Cuaderno de Cultura Científica

Al medir el núcleo de helio hinchado, los físicos han desafiado nuestra mejor comprensión de la fuerza que une los protones y los neutrones.

Un artículo de Katie McCormick. Historia original reimpresa con permiso de Quanta Magazine, una publicación editorialmente independiente respaldada por la Fundación Simons.

Los núcleos de helio excitados se inflan como globos, ofreciendo a los físicos la oportunidad de estudiar la fuerza nuclear fuerte, que une los protones y neutrones del núcleo. Fuente: Kristina Armitage / Quanta Magazine

Una nueva medición de la fuerza nuclear fuerte, que une protones y neutrones, confirma indicios previos de una verdad incómoda: todavía no tenemos una comprensión teórica sólida ni siquiera de los sistemas nucleares más simples.

Para probar la fuerza nuclear fuerte, los físicos recurrieron al núcleo de helio-4, que tiene dos protones y dos neutrones. Cuando los núcleos de helio se excitan, crecen como un globo que se infla hasta que uno de los protones salta. Sorprendentemente, en un experimento reciente, los núcleos de helio no se hincharon según lo planeado: se hincharon más de lo esperado antes de estallar. Una medida que describe esa expansión, llamada factor de forma, es el doble de las predicciones teóricas.

“La teoría debería funcionar”, afirma Sonia Bacca, física teórica de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz y autora del artículo que describe la discrepancia, que se ha publicado en Physical Review Letters. “Estamos desconcertados”.

El núcleo de helio que se hincha, dicen los investigadores, es una especie de minilaboratorio para probar la teoría nuclear porque es como un microscopio: puede magnificar las deficiencias en los cálculos teóricos. Los físicos creen que ciertas peculiaridades en ese hinchamiento la hacen extremadamente sensible incluso a los componentes más débiles de la fuerza nuclear, factores tan pequeños que generalmente se ignoran. Cuánto se hincha el núcleo también corresponde a la blandura de la materia nuclear, una propiedad que ofrece información sobre los misteriosos corazones de las estrellas de neutrones. Pero antes de explicar el aplastamiento de la materia en las estrellas de neutrones, los físicos primero deben averiguar por qué sus predicciones están tan alejadas.

Bira van Kolck, teórica nuclear del Centro Nacional de Investigación Científica de Francia, afirma que Bacca y sus colegas han expuesto un problema importante en la física nuclear. Han encontrado, continúa, un caso en el que nuestra mejor comprensión de las interacciones nucleares, un marco conocido como teoría del campo efectivo quiral, se queda corta.

“Esta transición amplifica los problemas [con la teoría] que en otras situaciones no son tan relevantes”, concluye van Kolck.

La fuerza nuclear fuerte

Los nucleones atómicos (protones y neutrones) se mantienen unidos por la fuerza fuerte. Pero la teoría de la fuerza fuerte no se desarrolló para explicar cómo se mantienen unidos los nucleones. Sino que se usó por primera vez para explicar cómo los protones y los neutrones están hechos de partículas elementales llamadas quarks y gluones.

Durante muchos años los físicos no comprendieron cómo usar la fuerza fuerte para comprender la adherencia de los protones y los neutrones. Un problema era la extraña naturaleza de la fuerza fuerte: se vuelve más fuerte a medida que aumenta la distancia, en lugar de disminuir lentamente. Esta característica les impidió usar sus trucos de cálculo habituales. Cuando los físicos de partículas quieren comprender un sistema en particular, generalmente dividen una fuerza en contribuciones aproximadas más manejables, ordenan esas contribuciones de la más importante a la menos importante y luego simplemente ignoran las contribuciones menos importantes. Con la fuerza fuerte no podían hacer eso.

Luego, en 1990, Steven Weinberg encontró una forma de conectar el mundo de los quarks y los gluones con los núcleos pegajosos. El truco consistía en utilizar una teoría de campo efectiva, una teoría que es tan detallada como necesita ser para describir la naturaleza en una escala de tamaño (o energía) particular. Para describir el comportamiento de un núcleo no necesitas saber de quarks y gluones. En cambio, a estas escalas, emerge una nueva fuerza efectiva: la fuerza nuclear fuerte, transmitida entre nucleones por el intercambio de piones.

El trabajo de Weinberg ayudó a los físicos a entender cómo la fuerza nuclear fuerte emerge de la fuerza fuerte. También les permitió realizar cálculos teóricos basados en el método habitual de aportes aproximados. La teoría, la teoría efectiva quiral, ahora se considera ampliamente como la «mejor teoría que tenemos», explica Bacca, para calcular las fuerzas que gobiernan el comportamiento de los núcleos.

Sonia Bacca, física de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz, ha descubierto que nuestra mejor comprensión teórica de la fuerza nuclear fuerte está en desacuerdo con los resultados experimentales. Foto: Angelika Stehle

En 2013, Bacca utilizó esta teoría de campo eficaz para predecir cuánto se hincharía un núcleo de helio excitado. Pero cuando comparó su cálculo con los experimentos realizados en las décadas de 1970 y 1980 encontró una discrepancia sustancial. Ella había predicho menos hinchamiento que las cantidades medidas, pero las barras de error experimentales eran demasiado grandes para que ella estuviera segura.

Núcleos hinchables

Después de ese primer indicio de un problema, Bacca alentó a sus colegas en Mainz a repetir los experimentos de hace décadas: tenían herramientas más sofisticadas a su disposición y podían realizar mediciones más precisas. Esas discusiones dieron lugar a una nueva colaboración: Simon Kegel y sus colegas actualizarían el trabajo experimental, y Bacca y sus colegas intentarían comprender el mismo intrigante desajuste, si apareciese.

En su experimento, Kegel y sus colegas excitaron los núcleos disparando un haz de electrones a un tanque de gas helio frío. Si un electrón se colaba dentro del alcance de uno de los núcleos de helio, donaba parte de su exceso de energía a los protones y neutrones, lo que provocaba que el núcleo se inflara. Este estado inflado era fugaz: el núcleo perdía rápidamente el control de uno de sus protones, desintegrándose en un núcleo de hidrógeno con dos neutrones más un protón libre.

Al igual que con otras transiciones nucleares, solo una cantidad específica de energía donada permitirá que el núcleo se hinche. Al variar el momento de los electrones y observar cómo respondía el helio, los científicos pudieron medir la expansión. Luego, el equipo comparó este cambio en el hinchamiento del núcleo, el factor de forma, con una variedad de cálculos teóricos. Ninguna de las teorías coincidía con los datos. Pero, extrañamente, el cálculo que más se acercó utilizaba un modelo simplificado de la fuerza nuclear, no la teoría del campo efectivo quiral.

“Esto fue totalmente inesperado”, afirma Bacca.

Otros investigadores están igualmente desconcertados. “Es un experimento limpio y bien hecho. Así que confío en los datos”, afirma Laura Elisa Marcucci, física de la Universidad de Pisa en Italia. Pero, dice, el experimento y la teoría se contradicen entre sí, por lo que uno de ellos debe estar equivocado.

Trayendo el equilibrio a la fuerza

En retrospectiva, los físicos tenían varias razones para sospechar que esta simple medida probaría los límites de nuestra comprensión de las fuerzas nucleares.

Primero, este sistema es particularmente quisquilloso. La energía necesaria para producir el núcleo de helio inflado transitoriamente, el estado que los investigadores quieren estudiar, se encuentra justo por encima de la energía necesaria para expulsar un protón y justo por debajo del mismo umbral para un neutrón. Eso hace que todo sea difícil de calcular.

La segunda razón tiene que ver con la teoría del campo efectivo de Weinberg. Funcionó porque permitió a los físicos ignorar las partes menos importantes de las ecuaciones. Van Kolck sostiene que algunas de las partes consideradas menos importantes y habitualmente ignoradas son, de hecho, muy importantes. El microscopio proporcionado por esta medición de helio en concreto, afirma, está esclareciendo ese error básico.

“No puedo ser demasiado crítico porque estos cálculos son muy difíciles”, agrega. “Están haciendo lo mejor que pueden”.

Varios grupos, incluido el de van Kolck, planean repetir los cálculos de Bacca y descubrir qué salió mal. Es posible que simplemente incluir más términos en la aproximación de la fuerza nuclear sea la respuesta. Por otro lado, también es posible que estos núcleos hinchables de helio hayan expuesto un fallo fatal en nuestra comprensión de la fuerza nuclear.

“Expusimos el rompecabezas, pero desafortunadamente no lo hemos resuelto”, concluye Bacca. «Aún no.»

 

El artículo original, A New Experiment Casts Doubt on the Leading Theory of the Nucleus, se publicó el 12 de junio de 2023 en Quanta Magazine.

Traducido por César Tomé López

El artículo Un nuevo experimento arroja dudas sobre la principal teoría del núcleo se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Uno de los mayores debates que existen sobre la historia de Marte es si en algún momento existió un gran océano que habría cubierto al menos un tercio de la superficie del planeta, en lo que hoy es la gran cuenca boreal, una enorme “llanura deprimida” que existe en el hemisferio norte y que topográficamente marca un enorme contraste con las tierras altas, mucho más antiguas y elevadas.

Este debate existe por varias razones. La primera es que todavía no tenemos del todo clara la historia climática de Marte, y si en algún momento las condiciones fueron lo suficientemente cálidas y estables como para permitir un océano -al menos no un océano efímero. Aunque sí tenemos claro que al menos hubo agua en superficie por las grandes pruebas de escorrentía, ríos, deltas, lagos e incluso de redes fluviales formadas por la precipitación. Probablemente, de haber existido, habría sido alrededor de los mil primeros millones de años de su historia.

Visualización de como podría haber sido ese gran océano marciano que cubriría toda la cuenca boreal al principio de su historia. Cortesía de NASA’s Goddard Space Flight Center.

Los estudios más recientes basados en simulaciones numéricas, como el de Schmidt et al. (2022) afirman que si es posible que hubiese un océano, aunque las condiciones climáticas no serían del todo cálidas, sino más bien frías y húmedas, pero podría haber existido un pequeño efecto invernadero gracias al hidrógeno emitido por las erupciones volcánicas y al dióxido de carbono, permitiendo la existencia de un océano muy cerca del punto de congelación, pero también de un ciclo hidrológico que permitiese algo de precipitación en estado líquido, aunque habría grandes zonas cubiertas por el hielo.

En segundo lugar, las evidencias geomorfológicas sobre una posible línea de costa nunca han sido concluyentes del todo, y esto podía ser debido a varias circunstancias: o bien porque nunca hubo una línea de costa como tal, y, por lo tanto, tampoco un océano, o bien porque esta había sido modificada posteriormente por otros procesos y en consecuencia difícilmente reconocible en la actualidad.

Aun así, también en los últimos años hemos tenido constancia del descubrimiento de depósitos sedimentarios y formas erosivas asociados a antiguos tsunamis que habrían ocurrido precisamente en este posible océano (Rodríguez, J. Alexis et al (2016), Rodríguez, J. Alexis et al (2022)), y cuyo origen habría sido uno o varios impactos de asteroides sobre el océano (Costard et al. (2019)), algo parecido a lo que ocurrió en nuestro planeta hace aproximadamente 66 millones de años y que sentenció a los cinematográficos dinosaurios, entre otras muchas especies.

En la imagen superior, bloques rocosos dejados por un tsunami, donde las flechas amarillas indican una escala de 10 metros, lo que nos ayuda a hacernos una idea de la enorme energía de este fenómeno. Abajo, canales excavados por el agua en su regreso, y cuya dirección marca la flecha de color blanco. Cortesía de Alexis Rodríguez.

Pero tenemos una nueva serie de pruebas muy interesantes aportados por la misión china Tianwen-1, que llevaba consigo un pequeño rover que aterrizaría en mayo de 2021 en Utopía Planitia, la cuenca de impacto más grande de todo el Sistema Solar, el mismo lugar donde por ejemplo aterrizaría también la misión norteamericana Viking 2 en la década de los 70. Esta gran cuenca formaría parte del hipotético océano boreal, aunque las imágenes tomadas de su superficie por la Viking 2 nos recordaba más a un desierto pedregoso que al lecho de un antiguo océano.

Pero el Zhurong parece dispuesto a sorprendernos con las observaciones que ha hecho a lo largo de sus dos kilómetros de recorrido por la superficie marciano. Y es que un nuevo estudio publicado por Long Xiao et al. (2023) en la revista National Science Review aporta las primeras pruebas en superficie de rocas sedimentarias formadas en un ambiente marino que apoyarían la teoría del gran océano boreal.

Estos científicos se han centrado en las estructuras sedimentarias presentes en las rocas que ha podido fotografiar el rover, descubriendo que las estructuras que se observan no coinciden con las de rocas volcánicas, ni tampoco con las que esperaríamos si el modo de depósito hubiese sido eólico, sino que parecen demostrar un flujo alternante entre dos direcciones similar al que en nuestro planeta hay en ambientes marinos poco profundos.

Interpretación de las estructuras sedimentarias encontradas por el Zhurong. Las laminaciones de tipo “herringbone” (o cola de arenque, por su forma) se interpretan en este estudio como fruto de corrientes bimodales que se alternaron hacia un lado y hacia otro. Cortesía de Long Xiao et al. (2023).

Esta alternancia en direcciones no es muy habitual tampoco en los ambientes fluviales donde la corriente principal de los ríos suele ser siempre la misma y, aunque en el caso de las dunas eólicas si pueden existir regímenes bimodales de viento, no suelen ser direcciones opuestas, salvo en casos muy concretos. Además, el pequeño tamaño de las estructuras parece también descartar un origen eólico.

Los científicos han podido apreciar en el detalle de estas rocas que la intensidad de las corrientes es diferente hacia un lado que hacia el otro, estudiando el tamaño de los granos que arrastraba el agua, ya que el agua no lleva la misma energía en su subida que en su bajada.

Las estructuras sedimentarias estudiadas por los autores sugieren la existencia de pequeños ciclos de mareas, no tan intensos como los de la Tierra debido al pequeño tamaño de los satélites, formando las estructuras registradas en la roca en ese ir y venir. Además, también piensan que estos depósitos se formaron probablemente en una etapa de regresión del océano, ya que se encuentran a casi 300 kilómetros de lo que habría sido una de las líneas de costa y a 500 metros por debajo del nivel del agua.

Estos nuevos detalles abren de nuevo el debate sobre la existencia de un posible gran océano sobre Marte y la necesidad de volver a explorar con más detalle estas zonas donde podríamos encontrar las pistas definitivas que sienten por fin esta cuestión, que sin duda, abriría otras muchas.

Referencias:

Schmidt, F. et al. (2022) ‘Circumpolar Ocean Stability on mars 3 gy ago’, Proceedings of the National Academy of Sciences, 119(4). doi:10.1073/pnas.2112930118.

Costard, F., et al. “The Lomonosov Crater Impact Event: A Possible Mega‐tsunami Source on Mars.” Journal of Geophysical Research: Planets, vol. 124, no. 7, 2019, pp. 1840–1851, https://doi.org/10.1029/2019je006008.

Rodriguez, J. Alexis, Alberto G. Fairén, et al. “Tsunami Waves Extensively Resurfaced the Shorelines of an Early Martian Ocean.” Scientific Reports, vol. 6, no. 1, 2016, https://doi.org/10.1038/srep25106.

Rodriguez, J. Alexis, Darrel K. Robertson, et al. “Evidence of an Oceanic Impact and Megatsunami Sedimentation in Chryse Planitia, Mars.” Scientific Reports, vol. 12, no. 1, 2022, https://doi.org/10.1038/s41598-022-18082-2.

Xiao, L. et al. (2023) ‘Evidence for marine sedimentary rocks in Utopia Planitia: Zhurong Rover Observations’, National Science Review [Preprint]. doi:10.1093/nsr/nwad137.

Para saber más:

Pero, entonces, ¿de dónde vino el agua de Marte?
Pero, ¿es que existen lagos en Marte?

Sobre el autor: Nahúm Méndez Chazarra es geólogo planetario y divulgador científico.

El artículo Nuevas pruebas a favor de un gran océano boreal en Marte se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Foto: Ryan Hutton / Unsplash

El día amanece, un 7 de mayo de 1823. Desde el segundo piso de su casa, convertida en observatorio amateur, Heinrich Olbers da los últimos retoques al artículo con el que dejará su nombre en la historia. Aquella noche histórica terminó con un magnífico amanecer, y condujo a la revelación de una paradoja. Esta paradoja, que otros ya habían señalado antes, cautivará a generaciones de investigadores y neófitos (entre ellos el poeta Edgar Allan Poe) durante los siglos venideros. ¿Por qué la noche es oscura si hay un número infinito de estrellas?

La pérdida del infinito

La visión de un universo eterno e ilimitado, compartida por Olbers y sus contemporáneos, implicaba que el cielo debería estar poblado por un mar también infinito de estrellas. Pero en aquella feliz madrugada Olbers se dio cuenta de que, ante infinitas estrellas, no importa en qué dirección apuntemos nuestros ojos o telescopios: la mirada siempre interceptaría una de ellas.

Olbers, que había cesado su trabajo de oftalmólogo en 1820 para dedicarse exclusivamente a la astronomía, planteó a la comunidad científica, el 7 de mayo de 1823, la emocionante paradoja que lleva su nombre. Plantea que el modelo cosmológico de la época sugiere que cada punto del cielo debería ser tan brillante como la superficie del sol. La noche, por tanto, no sería oscura. Cada vez que miramos al cielo deberíamos estar cegados por la luz del infinito mar de estrellas.

En busca de explicaciones

Olbers buscó razones por las que esto no sucede. Planteó que la luz de las estrellas era absorbida por el polvo interestelar que encontraba en su camino hasta la Tierra, y que cuanto mayor es la distancia que nos separa de la estrella, mayor sería la absorción.

Pero el astrónomo John Herschel tiró abajo el argumento. Herschel demostró que cualquier medio absorbente que llene el espacio interestelar eventualmente se calentaría y volvería a irradiar la luz recibida. Por tanto, el cielo seguiría siendo luminoso.

La comunidad científica dejó sin resolver la paradoja planteada por Heinrich Olbers hasta su último suspiro a los 81 años, el 2 de marzo de 1840.

Muchas estrellas y galaxias sobre un fondo oscuro, según las imágenes del JWST. E.
SA/Webb, NASA & CSA, A. Martel, CC BYUn enigma para Edgar Allan Poe

Ocho años más tarde, al otro lado del Océano Atlántico, el 3 de febrero de 1848, Edgar Allan Poe, famoso tras la publicación de El Cuervo, presentaba su Cosmogonía del Universo en
la Biblioteca de la Sociedad de Nueva York (como hizo con su poema Eureka). Poe estaba convencido de haber resuelto el enigma popularizado por Olbers, como afirmaba en su correspondencia.

Para empezar, Poe propuso, al contrario que el filósofo Immanuel Kant y que el astrónomo matemático Pierre-Simon Laplace, que el cosmos había surgido de un único estado de materia (“Unidad”) que se fragmentó, y cuyos restos se dispersaron bajo la acción de una fuerza repulsiva.

El universo estaría entonces limitado a una esfera finita de materia. Si el universo finito está poblado por un número suficientemente pequeño de estrellas, entonces no hay razón para encontrar una en todas las direcciones que observamos. La noche puede volver a ser oscura.

Poe también encontró salida a la paradoja, aunque el universo fuera finito: si suponemos que la extensión de la materia es infinita, que el universo comenzó en algún instante en el pasado, entonces el tiempo que tarda la luz en llegar a nosotros limitaría el volumen del universo observable.

Este intervalo de tiempo constituiría un horizonte más allá del cual las estrellas lejanas permanecerían inaccesibles, incluso para nuestros telescopios más potentes.

Edgar Allan Poe murió un año después, el 7 de octubre de 1849, a los 40 años, sin saber que sus intuiciones resolvieron el enigma científico del cielo nocturno oscuro más de un siglo después de que él las planteara.

Misión Planck: La imagen más detallada de la historia de la radiación cósmica de fondo: los vestigios del Big Bang.
Planck Collaboration / ESA, CC BYLos “dos hechos y medio” para explicar el cosmos

En el período de entreguerras surgieron múltiples teorías del cosmos, basadas en la relatividad general de Einstein. Además, el campo de la cosmología, hasta entonces reservado en gran parte a los metafísicos y filósofos, comenzó a ser puesto a prueba por las observaciones. Según el radioastrónomo Peter Scheuer, la cosmología en 1963 se basaba sólo en “dos hechos y medio”:

• Hecho 1: el cielo nocturno es oscuro, algo que se sabe desde siempre.
• Hecho 2: las galaxias se están alejando las unas de las otras, como intuyó Georges Lemaître y como mostraron las observaciones de Hubble, publicadas en 1929.
• Hecho 2.5: el contenido del universo probablemente está evolucionando a medida que se desarrolla el tiempo cósmico.

La interpretación de los hechos 2 y 2.5 despertó grandes controversias en la comunidad científica en las décadas de 1950 y 1960. Los partidarios del modelo estacionario del universo y los partidarios del modelo del big bang admitieron, sin embargo, que fuera cual fuera el modelo correcto tenía que explicar la oscuridad del cielo nocturno.

El cosmólogo Edward Harrison resolvió el conflicto en 1964.

Que la paradoja descanse en paz

Desde el Laboratorio Rutherford de Altas Energías, cerca de Oxford, Harrison demostró que el número de estrellas en el universo observable es finito. Aunque son muy numerosas, se forman en cantidades limitadas a partir del gas contenido en las galaxias. Este número limitado, combinado con el gigantesco volumen que hoy cubre la materia del universo, hace que la oscuridad se manifieste entre las estrellas.

En la década de 1980 los astrónomos confirmaron la resolución propuesta por Poe, Kelvin y Harrison. Algunos, como Paul Wesson, incluso formularon el deseo de que la paradoja de Olbers finalmente descanse en paz.

En medio de un denso bosque, los troncos de los árboles se ven en todas direcciones.
Pxhere, CC BYUn cielo dos veces más brillante más allá de Plutón

Pero las buenas paradojas nunca mueren del todo.

Las medidas recientes de la sonda New Horizons, en una órbita situada más allá de Plutón y más allá del polvo del sistema solar interior, indican que el cielo es dos veces más brillante de lo que predecimos sólo en base a las estrellas. Esta vez, o faltan estrellas o hay luz que no vemos. ¿Se trata de un nuevo fondo cósmico?

La cuestión de la oscuridad del cielo permanece pues vigente, y es de gran actualidad científica, 200 años después de que Olbers se planteará por primera vez la oscuridad de la noche y las infinitas estrellas.

Sobre los autores: Alberto Domínguez, Astrofísico, Universidad Complutense de Madrid; David Valls-Gabaud, Astrophysicien, Directeur de recherches au CNRS, Observatoire de Paris; Hervé Dole, Astrophysicien, Professeur, Vice-président, art, culture, science et société, Université Paris-Saclay; Jonathan Biteau, Maître de conférence en physique des astroparticules, Université Paris-Saclay; José Fonseca, Assistant Research, Universidade do Porto; Juan Garcia-Bellido, Catedratico de Fisica Teórica, Universidad Autónoma de Madrid y Simon Driver, ARC Laureate Fellow and Winthrop Research Professor at the International Centre for Radio Astronomy Research, The University of Western Australia

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

El artículo ¿Por qué la noche es oscura si hay infinitas estrellas? 200 años de la paradoja de Olbers se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Cómo influyen los parásitos en el comportamiento de los animales, cómo se modifica la conducta de las madres mamífero o cuáles son las enfermedades que nos afectan y desde cuándo hemos desarrollado comportamientos funerarios ante la muerte son algunos de los aspectos que se analizarán en la V Jornada Nacional sobre Evolución y Neurociencias.

Especialistas en ambas materias se reunirán el 11 y 12 de mayo en una nueva edición conducida por Eva Garnica y Pablo Malo, psiquiatras y miembros de la Red de Salud Mental de Bizkaia, y organizada por esa misma entidad y la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU.

La jornada, cuya primera edición se celebró en 2017, se ha convertido en una cita imprescindible para las y los expertos en ámbitos como la psiquiatría, la psicología o la biología. Una jornada que sirve para analizar el comportamiento humano desde un punto de vista evolucionista y divulgar de un modo accesible para todos los públicos.

¿Las buenas madres nacen o se hacen? Parece que la evolución ha puesto en marcha mecanismos genéticos y neurobiológicos para la supervivencia de las crías en forma de comportamiento maternal de las hembras de los mamíferos, como nos explica en esta conferencia Carmen Agustín.

Carmen Agustín Pavón es doctora en Neurociencias por la Universitat de València y, tras pasar por la Universidad de Cambridge, el Centre de Regulació Genòmica de Barcelona, el Imperial College London y la Universitat Jaume I de Castellón, volvió a ella como profesora, donde investiga en neurobiología del comportamiento social, del sistema olfativo, y el síndrome de Rett.

 



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

El artículo Madre cuidadora, madre defensora: neurobiología del comportamiento maternal en mamíferos se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Con el objetivo de buscar estrategias ecológicas que permitan reducir o sustituir los tratamientos químicos más habituales en la viticultura, el proyecto SEAWINES, liderado por la UPV/EHU y el IFAPA, ha demostrado que un extracto obtenido de un alga invasora activa y potencia significativamente los mecanismos de defensa de la vid. Si bien son necesarias más investigaciones para corroborar en el campo lo observado en invernaderos, el equipo se muestra optimista.

La Comisión Europea se ha fijado como objetivo reducir el 50 % de los pesticidas utilizados en la agricultura para el año 2030. El uso de estos productos es especialmente abundante en la viticultura, ya que son frecuentes enfermedades como el mildiu y el oidio, ambas provocadas por hongos. Con el objetivo de “buscar una alternativa estratégica y ecológica contra estos dos hongos, hace un año pusimos en marcha el proyecto SEAWINES”, explica Iratxe Zarraonaindia Martínez, investigadora Ikerbasque del Departamento de Genética, Antropología Física y Fisiología Animal de la UPV/EHU.

Una investigadora del IFAPA Rancho de la Merced recogiendo algas Rugulopteryx en Algeciras. Foto: SEAWINES

El proyecto pretende utilizar macroalgas marinas. El uso de algas en la agricultura es cada vez más frecuente en los últimos años, ya que se ha demostrado que benefician a los cultivos en aspectos como la germinación de semillas, el crecimiento y la salud de las plantas o la absorción de agua y nutrientes. En el proyecto SEAWINES se están analizando los efectos bioestimulantes y fungicidas de dos algas: Ulva ohnoi, cuyo potencial contra los hongos es ya conocido, y el alga invasora Rugulopteryx okamurae, procedente de Asia y ampliamente extendida por el litoral mediterráneo. El efecto protector de esta última “no ha sido objeto de análisis hasta la fecha, pero existen numerosos estudios en marcha para buscar sus usos o aplicaciones. De hecho, cada año se extraen cientos de toneladas de algas del Mediterráneo, y sería muy interesante aprovechar todo esto de alguna manera”, explica la investigadora.

“Nuestra apuesta ha sido comprobar la capacidad de algunos extractos de estas algas para activar los mecanismos de defensa de las plantas, como alternativa a los pesticidas, para que la planta esté más fuerte cuando la ataque el hongo patógeno”, afirma Zarraonaindia. En primer lugar, el estudio se realizó en invernaderos y en condiciones controladas. Concretamente, se trataron las vides de la variedad tempranillo en los invernaderos del Instituto Vasco de Investigación y Desarrollo Neiker, impregnando sus hojas con distintos extractos de algas: por un lado, se testaron dos extractos extraídos de Ulva y, por otro, dos extraídos de Rugulopteryx. Algunas plantas solo recibieron agua, como control.

Medición de la cantidad de clorofila de las hojas en el invernadero de Neiker (Arkaute) para determinar los niveles de estrés de las plantas. Foto: SEAWINES

Tras los tratamientos, se tomaron muestras de hojas y se realizaron numerosos análisis para analizar el efecto de cada uno de los tratamientos. La investigadora resume así lo encontrado: “Los resultados más positivos se obtuvieron con uno de los extractos producidos por el alga invasora Rugulopteryx okamurae. Vimos cómo tras aplicar el tratamiento de este extracto en la planta aumentó la expresión de genes resistentes y la actividad de enzimas antioxidantes. En la microbiota de la superficie de las hojas también observamos que algunos hongos que ayudan a la planta en el control biológico son más abundantes en las plantas que recibieron el extracto de Rugulopteryx”.

Los resultados obtenidos no sorprenden a Zarraonaindia. “En definitiva, al tratarse de una especie invasora, es de esperar que tenga capacidades o cualidades que le ayuden a progresar y también a desplazar con tanta eficacia a otras especies”.

Viñedo del Rancho de la Merced, IFAPA (Jerez de la Frontera, Cádiz), donde se está testando el impacto de los extractos Ulva y Rugulopteryx en la variedad tempranillo. Foto: SEAWINES

La investigadora considera “emocionantes” los resultados obtenidos, aunque es consciente de que son “solo los primeros resultados”. SEAWINES es un proyecto a tres años vista y, con el fin de conseguir una medida lo más completa posible del potencial del alga invasora, han iniciado ya en el campo los trabajos para confirmar los resultados obtenidos en condiciones de invernadero: “Testaremos los extractos de las algas en viñedos de Jerez y La Rioja, bajo condiciones locales. Además, haremos un seguimiento del impacto en todas las fases de la elaboración del vino; es decir, se trata de ver el efecto que estos tratamientos tienen sobre la calidad de la uva y del vino, además de la bioestimulación y el efecto antifungicida que generan”, aclara.

“Estamos deseando comprobar la utilidad que puede tener el alga Rugulopteryx. Sería estupendo poder retirarla del entorno y dedicarla a reforzar la viticultura; este sería un buen ejemplo de economía circular”, concluye.

Referencia:

Iratxe Zarraonaindia, Enrico Cretazzo, Amaia Mena-Petite, Ana M Díez-Navajas, Usue Pérez-López, Maite Lacuesta, Eva Pilar Pérez-Álvarez, Belén Puertas, Catalina Fernandez-Diaz, Nadia Bertazzon, Emma Cantos-Villar (2023) Holistic understanding of the response of grapevines to foliar application of seaweed extracts Frontiers in Plant Science doi: 10.3389/fpls.2023.1119854

El artículo Cómo usar un alga invasora marina para defender la vid se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

El pasado 6 de junio se ha celebrado el Día Internacional de las Cuevas y del Mundo Subterráneo. Así, se rinde tributo a esas cavidades que se abren camino a las profundidades de la tierra y que nos han fascinado desde los albores de la humanidad. Pasadizos oscuros que siempre se han asimilado a poderes, fuerzas extrañas, magia, deidades y seres sobrenaturales que se ocultan entre las sombras y nos arrastran hacia un interior misterioso e inexplorado. Directamente, conductos que nos encaminan a cualquiera de los infiernos imaginados por las diversas civilizaciones humanas que se han desarrollado desde tiempos pretéritos. ¿O acaso no os habíais dado cuenta de que los mundos de los muertos atormentados por toda la eternidad siempre se han dispuesto en el interior del planeta, a donde se accede a través de pasadizos oscuros e intrincados?

Vale, dejo ya la tétrica introducción para centrarme en el tema que nos ocupa. Las cuevas son unas estructuras geomorfológicas que consisten en cavidades o aberturas en el interior de la tierra. Pueden tener diferentes orígenes, pero el más común, al menos el de la mayoría de las cuevas que nos podemos encontrar en la Península Ibérica, es debido a la acción del agua de lluvia, que es ligeramente ácida porque lleva disuelto CO2 atmosférico, al reaccionar químicamente con rocas carbonatadas, como las calizas (CaCO3) o las dolomías (MgCa(CO3)2), disolviéndolas en profundidad hasta excavar enormes cavidades en su interior. Aunque el recorrido del agua que da lugar a las cuevas puede ser, exactamente, el opuesto. Me estoy refiriendo a aguas que circulan a mucha profundidad por el interior de la tierra, por lo que tienen una elevada temperatura, de ahí que se las denomine fluidos hidrotermales, que, una vez encuentran alguna zona de fractura en las rocas que tienen por encima, van a ascender hacia la superficie, disolviendo los materiales que atraviesan en su camino, llegando a producir grandes aberturas subterráneas.

Reacciones químicas de disolución de rocas carbonatadas por la acción del agua de lluvia que dan lugar a cavidades subterráneas. Imagen tomada de elblogdemifamiliayotrosanimales.blogspot.com.

Además, nos podemos encontrar con cuevas submarinas en zonas próximas al litoral. En este caso, las cavidades se producen por la acción mecánica directa del agua marina sobre los acantilados por efecto del oleaje y las corrientes marinas, que acaban erosionando zonas de debilidad en los materiales rocosos, tales como fracturas o capas de diferente composición química. A este machaque continuado se le suma la capacidad corrosiva del agua salada, que disuelve poco a poco las rocas en su avance hacia el interior de tierra firme. Y, por si fuera poco, en muchas ocasiones también se suma la disolución producida por el agua de lluvia que se infiltra en el terreno, que va excavando galerías subterráneas hasta encontrar una salida al mar. En la zona en la que se mezclan el agua marina que penetra hacia el interior continental y el agua dulce que circula en sentido contrario, el efecto corrosivo sobre las rocas se multiplica.

Formación de cuevas y galerías submarinas por el efecto de la mezcla de agua dulce y marina en el litoral. Imagen modificada de EMR, 2015.

También existen cuevas de hielo. En estos casos tenemos que tener presente que, cuando vemos un enorme glaciar, no se trata de una masa compacta de agua congelada, como los cubitos que hacemos en el congelador. En la naturaleza, estas estructuras se forman por la acumulación de agua que precipitó en forma de nieve y granizo y que, debido a las bajas temperaturas ambientales, se congeló sobre el terreno dando lugar a capas de hielo superpuestas unas encima de otras. Pero estas capas de hielo no son todas iguales, pueden tener ligeras diferencias en su composición química o englobar diversos tipos de materiales sólidos en su interior. Estos cambios composicionales hacen que su punto de fusión sea también ligeramente diferente. Al estar sometidas a la fricción y el peso de otras capas de hielo por encima, algunos niveles pueden fundirse mientras el resto permanecen en estado sólido, dando lugar a una circulación interior de agua de fusión que, al abrirse camino hacia el exterior, excavará galerías y cavernas dentro de los glaciares.

Pero me queda hablaros de otro tipo de cuevas, para el que voy a dejar de lado el efecto del agua. Se trata de las cavidades formadas en ambientes volcánicos. Y aquí, quien tiene mucho que decir, es la temperatura. Cuando una colada de lava avanza por el terreno, la parte más externa del fundido se enfría relativamente rápido, al estar en contacto con el aire atmosférico y las precipitaciones, llegando a formar una costra solidificada. Pero, por el interior, la lava sigue siendo un fundido a varios cientos de grados que circula pendiente abajo. Cuando se acaba la erupción y deja de circular lava por su interior, nos encontramos con la preservación de muchos de los tubos volcánicos solidificados y el interior hueco. Incluso, algunas partes superiores de estos tubos pueden colapsar, generando unas aberturas a su interior a modo de ventanas volcánicas.

Tubo lávico, que pasa a canal lávico por el colapso de la parte superior tras su enfriamiento, formado en la última erupción volcánica ocurrida en la isla de La Palma. Imagen del Instituto Geológico y Minero de España.

Aunque las cuevas nos produzcan fascinación y sorpresa por presentarse como pasadizos hacia las profundidades oscuras e indómitas, lo más interesante que tienen es que son auténticos laboratorios naturales, en muchos casos casi inexplorados. No voy a entrar mucho en detalle para no hacer este texto muy largo, sólo daros algunas pinceladas de su importancia, pero prometo que, en algún momento, me extenderá más con estos aspectos. Y es que se calcula que las cuevas y cavidades subterráneas contienen hasta el 30% del agua dulce del planeta, guardan un registro continuo de los cambios en el clima de los últimos milenios, presentan yacimientos paleontológicos y arqueológicos en condiciones de conservación excepcionales, son el hábitat de seres vivos adaptados a condiciones ambientales en las que no creíamos que pudiese desarrollarse la vida, son zonas en las que se crean minerales todavía desconocidos para la ciencia y, por si fuera poco, albergan bacterias extremófilas quimiosintéticas, es decir, que realizan reacciones químicas para producir su alimento, pero que también generan unas sustancias químicas que impiden que otras bacterias ocupen su nicho ecológico, lo que podría tener aplicaciones médicas directas para la producción de futuros antibióticos.

Y eso solo en el ámbito científico, porque también tienen un importante componente económico y turístico. No he citado ejemplos mientras describía los diferentes mecanismos de formación de las cuevas, pero igual os han ido viniendo a la mente cuevas como la de Altamira al hablar de la disolución del agua de lluvia en rocas carbonatadas, la Geoda de Pulpí en el caso del efecto de fluidos hidrotermales, el sistema de Sac Actun, en México, como modelo de cuevas submarinas, las Cuevas de Cristal del glaciar Vatnajokull, de Islandia, como cavidades de hielo o los Jameos del Agua en el caso de galerías volcánicas. Por cierto, la palabra jameo procede del guanche y sirve para designar las ventanas volcánicas formadas por los colapsos de la parte superior de los tubos volcánicos.

Vamos, que las cuevas son unos ecosistemas increíblemente complejos y todavía muy desconocidos, pero que de seguro nos servirán para desarrollar muchísimos avances científicos para mejorar la vida de los seres humanos. Así que, sin duda, tenemos que protegerlos y alterarlos lo menos posible. Recordad, cuando visitéis una cueva, procurad no romper ninguna estructura mineral, no dejar ninguna basura y no molestar a ningún organismo. Simplemente, disfrutad de lo que estáis viendo como si hubieseis entrado en un universo paralelo maravilloso.

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

El artículo Cuevas, misterios subterráneos se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Un número que desaparece

Puede ser muy difícil definir la belleza matemática, pero eso es cierto para la belleza de cualquier tipo. Puede que no sepamos muy bien a qué nos referimos con un hermoso poema, pero eso no impide que reconozcamos uno cuando lo leemos.

Ruth Minnen en «A Disappearing Number»

Portada del libreto de la obra.

A Disappearing Number (Un número que desaparece) es el título de una obra de teatro estrenada en el año 2007 por la compañía Complicité y dirigida por el dramaturgo británico Simon McBurney. La trama se inspira, en parte, en el ensayo Apología de un matemático de Godfrey Harold Hardy, y trata sobre la colaboración de este científico británico con el matemático indio Srinivasa Ramanujan.

La obra trata también sobre la pasión que provocan las matemáticas a las personas que se dedican a ellas.

Un matemático, como un pintor o un poeta, es un creador de patrones. Si sus patrones son más que permanentes que los del poeta, es porque están hechos de ideas. […] Los patrones de un matemático, como los de un pintor o un poeta, deben ser hermosos; las ideas, como los colores o las palabras, deben encajar de una manera armoniosa. La belleza es la primera prueba; no hay lugar permanente en el mundo para unas matemáticas feas.

Godfrey Harold Hardy

El prólogo del libreto, titulado A most romantic collaboration (Una colaboración de lo más romántica), está escrito por el matemático Marcus du Sautoy. En él explica que, en enero de 1913, Hardy recibió una extraña carta procedente de la India que contenía extraordinarios teoremas matemáticos. El remitente de esa misiva era Srinivasa Ramanujan, que consiguió atraer la atención de Hardy con su demostración de la fórmula:

Du Sautoy cita también la última carta que Ramanujan envío a Hardy el 12 de enero de 1920. En ella hablaba de una idea matemática realmente adelantada a su época y que llamó función theta simulada. En esa misiva daba algunos ejemplos de este tipo de función; posteriormente se descubrieron más en su cuaderno perdido. Como recuerda Du Sautoy, en el año 2006, los especialistas en teoría de números Kathrin Bringmann y Ken Ono dieron la primera explicación completa de las ideas contenidas en esta carta.

En la obra de teatro, por supuesto, se mencionan ambas cartas. También se alude al famoso número taxicab (1729), la teoría de particiones en la que Hardy y Ramanujan trabajaron, los diferentes tipos de infinito o la manera de hacer una demostración.

Dos historias que se cruzan

A Disappearing Number tiene dos hilos narrativos que se entrelazan: la compleja y apasionada relación personal e intelectual entre Hardy y Ramanujan (entre 1913 y 1919) se cruza con la historia contemporánea de la matemática Ruth Minnen y su marido Al Cooper, un hombre de negocios indio-estadounidense.

En 1914, Ramanujan viajó de la India a Inglaterra para trabajar con Hardy. Y, cien años más tarde, Ruth viaja a la India siguiendo los pasos de Ramanujan, cuyas matemáticas estudia, y buscando inspiración.

La obra comienza precisamente con una clase de Ruth que explica a sus estudiantes el famoso sumatorio de Ramanujan, técnica inventada por el matemático y que asigna “una suma” a una serie divergente. Como hemos comentado al principio, en la carta de 1913 de Ramanujan a Hardy había un ejemplo de este tipo de sumatorio.

Al Cooper entra por error en el aula en la que Ruth imparte su lección y, a pesar de que no comprende el contenido de lo que aparece en la pizarra, regresa al día siguiente para conocer mejor a la matemática. Finalmente, se enamoran y se casan.

La matemática estudia el trabajo de Ramanujan. A veces se siente frustrada porque Al no comprende su pasión por las matemáticas. Su marido no entiende, por ejemplo, por qué el número de teléfono de Ruth (el 1729) es especial para ella. Él viaja continuamente por su trabajo. Pero será el viaje de Ruth a la India en busca de inspiración el que les separará definitivamente: ella fallece allí de un aneurisma cerebral.

La colaboración entre Ramanujan y Hardy puede recordarse en Particiones: Hardy y Ramanujan: en A Disappearing Number también se presentan esa primera carta, la profunda admiración mutua que sentían, sus diferentes maneras de trabajar o su distanciamiento final.

Es una lástima no haber podido asistir a una representación de la obra para apreciar todos los detalles que el libreto no puede transmitir. Con la simple lectura, lo que se evidencia, sin duda, es la pasión por la investigación matemática de los personajes. Así se muestra en esta cita de Ruth, casi al final de la obra, cuando se anuncia su muerte y, unos cien años antes, la de su admirado Ramanujan.

Para mí, y supongo que, para la mayoría de los matemáticos, hay otra realidad, que llamaré la realidad matemática. […] Pero el número 2 o el 317 no tienen nada que ver con sensaciones. 317 es un número primo, no porque yo lo piense, o porque nuestras mentes están formadas de una manera en lugar de otra, sino porque es así, porque la realidad matemática está construida de esta manera.

Ruth Minnen en «A Disappearing Number»

Referencias

• Complicité, A disapearing number, Oberon books, 2009

• Liliane Campos. Searching for resonance: scientific patterns in Complicite’s Mnemonic and A Disappearing Number. Interdisciplinary Science Reviews 32 (4), (2007) 326-334

• Rachel Thomas, A disappearing number, Plus Magazine, diciembre 2008

• Marta Macho Stadler, Particiones: Hardy y Ramanujan, Cuaderno de Cultura Científica, 14 de agosto de 2019

• Marta Macho Stadler, Un retrato alfabético de Srinivasa Ramanujan, Cuaderno de Cultura Científica, 22 de diciembre de 2021

 

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 Un número que desaparece se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Los cambios en la estructura 3D de su genoma dieron a las rayas sus distintivas aletas en forma de alas y su planitud de torta.

Un artículo de Viviane Callier. Historia original reimpresa con permiso de Quanta Magazine, una publicación editorialmente independiente respaldada por la Fundación Simons.

Una raya teñida químicamente revela las características estructurales que contribuyen al diseño corporal inusual de este pez. Fuente: Teresa Zgoda/Science Source

Las criaturas marinas llamadas rayas se deslizan por el fondo del mar, agitando sus aletas pectorales en forma de alas para impulsarse y revolver a las pequeñas criaturas que se esconden en la arena. Su inusual plan corporal aplanado las convierte en una de las familias de peces más extrañas del mar, y parece aún más extraño que hayan evolucionado a partir de carnívoros estilizados parecidos a tiburones que nadaron hace unos 285 millones de años.

Ahora, los investigadores han descubierto cómo las rayas desarrollaron su perfil distintivo: los reordenamientos en la secuencia de ADN de la raya alteraron la estructura 3D de su genoma e interrumpieron las antiguas conexiones entre los genes clave del desarrollo y las secuencias reguladoras que los gobernaban. Esos cambios, a su vez, rediseñaron el plan corporal del animal. Los científicos publicaron sus hallazgos en Nature en abril.

El descubrimiento resuelve el misterio de la transformación evolutiva de las rayas fijándolo en los mecanismos genéticos que dirigen el desarrollo. “El registro fósil te dice que ocurrió este cambio, pero ¿cómo ocurrió realmente?” comenta Chris Amemiya, genetista molecular de la Universidad de California en Merced, que no participó en el nuevo estudio. “Esta es una pregunta clásica de evo-devo [Nota del traductor: nombre informal de la biología evolutiva del desarrollo]”.

Para descubrir los orígenes de la nueva forma del cuerpo de las rayas, hace unos años, el genomicista evolutivo José Luis Gómez-Skarmeta* reunió a un equipo internacional diverso de investigadores en genómica y biólogos del desarrollo evolutivo. Se necesitaba un equipo en parte porque el primer paso sería secuenciar y ensamblar el genoma de una raya, y compilar los genomas de peces cartilaginosos como rayas y tiburones es tremendamente difícil.

“Son realmente difíciles de ensamblar, porque son enormes, a menudo más grandes que el genoma humano”, apunta Mélanie Debiais-Thibaud, genetista del desarrollo evolutivo de la Universidad de Montpellier en Francia, que no participó en el trabajo.

Para su trabajo, el equipo seleccionó la raya pequeña (Leucoraja erinacea), que se captura fácilmente a lo largo de la costa atlántica de América del Norte. También se puede criar en un laboratorio, lo que hizo posible realizar experimentos funcionales y de desarrollo en los animales como parte del proyecto.

Al comparar el genoma de la raya pequeña con los genomas de otros vertebrados, los investigadores determinaron que el genoma de la raya se ha mantenido en general muy similar al de sus ancestros vertebrados a nivel de secuencia. Sin embargo, hubo algunos reordenamientos notables que habrían afectado la plan 3D del genoma. En el ADN de los individuos reordenamientos así pueden causar enfermedades al alterar la regulación genética. El descubrimiento llevó a los investigadores a preguntarse si los reordenamientos en las rayas podrían haber interrumpido de manera similar las instrucciones genéticas originales para su plan corporal.

Rompiendo los límites

Si observas la secuencia de ADN de un cromosoma, los genes que contiene pueden parecer sorprendentemente alejados de las secuencias cortas «potenciadoras» que regulan la actividad de esos genes. Sin embargo, en la práctica, debido a la forma en que el ADN se enrolla, pliega y gira sobre sí mismo en el núcleo de una célula, a menudo no están muy separados en absoluto.

En los vertebrados, los conjuntos de genes funcionalmente relacionados y sus potenciadores se agrupan físicamente en tres dimensiones en unidades denominadas dominios asociados topológicamente o TAD (por sus siglas en inglés). Las regiones límite ayudan a garantizar que los potenciadores solo actúen sobre genes en el mismo TAD.

Un embrión de raya en su saco vitelino. Las alteraciones en su programa de desarrollo hacen que el borde frontal de sus aletas pectorales se extienda hacia adelante y se fusione con la cabeza. Fuente: Mary Colasanto & Emily Mis, Embryology Course, Marine Biological Laboratory (MBL)

Sin embargo, cuando ocurren reordenamientos importantes del genoma, como los que el equipo estaba viendo en el ADN de la raya, los límites pueden perderse y las posiciones relativas de los genes en los cromosomas pueden cambiar. Como resultado, “algunos potenciadores pueden proporcionar instrucciones al gen equivocado”, explica Darío Lupiáñez, biólogo evolutivo del Centro Max Delbrück en Berlín y uno de los autores principales del estudio.

Parecía posible que los cambios en la arquitectura 3D del genoma de las rayas pudieran haber interrumpido los antiguos bloques de genes que las rayas heredaron de sus ancestros parecidos a tiburones, afectando a la función de los genes. “Estábamos tratando de ver si algunos reordenamientos del genoma en la raya pequeña realmente rompen estos bloques”, explica Ferdinand Marlétaz, genomicista del University College London y coprimer autor del estudio.

Los investigadores identificaron reordenamientos del genoma en la raya pequeña que no estaban presentes en ningún otro vertebrado. Luego concentraron su atención en los cambios que parecían afectar con mayor probabilidad a la integridad de los TAD, según las secuencias del genoma.

El esfuerzo les llevó a un reordenamiento que predijeron que eliminaría el límite de un TAD que regula un sistema de desarrollo llamado vía de polaridad celular planar (PCP). No lo habían anticipado: nada sobre las funciones conocidas de la vía PCP sugería de entrada que regularía el desarrollo de las aletas. Principalmente, establece la forma y la orientación de las células en los embriones.

Un nuevo vecindario genético

Para probar el impacto potencial del cambio en el TAD en el desarrollo de las aletas, Tetsuya Nakamura, biólogo del desarrollo evolutivo de la Universidad de Rutgers, expuso pequeños embriones de rayas a un inhibidor de la vía PCP. El borde anterior (delantero) de sus aletas se vio fuertemente alterado y no creció para unirse con la cabeza como lo haría normalmente. Esto sugería que la interrupción del TAD ancestral había producido las aletas distintivas de la raya al activar los genes PCP en una nueva parte del cuerpo.

“Este reordenamiento del TAD básicamente cambia todo el entorno del gen y trae nuevos potenciadores a las inmediaciones del gen”, explica Lupiáñez.

Las aletas expandidas y la forma aplanada de la raya le permitieron ocupar un nuevo nicho ambiental, cazando cerca del fondo del mar. Fuente: eff Rotman/Science Source

Pero este no fue el único cambio relevante en el genoma que encontraron los investigadores. También identificaron una mutación en un potenciador que regula la expresión de algunos genes en el grupo hox importante para el desarrollo. Los genes hox especifican el plan corporal general en todos los animales simétricos bilateralmente. Un subconjunto de ellos, el grupo de genes hoxa, generalmente se expresa solo en los bordes posteriores (de atrás) de las aletas en desarrollo y en las extremidades, donde especifica la formación de los dedos.

En la raya pequeña, los genes hoxa estaban activos tanto en la parte posterior como en la anterior de la aleta. Era como si la zona de crecimiento a lo largo de la parte posterior de la aleta se hubiera duplicado a lo largo de la frontal, de modo que el animal creó un nuevo conjunto de estructuras en la parte anterior de la aleta que era simétrica con las estructuras en la parte posterior, explica Debiais-Thibaud.

Nakamura demostró que el potenciador mutado de la raya estaba causando este nuevo patrón de expresión hoxa. Combinó el potenciador de la raya con un gen para una proteína fluorescente y luego insertó esa combinación de genes en embriones de pez cebra. Las aletas pectorales del pez crecieron de manera anormal y apareció fluorescencia a lo largo de los bordes delantero y trasero, lo que demostró que el potenciador de la raya estaba impulsando la expresión hoxa en ambas partes de la aleta. Cuando Nakamura repitió el experimento con un potenciador de tiburón el crecimiento de la aleta no se vio afectado y la fluorescencia se limitó a la parte posterior.

«Así que ahora pensamos que las mutaciones genéticas ocurrieron específicamente en el potenciador de las rayas, y eso puede impulsar la expresión única del gen hox en las aletas de las rayas», explica Nakamura.

Configurado para nuevas formas de vida

En el cuadro de la evolución de las rayas que los investigadores han reconstruido, en algún momento después de que el linaje de las rayas se separara de los tiburones, adquirieron una mutación en un potenciador que hizo que sus genes hoxa se activaran tanto en la parte delantera como en la trasera de sus aletas pectorales. Y dentro de los nuevos tejidos que crecen a lo largo de la parte anterior de la aleta los reordenamientos del genoma hicieron que la vía PCP fuera activada por potenciadores en un TAD diferente, lo que tuvo el efecto adicional de hacer que la aleta se extendiera hacia adelante y se fusionara con la cabeza del animal.

«Al formar la estructura en forma de ala, [las rayas] ahora pueden habitar un nicho ecológico completamente diferente, el fondo del océano», explica Amemiya.

Las rayas de aguijón, las mantas y otras rayas están estrechamente relacionadas con las rayas pequeñas (todas están clasificadas como peces «batoideos»), y su similar forma de torta probablemente se deba a los mismos reordenamientos del genoma. Las rayas, sin embargo, también han modificado sus aletas en forma de alas de manera que básicamente les permiten volar a través del agua. “Las rayas tienen estas ondulaciones de la aleta y permanecen en el fondo, pero las mantarrayas pueden salir a la superficie y tener una forma de locomoción completamente diferente”, explica Amemiya.

Aunque los biólogos del desarrollo evolutivo habían especulado previamente que estos cambios en la arquitectura 3D de un genoma podrían ser posibles, este es probablemente uno de los primeros artículos que los relaciona claramente con cambios bastante grandes en la forma del cuerpo, afirma Marlétaz.

Lupiáñez también cree que los hallazgos tienen una significancia que va mucho más allá de la comprensión de las rayas. “Esta es una forma completamente nueva de pensar sobre la evolución”, afirma. Los reordenamientos estructurales “pueden hacer que un gen se active en un lugar donde no debería estarlo”. Añade: «Esto puede ser un mecanismo de enfermedad, pero también puede servir como motor de la evolución».

 

El artículo original, How 3D Changes in the Genome Turned Sharks Into Skates, se publicó el 30 de mayo de 2023 en Quanta Magazine.

Traducido por César Tomé López

* Nota del traductor:

José Luis Gómez-Skarmeta, que firma el artículo como investigador principal, falleció en 2020. El enlace en el texto lleva a su obituario en Nature, en inglés. El enlace en esta nota lleva a la entrada en Wikipedia en español.

El artículo Cómo cambios en 3D del genoma convirtieron a los tiburones en rayas se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Foto: Lucian Alexe / Unsplash

Tic, tac… Tic, tac… El tiempo avanza inexorablemente para cada uno de nosotros. Y, aunque el ritmo al que avanza es igual para todos, la percepción subjetiva del transcurso del tiempo puede ser muy distinta entre personas. Así, cuando nos divertimos o disfrutamos de alguna actividad, parece que el tiempo pasa volando, mientras que si estamos inmersos en una tarea monótona, soporífera o desagradable los minutos se nos hacen eternos. En ese sentido, existe un fenómeno peculiar, que se ha constatado ampliamente en psicología: en general, el tiempo nos parece que pasa más rápido conforme vamos cumpliendo años.

Si echamos la vista atrás, rebuscando en los recuerdos de nuestra niñez, tenemos la sensación de que los días eran más largos y los «exprimíamos» mucho más: podíamos realizar multitud de actividades porque había tiempo para casi todo. Además, los veranos en la infancia parecían durar bastante más que aquellos en la vida adulta, que pasan en un suspiro, sobre todo cuando disfrutamos de las vacaciones en esta época. A partir de cierto momento de la vida adulta, tenemos la sensación de que el tiempo se «acelera» y de que todo pasa poco a poco más rápido. ¿Cuál es la razón para esta evolución en la percepción subjetiva del tiempo? En la actualidad, se desconoce cuál es la causa y son múltiples las hipótesis que tratan de darle una explicación.

Una posible razón tras este fenómeno tendría que ver con el procesamiento cerebral de las imágenes que vemos cada día. Según la hipótesis planteada por el profesor de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Duke, Adrian Bejan, los días parecen ser más cortos conforme envejecemos porque el procesamiento de la información visual a lo largo del tiempo se enlentece. Si percibimos menos imágenes por segundo, esto puede generar la sensación de que el tiempo ha pasado más rápido y viceversa: cuando captamos más imágenes por segundo, podemos tener la sensación de que el tiempo avanza más lento, como cuando vemos un vídeo a cámara lenta. 

La base tras este planteamiento es que las señales nerviosas, que transportan la información, tardan más en llegar por una suma de factores cuando cumplimos años: el tamaño y la complejidad de las redes neuronales cerebrales se incrementa y, además, el envejecimiento provoca daños que pueden retrasar el flujo de dichas señales eléctricas. Por esta razón, los niños podrían procesar más imágenes por segundo que los adultos y percibir que el tiempo pasa más lento.

También podría ser que, más allá del procesamiento de las imágenes, existiera un «metrónomo neural» que marca el ritmo del tiempo en cada persona. En niños, este metrónomo iría más rápido que en los adultos (igual que ocurre con la frecuencia cardíaca en reposo o la respiración que son también más rápidas en los niños), lo que haría percibir el paso del tiempo de forma más lenta.  De hecho,  el psicólogo Clifford Lazarus narra un curioso experimento sobre esta cuestión: Si se deja a los niños sentados, con los ojos cerrados y sin hacer nada, la gran mayoría de ellos tienen la sensación de que ha transcurrido más del tiempo del que realmente ha pasado (muchos mencionan que ha pasado un minuto, cuando solo han trascurrido 40 segundos, en realidad). En cambio, si las mismas condiciones se aplican a los adultos, su percepción subjetiva del tiempo es más realista o va con un ligero retraso: detallan que ha pasado un minuto cuando, en realidad, ha transcurrido un minuto o 70 segundos.

Otra explicación sobre la dispar sensación del ritmo del tiempo entre los niños y los adultos se centra en la diferente perspectiva de ambos a la hora de cuantificar el tiempo. Para un niño de 10 años, por ejemplo, el transcurso de un año supone nada más y nada menos que el 10 % del total de su vida y entre un 15 y un 20 % de su memoria consciente. En cambio, para una persona de 65 años, un año solo solo es el 1,5 % de su vida. A la hora de percibir, de forma relativa, las vivencias y los recuerdos esto puede generar la sensación de que el tiempo fluía más lento en la infancia, porque una misma unidad de tiempo implicaba mucho más dentro del total de experiencias vividas.

Podría ser también que la desigual percepción del tiempo entre la infancia y la edad adulta y anciana se debiera a sesgos en la consolidación de los recuerdos. Las experiencias de la vida que dejan más marca en nuestra memoria son precisamente aquellas que nos provocan emociones, sobre todo si son intensas. Durante la infancia y la adolescencia casi todo es nuevo y se vive con más intensidad emocional que en etapas más tardías de la vida, donde la rutina y la monotonía suelen imperar y estos dejan poca huella en nuestros recuerdos.

Así, al evaluar nuestros recuerdos pasados y actuales, podemos tener la sensación de que vivíamos muchas más experiencias en el mismo tiempo (y, por tanto, que el tiempo pasaba más lento) que en los últimos años, que no nos dejan muchos episodios memorables y muchos recuerdos anodinos desaparecen (como lo que comimos el otro día). Si esta hipótesis fuera cierta, una forma para hacernos sentir que el tiempo transcurriera más lento sería huir de la monotonía y vivir nuevas experiencias con frecuencia.

Sobre la autora: Esther Samper (Shora) es médica, doctora en Ingeniería Tisular Cardiovascular y divulgadora científica

El artículo ¿Por qué nos parece que el tiempo pasa más rápido conforme envejecemos? se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Foto: Eiliv Aceron / Unsplash

En el mundo se comen cada vez más productos de origen animal (carne, pescado y lácteos) y menos de origen vegetal (plantas, semillas y derivados). El desarrollo económico que han experimentado en las últimas décadas China e India, principalmente, ha venido acompañado por un aumento en el consumo de productos de origen animal. Por el contrario, en otros países, principalmente nórdicos, se está reduciendo el consumo de esos productos por razones de salud e impulsado por iniciativas gubernamentales.

Como a cualquier otra, a la especie humana también se le puede asignar un nivel trófico. A las plantas se les asigna un nivel trófico 1, porque al ser productores primarios, no consumen ningún otro organismo, sino que su producción de energía consiste en el aprovechamiento de la energía solar para sintetizar biomasa propia a partir del CO₂ y H₂O, principalmente. Los animales herbívoros, como el ganado vacuno, por ejemplo, ocupan el segundo nivel. A los animales que solo consumieran carne de vacuno o carne de animales del mismo nivel se les asignaría el nivel 3. Por eso, si en una población humana consumen, a partes iguales, carne de vacuno y pan, por ejemplo, a esa población habría que asignarle un nivel trófico 2,5. A los animales que se encuentran en la cúspide de la cadena trófica, como son las orcas o los osos polares, que consumen animales que, a su vez, consumen otros animales carnívoros, les corresponde el nivel 5, que es el más alto.

Han determinado cómo varió el valor del nivel trófico humano (NTH) en el medio siglo transcurrido desde 1960 hasta 2009 en los 176 países para los que se dispone de información (son la mayoría y en conjunto, incluyen al 98% de la población mundial). Para ello han utilizado los datos de consumo de alimentos en esos países (proporcionados por la FAO), asignando los correspondientes niveles tróficos a cada alimento.

La mediana global mundial fue en 2009 de 2,21. Conviene recordar aquí que la mediana es un estadístico de posición: deja a la mitad de los valores por encima y a la mitad por debajo. Para el cálculo de ese estadístico se tuvo en cuenta la población de cada país, por lo que en su valor pesan mucho los países más poblados. Los dos valores extremos en 2009 fueron los de Burundi, con 2,04 (97% de la comida de origen vegetal) e Islandia, con 2,57 (50% de la comida de origen animal). Aunque hay una gran diversidad de tendencias, los autores de la investigación han agrupado los países en cinco grandes grupos en virtud de los valores absolutos del NTH así como del modo en que han variado durante medio siglo.

En el grupo 1 se encuentran la mayoría de los países subsaharianos y del Sudeste asiático; en esos países se mantiene bajo y estable el NTH. Son países en los que la alimentación se basa, mayoritariamente, en productos de origen vegetal. El 2 agrupa a países sudamericanos, africanos y asiáticos, incluyendo China e India. En esos países los valores de NTH son bajos pero creciente. El grupo 3 incluye a países de América Central, Brasil, Chile, algunos africanos, países del Sur de Europa y Japón. En este grupo también crece el nivel trófico, pero el punto de partida era superior al del grupo 2. Tanto en el grupo 2 como en el 3 la tendencia creciente del NTH revela un aumento en la proporción relativa de productos de origen animal en la dieta. Al grupo 4 pertenecen América del Norte, Europa septentrional y oriental, Australia y Nueva Zelanda. En estos países los valores de NTH eran altos y permanecieron estables hasta 1990, y a partir de ahí empezaron a descender, aunque muy levemente. El grupo 5 incluye a los países con los niveles tróficos más altos, pero decrecientes; en él se incluyen Islandia, países escandinavos, Mongolia y Mauritania. En estos países se consume principalmente carne, pescado y productos lácteos, y muy pocos vegetales.

Como cabía esperar, el nivel trófico de las poblaciones humanas tiene mucho que ver con las características socioeconómicas, ambientales, y culturales de los países. En general, es más alto en países con mayor esperanza de vida, producto interior bruto, emisiones de CO2 y grado de urbanización. Todos esos indicadores se han elevado a lo largo del último medio siglo en casi todo el mundo. Solo en los países del grupo 5 ha disminuido el NTH a pesar de que los indicadores de desarrollo también hayan aumentado.

En el mundo se está produciendo, por tanto, una convergencia nutricional, ya que cada vez se va pareciendo más la composición de la dieta en los diferente países. A la gente le gusta comer carne y cuando mejora la situación económica de un país, los productos cárnicos se consumen en mayor medida. Y a la vez, en los que tienen un alto nivel de consumo de productos de origen animal, se produce la tendencia contraria, por los problemas de salud que conlleva ese alto consumo.

Un elemento a considerar a la hora de valorar estas tendencias es el de las implicaciones ecológicas de los patrones de consumo. La producción animal tiene una eficiencia energética baja. Aunque puede variar entre un 3% y un 20%, dependiendo de diferentes circunstancias, se suele considerar que, en promedio, viene a ser de un 10%. Es decir, solo un 10% de la energía consumida por un animal se convierte en energía propia. Por lo tanto, para producir 1 Kg de C, una especie en el nivel 5 hace uso de 10.000 Kg de C de biomasa vegetal, y una de nivel 3, hace uso de 100 kg de C. La especie humana utiliza un 25% de la producción primaria del planeta y es posible que esa utilización esté alcanzando su límite máximo. Por esa razón, es posible que el aumento en la proporción de alimentos de origen animal se acabe encontrando con una limitación derivada de la dificultad o, incluso, imposibilidad de hacer uso de porcentaje creciente de la producción primaria neta de la Tierra.

Información adicional

Información detallada para cada país y más datos aquí.

 

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

El artículo El mundo come cada vez más carne se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Cómo influyen los parásitos en el comportamiento de los animales, cómo se modifica la conducta de las madres mamífero o cuáles son las enfermedades que nos afectan y desde cuándo hemos desarrollado comportamientos funerarios ante la muerte son algunos de los aspectos que se analizarán en la V Jornada Nacional sobre Evolución y Neurociencias.

Especialistas en ambas materias se reunirán el 11 y 12 de mayo en una nueva edición conducida por Eva Garnica y Pablo Malo, psiquiatras y miembros de la Red de Salud Mental de Bizkaia, y organizada por esa misma entidad y la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU.

La jornada, cuya primera edición se celebró en 2017, se ha convertido en una cita imprescindible para las y los expertos en ámbitos como la psiquiatría, la psicología o la biología. Una jornada que sirve para analizar el comportamiento humano desde un punto de vista evolucionista y divulgar de un modo accesible para todos los públicos.

A famosísima sentencia de Dobzhansky «Nada tiene sentido en biología si no es a la luz de la evolución», Antonio J. Osuna le añade «y nada tiene sentido en la evolución si no es a la luz de los parásitos». Los parásitos modifican el comportamiento de los animales de formas extraordinarias, y esos cambios favorecen la evolución.

Antonio J. Osuna Mascaró, es doctor en Paleontología (Universidad de Granada) y está a punto de concluir su segundo doctorado en Cognición Comparada (Universidad de Medicina Veterinaria de Viena) como investigador del Messerli Research Institute; Carmen Mascaró Lazcano es bióloga y catedrática jubilada de Parasitología de la Universidad de Granada.



Si no ve correctamente el vídeo, use este enlace.

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

El artículo Parásitos y comportamiento animal: de hormigas a humanos se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Foto: Juliana Malta / Unsplash

El comienzo de la primavera, seco y caluroso, ha provocado un aumento significativo de los niveles de polen, uno de los alérgenos más comunes del continente europeo. A pesar de su diminuto tamaño –y de ser una pesadilla para los alérgicos–, los granos de polen cumplen una función ecológica esencial para la supervivencia de la humanidad. Es momento de valorarla como se merece.

La chispa que enciende la vida vegetal

Hace más de 350 millones de años, un linaje de plantas, las gimnospermas (con semillas desnudas, como los abetos, cedros y pinos), desarrolló granos de polen y semillas, marcando un antes y un después en la reproducción y adaptación al medio terrestre del reino vegetal.

Doscientos millones de años más tarde, en plena revolución terrestre del Cretácico, aparecieron las plantas con flores y con semillas protegidas por frutos: las angiospermas. Gracias al ingenio evolutivo del polen y las flores y su coevolución con los polinizadores, las angiospermas se diversificaron rápidamente, vistiendo el planeta de multitud de colores vibrantes. Son las que hoy por hoy dominan los ecosistemas terrestres y las principales protagonistas de las tierras de cultivo.

Más que un alérgeno

El polen, ese polvillo a menudo dorado que flota en el aire durante la primavera y el verano, es en realidad una estructura reproductiva minúscula pero poderosa.

El grano de polen maduro es el gametofito masculino de las plantas. Contiene tres células, dos espermáticas y una vegetativa, protegidas por una doble envoltura que le confiere resistencia. Se produce en los órganos masculinos de las angiospermas (estambres) y gimnospermas (cono masculino).

El grano de polen funciona como un intermediario que transporta el material genético masculino desde la planta productora hasta los órganos femeninos de otras plantas, o de ella misma, en algunos casos. Así se logra la fertilización y la producción de semillas.

Como las posibilidades de que un grano de polen llegue a una pareja ideal son escasas, las plantas tienden a producir mucho polen. Y como sabemos, e incluso padecemos, esta sobreproducción tiene consecuencias que van más allá de la reproducción vegetal.

Polen de Orthosiphon stamineus preparado mediante el método de liofilización, imagen SEM.
Wikimedia commonsEl amor está en el aire

La producción de polen está finamente orquestada por las condiciones ambientales como la temperatura, la humedad y la luz, así como por el estado hormonal de la planta. Pero además, la danza de polinizadores alrededor de la planta también puede incentivar la producción de polen.

A medida que el polinizador se mueve de flor en flor en busca de néctar, su cuerpo se va cargando y descargando de granos de polen que se depositan en los pistilos de las flores (concretamente en los estigmas), aumentando la posibilidad de fertilización y la formación de semillas. Efectivamente, en las plantas, el amor está en aire.

Para aumentar el éxito reproductivo, las plantas han ido creando una asombrosa variedad de estructuras, formas y colores para sus granos de polen, que están íntimamente relacionadas con los mecanismos de dispersión y los polinizadores.

Así, los granos de polen más visibles y pesados, y también aquellos provistos de pequeñas espinas y superficie pegajosa, son generalmente transportados a lomos de grandes polinizadores como abejas (entomofilia) y aves (ornitofilia). En cambio, aquellos más pequeños, ligeros, esféricos y alados son transportados por la brisa primaveral (anemofilia).

Pigmentos tales como los flavonoides y/o carotenoides están detrás de la coloración rojiza-azulada y/o amarillo-anaranjada tan frecuente en los granos de polen, que hace que sean aún más atractivos para los polinizadores. Además, no hay que olvidar que, junto con el néctar, el polen también es recolectado por los polinizadores como alimento rico en proteínas, lípidos y carbohidratos.

¿Qué sería del mundo sin polen?

El polen desempeña un papel crucial en la agricultura, sobre todo en la producción de frutas, verduras y cereales. Se estima que más del 75 % de los cultivos alimentarios del mundo dependen en cierta medida de la polinización (transferencia de polen). Está en juego, por tanto, gran parte de nuestra dieta. Cada semilla, grano y fruta que comemos es producto directo de la polinización.

Sin polinización, los cultivos no producirían semillas viables, lo que reduciría su rendimiento y conllevaría importantes pérdidas económicas. En un escenario de alta demanda de alimentos por el incremento de la población mundial, no podemos despreciar el polen ni el trabajo de los polinizadores.

Como agentes polinizadores, las abejas, mariposas, pájaros, polillas, escarabajos e incluso los murciélagos influyen en la estabilidad y diversidad vegetal de los ecosistemas y en el rendimiento (cantidad y calidad nutricional) de los cultivos en los agroecosistemas.

Por pequeños que sean los granos de polen y los polinizadores, desempeñan un gran papel en la consecución de varios de los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) fijados por la ONU, desde la lucha contra el hambre y la pobreza hasta la creación de empleo y el crecimiento económico.

Las abejas actúan como polinizadores.
.Capiro. / Flickr, CC BY-NC-NDLa tormenta perfecta a escala planetaria

Desafortunadamente, la fragmentación y destrucción de hábitats, el uso de pesticidas y el cambio climático están provocando la tormenta perfecta a escala planetaria: disminución de la diversidad vegetal, reducción de la calidad del polen y declive de las poblaciones de polinizadores.

¿Qué podemos hacer? Restaurar y conservar los hábitats, restringir el uso de pesticidas, potenciar la lucha biológica contra las plagas y diversificar las explotaciones agrícolas para crear un ecosistema equilibrado para las abejas y sus compañeros polinizadores. Nos queda mucho trabajo por delante.

Sobre la autora: María Teresa Gómez Sagasti es profesora adjunta e investigadora en el área Fisiología Vegetal, Dpto. Biología Vegetal y Ecología de la Facultad de Ciencia y Tecnología de la UPV/EHU

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

El artículo El poder del polen se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

¿Tú sabías que los bebés de delfín tienen bigotes cuando acaban de nacer?

Probablemente no lo habías notado, no es algo que resulte evidente a primera vista. Así que, si te estabas imaginando un pequeño delfín con un frondoso mostacho a lo Groucho Marx, ya puedes eliminar esa imagen de tu cabeza (o quizás no, es ciertamente memorable). Se trata más bien de unos pequeños pelitos, que estos mamíferos marinos lucen nada más nacer alrededor de la boca. Podrían recordar a la pelusilla que empieza a asomar bajo la nariz de algunos cachorros humanos durante la adolescencia. Pero al contrario de lo que sucede en este caso, los incipientes pelitos de los delfines bebé acaban desapareciendo al cabo de unos pocos días.

Foto: Nathalie Goddard / Marudah Cruises

¿Pero de dónde salen estos bigotes y por qué su existencia es tan efímera? Bien, se trata de lo que se conoce como una característica vestigial, es decir, un rasgo que se encuentra presente en un organismo, pero que ha perdido su función original en el desarrollo evolutivo de una especie. Podríamos imaginar los vestigios como los souvenirs de la evolución: una cosa inservible pero difícil de desechar, que recuerda distintos momentos de su historia. “Este bicho pasó por aquí, y como prueba se trajo un llavero espantoso” (o un bigote, en este caso).

Precisamente por su capacidad de ejercer como recuerdo y testimonio, las características vestigiales tienen especial importancia para la biología evolutiva. A menudo proporcionan evidencia de la historia compartida entre varias especies o nos muestran cómo ciertas estructuras biológicas han cambiado a lo largo del tiempo en respuesta a la selección natural y otros procesos evolutivos. En el caso del delfín, los bigotes nos hablan de un pasado remoto, cuadrúpedo y mucho más “frondoso”: cuando el pelo cubría todo su cuerpo, y no únicamente los alrededores de su mandíbula.

A fin de cuentas, los delfines son mamíferos, unos que nadan muy bien, eso sí. Hace 50 millones de años, su antepasados evolutivos se paseaban por la tierra y, de cuando en cuando, se adentraban en el mar para refugiarse o para cazar. Entre ellos, el más conocido es el Pakicetus, un bicho que, si me permitís la apreciación, se parecían más a una rata mutante que a un delfín (al menos, de acuerdo con algunas reconstrucciones contemporáneas). Pero esa rata tenía un plot twist (que diría Jaime Altozano) escondido debajo de la manga: su destino era regresar al mar y legar sus genes a los futuros delfines, ballenas y marsopas.

Reconstrucción del Pakicetus de Carl Buell a la izda (Fuente). Ilustración de Mr. Splinter de Tsvetomir Georgiev a la derecha

 

Los fósiles de Pakicetus fueron descubiertos por primera vez en la década de 1980 en Pakistán. El nombre de este país sirvió para bautizar a la especie, de hecho. Los Pakicetus mostraban características de mamíferos terrestres, pero también algunas que los emparentan con los cetáceos y que nos dan pistas sobre sus incipientes hábitos acuáticos. Tenían cráneos alargados, y dientes adaptados a una dieta carnívora. Contaban con extremidades posteriores alargadas y una columna vertebral que les permitía moverse tanto en tierra como en el mar. Debieron de vivir en junto a la costa del mar de Tetis durante el período Eoceno temprano. Por todo ello, se cree que eran nadadores hábiles y que probablemente pasaban bastante tiempo en el agua.

Con el tiempo, las generaciones y el lento pero implacable trabajo de la evolución, los Pakicetus fueron adaptándose cada vez más al medio acuático. Sus patas se volvieron más cortas hasta quedar convertidas en aletas. Su orificio nasal se fue desplazando hasta ocupar la posición actual, en lo alto de la coronilla. Hoy, el cuerpo de los delfines (de los cetáceos, en general) se parece mucho más al de un pez, es más hidrodinámico, está mejor preparado para nadar. Además, no queda ni un pelo en su superficie… bueno, siempre que no contemos los primeros días de vida, el tiempo que tarda el bigotillo de los delfines en caer.

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

El artículo Los bigotes del delfín se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Mi libro La gran familia de los números (2021), de la colección Miradas matemáticas (Catarata, ICMAT, FESPM), está dedicado a algunas importantes familias de números naturales, entre los que están los números figurados, primos, capicúas, cíclicos, perfectos, amigos, intocables, narcisistas, felices o vampiros, entre muchos otros.

Portadas de mis tres libros de la colección Miradas matemáticas, a saber: Los secretos de la multiplicación (2019), La gran familia de los números (2021) y Las matemáticas como herramienta de creación artística (2023)Por sus dígitos los conoceréis

En el capítulo 5, titulado “Por sus dígitos los conoceréis”, se muestran familias de números naturales definidas por características de los dígitos de sus representaciones numéricas, como los números narcisistas (sobre los que también podéis leer en la entrada ¿Pueden los números enamorarse de su propia imagen?), que son aquellos números que son iguales a la suma de las potencias de sus dígitos elevados a la cantidad de dígitos que tiene el número. Por ejemplo, el número 153 es un número narcisista, puesto que, teniendo 3 cifras, que son 1, 5 y 3, se cumple que 13 + 53 + 33 = 1 + 125 + 27 = 153; o también, el número 1.634, ya que 14 + 64 + 34 + 44 = 1 + 1.296 + 81 + 256 = 1.634.

Imagen del episodio Marge, Homer y el deporte en pareja, en la que aparecen tres números curiosos, uno de ellos un número narcisista, 8.208

Otra familia de números relacionada con los números narcisistas es la que podríamos llamar números de Follet, puesto que aparecen mencionados en la novela Doble juego (2000), del escritor Ken Follet, que está formada por aquellos números que son iguales a la suma de las potencias de sus dígitos elevados a la posición que ocupan en el número (empezando por la izquierda), como el número 175, ya que 11 + 72 + 53 = 175 (1 es el primer dígito, 7 el segundo y 5 el tercero).

Portada de la edición DEBOLSILLO (Penguin Libros) de 2003, del libro Doble juego, de Ken Follet

Otra familia de números relacionada con los números narcisistas es la formada por los números de Munchausen, aquellos números que son iguales a la suma de sus dígitos elevados a ellos mismos. Por ejemplo, el número 3.435 es un número de Munchausen, ya que 33 + 44 + 33 + 55 = 3.435 (si admitimos que 00 = 1, resulta que el anterior número es el único que existe).

Imagen de la película El barón de Munchausen (1988), dirigida por Terry Gilliam, que fue uno de los integrantes de los Monty Python, en la que el barón de Munchausen sale volando de las aguas tirando de su coleta hacia arriba

Una extensión natural de los números narcisistas es considerar que los dígitos están elevados, no a la cantidad de dígitos del número, sino a una cifra fija cualquiera, llamada orden. En este caso, a los números que son iguales a la suma de las potencias de sus dígitos elevados a una cantidad fija cualquiera, no necesariamente la cantidad de dígitos del número, se les llama números potentes o también invariantes digitales perfectos. Por ejemplo, el número 4.150, que puede expresarse como la suma de las potencias quintas de sus dígitos (que son solo cuatro), 45 + 15 + 55 + 05 = 1.024 + 1 + 3.125 = 4.150, es un número potente. Los números insólitos están relacionados con estos últimos.

Los números insólitos

En el artículo On a very thin sequence of integers (Sobre una sucesión de números enteros poco numerosa), sus autores introducen el término de número insólito. Definen un número insólito como aquel número, mayor que 1, para el cual la suma y el producto de las potencias cuadradas de sus dígitos divide al propio número (en particular, no contiene al 0 entre sus dígitos). Por ejemplo, dado el número 122.121.216, la suma de los cuadrados de sus dígitos es

12 + 22 + 22 + 12 + 22 + 12 + 22 + 12 + 62 = 56,

mientras el producto de los cuadrados de sus dígitos es

12 x 22 x 22 x 12 x 22 x 12 x 22 x 12 x 62 = 9.216,

y como ambos dividen a número 122.121.216, por lo tanto, es un número insólito.

El número más pequeño que es insólito es el 111, ya que es divisible por 3 (suma de los cuadrados de sus dígitos) y por 1 (producto de los cuadrados de sus dígitos). Y los diez primeros números insólitos son:

111, 11.112, 1.122.112, 111.111.111, 122.121.216, 1.111.112.112, 1.111.211.136, 1.116.122.112, 1.211.162.112 y 11.111.113.116.

La sucesión de números insólitos es la sucesión A098034 de la Enciclopedia On-line de Sucesiones de Números Enteros – OEIS. Además, existen solo 428 números insólitos más pequeños que 100 trillones, 1020 = 100.000.000.000.000.000.000.

En la siguiente tabla se muestran los primeros números insólitos que contienen una cifra concreta entre sus dígitos, del 1 al 9.

Parece ser que es muy difícil encontrar números insólitos que contengan la cifra 5. Como se muestra en la anterior tabla, el número insólito más pequeño que incluye la cifra 5 tiene 31 dígitos. Además, el siguiente número insólito que contiene a la cifra 5 tiene 37 dígitos:

1.111.111.111.111.111.117.111.111.111.911.111.375.

Por otra parte, el número insólito más pequeño que contiene todas las cifras, con la excepción del 5 teniendo en cuenta lo comentado, tiene 18 dígitos y es el siguiente:

711.813.411.914.121.216.

Doble página del artículo On a very thin sequence of integers en la que aparecen los 195 números insólitos menores que un trillón, 1018, aunque se saltaron el número insólito 112.264.112.111.616¿Existen infinitos números insólitos?

Si miramos a las familias de números naturales definidas por características de los dígitos de sus representaciones numéricas, que hemos comentado al inicio de esta entrada, tenemos que:

A. Existe una cantidad finita de números narcisistas (en el libro La gran familia de los números puede leerse una sencilla demostración de que no existen números narcisistas con más de 60 dígitos), concretamente, hay tan solo 88 números narcisistas;

B. solo existe una cantidad finita de números de Follet (también en el libro La gran familia de los números, puede leerse una sencilla demostración de que no existen números de Follet con más de 22 dígitos), en concreto, hay 19 números en esta familia;

C. tan solo hay un número de Munchausen, el 3.435 (asumiendo que 00 = 1, aunque si se considera que 00 = 0, o en la definición solo se consideran dígitos no nulos, entonces hay otro más, es el número 438.579.088);

D. se desconoce si la familia de invariantes digitales perfectos es finita o infinita.

Por lo tanto, podemos tener nuestras dudas sobre si existirá una cantidad finita o infinita de números insólitos.

Number structure No. 5 (1983), del artista japonés-canadiense Kazuo Nakamura (1926-2002). Óleo sobre lienzo, 55 x 55 cm. Christopher Cutts Galklery, Toronto. Imagen de la página del Art Canada Institute

A continuación, vamos a construir una familia de números insólitos, de lo cual se deducirá que existen infinitos números insólitos. Empecemos considerando los números repitunos (en inglés, repunit numbers), que son aquellos que están formados por la repetición de la cifra 1, es decir, 1, 11, 111, 1.111, 11.111, etc. Si consideramos un número repituno con k dígitos (todos ellos iguales a 1), entonces la suma de los cuadrados de sus dígitos es k y el producto de los cuadrados de sus dígitos es 1. Por lo tanto, un número repituno es un número insólito si el número de dígitos k divide al número. Por ejemplo, 111 es un número repituno que es insólito, puesto que 3 divide a 111 (recordemos la regla de divisibilidad del 3, que dice que un número es divisible por 3 si, y sólo si, la suma de sus dígitos es divisible por 3).

Teorema: Si k = 3n, entonces el número repituno con k dígitos es un número insólito.

Vamos a ver que efectivamente estos números repitunos son insólitos. Para n = 1 tenemos el número 111, que claramente es insólito, ya que 3 divide a 111.

Para n = 2, tenemos el número 111.111.111, que al dividirlo por 111 se obtiene 1.001.001:

Por lo tanto, el número 111.111.111 es divisible por 9 (que es la cantidad k = 32 de dígitos), ya que 111 es divisible por 3 y 1.001.001 también es divisible por 3 (sus dígitos suman 3).

Para n = 3, tenemos un número repituno formado por 27 unos, 111.111.111.111.111.111.111.111.111, que si lo dividimos por el anterior 111.111.111 (que es divisible por 9) se obtiene 1.000.000.001.000.000.001, es decir, 1 seguido de ocho 0, luego 1, otros ocho 0 y 1, que es divisible por 3. Por lo tanto, el número repituno con 27 = 33 unos es un número insólito.

Y, de forma similar, se puede demostrar, por inducción, que los números repitunos con k = 3n son números insólitos.

Corolario: Existen infinitos números insólitos.

Los números insólitos son una curiosa familia de números naturales, de la que se conocen algunas propiedades matemáticas (algunas de ellas mostradas en esta entrada del Cuaderno de Cultura Científica) y de la que se seguirá investigando en el futuro, como ocurre con las demás familias, al menos para ampliar más nuestro conocimiento sobre la naturaleza de los números.

Bibliografía

1.- R. Ibáñez, La gran familia de los números, Libros de la Catarata – ICMAT – FESPM, 2021.

2.- J. M. De Koninck, N. Doyon, On a very thin sequence of integers, Annales Universitatis Scientiarum Budapestinensis de Rolando Eötvös Nominatae, tomo 20, pp. 157-177 (2001).

3.- Página web: Numbers Aplenty.

4.- Página web: Enciclopedia On-line de Sucesiones de Números Enteros – OEIS

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 Los números insólitos se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

La imprevisibilidad puede ayudar a los informáticos a resolver problemas que de otro modo serían intratables.

Un artículo de Ben Brubaker. Historia original reimpresa con permiso de Quanta Magazine, una publicación editorialmente independiente respaldada por la Fundación Simons.

Cuando abundan las buenas opciones, adivinar al azar puede ser sorprendentemente fructífero. Ilustración: Kristina Armitage / Quanta Magazine

Desde los primeros días de la informática, un campo conocido por su enfoque metódico para la resolución de problemas, la aleatoriedad ha jugado un papel importante. El primer programa que se ejecutó en el primer ordenador electrónico de uso general del mundo utilizó la aleatoriedad para simular procesos nucleares. Desde entonces se han utilizado enfoques similares en astrofísica, climatología y economía. En todos estos casos, introducir números aleatorios en ciertos pasos del algoritmo ayuda a los investigadores a tener en cuenta la incertidumbre sobre las muchas formas en que pueden desarrollarse los procesos complejos.

Pero agregar aleatoriedad en un algoritmo también puede ayudarlo a calcular la respuesta correcta a preguntas inequívocas de verdadero o falso. «Simplemente dices ‘Está bien, déjame rendirme, déjame no intentarlo, déjame elegir algo al azar'», explica Eric Blais, científico informático de la Universidad de Waterloo. “Para un montón de problemas, este termina siendo un enfoque ganador”.

Supongamos que quieres determinar si un número dado es primo (divisible solo por 1 y por sí mismo) o compuesto (también divisible por otros números enteros). Simplemente podrías intentar dividirlo entre todos los factores posibles, pero para números grandes este método de «fuerza bruta» y otros algoritmos de factorización son terriblemente lentos. Y si el número resulta ser compuesto, los algoritmos de factorización te dicen los valores de sus divisores, más información de la que pediste. Si solo te importa la «primalidad» de un número, ¿existe un algoritmo más eficiente?

Lo hay si usas la aleatoriedad. La idea básica se remonta a un resultado del matemático francés del siglo XVII Pierre de Fermat, conocido como su “pequeño teorema”. Fermat consideró dos números enteros, llámelos N y x. Demostró que si N es un número primo, entonces xN – x es siempre un múltiplo de N, independientemente del valor de x. De manera equivalente, si xN – x no es un múltiplo de N, entonces N no puede ser un número primo. Pero la afirmación inversa no siempre es cierta: si xN – x es un múltiplo de N, entonces N suele ser primo, aunque no siempre.

Para convertir el pequeño teorema de Fermat en una prueba de primalidad, simplemente toma el N que te interesa, elige x al azar y reemplaza los dos números en xN – x. Si el resultado no es un múltiplo de N, entonces ya está: sabes que N es definitivamente compuesto. Si el resultado es un múltiplo de N, probablemente N sea primo. Ahora elige otra x aleatoria e inténtalo de nuevo. En la mayoría de los casos, después de algunas docenas de intentos, puedes concluir con casi certeza que N es un número primo. “Haces esto una pequeña cantidad de veces”, explica Blais, “y de alguna manera ahora tu probabilidad de tener un error es menor que la probabilidad de que un asteroide golpee la Tierra entre ahora y cuando mires la respuesta”.

Las primeras pruebas de primalidad utilizando algoritmos aleatorios (basados en refinamientos del pequeño teorema de Fermat) marcaron el comienzo de una nueva era. Problema tras problema resultó ser mucho más fácil de resolver con aleatoriedad que con algoritmos no aleatorios o deterministas. La clave era reformular cada problema como uno que pudiera resolverse rápidamente dado un valor apropiado para algún número x, y luego probar que casi cualquier x valdría. La solución funciona a pesar de que los investigadores no tienen idea de cómo determinar si una opción específica es buena. Los matemáticos han bromeado diciendo que este desafío inusual es similar a encontrar paja en un pajar.

Pero estos éxitos hicieron que los investigadores se preguntaran por qué la aleatoriedad debería ayudar con problemas como las pruebas de primalidad, que consisten todos en encontrar patrones ocultos no aleatorios. “Hay algo un poco paradójico al respecto”, afirma Rahul Santhanam, científico informático de la Universidad de Oxford. “La aleatoriedad pura te ayuda a encontrale el truco a la estructura que resuelve el problema”.

En 1994, los informáticos Noam Nisan y Avi Wigderson ayudaron a resolver esta confusión al demostrar que la aleatoriedad, aunque útil, probablemente no sea necesaria. Demostraron que una de dos cosas debe ser cierta: o todos los problemas que se pueden resolver de manera eficiente usando la aleatoriedad también tienen algoritmos deterministas rápidos, o muchos problemas con fama de difíciles son secretamente fáciles. Los informáticos consideran muy improbable la segunda posibilidad.

De hecho, a los científicos informáticos a menudo les resulta más fácil desarrollar un algoritmo determinista comenzando con una versión aleatoria y luego «desaleatoriazarla». “Una vez que la tengo, de repente veo una forma muy obvia de hacerla determinista”, afirma Eli Upfal, científico informático de la Universidad de Brown. “Pero si no hubiese pensado en ella de forma aleatoria como una pregunta probabilística, probablemente no se me habría ocurrido”.

Casi 30 años después de la prueba histórica de Nisan y Wigderson, los algoritmos aleatorios siguen siendo tan populares como siempre, porque la desaleatorización puede ser complicada y los algoritmos deterministas a menudo son eficientes solo en principio. No fue hasta 2002 que tres investigadores encontraron una forma de eliminar la aleatoriedad de las pruebas de primalidad y, en la práctica, su algoritmo es mucho más lento que los mejores algoritmos aleatorios. Para otros problemas es difícil incluso saber por dónde empezar: el algoritmo más conocido tiene un problema del huevo y la gallina del que solo se puede escapar a través de la aleatoriedad.

Ese es el caso de un avance reciente en la teoría de grafos. El año pasado, tres científicos informáticos desarrollaron un algoritmo rápido para encontrar la ruta más corta a través de un grafo, una red de nodos conectados por segmentos lineales, que funciona incluso cuando algunos segmentos se restan de la longitud total de la ruta en lugar de sumarse. Su algoritmo implicaba transformar el grafo en uno más simple eliminando ciertos segmentos, resolver el problema del grafo simplificado y luego tener en cuenta los segmentos eliminados. Pudieron demostrar que el algoritmo se ejecutaría rápidamente si ninguna ruta más corta pasa a través de demasiados segmentos eliminados; de lo contrario, el último paso emplearía demasiado tiempo.

Pero, ¿cómo decidir qué segmentos eliminar en primer lugar? No solo es difícil encontrar el conjunto ideal de segmentos de forma determinista, es imposible. El conjunto depende de qué caminos sean los más cortos, el mismo problema que los tres investigadores estaban tratando de resolver. Pero aunque no pudieron encontrar el mejor conjunto de segmentos para eliminar, pudieron demostrar que la mayoría de las elecciones aleatorias serían lo bastante buenas, y eso fue suficiente para romper el ciclo autorreferencial. En los raros casos en los que el algoritmo toma una decisión desafortunada y se atasca en el último paso, solo hay que pararlo y ejecutarlo nuevamente.

“La aleatoriedad es básicamente una forma de garantizar que algo es cierto sobre la solución óptima sin conocer la solución óptima”, explica Aaron Bernstein, uno de los autores del nuevo algoritmo.

La aleatoriedad ha encontrado innumerables otros usos en la informática, desde la criptografía hasta la teoría de juegos y el aprendizaje automático. Lo más probable es que esté aquí para quedarse.

 

El artículo original, How Randomness Improves Algorithms, se publicó el 3 de abril de 2023 en Quanta Magazine.

Traducido por César Tomé López

El artículo Cómo la aleatoriedad mejora los algoritmos se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

LP 791-18d

Una de las carreras más importantes que se están desarrollando en el campo de la astronomía hoy en día es la búsqueda de un planeta similar en tamaño y características a la Tierra, algo que desde el punto de vista de la geología nos podría ayudar mucho a saber que “ingredientes” son necesarios para la formación de planetas como el nuestro. De momento no hemos encontrado un planeta b, y es posible que tardemos en encontrarlo por dos cuestiones principales: por las dificultades propias de la observación de planetas tan relativamente “pequeños” y porque no sabemos todavía cómo de raros son los planetas como el nuestro -si es que hay más.

Pero el ir completando el catálogo de planetas extrasolares -aquellos que giran en torno a una estrella diferente a nuestro Sol- está aportándonos una visión sobre la enorme diversidad de planetas existentes, muchos de los cuales no tienen una representación directa en nuestro Sistema Solar.

Figura 1. Reconstrucción artística de LP 791-18d. El punto azul en la lejanía correspondería con el LP 791-18c. Imagen cortesía de NASA’s Goddard Space Flight Center/Chris Smith/KRBwyle.

Recientemente, se ha publicado un nuevo estudio en la revista Nature hablándonos de cómo podría ser un planeta de un tamaño similar al de la Tierra (1.03 radios terrestres) llamado LP 791-18d, situado a unos 90 años-luz de nuestro planeta y que gira en torno a una enana roja junto a otros dos planetas, estos dos últimos ya descubiertos en 2019.

Pero, ¿qué tiene de especial este planeta? Los científicos piensan que podría tener una gran actividad volcánica distribuida por toda su superficie, algo similar a lo que ocurre en Ío, un satélite de Júpiter. La actividad volcánica es muy importante en planetas rocosos, ya que puede ayudar a generar una atmósfera -los gases más importantes que emiten los volcanes son el vapor de agua, el dióxido de carbono y el de azufre, entre otros- y a ir rellenándola en el caso de que esta pueda sufrir pérdidas por cualquier motivo, como la carencia de un campo magnético o el propio viento estelar.

Además, las atmósferas de los planetas, si se dan las condiciones adecuadas, pueden permitir la existencia de agua líquida en la superficie, algo que, como sabemos, es de gran importancia para la astrobiología y la búsqueda de la vida más allá de nuestras fronteras.

Al mismo, tiempo, los volcanes son capaces de llevar a la superficie elementos que de otro modo estarían atrapados en su interior, pudiendo crear un ciclo de transferencia y reciclaje entre la corteza y el interior del planeta. También podrían incluso aportar calor a zonas más frías, como el fondo de posibles océanos, permitiendo ambientes menos hostiles.

Figura 2. Dos imágenes de Ío tomadas el 14 de diciembre de 2022 y el 1 de marzo de 2023 desde la sonda Juno. En color podemos ver la superficie de Ío, y los puntos rojos, amarillos y blancos corresponden con puntos que tienen una elevada temperatura y que probablemente correspondan con puntos de emisión volcánica recientes o actuales. Cortesía de NASA/JPL-Caltech/SwRI/ASI/INAF/JIRAM.

¿De dónde sacaría este planeta la energía interna suficiente como para poder estar cubierto de volcanes? La respuesta está en la existencia de uno de los otros planetas, el c, que tiene una masa de aproximadamente nueve veces la de la Tierra. Conforme van haciendo órbitas alrededor de su estrella, los planetas c y d pasan cerca el uno del otro, de tal forma que el c es capaz de modificar ligeramente la órbita del d, haciéndola más elíptica.

Esta deformación en la órbita es suficiente como para que el planeta sufra un fenómeno que conocemos como calentamiento de marea, de tal forma que a lo largo de su órbita el planeta sufre una deformación en su superficie y su interior diferente en cada punto de la órbita debido a la atracción gravitatoria de su estrella y de los otros planetas del sistema.

Para que podamos entendernos, imagina que tienes una pelota antiestrés en las manos y que empiezas a comprimirla y a dejar que vuelva a su forma. Después de un rato, verás que esta ha aumentado ligeramente su temperatura y esto se debe en parte a la energía que transfiere el movimiento de tu mano sobre la propia pelota.

De una manera parecida, cuando un cuerpo masivo ejerce una fuerza de atracción gravitatoria sobre otro más pequeño, acaba provocando que el más pequeño sufra un proceso de deformación en el cual se comprime y se estira, parecido a lo que has hecho con la pelota. Esto ocurre normalmente porque la fuerza de atracción de la gravedad en un lado, el que mira al objeto más masivo, es más fuerte, y más débil su efecto sobre el lado opuesto.

Figura 3. En los planetas con acoplamiento de mareas no hay ciclo día-noche. Solo un lado donde hay oscuridad y otro donde es un día perpetuo. Imagen cortesía de la NASA y el JSC.

Este proceso, si ocurre en repetidas ocasiones, genera una serie de fricciones que a su vez se traducen en calor, a veces suficiente para generar magmas que pueden dar lugar a erupciones volcánicas, y como decíamos anteriormente, es el mismo proceso que ocurre sobre la luna de Júpiter Ío, y que lo convierte en uno de los objetos con mayor actividad del Sistema Solar.

Otro de los detalles aportados en el estudio sobre este planeta indica que sufre un acoplamiento de mareas con su estrella y que, por lo tanto, siempre tiene la misma cara apuntando a su estrella -algo parecido a lo que ocurre en nuestro planeta con la Luna, en la que el periodo de rotación es igual al orbital- y esto a su vez se traduce en que su cara diurna probablemente tenga una temperatura muy alta, aunque dependiendo de su atmósfera, el agua podría ser estable en su cara nocturna, donde las temperaturas serían menores.

Eso si no ha sufrido un proceso evolutivo como el de Venus, donde los volcanes han sido capaces de generar una atmósfera muy importante, capaz de equilibrar la temperatura en su lado nocturno y diurno, y volviendo totalmente inhabitable cualquier parte del planeta.

Pero precisamente este hecho abre otra cuestión muy importante de cara a entender la habitabilidad de la Tierra. Podríamos suponer que Venus y la Tierra tienen una actividad volcánica similar a grandes rasgos… entonces, ¿por qué Venus ha seguido sumando gases de efecto invernadero? Una de las posibles respuestas a esta pregunta es la existencia de una tectónica de placas capaz de almacenar parte de estos gases -obviamente, no en estado gaseoso sino transformado en otras sustancias químicas- dentro de su corteza o su manto, donde seguirá un ciclo en el que se vaya incorporando al interior del planeta y posteriormente siendo expulsado por los volcanes.

En nuestro planeta este ciclo viene regulado por la tectónica de placas, pero al menos aparentemente no hay una en Venus, y quizás tampoco lo exista en este exoplaneta, por lo que la tectónica de placas podría ser un condicionante para conseguir unas condiciones más habitables en los planetas. O quien sabe si hay algún detalle o mecanismo que todavía desconozcamos por completo a la hora de regular estos ciclos en otros planetas.

Sea como fuere, el estudio de los exoplanetas va a seguir aportándonos una importante visión no solo sobre la diversidad de mundos que pueblan nuestra galaxia, sino también ayudarnos a contestar aquellas preguntas que todavía tenemos sobre nuestro propio Sistema Solar.

Bibliografía:

Crossfield, I.J. et al. (2019) ‘A super-earth and sub-neptune transiting the late-type M dwarf LP 791-18’, The Astrophysical Journal Letters, 883(1). doi: 10.3847/2041-8213/ab3d30.

Peterson, M.S. et al. (2023) ‘A temperate Earth-sized planet with tidal heating transiting an M6 star’, Nature, 617(7962), pp. 701–705. doi: 10.1038/s41586-023-05934-8.

Para saber más:

25 años de planetas extrasolares
El valle de la evaporación de planetas

Sobre el autor: Nahúm Méndez Chazarra es geólogo planetario y divulgador científico.

El artículo LP 791-18d, el planeta cubierto de volcanes se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

20. Noé se dedicó a la labranza y plantó una viña.

21. Bebió del vino, se embriagó, y quedó desnudo en medio de su tienda.

22. Vio Cam, padre de Canaán, la desnudez de su padre, y avisó a sus dos hermanos.

23. Entonces Sem y Jafet tomaron el manto, se lo echaron al hombro los dos, y andando hacia atrás, vueltas las caras, cubrieron la desnudez de su padre sin verla.

Biblia de Jerusalén, Génesis, 9: 20-23.

… El dios hijo de Zeus

da sin distinción al rico y al miserable

el goce apaciguador del vino.

Eurípides, Las bacantes, 405 a.C.

Porque con ser la vid un árbol tan pequeño, no es pequeño el fruto que da. Porque da uvas casi para todo el año, da vino que mantiene, esfuerza y alegra el corazón del hombre, da vinagre, da arrope, da pasas, que es mantenimiento sabroso y saludable para sanos y enfermos.

Fray Luis de Granada (1504-1588).

Foto: José Alfonso Sierra / Unsplash

Tanto las uvas silvestres como las cultivadas se mencionan en la Biblia hasta en 72 capítulos o, también, en 12 del Corán. Por supuesto, solo hay que recordar a Noé, que también aparece su producto derivado más conocido, el alcohol, resultado de la fermentación de los azúcares de la uva, y el vino como objetivo final. Por todo ello, la vid es la planta más citada en los textos sagrados. Y también la cita Stephen Harris, de la Universidad de Oxford, entre las 50 plantas legendarias que cambiaron el mundo.

Las uvas silvestres, Vitis sylvestris, son autóctonas del Asia Menor y el Cáucaso donde se inició la viticultura y se difundió por el Mediterráneo, según Jules Janick, de la Universidad Purdue, en Estados Unidos. Se han encontrado semillas de uva en yacimientos prehistóricos de Europa y, en concreto, en Grecia, los Balcanes, Italia, Suiza, Alemania y Francia. La distribución de la vid silvestre va de Portugal al oeste hasta Turkmenistán al este, y desde Alemania al norte hasta Túnez en el sur.

Por tanto, se encuentra en la Península Ibérica, excepto en el norte y en Pirineos, como lo muestran los hallazgos de sus pepitas desde el Neolítico. Los datos confirman, según Ramón Buxó, de la Universidad Pompeu Fabra, que la vid es una planta indígena en todo el Mediterráneo y las pepitas de vid cultivada se han recuperado a partir de la Edad del Bronce.

Todavía está abierto el debate que propone que, dada la extensión de la vid silvestre por la cuenca mediterránea, es posible que la vid doméstica se originara en más de un lugar de la región y no solo de Oriente Medio y el Cáucaso. Rosa Arroyo-García y sus colegas del Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria de Madrid, han estudiado el ADN de los cloroplastos de 1201 muestras de vid silvestre y doméstica de toda el área de su distribución. Los resultados, según los autores, muestran que el 70% de las muestras de la Península Ibérica llevan cloroplastos que son únicamente compatibles con material derivado de poblaciones occidentales de la vid silvestre.

Otra investigación, centrada en los cloroplastos de las variedades silvestre y doméstica de la meseta de Castilla La Vieja, del grupo de José Carlos Santana, de la Universidad de Valladolid, diferencia hasta 121 genotipos diferentes. Es interesante que muchos de ellos muestran cruces entre la vid silvestre autóctona y vides domésticas de Francia que los autores sitúan en variedades que llegaron por el comercio a través del Camino de Santiago.

8000 años de vid doméstica

Antes del 5000 a. C., la uva doméstica, Vitis vinifera , llegó de Anatolia a Oriente Próximo, desde el sur del Cáucaso, entre los mares Negro y Caspio y el Creciente Fértil, el valle del Jordán y Egipto, según el análisis genético de 1000 muestras de vides silvestres y domesticadas publicado por Sean Myles y su grupo, de la Universidad Cornell en Ithaca.

La fecha de la domesticación se sitúa hace entre 6000 y 8000 años atrás. Hay semillas de uva de la Edad del Bronce en Mesopotamia, Israel, Siria, Egipto, el Egeo y en lagos de Suiza, y también se han encontrado en América. Solo hay que recordar que cuando el vikingo Leif Erikson llegó a las  costas de Labrador llamó Vinland, País del Vino, a aquel país por la abundancia de vides silvestres de la especie Vitis riparia, habitual en América del Norte.

De hace 4000 años, en la Edad del Bronce, se han encontrado vasijas para almacenar vino y pasas. En el yacimiento de Tel Kabri, en Israel, en un local se recuperaron hasta 40 vasijas con restos de compuestos típicos del vino como ácido tartárico, resinas, miel, aceite de cedro o de ciprés. Es, según Andrew Koh y sus colegas, de la Universidad Brandeis de Estados Unidos, una habitación donde se almacenaban vasijas con vino, es decir, una bodega, una de las más antiguas conocidas hasta ahora.

El estudio, reciente y publicado hace unas semanas, y dirigido por Yang Dong, de la Universidad Agrícola de Yunnan, en China, con 84 autores, se analizan datos genéticos de 3525 variedades de uva silvestre y uva cultivada de todo el planeta. Los resultados revelan los efectos del clima, en concreto de las glaciaciones, en los tamaños de población históricos, sugieren domesticaciones simultáneas de vino y uvas de mesa e identifican variantes asociadas con rasgos de domesticación como el color de la baya y la palatabilidad.

En el Pleistoceno, las condiciones climáticas empujaron a la selección de ecotipos de uva silvestre a lo que ayudó la fragmentación del hábitat. La domesticación ocurrió simultáneamente hace unos 11.000 años en Asia occidental y el Cáucaso para producir vides de frutas de mesa y vino. Las domesticadas de Asia occidental se dispersaron en Europa con los primeros agricultores, y se cruzaron con antiguos ecotipos occidentales salvajes y, posteriormente, se diversificaron ayudados por las migraciones humanas a finales del Neolítico.

Y de por entonces son los Mejillones con uvas que nos presentan Eudald Carbonell y Cinta Bellmunt con las fotografías de María Ángeles Torres desde la Universidad Rovira i Virgili y el grupo de Atapuerca. Es receta sencilla y rápida y un buen entrante para una comida en el campo.

Recolectamos los mejillones en las rocas de la costa más cercana y los tostamos a la hoguera encima de una piedra. Cuando se abran ponemos una uva en cada concha y los comemos a la vez, mejillón y uva.

La vid en América

Un ejemplo revelador de la difusión del cultivo de la vid nos llega desde América después de la llegada de Cristóbal Colón. Según lo resume Julio Luelmo, cuando llegaron los europeos encontraron muchas variedades de vid que crecían espontáneamente, sobre todo Vitis riparia, aunque no hay evidencias de que se utilizaran para obtener vino o cualquier otro líquido fermentado a pesar del nombre que los vikingos dieron al Labrador. La viticultura se introdujo en América con la importación de las cepas europeas. Los cultivos de vid resultaron en México, California y, sobre todo, en Sudamérica. En cambio, fracasaron al este de las Montañas Rocosas y en las Antillas donde lo había intentado Colón en 1493.

Hasta el siglo XIX no se conoció que fracasaron por la acción de un insecto de la especie Daktulosphaira vitifoliae, parásito de las especies americanas que ya estaban inmunizadas. Sin embargo, atacaba a las variedades europeas y, cuando llegó al Atlántico europeo, casi acaba con la viticultura en el continente durante el siglo XIX. Su recuperación llegó con injertos de la vid europea en troncos de la vid americana resistente.

Con la domesticación se seleccionan el aumento del tamaño de las uvas y su contenido en azúcar, los varios colores de la piel y la ausencia de semillas, importante para las uvas de mesa y las pasas. Según Stephen Harris, en la actualidad se conocen hasta 10000 cultivares distintos de uva y pocas de ellas llegan hasta el gran comercio. Muchas quedan en exclusiva para pequeños productores. Todo ello influye en la fermentación del mosto de la uva y la obtención del vino. La levadura convierte los azúcares del zumo de uva, glucosa y fructosa, en etanol y dióxido de carbono. Entre la levadura y otras bacterias se sintetizan compuestos aromáticos variados que darán la personalidad típica a cada vino.

Una de las pruebas arqueológicas más antiguas que conocemos de la producción de vino se ha encontrado en una aldea datada en el Neolítico de las montañas Zagros, en el norte de Irán. El grupo de Patrick McGovern, de la Universidad de Pennsylvania, encontró una vasija, fechada hace 7000 años, con residuos de ácido tartárico y de una resina del árbol Pistacia que se utiliza para mezclar con el vino y detener la formación de vinagre.

Las antocianinas son las responsables principales del color rojo en el vino. Se encuentran en la capa exterior de la piel de la uva y se extrae durante la maceración. La mayoría de los mostos, incluso los de uvas negras, son incoloros, y por ello la maceración es un proceso importante para la coloración de los vinos. El color rojo o rosado depende, por tanto, de la extracción de las antocianinas de la piel de la uva durante el proceso de fermentación. También se ha encontrado antocianina en vasijas fechadas hace 8000 años recuperadas de la excavación de Areni, en Armenia, y por tanto, otro de los más antiguos restos que indican la presencia de vino según Hans Barnard y sus colegas, de la Universidad de California en Los Angeles. Confirman la obtención de vino en el Cáucaso ya como ya se conocía de las montañas Zagros de Irán.

Foto:  Jaime Casap / Unsplash

Es interesante que nuestro gastrónomo romano de hace más de 15 siglos, Marco Gavio Apicio, destaque qué hacer para cambiar el color del vino y, en concreto, de vino tinto a vino blanco. Su consejo es “Pones en la botella harina de habas o bien tres claras de huevo y lo mezclas durante un buen rato. Al día siguiente, el vino será blanco. Las cenizas blancas de viña también pueden producir esta transformación”. Espero que le sea útil a quien le interese.

Es una receta de Juan Altamiras en su texto Nuevo arte de la cocina española. Así recomienda cocinar la Ternera estofada en vino blanco, que publicó en 1758. Era fraile franciscano y había nacido en 1709 en La Almunia de Doña Godina, Zaragoza. La fecha original de publicación de su libro era 1745 y es importante pues presenta la cocina española de la época anterior a la influencia de la cocina francesa a finales del siglo XVIII y en el siglo XIX. La receta aparece en la reciente edición sobre Altamiras publicada por Vicky Hayward.

De lo magro de la ternera cortarás pedazos como nuezes: freirás tocino, y con su pringue has de freír los trozos de ternera: echarás la carne en la olla, con el pringue que te quedó freirás cebolla menuda, y echarás con la carne, pondrás un poco de vino blanco, dos granos de ajos majados, sal, todas especias; peregil y unas hojas de laurel: después de este recado, la pondrás a fuego manso, con un papel en la boca del puchero, para que no levante el hervor, y con un pucherito, que la tape, con agua. Harás un poco masseta, y la pondrás en la circunferencia de la olla principal, de modo que no se exhale, dexala cocer dos horas: así sacarás poco, pero buen caldo, y muy gustoso.

El cultivo de la vid implica un extenso laboreo y la poda anual de los sarmientos. Es el arte de la poda lo que distingue al buen viñador. Y es la base de un plato típico de La Rioja: Chuletillas de cordero al sarmiento.

Una receta para celebrar en cualquier celebración que tenga lugar en tierras riojanas o en cualquier sitio al aire libre. Se trata básicamente de chuletas de cordero asadas, a las que habremos echado sal gorda. Aunque se pueden hacer, por supuesto, en una chimenea, estas chuletas se suelen asar al aire libre, usando para ello una parrilla puesta al fuego, prendido con sarmientos, es decir, ramas secas de vid. Las chuletas se colocan cuando el fuego ya se ha extinguido y sólo quedan las brasas. Es la temperatura ideal para asar las chuletillas. Hay quien les echa un chorro de vino de Rioja poco antes de sacarlas de la parrilla.

Las uvas se conservan secándolas al sol para producir pasas, o transformando el mosto de la uva en vino. Es la bebida alcohólica de difusión universal y, según Jean-François Revel, lo es por su capacidad de viajar y, también, por su gran variedad y, siendo siempre el zumo fermentado de la uva, mantiene características propias del lugar de origen por su sabor, aroma y color. Es una bebida que depende de la habilidad y perspicacia del viticultor y, en último término, de la capacidad y la memoria del catador. Para Revel, la degustación del vino es una partida de ajedrez de infinitas soluciones jamás agotadas.

Una vez probado el vino, el catador queda hechizado. El vino se asocia al amor y a la falta de amor, a la alegría y a la tristeza, al éxito y al fracaso, a la amistad, a los negocios, a la guerra y a la paz, al reposo y a la violencia, y a tantos otros sentimientos y conductas. Incluso el vino se asocia, inevitablemente, a la templanza, aunque Revel menciona civilizaciones donde dejar de beber vino es casi como renunciar a toda otra actividad, a todo intercambio, incluso supone dejar de pensar. Es lo que el ensayista, escritor y crítico literario Jean-François Revel opina sobre el vino en su historia literaria de la sensibilidad gastronómica.

Foto: Juan Ugarte / Pixabay

Sin embargo, después de los elogios al vino llega el debate actual sobre los beneficios y daños que provoca el alcohol en la salud humana. Como ejemplo sirve una publicación reciente de Aitor Hernández y sus colegas de la Universidad de Navarra sobre la relación en la ingesta de alcohol y la hipertensión. Son datos de la encuesta “Seguimiento Universidad de Navarra” que, desde octubre de 2015, hace un seguimiento de 14651 participantes con encuestas bianuales durante 14 años. Según los resultados, si el consumo de alcohol sigue las pautas de la dieta mediterránea se asocia con un menor riesgo cardiovascular, aunque todas las relaciones no son significativas según la estadística. En conclusión, se necesitan más datos.

Hace unos años, Jonathan Silvertown, de la Universidad de Edimburgo, escribía que la afinidad entre los humanos y el alcohol, y la levadura, de la especie Saccharomyces cerevisiae, que lo produce, es muy profunda. El alcohol posee el poder transformador de una droga que altera el estado mental. Eleva o deprime el ánimo, inspira o nubla el razonamiento, enciende la pasión, disminuye la pericia, induce la agresión y la violencia o, también, provoca el sueño.

El alcohol ata a los humanos con nudos difíciles, para muchos imposibles, de deshacer. En resumen, el alcohol es una toxina para la que tenemos una cierta tolerancia. Además, es una toxina sin otro equivalente funcional en el metabolismo humano, como pueden ser las que provocan los opioides que son el producto final de nuestro sistema de recompensa cerebral. Pero nuestra especie ha estado expuesta al alcohol resultado de la fermentación de azúcares, sobre todo en frutas maduras, incluso antes de la aparición de Homo. Nuestros ancestros comunes desde hace cinco millones de años ya comían abundante fruta que, al madurar y por la levadura, ya transformaban los azúcares en alcohol. Donde hay fruta madura hay levadura, y donde hay levadura habrá alcohol.

En Bilbao, a los mejillones se les llama mojojones o, con más precisión, se les llamaba así. Ahora mojojón es, me parece, una palabra moribunda. Ni siquiera aparece en el Diccionario de la Lengua y, en Bilbao, a los antiguos mojojones con tomate antes y ahora se les llama tigres. Sin embargo, aquí va una receta con mojojones. La incluye Íñigo Azpiazu en su libro sobre la cocina tradicional vasca y la titula como Mojojones bilbotarras, o sea, mejillones bilbaínos. Dice así, más o menos:

Necesitamos mojojones, puerros, chacolí, harina, limón, perejil, sal y pimienta. Hay quien le añade mostaza. Lavamos los mojojones y los ponemos al fuego en una cazuela grande para que se abran. Entonces los pasamos a otra cazuela grande, quitamos media concha y los regamos con el caldo de la primera hervida. Rehogamos en aceite los puerros picados muy finos, añadimos una cucharada de harina, y juntamos los mojojones y un vaso de chacolí. Hervimos unos diez minutos y añadimos el zumo de medio limón y un poco de pimienta. Dejar que se enfríen y ponemos una buena cantidad de perejil por encima, y a servir.

Referencias

Apicio, M.G. 2007. De re coquinaria. El arte de la cocina. Recetas de la Roma Imperial. Comunicaciones y Publicaciones. Barcelona. 119 pp.

Arroyo-García, R. et al. 2006. Multiple origins of cultivated grapevine (Vitis vinifera L. ssp. sativa) based on chloroplast DNA polymorphisms. Molecular Ecology 15: 3707-3714.

Azpiazu, I. 1989. La cocina tradicional vasca. Ed. Iru. Barcelona. 64 pp.

Barnard, H. et al. 2010. Chemical evidence for wine production around 4000 BCE in the Late Chalcolithic Near Eastern highlands. Journal of Archaeological Science doi: 10.1016/j.jas.2010.11.012.

Biblia de Jerusalén. 1967. Desclée de Brouwer Eds. Bilbao. 1693 pp.

Brothwell, D. & P. Brothwell. 1998. Food in Antiquity. A survey of the diet of early peoples. Johns Hopkins University Press. Baltimore and London. 283 pp.

Buxó, R. 1997. Arqueología de las plantas. La explotación económica de las semillas y los frutos en el marco mediterráneo de la Península Ibérica. Crítica. Barcelona. 367 pp.

Carbonell, E. et al. 2016. Recetas paleo. La dieta de nuestros orígenes para una vida saludable. Ed. Planeta. Barcelona. 143 pp.

Dong, Y. et al. 2023. Dual domestications and origin of traits in grapevine evolution. Science 379: 892-901.

Granada, Fray Luis de. 1947. Maravillas de las plantas y de los animales. Apostolado de la Prensa. Madrid. 184 pp.

Harris, S. 2021. Plantas legendarias: 50 plantas que cambiaron el mundo. Rey Naranjo Eds. Barcelona. 358 pp.

Hayward, V. 2017. Nuevo arte de la cocina española de Juan Altamiras. Círculo de Lectores. Barcelona. 493 pp.

Hernández-Hernández, A. et al 2023. Mediterranean alcohol-drinking pattern and arterial hypertension in the “Seguimiento Universidad de Navarra” (SUN) prospective cohort study. Nutrients doi: 10.3390/nu15020307.

Janick, J. 2007. Fruits of the Bibles. HortScience 42: 1072-1076.

Koh, A. J. et al. 2014. Characterizing a Middle Bronze palatial wine cellar from Tel Kabri, Isr ael. PLOS One 9: e106406.

Luelmo, J. 1975. Historia de la agricultura en Europa y América. Ed. Istmo. Madrid. 469 pp.

McGovern, P.E. et al. 1996. Neolithic resonated wine. Nature 381: 480-481.

Myles, S. et al. 2011. Genetic structure and domestication history of the grape. Proceedings of the National Academy of Sciences USA 108: 3530-3535.

Payo, A. 2023. Los ciclos glaciares determinaron la domesticación de la uva y la aparición del vino. Boletín SiNC 2 marzo.

Piqueras Haba, J. 2005. La filoxera en España y su difusión espacial: 1878-1926. Cuadernos de Geografía 77: 101-136.

Revel, J.-F. 1996. Un festín de palabras. Historia literaria de la sensibilidad gastronómica desde la Antigüedad hasta nuestros días. Tusquets Eds. Barcelona. 289 pp.

Santana, J.C. et al. 2010. Genetic structure, origins, and relationships of grapevine cultivars from the Castilian Plateau of Spain. American Journal of Enology and Viticulture 61: 214-224.

Silvertown, J. 2019. Cenando con Darwin. Tras las huellas de la evolución en nuestros alimentos. Crítica. Barcelona.285 pp.

Wikipedia. 2023. Vino. 14 marzo.

Zohary, D. & P. Spiegel-Roy. 1975. Beginnings of fruit growing in the Old World. Science 187: 319-327.

Para saber más:

El consumo del alcohol no mata a las neuronas, pero sí las trastorna
La podredumbre noble: Cuando una infección mejora un vino
«Una copita de vino es buena para el corazón». Claro que sí, guapi.

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

El artículo Ingredientes para la receta: la vid se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Quizás sea el número más famoso de la historia. Lo cierto es que el número Pi, representado por la letra griega π, es una de las constantes matemáticas más importantes que existen en el mundo, estudiada por el ser humano desde hace más de 4.000 años. Este número irracional, que determina la relación entre la longitud de una circunferencia y su diámetro, concierne a múltiples disciplinas científicas como la física, la ingeniería y la geología, y tiene aplicaciones prácticas sorprendentes en nuestro día a día.

La fascinación que ha suscitado durante siglos es tal que el popular número cuenta con su propio día en el calendario, así el mes de marzo se celebra el Día de Pi en todo el planeta.

Este evento internacional vino de la mano del físico estadounidense Larry Shaw, quien en 1988 lanzó la propuesta de celebrar esta efeméride. La forma en la que se escribe el 14 de marzo en inglés y euskera coincide con los tres primeros dígitos de la famosa constante matemática: 3-14 martxoaren 14 en euskara / 3-14 March, 14th en inglés. En los últimos años, la conmemoración del Día de Pi se ha ido extendiendo, hasta tal punto que el 26 de noviembre de 2019 la UNESCO proclamó el 14 de marzo Día Internacional de las Matemáticas.

Un año más, el Basque Center for applied Mathematics-BCAM y la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU se han sumado a la celebración, organizando la cuarta edición del evento BCAM NAUKAS, que tuvo lugar el 14 de marzo en el Bizkaia Aretoa de la UPV/EHU.

Las distribuciones normales, las famosas campanas de Gauss, aparecen tanto al hacer mediciones como en aquellos lugares del universo donde podamos hablar de poblaciones en sentido amplio. Laura Toribio nos explica qué son las funciones normales y nos da ejemplos de donde encontrarlas.

Laura Toribio San Cipriano es investigadora postdoctoral en el CIEMAT en cosmología. Licenciada en matemáticas por la Universidad de Salamanca, obtuvo su doctorado en astrofísica por la Universidad de la Laguna. Es una activa divulgadora científica.



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

El artículo BCAM-Naukas 2023: Las sencillas matemáticas de nuestro universo se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Los integrantes de la familia de compuestos, incluyendo sintéticos, que tienen el mismo tipo de fórmula química básica (ABX3, donde A y B son dos cationes y X es un anión, muchas veces un óxido) y estructura cristalina que el mineral perovskita CaTiO3, se conocen como perovskitas. En esta estructura se pueden integrar muchos cationes diferentes, lo que permite el desarrollo de diversos materiales de ingeniería.

Estructura cristalina de una perovskita de CH3NH3PbX3 (X= I, Br, Cl). El catión metilamonio CH3NH3+ está rodeado por octaedros de PbX6

Las células solares de perovskitas podrían ser la alternativa a las de silicio cristalino comercializadas actualmente, ya que presentan ventajas importantes frente a los paneles convencionales, como una mayor eficiencia (superior al 25%) y un menor coste. Las células de perovskita se fabrican mediante un proceso de deposición y cristalización a partir de una disolución (en esencia, de la misma forma que se obtiene la sal en una salina), lo que resulta económicamente mucho más barato y menos contaminante que la purificación del silicio.

Pero existe un motivo por el que las perovskitas aun no han reemplazado al silicio comercialmente: su estabilidad. Es en esta área donde actualmente se concentra la investigación científica.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Oxford liderados por Henry Snaith (Universidad de Oxford, Reino Unido) y Juan Luis Delgado (Ikerbasque, POLYMAT y la Universidad del País Vasco, España) han unido fuerzas para investigar la utilización de aditivos de última generación para obtener células solares de alta eficiencia y estabilidad.

En los últimos tres años varios grupos de investigación han descrito células solares de perovskitas altamente eficientes mediante la incorporación de una pequeña cantidad de aditivo (dicloruro de metilendiamonio) hasta lograr la mayor eficiencia certificada hasta ahora para células solares de perovskitas (25,7% PCE). El equipo de investigación ha explorado los mecanismos tras este logro y cómo afecta el aditivo a la estabilidad. Para ello se ha centrado en el papel del aditivo durante el crecimiento de los cristales de la perovskita. Ha encontrado que este aditivo se descompone en el tiempo a formas químicas más estables que confieren una estabilidad mejorada a la perovskita (>1 año expuesta al aire).

Estos resultados tendrán consecuencias directas para el futuro desarrollo de dispositivos fotovoltaicos de perovskitas estables y de alta eficiencia.

Para saber más:

Paneles solares orgánicos…y de colores
Materiales tipo perovskita como contacto en pilas de combustible de óxido sólido

Referencia:

Elisabeth A. Duijnstee, Benjamin M. Gallant, Philippe Holzhey, Dominik J. Kubicki, Silvia Collavini, Bernd K. Sturdza, Harry C. Sansom, Joel Smith, Matthias J. Gutmann, Santanu Saha, Murali Gedda, Mohamad I. Nugraha, Manuel Kober-Czerny, Chelsea Xia, Adam D. Wright, Yen-Hung Lin, Alexandra J. Ramadan, Andrew Matzen, Esther Y.-H. Hung, Seongrok Seo, Suer Zhou, Jongchul Lim, Thomas D. Anthopoulos, Marina R. Filip, Michael B. Johnston, Robin J. Nicholas, Juan Luis Delgado, and Henry J. Snaith (2023) Understanding the Degradation of Methylenediammonium and Its Role in Phase-Stabilizing Formamidinium Lead Triiodide J. Am. Chem. Soc.https://doi.org/10.1021/jacs.3c01531

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

 

El artículo Células solares de perovskitas más estables se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Los volcanes siempre han supuesto una fascinación para el ser humano. Temblores de tierra, fracturas del terreno de la que surgen grandes nubes de gases que oscurecen el día y enormes fragmentos de rocas negras y fuego brillante escupidos al cielo, lava que luego fluye por las laderas de las montañas como ríos candentes. ¿Quién no se asombraría viendo todo esto? Si encima le sumamos que, cuando ocurre una erupción en zonas habitadas las pérdidas sociales, económicas y, desgraciadamente, en muchas ocasiones también de vidas humanas son cuantiosas, ¿quién no se preguntaría si puede tratarse de algún tipo de castigo contra la población?

Esa atracción por el evento natural, unido al miedo a perder la vida, ha provocado que las sociedades humanas, a lo largo de la historia, hayan buscado una explicación para las erupciones volcánicas. Y si por algo se caracteriza nuestra especie es por inventar historias lo más épicas y llamativas posibles cuando el conocimiento científico no está lo suficientemente desarrollado como para dar un razonamiento basado en la evidencia. Así es como nacen los mitos y leyendas que se van transmitiendo de generación en generación.

La Fragua de Vulcano, obra pintada por Diego Rodríguez de Silva y Velázquez en el año 1630 que está expuesta en el Museo del Prado (Madrid). Imagen: Museo Nacional del Prado

Es probable que os suene el nombre de Hefesto, el dios griego del fuego, la forja y la metalurgia. Según algunas leyendas, Hefesto estableció sus fraguas en el interior de varias montañas del Sur de las actuales Grecia e Italia, aunque parece que tenía preferencia por quedarse bajo el monte Etna. Allí, el dios se dedicaba a crear armas, ingenios mecánicos y regalos metálicos para otras divinidades y algunos semidioses como Aquiles o Heracles. Y las manifestaciones en superficie de sus martillazos y templados del material forjado eran los temblores de tierra, los ruidos ensordecedores, la expulsión de gases y la salida de lava ardiente que ocurrían, de vez en cuando, en estas montañas. Puede que os suene un poco más todo esto si os digo que los romanos, tras algunos pequeños retoques en la historia, llamaron a este dios Vulcano, del que procede la palabra volcán.

Pero la mitología griega clásica tiene un montón de versiones de la misma historia. Hay una reinterpretación de esta leyenda en la que se cuenta que, bajo estos volcanes mediterráneos, están encerrados algunos de los gigantes que se rebelaron contra los dioses en los primeros tiempos de dominio de los olímpicos. Y esas manifestaciones propias de una erupción volcánica son los lamentos, el aliento de fuego y los golpes contra los muros de la prisión propinados por estos gigantes en sus intentos de liberarse de su cautiverio.

Póster promocional de la película “El Señor de los Anillos: El Retorno del Rey”, estrenada en 2003, dirigida por Peter Jackson y distribuida por New Line Cinema, donde se representa el paisaje volcánico de Mordor. Imagen propiedad de New Line Cinema, tomada de tolkiengateway.net

Aunque tampoco hay que retroceder milenios en nuestra historia para encontrar leyendas similares. En el mundo fantástico creado por el escritor J. R. R. Tolkien en pleno siglo XX podemos encontrarnos una tierra baldía y negra, en la que mora el mal más tenebroso, llamada Mordor, en cuya parte central se alza una imponente montaña conocida como el Monte del Destino, en cuyo interior Sauron forjó el Anillo Único. Como os podéis imaginar, el Monte del Destino es un enorme volcán y las llanuras de Mordor están formadas por materiales volcánicos, principalmente coladas de lava enfriadas y piroclastos (es decir, fragmentos solidificados de lava que salen expulsados del cráter volcánico en las erupciones explosivas) de diferentes tamaños acumulados erupción tras erupción. Pero es que el propio escritor reconoció que se basó en el Estrómboli y el aspecto de las cuencas volcánicas del margen mediterráneo europeo para dar forma a estas tierras fantásticas. Creo que no hace falta decir en quién estaba pensando cuando puso a Sauron a forjar el anillo.

Volcanes Popocatépetl (que significa “Montaña Humeante”), al fondo de la imagen, e Iztaccíhuatl (traducido como “Mujer Dormida”), en primer término. Imagen cortesía de Diario Cambio (México)

Supongo que no os he sorprendido mucho hasta el momento con estas leyendas bastante conocidas. Por eso ahora quiero contaros otra que, espero, no os suene tanto. Aprovechando que el volcán Popocatépetl está despertando, manteniendo en vilo a miles de personas en México, os voy a contar la bonita, a la par que triste, historia azteca sobre su formación.

Cuenta la leyenda que una joven princesa azteca estaba prometida a un joven cacique que la amaba con pasión. Pero el muchacho tuvo que ir a la guerra con otros pueblos cercanos, momento que aprovechó un rival en el amor de la chica para engañarla contándole que su prometido había muerto en batalla. Tras romperle el corazón con la noticia, el traidor la prometió en matrimonio con la excusa de consolar su dolor. Pero, como no podía ser de otra manera, nuestro héroe volvió victorioso de la batalla y, al enterarse del engaño del rival, le retó a un combate para recuperar su honor y el de su amada. Por supuesto, el protagonista de la historia venció en la lucha, haciendo que el traidor huyese, quedando como un embustero y, a la vez, un cobarde. Aunque ahora viene el giro dramático. Cuando el héroe corrió para encontrarse con su amada, la encontró tendida en el suelo de un frondoso valle. La muchacha se había quitado la vida al sentirse deshonrada por el vil mentiroso. Entonces el héroe se arrodilló a su lado y lloró amargamente. Este dolor hizo estremecerse a los propios dioses, que expresaron su rabia haciendo que la tierra temblase, se abriese en dos y surgieran fuego y rocas que llegaron a oscurecer el día. Cuando la ira de los dioses se calmó, los habitantes de la zona descubrieron que, en lo que antes era un valle tranquilo, habían surgido dos enormes montañas: una con la figura de una mujer dormida (Iztaccíhuatl) y otra con la de un guerrero arrodillado a su lado (Popocatépetl).

Si queréis oír una versión más bonita y poética de esta historia, en la que una erupción volcánica dio origen a dos montañas formadas por la acumulación de lava solidificada y piroclastos, os recomiendo la canción “La Mujer Dormida (La Leyenda de Popocatépetl y Iztaccíhuatl)” del grupo español de folk metal Saurom (en este caso, terminado en la letra eme, aunque me permite relacionar todas las historias entre sí, aunque sea un poco “por los pelos”).

Hoy en día, gracias a los avances en la investigación y el conocimiento geológicos podemos darle una explicación científica al vulcanismo que, además, nos permite anticiparnos a las erupciones más peligrosas para prevenir los riesgos en la población. Pero a mí me sigue gustando recordar estas historias mitológicas cuando veo imágenes de erupciones en directo, porque me permiten ponerme en la piel de las civilizaciones pasadas, que alucinaban igual que yo con el tremendo poder de la naturaleza que representa un volcán activo, buscando una explicación de lo que estaban presenciando. Y, encima, son historias curiosas, emotivas y muy bonitas.

Para saber más:

Montañas y mitos
La Geología según Heracles
Los volcanes submarinos de Bizkaia y Gipuzkoa

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

El artículo Leyendas volcánicas se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.