Cuaderno de Cultura Científica

Siempre me ha gustado una anécdota del matemático francés Blaise Pascal (1623-1662) del periodo de su vida en el que abandonó la ciencia y se dedicó por completo a Dios, pero se le cruzaron en el camino un dolor de muelas y la cicloide. En esta entrada del Cuaderno de Cultura Científica me gustaría contaros esta anécdota, junto con otra sobre su precoz talento para las matemáticas, y en particular, para la geometría.

Grabado del matemático Blaise Pascal (1623-1662), realizado por el grabador Goulou. Fuente: Bibliothèque Interuniversitaire de Santé/Wikimedia Commons

Blaise Pascal nació el 19 de junio de 1623 en Clermont, hoy en día Clermont-Ferrand, (Francia). Su padre fue Etienne Pascal (1588-1651), jurista francés que fue consejero del rey por la Baja Auvernia, vicepresidente de la Cour des aides, una corte suprema encargada de los impuestos y otros temas fiscales, de Clermont y posteriormente, presidente de la Cour des aides de Normandia, quien además hizo sus pinitos en matemáticas, como el estudio de la curva llamada “el caracol de Pascal”. Su madre, Antoinette Begon, murió cuando Blaise tenía tan solo tres años, tras el nacimiento de su hermana Jaqueline. Tenía otra hermana, Gilberte, tres años mayor que Blaise.

Obra “Caracol de Pascal” (2017), de la serie MathArt (Wiskunst), del artista holandés Bart Mulckhuijse

Se tiene mucha información sobre la niñez del matemático Blaise Pascal debido a que su hermana Gilberte, de casada Gilberte Périer, escribió una biografía sobre su hermano. Por ejemplo, sabemos que su padre se encargó de la educación de sus tres hijos, y muy especialmente de la de Blaise. Así, Gilberte escribió, como se recoge en el libro Blaise Pascal: la certeza y la duda,

“…al morir mi madre en 1626, cuando mi hermano no tenía más que tres años, mi padre, al quedarse solo, se entregó con mayor dedicación al cuidado de la familia; y como Blaise era su único hijo varón, esta cualidad y las demás que en él observó [las grandes pruebas de inteligencia que observó en él] le llenó hasta tal punto de afecto paternal que decidió no encargar a nadie la tarea de su educación y tomó la resolución de instruirle él mismo, como en efecto hizo, pues mi hermano no tuvo nunca otro maestro que mi padre…”

Más aún, en 1631, Etienne decidió marcharse con sus dos hijas y su hijo, que tenía 8 años, a vivir a París, pensando especialmente en la educación de su hijo varón.

Blaise era un niño enfermizo por lo que su padre decidió darle una educación más clásica, centrada en las lenguas y la filosofía, y alejada completamente de las matemáticas, con el objetivo de mantenerlo en una relativa tranquilidad y no forzar su salud. Más aún, Etienne evitaba hablar de matemáticas en presencia de su hijo, incluso cuando sus amigos (entre ellos estaba, por ejemplo, el matemático Gilles Personne de Roberval o Marin Mersenne) le visitaban en casa. Pero la prohibición de incluir las matemáticas en su educación, solo consiguió despertar en Blaise la curiosidad por las mismas, y terminó preguntándole a su padre, cuando tenía 12 años, sobre la geometría. Etienne le explicó, según narra Gilberte en su bografía, que “… en general, [la geometría] es el medio de construir las figuras exactas y de encontrar las proporciones entre ellas”, pero le prohibió volver a hablar, o pensar, sobre el tema.

“Alegoría de la geometría” (1649), del pintor francés Laurent de la Hyre (1606-1656)

Estimulado por la descripción que su padre hizo de la geometría, y a pesar de su prohibición, Blaise empezó a estudiarla a escondidas en su habitación. Descubrió por su cuenta muchas propiedades de figuras geométricas, por ejemplo, que la suma de los ángulos de un triángulo es lo mismo que dos ángulos rectos, es decir, 180º. Según Howard W. Eves, esto fue realizado después mediante algún proceso que consistía en el plegado de un triángulo de papel, del estilo de plegar los vértices del triángulo sobre el centro de una circunferencia inscrita en el triángulo o el plegado de los vértices sobre uno de los lados del triángulo, procesos que se muestran en la siguiente imagen.

Cuenta la hermana mayor de Blaise que como tampoco conocía los términos matemáticos de los objetos geométricos que estudiaba, se fue inventando los nombres de los mismos. Por ejemplo, al círculo le llamó “aro” y a la línea recta “barra”.

Cuando su padre le sorprendió estudiando las figuras geométricas y vio los resultados que había obtenido por su cuenta lloró de alegría al ver la capacidad que tenía su hijo para las matemáticas. Entonces le regaló una copia del gran libro de las matemáticas griegas Los Elementos del matemático Euclides (aprox. 325 – 265 a.c.), un compendio de todo el saber geométrico, aunque también de aritmética y álgebra, de la matemática griega y que fue el libro de texto de matemáticas por antonomasia durante más de dos mil años, que devoró rápidamente con gran placer.

A la edad de 14 años ya empezó a participar, con su padre, en las reuniones de un grupo de matemáticos de París, organizadas por el matemático Marin Mersenne (1588-1648), conocida como la “Academia de Mersenne” y germen de lo que sería la Academia de Ciencias de París, fundada en 1666. Con tan solo 16 años, escribió su Essai pour les coniques –Ensayo sobre las cónicas- (1640), un artículo con una única página que contenía uno de los grandes resultados geométricos de la historia de las matemáticas, hoy en día un resultado clásico de la geometría proyectiva, el conocido como teorema de Pascal o como lo denominó el joven Pascal, el hexagrama místico.

Teorema de Pascal: Sean A, B, C, X, Y, Z seis puntos sobre una cónica Q del plano proyectivo. Si las líneas AY, BZ, CX intersecan a las líneas BX, CY, AZ, respectivamente, entonces los tres puntos de intersección son colineales, es decir, pertenecen a una misma recta (que se suele denominar recta de Pascal).

El resultado también se puede formular de la siguiente forma: si un hexágono (que puede ser estrellado, como en la imagen anterior) está inscrito en una cónica del plano proyectivo, entonces los puntos de corte de las rectas que continúan a los lados opuestos del hexágono son colineales, de ahí el nombre de “hexagrama místico” (de Pascal).

Cuando Pascal tenía 18 o 19 años inventó la primera calculadora mecánica, la pascalina, que funcionaba con ruedas y engranajes. Después de realizar muchos prototipos, la pascalina fue presentada en público en 1645.

Pascalina, calculadora mecánica diseñada por Blaise Pascal, con seis rodillos, conservada en el Museo de artes y oficios de París y firmada personalmente por el matemático francés. Fotografía de David Monniaux / Wikimedia Commons

Blaise Pascal de interesaría después, hacia 1648, por el estudio de la hidrostática, demostrando la existencia de la presión atmosférica mediante el experimento de Puy-de-Dôme, confirmando la teoría y los ensayos del físico y matemático italiano Evangelista Torricelli (1608-1647) o la ley de Pascal sobre los vasos comunicantes, es decir, el estudio de la presión ejercida por un fluido.

Hacia 1653, el caballero de Méré, amigo de Blaise, le planteó algunas cuestiones como la siguiente. Supongamos que dos jugadores de dados determinan jugarse un cierto dinero a apostar quien saca mejor puntuación después de un número dado de partidas, por ejemplo siete, pero el juego se interrumpe antes de esas siete partidas ¿Cómo debería repartirse el dinero apostado si, por ejemplo, uno ha ganado tres partidas y el otro una? Pascal le escribió al matemático (en realidad jurista) francés Pierre de Fermat (1607-1665) sobre estas cuestiones y la correspondencia entre ambos se considera hoy en día el origen de la teoría de probabilidades.

En 1654 publicaría varias obras estudiando otras cuestiones matemáticas, entre ellas el Traité du triangle arithmétique en la que estudia el famoso triángulo de Pascal, que es la representación de los coeficientes binomiales en forma triangular o el Traité des ordres numériques acerca de los órdenes de los números.

En el libro “El diablo de los números” (Siruela, 1988), de Hans Magnus Enzensberger, se explica el triángulo de Pascal y algunas de sus interesantes propiedades. Estas dos ilustraciones pertenecen al libro, la primera es el triángulo de Pascal en el cual cada número es la suma de los dos inmediatamente por encima, y en la segunda se muestran los patrones triangulares que aparecen cuando solo se muestran los números pares

Pero en otoño de 1654 Blaise Pascal sufre una profunda depresión. Su padre había muerto en 1651 y su hermana Jaqueline había ingresado en un convento. Entonces, se produce su conversión religiosa, tras un “accidente de tráfico”.

La noche del 23 de noviembre de 1654 Blaise Pascal iba dando uno de sus habituales paseos en coche de caballos al Pont de Neully. Al entrar en el puente los caballos se espantaron saltando el muro del mismo, pero antes de que estos en su caída arrastraran al carruaje, y a Blaise que estaba dentro, los enganches cedieron, quedando el carruaje, y en consecuencia también su pasajero, sobre el puente. El matemático se salvó de milagro.

Pascal vio este suceso como un mensaje de Dios y experimentó una especie de éxtasis religioso (esa misma noche del 23 de noviembre escribió su pensamiento sobre la experiencia en un texto de una hoja conocido como el Memorial, que está plagado de menciones a Dios), abandonando a partir de ese momento las matemáticas y la ciencia, para dedicarse por entero a la teología.

En ese periodo de tiempo dedicado a la religión escribe sus obras Lettres provinciales –Cartas provinciales- (1656-57) y los Penseés –Pensamientos- (se publicaría póstumamente en 1669), una defensa de la religión cristiana y una reflexión sobre el ser humano.

Memorial de Blaise Pascal, del 23 de noviembre de 1654. Bibliothèque Nationale de France / Wikimedia Commons

Pascal había abandonado completamente el estudio de las matemáticas. Pero ocurrió que una noche de 1658 sufría un terrible dolor de muelas, o quizás uno de los primeros dolores de cabeza que serían permanentes en sus últimos años de vida, y para intentar distraerse del dolor que sufría decidió dedicarse al estudio de la curva cicloide. La cicloide es la curva geométrica que describe un punto de una circunferencia que rueda sobre una línea recta.

La cicloide. Fuente: LaTeX Stack Exchange

Mientras trabajaba esa noche en la cicloide, el dolor de muelas cesó, lo cual fue interpretado por Pascal como que el estudio de las matemáticas no desagradaba a Dios y volvió de nuevo a dedicar parte de su tiempo a la investigación científica.

Por desgracia, en 1659 la salud de Blaise Pascal se deterioró mucho, por lo que tuvo que abandonar definitivamente el estudio de las matemáticas. Finalmente, el 19 de agosto de 1662, a la edad de 39 años, murió este gran científico, del que siempre se ha especulado sobre lo mucho que podría haber hecho, dado su gran talento para las matemáticas, si su vida hubiese transcurrido de otra forma. A pesar de ello, a Pascal le debemos grandes contribuciones a las matemáticas y la ciencia en general, y es uno de los grandes personajes de la historia de las matemáticas.

“Cicloides” (2004), del artista estadounidense Michael Schultheis

Bibliografía

1.- Howard W. Eves, Mathematical Circles (volume I), MAA, 2003.

2.- Carl B. Boyer, Historia de la matemática, Alianza Universiadad Textos, Alianza, 1992.

3.- Francisco Díez Del Corral, Blaise Pascal: la certeza y la duda, Vision Libros, 2009.

4.- Gilberte Périer, La vie de Monsieur Paschal, escrite par Madame Perier, sa sœur, femme de Monsieur Perier, conseiller de la Cour des Aides de Clermont, 1663. Este libro se puede consultar on line en wikisource

5.- Raúl Ibáñez, Cayley, el origen del álgebra moderna, Genios de las Matemáticas, RBA, 2017.

6.- Página web del artista Michael Schultheis

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 Blaise Pascal, Dios y la cicloide se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Triangulando: Pascal versus Sierpinski
2. La traba de Pascal: geometría proyectiva y literatura
3. Matemáticas y mundo físico (y III): los pensamientos de dios

Sangre desoxigenada, a la izquierda, frente a sangre oxigenada, derecha.

El oxígeno se combina con la molécula del pigmento respiratorio uniéndose a sus átomos metálicos. En las hemoglobinas, por ejemplo, hay cuatro grupos hemo y en cada uno de ellos, un átomo de hierro, con cada uno de los cuales puede combinarse una molécula de oxígeno, aunque esas proporciones son diferentes en otros pigmentos. El grado de oxigenación del pigmento es una función de la tensión parcial del oxígeno (tO2) en la sangre, hemolinfa o medio respiratorio de que se trate.

La tensión parcial de un gas disuelto en un medio líquido es, por definición, la presión parcial que tiene ese gas en la fase atmosférica con la que ese líquido se encuentra en equilibrio. Eso no quiere decir que para poder referirnos a una determinada tensión parcial el líquido en el que se encuentra disuelto el gas haya de estar en equilibrio con una fase atmosférica, sino que su tensión parcial es la presión parcial que tendría el gas en una atmósfera con la que hipotéticamente se encontrase en equilibrio. Y aunque, para una presión parcial determinada, la concentración de un gas disuelto puede variar en función de la temperatura y de la presencia y concentración de otros solutos, en condiciones fisiológicas normales la tensión parcial de un gas es proporcional a su concentración. Por lo tanto, el grado de oxigenación de un pigmento respiratorio es una función de la concentración de oxígeno disuelto en la sangre. Analizaremos ahora la naturaleza de la dependencia entre el grado de oxigenación del pigmento (magnitud que expresaremos como porcentaje de saturación) y la tensión parcial de oxígeno en el medio circulatorio. En lo sucesivo solo nos referiremos a la hemoglobina (Hb).

La concentración de hemoglobina combinada con el oxígeno [HbO2] es proporcional al producto de la concentración de hemoglobina no combinada [Hb] y de la concentración de oxígeno [O2], de manera que [HbO2] = K [Hb] [O2], siendo K un coeficiente denominado constante de equilibrio.

El porcentaje de saturación (y) es la fracción porcentual de hemoglobina combinada con respecto a la hemoglobina total (la suma de la combinada y la no combinada); o sea,

y = 100 · [HbO2]/{[Hb] + [HbO2]},

por lo que

y = 100 · K [Hb] [O2]/{[Hb] + K [Hb] [O2]};

de donde

y = 100 · K [O2]/{1 + K [O2]},

y dado que como antes se ha dicho, tO2 es proporcional a [O2], tenemos que

y = 100 · K tO2/(1+tO2).

Curva teórica de disociación de la hemoglobina

Esa expresión define la denominada curva de disociación (o de saturación) del pigmento; es una función hiperbólica con un valor asintótico de 100. La ecuación nos dice que (1) a bajas tensiones parciales de oxígeno la probabilidad de que una molécula del gas se combine con una molécula de hemoglobina es muy alta, porque la mayor parte de los átomos metálicos de los grupos hemo se encuentran disponibles para ello, pero que (2) conforme aumenta la tensión parcial y las moléculas de hemoglobina van combinándose con las de oxígeno, cada vez quedan menos átomos metálicos disponibles, por lo que es necesario que haya cada vez más moléculas de oxígeno en disolución (mayor tO2) para que siga aumentando la fracción del pigmento combinado. Al tratarse de una curva asintótica, nunca se alcanza el 100%, o sea, nunca se satura el pigmento en su totalidad.

El valor de K refleja la propensión que tiene el pigmento a combinarse con el oxígeno. Cuanto más alto es ese valor con mayor facilidad se combinan ambos y más difícil resulta para el oxígeno desprenderse del pigmento. Por eso, un pigmento cuya curva de disociación tiene un valor alto de K, capta oxígeno con facilidad y lo cede difícilmente. Gráficamente estaría representado por una curva hiperbólica que se aproxima rápidamente al valor de 100.

En pigmentos reales, sin embargo, las cosas son algo más complejas. En multitud de ocasiones se ha comprobado experimentalmente que la curva de disociación, más que hiperbólica, es sigmoidea; o sea, tiene forma de s. Y matemáticamente viene expresada por la denominada ecuación de Hill:

y = 100 x K tO2n/(1+tO2n),

que es similar a la anterior, pero en la que el término independiente (tO2) viene afectado por una potencia, n, que es el coeficiente de sigmoidicidad. Cuando n vale 1, tenemos la curva de disociación anterior. Y si toma valores superiores se trata de curvas sigmoideas; o sea, curvas con una primera fase de elevación relativamente lenta pero creciente para valores bajos de tO2, una segunda de elevación más rápida, y la tercera de aproximación asintótica al valor de 100.

Curvas de disociación de la mioglobiba (hiperbólica) y de la hemoglobina (sigmoidea, con forma de “s”)

La sigmoidicidad se produce como consecuencia de la existencia de fenómenos de cooperatividad. Al unirse una molécula de O2 a la molécula de hemoglobina, se altera levemente la conformación de esta y facilita, como consecuencia, las subsiguientes combinaciones. Eso explica que a muy bajos valores de tO2 la curva ascienda lentamente, porque la molécula de O2 que se une a la hemoglobina con mayor dificultad es la primera, pero una vez combinada esta, las siguientes lo hacen con facilidad creciente, razón por la cual la curva pasa a elevarse rápidamente a tensiones parciales de oxígeno intermedias, hasta aproximarse a los valores cercanos a 100, en los que el crecimiento es necesariamente lento y decreciente. La potencia n refleja la intensidad de las interacciones que dan lugar a la cooperatividad, de manera que cuanto mayor es, más intensa es esa cooperatividad y la curva de disociación es más sigmoidea.

Una noción clave en el estudio de los pigmentos respiratorios es la de “afinidad” del pigmento por el oxígeno. Nos hemos referido a esta noción de pasada antes, sin nombrarla. La afinidad de un pigmento refleja la intensidad con la que se combina con el oxígeno o, expresado en otros términos, la propensión o facilidad para combinarse. Un pigmento de alta afinidad se combina con el O2 con facilidad y se desprende con dificultad. O sea, capta oxígeno muy fácilmente y le cuesta cederlo. Por ello, a bajas tensiones parciales de oxígeno gran parte del pigmento se encuentra combinado en un gran porcentaje; lo contrario ocurre con un pigmento de baja afinidad. No hay un parámetro que mida directamente esa característica, aunque suele utilizarse el denominado p50, como indicador. El p50 es el valor de tensión parcial de oxígeno al que el pigmento ha alcanzado el 50% de su valor de saturación.

Quien haya llegado hasta aquí quizás piense que lo lógico es que un buen pigmento respiratorio tenga una gran afinidad por el O2. En la próxima anotación podrá comprobar que esa idea es incorrecta.

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

El artículo Sistemas respiratorios: la curva de disociación de un pigmento respiratorio se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Sistemas respiratorios: los pigmentos respiratorios
2. Sistemas respiratorios: distribución de los pigmentos
3. Sistemas respiratorios: los límites a la difusión de los gases

La dilatación del tiempo explica por qué en la Estación Espacial Internacional el tiempo va más lento, con un retraso de 0,007 segundos cada seis meses.

¿Cuánto más lento parece un reloj que se mueve respecto de un observador? La relación exacta entre el intervalo de tiempo transcurrido registrado por un reloj que está estacionario con respecto al observador (Mónica) y el intervalo de tiempo transcurrido para el mismo fenómeno medido por alguien que observa el reloj en movimiento a una velocidad constante v (Esteban), la relatividad del tiempo, viene dada por una ecuación muy sencilla,

Δte = Δtm /√(1-v2/c2).

Lo que puede hacer que la ecuación para la dilatación del tiempo parezca complicada es el término en la raíz cuadrada, que es el que contiene gran parte de la física. Sin embargo, es muy simple. El símbolo c es la velocidad de la luz en el vacío, y v es la velocidad del reloj que se mueve en relación con el observador que mide el intervalo de tiempo transcurrido Δte. Para los objetos reales, no imaginarios, v es siempre menor que c. Por lo tanto, v/c es siempre menor que uno y, por consiguiente, también lo es v2/c2. Como v2/c2 se resta de 1, el resultado de esta resta siempre es un número positivo menor que 1. La raíz cuadrada de un número positivo menor que 1 es siempre un numero menor que uno [1]. De ahí que podamos afirmar que si Mónica se mueve, esto es, para una velocidad v no nula, Δte será mayor que Δtm. En otras palabras, el tiempo pasa más rápido para Esteban que está estacionario observando cómo Mónica se mueve a velocidad v, o, visto de otra manera, Esteban observa que el reloj en movimiento que acompaña a Mónica se mueve más lentamente. Obviamente, si v = 0 entonces Δte = Δtm, esto es,dos observadores en reposo uno respecto al otro miden el mismo paso del tiempo.

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¿Qué sucede a velocidades muy altas?

Asumamos que la velocidad del reloj en movimiento (o cualquier proceso repetitivo) es extremadamente alta, digamos 260,000 km/s, relativa a otro marco de referencia inercial. La velocidad de la luz c en el vacío es constante y, redondeando, de 300,000 km/s. Cuando el reloj en movimiento registra un intervalo de tiempo de 1 s en su propio marco inercial (Δtm = 1 s), ¿cuál es el intervalo de tiempo para alguien que mira el reloj pasar a la velocidad de 260,000 km/s? Resolvamos la ecuación Δte = Δtm /√(1-v2/c2) paso a paso:

v/c = 260.000/300000 = 0,867

v2/c2 = [0,867]2 = 0,75

1 – 0,75 = 0,25

√0,25 = 0,5

Por lo tanto, como Δtm = 1 s,

Δte = Δtm/ 0,5 = 1s /0,5 = 2 s

Este resultado dice que un reloj que se mueve a 260,000 km/s y que registra un intervalo de 1 s en su propio marco inercial, a un observador en reposo en relación con el reloj le parece que va muy lento. Mientras la persona que viaja con el reloj registra un intervalo de 1 s, el observador en reposo medirá (con respecto a su propio reloj) el doble de tiempo, 2 s. Recordemos que el reloj no parece ralentizarse en absoluto a la persona que se mueve con el reloj; pero para el observador externo el intervalo de tiempo se dilata considerablemente.

¿Qué sucede a velocidades ordinarias?

Es de señalar que en la situación anterior obtenemos un efecto de dilatación del tiempo de “solo” dos veces con una velocidad relativa de 260,000 km/s, casi el 87% de la velocidad de la luz. Para velocidades mucho más bajas, el efecto disminuye muy rápidamente, hasta que a velocidades ordinarias no es apreciable salvo en experimentos muy delicados.

Por ejemplo, veamos una situación de la vida real, digamos un reloj marcando un intervalo de 1 s dentro de un avión a reacción, volando a la velocidad del sonido de aproximadamente 0.331 km/s. ¿Cuál es el intervalo de tiempo correspondiente observado por una persona en reposo en tierra? Si repetimos la operativa, tenemos:

v/c = 0,331/300000 = 1,10 ·10-6

v2/c2 = [1,10 ·10-6]2 = 1,22 ·10-12

1 – 1,22 ·10-12 = 0,99999999999878

√0,99999999999878 = 0,99999999999938

Por lo tanto, como Δtm = 1 s,

Δte = Δtm/ 0,99999999999938 = 1s /0,99999999999938 = 1,00000000000061 s

Con una cantidad tan increíblemente pequeña de dilatación del tiempo, no es de extrañar que este efecto nunca se hubiese observado antes. Debido a que el efecto es muy pequeño, la física de Newton todavía es útil para el mundo cotidiano de las velocidades normales para el que se construyó. Es falso afirmar (Einstein jamás dijo nada parecido) que la teoría de la invariancia [2] demuestre que la física de Newton deja de ser válida; tan falso como afirmar que los calibres (pies de rey) demuestren que los metros de carpintero no sirven, lo que ocurre es que sirven a determinada escala.

En cualquier caso, la dilatación del tiempo en los relojes en movimiento está ahí, y de hecho fue confirmado en un famoso experimento que involucraba un reloj atómico muy preciso que volaba alrededor del mundo en un avión de pasajeros. Si bien se vuelve significativo solo a velocidades relativas cerca de la velocidad de la luz, que es el caso en experimentos de laboratorio de alta energía y en algunos fenómenos astrofísicos, también es importante en medidas de precisión que toman mucho tiempo. Así, los satélites del sistema GPS se desplazan a 4 km/s, lo que representa una ralentización de 7 microsegundos por día, solo debido al efecto que hemos visto [3]; este efecto debe tenerse en cuenta en el diseño.

Notas:

[1] Estrictamente la raíz cuadrada de un número no es unívoca, no da un solo resultado, sino dos, uno positivo y otro negativo. Así la raíz cuadrada de 4 es tanto +2 como -2, ya que tanto (+2)·(+2) como (-2)·(-2) dan 4. En este caso descartamos la raíz negativa por carecer de sentido físico.

[2] Popularmente, teoría de la relatividad.

[3] Existe también un efecto debido a la relatividad general. Ambos efectos combinados harían que los observadores de la Tierra vieran los relojes de los satélites GPS 38 microsegundos por día más rápidos que los relojes en la Tierra (en el satélite la atracción gravitatoria es menor que en la superficie del planeta y el reloj “corre más” compensando el efecto debido a la velocidad relativa). Las posiciones calculadas por GPS se desviarían rápidamente, acumulándose unos nada despreciables ¡10 kilómetros por día!. Esto se corrige en el diseño del GPS.

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

El artículo La relatividad del tiempo (2) se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. La relatividad del tiempo (1)
2. El principio de relatividad (y 4): la versión de Einstein
3. El principio de relatividad (3): la invariancia de Galileo

Haydée Valdés González

A menudo tengo la sensación de que buscando acercar la Ciencia a la sociedad y pretendiendo que la ciudadanía “pierda el miedo” a la Ciencia y se sienta más atraído y predispuesto hacia ella, recurrentemente se deja entrever el mensaje de que “la Ciencia es fácil y divertida”.

Sin embargo, este eslogan puede ser un arma de doble filo. Permítanme que me explique.

En lo que a la “facilidad” de la Ciencia se refiere, es necesario hacer hincapié en tres aspectos fundamentales: la asimilación de los contenidos científicos, el ejercicio de la Ciencia y el espíritu investigador.

En primer lugar, en lo que a los contenidos científicos se refiere, es importante aclarar que, ciertamente, el conocimiento científico es comprensible para todo aquella persona que lo desee pero creo que es importante matizar que no es, necesariamente, fácilmente comprensible. Al contrario, suele ser difícilmente comprensible puesto que requiere de mucho esfuerzo y muchas horas de dedicación al estudio para poder asimilarlo correctamente.

Lo que ocurre entonces es que para “hacer fáciles los contenidos científicos” y poder transferir conocimiento a la sociedad muchas veces se ha de recurrir a una simplificación excesiva de dichos contenidos científicos. Esta acción, como todo en la vida, tiene sus ventajas e inconvenientes. En esta ocasión me gustaría centrarme en los inconvenientes.

Presentar la Ciencia a través de conceptos demasiado simples o, bien, presentar la Ciencia a través de conceptos muy complejos de forma simple, probablemente deja al espectador con un dulce sabor de boca pero también con grandes lagunas de conocimiento y posiblemente engañado al creer que, en unos pocos minutos, ha logrado comprender teorías o conceptos científicos que en realidad son muy complejos.

Al permitir que el ciudadano se marche a su casa con la sensación general de que “la Ciencia es fácil”,se corre el gravísimo riesgo de que éste no sepa poner en verdadero valor a la Ciencia y no la perciba como lo que realmente es, un proceso que requiere mucho esfuerzo, dedicación estudio y conocimiento. Esto puede implicar a su vez que dicha persona no sepa apreciar en su justa medida el verdadero valor de los estudios científicos ni distinguirlos del resto de informaciones pseudocientíficas que están a la orden del día.

En segundo lugar, la Ciencia no sólo abarca el conjunto de conocimientos científicos derivados de su ejercicio. La Ciencia es también la actividad ejercitada por los científicos para la obtención de dicho conjunto de conocimientos y llevar a cabo dicho proceso con la seriedad y el rigor que le caracteriza tampoco es necesariamente fácil. Hay que tener en cuenta que la actividad científica es un ejercicio que habitualmente se prolonga bastante en el tiempo, para lo que se requiere mucha constancia y paciencia, y que se ha de ejecutar siempre de una forma organizada, meticulosa y precisa lo que no siempre resulta una tarea fácil.

Y en tercer y último lugar, también es importante matizar que el ejercicio de la Ciencia conlleva una transformación fundamental en el carácter y personalidad del ser humano que lo practica, lo que lógicamente entraña una cierta dificultad. Un buen científico debería poseer un espíritu científico, lo que significa que esa persona debería realizar un importante esfuerzo personal para desarrollar un conjunto de valores, habilidades y aptitudes que no siempre le son innatas. Así por ejemplo, un científico debería poseer apertura mental, ser escéptico o estar libre de prejuicios, capacidades, todas ellas, cuyo desarrollo puede llegar a entrañar una enorme dificultad dado que en muchas ocasiones puede provocar importantes conflictos con los sentimientos, deseos o creencias propias del individuo.

Por otro lado, la afirmación de que “la Ciencia es divertida” también habría que matizarla.

Seguro que todos nosotros conocemos a personas de nuestro entorno cotidiano que son felices haciendo deporte. Cuando les preguntamos por qué continúan practicando deporte a pesar de por ejemplo, las lesiones, el cansancio físico o las condiciones climatológicas, una de las razones que normalmente argumentan es que hacer deporte “les divierte”, en alusión a la diversión derivada de la propia naturaleza del proceso.

Bien, pues con la Ciencia pasa lo mismo.

La actividad científica, la práctica del ejercicio de la Ciencia, es divertida por sí misma. La Ciencia resulta entretenida y apasionante porque su fin último es comprender el mundo que nos rodea, lo que satisface el anhelo de curiosidad que ha acompañado al ser humano a lo largo de toda su existencia.

Ahora bien, no se vayan a creer ustedes que estar en el laboratorio es una fiesta continua. La actividad investigadora, como cualquier otra profesión, también puede ser rutinaria y, en ocasiones, hasta aburrida. Lo que ocurre es que hay personas para las que el proceso de investigación científica y todo lo que éste conlleva, incluidos los aspectos negativos, resulta fascinante y atractivo, de la misma manera que hay personas que disfrutan haciendo ejercicio físico a pesar de, como digo, las lesiones o el cansancio.

Otra cosa bien distinta es que además sea posible disfrutar con el conocimiento científico derivado del ejercicio de la Ciencia asistiendo a eventos de divulgación científica.

Pero resulta evidente que se trata de dos formas de disfrutar completamente diferentes.

Eva María Wara Álvarez Pari, durante su máster en química en la Friedrich-Alexander-Universität, Erlangen-Nürnberg (Alemania). Foto: Lindau Nobel Laureate Meetings

Mientras que el espectador de un evento de divulgación científica es un agente pasivo que disfruta de los contenidos científicos sentado en una butaca, el científico es un agente activo que disfruta haciendo Ciencia y generando conocimiento científico (aunque en ocasiones también pueda actuar como espectador de eventos científicos, evidentemente).

En línea con esta afirmación cabría matizar entonces que el principal inconveniente de que a la ciudadanía se le otorgue sistemáticamente el papel de espectador es que, probablemente, acabará por tener una comprensión limitada de lo que es la diversión en la Ciencia ya que nunca experimentará la diversión asociada al trabajo deinvestigación.

En este sentido, resultaría sumamente interesante que se llevaran a cabo más iniciativas que permitiesen a los ciudadanos que así lo desearan (especialmente los niños y los más jóvenes) tomar parte activa en procesos de investigación reales otorgándoles el papel protagonista del ejercicio de la Ciencia y alejándolos por completo del papel de espectador.

Esta iniciativa satisfaría además otras necesidades importantes como son las de desarrollar el espíritu científico de la población, para que puedan aplicarlo en sus vidas y beneficiarse de todo lo que éste implica, y la de permitir a los ciudadanoscomprobar en primera persona el esfuerzo, dificultad, rigor y seriedad que entraña la actividad científica, lo que incuestionablemente influiría en una percepción más positiva y respetuosa de la misma.

Otra deriva de lo que es el concepto de “Ciencia divertida” es el de los espectáculos de Ciencia que en ocasiones tenemos la oportunidad de presenciar.

Los actores de las performances científicas eligen experimentos llamativos a sabiendas de que van a resultar fascinantes y espectaculares, casi mágicos y milagrosos, lo que indiscutiblemente resulta altamente lúdico, entretenido e irresistible pero también considerablemente alejado de la realidad científica.

En estos espectáculos, la Ciencia se equipara al contenido que ha sido cuidadosamente “enlatado” con un formato atrayente para el consumo del gran público a costa de alejarla de su propia esencia como proceso de búsqueda del conocimiento, lo que tiene un efecto devastador al banalizar la Ciencia y convertirla en un producto de consumo más dentro de la oferta del sector de ocio y entretenimiento.

Incuestionablemente,es imprescindible acercar la Ciencia a la sociedad y transferir el conocimiento científico a la ciudadanía por lo que todas las posibles iniciativas tienen cabida, pero es importante recalcar la necesidad de cuidar adecuadamente las formas y el fondo para no desvirtuar a la Ciencia y conseguir así que su verdadero valor e importancia no pasen desapercibidos a la sociedad.

Sobre la autora: Haydée Valdés González es doctora en ciencias químicas.

El artículo La verdaderamente divertido es hacer Ciencia se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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Analizando los resultados de la prueba SAT que se realiza en los Estados Unidos para acceder a los estudios universitarios, S. García (Michigan, EEUU) y A. Tor (Haifa, Israel) han observado que dichos resultados son peores cuanto mayor es el número de personas que realizan la prueba en una misma dependencia. También han observado el mismo fenómeno al analizar los resultados de una prueba analítica muy sencilla, denominada “Cognitive Reflection Test”.

Ese fenómeno podría tener más de una explicación. Podría deberse a que en los sitios con mucha gente hay más ruido y, en general, más distracción, o ser consecuencia del modo en que quienes se examinan reaccionan a la percepción del número de posibles competidores.

Tras esos primeros resultados, hicieron estudios adicionales. Pidieron a un conjunto de estudiantes universitarios que realizaran una prueba sencilla lo más rápido que pudiesen, sin preocuparse demasiado por la corrección de las respuestas y ofrecieron una recompensa económica al 20% que lo hiciesen en menos tiempo. A la mitad de los que iban a hacer la prueba les dijeron que competían contra otros diez y a la otra mitad, que lo hacían contra otros cien. Pues bien, la mitad que pensaban que competían contra diez respondieron al test en 29 s y la otra mitad en algo más de 33 s, una diferencia de más de un 10%. Nótese que el resultado difirió entre los dos grupos por el simple hecho de variar el número de competidores, aunque el porcentaje premiado fuese el mismo en ambos casos, el 20%, como se ha dicho.

En una siguiente prueba pidieron a unos estudiantes que imaginasen que participaban en una carrera de 5 km; unos creían que corrían en un grupo formado por 50 corredores y los otros que el grupo era de 500, y en ambos casos se les dijo que el 10% que obtuviese mejores posiciones se llevaría un premio de 1.000 dólares. Y lo que se les preguntaba era por el esfuerzo que estaban dispuestos a hacer en cada caso. El esfuerzo se expresaba en términos relativos, con un mínimo de 1 (correr algo más rápido que lo normal) y un máximo de 7 (la carrera más rápida de su vida). Resultó que los que creían correr contra 50 estaban dispuestos a realizar un esfuerzo mayor (5’4 en la escala de 1 a 7) que los que creían correr contra 500 (4’9 en esa misma escala).

Los autores del trabajo denominaron efecto “n” (n de número) a la influencia que ejerce la percepción del número de competidores sobre el esfuerzo que se está dispuesto a hacer para obtener unos resultados en un entorno competitivo. Las implicaciones prácticas de estos resultados, de confirmarse, son evidentes, aunque no lo es tanto su significado. Es comprensible que se gradúe el esfuerzo en función de lo fácil o difícil que se perciba obtener recompensa cuando el número de recompensados es fijo, pero carece de sentido que esa misma graduación se haga cuando es un porcentaje el que recibe premio. Aunque en realidad podría ocurrir que, dado el proverbial anumerismo de la mayoría de los miembros de nuestra especie, los sujetos encuestados respondiesen sin una noción clara de esa diferencia y pensando que la existencia de muchos competidores disminuye de suyo las posibilidades de obtener recompensa. De ser así, cabe pensar que la evolución nos ha dotado de una curiosa herramienta mental para economizar esfuerzos, sobre todo cuando pensamos que esos esfuerzos pueden ser baldíos. Pero la confusión número-porcentaje, a la que tan dada es nuestra especie, engaña una vez más.

Fuente: Stephen M. García & Avishalom Tor (2009): The N-Effect-More Competitors, Less Competition. Psychological Science 20 (7): 871-877.

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 Más competidores, menos competición se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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Juan Ignacio Pérez Iglesias, lector

Un balonazo en la diana testicular del autor cuando jugaba como portero de fútbol condujo a este a preguntarse acerca de las razones de la ubicación de las gónadas masculinas de un gran número de especies de mamíferos en el exterior del abdomen (advierto a futuros posibles lectores de que el asunto está lejos de haber sido resuelto y de que es materia de controversia). Y a partir de esa indagación y por culpa de otros avatares de la vida, y más concretamente de su paternidad, llegó a interrogarse acerca de la condición mamífera, esa que compartimos los seres humanos con los miembros de otras muchas especies.

A cualquiera que nos preguntasen acerca de tal condición, responderíamos que los mamíferos nos caracterizamos por ser especies vivíparas, por el modo en que las hembras alimentan a sus crías recién nacidas –con leche que producen ellas mismas-, o por el pelaje que cubre nuestro cuerpo. Sin embargo, ninguna de esas características es común a todas las especies del grupo. Por eso no es fácil responder a la pregunta de qué es lo que nos hace mamíferos.

Para responderla, Liam Drew recorre un buen número de aspectos de la biología de los mamíferos. Una parte muy importante del libro lo dedica a cuestiones que tienen que ver, directa o indirectamente, con nuestra reproducción. De especial importancia son los capítulos dedicados a la lactación -no en balde se trata del rasgo que sirve para denominarnos como grupo- y a la placenta –dispositivo del que disfrutamos la mayoría de especies de mamíferos-. Pero Drew repasa muchos más aspectos de nuestra biología: condición endoterma (íntimamente relacionada con la posesión de pelaje), receptores sensoriales, corteza cerebral y otros.

No obstante, lo más notable de este libro no es el repaso de temas de paleontología, biología del desarrollo, fisiología o neurobiología, sino la aproximación evolutiva que impregna todos los aspectos tratados. El autor expresa en todo momento su interés por desentrañar la razón de ser de los rasgos que nos caracterizan a los mamíferos. Se pregunta acerca de las presiones selectivas que pudieron dar lugar a su aparición y a posteriores modificaciones. Y en ese repaso valora las diferentes interpretaciones que se han ido dando a lo largo del tiempo.

El libro es riguroso, muy completo, ameno e instructivo. Es un gran libro de divulgación. No me extrañaría que lo tradujesen al español, aunque vistos los desmanes que se suelen cometer con las traducciones, recomiendo encarecidamente su lectura en inglés. Se lee con facilidad.

Ficha:

Autor: Liam Drew

Título: I, Mammal. The Story of what Makes Us Mammals

Año: 2017

Editorial: Bloomsbury

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

El artículo I, Mammal. The Story of What Makes Us Mammals se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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En #Naukas17 nadie tuvo que hacer cola desde el día anterior para poder conseguir asiento. Ni nadie se quedó fuera… 2017 fue el año de la mudanza al gran Auditorium del Palacio Euskalduna, con más de 2000 plazas. Los días 15 y 16 de septiembre la gente lo llenó para un maratón de ciencia y humor.

Si bien el título de esta charla hace referencia al ideal despótico ilustrado de determinada pomposa institución, a todos los efectos prácticos manifiestamente prescindible, en ella Teresa Valdés-Solís repasa algunas aplicaciones insospechadas de los materiales porosos.

Teresa Valdés-Solís: Limpia, fija y da esplendor

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

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Una investigación colaborativa en la que ha participado la UPV/EHU ha descubierto una interacción entre dos fenómenos climáticos que podría ser esencial para la planificación hídrica, agraria y forestal y para evaluar la vulnerabilidad climática de los ecosistemas frente unas condiciones de calentamiento sin precedentes en el Mediterráneo.

Bosque de pino silvestre (Pinus sylvestris), una de las especies investigadas en este trabajo (Asier Herrero / UPV/EHU).

¿Cuáles son las causas de las sequías que se sufren periódicamente en la Península Ibérica? ¿Por qué a veces los inviernos son templados y lluviosos y otros son fríos y secos o fríos y húmedos? ¿Influye el cambio climático de origen antropogénico sobre estos procesos? ¿Cómo actúan estos ciclos sobre la productividad de los ecosistemas terrestres? Y finalmente, ¿se pueden predecir estos ciclos y así adecuar la economía a dichos ciclos? El trabajo, publicado esta semana en Nature Communications, liderado por la Universidad de Alcalá de Henares y llevado a cabo en colaboración con la UPV/EHU, la Universidad Ginebra y la Universidad de Castilla-La Mancha, aporta claves importantes para responder a algunas de estas preguntas.

La oscilación del Atlántico Norte (NAO) es una fluctuación a gran escala en la masa atmosférica situada entre la zona de altas presiones subtropicales y la baja polar en la cuenca del Atlántico Norte, y es, en gran parte, responsable de los períodos de sequía en el continente europeo. Estudios anteriores muestran que la NAO tiene un gran efecto potencial sobre diferentes aspectos, desde la fijación de carbono y el crecimiento de los árboles, a la producción de frutos o los ciclos de plagas forestales. Sin embargo, la conexión entre la productividad forestal a largo plazo y la NAO presentaba algunas inconsistencias, como periodos en los que los ciclos climáticos no se correspondían a lo esperado por el valor de la NAO. En su trabajo, los investigadores muestran justamente que estas inconsistencias pueden tener su origen en anomalías periódicas de la temperatura a nivel superficial del Océano Atlántico, conocidas como Oscilación Multidecadal Atlántica (AMO). Se trata de fenómenos oceánicos que aparecen en el norte del Océano Atlántico y por el cual las temperaturas oceánicas siguen un ciclo de una duración total de unos 70 años. Estos cambios de la temperatura del océano afectan a la atmósfera pero no instantáneamente, sino con un cierto retraso.

Datos del siglo XIX analizados con herramientas modernas

El trabajo, en el que ha participado el investigador posdoctoral del grupo de investigación FisioClimaCO2 de la UPV/EHU Asier Herrero, es el resultado de una línea de investigación exhaustiva que comenzó hace más de cinco años y que integra datos de archivos históricos, climatología, modelos estadísticos y ecología forestal. “Ha sido un trabajo fascinante, desempolvar archivos de finales del siglo XIX para tener estimaciones precisas de cómo ha evolucionado la productividad de los bosques en la Península durante el último siglo y analizarlos con herramientas del siglo XXI para comprender las causas de los ciclos climáticos y sus consecuencias sobre la productividad de los ecosistemas”, explican los investigadores.

La investigación integra datos de pinares de varias localidades en Castilla-La Mancha y en Castilla y León. “Estos pinares eran la base del sustento de muchas zonas rurales desde el siglo XIX, por este motivo se llevaba a cabo una cuantificación exhaustiva de los recursos disponibles, madera, pastos, resina etc.”, apuntan. El problema es que muchos de los trabajos anteriores se basaban en proyecciones de modelos y, además, no consideraban la interacción entre ambos modos climáticos, la NAO y AMO. Gracias a la existencia de esta serie temporal, en el estudio se demuestra por primera vez que es la interacción de ambos modos climáticos la que controla en gran medida la productividad de los ecosistemas.

Así, los resultados del trabajo muestran que las fases AMO+ NAO+ y AMO- NAO- ejercen un elevado control sobre la productividad forestal, debido a la disminución de las precipitaciones y temperaturas invernales. La NAO es como una llave que abre y cierra la entrada de las borrascas pero es necesario el control de la AMO (ligada a la temperatura del Atlántico en latitudes extratropicales y a la formación de borrascas), lo que finalmente determina la temperatura y humedad del aire que llega a la Península.

“El seguimiento de los modos climáticos analizados puede ayudar a predecir los periodos de sequía extrema, aunque no será una tarea fácil, favoreciendo así la aplicación de medidas de adaptación en los bosques de una manera más eficaz”, apunta Asier Herrero. En una situación de sequía como la que está azotando el Mediterráneo en los últimos tiempos, estos hallazgos podrían ser esenciales para la planificación hídrica, agraria y forestal, y en particular para evaluar la vulnerabilidad climática de los ecosistemas.

Referencia:

Jaime Madrigal-González, Juan A. Ballesteros-Cánovas, Asier Herrero, Paloma Ruiz-Benito, Markus Stoffel, Manuel E. Lucas-Borja, Enrique Andivia, Cesar Sancho-García & Miguel A. Zavala (2017) Forest productivity in southwestern Europe is controlled by coupled North Atlantic and Atlantic Multidecadal oscillations Nature Communications, 2017 doi: 10.1038/s41467-017-02319-0

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

El artículo Los efectos climáticos de un calentamiento sin precedentes en el Mediterráneo se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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Figura 1: Número de animales/usos de animales en experimentación en España en los últimos 8 años, del 2009 al 2016 (Gráfica preparada a partir de los datos disponibles en el MAPAMA).

Con independencia de que uno esté a favor o en contra del uso de animales para la experimentación estaremos seguramente de acuerdo que algo esencial es saber cuántos animales se destinan cada año a la experimentación en cada país. Para poder opinar es esencial tener la información correcta y actualizada. Es importante conocer las cifras exactas de utilización de animales en experimentación y otros fines científicos, incluyendo la docencia, para poder comprender la dimensión precisa de esta actividad, que sigue siendo esencial en investigación científica, y que está a la par extraordinariamente regulada.

Efectivamente, de acuerdo a la legislación europea (Directiva 2010/63/UE, del Parlamento Europeo y del Consejo, de 22 de septiembre) y española (Real Decreto 53/2013, de 1 de febrero) sobre bienestar animal es obligatorio comunicar a la Comisión Europea y publicar anualmente información estadística sobre la utilización de los animales en procedimientos. En nuestro país esta labor la asume el Ministerio de Agricultura y Pesca, Alimentación y Medio Ambiente (MAPAMA), a través de la Dirección General de Producciones y Mercados Agrarios, quienes publican anualmente los usos de animales en experimentación. Estos datos son aportados inicialmente por los usuarios (centros de investigación, universidades, empresas u otras instituciones) a sus respectivas autoridades competentes (en nuestro país, las Comunidades Autónomas), quienes, a su vez, los remiten al MAPAMA para su contabilización y publicación colectiva. En esta página web del MAPAMA es posible encontrar datos estadísticos de utilización de animales en experimentación desde 2009 hasta el año 2016, último año publicado, a finales de 2017.

A partir de los datos hechos públicos por el MAPAMA he preparado unos gráficos (Figura 1 y siguientes), que ilustran este artículo de divulgación, y que también podéis encontrar en la página web que mantengo sobre la iniciativa de transparencia en experimentación animal en nuestro país. Lo primero que salta a la vista es que el número de animales que se emplearon en 2016 en España para experimentación ha disminuido considerablemente en los últimos ocho años (Figura 1). De los 1.403.290 animales usados en 2009 hemos pasado a 917.896, un 34,6% menos, lo cual representa una reducción significativa (usamos ahora más de un tercio de animales menos que los que usábamos hace 8 años), en la línea de los principios generales de Reemplazo, Reducción y Refinamiento (las comúnmente denominadas 3Rs), que iluminan todas las normativas y recomendaciones actuales en bienestar animal. Por ello es relevante señalar que los usuarios de la experimentación animal en nuestro país han hecho esfuerzos considerables para reducir el número de animales empleados a los estrictamente necesarios, optimizando la gestión de las diferentes colonias de animales y los experimentos llevados a cabo. Es cierto que la cifra fue todavía inferior en 2014 (808.827) y que, desde entonces, parece constatarse un cierto aumento (de un 13% desde 2014), aunque todavía es prematuro analizar estas fluctuaciones menores entre años cercanos y sea más informativo apreciar las variaciones significativas, a la baja, observadas entre 2009 y 2016. De hecho, a la vista de la gráfica, la reducción en el uso de animales empezó en 2011 y desde entonces el número de animales usados en experimentación se ha mantenido en cifras similares, alrededor de 800.000-900.000 usos anuales.

En el cálculo de estos números hay que hacer notar una variación en la forma de contabilizarlos. Hasta 2013 se contaban el número de animales empleados (es decir, el número de individuos). A partir de 2014, a raíz de la actualización legislativa producida por la entrada en vigor de la nueva Directiva Europea y su trasposición a las legislaciones nacionales, se contabilizan el número de usos de animales, que no es exactamente lo mismo (aunque las variaciones sean mínimas). Un animal, en especial los de gran tamaño, como un primate no humano, un perro, una oveja o un cerdo, puede usarse en más de un procedimiento experimental, si el animal ha podido recuperarse adecuadamente de su participación en un procedimiento previo, siempre bajo estricta supervisión veterinaria de las alteraciones de bienestar animal que le supone participar en los mismos. El objetivo es propiciar la reutilización de los animales en experimentación, siempre que sea posible, como una medida adicional en aras de reducir el número global de individuos utilizados en experimentación. Por ejemplo, para 2016, el número anual de usos de animales (917.896) se reparte en 909.475 primeros usos (animales solamente utilizados una vez, un 99,1% del total) y apenas 8.511 reutilizaciones (un 0.9% del total). Como se puede observar en la Figura 1, el impacto de esta nueva manera de contabilizar el uso de animales es todavía muy limitado.

Figura 2: Finalidad del uso de animales en experimentación en España en los últimos 8 años, del 2009 al 2016 (Gráfica preparada a partir de los datos disponibles en el MAPAMA).

Los datos disponibles en el MAPAMA también permiten preguntar cuál es la finalidad o el destino del uso de animales en experimentación en España. Tal y como podemos comprobar en la segunda gráfica (Figura 2) la gran mayoría de usos de animales en nuestro país se destinan a investigación, en un porcentaje, siempre mayoritario, que oscila alrededor del 80% hasta situarse, en 2016, en el 80,7% del total anual de los usos de animales. Y es lógico que así sea, siendo la investigación científica (en particular todas las disciplinas relacionadas con la biomedicina) la principal demandante de animales para acometer los experimentos necesarios para entender cómo funcionan los seres vivos, para investigar sobre las enfermedades que afectan a humanos y al resto de los animales, sobre sus causas y sobre qué hacer para desarrollar terapias que las alivien o curen. Ya en febrero de 2015, la Confederación de Sociedades Científicas de España (COSCE), publicó un informe sobre el uso de animales en investigación científica que explicaba al conjunto de la sociedad por qué la mayoría de animales que se emplean en experimentación se destinan a la investigación científica, qué se investiga con ellos y por qué es tan relevante y sigue siendo necesario su uso, que todavía no puede ser reemplazado en su totalidad por métodos alternativos.

Las finalidades minoritarias que siguen al uso de animales en investigación corresponden a usos reglamentarios (un 17,1% en 2016, como por ejemplo: producción y control de calidad de productos e instrumentos de medicina, odontología y veterinaria; evaluaciones de seguridad toxicológica), y en la enseñanza (un 1,3% en 2016, en universidades, en facultades de veterinaria, medicina, biología y otras relacionadas) así como otros usos diversos (un 0,9% en 2016).

Figura 3: Grado de severidad de los procedimientos empleados con animales en experimentación en España en 2016 (Gráfica preparada a partir de los datos disponibles en el MAPAMA).

Otro de los cambios importantes que aportó la nueva Directiva Europea 2010/63/UE, trasladada luego a las legislaciones nacionales, fue la obligación de asignar un grado de severidad a todo procedimiento (a todo experimento) aplicado sobre animales, usando para ello una escala con cuatro categorías posibles: leve, moderado, severo o sin recuperación. Estos datos no están por lo tanto disponibles antes de 2014. Para 2016 se vuelve a constatar que la gran mayoría (87%) de procedimientos en los que se utilizan animales en España corresponden a un grado de severidad leve (481.776, un 53%) o moderado (311.435, un 34%), en los cuales la alteración del bienestar animal es limitada, y que solamente en un porcentaje limitado (74.548 usos de animales, un 8%) el procedimiento que se aplica tiene la connotación de severo, y en un número menor de casos (50.237, un 5%) se trata de procedimientos sin recuperación (Figura 3). Todos quienes usamos animales de experimentación estamos obligados, por la legislación y por las recomendaciones de bienestar animal, a refinar los métodos para reducir el daño o dolor que directa o indirectamente infligimos a los animales debido a las características del procedimiento experimental usado. Por ejemplo, como en cualquier otra intervención quirúrgica en personas, naturalmente todos los animales operados reciben la anestesia y analgesia necesarias para mitigar el dolor durante y después de la misma.

El RD53/2013 ilustra en su Anexo IX ejemplos de procedimientos considerados como leves (p.e. técnicas no invasivas de diagnóstico por imagen; administración de sustancias por vía subcutánea, intramuscular, intraperitoneal, por sonda gástrica e intravenosa a través de los vasos sanguíneos superficiales), moderados (p.e. cirugía bajo anestesia general y analgesia apropiada; irradiación o quimioterapia con una dosis subletal, o con una dosis que de otro modo sería letal, pero con reconstitución del sistema inmunitario, en estudios de trasplante de médula ósea) o severos (p.e. ensayos de toxicidad en los que la muerte sea el punto final; ensayo de potencia de una vacuna caracterizada por la alteración persistente del estado del animal, enfermedad progresiva que causa la muerte, asociada con dolor, angustia o sufrimiento moderado duradero).

Figura 4: Especies animales empleadas en experimentación en España en 2016 (Gráfica preparada a partir de los datos disponibles en el MAPAMA).

Ya sabemos cuántos animales se usan en España, a qué se destinan y el grado de severidad que conlleva la experimentación realizada sobre ellos. Pero ¿qué tipo de animales se usan en España en experimentación? ¿Cuáles son las especies animales más utilizadas en nuestro país? De nuevo los datos del MAPAMA ofrecen una información pormenorizada de las especies o grupos de animales utilizados en España durante 2016 (Figura 4).

Los roedores, principalmente ratones (539.974), en menor medida ratas (54.895), y en mucha menor medida cobayas (7.223), hámsteres (734) y otros roedores (322), siguen siendo el grupo de animales más utilizado en experimentación con un 65,7% del total (603.148 usos de roedores de un total de 917.896 usos). Tras los roedores encontramos a los peces (168.746, un 18,4%), las aves (92.195, un 10,0%), los conejos (28.035, un 3,1%, que no son roedores sino lagomorfos) y los cerdos (9.434, un 1,0%). El resto de especies y grupos animales están a gran distancia y representan, cada uno de ellos, menos del 1% del total. Por ejemplo, durante 2016 se usaron apenas 888 vacas (bóvidos), 269 cabras, 2.695 ovejas, 91 équidos (caballos, burros y sus cruces), 358 gatos, 1.083 perros y 228 primates no humanos, entre otros.

Adicionalmente se incorpora, desde 2014, también debido a los cambios introducidos por la nueva Directiva Europea 2010/63/UE, al único grupo de animales invertebrados que se considera en las normativas de bienestar animal: los cefalópodos (pulpos, sepias, calamares, …), debido al extraordinario desarrollo de su sistema nervioso y a su capacidad de percibir dolor. En 2016 se usaron 8.444 cefalópodos en España para experimentación (un 0.9% del total).

Figura 5: Evolución del número de animales/usos de animales empleados en experimentación en España desde 2009 hasta 2016 analizado por grupos y especies (Gráficas preparadas a partir de los datos disponibles en el MAPAMA).

La evolución del número de animales (o usos de animales, desde 2014) utilizados en experimentación en cada una de las especies o grupos de animales desde 2009 a 2016 ofrece muchos datos interesantes a reseñar (Figura 5). Por ejemplo, el número de roedores empleado en experimentación se redujo considerablemente en 2014 (en un 33%, de 782.200 en 2013 a 526.553 en 2014). El número de primates no humanos (esencialmente macacos cangrejeros y Rhesus) también se han reducido considerablemente desde 2014, pasando de 489 a 228 en 2016. El número de peces se ha reducido considerablemente, mientras que el de aves ha aumentado. Otras especies, como conejos, ovejas, cabras, vacas, cerdos, gatos y perros se han mantenido en cifras similares en los últimos ocho años.

La implementación de la Directiva Europea 2010/63/UE ha podido influir en la manera sobre cómo se realizan estos recuentos estadísticos anuales. Por ejemplo, anteriormente (RD1201/2005, ya derogado) la definición de animal, a los efectos de la legislación de protección del bienestar animal, era la de “cualquier ser vivo vertebrado no humano, incluidas las crías de vida propia o las formas de cría en reproducción, excluidas las formas fetales o embrionarias”, mientras que actualmente la definición actualizada de animal es la de “a) vertebrados no humanos vivos, incluidos: i) las larvas autónomas para su alimentación, y ii) los fetos de mamíferos a partir del último tercio de su desarrollo normal; y b) cefalópodos vivos”. También la definición de procedimiento ha cambiado. Anteriormente (RD1201/2005, ya derogado) se entendía por procedimiento “toda utilización de un animal para los fines establecidos en el artículo 2 que pueda causarle dolor, sufrimiento, angustia o daño prolongados, incluida toda actuación que de manera intencionada o casual pueda dar lugar al nacimiento de un animal en las condiciones anteriormente mencionadas”. Actualmente (RD53/2013) se entiende por procedimiento “la utilización, tanto invasiva como no invasiva, de un animal con fines experimentales u otros fines científicos, cuyos resultados sean predecibles o impredecibles, o con fines educativos siempre que dicha utilización pueda causarle al animal un nivel de dolor, sufrimiento, angustia o daño duradero equivalente o superior al causado por la introducción de una aguja conforme a las buenas prácticas veterinarias”.

El número de animales usados en experimentación puede parecernos normal, excesivo o reducido, según como y con qué lo comparemos. Estos números deben de observarse tanto en sus valores absolutos como relativos. En nuestro informe COSCE de Febrero de 2015 sobre el uso de animales en investigación científica ya alertábamos al respecto. Por ejemplo, usando nuevamente datos del ministerio (MAGRAMA en 2013), si nos fijamos en los cerdos utilizados para experimentación en España en 2013 (9.373 cerdos) y los comparamos con el número de cerdos sacrificados para alimentación (más de 41 millones de cerdos) resulta que por cada cerdo que se destinó a experimentación se consumieron más de 4.400 cerdos para alimentación.

Existen especies animales que suscitan una mayor empatía, como los perros o los primates no humanos, y por ello algunos grupos de nuestra sociedad demandan una mayor protección o la prohibición del uso de perros y primates no humanos en experimentación. Sin embargo, se debe constatar que el uso de perros y de primates no humanos es extremadamente reducido en experimentación (en 2016, 1.083 perros y 228 primates no humanos, sobre un total de 917.896 usos de animales) pero también extraordinariamente relevante y necesario. Por ejemplo, los perros han sido un modelo animal muy útil para el desarrollo de estrategias de terapia génica efectivas para el tratamiento de la diabetes de tipo 1 o para curar enfermedades raras como el síndrome de Sanfilippo. Igualmente, los primates no humanos han sido esenciales para el estudio de muchas alteraciones cerebrales, de la conducta, que nos afectan y para el desarrollo y validación de vacunas como la desarrollada frente al virus Ébola.

La experimentación animal sigue siendo necesaria en biología, biomedicina y veterinaria. No podemos prescindir todavía de ella. Todas las normativas actuales de bienestar animal, de protección de los animales utilizados en experimentación y otros fines científicos, incluyendo la docencia, incorporan un párrafo en la parte introductoria que contiene un deseo o fin último de estas normas. Por ejemplo, el RD53/2013 dice en su introducción “Se marca como objetivo último el total reemplazo de los animales en los procedimientos”. Sin embargo, hoy en día no es posible todavía aplicar métodos alternativos (in silico, mediante simulaciones bioinformáticas, o in vitro, en cultivos celulares) para todos y cada uno de los experimentos e investigaciones científicas (p.e. no es posible investigar sobre un órgano tan complejo como el ojo o la función visual asociada si no es utilizando animales), aunque es obligatorio el uso de estos métodos alternativos cuando existen y han sido validados.

En septiembre de 2016 lanzamos en España, desde la COSCE y con la ayuda de EARA (Asociación Europea de Animales de Experimentación), el Acuerdo de transparencia sobre el uso de animales en experimentación científica. En la actualidad más de 100 instituciones españolas se han adherido a esta propuesta que contiene cuatro compromisos: (1) “Hablar con claridad sobre cuándo, cómo y por qué se usan animales en investigación”; (2) “Proporcionar información adecuada a los medios de comunicación y al público en general sobre las condiciones en las que se realiza la investigación que requiere el uso de modelos animales y los resultados que de ella se obtienen”; (3) “Promover iniciativas que generen un mayor conocimiento y comprensión en la sociedad sobre el uso de animales en investigación científica”; y (4) “«Informar anualmente sobre el progreso y compartir experiencias”. Es en cumplimiento también de este acuerdo por la transparencia en experimentación animal que escribo este artículo, compartiendo y analizando los datos de usos de animales en experimentación en nuestro país, a partir de los datos publicados por el MAPAMA.

El MAPAMA también merece ser destacado en su apuesta por la transparencia en experimentación animal. La publicación del informe sobre usos de animales de experimentación y otros fines científicos, incluyendo la docencia en 2016 mejora muchísimo los informes anteriores, al incorporar los datos presentados de una forma mucho más comprensible e ilustrar el informe con diversas gráficas de producción propia que contribuyen a trasladar información veraz y contrastable al ciudadano interesado.

Sin duda la apuesta por la transparencia empieza por compartir la información disponible. Espero igualmente que tras la lectura de este artículo sea más sencillo responder a la pregunta que lo encabeza: ¿Cuántos animales se usan en España para experimentación?

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

El artículo ¿Cuántos animales se usan en España para experimentación? se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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“El mito de Arquímedes” de Eneko Amezaga Angulo recibió la mención especial del jurado en la 6ª edición de los premios On zientzia. En el siglo XXI, un Arquímedes moderno muy peculiar revivirá uno de los mitos que hizo pasar a la historia al personaje.

¿Tienes una idea genial para explicar un concepto científico en un vídeo? ¿Quieres ver tu trabajo emitido en televisión? La Fundación Elhuyar y el Donostia International Physics Center (DIPC) han organizado la octava edición de On zientzia, un concurso de divulgación científica y tecnológica enmarcado en el programa Teknopolis, de ETB. Este certamen pretende impulsar la producción de vídeos cortos y originales que ayuden a popularizar el conocimiento científico.

On zientzia tendrá tres categorías. El mejor vídeo de divulgación recibirá un premio de 3.000 euros. Para impulsar la producción de piezas en euskera, existe un premio de 2.000 euros reservado a la mejor propuesta realizada en ese idioma. Por último, con el objetivo de impulsar la participación de los estudiantes de ESO y Bachillerato, hay un premio dotado con 1.000 euros para el mejor vídeo realizado por menores de 18 años.

Los vídeos han de tener una duración inferior a los 5 minutos, se pueden realizar en euskera, castellano o inglés y el tema es libre. Deben ser contenidos originales, no comerciales, que no se hayan emitido por televisión y que no hayan resultado premiados en otros concursos. El jurado valorará la capacidad divulgativa y el interés de los vídeos más que la excelencia técnica.

Las bases las encuentras aquí. Puedes participar desde ya hasta el 25 de abril de 2018.

Edición realizada por César Tomé López

El artículo El mito de Arquímedes, mención especial del jurado “On zientzia” se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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Los humanos estamos equipados con un sistema interno de recompensa que nos premia cuando comprendemos algo. Es ese momento de placer que sentimos al entender un chiste, al resolver un problema matemático, al ensamblar un rompecabezas; es la razón de que nos apasionen las narraciones, las historias con sorpresa, los cuentos de terror. A lo largo de nuestra evolución se han reproducido más aquellos de nosotros que disfrutaban conectando causas con consecuencias, resolviendo problemas teóricos o prácticos o buscando nuevos métodos para hacer las cosas; en nuestro cerebro la innovación es recompensada con el mismo tipo de premio biológico con el que se recompensa comer o practicar el sexo. Como demuestran nuestras galerías de juegos, nuestras bibliotecas y nuestras colecciones cinematográficas somos sobre todo monos curiosos, y lo somos porque estamos hechos así; porque descubrir nos proporciona placer interior.

De esta realidad pueden sacarse dos conclusiones interesantes y valiosas para comprendernos mejor a nosotros mismos y para juzgar de modo más eficaz el papel de la ciencia en nuestra vida social. Por una parte la curiosidad sistemática sobre el funcionamiento del cosmos que nos rodea es algo profunda, quintaesencialmente humano; tanto que se podría considerar que menos investigación y menos conocimiento son una afrenta básica a la esencia misma de nuestra Humanidad. Las sociedades que recortan en esto no sólo están perjudicando sus propios intereses económicos y estratégicos a largo plazo, sino que también están deteriorando el espíritu de sus ciudadanos. No es sólo mal negocio: es mala gestión política y un deterioro del alma de la nación.

Quizá más interesante sea el papel del conocimiento en la satisfacción interna de cada uno como justificación para dedicar el tiempo y el esfuerzo necesarios. Es un tópico afirmar que cuando nuestra vida se acaba no podemos llevarnos con nosotros el dinero, ni las fincas, ni los títulos, ni los oropeles; que las riquezas materiales e incluso sociales jamás han conseguido garantizar la permanencia de ningún ser humano. Reyes, faraones, Incas y Emperadores murieron y desaparecieron por muchos monumentos, pirámides o imperios que construyeran sin que sus esfuerzos les proporcionaran ni un sólo día más de vida; a menudo lo contrario. El éxito económico y social no ser puede acarrear al más allá; tan sólo disfrutar en el acá, y a menudo con limitaciones y contraindicaciones.

El conocimiento tampoco se puede transportar allende la muerte, pero en cambio produce un bienestar real y patente gracias a los vericuetos de nuestra evolución; algo palpable y real. Saber más no sólo es vivir mejor en el sentido material, sino en el espiritual, dado que nuestra estructura básica interna nos recompensa por conocer. Dedicarse a aumentar el saber humano puede ofrecer el mismo tipo de recompensas sociales que otras actividades, pero además incluye de fábrica un sentimiento de satisfacción interior que estamos biológicamente determinados a sentir. También, es necesario decirlo, una cierta y exquisita forma de frustración que proviene de la ausencia de explicaciones cuando algo no se comprende, cuando la conexión entre efectos y causas no es clara, cuando el experimento o el instrumental fallan o se revelan insuficientes. La contraparte del placer de conocer es la frustración de fracasar en el conocimiento, y cualquier científico en activo debe familiarizarse en profundidad con esa sensación porque la sentirá a menudo a lo largo de su carrera.

Pero si tiene suerte también sentirá el inenarrable placer del descubrimiento, aunque sea menor; el súbito destello de comprensión, la repentina confirmación de teorías y años de trabajo, ese momento glorioso en el que se convierte en la primera persona de la historia en entender un poco más, en empujar un poco más allá el límite del conocimiento humano. Puede que esto venga acompañado de honores, premios y proyectos, o puede que sea arrinconado, olvidado, considerado secundario; tal vez incluso falseado. Aunque una cosa es real: la verdadera razón por la que se practica ciencia es la caza de esa elusiva sensación. Porque los premios, los proyectos y los honores no pueden competir con esa satisfacción interior: la verdadera razón del querer saber.

Sobre el autor: José Cervera (@Retiario) es periodista especializado en ciencia y tecnología y da clases de periodismo digital.

El artículo La razón del querer saber se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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El deuterio es un isótopo del hidrógeno. Eso significa que el número de protones en su núcleo es idéntico, uno, pero el deuterio tiene un neutrón, cosa que el hidrógeno más básico no tiene.

En un núcleo como el del deuterio se ilustra fácilmente el efecto de la equivalencia entre masa y energía que hizo famosa Einstein con su ecuación E = mc2. Las cuentas son muy simples: si la masa de un protón es mp = 1.007276 u (donde u representa la unidad de masa atómica ≈ 1.66053886 x 10-27 kg) y la del neutrón es mn= 1.008665 u, entonces mp + mn = 1.007276 + 1.008665 = 2.015941 u. Pero resulta que la masa medida real del núcleo de deuterio es 2.013553 u, es decir, que existe una diferencia de masa de 2.015941 – 2.013553 = 0.002388 u. = 3.9654 x 10-30 kg. Aplicando la fórmula de Einstein obtenemos que este déficit de masa corresponde a 2,224 MeV de energía, que es lo que se conoce como energía de enlace del núcleo de deuterio. Visto de otra forma, este defecto de masa es la energía que se ha liberado al “construirse” el núcleo.

En pura teoría podríamos seguir así hasta completar todos los isótopos existentes. Y decimos en pura teoría porque en 2015 se midió por primera vez y ahora acaba de confirmarse con mayor precisión que esta forma de proceder falla de forma muy significativa a las primeras de cambio. con el núcleo de helio-3, esto es, con solo dos protones y un neutrón. ¿Qué ocurre? ¿Falla la famosa fórmula?¿Hay algo desconocido que se nos escapa?¿Están mal los experimentos?

En 2015 el equipo liderado por Edmund Myers de la Universidad Estatal de Florida en Tallahassee (Estados Unidos) publicó unas mediciones de las relaciones de masa atómica que dejaron perplejos a los investigadores. Sus datos implicaban que, siguiendo el procedimiento de arriba, la suma de las masas del protón y el deuterón menos la masa del núcleo de helio-3, es decir, (mp + md) – mh, era mucho más pequeña, en más de 4 desviaciones estándar, que el valor deducido al combinar los valores aceptados de las masas individuales. Algo no cuadraba. O las mediciones del equipo de Myers o los valores de masa individuales estaban mal.

Una medición posterior de la masa del protón realizada por otros investigadores, apuntó a que la masa del protón utilizada era un poco demasiado grande. Sin embargo, la discrepancia se mantenía en más de 3 desviaciones estándar. Ahora, en una repetición de su experimento, Myers y colegas confirman su resultado de 2015 con una precisión mejorada.

En los experimentos los investigadores emplean un espectrómetro con una trampa de iones tipo Penning. Este tipo de aparato consigue medir con preción la relación existente entre las frecuencias de resonancia ciclotrón de dos iones atrapados, de la que puede deducirse la relación entre las masas de los iones.

Myers y sus colegas mejoraron significativamente su aparato de 2015, reduciendo tanto la falta de homogeneidad del campo magnético de la trampa como el ruido en el circuito de detección del aparato. Luego rehicieron su medición de la relación de las masas del núcleo de helio-3 (que al no tener un electrón es un ion que se representa como 3He+) y el ion molecular hidrógeno-deuterio (HD+), que se puede convertir fácilmente a la diferencia (mp + md) – mh que mencionamos antes.

Debido a las mejoras en el aparato su resultado difiere de nuevo en más de 4 desviaciones estándar del valor calculado utilizando la masa del protón actualizada (más pequeña) y las masas del deuterón y del núcleo de helio-3.

El hallazgo no solo tiene interés porque es una de esas pequeñas cosas que después pueden llevar a grandes descubrimientos si se descarta el error experimental, sino también porque llega en un momento crítico en el que está en revisión la nueva propuesta del Sistema Internacional de Unidades (SI) en términos de constantes fundamentales.

Referencia:

S. Hamzeloui, J. A. Smith, D. J. Fink, and E. G. Myers (2017) Precision mass ratio of 3He+ to HD+Physical Review A doi: 10.1103/PhysRevA.96.060501

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

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

El artículo En este núcleo sobra masa se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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En 1987, Chris Cole publicó en el grupo de Google sci.crypt un mensaje titulado Feynman’s cipher. Se refería a una conversación que había tenido con el físico teórico Richard Feynman (1918-1988), que introducía de la siguiente manera:

“Cuando era estudiante de posgrado en Caltech, el profesor Feynman me mostró tres ejemplos de código con los que había sido retado por un colega científico de Los Álamos, y que no había podido descifrar. También fui incapaz de descifrarlos. Ahora los publico en la red para intentarlo.”

Richard Feynman y los tres códigos.

Cole copiaba después esos tres mensajes cifrados, calificados con diferentes grados de dificultad:

1. El más sencillo:

MEOTAIHSIBRTEWDGLGKNLANEAINOEEPEYST

NPEUOOEHRONLTIROSDHEOTNPHGAAETOHSZO

TTENTKEPADLYPHEODOWCFORRRNLCUEEEEOP

GMRLHNNDFTOENEALKEHHEATTHNMESCNSHIR

AETDAHLHEMTETRFSWEDOEOENEGFHETAEDGH

RLNNGOAAEOCMTURRSLTDIDOREHNHEHNAYVT

IERHEENECTRNVIOUOEHOTRNWSAYIFSNSHOE

MRTRREUAUUHOHOOHCDCHTEEISEVRLSKLIHI

IAPCHRHSIHPSNWTOIISISHHNWEMTIEYAFEL

NRENLEERYIPHBEROTEVPHNTYATIERTIHEEA

WTWVHTASETHHSDNGEIEAYNHHHNNHTW

2. El más complicado:

XUKEXWSLZJUAXUNKIGWFSOZRAWURORKXAOS

LHROBXBTKCMUWDVPTFBLMKEFVWMUXTVTWUI

DDJVZKBRMCWOIWYDXMLUFPVSHAGSVWUFWOR

CWUIDUJCNVTTBERTUNOJUZHVTWKORSVRZSV

VFSQXOCMUWPYTRLGBMCYPOJCLRIYTVFCCMU

WUFPOXCNMCIWMSKPXEDLYIQKDJWIWCJUMVR

CJUMVRKXWURKPSEEIWZVXULEIOETOOFWKBI

UXPXUGOWLFPWUSCH

3. Nuevo mensaje:

WURVFXGJYTHEIZXSQXOBGSVRUDOOJXATBKT

ARVIXPYTMYABMVUFXPXKUJVPLSDVTGNGOSI

GLWURPKFCVGELLRNNGLPYTFVTPXAJOSCWRO

DORWNWSICLFKEMOTGJYCRRAOJVNTODVMNSQ

IVICRBICRUDCSKXYPDMDROJUZICRVFWXIFP

XIVVIEPYTDOIAVRBOOXWRAKPSZXTZKVROSW

CRCFVEESOLWKTOBXAUXVB

El primero de ellos, de 380 caracteres, el más fácil, fue resuelto al día siguiente por Jack C. Morrison (Laboratorio de Propulsión a Reacción, NASA). Morrison se dio cuenta de que se trataba de un cifrado por transposición de 5 por 76, en el que, comenzando por la última letra “W”, se debía retroceder a lo largo del texto cifrado en 5 posiciones varias veces; al terminar, había que volver a repetir la misma estrategia, comenzando por la anteúltima letra “T”, y así sucesivamente. Tras realizar este descifrado, se obtiene el texto:

WHANTHATAPRILLEWITHHISSHOURESSOOTET

HEDROGHTEOFMARCHHATHPERCEDTOTHEROOT

EANDBATHEDEVERYVEYNEINSWICHLICOUROF

WHICHVERTUENGENDREDISTHEFLOURWHANZE

PHIRUSEEKWITHHISSWEETEBREFTHINSPIRE

DHATHINEVERYHOLTANDHEETHTHETENDRECR

OPPESANDTHEYONGESONNEHATHINTHERAMHI

SHALVECOURSYRONNEANDSMALEFOWELESMAK

ENMELODYETHATSLEPENALTHENYGHTWITHOP

ENYESOPRIKETHHEMNATUREINHIRCORAGEST

HANNELONGENFOLKTOGOONONPILGRIM

que corresponde a las primeras palabras de los Cuentos de Canterbury de Geoffrey Chaucer, como comentaba el propio Morrison en el grupo sci.crypt:

WHAN THAT APRILLE, WITH HIS SHOURES, SOOTE

THE DROGHTE OF MARCH HATH PERCED TO THE ROOTE

AND BATHED EVERY VEYNE IN SWICH LICOUR

OF WHICH VERTU ENGENDRED IS THE FLOUR

WHAN ZEPHIR U SEEK WITH HIS SWEETE BREFTH

INSPIRED HATH IN EVERY HOLT AND HE ETH

THE TENDRE CROPPES AND THEY ONGE SONNE

HATH IN THE RAM HIS HALVE COURSY RONNE

AND SMALE FOWELES MAKE N MELODYE

THAT SLEPEN AL THE NYGHT WITH OPEN.

YES, O PRIKE THHEM, NATURE. IN HIR CORAGES

THANNE LONGEN FOLK TO GO ON. ON PILGRIM!

En la versión del proyecto Gutenberg, estos versos son:

Whan that Aprille with his shoures sote

The droghte of Marche hath perced to the rote,

And bathed every veyne in swich licour,

Of which vertu engendred is the flour;

Whan Zephirus eek with his swete breeth

Inspired hath in every holt and heeth

The tendre croppes, and the yonge sonne

Hath in the Ram his halfe cours y-ronne,

And smale fowles maken melodye,

That slepen al the night with open yë,

(So priketh hem nature in hir corages):

Than longen folk to goon on pilgrimages…

Primera página de los “Cuentos de Canterbury” en el manuscrito Ellesmere. Imagen de Wikipedia.

En [2], Nick Pelling daba algunos detalles y conjeturas sobre los otros dos códigos: el segundo que consta de 261 caracteres y usa las 26 letras del alfabeto inglés, y el tercero de 231 caracteres.

Además, en [4] se comparten algunos datos para intentar identificar a la persona que propuso a Feynman estos complicados códigos aún no resueltos. Parece que Geoffrey Chaucer y alguna de las ediciones de sus Canterbury Tales pueden ser la clave para descubrir a ese ‘colega de Los Álamos’, y quizás poder interpretar los dos cifrados restantes…

Aunque hay muchas personas expertas intentando encontrar la clave de estos códigos, quizás –aprendiendo un poquito de criptografía– te apetezca intentarlo. ¡Suerte!

Nota:

Visto en The Feynman Ciphers, Futility Closet, 5 diciembre 2017

Más información:

[1] Nick Pelling, Feynman Ciphers, Cipher Mysteries, 25 enero 2013

[2] Nick Pelling, A quick look at the Feynman Ciphers, Cipher Mysteries, 24 agosto 2014

[3] Nick Pelling, The British Mission to Los Alamos and the Feynman Ciphers, Cipher Mysteries, 25 enero 2015

[4] Nick Pelling, The Feynman Challenge Ciphers and Geoffrey Chaucer, Cipher Mysteries, 30 abril 2017

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 Los cifrados de Feynman se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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Gusano de tubo gigante (Riftia pachyptila). Este anélido se aloja en el interior de un gran tubo quitinoso blanco. De su extremo superior, emergiendo del tubo, nace una gran pluma branquial roja por la hemoglobina.

No se han hallado pigmentos respiratorios en ninguna especie de esponjas, cnidarios, ctenóforos, briozoos, quetognatos, hemicordados, tunicados, cefalocordados, onicóforos, tardígrados y gastrotricos.

Los pigmentos más comunes son las hemoglobinas. Hay animales que, además de en la sangre, tienen hemoglobinas en sus músculos, y otros las tienen también en otros tejidos, como el nervioso. Las células musculares de vertebrados contienen una hemoglobina a la que llamamos mioglobina y es especialmente abundante en el citoplasma de las células cardiacas y en el de las fibras oxidativas lentas del músculo esquelético. Por contraste con las hemoglobinas sanguíneas, la mioglobina está formada por una única subunidad (monomérica) de 1.78×104 daltons, cuya globina difiere de las globinas α y β propias de los eritrocitos. Y en algunos anélidos y moluscos, no solo hay hemoglobinas en las células musculares, también las hay en las neuronas, lo que confiere a los ganglios un color rosáceo. Un caso interesantísimo es el de las especies de los géneros Anisops y Buenoa de la familia de insectos Notonectidae (insectos buceadores de agua dulce): en las células grandes de sus tráqueas abdominales hay altas concentraciones de hemoglobina, que hace las veces de una botella de O2 durante la inmersión.

La hemoglobina sanguínea puede encontrarse en el interior de células sanguíneas especializadas, los eritrocitos. En ese caso, puede estar formada por una (monomérica), dos (dimérica) o cuatro (tetramérica) subunidades, y su peso molecular es acorde a su relativamente pequeño tamaño. Lo normal es que varíe de los 1.4×104 daltons característicos de las hemoglobinas monoméricas (como la mioglobina) de menor tamaño a los 7.2×104 de las tetraméricas de mayor peso molecular (la del bivalvo Arca, por ejemplo). Sin embargo, también puede encontrarse en forma disuelta en la sangre, en cuyo caso lo normal es que esté formada por muchas subunidades (cada una con su grupo hemo), por lo que su peso molecular es altísimo: van desde los 2×105 a los 1.2×107 daltons. A las que no se encuentran en el interior de células (sean glóbulos rojos, musculares o de cualquier otro tipo) se las denomina hemoglobinas extracelulares. Un ejemplo ilustrativo es la hemoglobina plasmática del poliqueto Arenicola, formada por 180 subunidades y cuyo peso molecular es de 3×106 daltons.

Tienen hemoglobina representantes de foronídeos (de una y dos subunidades, en la sangre), equinodermos (de dos y cuatro subunidades, en la sangre), vertebrados (de una, dos o cuatro subunidades, en la sangre; y también en otros tejidos), platelmintos (en otros tejidos), nemertinos (en otros tejidos), moluscos (en dos, cuatro y numerosas subunidades en la sangre; y también en otros tejidos), equiuroideos (en otros tejidos), anélidos (una, dos, cuatro o muchas subunidades en la sangre; y también en otros tejidos), artrópodos (una, dos o muchas subunidades en la sangre; y también en otros tejidos), y nemátodos (una y muchas subunidades en la sangre; y también en otros tejidos). La presencia de hemoglobina en muchos grupos es esporádica: puede aparecer en unos clados y no en otros, sean estos del nivel que sean. Es posible que todas las hemoglobinas tengan su origen en un ancestro común y, por lo tanto, surgieran de manera muy temprana. Hay que tener en cuenta que las hemoglobinas son unas formas químicas muy parecidas a los citocromos de la cadena de transporte electrónico, moléculas que tienen una distribución universal y de gran antigüedad.

Los otros pigmentos cuyo metal es el hierro son las clorocruorinas y las hemeritrinas. Solo se han hallado clorocruorinas en cuatro familias de gusanos anélidos, y dada su gran semejanza con las hemoglobinas plasmáticas de los invertebrados, hay quien sostiene que no deberían ser considerados categorías diferentes. Sus pesos moleculares son de unos 3 millones de daltons. Se han hallado hemeritrinas en todos los gusanos sipuncúlidos conocidos, en muchos braquiópodos, en los dos géneros de priapúlidos y en la familia de anélidos Magellonidae. Las hemeritrinas circulantes se encuentran siempre en el interior de células, ya sea en la sangre o el fluido celómico; suele tratarse de octómeros y su peso molecular varía de 4×104 a 1.1×105 daltons. También hay hemeritrinas musculares (miohemeritrinas); son de bajo peso molecular (alrededor de 1.3×104 o 1.4×104 daltons) por tratarse de monómeros.

Cangrejo (Cancer productus ) visto desde abajo. El color púrpura lo proporciona la hemocianina.

Las hemocianinas son los únicos pigmentos cuyo metal no es el hierro, sino el cobre. Son característicos de dos filos, moluscos y artrópodos. Aunque se les da el mismo nombre, hay grandes diferencias entre las de uno y otro grupo por lo que hay quien sostiene que deberían denominarse de forma diferente. Todas las hemocianinas se encuentran en el plasma de forma disuelta, por lo que son moléculas grandes, de entre 4 x106 y 9×106 daltons en los moluscos, y de entre 0,5 x106 y 3×106 daltons en los artrópodos. Todas ellas tienen múltiples sitios de unión de oxígeno. En moluscos, tienen hemocianina los cefalópodos, muchos quitones, gasterópodos y algunos bivalvos. La mayoría de estos últimos, no obstante, carecen de pigmentos respiratorios. Y entre los artrópodos, poseen hemocianinas crustáceos decápodos, limúlidos, arañas y escorpiones. Se da la curiosa circunstancia de que hay moluscos cuya sangre contiene hemocianina, pero que tienen hemoglobina en sus células musculares y neuronas. Toda la hemocianina es plasmática.

Con independencia de la categoría de pigmentos de que se trate, se cumple la norma de que los extracelulares son grandes moléculas formadas por numerosas subunidades, mientras que los intracelulares están formadas por un número relativamente pequeño de subunidades (ocho como mucho). Al parecer, los pigmentos cuyo peso molecular es inferior a 200000 daltons pueden atravesar los filtros renales o estructuras equivalentes, por lo que si se encontrasen en disolución, se perderían con la orina. En las especies en que el pigmento se encuentra en el líquido celómico el problema es similar, pues si fuese de pequeño tamaño se perdería a través del celomoducto o el nefridio.

En el caso de los vertebrados hay razones adicionales para que la hemoglobina se encuentre en el interior de los eritrocitos. Por un lado, si se encontrase en forma disuelta, la presión coloidosmótica que generaría no sería compatible con el equilibrio hídrico entre el plasma y los tejidos. No habría problema osmótico si las moléculas del pigmento fueran de gran tamaño, pero en ese caso, la viscosidad de la sangre sería demasiado alta como para que el corazón la pudiese impulsar a través de todo el sistema circulatorio. Las cosas son diferentes en los invertebrados, porque sus demandas metabólicas son muy inferiores y, por ello, también lo es la necesidad de transportar oxígeno. Eso les permite operar con grandes moléculas (y evitar así su perdida a través de los filtros renales) sin que la presión coloidosmótica ni la viscosidad de la sangre sean demasiada altas.

Fuentes:

Richard W. Hill, Gordon A. Wyse & Margaret Anderson (2004): Animal Physiology. Sinauer Associates, Sunderland

John D. Jones (1972): Comparative physiology of respiration. Edward Arnold, Edinburgh

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

El artículo Sistemas respiratorios: distribución de los pigmentos se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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Veamos qué le ocurre a la medición del tiempo cuando se tiene en cuenta la teoría de la invariancia. Para ello seguiremos el argumento original de Einstein, que es sorprendentemente simple, puesto al día con la tecnología actual. Es tan simple que para llegar a la conclusión que buscamos lo más complejo desde el punto de vista matemático que se usa (nosotros no lo haremos) es el teorema de Pitágoras y álgebra de primaria.

En este experimento, una observadora, Mónica, está en una nave espacial moviéndose a una velocidad uniforme extremadamente rápida y en línea recta en relación con otra nave en la que está Esteban, que permanece estacionario. En la nave espacial de Mónica (es decir, en su marco de referencia) hay un reloj que mide el tiempo en intervalos precisos mediante el uso de un pulso de láser. El pulso viaja directamente desde un láser, golpea un espejo y se refleja. Cuando el pulso regresa al punto inicial, es detectado por un fotosensor, que registra entonces el tiempo transcurrido, al que llamaremos Δtm (que se corresponde con el tiempo de ida y vuelta al espejo, por tanto), y emite otro pulso. Como la velocidad de la luz es constante y la distancia que recorre es fija, el segundo pulso tarda exactamente la misma cantidad de tiempo Δtm para realizar el viaje de ida y vuelta según Mónica. Son estos intervalos de tiempo idénticos los que se usan como un reloj, tic-tac, tic-tac, para medir el tiempo en la nave de Mónica.

Dado que Mónica viaja a una velocidad uniforme, el principio de relatividad de Einstein le dice que el reloj se comporta exactamente como lo haría si estuviera en reposo. De hecho, de acuerdo con este principio, ella no podría decir a partir de este experimento (o de cualquier otro) si su nave está en reposo o en movimiento en relación con Esteban sin mirar hacia fuera de la nave espacial. Pero para Esteban, que no está en marco de referencia de Mónica, sino en el suyo propio, le parece que avanza rápidamente en línea recta con respecto a él. (Por supuesto, podría ser que Esteban fuese quien se mueve hacia atrás, mientras que Mónica está estacionaria, pero la observación y el argumento que sigue serían los mismos).

Al observar el reloj láser de Mónica mientras su nave espacial pasa volando a su lado, ¿qué ve Esteban? Al igual que en el experimento de la relatividad galileana con la pelota que cae al suelo cuando la suelta una persona en movimiento, Esteban ve algo muy diferente de lo que ve Mónica. Debido a que la nave espacial de ella se está moviendo con respecto a la de él, observa que el pulso de luz sigue una trayectoria en diagonal hacia el espejo y otra trayectoria diagonal hacia el detector. Usaremos el símbolo te para el tiempo que mide Esteban.

Aquí es donde entra el segundo postulado de Einstein: la velocidad de la luz, c, medida debe ser la misma independientemente de que la observe Mónica o Esteban. Pero la distancia que recorre el pulso de luz durante un viaje de ida y vuelta tal y como lo ve Mónica es más corta de la que ve Esteban. Si llamamos dm a la distancia total que recorre el pulso desde el emisor hasta el espejo y vuelta para Mónica y de para Esteban, podemos escribir que c = dm/Δtm = de/Δte

Como de es mayor que dm, Δte debe ser mayor que Δtm, para que las proporciones tengan el mismo valor, c. Esto significa que el intervalo de tiempo (Δte ) para el viaje de ida y vuelta del pulso de luz, registrado en el reloj como Esteban lo observa, es más largo que el intervalo de tiempo (Δtm ) registrado en el reloj cuando es Mónica la que lo observa.

La conclusión sorprendente de este experimento mental (que en realidad es una deducción a partir de los postulados de la teoría de la invariancia) es:

Los intervalos de tiempo no son absolutos e invariables, sino relativos. Cualquier fenómeno repetitivo que se mueva con relación a un observador estacionario (como un reloj como el de Mónica), parece para el observador estacionario que transcurre más lentamente de lo que parece hacerlo cuando lo mide el observador que se mueve con el reloj, y tanto más despacio cuanto más rápido se mueva. Esto se conoce como dilatación del tiempo.

Dispositivo de nuestro experimento mental. Para Mónica (a) su reloj consiste en un espejo (Mirror R) separado una distancia l (por tanto dm = 2l) de un fotodetector (Photodetector P). Cuando Esteban observa (b) este dispositivo que se mueve con una velocidad constante v, el pulso láser viaja una distancia d’ (que en el texto principal llamamos d sub e, de) en dos tramos iguales d’/2. Usando las igualdades que damos en el texto deducir la fórmula final debería ser trivial a partir del teorema de Pitágoras.

Pero, ¿cuánto más lento parece un reloj que se mueve respecto de un observador? Para obtener la respuesta, se puede usar el gráfico de arriba y usar el teorema de Pitágoras. Con un poco de álgebra básica, se obtiene la relación exacta entre el intervalo de tiempo transcurrido registrado por un reloj que está estacionario con respecto al observador (como en el caso de Mónica) y el intervalo de tiempo transcurrido para el mismo fenómeno medido por alguien que observa el reloj en movimiento a una velocidad constante v (como en el caso de Esteban).

El resultado viene dado por una ecuación muy sencilla, Δte = Δtm /√(1-v2/c2), que viene a decir que el intervalo de tiempo que observa Esteban es diferente del intervalo de tiempo que observa Mónica para el mismo reloj, estacionario en el marco de referencia de ella, por el efecto de la velocidad constante v con la que Esteban observa que se mueve el marco de referencia de Mónica, su nave y todo lo que ésta contiene, incluido el reloj. Este efecto lo introduce el denominador √(1-v2/c2).

En la próxima entrega analizaremos en detalle esta ecuación.

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

El artículo La relatividad del tiempo (1) se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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La ballena más solitaria del mundo Fuente: 52thesearch.com

Mientras lees este artículo, en algún lugar del Pacífico Norte, una ballena vaga solitaria por sus aguas. Se la conoce como la ballena de los 52 hercios porque es esa la frecuencia en la que emite su canto, una frecuencia mucho más alta que las otras ballenas (la ballena azul canta a entre 10 y 39 hercios, y la ballena de aleta a 20). Se la detectó por primera vez a finales de los años 80 y desde entonces se la ha captado en distintos puntos del océano. Siempre ella, y siempre sola. Parece que nadie oye ni responde a su canto (puedes escucharlo aquí), y por eso se la conoce como la ballena más solitaria del mundo.

Para un oyente atento, el océano es un lugar de lo más interesantes. Señales humanas y animales cruzan las aguas enviando todo tipo de información a kilómetros de distancia. Solo hay que tener la habilidad (y las herramientas) para interpretarla.

Registro de los movimientos de la ‘ballena más solitaria del mundo’. Fuente: Woods Hole Oceanographic Institution

Claro que a veces eso no es suficiente. El canto de la melancólica ballena solitaria es misterioso por la particular situación del animal, dotado, al parecer, para su desgracia de un sistema vocal único en el mundo. Pero no fue especialmente difícil de interpretar para los científicos que lo captaron.

Otros sonidos fueron más complejos de desentrañar, y algunos no lo han sido todavía.

Upsweep, un barrido de origen desconocido

Cuando en agosto de 1991 el Laboratorio Ambiental Marino del Pacífico, perteneciente a la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica comenzó a grabar los sonidos marinos de la zona, uno de estos enigmas por resolver ya estaba allí. Lo llamaron Upsweep (literalmente “barrido arriba”) y se trata de una serie de sonidos de barrido de varios segundos de duración que se repiten durante varios minutos y que son tan potentes que se han registrado de un lado al otro de ese océano (puedes oírlo aquí).

Upsweep. Fuente NOAA

No se sabe qué lo genera, aunque sí se saben otras cosas, como por ejemplo que alcanzó su máxima intensidad en 2004 y que desde entonces se ha ido atenuando aunque sigue siendo claramente audible. También que se escucha mejor en primavera y en otoño, aunque esto podría deberse tanto a la naturaleza de su fuente como a que el sonido viaje mejor con las condiciones ambientales de esas estaciones.

También se han descartado algunas posibilidades. El sonido es bastante uniforme, lo que en principio significaría que no proviene de una fuente animal, como las ballenas, ni de la actividad volcánica, que suele ser cíclica. Sin embargo, según una teoría, aun sin probar, quizá sea un tipo concreto de actividad volcánica submarina constante o con variaciones muy tenues a lo largo del tiempo la responsable del Upsweep.

Otra hipótesis es que el sonido esté causado por el propio movimiento del agua y el rozamiento del viento contra su superficie. Hasta que alguna de esta hipótesis sea descartada o confirmada, la naturaleza de este sonido sigue siendo un enigma.

¿Es un calamar? ¿Una ballena gigante?

Para otros sonidos misteriosos ya creemos tener una respuesta. Uno de ellos es el Bloop (puedes escucharlo aquí). Captado en 1997 en las costas de Chile al reparar los micrófonos submarinos instalados durante la Guerra Fría, se trata de un sonido muy potente que desciende lentamente hasta una frecuencia casi subsónica durante unos 7 minutos y con un volumen tan fuerte que fue captado por tres sensores diferentes distanciados entre sí por miles de kilómetros.

Bloop. Fuente: NOAA

Gracias a la información disponible se consiguió situar el origen de este sonido: un punto distante en el sur del Océano Pacífico, al oeste del extremo sur de América del Sur frente a las costas de Chile.

En cuanto a su causa, se ha especulado con que pudiese ser un animal de gran tamaño, quizá un calamar gigante o una ballena de una especie desconocida mayor que todas las conocidas hasta ahora, aunque las dos posibilidades han sido descartadas. Por un lado, porque los cefalópodos carecen de sistemas que les permitan emitir sonidos, y por otro, porque las ballenas, como mamíferos que son, están obligadas a subir a la superficie en búsqueda de oxígeno, así que se habrían producido avistaciones en algún momento.

Ahora se considera que las características del Bloop coinciden con los sonidos que se producen cuando grandes icebergs se desgajan, produciendo auténticos terremotos, y raspan con su duro hielo contra el fondo marino.

Referencias:

Song of the Sea, a Cappella and Unanswered – The New York Times

Icequakes (Bloop) – NOAA

Upsweep – NOAA

Sobre la autora: Rocío Pérez Benavente (@galatea128) es periodista

El artículo Los enigmas que nos cantan desde el fondo del océano se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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El dragón de Komodo –Varanus komodoensis– no es un dragón sino un lagarto. Es quizás el de mayor tamaño que existe: puede llegar a medir hasta 3 m de largo y pesar 70 kg. Sobreviven hoy unos pocos miles de ejemplares de la especie en algunas islas de Indonesia; la mayor parte, alrededor de mil quinientos, en la de Komodo de donde proviene su nombre.

El dragón de Komodo se alimenta principalmente de carroña, pero también se comporta como depredador sit-and-wait, o sea, “siéntate-y-espera”. Quiere esto decir que no es un cazador al uso, no persigue a sus presas, sino que las espera, agazapado, de manera que cuando una pasa a su lado le lanza un zarpazo y, si puede, le propina un buen mordisco. En algunos casos eso es suficiente para atraparla. En otros, sin embargo, la presa escapa, aunque normalmente acaba muriendo.

La mordedura del dragón de Komodo causa un daño grave a sus presas. Por un lado, y aunque este es un tema controvertido, parece que al morder, el dragón transfiere algo de veneno a la presa. Y por el otro, mantiene en su boca un multicultivo de bacterias que, al penetrar en la sangre de la presa, le producen una infección que acaba dando lugar a su muerte y captura por su asaltante o por otros dragones.

Que se alimente de carroña y que mantenga un cultivo de múltiples bacterias en su cavidad bucal son dos hechos con una interesante implicación: el varano es inmune a buen número de patógenos bacterianos. La carroña es materia orgánica con un alto contenido en microorganismos, bacterias patógenas entre ellos. Y qué decir de sus propios cultivos bacterianos: si son capaces de provocar septicemias en sus presas es porque contienen cepas patógenas. Por lo tanto, si el dragón de Komodo no se infecta cada vez que ingiere una presa, aparte de la barrera que pueda suponer el epitelio de sus tejidos digestivos, ha de tener algún potente sistema defensivo. Y en efecto, así es. La sangre de Varanus contiene medio centenar de péptidos –proteínas de pequeño tamaño- con actividad antibacteriana.

Lo interesante de los péptidos antibacterianos encontrados en la sangre del dragón de Komodo es que parecen ser eficaces contra Pseudomonas aeruginosa y Staphylococcus aureus. Esas dos bacterias se encuentran en la lista de doce declaradas en febrero de este año por la Organización Mundial de la Salud como “patógenos prioritarios”. Son bacterias que han desarrollado resistencia a muchos antibióticos. Pseudomonas, en concreto, es una de las tres de máxima prioridad, y Staphylococcus es de prioridad alta.

En este momento se desarrolla una línea de investigación que busca encontrar nuevos antibióticos a partir de los péptidos antibacterianos de la sangre de los varanos. Pero hay un problema. Hay pocos ejemplares de esta especie, razón por la cual se encuentra en peligro de extinción. Por eso resulta muy caro trabajar con estos animales, además de que al tratarse de una especie protegida no pueden capturarse tantos como sería de desear. Este caso nos recuerda, una vez más, que nos interesa proteger los entornos naturales: no solo por razones de equilibrio ecológico global, sino porque además, esos entornos son y serán fuente de numerosas sustancias con las que ampliar el catálogo de fármacos al servicio de nuestra salud.

Esta historia tiene un cierto aroma a brujería y hechizos. Nos recuerda a las pociones para las que había que utilizar sangre de víbora o similares. Y sin embargo, no tiene nada de medieval; al contrario, es una historia de hoy y esperemos que, también, sea una historia de mañana.

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

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Una versión anterior de este artículo fue publicada en el diario Deia el 8 de octubre de 2017.

El artículo Sangre de dragón se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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En #Naukas17 nadie tuvo que hacer cola desde el día anterior para poder conseguir asiento. Ni nadie se quedó fuera… 2017 fue el año de la mudanza al gran Auditorium del Palacio Euskalduna, con más de 2000 plazas. Los días 15 y 16 de septiembre la gente lo llenó para un maratón de ciencia y humor.

Daniel Marín, una de las referencias internacionales para la divulgación de la exploración espacial en español, apoyándose en una imponente colección de imágenes reales, nos narra la aventura de la misión Cassini-Huygens, que llegó a Saturno, para quedarse, en 2004.

Daniel Marín: Algo se muere en el alma cuando una sonda se va

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

El artículo Naukas Bilbao 2017 – Daniel Marín: Algo se muere en el alma cuando una sonda se va se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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El pasado noviembre superamos los 7.500 millones de habitantes en la Tierra. Mucho se ha hablado sobre el gran crecimiento de la población de las últimas décadas. El consenso es claro, pese a que la tasa de natalidad mundial está en los niveles más bajos de la historia de la humanidad, la tasa de mortalidad está en niveles aún más bajos. Aquí no queda más que dar las gracias a los grandes avances de la ciencia y la medicina, que ha permitido reducir la mortalidad infantil y alargar la esperanza de vida al nacer hasta más superar los 70 años (de media mundial).

Pero este dulce momento no ha sido siempre así. En tiempos pasados las tasas de natalidad estaban disparados, pero la gran mortalidad infantil a causa de razones de lo más variadas impedía que la población creciese de la forma que lo hace actualmente. Y, con tanta gente naciendo y muriendo a lo largo de milenios, ¿cuánta gente ha poblado la Tierra a lo largo de la historia?[1]

En todo momento hay que dejar claro es que esto es un juego de números para intentar encontrar una cifra más o menos válida. Como siempre que se juega a los grandes cálculos, hay que establecer varias hipótesis que nos limitan tomar estos datos como ciertos, pero sí que nos permiten hacernos a una idea de las cifras que podemos manejar.

Lo primero es establecer el punto de partida. Los registros arqueológicos y paleontológicos nos han permitido conocer una gran cantidad de especies de homínidos que poblaron la Tierra antes que nosotros. Como bien es sabido, algunos de estos homínidos pueden considerarse antepasados directos de nosotros, pero una gran mayoría pertenecen a ramas hoy extintas. Para facilitar los cálculos, nos centraremos únicamente en el Homo sapiens moderno, para lo que podemos poner el punto de partida hace unos 50.000 años, momento en el que se considera que el Homo sapiens sale de África.

Miguelón y Lucy, muy a nuestro pesar, se quedan fuera de la lista.[2]

El segundo paso es determinar la cantidad de población que se estima que existía en la tierra desde el 50.000 B.P. hasta la actualidad. Aquí los registros son nulos, por lo que sólo nos quedan estimaciones de lo más burdas, especialmente para los primeros momentos del Homo sapiens moderno.

Expansión del Homo sapiens

En torno al año 8.000 B.P., varias fuentes coinciden en situar la población mundial en torno a los 5 millones de habitantes, donde prácticamente la totalidad de la Tierra estaba ya habitada y además existía un poblamiento relativamente estable. Para llegar a esta cifra, lo lógico es establecer un crecimiento sostenido desde un número inicial de 0 ó 2.[3]

En el año 1 ya no existe tanto consenso. El Population Reference Bureau estima una población de 300 millones de habitantes, basándose en la hipótesis de que el Imperio Romano tenía una población de unos 40 ó 50 millones y que Asia era ya entonces la zona más poblada del mundo. Las estimaciones de otras fuentes varían desde los 170 millones de habitantes hasta más de 500 millones.

A partir de este momento, pese a no tener aún registros históricos fiables, sí que tenemos más información que pueden facilitar la estimación de los datos de población mundial, cosa que queda contrastada por la poca diferencia entre las estimaciones de distintas fuentes. Para facilitar los cálculos, nos quedaremos de nuevo con los datos del Population Reference Bureau.

El tercer paso, y seguramente el más determinante de todos, es determinar qué tasa de natalidad[4] hubo desde el momento inicial hasta la actualidad. Para esto tenemos que inventarnos cuál pudo ser la tasa de mortalidad infantil[5] a la que se enfrentaron nuestros antepasados. Sabemos que tenía que ser elevada, así que estimar que la mitad de los niños que nacían morían antes del año no es descabellado. Lo que es difícil es establecer si esta mortalidad infantil no fue mayor en grupos de cazadores recolectores, ya que un niño más sin suficientes recursos para el sustento podría ser un problema de que era necesario deshacerse si no era esencial para mantener el futuro del grupo.

Asumiendo que la mortalidad infantil no fue mayor de 500 por cada 1.000, sabiendo que la esperanza de vida rondaba los 10 – 12 años en la Edad de Bronce y Edad de Hierro, podemos determinar que una tasa de natalidad de 80 por cada 1.000 habitantes era la necesaria para garantizar el reemplazo de población y un leve crecimiento de la misma que permita casar con las estimaciones de población puestas anteriormente.

A partir de la Baja Edad Media, las condiciones fueron poco a poco mejorando, mejorando los datos de mortalidad infantil y requiriendo una menor tasa de natalidad para garantizar el reemplazo poblacional. Sin embargo, no sería hasta la invención de la leche pasteurizada y los grandes avances de la medicina cuando la mortalidad infantil disminuiría de forma acusada, comenzando con la gran explosión de población mundial.

Así que, teniendo en cuenta el punto de partida, las estimaciones de población en momentos concretos del estudio y la tasa de natalidad durante los distintos periodos, nos quedaría una tabla como la siguiente.

Datos del Population Reference Bureau

Estas estimaciones que os presento fueron realizadas por Carl Haub[6], trabajador del Population Reference Bureau. Según ellas, en el año 2011, en la Tierra ya habían nacido más de 107.000 millones de personas. O lo que es lo mismo: En la actualidad viven en la Tierra un 6% – 7% de las personas que alguna vez han estado vivas.

Para finalizar, recordar algo que ya se ha dicho más arriba: Estos cálculos, si bien se basan en distintos estudios y datos aportados por la ciencia, necesitan de varias suposiciones que a día de hoy no se pueden mostrar como ciertas. Por ello las estimaciones son burdas, pero no absurdas.

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

Notas del autor:

[1] Historia y prehistoria, ya que en este caso la división por aparición de la escritura no procede.

[2] Miguelón es un ejemplar de Homo heidelbergensis hallado en Atapuerca y datado hace 300.000 años. Lucy por su parte es un ejemplar de Australopithecus afarensis hallado en Hadar (Etiopía) y datado hace 3,2 millones de años.

[3] Este número deja semblanzas de Adán y Eva, pero simplemente es necesario desde un punto de vista matemático para poder realizar los cálculos. El número inicial se puede considerar un error de partida necesario.

[4] La tasa de natalidad se calcula como el número total de nacimientos por cada mil habitantes.

[5] La tasa de mortalidad infantil se calcula como el número de muertos por cada mil nacidos a lo largo del primer año de vida.

[6] How Many People Have Ever Lived on Earth?

El artículo ¿Cuánta gente ha vivido en la Tierra? se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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Soy más de turrón blando que de turrón duro. Aunque reconozco que con un pedazo tengo más que suficiente, incluso si es de calidad suprema. Realmente no hay grandes diferencias entre uno y otro, ni nutricionales ni de fabricación.

El turrón de Jijona y el turrón de Alicante tienen denominación de origen. Cuando no la tienen se llaman turrón blando y turrón duro respectivamente. Ambos están compuestos exclusivamente por almendras tostadas, miel, azúcar y clara de huevo. Las calidades varían en función de la cantidad de almendra. Así, la calidad suprema contiene un 60% de almendra, la calidad extra un 50%, la calidad estándar un 40% y la calidad popular un 30%.

• El valor nutricional del turrón

Ambos turrones son ricos en proteínas de alto valor biológico, provenientes del huevo y de las almendras: contienen 7 de los 9 aminoácidos esenciales. También son ricos en ácido fólico y en vitamina E.

Estos turrones contienen mucha grasa: alrededor de 30 g por cada 100 g de turrón. Pero, como la grasa proviene exclusivamente de la almendra, tiene un buen perfil lipídico. Sólo entre 2 y 3 g son grasas saturadas, naturalmente presentes en las almendras. Contiene ácidos grasos insaturados que también encontramos en el aceite de oliva, como el ácido linoleico y linolénico.

La cantidad de azúcar oscila entre los 40 y los 50 g por cada 100g de turrón, por lo que nutricionalmente son alimentos superfluos. Cualquier bondad que pudiésemos atribuir a las almendras queda ensombrecida por el elevado contenido en azúcar que poseen. A estas alturas nadie duda de que los turrones son alimentos que consumimos sólo por placer, nunca por cuestión de salud.

• La ciencia de la fabricación del turrón

El primer paso para fabricar ambos turrones consiste en tostar las almendras. Esto se hace en hornos rotatorios esféricos durante 45-50 min. Cuando se tuestan las almendras se generan más de 50 compuestos diferentes, entre ellos cetonas, aldehídos, pirazinas, alcoholes, hidrocarburos aromáticos, furanos, pirroles, terpenos e hidrocarburos lineales. Las pirazinas, junto con los furanos y los pirroles, contribuyen significativamente al característico aroma tostado de la almendra. Los procesos químicos que suceden son muy complejos, tanto es así que todavía no se han determinado todos los compuestos volátiles que se producen durante el tueste.

Aparte se prepara el caramelo en una malaxadora, que es como una olla con una pala mezcladora. El caramelo se hace con miel, azúcar y agua. Los turrones de más calidad contienen más miel que azúcar. La mezcla se hace en caliente para aumentar la miscibilidad del azúcar y favorecer las reacciones de caramelización.

La caramelización es un proceso químico complejo mediante el cual se produce la oxidación de los azúcares, la fragmentación de la sacarosa, la condensación y deshidratación de los azúcares, etc. dando como resultado el sabor acaramelado, el color dorado y la formación de varios compuestos volátiles que dan ese olor característico a caramelo caliente. La caramelización sucede en el azúcar y en la miel. No olvidemos que la miel es 80% azúcar.

Cuando la mezcla de la miel y el azúcar es homogénea, se añade la clara de huevo. La clara de huevo tiene varias funciones: blanquea el caramelo, le da textura y volumen, aglutina todos los ingredientes del turrón y evita que se formen cristales de azúcar.

La clara del huevo es traslúcida, sin embargo, cuando la calentamos o la agitamos, las proteínas pierden el orden interno y se convierten en un entramado amorfo. A esto se le llama desnaturalización. Cuando esto sucede, ni siquiera la luz es capaz de atravesar ese caos proteico y por eso se vuelve de color blanco. Si seguimos batiendo, esas proteínas desnaturalizadas comienzan a coagular, a formar agregados de proteínas con una nueva estructura que es capaz de almacenar aire en su interior. Esto es lo que da textura y volumen al caramelo.

La clara de huevo funciona como aglutinante. Esto quiere decir que funciona como un pegamento, haciendo que los diferentes ingredientes se adhieran entre sí. También por esto es anticristalizante, es decir que, aunque haya alta concentración de azúcar, evita que éste forme cristales cuando la mezcla se enfríe.

Esta mezcla se sigue agitando hasta que alcanza el «punto de melero» o «punto de garguirol». Esto significa que cuando coges una pequeña porción de mezcla, ésta se solidifica en segundos y se rompe con un leve golpe; y al morderla se resquebraja sin pegarse a los dientes.

Cuando esta mezcla está en su punto, se le añade la almendra tostada y se mezcla bien con unas palas.

Tras este último paso, el turrón de Alicante y el de Jijona toman caminos diferentes. Por una parte, el turrón de Alicante se divide en bloques, se introduce en moldes cubiertos de oblea para que no se pegue y se prensa a mano hasta que queda con el menor número de imperfecciones. Finalmente, se cortan los bloques en tabletas y se envasan para su distribución.

Para el turrón de Jijona, la pasta caliente formada por las almendras y el caramelo se extiende sobre bandejas y se deja enfriar hasta que endurece. Estas placas se introducen en un molino de piedra, generalmente junto a más cantidad de almendras tostadas ya molidas. Todo esto se muele finamente y se bate hasta que quede una pasta homogénea, sin granos apreciables a simple vista.

Esta mezcla se lleva al boixet. El boixet es como un gran mortero caliente automatizado que permite alcanzar la cremosidad óptima. Una vez alcanzada, la pasta se vierte en unos moldes y se deja reposar durante 24 horas. Estos moldes son porosos, de forma que durante ese tiempo el turrón va exudando parte del aceite de las almendras. Una vez terminado este proceso, se desmolda, se corta en tabletas y se envasa.

Tanto el turrón de Jijona como el de Alicante, a menudo se envasan al vacío para que duren al menos un año.

• Sí, sí, el turrón caduca

La vida útil del turrón depende sobre todo de la variedad. Según la calidad del envasado, rondará los 12-18 meses tras su fabricación. El turrón de Jijona dura más que el de Alicante, porque el aceite de la almendra impregna toda la tableta y favorece su conservación. Mas allá de la fecha de caducidad podría ser peligroso consumirlo, principalmente porque la grasa se enrancia.

• Vuelve a casa, vuelve por Navidad

Lo interesante del turrón es su valor gastronómico, cultural y tradicional. Como cualquier alimento propio de una época del año, tiene ese algo de ritual que nos conquista y que lo convierten en parte fundamental de la ceremonia de estas fiestas.

La ciencia que hay tras él también nos hace entender gran parte de su atractivo culinario. Aun así, el turrón es un dulce altamente calórico y atiborrado de azúcar y, como tal, ningún nutricionista te recomendará consumirlo a lo largo de todo el año ni lo incluiría dentro de una dieta saludable.

Así que, tanto por conservar lo especial del ritual gastronómico navideño, como por salud, si el turrón vuelve a casa, que sólo vuelva por Navidad.

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

El artículo El buen turrón tiene su ciencia se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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