Cuaderno de Cultura Científica

El cobre debe su nombre a la isla de Chipre de donde en la Antigüedad se extraían abundantes cantidades del metal que los romanos llamaron aes cyprium yque posteriormente derivó en cuprum. De ahí proviene también el símbolo químico de este metal que ocupa el número 29 en la tabla periódica (Cu). Por ser fácil de obtener y por su maleabilidad, su relativa estabilidad y su atractivo color se ha empleado desde tiempos inmemoriales para realizar ornamentos. El vestigio más antiguo que se conoce es un pendiente encontrado en el norte del actual Iraq y se estima que fue elaborado hace la friolera de 10 700 años. La cantidad de objetos elaborados con cobre es inmensa e incluye desde brazaletes y collares a obras escultóricas como el friso que decoraba el templo de Tell al-`Ubaid hacia 2500 AEC. (también en la actual Iraq, Imagen 1). Y más inmensa hubiese sido si el ser humano no hubiese descubierto que añadiendo estaño al cobre se lograba un material mucho más resistente: el bronce. El dominio de la metalurgia de esta aleación nos permitió un entrar en una nueva edad en la que se produjo un cambio social como no se había visto desde que dejásemos de perseguir animales y recoger bayas para desarrollar la ganadería y la agricultura.

Imagen 1. El relieve de Imdugud del templo de Tell al-`Ubaid (2500 AEC) (260 x 107 cm). Fuente: British Museum (CC BY-NC-SA 4.0)

Esculturas de bronce

El bronce se empleó en muchos ámbitos del arte, pero su uso más conocido es el de material escultórico, que se sigue manteniendo en nuestros días. Como profundizar en el uso del bronce en escultura daría para varias entradas, conformémonos con un somero repaso a algunas obras célebres. Una de las piezas más fascinantes es el Carro solar del Trundholm (Imagen 2), un caballo sobre ruedas que arrastra un disco solar dorado y pertenece a la Edad del Bronce Nórdica (hacia 1400 a.e.c.). Pero eso no lo sabía el granjero danés que lo encontró en 1902 y se lo llevó a sus hijos ¿Quién no ha tenido un juguete de más de 3000 años de antigüedad? Claro que para los escandinavos que lo realizaron tuvo un papel diferente, ya fuera ceremonial, ya fuese una especie de calendario.

Imagen 2. El Carro Solar de Trundholm (1050 AEC) (54 cm × 35 cm × 29 cm). Fuente: National Museum of Denmark

Si hay una cultura que ha destacado por el uso del bronce en la escultura, esa es la griega. En el imaginario colectivo todas las estatuas griegas son de níveo mármol, pero eso se debe a que en la época helenística se empleó ese material para realizar una gran cantidad de copias de originales de bronce. El problema es que como la propia materia prima era muy apreciada, muchas esculturas fueron fundidas y se perdieron para siempre. Afortunadamente obras como el Auriga de Delfos y el Poseidón de Artemisón (o Zeus de Artemisón) sobrevivieron para dar fe de la maestría alcanzada.En el Renacimiento quisieron recuperar la gloria clásica y también retomaron el uso del bronce, dejando para la posteridad obras de la talla del David y la Judith de Donatello o el Perseo con la cabeza de Medusa de Cellini. De época más cercana es el Pensador de Rodin o las célebres obras de Giacometti o Botero.

Imagen 3. El Auriga de Delfos (ca. 475 AEC) y David de Donatello (ca. 1440). Fuente: Wikimedia Commons.

Verdes y azules. Los pigmentos con cobre

El cobre metálico tiene un color rojizo tan característico que hasta lo adjetivamos para definir un tipo de tonalidad. Pero este omnipresente metal también se encuentra en numerosos pigmentos, entre otros en dos de los más trascendentales de la historia del arte: la azurita (2CuCO3·Cu(OH)2) y la malaquita (CuCO3·Cu(OH)2). Ambos se obtenían moliendo minerales formados por carbonatos básicos de cobre. Si reparamos en su forma química observaremos que son muy similares y, de hecho, la azurita puede transformarse en malaquita con el paso del tiempo. De ahí que estos minerales suelan aparecer conjuntamente, como si la naturaleza jugase a ser una artista que combina colores (Imagen 4).

Imagen 4. Una mezcla de azurita y malaquita hallada en Arizona. Fuente: Wikimedia Commons.

La azurita era abundante en las montañas germanas, por lo que también se conoce como azul de Alemania o azul de las montañas. Es cierto que existía un pigmento azul mucho más deseado conocido como azul ultramar, pero su altísimo coste impedía que se usase habitualmente y de ahí que la azurita fuese tan popular durante la Edad Media y el Renacimiento.

La malaquita es posiblemente el primer pigmento verde jamás empleado. Quizás por eso los griegos le pusieron ese nombre que significa “del color de las hojas de la malva”. Resulta curioso que las flores y hojas de una misma planta den nombre a colores tan diferentes. Antes que los griegos, los egipcios habían dado buen uso del mineral, tanto en maquillajes del periodo predinástico como en la decoración de sarcófagos y papiros. Debido al escaso número de pigmentos verdes naturales que existen, la malaquita se ha empleado desde Japón a Occidente con todo tipo de técnicas pictóricas. En Europa se usó abundantemente en frescos y temples, aunque no tuvo el mismo éxito en óleos, quizás porque su color podía resultar demasiado pálido. Eso explicaría que se usase en veladuras y que otros pigmentos verdes tuviesen mayor aceptación para ser usados al óleo.

Entre estos pigmentos verdes se encontraba otro en el que el cobre juega un papel predominante: el verdigrís. Este pigmento está estrechamente relacionado con la pátina que se forma sobre los objetos de cobre y bronce conocida como cardenillo. Si dibujas en tu mente obras como La Estatua de la Libertad o El Pensador, seguramente las pintes de color verde. Pero ese tono sólo lo adquieren con el paso de los años por la degradación del cobre para formar ciertas sales (sulfatos, cloruros, etc.) Históricamente se han empleado procesos de degradación similares para lograr el verdigrís. Las recetas antiguas cuentan que se exponían planchas de cobre a una fuente de ácido acético como vinagre o heces de uvas. El contacto del cobre con el ácido acético hace que se forme una costra verdiazulada compuesta por diferentes acetatos de cobre que pueden tener naturaleza neutra (Cu(CH3COO)2·H2O) o básica (Cu(CH3COO)2·Cu(OH)2·5H2O).

Imagen 5. Verdigrís producido por el contacto entre vinagre y cobre. Fuente: Por gentileza de Yaiza Lascorz (CC-BY-SA-4.0).

Un pigmento estrechamente ligado al verdigrís fue el resinato de cobre, con cuyo nombre se engloban a las sales que forma el metal con las resinas de ciertos árboles. Esa combinación que une lo inorgánico y lo orgánico, lo vegetal y lo metal, la explicó mejor que nadie Théodore de Mayerne, médico genovés que vivió a caballo entre los siglos XVI y XVII. Al parecer esa profesión se le quedaba corta, ya que también desarrolló varias recetas para la síntesis de pigmentos. Cuenta de Mayerne en un célebre manuscrito que hay que mezclar dos onzas de verdigrís (fuente de cobre), dos de trementina de Venecia y media de trementina y llevar a ebullición. Luego se va probando el color que se obtiene sobre un trozo de vidrio hasta lograr el tono deseado, se filtra la mezcla con un paño de lino y se deja secar antes de moler. Como vemos, llamarlo receta está más que justificado. En este caso la resina es la trementina que exudan ciertas pináceas y que son fuente de ácido abiético (C20H30O2), uno de los principales componentes del resinato de cobre.

Imagen 6. Detalle del Políptico de Gante de Jan van Eyck (1432) que conserva veladuras de resinato de cobre. Fuente: Wikimedia Commons.

El cobre como soporte pictórico

Acrílico sobre lienzo, óleo sobre tabla o acuarela sobre papel son combinaciones de palabras que estamos acostumbrados a encontrar en los museos. Sin embargo, es posible que el uso de metales como superficie donde realizar una pintura sea menos conocido. Pese a lo que se pueda pensar, el cobre ofrece ciertas ventajas, ya que está menos expuesto al deterioro biológico y a las tensiones provocadas por los cambios de humedad y temperatura que los tejidos. Otra gran ventaja desde el punto de vista de ejecución es la posibilidad de trabajar directamente sobre la superficie, que se trataba con abrasivos para lograr cierta rugosidad y que la pintura se adhiriese mejor. La correcta adhesión al cobre es precisamente el factor más importante para la conservación de este tipo de obras y explica que en algunas ocasiones la pintura se descascarille. Aunque estas pérdidas vengan provocadas normalmente por factores mecánicos, la pintura sobre cobre no es ajena a los ataques químicos. Acabamos de ver que el cobre reacciona con la atmósfera y se forma la pátina verde que conocemos como cardenillo. Obviamente esto también sucederá en las láminas de cobre, aunque la pintura protegerá al soporte de esta degradación que sólo se observará en las partes no cubiertas. Por último, si hablamos del cobre como soporte, es imposible no acordarse de la serie Oxidation de Andy Warhol, creada a base de mear sobre planchas de cobre. ¿Quién necesita vinagre teniendo orina?

Imagen 7. Autorretrato (15 x 12 cm) de Rembrandt (1630). Óleo sobre cobre. Fuente: Wikimedia Commons.

Grabando al aguafuerte

Para realizar un grabado es necesaria una plancha en la que se realiza un dibujo que luego se estampará en un soporte, normalmente papel. Esa plancha (también llamada matriz) puede ser de madera (xilografía), de piedra (litografía) o de metal, en cuyo caso el cobre es el más empleado. En este último tipo de grabados el dibujo se realiza sobre la plancha de forma incisa. Al aplicar tinta sobre la matriz, la tinta entrará en los huecos y al presionar sobre el papel pasará a éste para producir la imagen. Pero, ¿cómo se realiza el dibujo inciso en una plancha de cobre? La manera más sencilla es grabar sobre el metal empleando un instrumento afilado de acero como el buril o la punta seca. Ahora bien, existe una manera de realizar ese grabado muchísimo más interesante desde el punto de vista químico: el aguafuerte. En este procedimiento se emplea la capacidad del ácido nítrico (HNO3) para oxidar el cobre. Para conseguir el grabado se tiene que proteger la plancha de cobre con un barniz que sea resistente al ácido. Después de realizar el dibujo arañando el barniz con una punta, se introduce la plancha en un baño que contiene ácido nítrico en la concentración deseada. El ácido corroerá solo las partes que no están cubiertas con barniz de modo que se formará el dibujo inciso en la plancha. Este procedimiento facilita la labor de realizar el dibujo, ya que trabajar con el buril sobre el metal es mucho más complicado. En cambio, se necesita controlar adecuadamente la concentración del ácido nítrico para lograr la penetración deseada. Artistas de la talla de Rembrandt o Canaletto emplearon el aguafuerte, pero puede que sea Piranesi el que mejor refleje el éxito de la técnica. Él solito grabó cerca de 2000 planchas de la ciudad de Roma.

Imagen 8. Grabado de Piranesi (1773). Fuente: Wikimedia Commons.

Para saber más:

Natalia Sancho Cubino “Verdigrís, pigmento histórico de cobre: estudio de su composición y color a partir de reproducciones de antiguas recetas” Universidad Complutense Madrid (2016).

Antonio J. Sánchez Fernández y Beatriz Prado-Campos “Pintura sobre cobre: estudio técnico-material, indicadores de alteración y conservación” Cuadernos de los Amigos de los Museos de Osuna (2014) 16, 139-145).

Sobre el autor: Oskar González es profesor en la facultad de Ciencia y Tecnología y en la facultad de Bellas Artes de la UPV/EHU.

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Los vídeos de ¿Preguntas frecuentes? presentan de forma breve y amena cuestiones que, probablemente, nos hayamos planteado en alguna ocasión. Los vídeos, realizados para la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU, se estrenan en el programa de ciencia Órbita Laika (@orbitalaika_tve), los lunes a las 22:00 en la 2 de RTVE.

Edición realizada por César Tomé López

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La Facultad de Ciencias de Bilbao comenzó su andadura en el curso 1968/69. 50 años después la Facultad de Ciencia y Tecnología de la UPV/EHU celebra dicho acontecimiento dando a conocer el impacto que la Facultad ha tenido en nuestra sociedad. Publicamos en el Cuaderno de Cultura Científica y en Zientzia Kaiera una serie de artículos que narran algunas de las contribuciones más significativas realizadas a lo largo de estas cinco décadas.

Oxia Planum, lugar de aterrizaje de Exomars 2020. Fuente: NASA

El próximo año 2020 se lanzarán dos misiones a Marte en la que participan investigadores del Departamento de Química Analítica de la Facultad de Ciencia y Tecnología (FCT) de la UPV/EHU, la misión Exomars2020 de la Agencia Espacial Europea (ESA) y la misión Mars2020 de la NASA. Ambas misiones comparten objetivos similares ya que van a estudiar la geoquímica de las zonas de aterrizaje, para entender cómo han sido los procesos de transformación de minerales volcánicos en filosilicatos debido a la acción del agua, cómo han sido los procesos de sedimentación y compactación de materiales alterados y cómo se han podido conservar moléculas orgánicas sean o no precursoras de formas de vida microbiana. Pero son misiones complementarias, no son misiones competidoras, ya que van a aterrizar en dos sitios geológicamente muy diferentes y los experimentos que van a realizar son distintos, aunque ambas pretender avanzar en el conocimiento de los tres aspectos mencionados.

Nosotros nos incorporamos al equipo de ciencia del instrumento Raman Laser Spectrometer (RLS), de la misión Exomars2020 en 2014, por invitación del Profesor Fernando Rull Pérez, de la Universidad de Valladolid, Investigador Principal del instrumento RLS. Este instrumento va en un Laboratorio Analítico Limpio, junto con un espectrómetro infrarrojo (micrOmega) y un cromatógrafo de gases con detección por espectrometría de masas (MOMA), instalado en el interior del rover al que llegarán las muestras que van a ser tomadas en superficie y en profundidad (desde 0 a 2 metros) mediante un taladro de perforación.

Exomars 2020 rover. Fuente: ESA/ATG medialab

Cuando la muestra llega al Laboratorio Analítico, se tritura hasta tener un tamaño de grano de 50 micras o menor. Antes de hacer la medida de espectroscopia Raman, el funcionamiento del RLS se optimiza con la muestra de calibrado. La definición y construcción de esa muestra de calibrado fue una de las primeras tareas que tuvimos en la Misión Exomars2020.

El instrumento de vuelo ya ha sido entregado a la ESA y ahora el equipo de ciencia del RLS estamos preparando las bases de datos espectroscópicas para poder interpretar la información que llegue desde Marte a partir de 2021. También estamos trabajando en un análogo de Marte que tenemos en Meñakoz y en Armintza. Son los restos de un volcán submarino que emergió a través de sedimentos marinos hace 100 millones de años y que tras la erupción continuaron los procesos de deposición de nuevos sedimentos. De modo que ahora tenemos estratos sedimentarios en la parte inferior, con capas volcánicas en la parte intermedia, y con otras capas sedimentarias en la parte superior, alcanzando una distancia vertical de unos 25 metros. Esa distribución es muy similar a la observada para Oxia Planum, el sitio de aterrizaje de la misión Exomars2020.

En ese análogo estamos estudiando en qué condiciones ambientales las fases minerales originales del volcán se han transformado a otros compuestos de alteración, en concreto a filosilicatos. Los filosilicatos, junto con fases minerales de origen volcánico, son los componentes principales de lo observado por los orbitadores al analizar espectroscópicamente la superficie de Oxia Planum. Pretendemos que los procesos que estudiemos en nuestros análogos sirvan para interpretar las observaciones experimentales que en su día nos envíe el rover desde Marte. Este trabajo se realizará dentro de un equipo multidisciplinar compuesto por grupos de investigación de España, Francia, Alemania, Inglaterra y Estados Unidos.

La otra misión en la que participamos es Mars2020, donde formamos parte desde 2015 del equipo de ciencia del instrumento SuperCam, un instrumento que integra cinco técnicas espectroscópicas: Visible, Infrarrojo Cercano, Raman, Fluorescencia Resuelta en el Tiempo (TRLS) y LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy). Los análisis con estas técnicas se van a hacer a distancia (entre 1 y 7 metros) mediante un conjunto de rayos láser que se envían desde el cabezal del rover a las zonas de interés. La interacción producida en la superficie es captada por detectores telescópicos, obteniéndose los espectros propios de cada técnica espectroscópica.

Mars 2020 rover. Fuente: NASA

Para el correcto funcionamiento de este instrumento multianalítico es necesario usar una tarjeta de calibrado compuesta por 27 muestras minerales (para calibrar las medidas LIBS, Raman y TRLS) más 8 muestras metálicas (para calibrar los espectrómetros, la cámara visible y el NIR). La construcción de esa tarjeta fue una labor encomendada por NASA al Profesor Fernando Rull para lo que se creó un equipo multidisciplinar en el que nos integramos. En los últimos dos años hemos estado estudiando diferentes candidatos a las muestras de calibrado. Nuestra misión ha sido verificar que las muestras candidatas cumplían los criterios de homogeneidad química establecidos, de modo que aquellas muestras candidatas que no eran homogéneas se descartaron.

Como todo el hardware de vuelo, se deben construir tres modelos hasta tener el elemento físico final que se integrará en el rover. Cada modelo debe superar una serie de tests físicos (resistencia a choques de 4000 G, resistencia termo-mecánica y ausencia de emisión de gases al pasar de 120ºC) y químicos (mantenimiento de las características químicas tras los tests físicos y ausencia de contaminación durante los mismos). El tercer diseño fue el que superó todos los tests físicos y químicos y ha sido la tarjeta de calibrado que se ha enviado en enero de 2019 a NASA.

En el mes de febrero hemos participado en un ejercicio de operaciones, simulando cómo se trabajaría con el rover y los distintos instrumentos durante seis días marcianos (unos doce días terrestres). En nuestro caso, hemos ayudado a tomar decisiones de dónde dirigir el rover y qué muestras analizar para el día siguiente en función de las respuestas espectroscópicas que “llegaban de Marte” del día anterior y de la interpretación que hacíamos en el día de hoy en cuanto a composición de fases minerales y compuestos orgánicos.

En estos meses, estamos concluyendo los test de calibrado del instrumento SuperCam. Dos de nuestros investigadores van a desplazarse al Laboratorio Nacional de Los Alamos para realizar las medidas de optimización de las distintas técnicas espectroscópicas a -10oC, temperatura promedio de Marte durante el día. Para validar el correcto funcionamiento de los espectrómetros de las cinco técnicas analíticas, se procesarán muestras reales que deberán de ser confirmadas con el conjunto de los resultados proporcionados por SuperCam.

A partir del segundo semestre de 2019 se iniciarán los trabajos de caracterización de análogos marcianos y de Meteoritos de Marte para tener los sistemas de interpretación a punto, de modo que, cuando llegue la información espectroscópica real a partir de 2021, seamos capaces de hacer unas correctas interpretaciones diarias y pasar las mejores ordenes de trabajo al rover para el día siguiente. Y todo ello, dentro de un amplio equipo multidisciplinar de Estados Unidos, Francia, Inglaterra, Canadá, Dinamarca y España.

Sobre el autor: Juan Manuel Madariaga es catedrático en el Departamento de Química Analítica de la Facultad de Ciencia y Tecnología de la UPV/EHU

El artículo La FCT viaja a Marte se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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La pizza puede ser una comida rica y saludable. El secreto de ambas cosas está en una buena elección de ingredientes. La parte más complicada de encontrar son las bases de pizza precocinadas o masas extendidas elaboradas con 100% harina integral. Sin embargo, en poco más de media hora podemos hacer nosotros mismos una base para pizza excepcional. El secreto de una buena masa de pizza está en la química.

Necesitamos los siguientes ingredientes para 2-4 personas: 250 g de harina integral, 3 cucharadas soperas de aceite de oliva virgen extra, 25 g de levadura de pan, 125 ml de agua (medio vaso) y una cucharadita de sal.

• ¿Por qué es mejor usar harina integral?

Por sabor y por salud.

La harina puede ser refinada o integral. La diferencia entre una y otra es la parte del grano que se usa para su elaboración. En la harina refinada se utiliza sólo el endospermo del grano, mientras que la integral incluye el cereal completo.

Los cereales tienen tres partes: la cáscara del cereal es el salvado, donde está la mayor parte de la fibra; la parte central es el endospermo, compuesto mayoritariamente por almidón; y el núcleo es el germen, donde se concentra la fracción grasa del cereal. Por eso el sabor de las harinas integrales es más intenso y complejo que el de las refinadas.

Las harinas integrales contienen todas la vitaminas y nutrientes del cereal completo, siendo especialmente interesante para nuestra salud su alto contenido en fibra. La fibra favorece el tránsito intestinal y además hace que el pan sea más saciante. No es que el integral tenga menos calorías, de hecho tiene las mismas, pero al resultar más saciante necesitaremos comer menos cantidad.

La fibra hace que el pan integral tenga menor índice glucémico, es decir, hace que metabolicemos los carbohidratos lentamente y que no aumenten repentinamente los niveles de glucosa en sangre. Por el contrario, los panes blancos tienen alto índice glucémico, lo que significa que se metabolizan muy rápido dando elevados y repentinos picos de glucosa en sangre y, en consecuencia, picos de insulina. Este es el motivo por el que el pan blanco es poco saciante y por el que las personas con diabetes limitan su consumo.

Además de la tradicional harina de trigo, se puede obtener harina de distintos cereales ricos en almidón como la espelta, el centeno, la cebada, la avena, el maíz, e incluso de leguminosas como los garbanzos o las judías, o del arroz. La harina está formada básicamente por hidratos de carbono, y en menor proporción proteínas, dependiendo del tipo de harina. El hidrato de carbono de las harinas vegetales es el almidón.

Para elaborar pan y masas de pizza se suele utilizar la harina de trigo porque ésta contiene gluten, un conjunto de proteínas, esencialmente gliadina y glutenina, que le otorgan elasticidad y consistencia a la masa. Las harinas sin gluten como las de trigo sarraceno, maíz o garbanzo, son muy difíciles de manejar. Extenderlas en forma de base de pizza es una tarea muy compleja, precisamente porque no producen masas elásticas.

• La química del amasado y del fermentado

Cuando hacemos la masa de una pizza tienen lugar varias reacciones químicas que serán las responsables de su textura, color y sabor.

Lo primero que hacemos es poner en un bol los 250 g de harina integral. A continuación desmenuzamos la levadura, añadimos la sal, el medio vaso de agua y las tres cucharadas de aceite de oliva virgen extra. Mezclamos inicialmente todos los ingredientes con ayuda de una cuchara, y a continuación amasamos a mano sobre una encimera durante 5-10 minutos. Después dejamos reposar la masa unos 30 minutos en el bol cubierto por un trapo.

Durante este proceso estarán ocurriendo una serie de reacciones químicas y bioquímicas que determinarán la textura y el sabor de la masa.

El protagonista del amasado es el gluten. La gliadina y la glutenina que componen el gluten se hidratan, captan el agua e interactúan entre sí dando lugar a la formación de un entramado reticular de gluten, que dota a la masa de elasticidad. El agua también hidrata el almidón, provoca la apertura de su estructura y la deja expuesta al ataque de las enzimas. Las enzimas también se activan al hidratarse, entre ellas las amilasas, que actúan rompiendo el almidón en hidratos de carbono simples.

La levadura (saccharomyces cerevisiae) la podemos comprar en el supermercado o en la panadería. La levadura se alimenta de los hidratos de carbono simples liberados y desprende dióxido de carbono y alcohol, responsables de la formación de burbujas. Para acelerar el proceso o crear más burbujas hay quien añade azúcar. La razón es que así la levadura tendrá más alimento con el que generar burbujas de dióxido de carbono. Aunque la textura puede mejorar en tiempo récord, nutricionalmente no es aconsejable añadir azúcar.

En el caso de no tener levadura, podemos hacer la masa con una cerveza, ya que la levadura de la cerveza es la misma que la del pan.

Hay que tener en cuenta que la sal inhibe el crecimiento de la levadura, así que añadir sal hace que el fermentado sea más lento, sin embargo, la fermentación lenta repercute positivamente en la textura final de la masa.

En el mercado tenemos otro tipo de productos que llamamos levaduras químicas que, aunque no son levaduras propiamente dichas, producen un efecto parecido sobre la masa. Se usan más en repostería para no tener que dejar fermentar la masa y poder hornearla inmediatamente. Estas levaduras químicas están compuestas esencialmente por bicarbonato sódico que en contacto con la masa y durante el horneado desprenden dióxido de carbono, responsable de las burbujas.

El aceite protege la masa de la pérdida progresiva de agua, lo que evita que se endurezca demasiado durante el horneado y una vez se enfríe.

Todas estas reacciones se producen durante el amasado y el reposo. Una vez transcurrido el tiempo de reposo, la masa habrá duplicado su volumen.

• La química del horneado.

Una vez tenemos la masa fermentada, el siguiente paso será extenderla. Si la harina tiene gluten, este proceso será bastante sencillo porque la masa será muy elástica. Podemos extenderla con las manos o con ayuda de un rodillo.

Extendemos la masa sobre una bandeja de horno cubierta con papel de horno. Este papel es un papel vegetal sulfurizado. Se ha tratado químicamente con un baño de ácido sulfúrico -de ahí el nombre- para tapar los poros de la celulosa y hacerlo impermeable y antiadherente. Este proceso también lo hace resistente a las temperaturas que manejamos en los hornos domésticos.

Sobre la masa podemos añadir los ingredientes que nos apetezcan. En este caso he utilizado tomate triturado, orégano, queso mozzarella rallado, champiñones frescos, aceitunas negras, jamón cocido extra y pimientos rojos asados.

Metemos la pizza en el horno y la dejamos a 240oC con calor arriba y abajo entre 20 y 25 minutos.

La levadura de la masa muere como consecuencia de las altas temperaturas, y el alcohol se evapora. El almidón de la harina comienza a gelatinizar, es decir, a formar una estructura diferente a la original en la que es capaz de atrapar el agua de la masa. En este proceso también interviene el gluten, que se pega al almidón creando una red que evita que las burbujas se escapen de la masa. A medida que la temperatura aumenta y la pizza continúa en el horno, empieza a dorarse. Este cambio paulatino de color es debido a la reacción química más famosa de la cocina: la reacción de Maillard entre los hidratos de carbono y las proteínas.

Todas las formas de conocimiento guardan relación entre sí, en mayor o menor medida. Preparar una pizza tiene su fundamento químico detrás. Desde el punto de vista de la salud y desde el punto de vista gastronómico. Conocerlo nos permite disfrutar más de todo el proceso. Esto es así porque el conocimiento es una forma de placer.

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

El artículo Así es la química de una buena pizza se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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El artista futurista italiano Giacomo Balla (1871-1958) pintó una obra titulada Los números enamorados en 1924, asociando una cualidad humana, como es el enamoramiento, a los números. También en el ámbito de las matemáticas nos gusta asociar a los números, en particular, a los números naturales, cualidades humanas. Existen números amigos, sociables, novios, narcisistas, felices, tristes, hambrientos, intocables, ambiciosos, afortunados, poderosos, malvados, odiosos, prácticos o raros, pero también, con otras denominaciones curiosas, como números vampiros, parásitos, perniciosos, apocalípticos, perfectos, poligonales, cíclicos, automorfos, sublimes, abundantes, escasos o intocables.

Números enamorados (1924), del artista futurista italiano Giacomo Balla, MART, Museo d’arte moderna e contemponanea di Trento e Rovereto, Italia. Fotografía de MART

Algunas de estas familias de números deben su propiedad definitoria al comportamiento de sus divisores propios, es decir, entre los divisores no se considera al propio número. Son a estas familias de números naturales a las que vamos a dedicar la entrada de hoy de la sección Matemoción del Cuaderno de Cultura Científica.

Empecemos con unas familias de números con un origen muy antiguo. Un número se dice que es perfecto si es igual a la suma de sus divisores (propios), como ocurre con los números 6 = 1 + 2 + 3 y 28 = 1 + 2 + 4 + 7 + 14. Se los denominó perfectos porque en tiempos antiguos se dio a esta propiedad una interpretación divina. Por ejemplo, San Agustín relaciona el hecho de que Dios crease el mundo en 6 días, con la perfección de este número.

Los siguientes números perfectos, después de 6 y 28, conocidos ya desde la antigüedad, son

496 = 1 + 2 + 4 + 8 + 16 + 31 + 62 + 248

8.128 = 1 + 2 + 4 + 8 + 16 + 32 + 64 + 127 + 254 + 508 + 1.016 + 2.032 + 4.084

Se desconoce el origen exacto de los números perfectos, aunque ya eran conocidos por los matemáticos griegos. Euclides de Alejandría (aprox. 325 – 265 a.n.e.) los estudia en su obra Los Elementos, aunque antes los había estudiado Pitágoras (aprox. 570 – 495 a.n.e.), e incluso podrían haber sido conocidos por los egipcios.

Euclides demostró que para algunos números primos p, los números de la forma 2p–1 (2p – 1) son perfectos, por ejemplo, para p = 2, 3, 5, y 7, se obtienen los perfectos anteriores. Dos milenios después, el matemático suizo Leonhard Euler (1707 – 1783) demostraría que todos los números perfectos pares son de esta forma, con (2p – 1) un número primo.

El quinto número primo encontrado fue 33.550.336, para p = 13, que aparece en un manuscrito del siglo XV. El sexto y séptimo –para p = 17 y 19– fueron descubiertos por el matemático italiano Pietro Cataldi (1548 – 1626) en 1588, en concreto, 8.589.869.056 y 137.438.691.328. Y Euler, en 1772, descubrió el octavo, que es 230 (231 – 1) = 2.305.843.008.139.952.128.

Obtener números perfectos es una tarea muy difícil, luego podemos decir que “la perfección es difícil de conseguir”. Antes del siglo XX solo se conocían 9 números perfectos. El noveno fue obtenido, para p = 61, por el matemático ruso Iván Pervushin (1827 – 1900), en 1883. De hecho, en la fórmula de Euclides-Euler no basta con que p sea primo, ya que para p = 11, 211 – 1 = 2.047 = 23 x 89, no es primo, con lo cual 210 (211 – 1) no es perfecto.

Con la ayuda de los ordenadores ha sido posible calcular muchos más, pero no demasiados. Solo se conocen, hasta la fecha, 51 números perfectos. El último descubierto, en 2018, fue el correspondiente al primo p = 82.589.933.

Se desconoce si existe un número infinito o finito de números perfectos. Además, todos los números perfectos conocidos son pares, y no se sabe si existen impares. Lo que se ha conseguido demostrar es que de existir tendrían que cumplir una serie de propiedades, como tener al menos 9 divisores primos distintos o ser mayores que 101.500, entre muchas otras.

Veintiocho (modelo para una escultura pública), 1992, del artista estadounidense Jonathan Borofsky. Imagen de su página web

Ya los griegos dividieron a los números naturales que no son perfectos en dos categorías, los abundantes y los deficientes. Los números que no son perfectos pueden ser abundantes, cuando el número es menor que la suma se los divisores, como el 12 deficientes en el caso contrario, como el 14 > 1 + 2 + 7 = 10 o todos los números primos, cuyo único divisor propio es el 1. Estos conceptos, como la perfección, formaron parte de la numerología griega.

El religioso, teólogo y matemático anglosajón Alcuino de York (735 – 804) relacionaba la “segunda creación” de Dios, el diluvio universal y el Arca de Noé, con el número 8, ya que la humanidad desciende de las 8 almas que se salvaron del diluvio refugiándose en el Arca de Noé. Por lo tanto, esta es una creación imperfecta, puesto que el número 8 es deficiente, 8 > 1 + 2 + 4.

Los números llamados abundantes no son, sin embargo, tan abundantes como su nombre indica. Existen 245 números abundantes menores que 1.000, aunque solo uno de ellos impar, el número 945 = 33 x 5 x 7, los demás son pares, y solo 3 números perfectos (por supuesto, pares), el resto son deficientes. Entre los primeros 50.000 números hay 37.602 deficientes, 4 perfectos y 12.394 abundantes. Entre estos 12.394 números abundantes, solo 114 son impares.

Así como lo bello y lo excelente es raro de encontrar y se cuenta pronto, pero lo feo y lo malo siempre es prolífico, así también los números abundantes y deficientes resultan ser muchos y en desorden, y su descubrimiento no obedece a sistema alguno. Pero los perfectos, son a un tiempo escasos en número y se hallan dispuestos en un orden apropiado.

Nicómaco de Gerasa (aprox. 60 – 120 n.e.), Introducción a la Aritmética

Imagen 3 (Pie de imagen: You know my name (look up the number), acrílico sobre papel, 63 x 90 cm, del artista suizo Eugen Jost. Entre las sucesiones de números que aparecen, están los primeros números perfectos. Imagen de Plus Magazine [https://plus.maths.org/content/postcard-italy])

Entre los números abundantes, es decir, aquellos que son menores que la suma de sus divisores, se considera que son números casi perfectos aquellos tales que la suma de sus divisores es uno menos que el número. Así, el 16 es un número casi perfecto ya que 1 + 2 + 4 + 8 = 15. De hecho, todas las potencias de 2 son casi perfectas:

Los únicos números casi perfectos que se conocen son las potencias de 2, y es un problema abierto demostrar que estos son los únicos que existen.

Otra familia de números relacionada con la perfección, son los números múltiplo-perfectos o multi-perfectos, aquellos tal que la suma de sus divisores (recordemos que todo el tiempo estamos refiriéndonos a los divisores propios) no es el número, sino un múltiplo del mismo. Por ejemplo, los divisores del número 120 = 23 x 3 x 5 son 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 15, 20, 24, 30, 40 y 60, cuya suma es 240 = 2 x 120. Solo se conocen 6 números multi-perfectos cuya suma sea el doble del número, 120, 672, 523.776, 459.818.240, 1.476.304.896, 51.001.180.160, y todos son pares. O, se conocen 36 cuya suma es el triple, de nuevo todos pares, de los cuales el más pequeño es 30.240.

Hardy’s Taxi, acrílico sobre lienzo, 60 x 60 cm, del artista suizo Eugen Jost. Obra perteneciente a la exposición Everything is number

Más aún, un número se dice que es ambicioso si puede llegar a ser perfecto de la siguiente forma. Dado el número se toma la suma de sus divisores, con este nuevo número se vuelve a considerar la suma de sus divisores, y se continúa así, de forma que el número es ambicioso si llega un momento que se alcanza un número perfecto, como en el caso del número 95, cuyos divisores suman 1 + 5 + 19 = 25, y los divisores de este suman 1 + 5 = 6, que es perfecto. Números no ambiciosos son el 24 o los números primos (cuyo único divisor es el 1).

Veamos que el 24 = 23 x 3 no es ambicioso. Sus divisores son 1, 2, 3, 4, 6, 8 y 12, cuya suma es 1 + 2 + 3 + 4 + 6 + 8 + 12 = 36. Ahora, los divisores de 36 = 22 x 32 son 1, 2, 3, 4, 6, 9, 12 y 18, cuya suma es 55. Ahora este número, 55 = 5 x 11, tiene solo tres divisores 1, 5 y 11, cuya suma es 17, que es primo, luego su único divisor es 1 y se estaciona la sucesión. En consecuencia, el 24 no es ambicioso. Solo se conocen 16 números ambiciosos, 25, 95, 119, 143, 417, 445, 565, 608, 650, 652, 675, 685, 783, 790, 909, 913, e incluso un número tan bajo como 276 se desconoce si es, o no, ambicioso (aunque seguramente no).

Y también relacionados con la perfección están los números sublimes, aquellos tales que tanto el número de sus divisores (incluido ahora el propio número), como la suma de los mismos son perfectos, como el 12, que tiene 6 divisores y su suma es 1 + 2 + 3 + 4 + 6 + 12 = 28, aunque solo se conoce otro número sublime más, que es el siguiente

6.086.555.670.238.378.989.670.371.734.243.169.622.657.830.773.351.885.970.528.324.860.512.791.691.264.

Números amigos (2010), del artista británico Andrew Crane

A continuación, vamos a introducir parejas de números con una fuerte conexión entre ellos, desde la perspectiva que estamos analizando en esta entrada. Empecemos por el número 284, que se puede escribir como la multiplicación de los números primos 71 y 2 de la siguiente forma 284 = 71 x 22. Por lo tanto, los divisores propios del 284 son 1, 2, 4, 71 y 142, cuya suma es

1 + 2 + 4 + 71 + 142 = 220.

Si ahora consideramos el número que nos ha salido, 220, y buscamos sus divisores, como 220 = 11 x 5 x 22, entonces estos son 1, 2, 4, 5, 10, 11, 20, 22, 44, 55 y 110, y la suma de ellos es

1 + 2 + 4 + 5 + 10 + 11 + 20 + 22 + 44 + 55 + 110 = 284,

precisamente el primer número. Por este motivo, se dice que los números 220 y 284 son números amigos. Es decir, dos números son amigos si la suma de los divisores (propios) del primero es igual al segundo, y viceversa.

Este par de números amigos (220, 284) ya era conocido por los pitagóricos, quienes les atribuían propiedades místicas. En general, en la antigüedad se pensaba que estos números tenían poderes místicos, y eran utilizados en textos religiosos y de magia, en particular, en relación al amor y la amistad. Los astrónomos griegos los incorporaron en sus horóscopos, talismanes y amuletos.

“Las personas expertas en los talismanes afirman que los números amigos 220 y 284 ejercen una fuerte influencia para establecer una unión o una amistad muy fuerte entre dos personas”

Ibn Jaldún (1332-1406), Muqaddima (prolegómenos), 1377

Cuenta una leyenda que había un sultán aficionado a los puzzles, que al descubrir que tenía a un matemático como prisionero, decidió plantearle la siguiente cuestión. El sultán le dijo al matemático que le planteara un reto, un problema, y que estaría libre durante el tiempo que él necesitara para resolverlo, pero una vez resuelto por el sultán, el matemático sería ejecutado.

El matemático le explicó que los números 220 y 284 son números amigos, y le planteó que buscara otro par de números amigos. El sultán no lo consiguió y el matemático murió de viejo y siendo un hombre libre.

De hecho, calcular más pares de números amigos no es una tarea sencilla. Muchos matemáticos árabes estudiaron los números amigos, entre los siglos IX y XIV, como el iraquí Thabit ibn Qurra (826 – 901) quien dio una fórmula para obtener números amigos. En particular, se obtuvieron dos nuevos pares de números amigos

(17.296, 18.416) y (9.363.584, 9.437.056).

En el siglo XVII los grandes matemáticos franceses Pierre de Fermat (1601 – 1665) y René Descartes (1596 – 1650) redescubrieron la fórmula del matemático árabe, así como los dos anteriores pares de números amigos, que es ocasiones son atribuidos a ellos. Otro gran matemático ya mencionado, Leonhard Euler, extendió la fórmula de Qurra y obtuvo 64 nuevos pares de números amigos.

Curiosamente, a todos ellos se les pasó el siguiente par de números amigos más pequeño, después de (220, 284), el par (1.184, 1.210), descubierto por el adolescente Nicolo Paganini, de 16 años, en 1866.

La tarea siguió siendo compleja y hasta 1946 solo se consiguieron descubrir 390 pares de números amigos, hasta que llegó la era de los ordenadores, y su potencia de cálculo, que, junto a nuevos algoritmos, ha permitido calcular (según la wikipedia) hasta marzo de 2019 exactamente 1.223.386.359 parejas de números amigos. Sin embargo, a día de hoy no se sabe aún si existen infinitos pares de números amigos.

Anillos hexagonales, con oro amarillo y oro rosa, con la pareja de números amigos 220 y 284, de la tienda londinense Comford Station, y la caja con la explicación de la pareja de números amigos

Otro nexo de unión entre números. Se dice que dos números son novios o casi-amigos si cada uno de ellos es igual a la suma de sus divisores menos 1, como el 48 = 1 + 3 + 5 + 15 + 25 – 1 y el 75 = 1 + 2 + 3 + 4 + 6 + 8 + 12 + 16 + 24 – 1. Las primeras parejas de números novios son (48, 75), (140, 195), (1.050, 1.925), (1.575, 1.648), (2.024, 2.295) y (5.775, 6.128). Los números de todas las parejas de novios conocidas tienen paridad opuesta, es decir, uno es par y el otro impar.

La propiedad de amistad puede generalizarse a un grupo de números, de forma que la suma de los divisores de cada uno es igual al siguiente, y la del último igual al primero, entonces se habla de números sociables. El grupo de números más pequeños que son sociables son 12.496, 14.288, 15.472, 14.536 y 14.264. Comprobémoslo:

1) 12.496 = 24 x 11 x 71, divisores: 1, 2, 4, 8, 11, 16, 22, 44, 71, 88, 142, 176, 284, 568, 781, 1.136, 1.562, 3.124 y 6.248, cuya suma es 14.288;

2) 14.288 = 24 x 19 x 47, divisores: 1, 2, 4, 8, 16, 19, 38, 47, 76, 94, 152, 188, 304, 376, 752, 893, 1.786, 3.572 y 7.144, cuya suma es 15.472;

3) 15.472 = 24 x 967, divisores: 1, 2, 4, 8, 16, 967, 1.934, 3.868 y 7.736, cuya suma es 14.536;

4) 14.536 = 23 x 23 x 79, divisores: 1, 2, 4, 8, 23, 46, 79, 92, 158, 184, 316, 632, 1.817, 3.634 y 7268, cuya suma es 14.264;

5) 14.264 = 23 x 1.783, divisores: 1, 2, 4, 8, 1.783, 3.566 y 7.132, cuya suma es 12.496.

Se conocen 5.410 grupos de números sociables (véase la lista de números sociables de David Moews), la mayoría formados por 4 números, aunque existe un grupo formado por 28 números.

También existen intocables dentro de la familia de los números naturales, son aquellos que no se pueden expresar como suma de los divisores de ningún número. El número 2 es intocable, el 3 no lo es (3 = 1 + 2, divisores del 4), el 4 tampoco (4 = 1 + 3, divisores del 9) y el 5 sí, ya que solo puede expresarse como 1 + 4, pero si el 4 es divisor del número, también lo es el 2 y la suma sería al menos 7. El siguiente intocable es el 52.

Los números intocables menores de 500 son:

2, 5, 52, 88, 96, 120, 124, 146, 162, 188, 206, 210, 216, 238, 246, 248, 262, 268, 276, 288, 290, 292, 304, 306, 322, 324, 326, 336, 342, 372, 406, 408, 426, 430, 448, 472, 474, 498.

El matemático húngaro Paul Erdös (1913-1996) demostró que existen infinitos números intocables.

“Dice Trece [la protagonista se refiere con números a los hombres que han pasado por su vida] que le ha hecho esos dos regalos –el libro [de Murakami] y lo del segundo cajón [un consolador]– para que se acuerde de él. Sin embargo, por la esencia oriental de uno y las dimensiones del otro, lo que Trece ha conseguido es que Pi, en lugar de acordarse de él, se acuerde de Dos. Por ambas razones.

Dos se ha convertido en una medida (de hecho, es un número intocable, pues no es la suma de los divisores de ningún número). No tiene tanta importancia como persona real en el presente […] sino como recuerdo y, sobre todo, como convención, como medida. Dos es la medida del sistema métrico sentimental”

Juan Pardo Vidal, La luz de la mesita de noche, Sloper, 2012

Por otra parte, un número se dice que es práctico si todos los números naturales más pequeños que él pueden ser expresados como suma de distintos divisores del número. Así, el número 12 es un número práctico ya que todos los números menores que él, desde el 1 al 11, pueden ser expresados como suma de algunos de los divisores de 12. Veámoslo: los divisores de 12 son 1, 2, 3, 4 y 6, luego 1 = 1, 2 = 2, 3 = 3, 4 = 4, 5 = 1 + 4, 6 = 2 + 4, 7 = 1 + 2 + 4, 8 = 2 + 6, 9 = 3 + 6, 10 = 4 + 6 y 11 = 1 + 4 + 6.

Los números prácticos menores que 100 son: 1, 2, 4, 6, 8, 12, 16, 18, 20, 24, 28, 30, 32, 36, 40, 42, 48, 54, 56, 60, 64, 66, 72, 78, 80, 84, 88, 90 y 96.

El concepto fue definido en 1948 por el matemático indio A. K. Srinivasan, números que en su opinión eran interesantes de estudiar por su relación con las subdivisiones del dinero, los pesos y las medidas. Aunque estos números ya fueron utilizados por el matemático italiano Fibonacci (Leonardo de Pisa, 1170 – 1240), en su obra Liber Abaci (Libro del Ábaco, 1202), en relación a las fracciones egipcias (véase la entrada de Marta Macho, Sobre fracciones egipcias).

Claramente, todas las potencias de 2 son prácticas, ya que dado 2n, se puede expresar cualquier número entre 1 y 2n – 1 como suma de potencias de 2, menores que 2n, que son sus divisores. Es solamente una cuestión de divisibilidad y el fundamento del sistema binario. Se conocen muchas propiedades de los números prácticos, como que existen infinitos, el producto de dos números prácticos es un número práctico, los números perfectos pares, luego de la forma 2p–1 (2p – 1), son prácticos, o que, salvo el 1 y el 2, todos los números prácticos son divisibles por 4 o 6, entre otras.

Instalación Forest of numbers – Bosque de números (2017), de la artista francesa Emmanuelle Moureaux. Imagen de su página web

Y no podían faltar los números raros, o extraños, que son aquellos que son abundantes, es decir, la suma de los divisores es mayor que el número, pero no se puede obtener el número exacto quitando algunos de los divisores, es decir, como suma de un subconjunto de divisores propios. Por ejemplo, el 12 es abundante, pero como 12 = 2 + 4 + 6, no es raro, y el número raro más pequeño es 70 (cuyos divisores son 1, 2, 5, 7, 10, 14, 35).

Aunque se sabe que existen infinitos números raros, estos son relativamente escasos, por ejemplo, solamente hay 7 números raros menores que 10.000, que son 70, 836, 4.030, 5.830, 7.192, 7.912 y 9.272. Todos los números raros conocidos son pares y si existe alguno impar deberá ser, por lo menos, mayor que 1021.

Cerramos este repaso a algunas tribus numéricas con los números poderosos, que son aquellos tales que, si un número primo p es divisor suyo, también lo es su cuadrado p2, como el 36, cuyos divisores primos son 2 y 3, y sus cuadrados también son divisores de 36. Curiosamente, un número m es poderoso si, y sólo si, se puede expresar como m = a2b3, para algún par de números a y b. Claramente, si un número es de la forma a2b3 es poderoso (ya que los cuadrados de los primos de la descomposición en primos de a y b claramente dividen a a2b3), pero, además, todos los números poderosos son de esta forma. Veámoslo:

Por ejemplo, para el número m = 21.600 = 25 x 33 x 52, tendríamos que b = 2 x 3 = 6 y a = 2 x 5 = 10.

Existen algunos problemas interesantes sobre los números poderosos. Como se observa fácilmente, todo número impar es resta de dos cuadrados, luego de dos números poderosos, 2 k + 1 = (k + 1)2 – k2. Lo mismo ocurre con los múltiplos de 4, ya que 4 k + 4 = (k + 2)2 – k2.

Pero, ¿qué pasaba con los números pares no divisibles por 4, podían expresarse como resta de números poderosos? El matemático e ingeniero estadounidense Solomon W. Golomb (1932 – 2016), conocido por sus trabajos sobre juegos matemáticos, observó que algunos sí podían expresarse, como 2 = 33 – 52, 10 = 133 – 37 o 18 = 192 – 73 = 35 – 152, y conjeturó que el número 6 no podía expresarse como resta de números poderosos, así como infinitos otros números pares. El matemático polaco Władysław Narkiewicz demostró que el 6 no solo podía representarse de esta forma, 6 = 5473 – 4632, sino que existían infinitas formas de hacerlo. Más aún, en 1982, el matemático estadounidense Wayne L McDaniel extendió el resultado para todos los números pares, no divisibles por 4.

Por otra parte, Paul Erdös conjeturó, y fue demostrado por el matemático británico Roger Heath-Brown, que todo número natural suficientemente grande puede expresarse como suma de tres números poderosos.

Instalación “SOHO” (2008), del artista japonés Tatsuo Miyajima. Imagen de su página web

Bibliografía

1.- Clifford A. Pickover, El prodigio de los números. Desafíos, paradojas y curiosidades matemáticas, Ma Non Troppo (ediciones Robinbook), 2002.

2.- Clifford A. Pickover, La maravilla de los números. Un viaje por los secretos de las matemáticas, sus desafíos y caprichos, Ma Non Troppo (ediciones Robinbook), 2002.

3.- Lamberto García del Cid, Números notables. El 0, el 666 y otras bestias numéricas, El mundo es matemático, RBA, 2010.

4.- Howard H. Eves, Mathematical Circles, The Mathematical Association of America (MAA), 2003.

5.- Wikipedia: Perfect number

6.- David G. Kendall, The Scale of Perfection, Journal of Applied Probability, Vol. 19, Essays in Statistical Science, pp. 125-138, 1982.

7.- Eugen Jost, A postcard from Italy, Plus Magazine, 1999

8.- Wolfram Mathworld: Multiperfect number

9.- Wolfram Mathworld: Aspiring number

10.- Wikipedia: Amicable numbers

11.- Wikipedia: Betrothed or quasi amicable numbers

12.- Wikipedia: Untouchable number

13.- Wikipedia: Practical number

14.- Página web de la artista Emmanuelle Moureaux

15.- Wikipedia: Weird number

16.- Wikipedia: Powerful number

17.- Página web del artista japonés Tatsuo Miyajima

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 enamorados se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Una conjetura sobre ciertos números en el ‘sistema Shadok’
2. El origen poético de los números de Fibonacci
3. Buscando lagunas de números no primos

Imagen: Wikimedia Commons

A principios del siglo XIX, cuando el prestigio de Newton era en gran medida el sostén de la hipótesis corpuscular de la luz, Thomas Young resucitó la hipótesis ondulatoria. En experimentos realizados entre 1802 y 1804 Young descubrió que la luz muestra el fenómeno de interferencia. La hipótesis corpuscular de la luz no puede explicar fácilmente los patrones de interferencia producidos por la luz. El famoso “experimento de doble rendija” de Young proporcionó la prueba convincente de que la luz tiene propiedades que solo se pueden explicar en términos de ondas.

El experimento de Young se puede realizar muy fácilmente. Consiste, básicamente, en dividir un solo haz de luz en dos haces para garantizar que estén en fase. Luego se permite que los haces resultantes de la división se superpongan, y los dos trenes de ondas interfieren, constructivamente en algunos lugares y destructivamente en otros. Para simplificar la interpretación del experimento, podemos suponer que se realiza con luz que tiene una única longitud de onda definida λ.

Young usó una pantalla negra con un pequeño agujero perforado para producir un haz de luz estrecho en una habitación a oscuras. En la trayectoria del haz colocó una segunda pantalla negra en la que había cortado dos rendijas estrechas, muy juntas. Tras esta pantalla colocó otra pantalla más, pero blanca. La luz que entraba por cada rendija se difractó y se extendió por el espacio más allá de la pantalla. La luz de cada rendija interfirió con la luz de la otra, y el patrón de interferencia se mostró en la pantalla blanca. Donde la interferencia era constructiva había una banda brillante en la pantalla. Donde la interferencia era destructiva, la pantalla permanecía oscura.

Reproducción del diagrama de Thomas Young (1807) para explicar el resultado del experimento de la doble rendija (situadas en A y B) que produce mínimos en C,D,E y F, tal y como aparece en T. Young (ed. G. Peacock), 1855, Miscellaneous Works of the late Thomas Young, London: J. Murray, vol. 1. Imagen: Wikimedia Commons

Es una medida del genio de Young el que pudiese encontrar, por experimento, valores numéricos para algo tan pequeño como la longitud de onda de la luz. Él lo expresó así:

From a comparison of various experiments, it appears that the breadth of the undulations constituting the extreme red light must be supposed to be, in air, about one 36 thousandth of an inch, and those of the extreme violet about one 60 thousandth.

A partir de una comparación de varios experimentos, parece que la amplitud de las ondulaciones que constituyen la luz roja extrema debe suponerse que sea, en el aire, aproximadamente una 36-milésima de pulgada. [7·10-7 m], y las del violeta extremo alrededor de una 60-milésima [4·10-7 m].

Al anunciar su resultado, Young hizo un especial esfuerzo por evitar las críticas de los seguidores de Newton, a quien se consideraba un partidario de la hipótesis corpuscular de la luz. Señaló que el propio Newton había hecho varias afirmaciones a favor de una teoría de la luz que tenía algunos aspectos de la hipótesis ondulatoria.

Sin embargo, Young no fue tomado en serio. No fue hasta 1818, cuando el físico francés Augustin-Jean Fresnel propuso su propia hipótesis ondulatoria de base matemática, que la investigación de Young comenzó a ser reconocida como merecía.

Fresnel también tuvo que enviar su trabajo para su aprobación a un grupo de físicos comprometidos con la hipótesis corpuscular de la luz. Uno de ellos, el matemático Simeón Poisson, trató de refutar la hipótesis ondulatoria de Fresnel. Si realmente describía el comportamiento de la luz, argumentaba Poisson, debería suceder algo muy peculiar cuando se coloca un pequeño disco macizo en un haz de luz. La difracción de algunas de las ondas de luz alrededor del borde del disco redondo debería conducir a una interferencia constructiva, produciendo un punto brillante en el centro de la sombra del disco en una pantalla blanca colocada detrás del disco. La hipótesis corpuscular de la luz no permitía ideas como la difracción y la interferencia constructiva. Además, nunca se había informado de la observación de un punto brillante; incluso la idea de un punto brillante en el centro de una sombra parecía absurda. Con estos razonamientos Poisson anunció que había refutado la hipótesis ondulatoria.

Sin embargo, Dominique-François Arago, presidente del comité de la Académie des sciences que entendía del asunto, era un empirist e inmediatamente dispuso que la prueba aparentemente ridícula de Poisson se probara mediante un experimento. ¡El resultado fue que apareció un punto brillante en el centro de la sombra!

Sombra proyectada por un obstáculo de 5,8 mm de diámetro en una pantalla colocada a 183 cm detrás, cuando es iluminado por la luz del sol que pasa a través de un agujero colocado 153 cm por delante. Los colores tenues de las franjas muestran la dependencia de la longitud de onda del patrón de difracción. En el centro está el punto brillante de Poisson / Arago. Imagen: Wikimedia Commons

A partir de entonces, un número cada vez mayor de personas de ciencia valoró como importantísimos los resultados del experimento de Young de la doble rendija y el “punto brillante de Poisson”. Para 1850, con los experimentos de Foucault-Fizeau, la hipótesis ondulatoria de la luz era el consenso científico; los físicos ya habían comenzado a concentrarse en resolver las consecuencias matemáticas de este modelo y aplicarlo a las diferentes propiedades de la luz.

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

El artículo Interferencia y difracción de la luz se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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1. Patrón de interferencia en pulsos de ondas
2. Patrón de interferencia en ondas periódicas
3. Patrones de difracción

Alineación dental antes y después (derecha) de los cambios en la dieta. Imagen: Scott Moisik a partir de D. E. Blasi et al (2019) Human sound systems are shaped by post-Neolithic changes in bite configuration Science doi: 10.1126/science.aav3218

Fuego, foca, foto, fofo, fumar, fieltro, feminista… Es gustoso pronunciar el sonido de la efe, ¿verdad? Quizá por eso la palabra malsonante por excelencia en inglés sea “fuck” (disculpen el exabrupto), porque a los anglosajones se les da mejor que a nadie el convertir un sonido u onomatopeya en el centro de sus palabras (“crack” es más sonoro que “crujir”, aunque tampoco está mal, y “ring” es mejor que “llamar al timbre”, ahí sí que no hay discusión).

Pero volvamos al hilo, que me pierdo. Hablábamos del sonido de la efe, y la reflexión viene a cuento de un estudio recientemente publicado en la revista Science que sugiere que si somos capaces de pronunciarlo, así como otras consonantes labiodentales (en el castellano, solo le acompañaría la pronunciación tradicional de la uve, que solo se conserva en algunas regiones), es porque hace miles de años nuestros antepasados cambiaron su alimentación, eso cambió sus mandíbulas y con eso, los sonidos que eran capaces de pronunciar, abriendo la puerta a una variedad lingüística y comunicativa no disponible anteriormente.

Imagen: D. E. Blasi et al (2019) Human sound systems are shaped by post-Neolithic changes in bite configuration Science doi: 10.1126/science.aav3218

Comida dura, mandíbulas potentes

Vamos por partes. El estudio ha sido realizado por Balthasar Bickel, Damián Blasi y Steven Moran, del laboratorio de Lingüística de la Universidad de Zúrich, en Suiza. Su intención era poner a prueba una idea propuesta por otro lingüista, el americano Charles Hockett en 1985. Hocket escribió entonces que las lenguas habladas por los cazadores-recolectores carecían de estas consonantes labiodentales y que, al menos en parte, su dieta podía ser responsable.

Según su teoría, consumir y masticar alimentos fibrosos y duros requería de una mayor fuerza en la mandíbula y suponía un mayor desgaste de los molares, y como tal, sus mandíbulas inferiores eran mayores y los molares ocupaban más espacio en ella, empujando las demás piezas dentales hacia delante y causando una alineación entre los dientes delanteros de la mandíbula inferior y la mandíbula superior.

Esto dificultaba, dijo Hockett entonces, que los dientes de arriba tocasen el labio inferior, contacto necesario para pronunciar la gustosa efe. Para hacerse una idea, pruebe a colocar hacia delante su mandíbula inferior hasta que dientes de arriba y abajo coincidan. ¿Verdad que le resulta una postura incómoda? Eso es por la llamada sobremordida, ese espacio que la mayoría tenemos entre los dientes superiores y los inferiores cuando cerramos la mandíbula. Al introducirse la agricultura y técnicas como el molido de los cereales, la fabricación de derivados lácteos y más formas de cocinado para la carne, la postura anterior habría sido menos necesaria y esta sobremordida habría ido haciéndose cada vez más común, hasta el día de hoy.

Imagen: D. E. Blasi et al (2019) Human sound systems are shaped by post-Neolithic changes in bite configuration Science doi: 10.1126/science.aav3218

Un 29% menos de energía para pronunciar la F

Blasi y compañía querían poner a prueba esta idea y, esperaban a priori, demostrar que Hockett se había equivocado.

Para empezar, los investigadores utilizaron un modelo informático para calcular que con una sobremordida, producir esas consonantes labiodentales cuesta un esfuerzo un 29% inferior. Después, analizaron las lenguas del mundo y descubrieron que en las civilizaciones de cazadores y recolectores hay un 75% menos de consonantes labiodentales que en las lenguas habladas en sociedades agrícolas. Por último, estudiaron las relaciones y evoluciones lingüísticas y determinaron que las consonantes labiodentales se difunden con rapidez, de forma que esos sonidos podrían haber pasado de ser raros a ser comunes en los 8.000 años que han pasado desde la adopción de la agricultura y otros métodos de manipulación de los alimentos.

Teniendo en cuenta estas averiguaciones. Bickel sugiere que a medida que la comida más blanda se fue haciendo más habitual, más adultos fueron desarrollando sobremordidas y fueron utilizando consonantes labiodentales de forma accidental, y que por ejemplo en la antigua India, el uso de esos sonidos pudo haber sido una señal de estatus al significar un acceso a una dieta más delicada y costosa. A día de hoy hay consonantes labiodentales en el 76% de los idiomas provenientes de lenguas indoeuropeas.

“Una de las conclusiones principales es que el panorama de sonidos que tenemos hoy en día está fundamentalmente afectado por la biología de nuestro aparato fonador. No es solamente una cuestión de evolución cultural”, explicaba Bickel en una rueda de prensa.

Imagen: D. E. Blasi et al (2019) Human sound systems are shaped by post-Neolithic changes in bite configuration Science doi: 10.1126/science.aav3218

Si ocurrió así, no ocurrió en todas partes

Aun así, no todo el mundo ve clara la relación que Bickel y su equipo proponen entre dieta, forma de la mandíbula y sonidos del idioma. Inevitablemente, su hipótesis está basada en algunas ideas difíciles de comprobar y también en algunas contradicciones. Por ejemplo, que en la Antigua China también se comenzó a cultivar y procesar arroz de forma que fuese más sencillo de masticar y comer y en las lenguas de esa región los sonidos labiodentales son mucho menos comunes que en las lenguas europeas.

Claro que los autores no defienden que la evolución hacia la sobremordida signifique necesariamente la aparición de las consonantes labiodentales, sino que “la probabilidad de producción de esos sonidos aumenta ligeramente con el tiempo, y eso significaría que es probable que algunas lenguas los adquieran, pero no todas”, explica otro de los autores, Steven Moran, en este artículo de Smithsonian Magazine.

“¿Dónde está la causalidad, que yo la vea?”

Algunos críticos, como el paleoantropólogo Rick Potts, no terminan de aceptar la conclusión del estudio: “En mi opinión, no dan suficientes razones para aceptar que la dieta fue el motivo por el que se hicieron más comunes estos sonidos, porque no tienen en cuenta en ningún momento los componentes anatómicos de producir estos sonidos”, explica en el artículo mencionado.

Potts explica que para hacer el sonido de la efe cuando no hay sobremordida simplemente hay que retraer un poco los músculos de los lados de la mandíbula, que la hacen retroceder ligeramente. “¿Cómo podría una dieta más dura y áspera limitar esa retracción? Esa es la base para hacer esos sonidos. El estudio no demuestra de ninguna forma que una mordida en la que los dientes coinciden impida o haga energéticamente más costoso pronunciar estos sonidos”, señala.

Así que en su opinión, el estudio señala algunas correlaciones que resultan interesantes pero no llega a demostrar una causalidad probable. Es, dice, como si una investigación descubriese que culturas que habiten en el ecuador tienen preferencia por el color rojo y también que esas personas tienen en sus ojos una densidad de receptores de color menor que las personas que habitan en el Ártico, por ejemplo, y concluyesen que la falta de receptores de color es lo que las hace preferir el color rojo.

“Pero ¿cómo íbamos con eso a descartar que fuese una cuestión cultural e histórica lo que hace que los habitantes de una cultura ecuatorial tiendan a elegir el rojo, y los habitantes de culturas del polo no lo hagan?”, argumenta, señalando que el estudio no ha tenido suficientemente en cuenta la acción de la historia, la cultura y la identidad de cada grupo y cada lengua a la hora de favorecer o no los sonidos labiodentales.

Referencias:

Human sound systems are shaped by post-Neolithic changes in bite configuration – Science

Ancient switch to soft food gave us an overbite—and the ability to pronounce ‘f’s and ‘v’s – Science

The Ability to Pronounce ‘F’ and ‘V’ Sounds Might Have Evolved Along With Diet – Smithsonian Magazine

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

El artículo “Fuego, foca, foto…” ¿Podemos decir estas palabras gracias a la dieta de nuestros antepasados? se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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50 años de ciencia viva

Los actos de conmemoración del 50 aniversario de la Facultad de Ciencia y Tecnología de la UPV/EHU comenzaron el 28 de enero de este año con la plantación de un tilo de hoja pequeña (Tila cordeta Mill.), que representa el Árbol de la Ciencia como símbolo de su unidad fundamental. El acto simbolizó la siembra de la semilla plantada en mayo de 1968, cuando se creó la Facultad de Ciencias de la Universidad de Bilbao, hoy en día Facultad de Ciencia y Tecnología.

Los primeros pasos de la Facultad de Ciencias en el curso 1968/69 se dieron junto al puente de Deusto, en “Botica Vieja, 1”. No fue hasta finales de 1971 cuando se trasladó a su emplazamiento actual en Leioa.

La Facultad de Ciencia y Tecnología ha sido una facultad viva en su oferta de titulaciones. Comenzó ofertando las cinco ramas clásicas de las Ciencias Naturales: Biología, Física, Geología, Matemáticas y Química. Entre los cursos 1994/95 y 2000/01, su oferta se amplía a las licenciaturas de segundo ciclo en Bioquímica, Ingeniería Electrónica, Ingeniería Química y Ciencias Ambientales, pasando a llamarse en el curso 2004/2005 Facultad de Ciencia y Tecnología. Hoy, oferta nueve grados, dos en la rama de Ingeniería (Ingeniería Electrónica e Ingeniería Química), y siete en la de Ciencias (Biología, Bioquímica y Biología Molecular, Biotecnología, Física, Geología, Matemáticas y Química). Se oferta también el doble grado en Física e Ingeniería Electrónica y tres dobles titulaciones internacionales de grado. Esta oferta hace de la Facultad de Ciencia y Tecnología uno de los referentes más importantes del País Vasco en la formación de profesionales capaces de jugar un papel crucial en los retos de nuestra sociedad, desde el desarrollo en nuevas tecnologías, el desarrollo sostenible, la conservación del medio ambiente o la investigación en biociencias.

Los inicios fueron precarios, como se podría esperar ante la difícil situación política de aquellos años. Hoy la facultad es un centro con gran experiencia en docencia, investigación y desarrollo tecnológico, como queda acreditado por las muy buenas posiciones en el ranking de Shanghái de distintas áreas de investigación que se desarrollan en nuestro centro.

La calidad de una facultad no se mide sólo por la excelencia del profesorado, sino también por la calidad de su alumnado: hoy cuenta con estudiantes de primer nivel. Las notas de acceso más elevadas para acceder a las titulaciones universitarias se encuentran en varias de las titulaciones de esta facultad. Un claro ejemplo es la nota de acceso superior a 13, sobre 14, para acceder al doble grado, la más alta de la UPV/EHU.

Tras 50 años de intenso trabajo, 17.500 personas han egresado en licenciatura, ingeniería o grado, y 2.000 se han doctorado. Estas cifras suponen una gran aportación de personal cualificado, profesionales que están trabajando en distintos ámbitos sociales, fundamentalmente en el tejido productivo, pero también en el institucional y el educativo, ocupando muchos de ellos puestos de responsabilidad.

Queremos compartir con la sociedad vasca el trabajo que la Facultad de Ciencia y Tecnología ha desarrollado a lo largo de medio siglo, mediante una investigación de excelencia y una formación rigurosa de profesionales en distintas áreas, mostrando así nuestro orgullo por haber colaborado en el crecimiento económico y social del País Vasco.

Biba Zientzia!, Ciencia Viva.

Todas las actividades programadas las encontrará aquí.

Las actividades programadas en el Bizkaia Aretoa de Bilbao durante los próximos 4 meses son:

Semana de la física

• 20 de marzo

Bilbao Bizkaia Aretoa (Auditorio Baroja)

18:30 Conferencia: A. Sanchez-Lavega: “¿Hay mas vida en el universo?

19:00 Mesa redonda: “Ciencia y Tecnología en el siglo XXI”

-Cristina Oyon (Responsable de Iniciativas Estratégicas del Grupo SPRI),

-Jose Maria Pitarke (Director General del CIC-Nanogune),

-Javier García-Abajo (Prof. Investigación CSIC y Research Prof. ICREA)

-Agustin Sanchez Lavega (Catedrático UPV/EHU)

Moderadora: Eva Caballero (Periodista de radio Euskadi)

• 21 de marzo

Bilbao Bizkaia Aretoa (Auditorio Baroja)

18:00 Conferencia: Roberto Emparan (Research Prof. ICREA y autor del libro de divulgación reciente “Iluminando el lado oscuro del Universo”): “Stephen Hawking: de los agujeros negros a la Teoría del Todo”

Semana de las matemáticas

• 25 de marzo

Bilbao Bizkaia Aretoa. Auditorio Oteiza

18:00 Mesa redonda: “Experiencias Matemáticas en empresa”
Dirigido a: Estudiantes de Bachillerato y de Matemáticas, Orientadores

• 2 de abril

Bilbao Bizkaia Aretoa. Auditorio Mitxelena

19:00 Evento: Judith Rivas (UPV/EHU); Nagore de las Cuevas y Arkaitz Pascuas; Andoni Aresti Dantza Eskola y Mungiako Udal Dantza Eskola : “Pasos de baile a ritmo de matemáticas”
Dirigido a: Público general

Semana de la geología

• 1 de abril

Bilbao Bizkaia Aretoa. Auditorio Oteiza

18:00 Conferencia: Irantzu Guede, doctora de la UPV/EHU en Geología, en Mineralogía Petrología: “Geología en Mitos y Leyendas”.

• 2 de abril

Bilbao Bizkaia Aretoa. Auditorio Oteiza

18:00 Conferencia: Humberto Astibia, catedrático de la UPV/EHU: “Los fósiles, documentos de la historia de la Vida archivados en las rocas”.

Taller. Auditorio Chillida

16:00-20:00 Taller de Geología para familias. Aintzane Goffard (Geologa de la UPV/EHU, ayudante en Estratigrafía-Paleontología) e Irantzu Guede (Doctora de la UPV/EHU en Geología, Mineralogía-Petrología).

• 3 de abril

Bilbao Bizkaia Aretoa. Auditorio Arriaga

18:00 Conferencia: Blanca Martínez, doctora de la UPV/EHU en Geología, en Estratigrafía-Paleontología: “Geología y música”.

• 4 de abril

Bilbao Bizkaia Aretoa (Auditorio por confirmar)

18:00 Conferencia: Ihintza Urain Alberdi, geóloga: “Geologia eta ingurugiroa: Geologoaren papera energia aldaketan eta Lurraren inguruko kultura berri baten aurrean”.

• 8 de abril

Bilbao Bizkaia Aretoa. Auditorio Oteiza

18:00 Conferencia: Jose María Tubía, catedrático de Geodinámica de la UPV/EHU: “Riesgo geológico de los tsunamis”.

Acto central

• 11 de abril

Bilbao Bizkaia Aretoa. Auditorio Mitxelena

18:30 Conferencia: Prado Martín Moruno, 2017 L’Oreal-Unesco awarded Women for Science: “La energía oscura y el destino del Universo”.

Estreno de la obra de baile “GARGANTUA” (basada en el agujero negro GARGANTUA de la película “Interstellar”). Martxel Rodriguez, físico y bailarín profesional. Miembro de “KUKAI dantza taldea”.

Semana de la química

• 29 de abril

Bilbao Bizkaia Aretoa. Auditorio Oteiza

18:00 Conferencia: Oskar González. Profesor del Departamento de Química Analítica:“Artelanetan aurkitu diren gauzarik bitxienak”

• 30 de abril

Bilbao Bizkaia Aretoa. Auditorio Arriaga

18:00 Conferencia: Pascual Román, profesor emérito. Catedrático de Química Inorgánica: “El sesquicentenario de la tabla periódica de los elementos químicos”

• 2 de mayo

Bilbao Bizkaia Aretoa. Auditorio Arriaga

18:00 Conferencia: Jose Luis Vilas, director del Grupo de Química Macromolecular. Departamento de Química Física FCT-EHU: “Hidrogeles: imprimiendo salud”

Semana de la biociencia

• 6 de mayo

Bilbao Bizkaia Aretoa (Auditorio por confirmar)

18:00 Mesa redonda: “Zientzia, jainkoaren esistentzia, zergatik du gizakiak sinisteko beharra”

Otros actos

• 27 de Junio

Bilbao Bizkaia Aretoa (auditorio por confirmar )

19:00 “ZTF/FCTren ekarpena Euskararen Normalizazioan” Conferenciantes: Pedro Miguel Etxenike, Jacinto Iturbe y Jesusmari Txurruka

Acto de clausura. 12 de julio

Bilbao Bizkaia Aretoa

Se comunicará

Sobre el autor: Fernando Plazaola Muguruza es el decano de la Facultad de Ciencia y Tecnología de la UPV/EHU

El artículo Actos por el 50 aniversario de la Facultad de Ciencia y Tecnología de la UPV/EHU se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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Imagen: Gordon Johnson / Pixabay

Una característica peculiar de los seres humanos es que, aunque nacemos con una cabeza de gran tamaño, tardamos en completar el crecimiento y desarrollo del encéfalo. A los dos años de edad alcanza el 85% de su volumen máximo, por lo que ha de seguir creciendo. Por otro lado, no todas sus áreas se desarrollan y maduran a la vez. La corteza cerebral, que es la parte más exterior, madura en último lugar. Y en ese proceso la proporción entre las denominadas materia gris y materia blanca cambia.

La materia gris corresponde a diferentes elementos: cuerpos neuronales y sus dendritas, que son prolongaciones ramificadas a través de las cuales una neurona recibe señales de otras; células de la glía, que dan soporte y protección a las anteriores; capilares sanguíneos, que proporcionan a neuronas y células gliales el oxígeno y los nutrientes que necesitan; y las conexiones entre neuronas, denominadas sinapsis. La materia gris se distribuye en la corteza del cerebro y del cerebelo, así como en numerosas estructuras de ubicación más profunda en el interior del encéfalo.

La materia blanca corresponde a los axones de las neuronas que se encuentran recubiertos por una sustancia lipídica denominada mielina. Un axón es una proyección de forma tubular que conducen señales nerviosas desde el cuerpo de una neurona hasta otras que pueden encontrarse a cierta distancia o hasta células musculares, principalmente. La vaina de mielina que recubre el axón lo aísla, y ayuda, de esa forma, a que los impulsos nerviosos se transmitan más rápida y eficazmente.

El volumen de materia gris de varias regiones de la corteza cerebral alcanza su máximo desarrollo alrededor de los 10 años de edad. Ese incremento refleja un aumento de las conexiones entre neuronas que se producen como consecuencia de la experiencia, el adiestramiento y el aprendizaje. Durante esos años, la actividad encefálica es tan intensa que llega a gastar un 60% de la energía que consume el organismo en reposo, y casi la mitad de las necesidades diarias totales de energía. Hay quienes atribuyen a ese gran consumo de energía el hecho de que el crecimiento del cuerpo durante la niñez sea lento y se prolongue en el tiempo.

A partir de los once o doce años las cosas cambian. El grosor de la materia gris de la corteza cerebral empieza a reducirse, y lo hace de forma sustancial durante la adolescencia. En algunas zonas esa reducción llega a ser del 17% hacia el final del proceso, unos 15 años después. Lo que ocurre, en parte, es que una cierta proporción de las conexiones sinápticas se “podan”, como se dice en la jerga neurocientífica. Esa poda elimina conexiones que no se usan o se usan poco y se mantienen las que más tráfico registran. A la vez aumenta la proporción de materia blanca. Eso es indicio de que los axones que conducen las señales se hacen más gruesos y que aumenta su grado de cobertura por la capa lipídica de mielina. El engrosamiento de los axones y el mayor grado de mielinización promueven una más rápida y eficaz transmisión de impulsos nerviosos y , por lo tanto, una comunicación más eficiente entre la corteza cerebral y el resto de áreas encefálicas. En definitiva: el cerebro funciona mejor.

La maduración de la corteza cerebral requiere tiempo y hace que la adolescencia sea un periodo difícil. Pero durante ese periodo la mente humana aprende a navegar en el complejo entorno social en que se desenvolverá en la edad adulta. La adolescencia puede entenderse así como el precio que paga por ese aprendizaje.

Nota:

Esta anotación es parte de una colección de tres artículos dedicados a la neuropsicología de la adolescencia. Los artículos son El desajuste adolescente, En busca de la identidad personal y este, El cerebro humano tarda en madurar.

——————-

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 cerebro humano tarda en madurar se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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¿Hemos intentando contactar con extraterrestres? Y si es así, ¿cómo y cuándo se ha hecho? ¿Quién lo ha hecho? Y sobre todo, ¿qué se les ha dicho en los mensajes que se han enviado? Todas las respuestas en minuto y medio.

Los vídeos de ¿Preguntas frecuentes? presentan de forma breve y amena cuestiones que, probablemente, nos hayamos planteado en alguna ocasión. Los vídeos, realizados para la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU, se estrenarán en el programa de ciencia Órbita Laika (@orbitalaika_tve), a partir del próximo 18 de marzo todos los lunes a las 22:00 en la 2 de RTVE.

Edición realizada por César Tomé López

El artículo ¿Hemos intentando contactar con extraterrestres? se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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La Facultad de Ciencias de Bilbao comenzó su andadura en el curso 1968/69. 50 años después la Facultad de Ciencia y Tecnología de la UPV/EHU celebra dicho acontecimiento dando a conocer el impacto que la Facultad ha tenido en nuestra sociedad. Publicamos en el Cuaderno de Cultura Científica y en Zientzia Kaiera una serie de artículos que narran algunas de las contribuciones más significativas realizadas a lo largo de estas cinco décadas.

Toma de muestras de bivalvos en los manglares nicaragüenses. Foto: Ionan Marigomez / UPV/EHU

A menudo se critica a la universidad por falta de conexión con la sociedad. Se afirma que la universidad enseña conocimientos arcanos y que la investigación apenas tiene implicaciones prácticas. Este punto de vista es compartido por bastantes universitarios, por lo que algo habrá detrás del mismo. Sin embargo, un poco de perspectiva histórica muestra que hay numerosas interacciones entre la universidad y la sociedad. A título de ejemplo, vamos a analizar cuál ha sido el impacto de la Sección de Biología en la conservación de la naturaleza.

La Sección de Biología comenzó su andadura muy modestamente en la por entonces denominada Facultad de Ciencias de la Universidad de Bilbao. Esta Sección carecía de catedráticos hasta 1975 y, de los tres profesores agregados de aquel momento, ninguno pertenecía a alguna de las áreas de la biología más naturalistas, es decir, la botánica, la zoología o la ecología. Tampoco llegaban fondos para apoyar proyectos de investigación en estos ámbitos. El bum llegó en la segunda mitad de los años 80, cuando se multiplicó el número de profesores, se potenció la formación de doctores y los grupos de investigación comenzaron a recibir financiación pública para el desarrollo de sus proyectos. Los años 90 vieron la aparición de cursos de postgrado tipo máster, como por ejemplo el de “Evaluación y Recuperación Ambiental”, y el afianzamiento de colaboraciones externas de los equipos de investigación. El siglo XXI ha supuesto la puesta de largo de la investigación en muchos de esos grupos, que participan en proyectos multinacionales de indudable repercusión sobre la conservación y el manejo de los recursos naturales, llegando a alcanzar niveles de excelencia y prestigio internacionales.

En estos años, la Facultad de Ciencia y Tecnología ha formado un gran número de personas en Biología, Ciencias Ambientales y otras disciplinas ligadas con la conservación de la naturaleza. Según las estadísticas oficiales, los egresados de la la FCT incluyen más de 3850 licenciados y más de 450 graduados en Biología, a lo que se suman centenares de estudiantes de master y 475 doctores. De ellos, muchos trabajan en ámbitos relacionados con la conservación de la naturaleza. Algunos lo hacen para la administración como técnicos de medio ambiente municipales, en consorcios y mancomunidades, en las diputaciones forales, departamentos del Gobierno Vasco, parques naturales, etc. Otros muchos trabajan en empresas relacionadas con la conservación de la naturaleza, como consultoras (por ejemplo, Anbiotek o Ekolur) o en centros de I+D+I como Neiker o Azti. Otros muchos se han dedicado a la enseñanza, tanto la reglada en institutos, ikastolas, colegios y universidades, como no reglada en aulas de naturaleza, CEIDAs, etc. Finalmente, muchos egresados colaboran en asociaciones y otras entidades en pro de la conservación de la naturaleza, como grupos ecologistas, asociaciones conservacionistas o entidades de estudio e interpretación del medio ambiente como la Sociedad de Ciencias Aranzadi. Aunque es imposible de cuantificar, podemos afirmar que esta masa de gente con una formación en biología y actitudes conservacionistas ha tenido mucho que ver con la transformación que se ha registrado en la forma de entender la relación de la especie humana con el medio ambiente en el País Vasco.

Miembros de la FCT discutiendo un proyecto de restauración en el Parque Natural de Aiako Harria con técnicos de la Diputación Foral de Gipuzkoa, de Aguas del Añarbe de URA y de la Confederación Hidrográfica del Cantábrico. Fuente: Arturo Elosegi.

Por otro lado, algunos equipos de la FCT han sido muy activos en el inventariado y seguimiento de la biodiversidad de nuestro entorno. Por citar sólo algunos de ellos, el laboratorio de zoología abrió varias líneas de investigación sobre fauna fluvial y marina, sobre artrópodos del suelo o sobre moluscos terrestres. A esas líneas posteriormente se han incorporado otros grupos como el de murciélagos. Por su parte, el laboratorio de botánica abrió líneas de investigación sobre algas, musgos, plantas superiores y hongos, así como otra sobre geobotánica, que caracterizó y cartografió las principales comunidades vegetales de nuestro entorno. La información acumulada durante décadas ha sido esencial para caracterizar los lugares más biodiversos del País Vasco, para identificar sus principales factores de riesgo y, entre otras, para diseñar y optimizar la red Natura 2000.

Además de los inventarios de biodiversidad, algunos grupos han trabajado activamente en evaluar el estado de salud del medio ambiente, colaborando en poner las bases del sistema de información medioambiental del País Vasco. Por ejemplo, en los años 80, los entonces laboratorios de zoología y ecología se embarcaron en el primer gran estudio hidrobiológico de los ríos de Bizkaia, así como en la evaluación del estado medioambiental de la ría de Bilbao. El primer trabajo fue la semilla de la que derivó la red de seguimiento de los ríos del País Vasco, actualmente en manos de URA, la Agencia Vasca del Agua, mientras que el segundo comenzó una serie de estudios sobre la salud de nuestra costa. También hay que citar en este apartado al laboratorio de microbiología, que durante muchos años ha colaborado en la determinación de la calidad de las aguas de baño de la Comunidad Autónoma.

Otros grupos han centrado sus estudios en la detección y evaluación de los impactos que causa la actividad humana en la estructura y el funcionamiento de los ecosistemas. El grupo de ecología fluvial ha estudiado el impacto de las prácticas forestales, de la contaminación agrícola y urbana, de las detracciones de agua o del cambio climático en ríos vascos y de otras regiones. Lo que comenzó siendo el laboratorio de citología, por su parte, ha ido convirtiéndose en un grupo de investigación sobre ecotoxicología, que es hoy la base de la Estación Marina de Plentzia, mientras que el grupo de ecotoxicología animal y biodiversidad utiliza especies como centinelas del estado de salud de las aguas continentales. Otras líneas aplicadas han sido el estudio de suelos contaminados, que se ha abordado desde los laboratorios de zoología y fisiología vegetal, o los trabajos más agronómicos realizados en este último. Toda la información obtenida por estos grupos es utilizada por la Diputaciones Forales, por el Gobierno Vasco y por otras entidades en la planificación y gestión del territorio.

Miembros de la FCT revisando trabajos de restauración ecológica en el río Araxes (Gipuzkoa), junto con técnicos de la Diputación Foral de Gipuzkoa, de las empresas Ekolur y Basoinsa, y un científico del IGB de Berlín. Fuente: Arturo Elosegi.

Más allá de la obtención de información, algunos grupos de la Sección han colaborado estrechamente con la administración en trabajos de gestión de poblaciones, comunidades o ecosistemas. Por ejemplo, el grupo de ecología y evolución del comportamiento ha trabajado en la gestión de mamíferos amenazados, como el visón, el desmán ibérico o los murciélagos, el de ecología y gestión del pastoreo en la gestión de la ganadería en pastos de montaña, el grupo de ecofisiología vegetal en la, entre otras, recuperación de suelos degradados o contaminados, y el de ecología fluvial en proyectos de restauración de ríos. Estos trabajos no se han limitado a evaluar el efecto de prácticas de conservación realizadas por la administración, sino que han implicado a la universidad en el diseño, ejecución y seguimiento de estas prácticas, muchas de las cuales han sido pioneras a nivel estatal.

Finalmente, no podemos olvidar el papel de asesoría realizado por muchos miembros de la Sección, en su participación en los patronatos de parques naturales o de la Reserva de la Biosfera de Urdaibai, o en Naturzaintza, el consejo asesor de conservación de la naturaleza del Gobierno Vasco. Además de estas colaboraciones, es habitual que miembros de la Sección participen en reuniones para definir estrategias y planes de la administración, como la Estrategia Española de Restauración de Ríos o la Estrategia Vasca de Biodiversidad.

La Sección de Biología continúa aportando conocimiento sobre los ecosistemas de nuestro entorno, lo cual facilita la gestión de nuestros recursos naturales. Si bien hasta hace bien poco esta aportación de conocimiento residía básicamente en las áreas más naturalistas referidas arriba, hoy en día las herramientas de la biología molecular son esenciales en el estudio de la biodiversidad, lo que aumenta el número de grupos que trabajan en este campo. Por todo ello, es de esperar que la Sección de Biología de la FCT siga teniendo un papel importante en la conservación de la naturaleza en el País Vasco y en el mundo en general.

Sobre los autores: Arturo Elosegi es profesor de ecología en el Departamento de Biología Vegetal y Ecología de la Facultad de Ciencia Tecnología de la UPV/EHU. Jesús Pozo se retiró recientemente del mismo departamento.

El artículo Los biólogos de la UPV/EHU y la conservación de la naturaleza se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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Imagen: Pixabay

La segunda mitad del siglo XX vio nacer la computación y el sueño de la inteligencia artificial —“la ciencia de conseguir que las máquinas hagan cosas que requerirían inteligencia si las hiciesen humanos”, en palabras de Marvin Minsky—, que hoy en día está despertando un renovado interés gracias a la rama del aprendizaje automático. Se trata de un conjunto de técnicas que se benefician de los avances tecnológicos en materia de computación de las últimas dos décadas, y se caracterizan por su capacidad de engullir enormes cantidades de datos para enfrentarse a problemas de gran complejidad. Las aplicaciones son vastas, y ya forman parte de nuestro día a día: se utilizan para detección de fraude, navegación en vehículos autónomos, sistemas de recomendación (de productos, música…), diagnóstico médico, optimización de procesos, juegos… y un largo etcétera.

En todos estos casos, decimos que la máquina aprende. Y sabemos perfectamente cómo aprende (la lógica matemática y computacional subyacente), pero ¿qué aprende exactamente? Esta pregunta, aparentemente sencilla, nos persigue en todas sus aplicaciones. Por ejemplo, ¿qué lleva a AlphaZero a considerar ventajosos los movimientos que hace y que epatan por igual a aficionados y expertos ajedrecistas? Lo cierto es que no lo sabemos. La importancia de la cuestión puede parecer relativa en decisiones no críticas como la recomendación de una película, pero resulta esencial, e incluso abre derivadas éticas, cuando hablamos de cosas como conceder o no conceder un crédito, o la reacción de un coche autónomo ante un accidente.

En realidad, el tipo de problema al que se enfrentan las técnicas de aprendizaje automático es el mismo al que se viene enfrentando la ciencia, estadística mediante, desde su nacimiento: la inferencia de patrones, de generalizaciones, a partir de datos observacionales con el objetivo de obtener predicciones. En otras palabras, dada una entrada X, ¿qué modelo o función “f” genera la salida Y=f(X)? La gran diferencia se encuentra en que tradicionalmente nos hemos enfrentado a problemas para los cuales hay una teoría matemática previa que establece la estructura de “f”. La estadística clásica es la ciencia que estudia los diferentes tipos de modelos “f” y genera las técnicas para obtener y evaluar el mejor ajuste a partir de las observaciones (x, y). Por otro lado, las técnicas de aprendizaje automático de la nueva ciencia de datos son capaces de aprender la función “f” a partir de los datos sin ningún modelo previo, sin ningún conocimiento a priori del problema. La función “f” inferida se encuentra de alguna forma codificada tras el proceso de aprendizaje, pero nos es completamente desconocida y no hay forma de extraerla: es por eso que suelen llamarse “algoritmos de caja negra”.

Así pues, la estadística clásica define modelos matemáticos en los que las relaciones entre variables son explícitas y, por tanto, son directamente interpretables. Pensemos en una simple relación lineal: cuando crece X, crece Y; por tanto, obtenemos un valor grande de Y porque X es grande. En cambio, estos algoritmos de caja negra son capaces de capturar relaciones arbitrariamente complejas y predecir con gran precisión, pero su desventaja a día de hoy es que nos las ocultan, matemáticamente hablando: no somos capaces de interpretar qué propiedades de X influyen en Y.

Por tanto, uno de los grandes retos que la inteligencia artificial tiene por delante es el de intentar obtener conocimiento a partir de la estructura que las máquinas son capaces de extraer de grandes volúmenes de datos. Quizás se logre mediante una formalización matemática de las técnicas actuales, o quizás se desarrolle una nueva estadística ahora desconocida. Sea como sea, aprender de las máquinas puede ser uno de los principales hitos del presente siglo.

Sobre el autor: Iñaki Úcar es doctor en telemática por la Universidad Carlos III de Madrid e investigador postdoctoral del UC3M-Santander Big Data Institute

El artículo Aprendiendo de las máquinas se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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Tengo un acuario en casa. Contiene doscientos peces, de los cuales el 99% son rojos. Quiero conseguir que sólo el 98% de los peces de mi pecera sean colorados, eliminando sólo algunos de este color, pero sin tener que comprar más de otras tonalidades. ¿Cuántos peces rojos debo sacar del acuario?

Imagen: Pixabay

Seguro que son pocos los que debo extraer de mi pecera. Veamos: los peces rojos representan el 99%. Por lo tanto, el 1% no son colorados, es decir, solo hay dos peces que no son rojos en el acuario. Necesito extraer algunos peces rojos para conseguir que estos dos peces lleguen a ser el 2% de los peces del acuario. Así, si dos peces no colorados deben ser el 2% del total, una sencilla regla de tres dice que deben quedar en el acuario ¡solo 98 peces rojos! Es decir, deben sacarse 100 peces rojos para que el porcentaje de peces colorados pase del 99%al 98%. Sorprendente, ¿no?

¿Y qué hago ahora con los cien peces que me sobran? Decido cambiarlos a un colega por cien kilos de patatas. Es justo, ¿no? Un pez por un kilo de patatas… Y se me plantea un nuevo problema.

Tengo 100 kilos de patatas. El 99% de su peso corresponde al agua que contienen. Quiero deshidratarlas para conseguir que contengan solo un 98% de agua. Tras hacerlo, ¿cuánto pesan las patatas? ¡Si sólo pesan 50 kilos! ¿Por qué?

Imagen: Wikimedia Commons.

Veamos: si de esos 100 kilos, 99 kilos son de agua, 1 kilo corresponde a sólido seco. Vaya, parece que estoy teniendo un “déjà vu”… esto me recuerda mucho al caso de los peces rojos. Pero centrémonos, volvamos a los tubérculos. Si tras deshidratar las patatas la parte sólida pasa a ser del 2% del total –que sigue pesando 1 kilo, porque no se ve afectada por la deshidratación– de nuevo puedo hacer una sencilla regla de tres que me dice que debe de haber solo 49 kilos de agua. Así que, efectivamente, las patatas pasan a pesar 50 kilos. Bueno, así me costará menos transportarlas.

Creo que compraré algo de queso para elaborar alguna receta y acompañar a parte de esas patatas. Me gusta el Emmental porque tiene agujeros, y –como todo el mundo sabe– a las personas que nos dedicamos a la topología nos encanta contar agujeros. Para eso se inventó la teoría de homología, ¿no? Para eso, para contar agujeros de diferentes dimensiones y así distinguir espacios no homeomorfos.

Y me ha dado por pensar en los agujeros del queso, que parece que proceden de la fermentación producida por partículas microscópicas de heno presentes en la leche. A ver:

Cuanto más queso Emmental compre, más agujeros habrá. Pero, cuantos más agujeros haya, tendré menos queso. Es decir, cuanto más queso compre… ¡tendré menos queso!

Imagen: Wikimedia Commons.

¡No me lo puedo creer! Y todo esto por culpa de cien peces rojos…

Referencias

• Marta Macho Stadler, La paradoja de los peces colorados, ZTFNews, 4 octubre 2013

• Weisstein, Eric W., Potato Paradox, MathWorld

• Paradoxe du fromage à trous, Wikipédia (consultado el 10 de marzo de 2019)

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 Paradojas: contando peces, pesando patatas y… detectando agujeros se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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3. Los peces en el río

Imagen: V Photography and Art (flickr)

¿Qué ocurre cuando la luz que viaja por un medio (por ejemplo, el aire) alcanza el límite de otro medio (por ejemplo, el vidrio)? Las respuestas a esta pregunta dependen de si se utiliza el modelo de partícula o el de onda para la luz. ¿Qué implica cada uno y cuál es mejor? ¿Cómo explican el siguiente hecho experimental (Figura 1):

Figura 1. Un haz de luz llega con un ángulo de 60º al límite entre dos medios; vemos que una parte es reflejada (también con un ángulo de 60º) y otra pasa al medio 2 con un cambio de dirección. Fuente: Wikimedia Commons

El modelo de onda ya lo hemos tratado aquí para la reflexión y aquí para la refracción. Recordemos las conclusiones principales aplicadas a la luz:

1. Un rayo de luz no es otra cosa que una línea perpendicular a las líneas de cresta de una onda. Un rayo representa la dirección en la que viaja un tren de ondas.

2. En la reflexión, el ángulo de incidencia(Θi) es igual al ángulo de reflexión (Θr), esto es, Θi = Θr

3. La refracción implica un cambio de la longitud de onda y velocidad de la onda a medida que pasa a otro medio. Cuando la velocidad disminuye, la longitud de onda disminuye y el rayo gira en una dirección hacia una línea perpendicular al límite entre los medios. Este giro hacia la perpendicular se observa, por ejemplo, cuando un rayo de luz pasa del aire al vidrio.

Figura 2. El modelo de ondas en acción. Fuente: Cassidy Physics Library

¿Cómo explicar las mismas observaciones mediante el modelo de partículas? Primero tenemos que considerar la naturaleza de la superficie del vidrio. Aunque aparentemente homogénea, estamos en realidad ante una superficie rugosa: un microscopio lo suficientemente potente mostraría que tiene multitud de colinas y valles. Si las partículas de luz fueran similares a pequeñas bolitas de materia, al golpear una superficie tan rugosa lo que cabría esperar es que se dispersasen en todas direcciones. Por tanto, no serían reflejadas ni refractadas. Por lo tanto, hay que refinar el modelo. Newton argumentó que en realidad debe haber “algún rasgo del cuerpo que esté disperso uniformemente sobre su superficie y por el cual este actúa sobre el rayo sin contacto inmediato (some feature of the body which is evenly diffused over its surface and by which it acts upon the ray without immediate contact).

Vamos a seguir la idea de Newton, a ver a donde nos lleva. De entrada, en el caso de la reflexión, la fuerza actuante tendría que ser una que repela las partículas de luz. Pero claro, por la misma regla de tres, es necesaria una una fuerza que atraiga a las partículas de luz en lugar de repelerlas para explicar la refracción. Esto parece que se complica para el modelo de partículas. O no. Veamos

Cuando una partícula de luz se acerca a un límite con otro medio, primero tendría que superar la fuerza repelente. Si lo consiguiera, entonces encontraría una fuerza atractiva en el medio que la atraería hacia el medio. Dado que la fuerza atractiva sería un vector perpendicular a la superficie del medio, tomando como referencia la dirección del movimiento de la partícula ese vector tendría un componente en la dirección del movimiento original de la partícula, lo que implica que la velocidad de la partícula tendría que aumentar. Otra consecuencia es que, si el rayo de partículas se moviera con un ángulo oblicuo al límite, cambiaría de dirección a medida que entrase en el medio, girando hacia la línea perpendicular al límite.

De acuerdo con el modelo de partículas*, por lo tanto, podríamos afirmar lo siguiente:

1. Un rayo representa la dirección en la que se mueven las partículas.

2. En la reflexión, los ángulos de incidencia y reflexión son iguales. Esta predicción se puede derivar aplicando la ley de conservación del momento a partículas repelidas por una fuerza.

3. La refracción implica un cambio de velocidad de las partículas a medida que entran en otro medio. En concreto, cuando actúa una fuerza atractiva, la velocidad aumenta y el rayo cambia de dirección al entrar en el medio.

Figura 3. El modelo de partículas en acción. Fuente: Cassidy Physics Library

Comparemos estas características del modelo de partículas con las características correspondientes del modelo de onda. La única diferencia está en la velocidad predicha para un rayo refractado. Observamos que un rayo se curva hacia la línea perpendicular cuando la luz pasa del aire al vidrio. El modelo de partículas predice que la luz tiene una velocidad mayor en el segundo medio. El modelo de ondas predice que la luz tiene una velocidad menor.

Podríamos pensar que no hay nada más fácil para averiguar qué modelo es el más correcto: diseñar un experimento para determinar qué predicción es correcta. Todo lo que uno tiene que hacer es medir la velocidad de la luz después de que haya entrado en el vidrio o en el agua y compararla con la velocidad de la luz en el aire. Pero no. A a finales del siglo XVII y principios del siglo XVIII, cuando Huygens argumentaba a favor del modelo de onda y Newton apoyaba el modelo de partículas, ningún experimento de este tipo era posible. La única forma disponible de medir la velocidad de la luz era la astronómica.

No sería hasta mediados del siglo XIX que Armand H.L. Fizeau y Jean B.L. Foucault conseguirían medir la velocidad de la luz en el agua. Los resultados concuerdan con las predicciones del modelo de onda: la velocidad de la luz es menor en el agua que en el aire.

Los experimentos de Foucault-Fizeau de 1850 se consideraron como el último clavo en el ataúd del modelo newtoniano de partículas para la luz, ya que, cuando se realizaron estos experimentos, buena parte de la comunidad científica ya había aceptado el modelo de onda por otras razones. Algunas de estas se derivaron del trabajo del científico inglés Thomas Young, y serán las que veamos a continuación.

Nota:

* Implícitamente en el argumento está la asunción sobre el límite del tamaño de las “partículas” de luz de Newton. Las partículas deben ser al menos tan pequeñas como las irregularidades en la superficie de un vidrio. Si fuesen mayores tendríamos el mismo efecto que una pelota de tenis rebotando en el rugoso suelo de hormigón, solo reflexión.

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

El artículo Reflexión y refracción de la luz se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Refracción de ondas
2. Aplicaciones de la reflexión de ondas: el sonar
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María Begoña Medel Bermejo

El alumnado del Grado en Creación y Diseño de la Facultad de Bellas Artes de la UPV/EHU comienza a adentrarse en el mundo del Diseño durante su tercer curso con una asignatura cuyo nombre es Diseño Gráfico.

Existe una discusión recurrente sobre la existencia o no de alguna diferencia entre el Arte y el Diseño. Desde esta asignatura, que imparto desde hace casi 30 años, suelo insistir en el hecho de que una de las características fundamentales, si no la más destacable, es la presencia de un cliente con una necesidad de comunicación. El cliente es el elemento que nos convierte en los profesionales intermediarios que resuelven un problema de comunicación, aplicando los conocimientos sobre el funcionamiento de la percepción humana en la creación de un conjunto único y original de imágenes y textos significantes que transmitirán el mensaje que se necesite.

Suele suceder que en el aula trabajamos con supuestos en los que el rol de cliente lo asume el docente o los propios alumnos, de manera rotativa. Pero, algunas veces tenemos la suerte de enfrentarnos a problemas reales para los que desarrollar soluciones de comunicación gráfica.

Durante este curso 2018-2019, de acuerdo con la Guía Docente de la asignatura Diseño Gráfico, el último proyecto que el alumnado debía desarrollar era un cartel.

Ya habíamos colaborado en otras ocasiones con otras facultades y entidades públicas en temas similares pero, nunca habíamos trabajado con la Facultad de Ciencia y Tecnología.

Tener como cliente a alguien cuyo día a día es tan diferente del nuestro era el mayor atractivo que encontré a esta posibilidad. La innovación, la creación nunca surge si trabajamos dentro de nuestra área de confort. Salir de lo común, de lo reiterativo, supone colocarse en ese lugar que resulta incómodo porque no lo conocemos, y mirar todo aquello que vamos descubriendo con ojos limpios.

Por todo lo dicho hasta ahora me puse en contacto con algunos profesores del área de Matemáticas para preguntarles si tenían algún tema en el que pudiéramos colaborar. La respuesta fue inmediata y muy positiva, necesitaban publicitar la jornada BCAM-Naukas en el día de Pi y era posible colaborar. Participar en un evento organizado por la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU, Naukas y BCAM (Basque Center for Applied Mathematics) ha sido un reto para el alumnado y la oportunidad de hacer algo que no quedara entre las paredes de la clase como un proyecto académico más, si no que consiguiera trascender y llegar al público colocando a ambas facultades y a la UPV/EHU en el punto de mira de nuestro cliente específico, el posible futuro alumnado.

Ya teníamos el tema para el proyecto de cartel de este curso.

En clase, cuando planteé el tema, hubo todo tipo de reacciones: desde el entusiasmo al temor ante lo desconocido. Pero, en general, fue bien acogido dado que la posibilidad de hacer algo real suele ser muy valorada por el alumnado.

Participaron 56 alumnas y alumnos de dos grupos, castellano y euskera, de tercer curso del grado en Creación y Diseño. Cada uno de ellos debía llevar a cabo una labor de recopilación de información sobre el tema que les permitiera llegar a concebir al menos tres conceptos totalmente diferentes que sirvieran para comunicar la celebración del día de Pi.

Cuando desarrollamos conceptos de comunicación gráfica trabajamos la creatividad desde diversos lugares para poder encontrar esa imagen que consiga atraer la atención del espectador estableciendo un vínculo emocional al conseguir descifrar el mensaje. Se trata de hacer sonreír a nuestro cerebro.

Creo que el resultado obtenido este curso permite constatar que el acercamiento al mundo de las matemáticas permite una multiplicidad de caminos. Como colofón de esta experiencia se han seleccionado dos carteles: el de Paula Castro como cartel de la jornada del 13 de marzo de 2019 y el de Jone Aldalur para comunicar la realización de talleres para escolares. Se trata de las dos primeras imágenes que aparecen a continuación junto con otros 10 carteles que fueron pre-seleccionados:

Obra de Paula Castro. Éste ha sido el cartel seleccionado como imagen general del día de Pi. La relación y conexión entre la ciencia y la profundidad del cosmos se ha realizado mediante la utilización de la imagen icónica de la luna, que representa la circunferencia, y la estela de condensación que genera el cohete en referencia al diámetro.Obra de Jone Aldalur. Se utilizó la imagen para informar sobre los talleres del día de Pi. Las pelotas con números Pi dentro del frasco tienen colores llamativos para atrapar nuestra mirada y a su vez nos remiten a los juegos de azar en los que esos números pueden decidir nuestra suerte. Obra de José Manuel García. Un contraluz crea un ambiente narrativo en el que el número Pi aparece sobre una colina desde la que surge un camino de estrellas hacia el cielo.Obra de David von Heeren. Gestos positivos realizados con las manos nos sirven para crear una pequeña adivinanza ayudados por los personajes del fondo, que nos proporcionan la pista necesaria para encontrar la clave.Obra de Jon Flores. A veces se ve más lo que no está que lo que está. Se trabaja con la elipsis repetida del elemento fundamental del cartel. Si no lo leemos en voz alta puede que no seamos capaces de descubrir el juego visual.Obra de Ainhoa Simpler. Como si fuera un juego solitario aparecen las cartas en grupos que remiten a las primeras cifras del número Pi y en cada una de ellas descubrimos la imagen de una matemática famosa.Obra de Maialen Sayans. El todo y sus partes. Los primeros números de la sucesión infinita de Pi colocados en visión frontal se convierten en un juego de transparencias que crean otra realidad.Obra de Eva Muñoz. Hasta ahora muchos matemáticos han perdido el sueño investigando el número Pi y tomando café para mantenerse despiertos. La huella del café sobre la mesa es un guiño a la circunferencia y su diámetro.Obra de Mikel Larena. Juego de transparencias con la sucesión del número Pi.Obra de Anne Fernandez. Un papel arrugado con forma esférica repleto de fórmulas matemáticas aparece en primer plano con un fondo realizado con una regla de círculos.Obra de 11 Laiene Pagazaurtundua. Metáfora visual “el árbol de la ciencia”Obra de Lukas Zelaia. Sustitución de un elemento arquitectónico por un Pi gigante que genera en el espectador nuevos puntos de vista y relaciones emocionales con la imagen mediante esta conexión inusual.

Todas ellas son imágenes muy diferentes que aportan acercamientos originales al concepto de PI desde el mundo del Diseño Gráfico.

Esperamos seguir colaborando en próximas ediciones siempre mejorando la presente y que sea de nuevo una experiencia enriquecedora para ambas facultades.

Sobre la autora: María Begoña Medel Bermejo es Doctora en Bellas Artes y profesora del Grado en Creación y Diseño BBAA/AAEE de la UPV /EHU

El artículo Un cartel para el día de pi se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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Además de las secreciones pancreáticas, el intestino delgado también recibe secreciones procedentes del sistema biliar, que está formado por el hígado y la vesícula biliar. Nos referimos, en concreto, a la bilis y, en particular, a las sales biliares. Es este el principal asunto que trataremos en esta anotación.

Higado y vesícula biliar humanos. Imagen: cancer.org

Pero eso será algo más adelante, porque al hígado corresponden funciones adicionales de gran relevancia que queremos consignar aquí para dejar constancia de ellas. Para empezar, es el órgano que gobierna el metabolismo del conjunto del organismo; podría decirse que es el órgano metabólico maestro, su director. Se ocupa del procesamiento metabólico de proteínas, carbohidratos y lípidos, tras su absorción en el intestino, incluyendo también la gluconeogénesis (síntesis metabólica de glucosa a partir de precursores no glucídicos). Y almacena glucógeno y grasas, a la vez que otras sustancias de menor relevancia cuantitativa, como hierro, cobre y varias vitaminas.

El hígado también se ocupa de degradar productos residuales y hormonas, además de eliminar agentes tóxicos y sustancias, procedentes del exterior, sin utilidad biológica o potencialmente peligrosas (fármacos, por ejemplo). También sintetiza proteínas y lipoproteínas plasmáticas, entre las que se encuentran las que participan en la coagulación de la sangre y las que transportan fosfolípidos, colesterol y hormonas esteroideas y tiroideas.

A las tareas anteriores, hay que añadir que activa la vitamina D (tarea compartida con el riñón); elimina, mediante el concurso de sus macrófagos (células de Kupffer), bacterias y glóbulos rojos que ya han finalizado su vida útil; secreta las hormonas trombopoietina (estimula la producción de plaquetas), hepcidina (regula el metabolismo del hierro en mamíferos), IGF 1 o factor de crecimiento insulínico 1 (estimula el crecimiento); excreta el colesterol y la biliverdina y bilirrubina, que son productos derivados de la degradación de la hemoglobina; y en algunas especies de mamíferos (no en primates y conejillos de India) y de aves sintetiza ácido ascórbico (vitamina C).

Es de destacar que con la excepción de las células de Kupffer, todas las funciones aquí consignadas son realizadas por un mismo tipo celular, el hepatocito. Por lo tanto, no hay diferenciación de funciones con arreglo a tipos celulares (puesto que solo hay los dos citados), sino en virtud de los orgánulos en que se desarrolla cada una de ellas. En ellos radica la función y esta se diferencia de unos orgánulos a otros.

El hígado es un órgano muy irrigado, y el flujo sanguíneo en su interior está organizado de tal modo que cada hepatocito está en contacto con sangre venosa proveniente del tubo digestivo y sangre arterial procedente de la aorta. Los capilares procedentes del intestino se van agrupando hasta confluir en la vena porta hepática que penetra en el hígado donde se vuelve a ramificar en múltiples capilares, formando una red de (los denominados) sinusoides hepáticos. Esos sinusoides son los que permiten que la sangre procedente directamente del estómago e intestino delgado difunda a todas las células del hígado para que provean a estos de las sustancias absorbidas. La sangre sale del órgano con los productos elaborados o expulsados para su eliminación (como la urea, por ejemplo) y lo hace a través de la vena hepática, en la que confluyen los capilares que lo drenan. Además de la sangre procedente del digestivo, al hígado también le llega sangre arterial con oxígeno y otras sustancias procedentes del conjunto del organismo para su procesamiento en los hepatocitos.

El hígado se organiza en lóbulos, disposiciones hexagonales de tejido en torno a una vena central. A lo largo de los vértices exteriores de los lóbulos discurren una rama de la vena porta hepática, otra de la arteria hepática y un ducto biliar. De la vena y arteria citadas salen amplios sinusoides que se dirigen hacia la vena central. Las células de Kupffer tapizan los sinusoides, atrapan a cuantas bacterias y eritrocitos fuera de servicio se encuentran, y los eliminan. Los hepatocitos se disponen en placas de dos células cada una, de manera que todas se encuentran en contacto con los vasos sanguíneos, como hemos dicho antes. Las venas centrales de cada lóbulo convergen en la vena hepática que es la que sale del hígado y se une a la vena cava inferior.

El canalículo de la bilis discurre entre las dos células de cada placa, recibiendo secreción biliar de todas ellas. Los canalículos se dirigen hacia el exterior del lóbulo y transportan así la bilis hasta los ductos que se encuentran en los vértices de los hexágonos (lóbulos hepáticos); los ductos de cada lóbulo acaban agrupándose en el ducto hepático común, que es el que lleva la bilis al duodeno.

El hígado produce bilis de forma permanente, pero el acceso de la bilis al duodeno se encuentra controlado por el esfínter de Oddi, que solo permite su paso cuando hay quimo en el duodeno y puede, por lo tanto, ser utilizado. Cuando el esfínter se encuentra cerrado las sales biliares se acumulan en la vesícula biliar, que hace las veces de depósito. Con cada comida la bilis entra en el duodeno debido al vaciado de la vesícula y al aumento en la producción a cargo del hígado. Los seres humanos producimos entre 250 ml y 1 l de bilis cada día. El mensajero que desencadena la contracción de la vesícula y la relajación del esfínter de Oddi es la hormona CCK (la colecistoquinina que vimos en El páncreas) y que se libera por efecto de la presencia de grasa en el duodeno.

Imagen: Wikimedia Commons

La bilis contiene colesterol, lecitina, sales biliares, y bilirrubina y biliverdina, y estas sustancias se encuentran en una solución ligeramente básica, similar a la producida por las células de los ductos del páncreas. Las sales biliares son derivados del colesterol y participan en la digestión y absorción de las grasas debido a su acción detergente y a la formación de micelas. Tras su intervención la digestión de lípidos, son reabsorbidas mediante transporte activo en el íleon, la zona terminal del intestino delgado. De allí, a través del sistema porta, vuelven al hígado. Se calcula que en promedio, en cada comida unas mismas sales circulan dos veces por el duodeno e intestino delgado, y que cada día se pierden con las heces un 5% de las sales biliares. Su pérdida es repuesta por los hepatocitos de manera que el total se mantiene constante.

Emulsificación de los lípidos por las sales biliares. Imagen: Wikimedia Commons

Las sales biliares intervienen en la digestión de las grasas favoreciendo su emulsificación. Convierten gotas grandes de lípidos en gotas de muy pequeño tamaño suspendidas en el quimo acuoso. De esa forma aumenta muchísimo la relación superficie/volumen y exponiendo una mayor superficie micelar a la acción de la lipasa pancreática, de manera que esta puede atacar las moléculas de triglicéridos. Sin la formación de emulsiones, la mayor parte de esos triglicéridos quedarían en el interior de las gotas grandes lejos del alcance enzimático.

Las sales biliares actúan como los jabones. Ambos son anfipáticos: contienen una porción hidrofóbica (un esteroide derivado del colesterol) y otra hidrofílica con carga negativa (una taurina o glicina) . Las sales se adsorben a la superficie de una gota de grasa, con una orientación acorde a su naturaleza; esto es, la porción liposoluble interactúa con la superficie de la gota lipídica, mientras que la porción cargada queda orientada hacia el exterior y disuelta en agua. Los movimientos intestinales ayudan a fragmentar esas gotas lipídicas y hacer que sean cada vez más pequeñas. En ausencia de sales biliares (detergente), las pequeñas gotas tenderían a caolescer, volviéndose a formar grandes gotas. Pero eso no ocurre porque las cargas negativas solubles en agua lo impiden; forman una especie de capa de cargas negativas que se repelen unas a otras, de manera que no llegan a entrar en contacto. Las gotas lipídicas pequeñas tienen un diámetro que varía entre 200 y 5000 nm.

Para la digestión de las grasas es esencial el concurso de la lipasa procedente del páncreas. La acción de esta enzima es efectiva porque el páncreas secreta la coenzima colipasa, también un péptido alifático, que ocupa el lugar de algunas sales biliares en la superficie de las gotas lipídicas y desde esa posición se une a la lipasa de manera que esta pueda hacer su trabajo. La enzima queda así enganchada a la superficie de las gotas, rodeada de sales biliares, pero de tal forma que puede actuar directamente sobre las moléculas lipídicas.

La absorción de lípidos en el intestino se produce gracias a la formación de micelas. Las micelas son estructuras de entre 3 y 10 nm de diámetro en las que intervienen, además de las sales biliares, el fosfolípido lecitina y el colesterol. La lecitina, como las sales biliares, es anfipática, de manera que se asocia con las sales formando agrupaciones cuya porción hidrofóbica se dispone en el interior, junto al colesterol, y la porción hidrofílica en el exterior. De esa forma, moléculas hidrofóbicas que resultan de la digestión de los lípidos (monoglicéridos, ácidos grasos libres y vitaminas liposolubles) son transportados en emulsión acuosa, gracias a la cubierta hidrofílica, hasta los enclaves del epitelio intestinal donde son absorbidos.

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 hígado y la vesícula biliar se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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Para empezar y como ejemplo nos sirve la Comunidad Autónoma del País Vasco. El 27 de diciembre de 2016 aprobó el Consejo del Gobierno Vasco el Plan Especial de Emergencias por Riesgo de Incendios Forestales. En el texto, en la página 9, aparece un cuadro con la superficie quemada en la Comunidad entre 1985 y 2012. El máximo está en el catastrófico 1989, en el mes de diciembre, con más de 27000 hectáreas de superficie arbolada. Fue una sequía en invierno, después de una larga sequía estival, y con fuertes vientos que dificultaban la extinción de los incendios.

El siguiente año en superficie quemada fue 1985, con casi 2600 hectáreas, seguido de 2002 con 700 hectáreas y 1995 con 600 hectáreas. En 2011 fueron 140 hectáreas y en 2012, último año con datos en este Plan, fueron 175 hectáreas. En España, y según datos del Ministerio de Medio Ambiente, los años recientes con más de 400000 hectáreas quemadas fueron 1985, 1989 y 1994.

Estos son los datos para la Comunidad y para España y no hay que olvidar que a nivel del planeta, más o menos el 3% de su superficie se quema cada año. Los incendios forestales aparecen cuando las plantas colonizan la tierra, en bosques de entre 350 y 400 millones de años de antigüedad. Hay restos de carbón de incendios tan antiguos como del Silúrico, hace unos 400 millones de años.

Cada fuego es una combinación particular de frecuencia, intensidad, tamaño, estación, tipo de propagación y extensión. Pero, también es evidente que los incendios influyen, además de todo lo que significan como suceso público, en nuestra percepción del entorno, en concreto, del paisaje. Francisco Lloret y sus colegas, de la Universitat Autònoma de Barcelona, han estudiado los cambios en el paisaje en el municipio de Tivissa, en Tarragona, entre 1956 y 1993.

Tivissa. Imagen: Wikimedia Commons

Es un municipio agrícola con zonas difíciles y poco productivas que se han abandonado en los últimos años, y se han cubierto de matorrales que han homogeneizado el paisaje. Además, ha disminuido la superficie de bosques. Los autores encuentran que los incendios son más probables en áreas homogéneas con árboles, y provocan que el paisaje posterior también sea homogéneo.

Concluyen que, en las zonas con actividad humana el paisaje es más heterogéneo, por ejemplo, con distintas actividades agrícolas y modelos de explotación de la tierra, y los incendios se controlan mejor quizá por ser heterogéneas, con diferentes plantaciones que, a su vez, tienen diferente capacidad de incendiarse. Y, además, los que se aprovechan de las actividades agrícolas procuran defenderlas del fuego y no provocar incendios.

En las zonas sin actividad agrícola, muy iguales, con árboles y arbustos, los incendios se extienden con más facilidad y provocan, después y en primer término, mayor diversidad.

Es evidente que, sea a más o a menos diversidad, los incendios influyen en el paisaje y en nuestra precepción del mismo.

El incendio acercándose al complejo de Old Faithful en el Parque Nacional de Yellowstone (Estados Unidos) en 1988. Imagen: Wikimedia Commons

Sin embargo, un paisaje quemado se puede recuperar, quizá no exactamente igual al que existía antes del fuego, y puede convertirse en un área ecológicamente saludable. Fue el año 1988, en una gran sequía que, al año siguiente, en 1989, provocaría los incendios en el País Vasco, cuando ocurrió el gran incendio en Estados Unidos, en el Parque Nacional de Yellowstone, en el que ardieron más de 600000 hectáreas, algo así como Gipuzkoa, Bizkaia y gran parte de Álava. Fue uno de los mayores incendios forestales en una zona templada que aparece en la historia escrita. Daniel Donato y su grupo, del Departamento de Recursos Naturales del Estado de Washington en Olympia, nos cuentan cómo está el parque 24 años después.

Las zonas centrales del bosque, más tupidas y con más árboles, se han regenerado con fuerza y no ha influido la severidad del incendio. Las zonas más secas, con menos árboles, se han recuperado peor, en más tiempo, y, sobre todo, lo hacían con más eficacia si cerca habían quedado parcelas pequeñas sin quemar que pueden funcionar como reserva de semillas.

Una de las zonas de pino de Yellowstone que ardieron en 1988 tal y como se encontraba en 2006. El pino que sobrevivió (a la izquierda) es un Picea engelmannii, los jóvenes, Pinus contorta. Imagen: Wikimedia Commons

La regeneración culminó, en general, a los 15 años del incendio aunque, en las mejores zonas, el crecimiento ha continuado. A los 24 años, en esas zonas de bosque más maduro, el reemplazamiento de los árboles anteriores al incendio está completo. En las áreas más secas y con menos bosque, ha quedado, en muchos lugares, una estepa herbácea que necesitará varias décadas o, incluso, teniendo en cuenta el calentamiento global, nunca volverá a ser bosque.

Los resultados sobre incendios en la Península Ibérica son parecidos, tanto en Galicia, según el grupo de Otilia Reyes, de la Universidad de Santiago de Compostela, como en Cataluña, según Santiago Martín y Lluis Coll, del Centro de Ciencias Forestales de Solsona.

Son dos paisajes diferentes en dos climas distintos, en el oeste y este de la Península. En ambos casos, los incendios fueron en bosques de pinos, con el pino marítimo (Pinus pinaster), en Serres, en la costa de A Coruña y en 2014, un año antes del estudio, y pino laricio (Pinus nigra) en el centro de Cataluña y en 1998, siete años anterior al estudio.

Los resultados son parecidos y, como en Yellowstone, cuanto más potente es el bosque original, mejor se recupera. Y, también, ayuda la presencia de pequeñas parcelas no quemadas como origen de semillas para repoblar. Solo en las zonas más secas aparecen áreas con arbustos o praderas. Para la recuperación de las zonas con buen bosque original no se necesita ninguna intervención.

Como nos cuentan William Bond y John Keeley, de las universidades de El Cabo, en Sudáfrica, y de California en Los Angeles, grandes áreas del mundo arden de manera regular y, por tanto, los ecosistemas se han incendiado durante cientos de millones de años. Hay evidencias de incendios de hace 420 millones de años, desde la aparición de las plantas terrestres. Así se ha construido el paisaje que conocemos y se mantienen la estructura y la función de esos ecosistemas, muy adaptados a los incendios periódicos. Por tanto, los incendios son una fuerza evolutiva de selección natural lo que implica que los bosques que ahora conocemos se han seleccionado y aguantan y se recuperan de los incendios porque así se han formado. Y el fuego estimula la regeneración con, por ejemplo, semillas que germinan estimuladas por el calor o por sustancias químicas emitidas por la madera quemada o, también, la floración acelerada por el fuego.

Después de revisar incendios y diversidad de plantas en todo el planeta, excepto la Antártida, y desde finales del siglo XX hasta inicios de XXI, Juli Pausas y Eloi Ribeiro, del CIDE-CSIC de Montcada, en Valencia, y del ISRIC de Wageningen, en Holanda, han recopilado casi 200 millones de citas. Sus resultados demuestran que la mayor diversidad de plantas se da con la mayor productividad y, también, con la actividad de incendios. Así, el fuego explica una proporción significativa de la diversidad de las plantas. En conclusión, el fuego aumenta la heterogeneidad del paisaje y crea nuevos nichos con oportunidades para una gran variedad de especies.

Paisaje un año después de un incendio en un bosque de pinos. Imagen: Wikimedia Commons

Las plantas adaptadas al fuego han seleccionado determinadas características que les benefician en caso de incendio. En las áreas con clima mediterráneo, como la propia cuenca del Mediterráneo, California, región de El Cabo en Sudáfrica y Chile, el grupo de Philip Rundel, de la Universidad de California en Los Angeles, han revisado el número de especies vegetales adaptadas al fuego. En el Mediterráneo abundan las plantas que rebrotan después del incendio; tienen germinación estimulada por el fuego, sea por el calor, o por el humo; y florecen estimuladas por el fuego. Para estas especies, el fuego ha sido un estímulo importante para la diversificación y aparición de nuevas especies.

Como resumen final sirve la publicación de Juli Pausas y Jon Keeley, del Centro de Investigación sobre Desertificación del CSIC en Valencia y del Servicio Geológico de Estados Unidos respectivamente, cuando escriben que no solo el clima y el suelo explican la distribución de las especies animales y vegetales en el planeta, también interviene el fuego. Desde hace mucho tiempo, unos 400 millones de años, impulsando la aparición de especies nuevas adaptadas a los incendios periódicos. Sin embargo, nuestra especie ha cambiado la relación entre el fuego y los seres vivos. Primero, Homo utilizó el fuego para adaptar el entorno a sus necesidades. Pero, y en segundo lugar, lo hace con tal intensidad y extensión que cambió muchos ecosistemas y pone en peligro la sostenibilidad.

Referencias:

Archibald, S. et al. 2018. Biological and geophysical feedbacks with fire in the Earth system. Environmental Research Letters 13: 033003.

Bond, W.J. & Keeley, J.E. 2005. Fire as a global “herbivore”: the ecology and evolution of flammable ecosystems. Trends in Ecology and Evolution 20: 387-394.

Bowman, D.M.J.S. et al. 2009. Fire in the Earth system. Science 324: 481-484.

Donato, D.C. et al. 2016. Regeneration of montane forests 24 years after the 1988 Yellowstone fires: A fire-catalyzed shift in lower treelines? Ecosphere 7: e01410

Pausas, J.G. & Keeley, J.E. 2009. A burning story: The role of fire in the history of life. BioScience 59: 593-601.

Pausas, J.G. & Ribeiro. E. 2017. Fire and plant diversity at the global scale. Global Ecology and Biogeography DOI: 10.1111/geb.12596

Rundel, P.W. et al. 2018. Fire and plant diversification in Mediterranean-climate regions. Frontiers in Plant Science 9: 851.

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 La adaptación a los incendios forestales se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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Si cerrásemos los ojos para visualizar la imagen de un geólogo, probablemente imaginaríamos a una persona descubriendo fósiles y recopilando y coleccionando minerales. No obstante, esta disciplina académica cuenta con muchísimas más aplicaciones desconocidas para gran parte de la sociedad.

Con el objetivo de dar visibilidad a esos otros aspectos que también forman parte de este campo científico nacieron las jornadas divulgativas “Abre los ojos y mira lo que pisas: Geología para miopes, poetas y despistados”, que se celebraron los días 22 y 23 de noviembre de 2018 en el Bizkaia Aretoa de la UPV/EHU en Bilbao.

La iniciativa estuvo organizada por miembros de la Sección de Geología de la Facultad de Ciencia y Tecnología de la UPV/EHU, en colaboración con el Vicerrectorado del Campus de Bizkaia, el Ente Vasco de la Energía (EVE-EEE), el Departamento de Medio Ambiente, Planificación Territorial y Vivienda del Gobierno Vasco, el Geoparque mundial UNESCO de la Costa Vasca y la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU.

Los invitados, expertos en campos como la arquitectura, el turismo o el cambio climático, se encargaron de mostrar el lado más práctico y aplicado de la geología, así como de visibilizar la importancia de esta ciencia en otros ámbitos de especialización.

Asier Hilario, director científico del Geoparque de la Costa Vasca, se encarga de ahondar en la geología como recurso. Algunos de los principales destinos turísticos del mundo son pura geología, tienen millones de visitantes y aunque muchos no lo sepan, hay algo de esa geología que les interesa. Desde su experiencia, expone las principales claves y oportunidades del geoturismo para crear destinos de turismo innovadores y sostenibles que fomenten el disfrute y conocimiento de las ciencias de la Tierra.

Edición realizada por César Tomé López

El artículo ¿Existe el geoturismo? se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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La Facultad de Ciencias de Bilbao comenzó su andadura en el curso 1968/69. 50 años después la Facultad de Ciencia y Tecnología de la UPV/EHU celebrará dicho acontecimiento dando a conocer el impacto que la Facultad ha tenido en nuestra sociedad. Durante las próximas semanas en el Cuaderno de Cultura Científica y en Zientzia Kaiera se publicarán regularmente artículos que narren algunas de las contribuciones más significativas realizadas a lo largo de estas cinco décadas. Comenzamos con la serie “Espectrometría de masas”, técnica analítica que supone el ejemplo perfecto del incesante avance de la Ciencia y la Tecnología.

La espectrometría de masas (MS) es una técnica habitual entre los químicos desde hace ya 100 años, pero no fue hasta hace 3 décadas que se empezó a utilizar como técnica de análisis de proteínas. Para analizar un analito mediante espectrometría de masas (MS) es necesario ionizar dicho analito y pasarlo a fase gaseosa. Durante mucho tiempo, la posibilidad de ionizar macromoléculas como las proteínas o fragmentos de proteínas, es decir péptidos, y pasarlos a fase gaseosa se consideraba una tarea tan posible como hacer volar a un elefante. Sin embargo, el desarrollo y comercialización de dos métodos de ionización a los que se denominó ionización “suave”, demostraron que era posible analizar macromoléculas del tamaño de las proteínas, tanto en disolución como en estado seco cristalino; éstos métodos de ionización se conocen hoy día como ionización electrospray (ESI) y ionización por desorción láser asistida por matriz, (matrix assisted laser desorption ionization) (MALDI). En ESI, se aplica un alto voltaje a la solución que contiene el analito a su paso por una fina aguja perforada. A medida que se va evaporando la solución con las moléculas cargadas, se va reduciendo el tamaño de las gotas, hasta conseguir que pasen a estado gaseoso. Por su parte, en MALDI se dispara con láser a una placa de acero en la que se ha secado el analito junto con una matriz. La matriz absorbe la energía del láser que a su vez se transfiere a la muestra, haciendo que cambie a estado gaseoso.

Pero, ¿por qué las proteínas? ¿a qué viene ese interés por analizarlas? La razón es que las proteínas son las moléculas fundamentales de todos los seres vivos. Las proteínas son las encargadas de realizar diversas tareas en nuestras células; entre otras, catalizan reacciones químicas, transportan moléculas, mantienen la estructura celular y nos protegen frente a los patógenos. Nuestro cuerpo está formado por trillones de células, y cada una de ellas cuenta con miles de proteínas diferentes. De hecho, dependiendo del catálogo o conjunto de proteínas que contenga un tipo de célula, llevará a cabo unas u otras funciones y tendrá unas u otras características. Todas las células de un ser vivo contienen la misma información genética, es decir, el genoma de todas sus células es idéntico. La información necesaria para producir cada proteína está escrita en los genes. Dicho de otro modo, los genes son las recetas que se siguen para crear las proteínas, y dependiendo de las recetas que se utilicen en cada momento, se producirán unas proteínas u otras. Se denomina proteoma a la colección de proteínas de las que dispone una célula en un momento concreto. A diferencia del genoma, el proteoma celular varía continuamente; en respuesta a cualquier estímulo que llegue a las células, o cuando deben hacer frente a cualquier ataque, es decir, con el fin de adaptarse al entorno, las células producirán diferentes proteínas que trabajarán conjuntamente. Esto explica cómo, contando ambas con el mismo genoma, una oruga se convierta en mariposa (Imagen 1).

Imagen 1. Papilio machaon oruga (a) y mariposa (b). Fuente: Wikimedia Commons.

Las proteínas, al igual que nosotros, tienen sus propias «redes sociales». Cumplen sus funciones interaccionando entre ellas más que individualmente. A pesar de ello, estas interacciones suelen ser, en la mayoría de los casos, temporales. Se crean y se destruyen según las necesidades celulares. Habiendo millones de proteínas en la células, la red de interacciones intracelulares es tan compleja como la que puede haber entre todas las personas del planeta. El funcionamiento de esa red de proteínas condicionará la salud de la célula y, en consecuencia, la de todo el organismo. Por eso es tan importante estudiar las proteínas y sus interacciones, es decir, los proteomas, e intentar interpretarlos en su conjunto. En consecuencia, uno de los retos fundamentales de la biología actual es describir los proteomas cualitativamente y cuantitativamente. Dicho objetivo parece alcanzable y pocos dudan del liderazgo que ha tomado la proteómica en este camino.

La proteómica estudia los proteomas. Fue en 1975 cuando por primera vez se separaron miles de proteínas de la bacteria Escherichia coli mediante electroforesis bidimensional en gel (2DE). Sin embargo, la identificación de dichas proteínas, concretar cuáles eran exactamente, constituía otro reto diferente. Para abordarlo, fue necesario, tanto desarrollar técnicas de secuenciación parcial, léase degradación de Edman, como ajustar la propia técnica de espectrometría de masas (MS) al análisis de proteínas. La MS es, a día de hoy, el método que se utiliza habitualmente para identificar proteínas. Para poder interpretar los proteomas en su conjunto, además de identificar las proteínas, hay que cuantificarlas. Los primeros pasos para la cuantificación de proteínas se dieron mediante el análisis de imágenes de los geles de 2DE. Si bien sigue siendo una técnica adecuada para el análisis proteómico, hoy en día ocupa un segundo lugar, muy por detrás de la proteómica basada en la espectrometría de masas (MS-based proteomics). De hecho, actualmente, la MS es el método habitual para identificar y cuantificar las proteínas en muestras proteicas complejas. Se ha convertido pues en una técnica fundamental para interpretar la información codificada en el genoma.

Tal y como se ha mencionado anteriormente, las técnicas habituales utilizadas para ionizar y evaporar proteínas y péptidos son ESI y MALDI. La técnica MALDI-MS se utiliza para analizar mezclas de péptidos relativamente simples. En cambio, los sistemas ESI-MS acoplados a la cromatografía líquida (LC-MS), son los más adecuados para el análisis de muestras complejas. Siendo los proteomas, por definición, complejos, las técnicas de LC-MS han prevalecido en la proteómica. La precisión, sensibilidad y resolución de masas, junto con su velocidad, son las claves del éxito de las técnicas de LC-MS. Durante los últimos años, se ha podido identificar, cuantificar y caracterizar un enorme número de proteomas mediante diferentes procedimientos de LC-MS. Entre los logros conseguidos a nivel de proteómica, cabe destacar dos borradores del proteoma humano publicados en 2014, y el actual Proyecto Proteoma Humano (HPP) dirigido por la Organización Mundial del Proteoma Humano (HUPO)

Pero, ¿qué es lo que hacemos exactamente en un laboratorio de proteómica? Sea cual sea la muestra recibida (muestra obtenida de una biopsia, células animales o vegetales, bacterias, secreción biológica…), habitualmente se aplica el flujo de trabajo denominado proteómica bottom-up o proteómica ascendente, de abajo hacia arriba (Imagen 2). En primer lugar, se extraen las proteínas de la muestra. A continuación, se utiliza una enzima que digiere las proteínas, habitualmente la tripsina, para trocear las proteínas en trozos pequeños denominados péptidos. Los péptidos de la mezcla se separan en la cromatografía líquida de fase inversa acoplada a la ionización por electrospray. A medida que los péptidos eluyen de la columna, se van ionizando y pasan al espectrómetro de masas. Allí, los iones de los péptido se van separando y detectando en función de su relación masa-carga (m/z). Los péptidos más abundantes se aíslan del resto, y se fragmentan, dando lugar a espectros de fragmentación. Estos espectros son los que contienen la información que permite identificar y cuantificar los péptidos. Finalmente, los datos obtenidos por el espectrómetro de masas se analizan mediante herramientas informáticas específicas. De esta manera, es posible saber qué proteínas hay en la muestra analizada y en qué cantidad.

Imagen 2. Proteómica bottom-up Fuente: Autores.

Durante la última década, la proteómica basada en la MS se ha convertido en una de las principales herramientas analíticas para las biociencias. Ha permitido estudiar las proteínas desde diversas vertientes, y ha facilitado el camino para conocer sus estructuras, variaciones, cantidades, modificaciones postraduccionales e interacciones. Además, gracias a la proteómica nos encontramos más cerca de identificar las proteínas implicadas en el desarrollo de diversas enfermedades y los biomarcadores necesarios para el diagnóstico de las mismas. Durante los próximos años, se irán completando los catálogos proteicos de diferentes condiciones celulares. Junto a los resultados obtenidos a partir de la genómica, epigenómica, metabolómica y otras «ómicas» a gran escala, los descubrimientos obtenidos gracias a la proteómica contribuirán a la construcción de modelos celulares. De hecho, esa es la tendencia actual: trabajar desde un punto de vista multidisciplinar con el fin de construir modelos matemáticos y estadísticos que ayuden a aclarar la complejidad de los procesos biológicos; y es precisamente ahí donde la proteómica jugará un papel relevante.

Más información

• Fenn JB (2003) “Electrospray wings for molecular elephants (Nobel lecture)” Angew Chem Int Ed Engl. 42(33), 3871-94. DOI:10.1002/anie.200300605
• Fenn JB et al. (1989) “Electrospray ionization for mass spectrometry of large biomolecules” Science 246(4926), 64-71. DOI: 10.1126/science.2675315
• Tanaka K et al. (1988) “Protein and polymer analyses up to m/z 100 000 by laser ionization time-of-flight mass spectrometry” Rapid Communications in Mass Spectrometry 2(8), 151–153. DOI:10.1002/rcm.1290020802
• Karas M and Hillenkamp F (1988) “Laser desorption ionization of proteins with molecular masses exceeding 10,000 daltons” Anal Chem. 60(20), 2299-301. DOI: 10.1021/ac00171a028
• O’Farrell (1975) “High resolution two-dimensional electrophoresis of proteins” J Biol Chem 250(10), 4007-21.
• Kim MS et al. (2014) “A draft map of the human proteome” Nature 509(7502), 575-81. DOI: 10.1038/nature13302
• Wilhelm M et al. (2014) “Mass-spectrometry-based draft of the human proteome” Nature 509(7502), 582-7. DOI: 10.1038/nature13319
• HUPO: https://hupo.org/human-proteome-project

Sobre los autores: Miren Josu Omaetxebarria, Nerea Osinalde, Jesusmari Arizmendi y Jabi Beaskoetxea, miembros del departamento de Bioquímica y Biología Molecular, y Kerman Aloria, técnico de SGIker.

El artículo Proteómica: cuando las proteínas y la espectrometría de masas van de la mano se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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Damian Ucieda Cortes. Demolition, Glasgow, Reino Unido, 2015

Uno de los cometidos más sofisticados de las ciencias es mostrar el conocimiento de forma elegante. Pensemos en las fórmulas matemáticas que describen las leyes físicas. En los modelos de moléculas y cristales. En el enunciado de hipótesis. Con qué precisión del lenguaje y con qué precisión plástica describimos cómo es lo que nos rodea. Con qué elegancia.

Para muchos, entre los que me incluyo, el paradigma de todo esto es la Tabla Periódica de los Elementos.

A lo largo de la historia se han sucedido varios intentos de ordenar los elementos químicos. Una vez tuvimos la certeza de que algunas sustancias eran elementos químicos, es decir, que estaban formadas por un solo tipo de átomos; comenzamos a ordenarlos de acuerdo con sus propiedades: peso atómico, tipo y número de elementos con los que enlaza, estado natural… Teníamos la intuición y el deseo de que los elementos que lo conforman todo, el aire, la piel, la arena, todo, respondiesen a un orden mayor, como si este orden nos hubiese venido dado.

Hubo intentos bellísimos, como el del tornillo telúrico. Para ello se construyó una hélice de papel en la que estaban ordenados por pesos atómicos los elementos químicos conocidos, enrollada sobre un cilindro vertical, y al hacer coincidir elementos químicos similares sobre la misma generatriz se apreciaba que el resto de las generatrices surgidas también mostraban relación entre los elementos químicos unidos, lo que claramente indicaba una cierta periodicidad. Era tan bonito que era una pena que no fuese cierto. El tornillo telúrico no funcionaba con todos los elementos químicos, solo servía para los más ligeros.

Hubo otro intento especialmente refinado de ordenar los elementos químicos que tenía relación con la música. Qué fabulosa la relación entre la música y la química. Al ordenar los elementos de acuerdo con su peso atómico creciente -exceptuando el hidrógeno y los gases nobles, que todavía no se conocían- el que quedaba en octavo lugar tenía unas propiedades muy similares al primero. Se le llamó ley de las octavas. Era bonito ver tal relación entre la naturaleza de los elementos químicos y la escala de las notas musicales. Lamentablemente la ley de las octavas empezaba a fallar a partir del elemento calcio. Con lo bonita que era. Una lástima.

Cuando ya se conocían 63 elementos químicos -en la actualidad conocemos 118- se ordenaron en grupos de acuerdo con sus propiedades químicas. Y dentro del grupo, se organizaron por peso atómico creciente. Quien lo hizo por primera vez, hace 150 años, tuvo la osadía de corregir algunos pesos atómicos que hacían peligrar la estética de aquella tabla. Dejó huecos para elementos que, según él, se descubrirían en el futuro. Y es que la tabla, ante todo, tenía que ser bonita, porque la realidad es bonita y tiene que responder a algún orden. Qué locura si no. Pues la tabla de los elementos químicos también.

Aquella tabla fue el origen de la actual Tabla Periódica de los Elementos. Con el tiempo, efectivamente descubrimos más elementos químicos. Rellenamos los huecos, tal y como era de esperar. Y hasta descubrimos que aquel orden no respondía a pesos atómicos crecientes, o al menos no siempre, y de ahí los cambios propuestos. Aquel orden respondía al número de protones que cada elemento químico contiene en su núcleo. Lo llamamos número atómico, pero hace 150 años no se sabía nada de esto. Era bonito, era ordenado, era elegante. Tenía que ser verdad.

En las ciencias, y en cualquier otra forma de conocimiento, la belleza es criterio de verdad. Las leyes físicas que conseguimos expresar con fórmulas matemáticas, cuanto más bellas, más ciertas. Cuanto más y mejor comprimamos su verdad en estilosos caracteres del alfabeto griego, más ciertas. Nos brindan esa sensación tan placentera de tenerlo todo bajo control. Nos hacen creer que, si está ordenado, es que lo hemos entendido.

Las ciencias describen la realidad. Lo hacen a su manera, con su lenguaje propio. El de los números, las palabras, las ilustraciones. Esa descripción nos satisface cuando es lo suficientemente elegante. Podríamos tener un conjunto de 118 elementos químicos de los que conocer absolutamente todo, de forma individual, y no haberlos ordenado jamás. Y sabríamos lo mismo, pero nos daría la impresión de que, sin orden, los datos son solo datos. No hay conocimiento sin orden.

El orden es una fantasía. Esto puede interpretarse de dos formas de fácil convivencia. Es una fantasía porque es una ilusión. La realidad es un caos y somos nosotros con nuestras leyes y nuestras tablas los que creamos la ficción de orden. Es un deseo. Y es una fantasía porque es bonito. Porque así entendemos la belleza. Por eso el orden es un deseo de belleza autocumplido.

Los grandes hitos del conocimiento, entre ellos la Tabla Periódica de los Elementos, tienen algo en común: nos hablan de nosotros. Todos ellos revelan la pasta de la que estamos hechos.

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

El artículo El orden es una fantasía se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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