ve el sombrero de las demás, pero no puede ver el suyo.

Diana ha estado observando a sus amigas. Comprueba que el azar ha hecho que las tres hayan extraído un sombrero negro de la caja. ¡Vaya casualidad!

Conocedora de la honradez y las cualidades deductivas de sus amigas, Diana está segura de que Carmen sabrá cuál es el color de su sombrero si, por orden alfabético, cada una de ellas va declarando si conoce el color del sombrero que lleva.

Así que Diana pide a sus amigas que digan en voz alta si saben el color de su sombrero. Tras reflexionar brevemente, Ana contesta: «No lo sé». Atenta a la respuesta de su compañera, Beatriz responde un rato después: «Yo tampoco lo sé». Carmen, tras un corto periodo de reflexión, contesta finalmente con contundencia: «Yo sí lo sé. ¡Estoy segura de que mi sombrero es de color negro!».

Así que Diana tenía razón: Carmen ha sido capaz de dar la respuesta correcta. ¿Por qué? ¿Cuál ha sido ese razonamiento de Carmen que Diana sabía que no podía fallar?

Piensa un poco antes de mirar la respuesta…

Solución

Carmen, por supuesto, sabe que Ana y Blanca llevan sombreros negros. Y razona de la siguiente manera:

Mi gorro es blanco o negro. Si fuera blanco, mi amiga Beatriz vería que Ana lleva un sombrero negro y yo uno blanco…

Pero Beatriz no tiene un pelo de tonta. Si la situación fuera esa, Beatriz sabría con toda seguridad que su sombrero es negro. ¿Por qué? Porque si su sombrero fuera blanco, Ana (que es, igualmente, una excelente razonadora) vería a Beatriz y a mí misma con gorros blancos (de los que solo hay dos) e inmediatamente habría sabido que su sombrero es negro. Y ha declarado que desconocía el color de su gorro.

Es decir, si supongo que mi sombrero es blanco, la respuesta de Ana y Beatriz no tenía que haber sido la que han dado… y sé que mis colegas no mienten. Así que, sin ninguna duda, mi sombrero es negro.

Como decía Poe en su texto, Carmen ha sabido concluir «con la precisión y el rigor lógico de un problema matemático».

Visto (y adaptado) en: Aurélien Alvarez, «Coqito ergo sum», Images des Mathématiques, CNRS, 2014

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

El artículo El rigor lógico de un problema matemático se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. El problema matemático de las cartas extraviadas
2. Tareas de un matemático loco
3. Ilustraciones artísticas de un matemático

Foto: Possessed Photography / Unsplash

Durante la segunda mitad del siglo XX se pusieron los cimientos de lo que Ignacio Mártil denominó “la mayor revolución silenciosa del siglo XX” [1], la microelectrónica. En los primeros años del siglo XXI la abundancia de materia prima y la madurez tecnológica de la microelectrónica basada en el silicio dio lugar a la revolución social que vivimos hoy día, en la que las redes sociales, el teletrabajo y el acceso a la información a cualquier hora y localización solo es posible por la existencia de dispositivos de una eficiencia y prestaciones inimaginables hace solo algo más de una década (el primer iPhone se lanzó al mercado en enero de 2007).

Sin embargo, la tecnología basada en el silicio está a punto de alcanzar su límite físico. De hecho, industrialmente, de unos años a esta parte los desarrollos se basan en aumentar el tamaño de la oblea, la placa sobre la que se construyen los microcircuitos. Sorprendentemente, desde el 2005 un incremento en el número de transistores no se ha traducido en un aumento de la rapidez: la velocidad de los circuitos integrados está estancada en un máximo de 5 gigahertz [2] desde entonces.

La industria, recientemente, ha cambiado la estrategia que se venía siguiendo desde la aparición de los circuitos integrados. Tradicionalmente primero se diseñaba el chip y luego se le encontraba aplicación; ahora se están llevando a cabo proyectos de investigación y desarrollo para los que se diseñan los circuitos integrados más apropiados. Este diseño incluye también la posibilidad de usar materiales distintos del silicio.

Un caso particular de especial interés para el futuro inmediato es el de los dispositivos de potencia. Son esos dispositivos que se van a encargar de controlar cosas como la siguiente generación de paneles solares, aerogeneradores o vehículos eléctricos. Tienen que ser dispositivos baratos, producibles de forma eficiente y capaces de soportar condiciones de trabajo mucho más extremas de las que se supone que ha de soportar un teléfono móvil o un ordenador. El principal requisito que deben cumplir estos circuitos integrados es que deben ser capaces de funcionar establemente en un rango de temperaturas muy amplio. Aquí es donde entra el carburo de silicio (SiC), un semiconductor compuesto.

Obleas de carburo de silicio industriales comercializadas actualmente. Fuente: II-VI

En comparación con el silicio los dispositivos de potencia de SiC son más eficientes en conversión de energía. Los interruptores de SiC operan a mayor frecuencia, lo que permite reducir el tamaño del interruptor o eliminar los componentes inductivos y los supresores (snubbers). Esto da como resultado una reducción en el tamaño y el peso general del sistema; el menor coste resultante debería compensar el costo adicional de usar dispositivos de SiC en lugar de silicio.

La lista creciente de aplicaciones comerciales actuales y proyectadas que utilizan tecnologías de SiC incluye fuentes de alimentación conmutadas, inversores para generación de energía solar y de molinos de viento, motores industriales, vehículos híbridos y eléctricos, y conmutación de energía de redes inteligentes.

Europa en la actualidad va por detrás de Asia y América en el desarrollo de esta tecnología clave para el ahorro de energía y la reducción de emisiones de dióxido de carbono, objetivos ambos que pasan por la movilidad eléctrica y la eficiencia energética industrial. Uno de los proyectos que financia la Unión Europea para salvar esta brecha tecnológica es REACTION.

El proyecto REACTION, en el que participan una veintena de instituciones y tiene un presupuesto cercano a los 50 millones de euros, pretende desarrollar la primera línea piloto de Europa y el mundo para la fabricación de obleas de carburo de silicio para tecnologías energéticas. Estas obleas serán de 8 pulgadas de tamaño, cuando el estándar actual está entre 4 y 6, lo que supone de facto un reordenamiento del mercado.

Una cooperativa vasca, Ikerlan, tendrá un papel clave en este desarrollo. Aparte de diseñar un inversor fotovoltaico para aplicación de media tensión basado en SiC y un convertidor DC/DC para conectar el inversor a un sistema de almacenamiento de energía, será en Mondragón (Gipuzkoa) donde se realicen los ensayos de todos los prototipos de convertidores de potencia desarrollados por el proyecto en la etapa final del mismo.

Notas:

[1] Ignacio Mártil (2018) Microelectrónica. La historia de la mayor revolución silenciosa del siglo XX. Ediciones Complutense. Librito de lectura muy recomendada.

[2] Mártil (2018). Pág. 118.

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

El artículo Actúa localmente: convertidores de potencia basados en carburo de silicio se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Potencia y eficiencia de una máquina
2. Una fibra óptica de plástico actúa como concentrador solar luminiscence
3. Un nuevo alótropo del silicio promete revolucionar la industria fotovoltaica

César Menor-Salván

Vista del delta en el cráter Jezero desde el rover Perseverance.
NASA

 

El 18 de febrero de 2021 aterrizó en el cráter Jezero de Marte el rover Perseverance, que estudiará la composición de rocas, el subsuelo y el clima. Este fue el primer éxito de la misión Mars 2020 y su desarrollo contó con participación española: MEDA es una estación ambiental desarrollada por el Centro de Astrobiología (CSIC-INTA).

La llegada de Perseverance ha avivado el debate sobre si hay o hubo vida en Marte, y su habitabilidad presente o pasada. ‘Habitabilidad’ no quiere decir que los humanos podamos construir una casa allí, sino que define las condiciones geoquímicas y ambientales favorables para el origen y evolución de la vida. Entre los objetivos de la misión está estudiar la habitabilidad y la búsqueda de evidencias de vida microbiana antigua.

Hoy en día, por lo que sabemos, es improbable que en Marte haya vida. Pensemos en la de nuestro planeta: durante la mayor parte de su historia, la Tierra estuvo habitada solo por microorganismos. La evolución necesitó unos 3 400 millones de años para que surgieran plantas y animales. Tiene sentido asumir que, de haber existido vida en Marte, esta era microbiana.

En la exploración espacial tomamos como referencia la vida terrestre actual, pues no conocemos otra. El inconveniente es que, si no se ven evidencias de vida marciana (algo probable), nos preguntaremos si es porque no sabemos qué buscar exactamente.

¿Qué evidencias de vida buscamos?

La ubicación del Perseverance no es casual. Si queremos buscar evidencias de vida, debemos ir a un sitio favorable. En el cráter Jezero podría haber estado ese lugar: el delta de la desembocadura de un río. Pero, que haya evidencias de que el agua formó paisajes familiares, con sus ríos y valles, no implica que haya habido vida. Hay que buscar las evidencias.

Zona de operaciones del Perseverance en cráter Jezero. El cauce seco del río se ve en la parte superior izquierda, con el abanico de sedimentos del delta en su desembocadura.
Mars Express/ESA/DLR/FU-Berlin

Para la búsqueda, el Perseverance está equipado con SHERLOC, un instrumento capaz de encontrar moléculas orgánicas. Sin embargo, debemos diferenciar entre “molécula orgánica” y “biofirma orgánica” o “biomarcador”. Las moléculas orgánicas podrían ser un indicio de vida, pero, cuidado: en realidad, pocas lo son. A éstas las llamamos biomarcadores.

Para entenderlo, pensemos en el petróleo. En los años 1930 el origen biológico del petróleo se debatía, hasta que el químico Alfred Treibs descubrió porfirina en los combustibles fósiles. Esta deriva de la clorofila y no podemos explicar su presencia sin la vida. Así, estudiando los biomarcadores (compuestos cuyo origen solo podemos atribuir a la vida), sabemos que el petróleo es lo que queda de ecosistemas de hace millones de años.

Si SHERLOC encuentra moléculas orgánicas, debe evaluarse si son biomarcadores válidos. El problema es que ello implica asumir que el metabolismo terrestre es universal. Por ejemplo, si en Marte nunca hubo fotosíntesis con clorofila, nunca encontraremos la porfirina de Treibs como biomarcador.

Los minerales también pueden ser biofirmas:

Formiato de calcio del Alkali Lake (Oregón, Estados Unidos)

Recogimos estos cristales de formiato, un compuesto orgánico, en un lago salino similar a los que pudo haber en Marte. El (improbable) hallazgo de estos cristales en Marte tendría gran impacto y en las redes sociales se extendería la idea de que hubo vida.

A diferencia de la porfirina, el formiato puede ser abiótico y no es un biomarcador. Sabemos que lo es, porque la verdadera biofirma es el desequilibrio químico con los otros componentes del lago. El estudio de biofirmas es difícil y requerirá el transporte de muestras a la Tierra.

¿Y si no se encuentran evidencias de vida?

Desde el punto de vista de la publicidad y la financiación, buscar indicios de vida es una buena estrategia. Es menos mediático, pero, que en Marte no haya vida, ni la haya habido, también sería una buena noticia.

Si Perseverance no encuentra indicios de vida, el público podría verlo como un fracaso. Sin embargo, la exploración de Marte siempre es un éxito, tanto por el conocimiento que nos aporta, como por las tecnologías derivadas. Disponer de un planeta en el que se reunieron las condiciones que (pensamos) propiciaron la vida, pero que esta se haya detenido en su inicio, sería un escenario único para entender el origen de la vida terrestre.

No es una idea descabellada. El rover Curiosity encontró materiales que pudieron ser claves en el origen de la vida, formando un escenario intacto durante millones de años, libre de los cambios provocados por una potencial biosfera marciana.

Rocas de fosfato (A), meteoritos de hierro (B) y vetas con sulfatos (C) encontrados en Marte por el rover Curiosity. Todos juntos son ingredientes para el origen de la vida.
NASA/JPL-Caltech/LANL/CNES/IRAP/LPGNantes/CNRS/IAS/MSSS

Es probable que no se encuentren evidencias de vida en Marte, y la pregunta seguiría sin respuesta (la ausencia de evidencia no es evidencia de ausencia). Pero, si tomamos la idea de que en Marte nunca proliferó la vida, podríamos centrarnos en las condiciones que, pensamos, debieron darse para su origen. Si lo que encontremos encaja, ¿por qué no evolucionó la vida? ¿Faltaba algún ingrediente? ¿La dinámica de Marte no lo permitió? ¿Proliferó un tipo de vida distinto? Junto con el trabajo de laboratorio y lo que sabemos sobre nuestro planeta, quizá podríamos entender cómo empieza la vida y su evolución.

Si en Marte hubiera existido vida avanzada (y los ecosistemas bacterianos lo son), las preguntas sobre el origen de la vida seguirían abiertas. Sin embargo, un Marte sin vida podría ser la gran oportunidad para conocer nuestro propio origen.

Sobre el autor: César Menor-Salván es profesor ayudante doctor de bioquímica y astrobiología en el  Departamento de Biología de Sistemas de la Universidad de Alcalá

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

El artículo Sería buena noticia que no hubiera vida en Marte ni la hubiese habido nunca se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Marte y el enigma de la vida: el gran desembarco robótico de 2021
2. Los ojos que explorarán la superficie de Marte (Mars2020)
3. La improbable vida marciana

Foto: Davyn Ben / Unsplash

Si alguien le dijese que hay un tratamiento que reduce el riesgo de morir por enfermedad cardiovascular, por cáncer y por todas las causas posibles hasta casi la mitad del riesgo normal, seguramente pensaría que no es cierto. O si lo creyese, pediría que le proporcionasen inmediatamente ese tratamiento. Y sin embargo, el tratamiento existe y está al alcance de muchísimas personas: basta con ir en bicicleta a trabajar.

Esa es la principal conclusión de un estudio realizado en el Reino Unido en el que evaluaron, dependiendo del medio de transporte utilizado para ir a trabajar, el riesgo de contraer enfermedades cardiovasculares y cáncer, así como de morir por alguna de esas dos causas o, también, por cualesquiera causas en conjunto. En la investigación participaron 263450 personas (52% mujeres; edad media: 52,6 años) de 22 localidades. Clasificaron a los participantes en cuatro categorías: caminantes, ciclistas, mixtos e inactivos (los que utilizan el vehículo público o particular).

Casi un 1% de los participantes (2430) fallecieron durante los cinco años de seguimiento en el estudio de mortalidad; de ellos, 496 por algún incidente cardiovascular y 1126 por cáncer; el resto murió por otras causas. Padecieron cáncer 3748 personas y 1110 sufrieron algún episodio de enfermedad cardiovascular.

El riesgo de morir por cualquier causa de quienes se desplazaban a su trabajo en bicicleta era un 59% del de quienes lo hacían en algún vehículo, y el de quienes combinaban el paseo con el ciclismo, un 76% del de los “inactivos”.

Los resultados fueron mejores incluso al limitar el análisis al cáncer. En quienes pedaleaban para ir a trabajar, la incidencia de este conjunto de enfermedades fue un 55% y el riesgo de morir, un 60% de los niveles característicos de las personas inactivas; y si combinaban bicicleta y paseo, esos porcentajes eran del 76% y del 64% para la incidencia de las enfermedades y para el riesgo de morir, respectivamente.

También fueron más favorables los resultados de la actividad física cuando se analizaba la probabilidad de sufrir un accidente cardiovascular o el riesgo de morir por esa causa. La probabilidad de sufrir un episodio cardiovascular de quienes iban en bici a trabajar fue un 54% de la probabilidad de sufrirlo quienes iban en coche, autobús o metro. Y la probabilidad de que una persona que iba a andando al trabajo tuviese un accidente cardiovascular era un 73% del de una persona “inactiva”. Los efectos del modo de desplazamiento sobre la mortalidad por esta causa fueron incluso mayores: la probabilidad de morir de quienes iban en bici fue un 48% y la de quienes iban andando, un 64% de la de quienes iban en automóvil o en transporte público.

El riesgo de morir por cáncer o por todas las posibles causas no era inferior en quienes iban andando a trabajar. Tampoco lo era en quienes combinaban la bici y el paseo.

Las conclusiones de esta investigación se suman a las obtenidas en otras en las que se han comprobado los beneficios que reporta la actividad física sobre la salud. Y en concreto, sobre la probabilidad de fallecer a causa de algún cáncer o de algún accidente cardiovascular. Lo interesante de este estudio es que una medida a priori tan sencilla como pedalear para desplazarse al trabajo tenga efectos tan espectaculares sobre el riesgo de morir.

Pensemos en las consecuencias que el extender el uso de la bicicleta como medio de transporte tendría sobre los costes del sistema sanitario, por un lado, y sobre la calidad y esperanza de vida de cada uno de nosotros, por el otro.

Fuente: Carlos A Celis-Morales et al (2017): Association between active commuting and incident cardiovascular disease, cancer, and mortality: prospective cohort study. BMJ; 357 doi: https://doi.org/10.1136/bmj.j1456

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 Pedalear para ir al trabajo salva vidas se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Una fórmula para dominarlos a todos: El trabajo
2. Ocho horas para trabajar, ocho para descansar y ocho para lo que nos parezca
3. Vidas más humanas

Fuente: Wikimedia Commons

¿Cómo decide una célula convertirse en una neurona, una célula epitelial o una célula intestinal si todas tienen el mismo material genético? Una de las formas de responder a esta pregunta es comprendiendo cómo unas células se comunican entre sí diciéndose lo que tienen que hacer. Sergio Pérez Acebrón nos lo explica.

Sergio Pérez Acebrón investiga las rutas de señalización celular involucradas en el desarrollo embrionario y en varios tipos de tumores como líder del grupo en The Centre for Organismal Studies (COS) de la Universidad de Heidelberg (Alemania).



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

El artículo Sergio Pérez Acebrón – Naukas Bilbao 2019: Conversando con células se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Naukas Bilbao 2017 – Sergio Palacios: Precausión, amigo conduztó
2. Adela Torres – Naukas Bilbao 2019: ¿Dónde está la mosca?
3. José Ramón Alonso – Naukas Bilbao 2019: Son nuestros amos y nosotros sus esclavos

Foto: National Cancer Institute / Unsplash

Las historias clínicas en formato electrónico de los pacientes contienen informaciones valiosísimas. La aplicación de técnicas de procesamiento del lenguaje natural a dichas historias puede ser una forma eficaz de extraer información útil en muchos ámbitos: desde el más obvio, mejorar la toma de decisiones clínicas, hasta el más burocrático, la documentación y la facturación clínicas, pasando por la predicción de posibles enfermedades. Todas estas cosas se pueden realizar historia a historia por el personal médico o administrativo. Pero existe una en el que se hace necesario el tratamiento de datos a gran escala: la detección de reacciones adversas a medicamentos. Este tipo de reacciones adversas son un problema importante de salud, ya que pueden provocar ingresos hospitalarios e incluso la muerte de algunos pacientes.

En este contexto, el Hospital Universitario de Basurto y el Hospital de Galdakao “estaban interesados en crear un sistema que, a través de técnicas de procesamiento de lenguaje natural, pudiera analizar los historiales médicos para identificar automáticamente los efectos adversos que hay en ellos”, explica la ingeniera y doctora en informática Sara Santiso. Tras ponerse en contacto con el grupo IXA de la UPV/EHU, varias investigadoras se pusieron a trabajar para encontrar un modelo robusto basado en la minería de textos clínicos con el que extraer los efectos adversos a medicamentos de historias clínicas en formato electrónico escritas en castellano.

Para ello, “hemos utilizado, por un lado, técnicas basadas en algoritmos tradicionales de machine learning, y por otro lado, hemos explorado técnicas de deep learning, llegando a la conclusión de que con estas últimas se detectan mejor los efectos adversos”, explica Santiso, una de las autoras del estudio. Tanto el machine learning como el deep learning imitan la forma de aprender del cerebro humano, y difieren en el tipo de algoritmos que se usan en cada caso.

Santiso remarca la dificultad que han tenido para conseguir un corpus de tamaño adecuado con el que trabajar: “En un principio empezamos con pocos historiales médicos debido a que es difícil conseguirlos por la privacidad, ya que hay que firmar acuerdos de confidencialidad para trabajar con ellos”. Las investigadoras han observado que “contar con un corpus más grande ayuda al sistema a aprender mejor los ejemplos que había en ellos, y por lo tanto el sistema daba mejores resultados”.

Con este estudio llevado a cabo con historias escritas en castellano, “estamos contribuyendo a cerrar la brecha existente entre la minería de textos clínicos realizada en inglés con respecto a la realizada en otros idiomas, que cubre menos del 5 % de los artículos publicados. De hecho, la extracción de información clínica no ha alcanzado aún su pleno desarrollo debido, entre otras cosas, al potencial de extracción de información entre hospitales y entre idiomas”, afirma la investigadora.

Aunque el procesamiento del lenguaje natural ha sido de gran ayuda en la detección asistida por ordenador de las reacciones adversas a medicamentos, todavía hay margen de mejora: “Hasta ahora, los sistemas tienden a centrarse en la detección de pares medicamento-enfermedad situados en la misma frase. Sin embargo, las historias clínicas tienen información implícita que podría revelar relaciones subyacentes (por ejemplo, la información de los antecedentes podría ser relevante para adivinar las causas de un evento adverso). Es decir, la investigación debe esforzarse por detectar las relaciones entre frases, tanto las explícitas como las implícitas”.

Referencia:

Sara Santiso, Alicia Pérez, Arantza Casillas Adverse Drug Reaction extraction: Tolerance to entity recognition errors and sub-domain variants Computer Methods and Programs in Biomedicine DOI: 10.1016/j.cmpb.2020.105891

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

El artículo Detección automatizada de reacciones adversas a medicamentos en las historias clínicas se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Alcanzada la escala atómica en la detección magnética
2. Turno para los medicamentos biosimilares
3. Detección precoz del cáncer de colon por métodos no invasivos

Ilustración: María Lezana

Melville escribió en Moby Dick que “el cachalote solo respira la séptima parte, el domingo de su tiempo”. Hacía referencia así a la gran capacidad del gran cetáceo odontoceto de permanecer bajo el agua. Y es que los cachalotes, como el resto de cetáceos son excelentes buceadores. Algunos se sumergen a grandes profundidades, a pesar de que bajo el agua no puedan respirar.

En efecto, los cetáceos son mamíferos, por lo que no pueden hacer uso del oxígeno disuelto en el agua, como hacen los peces y numerosos invertebrados. El oxígeno que respiran ha de ser atmosférico y han de salir fuera del agua a respirar. Los cachalotes, como la gran ballena blanca que obsesionase al capitán Ahab, por ejemplo, llegan a bajar hasta los 1.000 m y más en busca de presas; otros, como los calderones, no llegan tan abajo, pero se sumergen también a grandes profundidades.

El calderón tropical, cuyo nombre científico es Globicephala macrorhynchus, pertenece a la familia Delphinidae. Es, por lo tanto, un delfín, aunque de gran tamaño: pueden llegar a alcanzar 4 m de longitud y más de 4.000 kg de masa. Aunque su nombre vulgar indica que se trata de una especie propia de mares tropicales, su límite de distribución septentrional se halla al norte del Cantábrico, por lo que puede encontrarse en la zona sur del Golfo de Vizcaya.

Hace unos pocos años, en el curso de una investigación realizada en aguas de Tenerife utilizando marcas digitales (DTAG), el equipo de Natacha Aguilar, de la Universidad de La Laguna (Tenerife), registró los movimientos de 23 de estos calderones, así como los “clics” de ecolocación que producían. Gracias a esos registros conocemos algunas características de la estrategia de caza de Globicephala.

De acuerdo con los registros obtenidos se ha podido saber que cuando van de caza, descienden a profundidades de entre 500 y 1.000 m y permanecen, en promedio, unos 20 min bajo el agua. Cuando bajan en busca de una presa emiten largas secuencias de clics (ondas sonoras de ecolocalización), y en ocasiones, entre las secuencias de clics, emiten zumbidos. Los zumbidos, al parecer, están relacionados con los intentos de atrapar a la presa.

Cuando realizan inmersiones profundas, llegan al punto de máxima profundidad tras realizar un rápido esprint, y en ese momento emiten un zumbido. Esa es la secuencia propia de un episodio de caza. Cuando empiezan la inmersión, se mueven con lentitud, pero cuando realizan el esprint llegan a alcanzar una velocidad de 9 m s-1, una velocidad impresionante para un mamífero que se mueve bajo el agua. Los esprints duran entre 20 y 80 s y les salen, en términos energéticos, muy caros a los calderones. De hecho, aunque el esprint representa entre un 2 y un 8% del total del tiempo de inmersión hasta aguas profundas, se estima que supone entre un 10 y un 36% de su gasto energético total.

Es un comportamiento arriesgado. Tan sólo la mitad de los intentos acaban teniendo éxito; en la otra mitad no aciertan. Si tenemos en cuenta que el coste de la caza es muy elevado, las presas han de ser de cierto tamaño, pues de lo contrario no resultaría rentable y no la practicarían de esa forma. Hasta que se realizó la investigación citada, no se conocía esa modalidad de caza de “alto riesgo-alto rendimiento” entre cetáceos, aunque sí era conocida entre depredadores terrestres. Entre los mamíferos terrestres, es quizás el guepardo el que mejor ejemplifica esa táctica.

Otros cetáceos, como los zifios, utilizan estrategias diferentes. Estos pertenecen a la familia Ziphiidae. Su característica más distintiva es el morro largo y delgado; parecen delfines. Los zifios que han sido estudiados en aguas de El Hierro se sumergen durante mucho más tiempo, hasta una hora y media. Por esa razón no se encuentran en condiciones de realizar esprints intensos, puesto que el oxígeno que albergan en sangre y músculos no da para inmersiones que, a la vez, sean prolongadas y acaben con un esprint. Claro que el comportamiento alimenticio de los zifios no es de “alto riesgo-alto rendimiento”, puesto que actúan de un modo mucho más conservador. En cada inmersión se cobran del orden de 30 piezas, aunque se trata de presas pequeñas cada una de las cuales aporta una pequeña cantidad de alimento. Aunque como sus costes de locomoción son reducidos, pueden permanecer largo tiempo bajo el agua en busca de presas y al final, unos y otros obtienen lo que necesitan.

Fuente: N. Aguilar, M. P. Johnson, P. T. Madsen, F. Díaz, I. Domínguez, A. Brito y P. Tyack (2008): “Cheetahs of the deep sea: deep foraging sprints in short-finned pilot whales off Tenerife (Canary Islands)” Journal of Animal Ecology vol. 77 (5): 936-947

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 Guepardos de aguas profundas se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Un lujo asiático cultivado en aguas del Mediterráneo
2. La regulación osmótica e iónica en los teleósteos marinos
3. La regulación osmótica de los peces diádromos

 

Cuando esta mañana me he sentado frente al ordenador y he empezado a pensar sobre qué iba a escribir en mi entrada del Cuaderno de Cultura Científica, no podía quitarme de la cabeza las diferentes actividades que estamos organizando dentro del proyecto Marzo, mes de las matemáticas.

Cartel del proyecto Marzo, mes de las matemáticas, diseñado por Carla Garrido

 

Finalmente, después de un buen rato dándole vueltas a los diferentes temas matemáticos sobre los que podría escribir, me he rendido a la evidencia, tenía que escribir sobre alguna de las actividades del proyecto Marzo, mes de las matemáticas. Además, lo he tenido claro desde ese momento, el tema de las dos siguientes entradas debería ser la pareja de magníficas exposiciones matemáticas que hemos organizado con Metro Bilbao para colocar en sus estaciones, Geometría Natural y Matemáticas para un mundo mejor.

Imagen general de la exposición Geometría Natural colocada en la estación de Abando del metro bilbaíno el pasado 1 de marzo de 2021. Fotografía de Metro Bilbao

 

Pero vayamos al principio. El 26 de noviembre de 2019, la UNESCO proclamó el 14 de marzo como el Día Internacional de las Matemáticas a propuesta de la Unión Matemática Internacional (IMU). Cada año se dedicará a una temática especial, tratando de despertar la creatividad y mostrando las conexiones entre las matemáticas y todo tipo de campos, conceptos e ideas. Siguiendo este eje temático tendrán lugar numerosos eventos en todo el mundo. El lema de este año 2021 es “Matemáticas para un mundo mejor”. El motivo de elegir la fecha del 14 de marzo fue que ese día ya contaba con una cierta popularidad, por ser el día conocido como Día de pi y ser un día de celebración de las matemáticas.

El número π (pi) es una de las constantes matemáticas, y científicas, más importantes que existen, pero además es un número fascinante que goza de una gran popularidad entre el público, matemático y no matemático. Por este motivo, el 14 de marzo, es decir, 3/14 en inglés o euskera, se celebra el Día de pi, debido a la sencilla aproximación a π que nos enseñaron en la escuela, 3,14. El día de pi se celebra desde el año 1988 a partir de la idea propuesta por el físico Larry Shaw, y apoyado por el hecho de coincidir con la fecha del cumpleaños de Albert Einstein. Fecha que también era el cumpleaños del matemático polaco Waclaw Sierpinski (1882-1969).

Etida number pi, de la artista croata Luka Hatvalić. Imagen de Saatchi Art

 

En el otoño de 2019, la Red de divulgación de las matemáticas DIMA [http://dima.icmat.es/], constituida en mayo de 2018 y cuya presidenta es la profesora de la Universidad de La Laguna Edith Padrón, en colaboración con toda la comunidad matemática española (en particular, la Red Estratégica en Matemáticas (REM), la Real Sociedad Matemática Española (RSME), la Sociedad Española de Matemática Aplicada (SEMA), la Societat Catalana de Matemàtiques (SCM), la Sociedad de Estadística e Investigación Operativa (SEIO), la Federación Española de Profesores de Matemáticas (FEPM), la Federació d’Entitats per a l’Ensenyament de les Matemàtiques a Catalunya (FEEMC), la Conferencia de Decanos de Matemáticas, la Red de Institutos Universitarios de Matemáticas, el Centre de Recerca Matemática (CRM), el Basque Center for Applied Mathematics (BCAM), el Instituto de Ciencias Matemáticas (ICMAT), la Asociación Nacional de Estudiantes de Matemáticas (ANEM), el Museo de Matemàtiques de Catalunya (MMACA), o el Museo de Matemáticas de Aragón y el Comité Español de Matemáticas), diseñaron el proyecto Marzo, mes de las matemáticas, que tiene como objetivo extender la celebración del Día internacional de las matemáticas (14 de marzo), a todo el mes de marzo. El proyecto cuenta con la colaboración de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología – Ministerio de Ciencia e Innovación (FECYT).

El proyecto Marzo, mes de las matemáticas, cuya web es https://marzomates.webs.ull.es/ , se ha convertido en el mayor evento de divulgación de las matemáticas en España. El proyecto incluye un amplio programa de actividades con diferentes formatos: i) Exposiciones: una exposición temática con paneles interactivos, así como otras exposiciones con formatos y/o temáticas variadas (fotografía matemática, aplicaciones, etc); ii) Conferencias, monólogos y diálogos divulgativos; iii) Tarjetas y carteles matemáticos con contenido diverso y formatos variados (de tres tipos: pasatiempos matemáticos; literatura + matemáticas; sabías que…); iv) Concurso de fotografía escolar “Matemáticas con un clic” a nivel nacional y exposición sobre fotografías matemáticas; v) Escape rooms virtuales, talleres, etc. Además, incluye a diez nodos de trabajo, que son las siguientes autonomías: Andalucía, Aragón, Canarias, Castilla-León, Cataluña, Galicia, La Rioja, Madrid, País Vasco, Valencia.

Logo del proyecto Marzo, mes de las matemáticas

 

Pero vayamos al tema de esta entrada, las exposiciones que hemos organizado en el metro de Bilbao. En particular, en esta entrada empezaremos con la exposición Geometría Natural, y dejaremos para una próxima entrada la exposición Matemáticas para un mundo mejor.

Desde el principio me vi muy implicado en este proyecto. De hecho, en noviembre de 2019, mientras visitaba la Universidad de La Laguna para impartir algunas conferencias, invitado por mi amiga Edith Padrón, dimos forma al actual proyecto, para presentarlo a la convocatoria de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología – Ministerio de Ciencia e Innovación (FECYT). Dentro de la estructura organizativa que creamos, mi compañero y amigo Pedro Alegría y yo asumimos la responsabilidad de la organización de las actividades del País Vasco (contando con el apoyo y colaboración de la Universidad del País Vasco/Euskal Herriko Unibertsitatea y el Basque Center for Applied Mathematics-BCAM), así como de la organización de la actividad de las tarjetas matemáticas.

Además, dentro de un proyecto como este no podía faltar la fotografía matemática. Inmediatamente me puse en contacto con la persona idónea para este tema, mi amiga Pilar Moreno, matemática jubilada (ha sido profesora de matemáticas durante 38 años) y fotógrafa valenciana. A quien quiero agradecerle aquí su colaboración, su trabajo y su generosidad.

Pilar Moreno es una de las personas con una mayor trayectoria en España dentro de la fotografía matemática, es la responsable de la sección de fotografía matemática en la página DivulgaMAT con un centenar de pequeñas exposiciones virtuales, ha realizado muchas exposiciones (físicas), tanto individuales (como la que organizamos en 2005 desde la RSME, Anda con ojo, la exposición didáctica Veo, veo … geometría cotidiana, o también las exposiciones Geometría en los puertos y Geometría en la sombra), como colectivas (por ejemplo, las realizadas en los últimos años junto al grupo Enfoque geométrico, como Amor a la línea o Geometría natural). Es autora del libro Anda con ojo, Faktoría K de libros (2006), coautora de los libros Ritmos. Matemáticas e imágenes, Nivola (2002) y de Contemplar, conocer, UPV (2005).

Catenaria blanca, Paraboloide rojo y Rojo sobre rojo, fotografías incluidas en la exposición Anda con ojo, de Pilar Moreno

 

Portada del libro Anda con ojo, de Pilar Moreno

 

Pilar Moreno, junto con otros miembros del grupo Enfoque geométrico (como Lucía Morales, Inmaculada Gutierrez, Olga Martín, Leopoldo Martínez, Elia Añón y Amparo Fuentes), aportaron al proyecto Marzo, mes de las matemáticas, dos magníficas colecciones de fotografías para que pudieran organizarse exposiciones en los diferentes nodos del proyecto, una sobre la geometría de la naturaleza (Geometría natural) y otra sobre la geometría de nuestras ciudades (Geometría urbana). A todas ellas quiero agradecerles su colaboración con el proyecto, su generosidad y su arte.

Líneas de fuga, fotografía de Pilar Moreno dentro de la exposición Geometría Urbana. En esta página de GeoGebra podéis disfrutar de una excelente animación matemática sobre esta fotografía realizada por el matemático Jose Antonio Mora

 

Simetría roja, fotografía de Pilar Moreno dentro de la exposición Geometría Urbana. En esta página de GeoGebra podéis disfrutar de una excelente animación matemática sobre esta fotografía realizada por el matemático Jose Antonio Mora

 

Queda curvo el firmamento, fotografía de Amparo Fuentes dentro de la exposición Geometría Urbana

 

La siguiente etapa en el proyecto, relacionada con las fotografías matemáticas, era la realización de las exposiciones físicas con el magnífico material aportado por Pilar Moreno y las fotógrafas del grupo Enfoque geométrico. Un lugar ideal para realizar exposiciones dirigidas al público general en Bilbao era el metro de nuestra villa. Ya en 2007 habíamos colaborado con Metro Bilbao para la organización de la exposición Arte fractal, que tuvo lugar en la estación de metro de Sarriko y que fue todo un éxito.

Por este motivo, Pedro Alegría, Marta Macho y yo mismo nos reunimos, en las instalaciones de Metro Bilbao, con Susana Palomino (directora de comunicación y marketing de Metro Bilbao) y Lide Bidaguren (administrativa de comunicación y marketing de Metro Bilbao), quienes desde el primer momento expresaron su interés, y el de Metro Bilbao, por colaborar con nuestro proyecto de divulgación de las matemáticas. En esa reunión acordamos la organización de las dos exposiciones Geometría Natural y Matemáticas para un mundo mejor (sobre las que hablaremos en estas dos entradas de la sección Matemoción del Cuaderno de Cultura Científica) en diferentes estaciones del metro bilbaíno. Quiero expresar aquí mi más sincero agradecimiento a Susana Palomino, a Lide Bidaguren y a Metro Bilbao por su apoyo y colaboración en la organización de estas exposiciones. El metro de Bilbao es un lugar ideal para acercar las matemáticas, a través de elementos visuales, al público general.

Vista general de la exposición Arte fractal (2007), en la estación de Sarriko de Metro Bilbao. Foto : E. Moreno Esquibel

 

Para la primera de las exposiciones, Geometría Natural, seleccionamos doce de las fotografías enviadas por Pilar Moreno y el grupo Enfoque geométrico, cuyos títulos y autoras son: i) Cardioide. Brunnera Macrophylla (Lucía Morales); ii) Arquitectura móvil (Inmaculada Gutierrez); iii) Giros. Dalia (Lucía Morales); iv) Códigos de barras (Pilar Moreno); v) Estrellas pentagonales. Scabiosa Stellata (Lucía Morales); vi) Mosaico poligonal. Fromia Monilis (Leopoldo Martínez); vii) Fractales sobre círculos (Pilar Moreno); viii) Simetría. Asimetría (Pilar Moreno); ix) Ángulos, giros, hélice. Lupinus Nootkatensis (Pilar Moreno); x) Geometría tejida (Pilar Moreno); xi) Lupa natural (Pilar Moreno); xii) Silencio Azul (Pilar Moreno).

El siguiente paso fue escribir unos pequeños textos para acompañar a cada una de las fotografías matemáticas, destacando algún aspecto matemático relacionado con la imagen de la fotografía, labor que realizamos Pedro Alegría, Marta Macho y yo mismo. Además, tuvimos que traducir los textos al euskera y para ello contamos con la colaboración de los matemáticos y amigos Goyo Lekuona y José Ignacio Royo.

Finalmente, el diseño de los paneles de la exposición corrió a cargo de la diseñadora Carla Garrido, que ha realizado un magnífico trabajo.

Dos fotografías generales de la exposición Geometría Natural, en la estación de Abando de Metro Bilbao. Fotografías de Marian Espinosa

 

En lo que resta de entrada daremos un pequeño paseo por la exposición, mostrando algunos de los paneles, con sus fotografías y sus textos.

Empezaremos por el panel de presentación de la exposición, que podéis ver en la siguiente imagen del día que se colocó la exposición para el público (1 de marzo).

Panel de presentación de la exposición Geometría Natural, en Metro Bilbao. Fotografía de Marian Espinosa

 

El texto de ese panel de presentación es el siguiente:

“El libro de la naturaleza está escrito en lenguaje matemático”

(Galileo Galilei)

Dirige tu mirada a una flor, una planta, un animal o un paisaje, y sorpréndete con la geometría presente en la naturaleza. Las matemáticas nos ayudan a comprender el mundo en el que vivimos, pero también a crear un mundo mejor. Ojalá esta exposición provoque tu deseo de saber más, de conocer, de investigar y de descubrir las respuestas a los enigmas que la naturaleza nos propone.

Fotografías del grupo Enfoque Geométrico.

Empecemos nuestro recorrido por el panel de la exposición Geometría Natural correspondiente a la hermosa fotografía de Lucía Morales Giros. Dalia.

Panel de la fotografía Giros. Dahlia, de Lucía Morales, dentro de la exposición Geometría Natural, en Metro Bilbao. Fotografía de Marian Espinosa

 

El texto que acompaña a dicha fotografía llama la atención sobre el sorprendente hecho de que la belleza de una flor pueda estar relacionada con la sucesión de Fibonacci o el número áureo.

Es sorprendente que detrás de la belleza de esta flor esté la sucesión de Fibonacci (1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, …) o el ángulo áureo (137,51º), como explica la filotaxis, la parte de la botánica que se ocupa del estudio de la disposición de hojas, semillas y flores en las plantas.

Otra de las imágenes de la exposición, ahora relacionada con el mundo animal, es la fotografía Arquitectura móvil, de Inmaculada Gutiérrez, que vemos en la siguiente imagen.

Panel de la fotografía Arquitectura móvil, de Inmaculada Gutiérrez, dentro de la exposición Geometría Natural, en Metro Bilbao. Fotografía de Marian Espinosa

 

El texto que nos acerca a las matemáticas relacionadas con esta hermosa fotografía es:

Las espirales son curvas geométricas muy frecuentes en la naturaleza. En procesos naturales de crecimiento, como en la concha del caracol, aparece la conocida espiral logarítmica. Es una curva autosemejante, al crecer el caracol cambia de tamaño, pero no de forma.

Otra imagen que llama la atención es la fotografía Lupa natural, de Pilar Moreno, cuyo texto es el siguiente:

La forma esférica que adoptan de manera natural las gotas de lluvia es consecuencia de la tensión superficial y las matemáticas demuestran que esta es la forma óptima, la que tiene menor superficie para un volumen dado.

Panel de la fotografía Lupa natural, de Pilar Moreno, dentro de la exposición Geometría Natural, en Metro Bilbao. Fotografía de Marian Espinosa

 

Panel de la fotografía Códigos de barras, de Pilar Moreno, dentro de la exposición Geometría Natural, en Metro Bilbao. Fotografía de Marian Espinosa

 

El texto escrito para acompañar a la fotografía Códigos de barras, de Pilar Moreno, que vemos en la anterior imagen, es el siguiente:

¿Por qué algunos animales tienen manchas, como el leopardo y la jirafa, y otros, rayas, como la cebra o el pez cirujano payaso? Las ecuaciones matemáticas llamadas “de reacción-difusión” han sido utilizadas para explicar los patrones de las pieles de los animales.

Otra de las fotografías del mundo vegetal que llama la atención es Cardioide. Brunnera Macrophylla, de Lucía Morales.

Panel de la fotografía Cardioide. Brunnera Macrophylla, de Lucía Morales, dentro de la exposición Geometría Natural, en Metro Bilbao. Fotografía de Marian Espinosa. En esta página de GeoGebra podéis disfrutar de una excelente animación matemática sobre esta fotografía realizada por la matemática Débora Pereiro

 

El texto que hemos escrito para la misma es:

Son necesarias fórmulas matemáticas complejas para representar el contorno natural de algunas plantas. La figura en forma de corazón invertido de la Brunnera Macrophylla presenta además una casi perfecta simetría axial.

Aunque realmente todas las fotografías son impactantes, como lo es también la titulada Geometría tejida, de Pilar Moreno, cuyo texto hace referencia a la teoría de grafos, una teoría matemática con muchas aplicaciones.

Las telas de araña recuerdan a una estructura matemática llamada grafo. Están formadas por hilos (aristas) y nudos (vértices) uniendo esas fibras. Las redes sociales se comportan del mismo modo: cada arista envía información entre nodos conectados.

Panel de la fotografía Geometría tejida, de Pilar Moreno, dentro de la exposición Geometría Natural, en Metro Bilbao. Fotografía de Marian Espinosa

 

Vamos a terminar con una fotografía para la que la matemática Débora Pereiro ha realizado una bella animación con GeoGebra, es Ángulos, giros, hélice. Lupinus Nootkatensis, de Pilar Moreno. Y me gustaría aprovechar para agradecerle a ella y a Juan Antonio Mora su trabajo con GeoGebra animando matemáticamente algunas de las fotografías.

Panel de la fotografía Ángulos, giros, hélice. Lupinus Nootkatensis, de Pilar Moreno, dentro de la exposición Geometría Natural, en Metro Bilbao. En esta página de GeoGebra podéis disfrutar de una excelente animación matemática sobre esta fotografía realizada por la matemática Débora Pereiro

 

Estos son algunos de los paneles de la exposición Geometría Natural expuesta en Metro Bilbao, durante el mes de marzo en la estación de Abando y en abril en la estación de Basauri.

Me gustaría terminar expresando mi agradecimiento a todas las instituciones y a todas las personas, que han sido muchas, que han hecho posible la realización de esta exposición, y de todo el proyecto Marzo, mes de las matemáticas.

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 Exposiciones matemáticas en el metro de Bilbao (I) se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Poesía métrica, ¿de metro?
2. Las dos culturas de las matemáticas: construir teorías o resolver problemas
3. Fractus, arte y matemáticas

Foto: NASA/JPL-Caltech/GSFC

Las reacciones de fusión nuclear son bastante comunes en la naturaleza, aunque no en la Tierra. Son la fuente de la energía generada por el Sol y los miles de millones de estrellas en todo el Universo. En cierto sentido se puede decir que la energía de fusión es la principal fuente de energía de la naturaleza [1]. En las estrellas el confinamiento del plasma lo logra la atracción gravitacional.

Uno de los aspectos más fascinantes de la física nuclear es el estudio de las reacciones de fusión en los diferentes tipos de estrellas. Estas reacciones son las que terminarán formando muchos de los elementos químicos [2]. El Sol es un buen ejemplo.

En el Sol, el proceso de fusión da como resultado la producción de un núcleo de helio a partir de cuatro protones. El resultado neto de las reacciones que tienen lugar se puede escribir como

donde +10e es un «anti-electrón», también conocido como positrón. Esta reacción neta no tiene lugar en un solo paso, sino que se puede llegar a ella a través de diferentes conjuntos de reacciones cuyos resultados netos se resumen en esta ecuación. En cualquier caso la cantidad total de energía liberada es siempre la misma: 26 MeV. La fusión de cuatro protones para formar un núcleo de helio es la principal fuente de energía del Sol.

El hidrógeno y el helio juntos constituyen alrededor del 99% de la masa del Sol, con aproximadamente el doble de H que de He. Afortunadamente, hay suficiente hidrógeno como para que el Sol siga suministrando energía durante varios miles de millones de años más.

¿Mediante cuál de los varios conjuntos posibles de reacciones tiene lugar la transformación del hidrógeno en helio? Tenemos que descartar el proceso directo de colisión de cuatro protones para formar un núcleo de helio no porque sea imposible, sino porque la probabilidad de una reacción así en las condiciones del interior del Sol es demasiado baja. Es decir, puede suceder, pero no con la suficiente frecuencia para generar la cantidad de energía liberada que se observa.

Un conjunto de reacciones más probable es el siguiente: cuando la temperatura es de aproximadamente 107 K, las energías cinéticas son lo suficientemente grandes como para superar la repulsión eléctrica entre los protones y se produce la fusión de dos protones. La reacción nuclear da como resultado un deuterón (hidrógeno-2), un positrón y un neutrino. Tan pronto como se forma el deuterón, reacciona con otro protón, dando como resultado helio-3 y un rayo gamma. Los núcleos de helio-3 se fusionan entre sí, formando partículas alfa y dos protones. En cada una de estas reacciones, se libera energía, lo que da como resultado 26 MeV para el ciclo completo de cuatro protones que dan lugar a un núcleo de helio.

La velocidad de la reacción depende del número de núcleos por unidad de volumen y de la temperatura. Cuanto mayor sea la temperatura, más rápido será el movimiento térmico de las partículas y más frecuentes y enérgicas serán las colisiones. A la temperatura del interior del Sol, que se ha estimado que está entre 10 y 20 millones de grados, las energías cinéticas resultantes del movimiento térmico están en entorno de 1 keV.

Notas:

[1] Decimos en cierto sentido porque existen otras formas de energía, como la energía oscura o, incluso, la atracción gravitatoria de los agujeros negros. Pero no las consideramos.

[2] De aquí viene la expresión “somos polvo de estrellas”, porque los elementos que nos componen se crearon en su mayoría por procesos de fusión en las distintas fases de la vida y muerte de diferentes tipos de estrellas.

[3] Quizás convenga comentar que las reacciones químicas no pueden proporcionar energía a velocidades lo suficientemente grandes (o durante un tiempo lo suficientemente largo) como para explicar la producción de energía en el Sol. Las reacciones de fusión nuclear sí lo logran fácilmente.

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

El artículo Fusión nuclear en el Sol se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Fusión nuclear
2. Energía de enlace nuclear y estabilidad
3. La fusión nuclear como fuente de neutrones eficiente

Paula Oliver Vara

Shutterstock / BonNontawat

 

Cuando pensamos en el tejido adiposo, inevitablemente nos vienen a la mente los impopulares “michelines”, que a día de hoy percibimos como un problema. Sin embargo, debemos tener en cuenta que la capacidad de almacenar como depósitos de grasa el excedente de energía ingerida ha permitido la supervivencia de nuestra especie. Osea, que hay mucho que agradecerle.

El principal reservorio de grasa en nuestro cuerpo es el tejido adiposo blanco, pero existe también un tejido adiposo marrón. Este último tiene una función opuesta, ya que nos permite “quemar” la grasa almacenada, disipando la energía como calor. Eso lo convierte en una interesante diana en la lucha contra la obesidad y sus complicaciones.

El tejido adiposo blanco: una reserva de energía para momentos de necesidad

Los alimentos contienen nutrientes que nos proporcionan la energía (calorías) que nuestro cuerpo necesita para funcionar. Si ingerimos más calorías de las que gastamos no las desaprovechamos, sino que las convertimos muy eficientemente en grasa (triacilglicéridos) que almacenamos en unas células, los adipocitos, que forman el tejido adiposo blanco.

Este reservorio de grasa queda disponible para hacer frente a situaciones de escasez de alimentos, en las que podemos movilizar los triacilglicéridos almacenados para obtener la energía que necesitamos. Por eso la grasa aporta una ventaja evolutiva. O más bien la aportaba hasta hace poco. Porque en la época actual, y a diferencia de lo que ha venido ocurriendo a lo largo de miles de años de evolución, nos encontramos frente a una situación bastante diferente.

En estos momentos, la mayoría de individuos de nuestra especie tiene a su disposición una amplia oferta de alimentos, algunos excesivamente calóricos. Si a los frigoríficos y despensas a rebosar le sumamos que nuestro estilo de vida es cada vez más sedentario, la consecuencia inmediata es que acumulamos grasa en exceso y engordamos.

La grasa subcutánea –esto es, la de los michelines– más característica de las mujeres, es la menos problemática. El mayor riesgo para la salud se asocia a la grasa visceral, que es la que se deposita rodeando a órganos como el hígado, corazón o los intestinos.

Es importante resaltar también que el tejido adiposo no solo sirve como reservorio de energía. Los adipocitos blancos son capaces de producir y liberar a la sangre sustancias bioactivas conocidas como adipocitoquinas, con una importante función reguladora del metabolismo. El problema viene cuando acumulamos demasiada grasa en nuestros adipocitos, porque en ese momento la producción de adipocitoquinas se desregula. Como consecuencia, aumentan los procesos inflamatorios y la resistencia a la insulina, que son el detonante de diversas patologías.

Resumiendo, el acúmulo de grasa corporal en forma de sobrepeso u obesidad ha alcanzado a día de hoy dimensiones de pandemia, y van asociado a enfermedades cardiovasculares y a una larga lista de patologías, incluyendo diferentes tipos de cáncer e, incluso, un mayor riesgo de daño cognitivo.

El tejido adiposo marrón: el tejido capaz de quemar la grasa

Si bien el tejido adiposo blanco es el más abundante, existe otro tipo de tejido adiposo, el marrón. Se distingue porque, en respuesta al frío y otros estímulos, moviliza las reservas grasas y libera energía en forma de calor. El proceso se conoce como termogénesis adaptativa, y resulta muy útil para mantener la temperatura corporal en animales, incluidos los hibernantes. Además, en pequeños mamíferos, la termogénesis adaptativa se pone en marcha también frente a la ingesta de dietas ricas en calorías, lo cual les ayuda a mantener el peso corporal.

En el caso de los humanos, durante muchos años se pensó que el tejido adiposo marrón era importante en recién nacidos para regular la temperatura corporal, pero que desaparecía en adultos. La sorpresa surgió hace poco más de una década, cuando se describió que los humanos mantenemos tejido adiposo marrón en edad adulta que es capaz de activarse para generar calor, utilizando ácidos grasos y glucosa.

Este descubrimiento potenció la aparición de proyectos encaminados a identificar diferentes formas de activar la termogénesis en el tejido adiposo marrón para perder peso, mejorar la salud cardiovascular y pararle los pies a la diabetes. Uno de ellos fue el proyecto europeo DIABAT, que se desarrolló entre el 2011 y el 2015, en el que participaron centros de investigación de 12 países europeos, incluido nuestro grupo de Nutrigenómica y Obesidad de la Universidad de las Islas Baleares.

Las investigaciones continúan avanzando, y son múltiples las evidencias que apuntan a los beneficios de la grasa marrón. Por ejemplo, recientemente se ha publicado que la presencia de tejido adiposo marrón está relacionada con un menor riesgo cardiovascular. Y que podría mitigar las complicaciones asociadas a la obesidad, como la diabetes, hipertensión o niveles de lípidos elevados en sangre.

¿Y si pudiéramos convertir la grasa blanca en marrón?

Aunque lo ideal es no acumular grasa en exceso, la buena noticia es que los depósitos de grasa blanca pueden convertirse en lo que ha venido a considerar un tercer tipo de grasa, la grasa beige.

La transformación forma parte de un proceso conocido como marronización. Resulta interesante porque los adipocitos beige son un tipo de células similares a los adipocitos marrones. Como ellos, expresan la proteína UCP1 o termogenina, y por lo tanto pueden realizar termogénesis. Eso sí, están localizados dentro del tejido adiposo blanco.

La marronización del tejido adiposo blanco se puede inducir con estímulos adecuados, como la exposición al frío. Pero también con fármacos, con determinados nutrientes, e incluso con el ejercicio físico. Esta posibilidad es interesante porque con la conversión de grasa blanca en grasa beige se potenciaría la eliminación de los lípidos y glucosa circulantes. Y al incrementar de esta forma el gasto energético contribuiríamos a mantener el peso corporal y la salud metabólica.

Parece indiscutible que estamos ante un arma muy poderosa para combatir la epidemia mundial de obesidad y de diabetes.

Sobre la autora: Paula Oliver Vara es catedrática de bioquímica y biología molecular en la Universitat de les Illes Balears y co-investigadora principal del grupo de “Nutrigenómica y Obesidad” del CIBER de Fisiopatología de la Obesidad y Nutrición (CIBEROBN)

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

El artículo ¿Blanca, beige o marrón? No toda la grasa corporal es mala se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Resveratrol y pteroestilbeno en el control epigenético de la acumulación de grasa corporal
2. La combinación de dos moléculas marroniza la grasa
3. Grasa parda

Pablo Rodríguez Sánchez

Este no es mi primer artículo de divulgación. De hecho, si las cuentas no me fallan, es mi centésimo décimo quinto. Sin embargo, es el primer artículo de divulgación en el que hablo de mi propia investigación. Para alguien con una verborrea como la mía, semejante timidez y silencio respecto a mi propio trabajo son, cuanto menos, llamativos. Sospechosos incluso. Pero todo tiene una explicación: he pasado tanto tiempo embarrado ocho horas diarias con estos problemas que para cuando les puse las guinda y fueron publicados… ya hacía meses que habían dejado de divertirme.

Un artículo científico, peor aún si trata sobre matemáticas, se acerca mucho a la antítesis de la diversión. Especialmente para el que lo lee. Hace falta mucha habilidad para hacerlo entretenido, habilidad que yo no tengo. Sin embargo, escribir un artículo científico es una actividad humana llena de altibajos, frustraciones y curiosidades. Ingredientes estos no muy diferentes de los que uno puede encontrar en algunas novelas, películas e incluso chistes.

Permítanme que les cuente aquí la intrahistoria de mi artículo, pues esta, al contrario que el frío y técnico contenido, es completamente inédita.

Ascendiendo y descendiendo. M.C. Escher (1960). Litografía. Fuente: Wikimedia Commons

El arte, las matemáticas y yo

Lo reconozco. Hubo un tiempo en el que cada vez que escuchaba juntas las palabras “arte” y “matemáticas” me ponía en guardia. Será que he visto demasiadas películas infumables, demasiadas obras de arte pretenciosas (y a menudo feas), o simplemente que estoy hecho un gruñón.

Digo «hubo un tiempo», en pasado, porque actualmente veo la combinación “arte y matemáticas” con ojos más benévolos. Esto se debe a que este dueto me ha proporcionado muchos buenos momentos en los últimos años. Algunos ejemplos son mi colaboración con el videoartista Johan Rijpma, mis charlas en Naukas, o la historia que hoy les traigo.

Como pez fuera del agua

Permítanme que les ponga en antecedentes. En 2015 comencé un doctorado en matemáticas aplicadas en un departamento de ecología. Esto significaba, entre otras cosas, que tenía que escribir artículos sobre matemáticas que fuesen interesantes para la comunidad ecológica.

La mayoría de ecólogos se pueden clasificar en tres categorías: ecólogos de campo, ecólogos de laboratorio y ecólogos computacionales. O si lo prefieren, ecólogos de bota, de bata y de byte. Los ecólogos suelen tener formación en biología, y cualquier suposición sobre su interés por las matemáticas está abocada al fracaso: este puede ir desde casi nulo a altísimo.

Todo esto plantea una dificultad enorme desde el punto de vista de la comunicación: ¿cómo abordar los problemas matemáticos de la ecología sin perder ni aburrir a nadie? En este otro artículo, publicado en esta misma casa, ofrezco algunos consejos generales. Pero permítanme ir de lo general a lo particular, y explicar cómo el arte me echó una mano en cierta ocasión.

La estabilidad como paisaje

Uno de estos problemas de comunicación interdisciplinar es el siguiente: en ecología aparecen de forma bastante natural conceptos procedentes de la teoría de sistemas dinámicos. Hablo de conceptos como ecuación dinámica, clasificación de equilibrios o teoría de bifurcaciones.

Para los matemáticos, los sistemas dinámicos no son nada más (ni nada menos) que unas reglas, normalmente en forma de ecuaciones, que dictan cómo debe moverse un punto. Ese punto puede representar muchas cosas. Una temperatura a lo largo del año, los ahorros presentes en una cuenta bancaria, la cantidad de peces que viven en un lago, etcétera. En definitiva, cualquier cosa que pueda medirse y cambie en el tiempo. Si las reglas están bien fundadas, podemos usarlas nada menos que para predecir la evolución futura de la variable bajo estudio. Un buen ejemplo son los problemas de mecánica, donde conociendo las fuerzas que actúan sobre un objeto podemos calcular cómo se moverá este.

Estos puntos, según cual sea el problema, pueden moverse por una línea recta, por un plano, por el espacio tridimensional, o por inimaginables hiperespacios de cuatro o más dimensiones. Todo depende del número de variables que estemos estudiando (una temperatura, las poblaciones de dos especies de peces, las tres dimensiones de un objeto en movimiento, etc).

Una manera muy habitual de introducir estos conceptos, que ha demostrado su eficacia en innumerables ocasiones, es usando algo que la comunidad ecológica llama stability landscape o ball-in-a-cup diagram (lo que podríamos traducir libremente como «paisaje de estabilidad» o “diagrama de la bolita en el vaso»; no me miren así, yo no les he puesto esos nombres). La idea consiste en construir una curva sobre la cual una bolita se deja rodar, de modo que la forma de la curva, la forma del «paisaje», nos indica cómo ha de moverse1. Al fin y al cabo la teoría de sistemas dinámicos, recordemos, trata de describir cómo se mueve un punto… y dejar rodar una bolita es, en principio, una manera como otra cualquiera de mover un punto de acá para allá. La idea es muy gráfica y explota nuestra natural intuición respecto al movimiento. Ahí radica su fuerza.

Si, además, permitimos que la forma de los «paisajes» cambie en respuesta a condiciones externas (como temperatura, pH, salinidad, …), estas metáforas gráficas pueden usarse para ilustrar conceptos bastante avanzados, como los de estabilidad, bifurcación, o histéresis (ver ejemplo en la figura, y más aquí).

La parte superior de la figura muestra el «paisaje» correspondiente a un sistema dinámico para 5 valores diferentes de las condiciones externas. La parte de abajo muestra, en verde, el diagrama de bifurcación correspondiente, donde los puntos sólidos representan equilibrios estables (correspondientes al fondo de un «valle») y los vacíos equilibrios inestables (correspondientes a una «cresta»). Obsérvese como no sólo la posición, sino también el número de puntos de equilibrio varía con las condiciones externas. Una de las consecuencias de esto es que, para ciertas condiciones externas, el comportamiento del sistema puede cambiar de manera drástica.

Es posible que el lector se haya dado cuenta de que estos «paisajes» se parecen mucho al concepto de potencial en mecánica clásica. De hecho, son casi lo mismo2.

Pedir peras al olmo

Utilizar aproximaciones y analogías gráficas tiene sus ventajas y sus peligros. Algunos, incluso, son ventaja y peligro a la vez. El hecho de que las cosas parezcan más sencillas de lo que realmente son es una de estas ventajas peligrosas.

Muchos biólogos trabajan con sistemas dinámicos de dos variables. Por ejemplo, una coordenada x describiendo una especie de pez, y la coordenada y describiendo a otra. A menudo los peces x se comen a los peces y. ¿Y si usamos estos “paisajes de estabilidad” en modelos con dos (o más) variables? Si una bola rodando sobre curva nos sirve representar la dinámica de una variable, una bola rodando sobre una superficie nos servirá para representar la dinámica de dos variables, ¿no?

En principio no parece mala idea, pero cualquiera que lo intente no tardará en encontrarse en un callejón sin salida. Lo que funciona de maravilla para una variable se convierte en una pesadilla cuando se intenta aplicar a dos o más. En el mejor de los casos, el «paisaje» puede calcularse para algún subcaso muy concreto. En el peor, alguien propondrá un método nuevo, cada cual más complicado y difícil de interpretar que el anterior.

Y es que, aunque en principio usar superficies como “paisajes de estabilidad” puede parecer una buena idea, resulta no serlo. Los motivos últimos son sutiles, y requieren de herramientas con nombres tan poco atractivos como campo irrotacional o teorema del gradiente. Meterme en ese barrizal en un artículo de ecología hubiera sido de un mal gusto intolerable. Pero entonces, ¿cómo abordar el problema?

Aquí es dónde, por fin, el arte vino en mi ayuda. Imaginemos, me dije, un sistema dinámico con estas dos características:

• Tiene dos variables: nuestro punto (x,y) se mueve por un plano.
• Describe una oscilación: el punto describe una trayectoria cerrada, una y otra vez.

Tratemos ahora de imaginar una superficie tal que la bolita, en su constante descenso, dé vueltas y vueltas eternamente en una curva cerrada, sin dejar de rodar hacia abajo. ¿Qué aspecto tendría esa superficie? Intentemos imaginarla. A ojo, sin teoremas ni campos ni derivadas, ¡imaginación al poder! Y hete aquí que, por poder, podemos imaginarla. Y en gran medida, gracias a las extrañas superficies popularizadas por el artista M.C. Escher.

Podemos imaginarla, pero es una superficie que hace saltar todas nuestras alarmas. Algo tiene, algo le pasa, algo no cuadra, es una superficie… imposible. Y lo es, vaya si lo es. Resulta que desde el principio estábamos intentando pedirle peras al olmo. O subir las escaleras de Escher. ¡Con razón la cosa se ponía difícil!

¿Nada más?

Es posible que al lector más acostumbrado a la literatura científica el contenido de este post se le antoje corto para un artículo de investigación. Y llevará razón. El artículo original va más allá de lo que esta pequeña pieza de divulgación pretende (y debe) cubrir. Concretamente, añade un algoritmo para evaluar cuándo y dónde podemos usar estos paisajes de estabilidad en sistemas multidimensionales.

¿Algoritmo has dicho?, o sea, ¡que al final sí que te metiste en berenjenales matemáticos! En efecto… no me quedó más remedio. Diré en mi defensa que, esta parte, la de métodos, intenté hacerla lo más digerible posible. En este caso no fue el arte, sino la ingeniería de software quien vino en mi ayuda. Me explico: además de detallar cómo funciona el algoritmo, lo programé lo mejor que pude, lo empaqueté y lo puse pública y abiertamente a disposición de quien quiera usarlo, mejorarlo o incluso poner a prueba que lo que digo en mi artículo es correcto.

En mi opinión esto es una buena idea por muchos motivos. Además de los obvios (reproducibilidad, comodidad, …) también aporta una ventaja desde el punto de vista de la comunicación: permite a los lectores menos afines a las matemáticas utilizar el algoritmo sin necesidad de bucear demasiado en los detalles.

Para acabar, una reflexión suelta

Escribiendo este artículo tuve el raro honor de citar una publicación antiquísima, concretamente del año 1777. Cuando pensamos en investigación multidisciplinar, tendemos a dar por sentado que los «puentes» que quedan por tender entre disciplinas serán pocos y seguramente muy recientes. Sin embargo, queda claro que aún quedan puentes por tender, incluso, desde los fundamentos.

Y esta es la historia de mi artículo. La parte interesante. Creo. Es, en fin, lo que ningún editor de una revista académica aceptaría. Es también lo que le contaría a un amigo si me insistiese en que hablase del tema durante una cena o tomando unas cervezas.

Notas:

1 En esta otra entrada mostramos algunos ejemplos.

2 ¿Por qué casi?, pues porque el potencial mecánico se relaciona con la derivada segunda del estado, mientras que aquí estamos vinculando los “potenciales” a la derivada primera. Aún así, existe otra analogía mecánica, esta sí, impecable: el movimiento de una bolita en un potencial mecánico al sumergida en un medio viscoso.

Sobre el autor: Pablo Rodríguez Sánchez es doctor en matemáticas aplicadas e ingeniero de software de investigación en el Netherlands eScience Center (Amsterdam, Países Bajos)

El artículo El día que el arte me ayudó a escribir un artículo de matemáticas se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Historia de cómo el VIH ayudó a derribar el dogma central de la biología molecular
2. Cómo leer un artículo científico
3. Cuadrados latinos, matemáticas y arte abstracto