Agrégateur de flux

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.

A principios del siglo XX J. J. Thomson estudiaba el cambio de trayectoria de los iones de ciertos gases sometidos a campos eléctricos y magnéticos. Estos experimentos derivaban del estudio de rayos catódicos que le habían valido el premio Nobel en 1906 y que habían esclarecido la naturaleza del electrón, entonces una partícula subatómica desconocida. Sir Thomson observó que los gases con carga positiva se podían separar en función de su relación masa/carga y que, conociendo el valor del campo eléctrico y magnético aplicado, podría determinar esta relación. En otras palabras, podía saber cuánto pesaban átomos o moléculas. Había nacido la espectrometría de masas.

Imagen 1. Espectro del monóxido de carbono (CO), uno de los primeros espectros de masas de la historia. Extraído de Rays of positive electricty and their applications to chemical Analysis de J.J. Thomson (1921). Fuente: Archive.org

La espectrometría de masas es hoy en día la técnica analítica más versátil y potente que disponemos. En campos como el análisis forense, el análisis de alimentos o el estudio de contaminantes nos permite determinar la concentración de compuestos a niveles extremadamente bajos. Además, también sirve para identificar nuevas moléculas, algo que resulta de gran ayuda en el desarrollo de fármacos. Por si esto fuera poco, en el ámbito de la Medicina y la Fisiología está propiciando grandes avances médicos, porque permite estudiar cómo se distribuyen ciertas moléculas en órganos vitales. A lo largo de los artículos que componen esta serie nos adentraremos en este fascinante abanico de aplicaciones. Pero antes, veamos cómo hemos podido llegar a este punto en apenas cien años.

Los primeros pasos

Viajemos hasta la Universidad de Cambridge, donde hemos dejado a Thomson trabajando con su protegido Francis William Aston. A él le debemos el siguiente gran hito en el campo que nos ocupa. En la Imagen 2 podéis observar el tipo de resultados que obtenían con aquellos primitivos espectrómetros de masas, entonces llamados espectrógrafos de parábola. En la placa fotográfica se pueden ver diferentes marcas ordenadas según las diferentes relaciones masa/carga. Aclararemos este concepto diciendo que no es otra cosa que la masa del átomo (o molécula) dividido entre el número de cargas. Por ejemplo, para el ion CO+ es 28 (la suma de la masa atómica* del carbono-12 y la del oxígeno-16 dividida entre uno), para el Hg+ es 200 y para el Hg2+ es 100 (dado que la masa atómica se divide entre dos por la doble carga). Como curiosidad añadiremos que a este parámetro se le asignó la unidad Th (Thomson) en honor al gran científico inglés, pero no ha sido reconocida internacionalmente y los resultados se presentan con el menos poético m/z.

Imagen 2. Parábolas de diferentes iones capturados en una placa fotográfica. Modificado de Rays of positive electricty and their applications to chemical Analysis de J.J. Thomson (1921). Fuente: Archive.org

Aston observó que junto a la señal que correspondía al ion de neón (20 m/z) aparecía otra pequeña señal (22 m/z) cuyo origen era desconocido. ¿Qué demonios hacía eso ahí? Como bueno científicos, realizaron varios experimentos y fueron descartando hipótesis: no se trataba de moléculas de CO2 con doble carga (44/2) ni de hidruro de neón (NeH2). La misteriosa señal aparecía siempre que se analizaba este gas noble y era nueve veces más pequeña. No había otra explicación: también era neón. En 1913 propusieron que el neón era una mezcla de dos tipos de átomos con diferente masa (20 y 22) en proporción 9 a 1. De ahí la diferencia de intensidad en las señales obtenidas. Y de ahí que el peso atómico logrado para este elemento mediante la medida de la densidad fuese 20,2 (el promedio de las masas teniendo en cuenta su abundancia). Aston había descubierto un nuevo isótopo, término que había acuñado hacía poco Frederick Soddy por sugerencia de Margarett Todd para describir los átomos con propiedades idénticas, pero de diferente masa. Hoy en día nos puede parecer un asunto trivial y cualquiera que tenga unas nociones mínimas de química sabrá que esto se debe al diferente número de neutrones. ¡Pero tened en cuenta que todavía no se había descubierto esa partícula subatómica!

Tras la Gran Guerra, Aston mejoró su instrumento y desarrolló los primeros “espectrógrafos de masas” (Imagen 3) que le permitieron descubrir 212 isótopos naturales. Como premio ganó el Nobel de Química en 1922 (Soddy lo había ganado el año anterior). En esta tierna infancia de la espectrometría de masas no nos podemos olvidar de Arthur Dempster que en la Universidad de Chicago diseñó los primeros espectrómetros de sector magnético en los que se basan muchos de los instrumentos actuales y con los que descubrió el uranio-235.

Imagen 3. Réplica del tercer espectrómetro de masas desarrollado por Aston: Fuente: Jeff Dahl /Wikimedia Commons.

Guerras, avances y difusión

Es, precisamente, el uranio-235 el protagonista de una de las primeras aplicaciones prácticas de la espectrometría de masas. Desgraciadamente. Durante el Proyecto Manhattan, el físico Alfred Nier revolucionó la espectrometría de masas con nuevos instrumentos de sector que permitieron aislar y conocer mejor el isótopo empleado en Little Boy. Pero sería injusto juzgar a Nier por la aplicación que se hizo de sus avances. Este científico fue un visionario que comprendió la importancia de la espectrometría de masas y extendió, en muchas ocasiones de forma altruista, sus usos a campos como la Biología (enriquecimiento de carbono-13) o la Geología (datación isotópica de la corteza terrestre).

Durante los años 40 y los años 50 se realizaron importantes mejoras y aparecieron instrumentos basados en nuevos principios para separar iones. Por su relevancia destacaremos los instrumentos de tiempo de vuelo (Time of Flight) propuestos por W.E. Stephens, en los que la separación se logra por la diferente velocidad a la que se mueven las moléculas al someterlas a un impulso (Imagen 4). Este es el sistema de separación más fácil de visualizar: cuanto más pesada sea la molécula más tiempo tardará en llegar al detector. El otro gran avance fue la creación de los instrumentos tipo cuadrupolo en los que los iones se pueden separar gracias al uso de cilindros que permiten realizar variaciones de corriente continua y radiofrecuencias. Prueba de su importancia es que Wolfgang Paul y Hans Georg Dehmelt obtuvieron el premio Nobel de Física en 1989 por el desarrollo de la trampa iónica, en la que extendieron estos principios en tres dimensiones.

Imagen 4. Patente del espectrómetro tipo tiempo de vuelo de Stephens (1952) y un instrumento actual en el que se observa el “tubo de vuelo”. Fuente: Adaptado de Kkmurray/Wikimedia Commons.

Pero no avancemos tan rápido. Los primeros espectrómetros comerciales no recibieron una calurosa acogida. En gran medida por el desconocimiento de la técnica, la mayoría de las aplicaciones eran meramente cuantitativas, como por ejemplo el análisis de hidrocarburos en refinerías de petróleo. Es decir, se usaban para determinar la concentración de algún compuesto conocido en diferentes muestras (tengamos en cuenta que la señal del compuesto es proporcional a su concentración). De ese modo no se explotaba una de las grandes ventajas que ofrece la espectrometría de masas: la identificación de moléculas desconocidas. Conocer la masa molecular de un compuesto es un gran paso para esclarecer su identidad. Y se puede ir más allá. La molécula se puede fragmentar en el instrumento, por lo que también podemos conocer la masa de los fragmentos y elucidar la estructura original como si de un puzle se tratase. Hubo tres científicos que supieron ver esta gran ventaja: Fred McLafferty (conocido por su reordenamiento), Klaus Biemann y Carl Djerassi (aunque lo más fascinante es que Thomson ya había predicho su aplicabilidad para 1913). Gracias a ellos se extendió el uso de la espectrometría de masas en el campo de la química orgánica, aplicándose inicialmente al descubrimiento de alcaloides y esteroides (Djerassi fue uno de los padres de la píldora anticonceptiva). Así posibilitaron, en gran medida, que la espectrometría de masas se convirtiese, junto a la resonancia magnética nuclear, en la herramienta indispensable para conocer la estructura de nuevas moléculas.

El despegue definitivo

La espectrometría de masas empezaba a despuntar, pero todavía existía un enorme problema: ¿Cómo se convierten las moléculas en iones gaseosos? Hasta ahora nos hemos centrado en cómo medir la masa, dejando de lado este importante aspecto. Recordemos que esta técnica mide la relación masa/carga, así que si las moléculas no están ionizadas de poco nos puede servir. Los métodos empleados hasta finales de los 60 no eran aptos para moléculas no volátiles o provocaban la fragmentación total de la molécula causando la pérdida de información sobre la masa molecular. En esas condiciones la mayoría de biomoléculas no podían ser analizadas, especialmente las proteínas de gran tamaño. Hacía falta ir un paso más allá. Y entonces surgieron la Ionización por Electrospray (ESI) y la Ionización/Desorción Laser Asistida por Matriz (MALDI). Así se les puso alas a las “moléculas elefante” como dijo John B. Fenn en su conferencia por el premio Nobel de Química de 2002.

Imagen 5. Dibujo inspirado por el título de la conferencia por el premio Nobel de John Fenn. Fuente: Realizado por Marianne Steinberg para la National Science Academy [PDF].Fenn compartió una parte del premio Nobel de 2002 con el japonés Koichi Tanaka por el “Desarrollo de métodos de ionización blandos para el análisis mediante espectrometría de masas de macromoléculas biológicas”. El primero fue galardonado por desarrollar la técnica ESI, aunque la invención se la debemos a Malcom Dole en 1968. El principio sobre el que se sustenta este modo de ionización es relativamente sencillo. El disolvente que contiene la muestra atraviesa un capilar al que se le aplica un voltaje para ionizar las moléculas (es decir, ponerles carga positiva o negativa). Al salir, el líquido formará un aerosol (de ahí lo de spray) con la ayuda de un gas de nebulización y, según se vaya evaporando el disolvente, las gotitas serán cada vez más pequeñas. Llega un punto en que las gotas reducen tanto su tamaño que la fuerza de repulsión entre las moléculas cargadas es superior a la tensión superficial y “explotan” (Imagen 6). De este modo se logran iones en forma gaseosa que pueden pasar al analizador de masas. Este tipo de ionización permite analizar multitud de moléculas, incluso con masas moleculares que superan los 100 000 Da. Además, tiene la gran ventaja de emplear disolventes líquidos, lo que hace que sea compatible con una de las técnicas de separación más comunes: la cromatografía líquida.

Por su parte, Tanaka logró ionizar proteínas con un método radicalmente diferente: empleando un láser. Pese a que su mérito como pionero en el uso de la ionización laser es incuestionable, hubo cierta polémica cuando le otorgaron el Premio Nobel. Hay quien piensa que el galardón debería haber recaído en Hillenkamp y Karas, ya que la técnica que actualmente conocemos como MALDI (del inglés Matrix Assisted Laser Desportion/Ionization) fue desarrollada por ellos y difiere en ciertos aspectos de la propuesta por Tanaka. Dejando estos conflictos de lado, sólo queda decir que la técnica MALDI se basa en un sistema de ionización indirecta. A la muestra se le añade una matriz que se ioniza fácilmente con un láser y es esta matriz la que transfiere su carga a las moléculas. Este método de ionización es de un gran interés, especialmente porque permite hacer imágenes de superficies como puede ser un tejido animal.

Imagen 6. Esquemas de ionización ESI (arriba) y MALDI (abajo). Fuente: Eva Mason y Mikayé

Durante el siglo XXI han continuado los avances en espectrometría de masas y los equipos de alta resolución (capaces de discernir entra moléculas con una relación masa/carga muy parecida) van ganado espacio. En este aspecto, puede que el mayor avance de los últimos años haya sido la aparición del Orbitrap, un espectrómetro de masas tipo trampa iónica con transformada de Fourier.

Pero del presente de la espectrometría de masas nos ocuparemos durante las próximas entregas de esta serie en la que iremos descubriendo diferentes casos en los que esta técnica ha sido de gran utilidad.

*N. del A. La forma de definir la masa atómica y el peso atómico ha variado a lo largo de los años. Diremos que la masa atómica es la masa de un isótopo específico y el peso atómico es el promedio de todos los isótopos de un elemento teniendo en cuenta su abundancia.

Para saber más:

Simon Maher et al. (2015) “Colloquium: 100 years of mass spectrometry: Perspectives and future trends” Reviews of Modern Physics, 87, 113-135.

Jennifer Griffiths et al. (2008) “A Brief History of Mass Spectrometry” Analytical Chemistry, 80, 5678-5683.

Stu Borman et al. (2003) “A Mass Spec Timeline” Today’s Chemist at Work, September, 47-49.

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.

El artículo Espectrometría de masas: de un isótopo de neón a elefantes que vuelan se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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Uxue Razkin Bazirudien Rosalyn Yalowen patua zehaztuta zegoela txikia zenetik; zientziaren bidetik joko zuela argi zuen berak eta bere inguruak. Matematika interesatu zitzaion lehenik, ondoren kimika… azkenean, fisika hautatu zuen. Zaila da hasieratik zein ikasketari helduko diozun erabakitzea, azken finean hautu horrek erabakiko duelako zure etorkizuna. Bertigoa sentitzea ez da arraroa, aukera hori egiten den momentuan bizitza aldaezina izango dela iruditzen zaigulako. Ausardia handiko pertsona izan zen Yalow. Oztopoak izan zituen, emakume izateagatik gehienak, baina bizitza orok beti du sorpresarako abagunea. Fisika arloan emaitza esanguratsuak lortu ondoren, Fisiologiako eta Medikuntzako Nobel saria irabazi zuen 1977an –Roger Guillemin eta Andrew Schallyrekin batera–, erradioimmunosaio teknika (RIA ingelesez) garatzeagatik, hain zuzen.

Solomon Berson medikua izan zuen bidelagun 22 urtez. Nobel Saria bien lanaren fruitua izan bazen ere, Yalowk bakarrik jaso zuen saria, bere lankidea 1972an hil zelako. Aipatu moduan, 1959an erradioimmunosaio teknika garatu zuten, zeinak ahalbidetzen zuen, besteak beste, organismoan oso kantitate txikian zirkulatzen duten hormonak antzematea isotopo erradioaktiboak erabiliz. Azken batean, teknika honi esker zenbatu daitezke antigorputzen (Ac) eta antigenoen (Ag) kontzentrazioak modu oso espezifikoan.

1. irudia: Rosalyn Yalow 1977. urtean laborategian lanean, Roger Guillemin eta Andrew Schallyrekin batera Medikuntzako Nobel sariaren irabazlea zela jakin odoren. (Argazkia: Wikimedia Commons, Creative Commons lizentziapean)

Hasieran abiatu zuten ikerketak diabetesaren fisiopatogenia argitzea zuen helburu. Honekin guztiarekin, intsulina gisako molekula txikiek antigorputzak sortzea ezinezkoa zutela zioen axioma deuseztatzea ere erdietsi zuten. Aurkikuntza oso garrantzitsua izan zen baina lortutako emaitzak argitaratzeko zailtasunak izan zituzten. Nature eta Journal Clinical Investigation aldizkariek, esaterako, ezezkoa eman zien baina, azkenean, Naturen publikatu zuten artikulua, moldaketa batzuk egin ostean, zehazki, “antigorputza” hitza testutik ezabatu zutenean.

Oztopoak eta erreferenteak

Rosalyn Yalow 1921ean jaio zen, New Yorken. Txikitatik jaso zuen irakurtzeko zaletasuna bere amari esker, eta zientzia ere maite zuen. Hala, fisika ikastea erabaki zuen. Bi erreferente nagusik baldintzatu zuten bere hautaketa. Alde batetik, Marie Curie, une hartan bere alaba Eve Curiek amaren biografia bat publikatu zuelako (liburu horrek behar zuen bultzada eman zion); bestetik, Enrico Fermi –lehenengo erreaktore nuklearra egin zuen ikertzailea–, zeinak 1939an hizketaldi bat eman zuen fisio nuklearrari buruz. Fermik landu zuen gaia oso interesgarria iruditu zitzaion.

Fisikan graduatzea lortu zuen Hunter Collegen eta handik gutxira, Illinoisko Unibertsitatetik deitu zioten irakasle-laguntzaile gisa aritzeko bertako Ingeniaritza Eskolan. Gelako emakume bakarra zen bertan. Izan ere, fakultateko dekanoak kontatu zion moduan, 1917tik ez zen emakumerik igaro handik. Yalowek berak jakin bazekien lanpostu hori lortu zuela, neurri handi batean, Bigarren Mundu Gerraren kariaz: gizonak armadara joateak ekarri zuen emakumeek fakultateetan lan egiteko aukera izatea.

1941ean jazo zen Pearl Harborreko erasoak Estatu Batuak gerran sartzea eragin zuen. Itsas armadako gaztez bete zen campusa eta lan handia zegoen egiteko, garai korapilatsua izan zen berarentzat: klaseak prestatu, laborategiko praktikak egin, masterra egin, doktoregoa hasi… Halere, bere lanean arreta jarri zuen eta 1945ean lortu zuen Fisika Nuklearra doktoregoa Illinoisko Unibertsitatean (bertan doktoregoa bukatu zuen lehendabiziko emakumea izan zen). Urte berean, New Yorkera itzuli zen eta ingeniari-laguntzaile gisa hasi zen lanean Federal Telecommunications Laborategian. Berriz ere, taldeko emakume bakarra izan zen. Urtebete beranduago, Hunter Collegera itzuli zen lanera. Bertan, gerratik zetozen beteranoei fisika irakastea egokitu zitzaion aurre-ingeniaritza deituriko programa batean, hain zuzen ere.

2. irudia: Rosalyn Yalow isotopo erradioaktiboekin lanean. (Argazkia: James J. Peters Va Medical Center – Iturria: Boston.com)

Doktoregoa egin aurretik, diskriminazioarekin topo egin zuen behin baino gehiagotan fisikariak. Bere lehenengo aukera ikasketak egiteko Purdue Unibertsitatea izan zen, baina ez zuten onartu hiru arrazoirengatik: New Yorken jaio zen, judua zen, eta, gainera, emakumea.

Yalow-Berson sinergia perfektua

1950. urtea oso garrantzitsua izan zen Yalowentzat. Bere senarra, fisikaria zena, une hartan Montefiore Ospitalean zegoen lanean, Bronx auzoan. Hari esker Edith Quimby ikertzailea ezagutu zuen eta Yalow bere laborategian hasi zen lanean boluntario gisa erradiazioaren aplikazio medikoak zeintzuk ziren aztertuz. Kasualitatearen katea jarraitu besterik ez zuen egin. Izan ere, Quimbyk Gioacchino Failla fisikaria ezagutzen zuen eta azken honek Bernard Roswit doktorea, Bronx Veterans Administration Ospitaleko Erradioterapia Zerbitzuko zuzendaria zena. Roswitek aukera eman zion Yalowi bere laborategian lan egiteko. Bi aldiz pentsatu gabe, irakasle izateari utzi eta lan berriari ekin zion.

Une hartan hasi zen Yalow eta Bersonen arteko lankidetza. Hasteko, isotopo erradioaktiboak ikertu zituzten. Horiek erabili zituzten, besteak beste, odol-bolumena zehazteko, tiroidearen gaixotasunetan diagnosi klinikoa egiteko eta iodoaren metabolismoaren zinetika ikertzeko. Ondoren, hormonetara egin zuten jauzi; horien artean intsulina hautatu zuten, hormonen artean egokiena zelako ikerketarako. Horretarako, erreminta bat landu zuten, organismoan zegoen intsulina neurtzeko gai zena isotopo erradioaktiboak erabiliz: erradioimmunosaioa.

Egun, teknika hori mundu osoko laborategietan erabiltzen da (baita ELISA metodoa ere, ingelesez Enzyme-Linned ImmunoSorbent Assay izenez ezagutzen da) organismoan oso kantitate txikian dauden substantzia biologikoak neurtzeko. Ekarpen berri hau garrantzitsua izan zen oro har medikuntzarentzat, eta zehazki endokrinologia arloarentzat. Diabetesaren inguruko ikerketei bultzada eman zien aurkikuntzak, baita hormona-arazoen tratamenduei ere (hazkuntza, funtzio tiroideoa eta ugalkortasuna).

Sariak barra-barra

Jendeak errazago gogoratzen du Nobel saria gainontzekoak baino. Bada, Rosalynek beste hainbat jaso zituen bere bizitzan zehar, hala nola Lasker Saria, 1976an lortu zuena, A. Cressy Morrison Saria eta Gairdner Fundazioak eskaintzen duena. Honoris Causa doktore izendatu zuten zenbait unibertsitatek, horien artean Hartford Unibertsitateak, adibidez. Horretaz gain, Estatu Batuetako Zientzien Nazioarteko Domina eta Banting eta Lilly Domina jaso zituen, Ameriketako Estatu Batuetako Zientzien Akademia Nazionaleko kide izateaz gainera.

3. irudia: Medikuntzako Nobel saria jaso zuen Stockholmen 1977. urtean Rosalyn Yalow bifisikariak. (Argazkia: Wikpmedia Commons – Creative Commons lizentziapean)

Yalowek dena ondo egin zuen. Hasieratik hain argi duzun ideia bati bizkar ematea oso erraza da; aurkitzen dituzun oztopoek azpiak jaten dizkizute, zalantzek irensten zaituzte, zure gorputza lausotuz doa zugan sinesten ez duen jendea inguratzen zaituen bitartean. Baina ez zuen estropezu egin tranpa haietan. Zientzia helmuga zen harentzat, baina baita bidea ere. Iñaki Uriartek Diarios liburuan idatzitako hausnarketa batek Yalowek bere bizitza osoan izandako irmotasunari keinu egiten diola pentsatzen dut: “Ez ditu soilik oinak lurrean, gorputz osoa baizik, sugeen antzera”.

Iturriak:

• Biografias y Vidas: Rosalyn Sussman Yalow
• Historia de la Medicina: Rosalyn Sussman Yalow (1921-2011)
• The Nobel Prize: Rosalyn Yalow
• Universitat Rovira i Virgili: Rosalyn Sussman Yalow
• UPV/EHU – Curso de Biomoléculas: Radioinmunoensayo (RIA)

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Egileaz: Uxue Razkin (@UxueRazkin) kazetaria da.

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Mejor el pan y la pasta si son integrales. Mejor prescindir del azúcar. Mejor comer una fruta que beberse un zumo. Los cereales, las galletas y los cacaos de desayuno contienen mucho azúcar y harinas refinadas, por eso es mejor evitarlos. Más legumbres y menos pastas. Esto lo sabemos todos los que nos preocupamos por llevar una dieta saludable. La razón de todas estas decisiones tiene su origen en dos conceptos: el índice glucémico y la carga glucémica. Y todo esto puede explicarse de forma sencilla gracias a una rama de la química llamada bioquímica.

Tanto el índice glucémico como la carga glucémica tienen que ver con el contenido y tipo de hidratos de carbono que contienen los alimentos.

• ¿Qué son los hidratos de carbono y qué alimentos son ricos en ellos?

Hay una serie de alimentos que son ricos en hidratos de carbono, como por ejemplo el pan, la pasta, el arroz, en general todo aquello que se convierte en harinas o que se haga con harinas. También es un hidrato de carbono el azúcar y, en general, cualquier alimento dulce, desde pasteles a frutas son ricos en hidratos de carbono. De hecho, en bioquímica solemos denominar “azúcares” a todos los hidratos de carbono.

• ¿Cómo se metabolizan los hidratos de carbono?

Los hidratos de carbono de estos alimentos se acaban convirtiendo en moléculas más simples como la glucosa. La glucosa pasa a la sangre y las células la captan gracias a la insulina. La insulina es una hormona que se sintetiza en el páncreas y que actúa como llave de paso, permitiendo la entrada de la glucosa en las células.

Cuando comemos hidratos de carbono, lo primero que hace el organismo es almacenar la glucosa en forma de glucógeno, tanto en el músculo como en el hígado. Es una forma de almacenar energía. Pero una vez que estas reservas están llenas, el exceso de glucosa se transforma en grasa en los adipocitos.

• ¿Qué es el índice glucémico?

La índice glucémico (IG) nos dice con qué velocidad los hidratos de carbono se convierten en glucosa y pasan a la sangre. Los hay que lo hacen más rápido (alto IG) y más despacio (bajo IG).

Hay alimentos que van liberando poco a poco esa glucosa en la sangre, de modo que las células van gestionando sin problema esa glucosa que les llega progresivamente. Los alimentos que liberan su glucosa así, poco a poco, se denominan alimentos de bajo índice glucémico. En general son alimentos que contienen fibra, como los integrales, las frutas y las legumbres. Tampoco producen aumentos repentinos de insulina, sino que la insulina se libera también de forma progresiva. Estos alimentos tienen un IG por debajo de 55.

Alimentos de bajo IG

Hay alimentos que, por el contrario, liberan la glucosa en sangre rápidamente, de modo que las células son incapaces de gestionar tanta glucosa en tan poco tiempo y se disparan los niveles de insulina. Los alimentos que liberan glucosa así, de golpe, son los alimentos de alto índice glucémico. Son alimentos hechos con harinas refinadas, que no contienen suficiente fibra y, sobre todo, alimentos con azúcar añadido y azúcar libre. Estos alimentos tienen un IG entre 70 y 100.

• Otros factores que afectan al índice glucémico

Al procesar y cocinar los alimentos podemos cambiar la estructura y la disponibilidad de sus hidratos de carbono. Por ejemplo, las harinas refinadas no contienen la fibra original del cereal, por lo que sus hidratos de carbono están más disponibles. Por eso las harinas, panes y pastas refinadas tienen un IG más alto que sus respectivos integrales.

Al cocinar los alimentos también alteramos su IG. Por ejemplo, al cocer la pasta alteramos la estructura interna del almidón, con lo que se liberan más hidratos de carbono simples. Así, cuanto más cocida esté una pasta, mayor será su IG.

El IG también se ve afectado por el resto de los alimentos que ingerimos a la vez. Por ejemplo, las proteínas y las grasas hacen que los alimentos estén durante más tiempo en el estómago y lleguen más lentamente al intestino, de modo que pueden reducir su IG.

No todos los azúcares se absorben igual. Por ejemplo, la fructosa, que es el azúcar de la fruta, se absorbe más lentamente y se metaboliza en el hígado, así que el índice glucémico de casi todas las frutas suele ser bajo. Como excepción tenemos el melón, la sandía, los dátiles y las frutas deshidratadas como higos o pasas. Pero no hay que preocuparse por ellos porque, aunque su IG sea alto, habría que consumir una cantidad muy elevada de ellos, ya que no contienen tantos hidratos de carbono.

• ¿Qué es la carga glucémica?

El IG tiene sus limitaciones. Hay que tener en cuenta que los valores de IG se calculan para una cantidad de alimento tal que proporcione 50 gramos de hidratos de carbono disponibles biológicamente. En algunos alimentos esto se corresponde con una ración normal, pero en otros habría que consumir una ración extremadamente alta. Por ejemplo, la sandía es un alimento con alto IG, pero para que la sandía proporcione 50 g de hidratos de carbono tendríamos que comernos una sandía entera. De media, en 100 g de sandía hay solo 8 g de hidratos de carbono.

En cambio, en 100 g de pasta hay unos 80 de hidratos de carbono. Así, una ración de pasta, que tiene un IG medio, nos proporciona más hidratos de carbono que una porción del mismo peso de sandía. Para salvar esta limitación en el IG se emplea el término carga glucémica (CG), que tiene en cuenta tanto el IG del alimento como su contenido en hidratos de carbono.

La carga glucémica se calcula directamente a partir del IG, dividiéndolo por 100 y multiplicándolo por la cantidad de carbohidratos que aporta la ración de alimento. Así, la carga glucémica de la sandía es 4, y la de la pasta ronda el 70.

• Consecuencias de consumir alimentos de alto índice glucémico y/o alta carga glucémica

El consumo de estos alimentos está relacionado con el sobrepeso, la obesidad, la diabetes tipo II y la percepción atrofiada del apetito.

El sobrepeso, la obesidad y sus enfermedades asociadas, como las cardiopatías [1], guardan cierta relación con el índice glucémico y la carga glucémica [2]. La razón principal estriba en el metabolismo de los hidratos de carbono. Parte de los hidratos de carbono de estos alimentos se transforman en grasas en lugar de almacenarse como glucógeno en el hígado y en el músculo, especialmente en personas que no hacen actividad física. Nuestras células no son capaces de gestionar tan rápido tanta cantidad de glucosa, con lo que los adipocitos terminan almacenando el exceso en forma de grasa. Así que, si sumamos la vida sedentaria a una dieta de alto índice y carga glucémica, estaremos aumentando el riesgo de padecer obesidad.

Los aumentos y descensos de insulina tan pronunciados que produce el consumo de estos alimentos está relacionado con una mayor incidencia de diabetes tipo II [3]. La diabetes tipo II es la resistencia a la insulina, es decir, que las células dejan de reconocer a la insulina y por tanto no permiten la entrada a la glucosa, con lo que ésta se queda en la sangre. De ahí expresiones del tipo “no tomo dulces porque me suben el azúcar”, ese azúcar es la glucosa en sangre incapaz de entrar en las células. La glucosa campando a sus anchas por nuestra sangre puede llegar a armar destrozos en nuestro organismo, dañando la retina, los riñones, las arterias o el corazón.

Las dietas con alimentos de bajo índice y carga glucémica, así como los alimentos ricos en fibra, son útiles para prevenir la diabetes tipo II [4].

Los alimentos de bajo índice y carga glucémica nos producen mayor saciedad. Cuando consumimos esta clase de alimentos, los niveles de glucosa en sangre se mantienen en el tiempo, y esto está relacionado con la percepción del apetito. Sin embargo, los alimentos de alto índice y carga glucémica producen aumentos repentinos de glucosa en sangre y su respectivo aumento en la secreción de insulina. Estos vaivenes en periodos cortos de tiempo rompen el equilibrio de saciedad/apetito provocando una falsa sensación de hambre al poco tiempo de haber comido.

Estas subidas y bajadas repentinas de glucosa e insulina repercuten en las hormonas que regulan el apetito, como la ghrelina y la leptina. En los casos en lo que ya hay sobrepeso y obesidad, el sistema hormonal que regula el apetito también pierde funcionalidad [5], con lo que seguir una dieta con alimentos de alto índice y carga glucémica, empeoran la situación y atrofian más si cabe la percepción de apetito.

• Conclusión

Cuando decidimos consumir alimentos integrales, o dejamos de consumir azúcar, o alimentos con azúcar añadido, u optamos por comer fruta en lugar de beber zumo, lo hacemos por salud. Son decisiones que nos ayudan a prevenir la diabetes tipo II, la obesidad, el sobrepeso y nos ayudan a gestionar mejor el apetito. Todo esto puede entenderse desde un punto de vista metabólico, es decir, la química está detrás de las dietas saludables. Y dos de los conceptos clave para entender por qué esto es así son el índice glucémico y la carga glucémica de los alimentos.

Referencias:

[1] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26480969

[2] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23786819

[3] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25547339

[4] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12081851

[5] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27376422

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

El artículo La dieta saludable es cuestión de química se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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1. Ni dieta equilibrada ni nutrientes. Es cosa de adherencia
2. Vida saludable contra la diabetes
3. Los vegetales de la dieta neandertal

Koldo Garcia Big data direlakoak gure bizitzaren esparru askotara heldu dira eta gogor astindu dituzte bazterrak. Datu askoren erabilerak emaitza esanguratsuak lortzeko bide berriak ireki ditu eta, hori lortzeko, ikerketa egiteko modu berriak asmatu behar izan dira. Genetika ez da iraultza horretaz kanpo gelditu, eta horren adibide garbiak dira biobankuen sorrera, garapena eta hazkundea.

1 irudia: Lagin biologikoa gordetzen (Argazkia: benjy_a_708 – domeinu publikoko irudia. Iturria: pixabay.com)

Biobankuak izeneko baliabideek, gizakien lagin biologikoak jasotzen, kudeatzen eta gordetzen dituzte. Biobiltegi esaten zaie beste espezie batzuen laginak gordetzen dituzten baliabideei. Biobankuek emaileen laginak mantendu behar dituzte denboran zehar ahalik eta degradazio txikiena paira dezaten, eta laginak babestuta egon behar dira, kalterik jaso ez dezaten. Gainera kontu handiz erregistratzen dira laginari buruzko informazioa eta lagin bakoitzaren erabilera. Horrela, baliabideen erabilera egokia bermatzen da. Biobankuak hainbat eratara sailka daitezke, baina bi mota handi bereiz ditzakegu: batetik baditugu gaixotasun baten gene-oinarrian sakontzeko erabiltzen direnak, eta bestetik, hor daude biomarkatzaile berriak aurkitzeko populazio orokorra oinarri dituztenak. Azken bi hamarkadetan, biobankuak hedatu eta hazi dira, gaixotasunen gene-ikerkuntza errazteko asmoz. Esate baterako, hainbat gaixotasuni buruzko ikerketetan lortutako DNA-laginak, odol-laginak edota ehunak gordetzen dira Euskadiko Autonomi Erkidegoko Euskal Biobankuan.

Biobanku batzuek laginak eta beraien gene-informazioa eskuratu eta eskaintzen dituzte. Iazko urrian Erresuma Batuko Biobankuak (UKB ingelesez) artikulu bat argitaratu zuen berak biltzen dituen datuei buruz. Gene-azterketentzat eta genoma-azterketentzat mugarri bat izan da lan hori. Zenbakiak ikaragarriak dira: zientzia-komunitatearentzat eskuragarri ditu ia milioi erdi gizakiren gene-informazioa, historia medikoa, neurri antropometrikoak, bizimoldea, analisi biokimikoak, eta abarrekoak bildu ditu. Informazio honi guztiari esker, genoma osoko asoziazio-analisiak sendoagoak izango dira eta, hortaz, posible izango da ezaugarrien eta gaixotasunen gene-oinarria hobeto ezagutzea.

Genotipazio-txipa

Informazio genetikoari dagokiola, 500.000 gizaki horien odola, listua eta gernua jaso eta beren DNA genotipatu zen. Horretarako, espreski diseinatutako genotipazio-txipa erabili zen. Genotipazio-txipa izeneko teknologiak aldi berean aztertzen ditu lagin askoren milaka gene-aldaera. Txip horri esker, gizaki bakoitzaren ~845.000 markatzaile genetikoren informazioa eskuratu zen: ~125.000 markatzaile maiztasun txikian agertzen ziren gene-aldaerak ziren, ~47.000 markatzaile gene-eskualde interesgarrietan kokatuta zeuden, ~45.000 markatzaile ezaugarriekin eta gaixotasunekin lotuta zeuden, eta, azkenik, ~630.000 markatzaile estrapolazio egoki bat egiteko aukeratu ziren. Estrapolazio bidez zuzenean genotipatu ez diren markatzaileei buruzko informazioa eskuratu daiteke. Horrela, UKBk ikertzaileentzat eskuragarri jarri du ia 93 milioi markatzaile genetikori buruzko informazioa. Zein kantitatez ari garen irudikatzeko, informazio horrek ia 12 Terabyte betetzen ditu. Hau nahikoa ez balitz, UKBren asmoa da 50.000 gizakien genoma osoak sekuentziatzea, ahalik eta gene-informaziorik fidagarriena lortzeko.

Bestetik, gene-informazio hori guztia kudeatzeko eta aztertzeko baliabide eta konputazio-lanabes berriak garatu behar izan dira. Hortaz, estatistika-analisi, fitxategi-formatu eta programa berriak garatu dira, datu horietatik guztietatik emaitza esanguratsuak eta erabilgarriak erauzi ahal izateko, hots, big data erabiltzeko. Ondorioz, genoma osoko asoziazio-analisientzat garai berri bat sortzen ari da.

Big data eta gene-informazioa

Hala ere, ikertzaileek informazio hori guztia eskuratzeko (izan gene-informazioa, izan beste motetakoak) hainbat kontrol iragan behar dituzte. Edozein biobankutan bezala, UKBko arduradunek hainbat prozedura ezarri dituzte datuen erabilera egokia bermatzeko. Horrela, ikertzaileek datu horiek zertarako eta nola erabiliko dituzten azaltzen duen eskabide bat bete behar dute, eta eskabide hori batzorde batek aztertzen du, beharrezko irizpideak betetzen dituela ziurtatzeko. Gainera, ikertzaileek eskabide horretan zeintzuk datu erabiliko dituzten zehaztu behar dute eta bakarrik eskatutako datu horietara sarbidea izango dute.

Arestian esan bezala, iazko urrian argitaratu zen UKBari buruzko oinarrizko artikulua, baina ikertzaileok aspalditik gabiltza gene-informazio horrekin lanean: 150.000 gizakiri buruzko datuak jarri ziren eskuragarri 2015eko maiatzean, eta parte-hartzaile guztien gene-informazioa 2017ko uztailean; hala ere, estrapolazioarekin eragozpenak egon zirenez, gene-markatzaile asko ezin izan ziren aztertu; azkenik 2018ko martxoan jarri zen eskuragarri gene-informazio guztia (eta egokia). Datu hauetatik abiatuta, azken lau urteetan hamarnaka artikulu argitaratu dira hainbat ezaugarri eta gaixotasuni buruz. Argi dago bada biobanku hau lanabes garrantzitsua dela eta, hortaz, mugarri.

2. irudia: Gene-informazioa antolatuta eta gordeta (Irudia: PublicDomainPictures – domeinu publikoko irudia. Iturria: pixabay.com)

Biobankuak munduak zehar

Bide bera jorratu duten beste biobanku batzuk daude, zenbakiak apalagoak badira ere. Estoniako biobankuak bere sorreraren garaian populazio guztiaren informazio genetikoa eta klinikoa eskuratzea zuen ikusmiran, baina aurrekontuak eragindako eragozpenengatik, 50 mila gizakiren datuak bildu dira. Estoniako populazio helduaren ia %5a. EEBBko Michiganeko Unibertsitateak sustatutako Michigan Genomics Initiative izenekoak 42.000 gizakiren informazio genetikoa, klinikoa eta bestelako datu batzuk bildu ditu. Herbehereetako Lifelines biobankuak 170.000 bat gizakiren laginak biltzen ditu; horietatik 13.000 bat gizakik eman dute gene-informazioa. Dauden biobanku guztietatik aipatutakoak adibide gutxi batzuk besterik ez dira.

Gene-informazioaren gordailu hauek ezaugarrien eta gaixotasunen gene-azterketarako lanabes ahaltsuak bilakatu dira. Lanabes horiek hazten eta hedatzen joango dira, eta tartean norbanakoek bere laginak emango dituztelarik, ezaugarrien eta gaixotasunen gene-oinarriak hobeto ezagutzen joango gara. Horri esker, sendabide berriak proposatuko dira zalantzarik gabe. UKBk egindakoak segida izango duen mugarria izatea espero dugu.

Erreferentzia bibliografikoa:

Bycroft et al. (2018). The Biobank resource with deep phenotyping and genomic data. Nature 562, 203-209. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-018-0579-z

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Egileaz: Koldo Garcia (@koldotxu) Biodonostia OIIko ikertzailea da. Biologian lizentziatua eta genetikan doktorea da eta Edonola gunean genetika eta genomika jorratzen ditu.
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En mi anterior entrada del Cuaderno de Cultura Científica, Las dos culturas de las matemáticas: construir teorías o resolver problemas, estuvimos hablando precisamente de eso, de lo que se conoce como las dos culturas de las matemáticas, construir teorías o resolver problemas.

Dentro del grupo de personas que hacen matemáticas “cuyo objetivo central es resolver problemas” se citaba al matemático húngaro Paul Erdös (1913-1996), considerado “el príncipe de los que resuelven problemas y el monarca absoluto de quienes saben proponer problemas”.

Fotografía de Paul Erdös durante una conferencia en Trinity College (Universidad de Cambridge), en 1991, perteneciente al documental N is a number. A portrait of Paul Erdös (1993), del cineasta George P. Csicsery

Este brillante y extravagante matemático, en la introducción del artículo Some of My Favourite Problems and Results (Algunos de mis problemas y resultados favoritos), escribe lo siguiente.

Los problemas han sido siempre una parte fundamental de mi vida matemática. Un problema bien elegido puede aislar una dificultad esencial en un área particular de las matemáticas, de forma que el mismo sirva de marca que hay que superar para que se produzca el progreso de esa área. Un problema de apariencia inocente a menudo no da ninguna pista de su verdadera naturaleza. Puede ser como un “malvavisco”, que sirve de delicioso bocado de cardenal proporcionando unos instantes de efímero placer. O puede ser como una “bellota”, que necesite agudos y profundos nuevos conocimientos a partir de los cuales pueda crecer un poderoso roble.

Leyendo estos días sobre algunos de los problemas que planteó y resolvió Paul Erdös, descubrí en el libro Mathematical Diamonds, del matemático canadiense Ross Honsberger (1929-2016), un curioso problema, con una sorprendente y hermosa demostración, que me ha parecido interesante comentaros en esta entrada del Cuaderno de Cultura Científica. Espero que disfrutéis de este problema “malvavisco”, tanto como yo disfruté cuando lo leí.

En la década de 1940, el matemático Paul Erdös estaba estudiando y planteando problemas relacionados con diferentes propiedades y estructuras de conjuntos de puntos del plano. Así, por ejemplo, en 1943 planteó en la revista American Mathematical Monthly el problema “Demostrar que, si un conjunto finito de puntos del plano no están todos sobre la misma recta, entonces existe una recta con exactamente dos de esos puntos”. Sin ser consciente de ello, Erdös reformuló el problema de la línea de Sylvester, que en su momento comentamos en la entrada El problema de la plantación de árboles en filas.

Pero vayamos al problema que nos interesa hoy. En el año 1945, Erdös planteó lo siguiente.

Problema (Paul Erdös): Si dado un conjunto infinito de puntos del plano, las distancias entre ellos son todas números enteros (podemos entender naturales), entonces todos los puntos están en una misma línea recta.

Claramente, si tomamos una recta cualquiera del plano podemos considerar una colección infinita de puntos tal que la distancia entre cualquier par de puntos sea un número natural, sin más que partir de un punto inicial e ir tomando hacia izquierda y derecha los puntos que están a una distancia unidad del inmediatamente anterior (como los puntos rojos que están sobre la recta roja del plano en la siguiente imagen). Lo sorprendente de la afirmación de Erdös en el enunciado del problema es que esa es la única forma de obtener una colección infinita de puntos tal que las distancias entre cualesquiera dos de ellos es siempre un número natural.

La demostración del problema es sencilla, sorprendente e ingeniosa, yo diría más, es una bella demostración. El argumento de la misma se centra en una curva de la familia de curvas cónicas, la hipérbola.

Las secciones cónicas son las curvas planas, que no son rectas, que se obtienen al intersecar un cono con un plano. Las curvas cónicas son la circunferencia, la elipse, la parábola y la hipérbola. Imagen: Wikimedia Commons

El argumento de la demostración de Erdös es por “reducción al absurdo”. Supongamos que el resultado no fuese cierto, es decir, que existe un conjunto infinito de puntos del plano S, tal que la distancia entre cualesquiera dos de ellos es un número natural y que existen tres puntos A, B y C, del conjunto S, que no son colineales, no están en la misma recta. En ese caso, esos tres puntos determinan un triángulo del plano. Denotemos por a, b y c las longitudes de los lados del mismo, opuestas a los vértices A, B y C, respectivamente, que sabemos, por hipótesis, que son números naturales.

Ahora, consideremos otro punto cualquiera D del conjunto S (recordemos que este conjunto tiene infinitos puntos). Teniendo en cuenta que las distancias de D a los tres puntos A, B y C son también enteras, por estar todos en S, el matemático húngaro demostró que solamente puede haber un número finito de puntos del plano candidatos a ser D. En conclusión, S no puede ser infinito. Veámoslo.

El punto D no es uno de los vértices del triángulo, que son los puntos A, B y C, por lo que como mucho puede estar en una de las rectas que contienen a los lados del triángulo, AB, AC y BC. Es decir, podemos afirmar que existen (al menos) dos rectas, de las tres que contienen los vértices del triángulo, en los cuales no está el punto D. Supongamos que esas rectas, en las que no está el punto D, son las que contienen a los lados AC y BC.

Las distancias del punto D a los puntos B y C son números naturales, ya que los tres están en S, por lo tanto, la diferencia entre ellas |BD – CD| es también un número natural o cero. Como el punto D no está en la recta de BC, la desigualdad triangular (“la suma de las longitudes de dos lados cualesquiera de un triángulo es siempre mayor que la longitud del otro lado”) nos dice que |BD – CD| &lt BC = a.

Juntando todo lo anterior, tenemos que |BD – CD| = k, donde k es uno de los números enteros 0, 1, 2, …, a – 1. Por lo tanto, D es un punto que pertenece a la hipérbola con focos B y C, y tal que la diferencia de la distancia de sus puntos a los focos es k. Es decir, D está en una de las a hipérbolas que forman la familia de hipérbolas de focos B y C, y diferencias constantes k = 0, 1, 2, …, a – 1.

Representación intuitiva de algunas de las hipérbolas de la familia de hipérbolas con focos B y C y diferencia k un número entero entre 0 y a – 1. Imagen del libro Mathematical Diamonds, de Ross Honsberger

Antes de continuar, recordemos brevemente la propiedad métrica, que estamos mencionando, de las hipérbolas. En general, todas las curvas cónicas se pueden caracterizar mediante una propiedad métrica. Por ejemplo, la circunferencia está formada por los puntos del plano que equidistan, es decir, que están a la misma distancia, de un punto fijo, el centro de la misma.

En el caso de la hipérbola, existen dos puntos destacados, los focos (F1 y F2 en la siguiente imagen), y cada hipérbola está caracterizada por estar formada por los puntos P del plano tales que la diferencia de las distancias a los focos |PF1 – PF2| es una constante k, para cada hipérbola. Luego, dados dos focos F1 y F2, para cada constante k se obtiene una hipérbola como la de la siguiente imagen (con dos ramas). Para k = 0 se obtendría una hipérbola degenerada, que es la recta mediatriz del segmento F1F2, es decir, los puntos que están a la misma distancia de cada uno de los focos.

Dibujo de una hipérbola (en rojo) con focos F1 y F2. Imagen: Wikimedia Commons

Regresemos a la demostración. Hemos probado que como el punto D no está en la recta de BC, D está en alguna de las a (que es un número natural) hipérbolas que forman la familia de hipérbolas de focos B y C, y diferencias constantes k = 0, 1, 2, …, a – 1. De la misma forma, tendrá que ser cierto que, como el punto D no está en la recta que contiene a AC, D está en alguna de las b (que también es un número natural) hipérbolas que forman la familia de hipérbolas de focos A y C, y diferencias constantes m = 0, 1, 2, …, b – 1.

Como dos hipérbolas cualesquiera se intersecarán, como mucho, en 4 puntos distintos, entonces las a hipérbolas de la primera familia y las b hipérbolas de la segunda, se intersecarán a lo sumo en 4ab puntos del plano. Es decir, solo existe un número finito de posibles puntos del plano, (como mucho) 4ab, candidatos a ser D. Esto nos lleva a una contradicción con el hecho de que S es un conjunto infinito, y D es un punto del conjunto, también infinito, S – {A, B, C}, ya que hemos probado que solo hay un número finito de posibles puntos D. Por lo tanto, cualesquiera tres puntos A, B y C, de S, deberán estar alineados, luego los puntos de S están sobre la misma recta.

Q.E.D. (Quod erat demonstrandum)

Página del texto original de la obra Ethica more geometrico demonstrata (Ética demostrada a la manera geomérica) del filósofo Spinoza (1632-1677), en la que vemos la abreviatura Q.E.D. al final de la demostración de la tercera proposición. Q.E.D. es una abreviatura de la expresión latina quod erat demonstrandum, que significa “lo que se quería demostrar” y se coloca al final de una demostración matemática para indicar el final de la misma

Pero, como suele ocurrir en matemáticas, no nos paramos aquí. Una vez demostrado el problema de Erdös (Si dado un conjunto infinito de puntos del plano, las distancias entre ellos son todas números enteros, entonces todos los puntos están en una misma línea recta), podemos preguntarnos qué ocurre con un número finito de puntos. ¿Será posible disponer de un número finito n de puntos, para cualquier n, de forma que las distancias entre cualesquiera dos puntos sean números enteros y no estén todos en una recta?

Empecemos planteando el problema para tres puntos. Si consideramos tres vértices de un cuadrado de lado 1, estos no nos valdrán ya que mientras que los lados sí son distancias enteras, en concreto, 1, no lo es la diagonal, cuyo valor es la raíz de 2, sencillamente por el teorema de Pitágoras. Pero este resultado de la geometría clásica nos da una idea para construir un triángulo cuyos tres lados sí sean números enteros. Tomemos una terna pitagórica cualquiera (a, b, c), es decir, a2 + b2 = c2, y construyamos el triángulo rectángulo que tiene por lados esa terna. Por ejemplo, en el plano coordenado los puntos (0, a), (0, 0) y (b, 0). En la imagen siguiente hemos dibujado (en azul) el correspondiente a la terna (3, 4, 5).

Precisamente, el matemático David Silverman, en 1963, utilizó las ternas pitagóricas irreducibles para demostrar que podía construirse un conjunto cualquiera de puntos del plano con distancias enteras entre ellos y que no fuesen colineales. Para empezar, recordemos que una terna pitagórica (a, b, c), es decir, a2 + b2 = c2, se dice que es irreducible si los tres números a, b y c no tienen, dos a dos, divisores comunes. Por ejemplo, la terna (3, 4, 5) es irreducible, pero no (6, 8, 10).

Sean m ternas pitagóricas irreducibles distintas, (ai, bi, ci), para i = 1, 2, …, m. Tomamos el producto P = a1 x a2 x … x am, David Silverman consideró los m + 1 puntos del plano coordenado siguientes:

(0, P) y ((bi / ai) P, 0), para i = 1, 2, …, m.

Como ai divide a P, cada uno de los puntos anteriores tienen coordenadas enteras, el primero está en el eje de ordenadas (eje y) y los demás en el eje de abscisas (eje x). Y, además, los puntos que están en el eje x distan entre ellos un número entero. Para concluir faltaría ver que la distancia entre el punto (0, P) y cualquiera de los otros ((bi / ai) P, 0) es entera. Esa distancia es

que claramente es entera, ya que ai divide a P.

Además, por ser los triples pitagóricos irreducibles cada punto ((bi / ai) P, 0) es distinto a los demás. Supongamos que existen i y j tales que ((bi / ai) P, 0) = ((bj / aj) P, 0), entonces bi / ai = bj / aj. Luego ai x bj = aj x bi. Como ai y bi no tienen divisores comunes, entonces ai divide a aj y como aj y bj no tienen divisores comunes, entonces aj divide a ai. En conclusión, ai = aj, y de forma equivalente se prueba que bi = bj, lo que implicaría que son el mismo triple pitagórico, lo cual no es cierto.

Por lo tanto, (0,0), (0, P) y ((bi / ai) P, 0), para i = 1, 2, …, m, son m + 2 puntos del plano, no colineales, y que distan entre ellos un número entero.

Efectivamente, el anterior es un ejemplo de un número finito de puntos no colineales que distan entre sí distancias enteras. Sin embargo, podríamos decir que dejan de ser colineales por la mínima ya que todos están en la misma recta, el eje x, salvo el punto (0, P).

En el libro Combinatorial Geometry in the plane, de Hugo Hadwiger y Hans Debrunner se obtiene un resultado más general. Se demuestra que, para cada n, existe un conjunto finito de n puntos del plano, de forma que las distancias entre cualesquiera dos puntos son números enteros y no solo no están todos en una misma recta, sino que, además, no hay tres puntos que sean colineales. Pero esa demostración la dejamos solo para las personas que estén interesadas en ir un poco más allá. Se puede leer en cualquiera de los libros mencionados, Mathematical Diamonds y Combinatorial Geometry in the plane.

El gol de Pitágoras (década 1990), 22 x 45 x 7,5 cm, obra del artista colombiano Bernardo Salcedo (1939-2007). Imagen de la galería El Museo

Bibliografía

1.- William Timothy Gowers, Las dos culturas de las matemáticas, La GACETA de la RSME, vol. 7.2, pag. 371–386, 2004 (publicado originalmente como The Two Cultures of Mathematics, en Mathematics: Frontiers and Perspectives, V.I. Arnold, M. Atiyah, P. Lax y B. Mazur (eds.), AMS, 1999).

2.- Raúl Ibáñez, La cultura científica o la misteriosa identidad del señor Gauss, CIC-Network, n. 8, pag. 14-17, 2010. (versión online en el Cuaderno de Cultura Científica)

3.- Paul Erdös, Some of My Favourite Problems and Results, perteneciente al libro The Mathematics of Paul Erdös I, editado por Ronald L. Graham y Jaroslav Nesetril, Springer-Verlag, 1997.

4.- Ross Honsberger, Mathematical Diamonds, MAA, 2003.

5.- Hugo Hadwiger, Hans Debrunner, Combinatorial Geometry in the Plane, Dover, 1964.

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 Un dulce problema de Paul Erdös se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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1. El problema de la plantación de árboles en filas (2)
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Juanma Gallego Robot bat eraiki dute, duela 280 milioi urte bizi izan zen animalia baten fosilean oinarrituta. Lur idorraren gainean ibilitako lehen izakiak nola mugitzen ziren hobeto ezagutzeko bidea eman du ikerketak.

Zein izan zen aurrena, arrautza ala oiloa? Horrelako gauzaren bat galdetzen dizuten hurrengoan, atakatik atera nahi baduzu, egizu politikarien antzera, eta beste zerbait aipatu. Larba. Bai, aurrena larba izan zen. Zalantzarik ez dago. Arrautza ondorengo asmakizuna izan zen, baina, hori baino lehen, larbak ziren jaun eta jabe naturaren haurtzaindegietan. Ondorengoak mundura ekartzeko modu duina zen hori, eta oraindik badira formatu hori erabiltzen duten animalia asko. Baina zalantzarik ez dago: arrautza asmakizun bikaina izan zen. Enbrioia gainerako mundutik babesteko kanpo geruza bat du arrautzak, eta barruan elikagaia asko gordetzeko aukera ematen du ere. Adituek amniota izenaren barruan sailkatzen duten talde baten berrikuntza izan zen arrautza. Narrastiak, hegaztiak eta ugaztunak biltzen dituen kladoa da amniotena. Uretan utzitako larbak erabili beharrean, amniotek arrautzak “asmatu” zituzten (ados, bai: teknikoki, eboluzioa izan zen milaka urteren poderioz garapen hori ahalbidetu zuena. Asmatu, naturan, ezer gutxi asmatu egiten da, noski).

1 . irudia: John Nyakatura eta Kamilo Melo ikertzaileek gidatutako talde batek orain arte paleontologian gutxi erabili izan den metodologia erabili du: fosiletan oinarritutako robota eraiki dute. (Argazkia: Maxime Marendaz)

Asmakizunak lur idorra konkistatzeko aukera zabaldu zuen, larbek ez bezala, arrautzek aukera ematen dutelako enbrioia idorrean garatzeko. Konkista horretarako, ordea, arrautza ez ezik, bestelako egokitzapenak beharrezkoak izan ziren, uretan eta lur idorrean mugitzea oso bestelakoa baita. Lau hanken gainean ibiltzea da egokitzapen horietako bat.

Hori nola lortu zen jakiteko paleontologoek fosiletan oinarritu ohi dute, baina teknologia berriek laguntza asko ematen dute zeregin horretan ere. Oraingoan, zientzialari talde batek robotika erabili du antzinako tetrapodoek ibiltzeko erabiltzen zuten modua hobeto ezagutzeko. Funtsean, edozein paleontologoren ametsa izan litekeena lortu dute: aspaldi desagertutako animalia bat mugimenduan ikustea.

Orobates pabsti izeneko espeziean oinarritu dute Nature aldizkarian argitaratu berri duten ikerketa. Duela 280 milioi urte bizi zen animalia hura, Permiar garian. Eboluzioaren egutegian, urlehortarren eta narrastien artean kokatutako espeziea zen. Belarjalea, tamaina dezente garatu zuen lehen animalia lurtarra izan zen. Baina Orobatesen ezaugarririk nabarmenena zen mendietan bizi zela. Hain zuzen, hortik datorkio izena: “mendietako ibiltaria”.

Garai horretan animalia espezie batzuk mendietan bizi baziren ere, animalia gehienak kostaldetik gertu bizi zirela uste dute zientzialariek. Baina logikak agintzen du mendietan ibiltzeko lokomozio garaturen bat behar zutela. Egungo teoriek babesten dute lokomozio aurreratu hori narrastiekin batera iritsi zela, hau da, beranduago. Horregatik, gure protagonistak paleontologoen arreta bereganatu du.

2 . irudia: Animalia gehienak kostaldetik gertu bizi ziren garai batean, Orobates mendietan bizi zen. Haren hezurduraren fosilak ez ezik, oinatzen arrastoak ere aurkitu dituzte paleontologoek. (Argazkia: Thomas Martens)

Misterioa argitu aldera, ordenagailu bidez, hiru dimentsioko berreraikitzea egin dute, eta robot bat eraiki dute ere. Jakintza eta irudimena beti batera ez doazela erakusteko edo, OroBOT izena eman diote Orobates fosilean oinarritutako robotari. Berreraikitze digitala eta robota bera eraikitzeko, fosiletatik harago joan dira zientzialariak, eta gaur egun bizi diren zenbait espezietako gorputzaren neurriak kontuan hartu dituzte ere. Baina ikerketa honetarako gako izan den ezaugarria da fosil honen oinatzak kontserbatu direla harrietan “zizelkatuta”, eta horrek, noski, informazio ederra utzi die ikerlariei.

Ibiltzeko modu desberdinak antzeztu eta probatu dituzte, gorputzaren zein hanken mugimenduak konbinatuz. Egungo hainbat animaliak darabiltzaten mugimenduekin alderatu dute ikusitakoa, eta konturatu dira soilik kaimanaren mugimenduekin duela antza.

Ondorioztatu dute animalia horiek orain arte uste zena baino modu hobeagoan ibiltzen zirela, eta, horregatik, iradoki dute lurrean mugitzeko gaitasun aurreratua amnioten agerpena baino askoz lehenago izan zitekeela. Halere, onartu dute ere atera dituzten ondorioak behin-behinekoak direla. Kasu honetan, beste hainbatetan gertatu ohi den moduan, ondorioak ez dira hain garrantzitsuak. Bai ordea, metodologiaren alorrean aurrera emandako urratsa, eta horrek irekitzen dituen ateak, biorobotika paleontologiaren mundura eramanda. Norabide horretan, ate horiek zabal-zabalik utzi dituzte. Eskuratu dituzten datu zehatzak publikoki askatu dituzte, Orobates Interactive gunean, nahi duten ikertzaile guztiek datu horiek erabiltzeko eta ondorioak ateratzeko aukera izan dezaten.

Erreferentzia bibliografikoa:

Nyakatura John, Melo Kamilo et al., (2019). Reverse-engineering the locomotion of a stem amniote. Nature, 565, 351–355. DOI: 10.1038/s41586-018-0851-2

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Egileaz: Juanma Gallego (@juanmagallego) zientzia kazetaria da.

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Imagen sonar del fondo marino en la que destaca con increíble detalle el pecio del dragaminas de la marina soviética T-297, hundido en aguas de la actual República de Estonia. Imagen: Wikimedia Commons

Hemos visto que los principios básicos de la reflexión de ondas son muy sencillos. No solo eso, con el concepto de rayo son incluso fáciles de ilustrar. Vamos a usar este conocimiento para intentar entender la base de las tecnologías que empleamos diariamente, aunque no seamos conscientes de ello, y consolidarlo. Estas tecnologías se basan en el uso de reflectores de ondas. Podemos encontrar reflectores en los radares de tráfico o en los calefactores infrarrojos, por ejemplo.

Un poco de geometría elemental nos será muy útil. La Figura 1 (a) y (b) muestra cómo los rayos se reflejan en dos reflectores circulares. Recordemos que en estos esquemas solo se muestran algunos rayos incidentes y reflejados. (Las líneas de puntos son perpendiculares a la superficie de la barrera, para recordarlos que el ángulo incidente es igual al ángulo del rayo reflejado, Θi = Θr .) Los rayos reflejados desde el semicírculo (a) se alejan en todas direcciones. Sin embargo, los rayos reflejados desde un pequeño segmento del círculo (b) se acercan hasta casi juntarse en un solo punto. Los reflectores en forma de semicírculo no son muy útiles.

Figura 1. Fuente: Cassidy Physics Library

Una barrera con la forma de una parábola (c) enfoca los rayos con bastante precisión en un punto, el foco de la parábola. En otras palabras, una superficie parabólica refleja ondas planas y las concentra en un punto. Un ejemplo impresionante es un radiotelescopio. Su enorme superficie parabólica refleja ondas de radio muy débiles del espacio exterior para enfocarlas en un detector. El mismo principio lo emplean las antenas parabólicas para la recepción de señales de satélites, para ver la televisión, por ejemplo.

Radiotelescopio de Parkes (NSW, Australia), de 64 metros de tamaño, durante la puesta de Sol. La antena tiene forma parabólica y el detector está en su foco. Crédito: Ángel R. López-Sánchez (AAO/MQU).

Nada impide que las trayectorias de de los rayos indicadas en los diagramas se inviertan. Por ejemplo, si producimos ondas esféricas producidas en el foco las convertimos en ondas planas cuando se reflejan desde una superficie parabólica. La linterna y o el faro delantero de un coche son aplicaciones familiares de este principio. En estos casos una fuente de luz, ya sea una filamento incandescente, una bombilla halógena o un LED, colocados en el foco de un reflector parabólico producen rayos de luz casi paralelos.

En este punto es posible que sea necesario recordar que todas las afirmaciones que hemos hecho a lo largo de la serie se refieren a ondas mecánicas, auqnue estemos empleando la parte común con las ondas electromagnéticas en estos ejemplos.

Una aplicación con ondas sonoras es el sonar (del acrónimo inglés que se traduce como navegación y localización por sonido), empleado en la navegación y localización de objetos en el mar: desde barcos de pesca buscando bancos de peces, pasando por buques oceanográficos cartografiando el fondo marino o cazatesoros buscando barcos hundidos, a submarinos buscando su ruta o enemigos. Su desarrollo fue una cuestión de supervivencia durante la Primera Guerra Mundial, y para 1918 ya existían instrumento SONAR tanto activos (emiten sonido) como pasivos (solo “escuchan”). La Segunda Guerra Mundial llevó al desarrollo de su equivalente electromagnético, también como una cuestión de supervivencia para la bombardeada Inglaterra, el radar. Ambos sistemas se basan en dos principios básicos de la reflexión de ondas: el efecto eco y el desplazamiento Doppler.

El eco es un fenómeno muy familiar: grita tu nombre en una gran sala vacía y las paredes parecen gritarte a ti. Este tipo de eco es el resultado de la reflexión de las ondas de sonido en una superficie. Un pulso de ondas de sonido enviadas desde una antena se reflejará desde cualquier objeto que golpee, y parte de la onda volverá a donde se originó. El tiempo que transcurre entre la emisión del pulso y la recepción de la parte reflejada del pulso se puede usar para determinar la distancia entre el punto y la superficie reflectante. Esta es la descripción de un sonar activo.

El desplazamiento Doppler, también muy común en la vida diaria, ocurre cuando las ondas de cualquier tipo son emitidas o reflejadas por un cuerpo en movimiento. (Todo el mundo lo ha experimentado como el cambio en la frecuencia del ruido de un coche o el silbato de un tren mientras está en movimiento). Si las ondas enviadas desde un punto se reflejan en un cuerpo en movimiento, las ondas que regresan parecerán tener una mayor frecuencia si el objeto se mueve hacia el punto de emisión y una frecuencia más baja a medida que el objeto se aleja de él. Por lo tanto, la medición del desplazamiento Doppler de las ondas reflejadas se puede utilizar para determinar rápidamente la velocidad y la dirección de la superficie reflectante.

El sonar funciona muy bien en el agua y lo utilizan con gran éxito los submarinos para “ver” sin ver, tanto el entorno como a las amenazas. Pero el sonar no es práctico para su uso en el aire, porque en éste las ondas de sonido ordinarias no viajan lo suficientemente lejos, y su eco es demasiado débil para ser útil en detecciones precisas.

En este fragmento de “La caza del Octubre Rojo” vemos (y oímos) el uso del SONAR en todo su esplendor:

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

El artículo Aplicaciones de la reflexión de ondas: el sonar se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Reflexión de ondas: rayos
2. Las ondas están por todas partes
3. Patrón de interferencia en ondas periódicas

Josu Lopez-Gazpio Tradizionalki, kafeak onarpen maila oso handia duen estimulatzailea da, munduan gehien kontsumitzen den droga psikoaktiboetako bat. Askori gustatzen zaigu goizeko kafearen usain eta zaporea eta, gainera, ia beharrezkoa da egunaren martxari aurre egiteko. Beste batzuk, ordea, hainbat arrazoi direla medio ezin dute edo ez dute kafeinarik hartu nahi eta, hortaz, kafe deskafeinatura jotzen dute. Nola egiten da, baina, kafe deskafeinatua?

1. irudia: Kafeina munduan gehien kontsumitzen den psikoestimulatzaileetako bat da. (Argazkia: Christoph – domeinu publikoko irudia. Iturria: pixabay.com)

Kafeak kafeinari zor dizkio bere efektu estimulatzaileak. Abuztuen kontatu nizuen bezala, kafeina edo 1,3,5-trimetilxantina, nekea eta logalea murrizten dituen substantzia estimulatzailea da. Kafea hartu ondoren 15-45 minututan iristen da odol-kontzentrazio handienean egotera. Kafeina hori kafe-aleetatik dator eta kafe motaren arabera, kafeina edukia desberdina izan daiteke, oro har, kafe alearen masaren %1-%2 izaten da kafeina. Deskafeinatu ondoren, kafe-ale deskafeinatuen kafeina portzentajea %0,1era murriztu behar da Europar Batasuneko araudiaren arabera.

Disolbatzaileak erabiliz deskafeinatzea

Disolbatzaileak erabiliz kafeari kafeina kentzeko, kafe-bihi berdeak disolbatzaile batean beratzen jartzen dira. Prozesu hori bi modutara egin daiteke: modu zuzenean edo zeharkakoan. Prozesu zuzena erabiltzen denean, kafe-aleak lurrunpean jartzen dira poroak ireki daitezen. Horren ondoren, disolbatzaile batean murgiltzen dira. Disolbatzaile horiek mota askotarikoak izan daitezke. Bentzenoa izan zen erabili zen lehena, baina, egun ez da erabiltzen bere toxikotasuna aski ezaguna delako. Erabiltzen direnen artean, etil azetatoa eta diklorometanoa dira arruntenak. Kafe-aleak disolbatzailean murgilduta eduki ondoren, aleak lurrunpean jartzen dira, lehortu egiten dira eta, azkenik, txigortu egiten dira. Pauso horien ostean, guztiz ziurtatzen da disolbatzaile arrastorik ez dagoela aleetan; izan ere, aipatutako disolbatzaileak oso lurrunkorrak dira. Kafeak zuen kafeina disolbatzailean geratzen denez, aleak berak kafeinarik gabe geratzen dira, kafe kafeinagabea prestatzeko erabil daitezkeenak. Arazoen artean aipatu behar da disolbatzaileak beste zenbait konposatu ere kentzen dizkiola kafe-aleari eta, hortaz, zapore aldaketak gerta daitezke.

Beste aukera bat zeharkako metodoak erabiltzea da. Zeharkako metodoetan, lehen pausoa kafe-bihiak ur berotan murgiltzea da. Kafeina eta kafeari zaporea ematen dioten zenbait konposatu uretan disolbatzen dira, baina, kasu honetan, ur hori da disolbatzailearekin nahasten dena -kafe-aleak kendu ondoren-. Disolbatzaileak kafeina disolbatzen du, baina, zaporea ematen duten konposatuak uretan geratzen dira -afinitate gehiago dutelako urarekin disolbatzaile organikoekin baino-. Hortaz, disolbatzailea eta ura erraz banatzen dira eta kafe-aleak berriro ere uretan jartzen dira. Horrela, kafe-aleek konposatu horiek berriro xurgatzen dituzte eta kalitate hobea izango duen kafeinarik gabeko kafea lortzen da.

2. irudia: Kafe deskafeinatua lortzeko kafe-bihiei kafeina erauzi behar zaie, baina, prozesu horretan kafearen ezaugarri aromatikoak mantendu behar dira. (Argazkia: Myriams-Fotos – domeinu publikoko irudia. Iturria: pixabay.com)

Karbono dioxidoa eta presioa erabiliz deskafeinatzea

Edozein kasutan, disolbatzaileak erabiliz kafea deskafeinatzen denean, kafeina kentzearekin batera kafearen usain eta zapore bereziak galdu egin daitezke, neurri txikian bada ere. Metodorik merkeenak diren arren, badaude beste batzuk kafeina kentzea ahalbidetzen dutenak kafearen beste ezaugarriak gutxiago aldatuta. Prozesu horietako bat karbono dioxidoa eta presioa erabiliz egiten da. Giro tenperaturan eta ohiko presiopean karbono dioxidoa gasa da, baina, presio handia egiten bazaio eta tenperatura pixka bat igotzen bada, fluido superkritikoa bihurtzen da. Fluido superkritikoak likido eta gasen arteko hibridoak dira eta, baldintza horietan, karbono dioxidoak disolbatzaile moduan joka dezake. Karbono dioxido superkritikoa eta ura nahasten badira, modu oso eraginkorrean erauzten dute kafeina kafe-aleetatik beste konposatuak kendu edo eraldatu gabe, alegia, aipatutako nahastea oso selektiboa da kafeinarekin. Prozesu horren arazorik handiena ekonomikoa da; izan ere, azkoz garestiagoa da disolbatzaile organikoak erabiltzea baino -presio altua eragiteko makineria, mantentze-kostua, eta abar-.

Deskafeinatze naturala?

Kafeari kafeina kentzea modu nanturalean edo ekologikoan egiten dutela erakusten dute zenbait kafe markek -zenbait organikozalek ere karbono dioxidoaren metodoa metodo berdetzat ere onartu dute, hori bai-. Hala ere, deskafeinatze prozesu guztiz natural eta ekologikoa saltzen duten kafe markek ura bakarrik erabiltzen dutela diote. Metodo horiek Swiss Water Process delakoan edo antzekoetan oinarritzen dira -azpiko bideoan ikus daiteke-. Funtsa zera da: kafe-bihiak ur berotan jartzen dira kafeina eta beste konposatu aromatikoak uretan disolbatzen direlarik. Ur hori karbonozko iragazkietatik pasaratzen da, kafeinarekiko selektiboa dena, eta beraz, kafeina harrapatuta geratzen da. Jarraian, konposatu aromatikoetan asetuta dagoen ura -jada kafeina kendu zaiona-, beste kafe-ale batzuen kafeina erauzteko erabiltzen da. Ura dagoeneko asetu denez substantzia aromatikoetan, ale berrien kafeina erauzteko gai izango da, baina, ez ditu osagai aromatikoak eramango. Ondoren iragazkitik pasaraziko da kafeina kenduz, eta kafe-aleek beren ezaugarriak mantenduko dituzte. Azalpenak eman ondoren ikus daitekeen bezala, metodo hori benetan naturala den zalantzan jartzekoa da eta ura bakarrik erabiltzen dela esatea agian gutxitxo da.

Nolanahi ere, edozein dela erabilitako metodoa, amaieran aleak lehortu eta txigortu egiten dira. Erauzketan lortutako kafeina beste edari edo produktu farmazeutikotan erabili daiteke. Kafetegietan ikusten dugun kafe deskafeinatuari dagokionez, deskafeinatua sobrekoa denean kafe-aleak deshidratatu egin dira eta hauts moduan aurkezten dira. Aldiz, deskafeinatua makinakoa denean, deskafeinatze prozesua pasa duten kafe-aleak birrintzen dira, kafe arruntaren kasuan bezala. Edozein kasutan, kafeari kafeina kentzeko metodorik naturalena bilatzen den bitartean nire kafe kafeinaduna hartuko dut; izan ere, agian kafeari kafeina kentzea da natural-naturala ez dena.

Informazio osagarria:

• How is decaffeiated coffee made? The chemistry of coffee decaffeination, compoundchem.com, 2018.
• Descafeinado “natural”, elblogdebuhogris.blogspot.com, 2016.
• ¿Cómo se le quita la cafeína al café para que sea descafeinado? directoalpaladar.com, 2016.

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Egileaz: Josu Lopez-Gazpio (@Josu_lg) Kimikan doktorea, irakaslea eta zientzia dibulgatzailea da. Tolosaldeko Atarian Zientziaren Talaia atalean idazten du eta UEUko Kimika sailburua da.
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Hay pocas cosas inmutables en esta vida, e incluso aquellas que creemos que lo son a veces nos sorprenden mutando. El Polo Norte es una de ellas. Me refiero al polo norte magnético en esta ocasión, no al continente que llamamos Ártico o Polo Norte (de la deriva continental ya hablaremos otro día).

El caso es que el polo norte magnético, el punto hacia el que apuntan siempre nuestras brújulas y que utilizan los más sofisticados sistemas de posicionamiento como nuestros GPS y otros sistemas de satélites, ya no está donde estaba antes porque su posición está variando de forma constante y, sabemos ahora, más rápida de lo que los geólogos se esperaban.

Variación de la posición del polo norte magnético en periodos de 5 años, la última en 2015, y proyección de su posición en 2020. Fuente: World Data Center for Geomagnetism/Universidad de Kyoto

Que el polo norte magnético de la Tierra se está desplazando no es una novedad, lo ha hecho desde siempre y siempre lo hemos sabido. Si en torno a 1900 se encontraba en algún punto bajo Canadá, desde entonces ha ido alejándose de Norteamérica y acercándose a Siberia.

Un modelo que se desactualiza por momentos

Conscientes de esta situación y de la necesidad que la tecnología tiene hoy en día de tener el campo magnético terrestre perfectamente ubicado, geólogos de distintas instituciones científicas crearon y mantienen el llamado Modelo Magnético Mundial, una representación detallada de los campos magnéticos de la Tierra que sirve como estándar para el trabajo y las observaciones, entre otros, de la OTAN, la OMS o el Departamento de Defensa Estadounidense. Es de donde sacan la referencia también los sistemas de GPS que utilizan servicios como Google Maps.

Este modelo iba ser actualizado este mes de enero (aunque con el cerrojazo al gobierno estadounidense no está claro si finalmente podrá ser así) y eso no estaba previsto. Los equipos encargados de esta tarea están un poco desconcertados. Porque la última actualización se produjo en 2015 y debía ser suficiente hasta 2020, pero acaba de empezar 2019 y el desplazamiento del polo norte se ha acelerado tanto en los últimos meses que la diferencia entre el modelo y la realidad no para de aumentar. A principios de 2018 esa diferencia estaba a punto de superar los márgenes de error aceptables para los sistemas de navegación, así que el nuevo cambio no puede esperar más.

¿Por qué este acelerón inesperado en un proceso, el de la deriva del polo norte magnético, que si bien todavía no comprendemos perfectamente sí hemos sabido predecir hasta ahora? Hay varios motivos que lo explican.

El inesperado meneo de 2016

El primero es que en 2016, justo después de la última actualización del Modelo Magnético Mundial, cuando lo teníamos todo perfectamente colocadito para los próximos cinco años, al campo magnético de la Tierra le dio por hacer cosas raras de repente: se aceleró temporalmente bajo la zona norte de Sudamérica y la zona este del Pacífico. Este fenómeno, que no se había previsto, ya descolocó de partida el modelo recién actualizado, provocando que el cambio sí previsto ocurriese a mayor velocidad.

Por otro lado, el propio movimiento del polo magnético que, como decimos, fascina a los geólogos desde que se documentó por primera vez en 1831 pero todavía no lo comprendemos del todo. Sí sabemos que ha ido cogiendo velocidad en las últimas décadas: si hasta los 90 se movía unos 15 kilómetros al año, en ese momento aceleró y comenzó a moverse unos 55 kilómetros anuales. En el año 2001 entró oficialmente en el Océano Ártico, y lo está cruzando desde entonces, desde Canadá hacia Siberia.

Las consecuencias de este movimiento y del error existente respecto al modelo establecido son relativas. No es lo mismo el uso de una brújula para orientarse si salimos de excursión a la montaña en España, por ejemplo, que si somos una expedición en el Ártico. Allí no solo hay muchas menos referencias orientativas, sino que además por la geografía del lugar y su cercanía al Polo, el error se magnifica y puede convertirse en un riesgo para barcos y equipos que se desorienten en el lugar.

Por eso se decidió adelantar la siguiente actualización del modelo. Equipos del NOAA (National Oceanic and Atmosferic Administration) y del British Geological Survey, en Edimburgo, han actualizado el sistema con datos exhaustivos de los últimos tres años, incluido el impulso magnético inesperado de 2016 para corregir los errores actuales y mantener el modelo hasta su siguiente actualización que debería hacerse, si todo sigue según lo previsto, en 2020.

¿Por qué está pasando esto?

También intentan entender por qué el desplazamiento magnético se ha acelerado tanto en las últimas décadas y a qué se deben los acelerones ocasionales para poder preverlos y adelantarse a ellos.

Lo ocurrido en 2016 no tiene aun una explicación clara, pero hay varias hipótesis. Una de ellas es que estuviese provocado el movimiento en forma de olas de los metales y otros materiales en estado líquido que se encuentran en el núcleo terrestre y que pueden alterar el campo magnético de la superficie.

En cuanto al desplazamiento habitual pero cada vez más rápido del polo norte desde Canadá hacia Siberia, se cree que el motivo podría ser también el movimiento de materiales líquidos en el núcleo de la Tierra. En concreto, se ha detectado y medido una corriente de hierro líquido que circula a gran velocidad precisamente debajo de Canadá, y ese parece ser el motivo. La corriente, que mide 420 kilómetros de ancho, ha ido creciendo a un ritmo de 40 kilómetros al año entre los años 2000 y 2016, explicando así la aceleración que los científicos han observado.

Referencias:

Earth’s magnetic field is acting up and geologists don’t know why – Nature.com

World Magnetic Model – British Geological Survey

Geomagnetic acceleration and rapid hydromagnetic wave dynamics in advanced numerical simulations of the geodynamo – Geophysical Journal International

An accelerating high-latitude jet in Earth’s core – Nature Geoscience

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

El artículo Estamos perdiendo el norte pero que no cunda el pánico porque lo vamos a recuperar se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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2. Geología: la clave para saber de dónde venimos y hacia dónde vamos
3. El Antropoceno: ¿estamos en un nuevo tiempo geológico?

Ziortza Guezuraga Adiskidetasunaren oinarrian garunak daude. Ikerketa baten arabera, homofilia maila neuralean ere gertatzen da. Adiskidetasuna interesak partekatzea baino gehiago da, mundua hautemateko eta informazio hori prozesatzeko modua ere bada.

Adiskidetasuna ez da gizakien artean bakarrik ematen. Primateen, zetazeoen eta elefanteen artean ere adiskidetasuna ikusi da. Baita askoz gutxiago ikertutako animalien artean, saguzar banpiro emeen artean, esaterako. Urritasun garaietan lortutako odola beste emeekin partekatzen dute saguzar eme hauek, elikagairik gabe egun bat baino askoz gehiago bizitzeko gai ez diren animalien artean garrantzia handiko ekintza.

1. irudia: Homofilikoak gara adiskidetasunari dagokionez, gure antza duten pertsonak nahiago ditugu.

Lagunik ez dutenek gabezia fisiko eta emozionalak izaten dituzte. Eta ez edonolakoak, ondo ikertutako bestelako arrisku-faktoreak (obesitatea, hipertentsioa, langabezia, sedentarismoa, erretzea) bezainbesteko eragina izan dezake eguneroko bizitzan. Lagunik ez duten pertsonek, sozialki isolaturik daudenak, gaixotasun eta heriotza goiztiar maila altuak dituzte.

Jakina da pertsonak homofilikoak garela: gure antzekoak diren lagunak nahiago ditugu. Hala, adina, erlijioa, maila sozioekonomikoa, maila akademikoa, tendentzia politikoa edota bostekoa emateko indarra bezalako ezaugarrietan gure antza duten pertsonak nahiago ditugu lagun gisa. Horrek ez du esan nahi bestelako lagunik izan ez dezakegunik, baina, orokorrean, aurrekoetan antzekotasunak handiagoak dira bi lagunen artean bi ezezagunen artean baino.

Homofiliarako joera, “bestelako” zenbat eta gutxiago den besteekin harremanak egiteko joera, gizarte ehiztari-biltzaile zein gizarte industrializatuetan hauteman da.

Adiskideen arteko antzekotasunak maila genetikoan ere gertatzen dira. Adiskidetasun harremanen sorreran, egituretan eta ezaugarrietan eragina dute geneek. Ez hori bakarrik, bi adiskideren genomek, nukleotido bakarreko polimorfismo (SNP) mailan ere korrelazio positiboa dute, homofilikoak dira. Ezezagunekiko antzekotasunarekin konparatuta, laugarren mailako lehengusuen baliokidea da.

Maila biokimikoan ere hala gertatzen da. Ikusi da harreman sozial sendoak dituzten pertsonek fibrinogeno kontzentrazio baxuak dituztela. Biomarkatzaile moduan erabiltzen den proteina da fibrinogenoa, inflamazioarekin eta arrisku kardiobaskularrarekin lotutakoa. Adiskidetasunaren eta gaixotasun kardiobaskularren arteko harremana ezezaguna da egun, dena den.

Adiskidetasuna neurozientziarekin ikertzen

Nerbio sisteman erantzuna sorrarazten duen eguneroko estimuluei erreakzio naturalak ikertzea erabaki zuen Carolyn Parkinsonen taldeak. Talde sozial zabala aukeratu zuten, non intentsitate ezberdineko adiskidetasunak aurki zitezkeen: 279 ikasleko unibertsitate klasea. Elkar ezagutzen zuten ikasleek eta, zenbait kasutan, erresidentzia berdinetan bizi ere. Norekin bazkaltzen zuten, norekin joaten ziren zinemara, noren etxera izan ziren gonbidatuak… bezalako galderak zituzten galdetegiak bete behar izan zituzten. Haien arteko harremanaren intentsitatea finkatzeko indikatzaile ahalik eta objektiboenak aurkitzeko baliatu ziren galdetegiak.

Ikasleen harreman sozialen mapa egin zuten datuak baliatuta. Konexio maila ezberdinak kontuan izan ziren mapan: nor zen noren lagun, adiskidetasun mailarik altuenetik baxuenera, soziograma, azken batean. Lagunak, lagunen lagunak, lagunen lagunen lagunak, e.a. biltzen zituen sarea.

2. irudia: Parte hartzaileekin soziograma osatu zuten ikerketaren lehen fasean, haien arteko harremanak biltzen zituena.

Ikerketaren bigarren fasean 42 ikaslek hartu zuten parte. Erresonantzia magnetikoa egin zieten hainbat bideo ikusten zuten bitartean. Bideoak ezberdinak ziren edukian eta baita iraupenean ere eta boluntarioek ez zuten ikusten zutenaren gaineko inongo kontrolik.

Eduki ezberdina zuten bideoek: elikagaien produkzioa multinazionalen eskuetan uztearen arriskuen ingurukoa zen bat, unibertsitatean errugbira jokatzearen arriskuaz bestea, bikote homosexual judutar baten ezkontza, Chris Hadfield astronautak urak espazioan duen portaera zein den azaltzen zuen hurrengoan eta beste batean Liam Neesonek komedia inprobisazioa egiten zuen.

Homofilia neurala

Homofilia neurala ere badugula frogatzen dute ikerketaren emaitzek. Estimuluaren ondoren eta odol jarioa seinale gisa erabilita, garunaren emaitzak izugarri antzekoak dira bi adiskideren artean eta antzekotasun hori distantzia sozialarekin batera gutxitzen da.

Lagun minen garunek erantzun antzekoak izan zituzten bideoak ikusi zituztenean: atentzioan gorabehera berdinak momentu berdinetan, indartze positiboen eta saritze zentzuan maila goren berdinak, asperdura eta neke alerta berak. Antzeko aktibazio patroiak dituzten garun bertsuak bideoak ikusten ari zirela ematen zuen. Garun eskanerretan antzekotasunak bereziki deigarriak dira accumbens nukleoetan, sari zirkuituaren parte dena, eta baita goi lobulu parietalean, kanpo inguruneari zenbat arreta jartzen zaion erabakitzen duena.

Emaitzen arabera antzekotasun harrigarria dago lagunen artean mundua hautemateko eta honi erantzuteko moduan. Garrantzitsua da batzuek besteengan zelan duen eragina ulertzeko eta harreman pertsonaletarako norekiko atrakzioa dugun ulertzeko.

Iturria: Neuroscience of friendship

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Egileaz: Ziortza Guezuraga (@zguer) kazetaria da eta Euskampus Fundazioko Kultura Zientifikoko eta Berrikuntza Unitateko zabalkunde digitaleko teknikaria.

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Diferentes muestras de miltos. La muestra ‘e’ es una pieza otomana del siglo XVI, la ‘b’ es una muestra control de óxido amarillo. Fuente: E. Photos-Jones et al (2018)

A la variedad de ocre rojo a la que los griegos llamaban miltos se le atribuían en la antigüedad clásica propiedades notables, razón por la que era muy valorado. Se utilizaba como pigmento para el mantenimiento de embarcaciones, en agricultura, como cosmético, y en medicina. El miltos es una mezcla de goethita (forma mineral del oxihidróxido de hierro), hematita (forma mineral del óxido férrico) y calcita (forma mineral del carbonato cálcico), y está formado por partículas muy finas. El que se usaba en la época clásica procedía de enclaves muy concretos, como la isla de Kea, en las Cíclades; la isla de Lemnos, en el mar Egeo; y Sinope, Capadocia, aunque muy probablemente, su composición variaba dependiendo de su procedencia.

Además de su composición química y estructura, las propiedades de los minerales pueden depender de los microorganismos adheridos a su superficie. Cuanto más pequeño es un objeto, mayor es la superficie con relación al volumen. Dado el pequeñísimo tamaño de las partículas que lo conforman -entre 30 y 700 nm de diámetro-, un mineral como el miltos tiene, por unidad de masa, una gran superficie y sobre ella puede crecer una rica película microbiana. Por otro lado, la composición de la comunidad microbiana depende de las propiedades químicas del mineral y muy en especial de su contenido en ciertos metales que pueden resultar tóxicos. Por ello, también sus posibles efectos sobre otros seres vivos variarán en función de esos rasgos.

Partiendo de ese tipo de consideraciones, un grupo formado por arqueólogos, ingenieros y geólogos ha analizado muestras de miltos de diferentes orígenes, al objeto de identificar las características que confieren al mineral las propiedades que se le atribuían en el mundo clásico.

El alto contenido en plomo de alguna de las muestras explica, por ejemplo, que el ocre rojo procedente de Kea se destinara a los barcos. Aunque se había atribuido una función meramente decorativa a su uso, lo más probable es que su utilidad real se debiese a que, al ser aplicado sobre la superficie externa de los cascos de las embarcaciones, impedía que microorganismos, algas y ciertos invertebrados se les adhiriesen, dificultando así la navegación. El plomo, así como otros metales presentes en el miltos, es tóxico para muchos seres vivos y, por esa razón, en las muestras cuyo contenido en ese metal resultó ser alto, había poca diversidad de bacterias.

Se utilizaba, por otro lado, para prevenir enfermedades en las plantas cultivadas, debido a la acción biocida de algunos metales y sustancias orgánicas adheridas a la superficie. También fue de utilidad como fertilizante, función vinculada seguramente a la presencia en el ocre rojo de bacterias fijadoras de nitrógeno; la fijación de nitrógeno consiste en la conversión de un gas que es biológicamente inútil en sustancias nitrogenadas que pueden ser absorbidas por las plantas y utilizadas para su crecimiento. Se da la circunstancia de que el hierro del mineral es un componente importante de las enzimas y compuestos orgánicos implicados en esa fijación bacteriana. Por último, también cabe atribuir el efecto antibiótico del miltos de algunas procedencias a la presencia de ciertos metales minoritarios en la composición del mineral, así como a la proliferación en la superficie de las partículas de determinados microorganismos.

Hay referencias de miltos en tabletas micénicas de arcilla escritas en Lineal B hace unos 4000 años y autores clásicos como Teofastro, Dioscórides o Plinio se refirieron a él. Ahora hemos sabido que las propiedades que se le atribuían no eran milagrosas. Eso sí, ha habido que esperar miles de años para ello.

Fuente: E. Photos-Jones, C. W. Knapp, D. Vernieri, G. E. Christidis, C. Elgy, E. Valsami-Jones, I. Gounaki y N. C. Andriopoulo (2018): Greco-Roman mineral (litho)therapeutics and their relationship to their microbiome: The case of the red pigment miltos. Journal of Archaelogical Science: Reports 22: 179-192.

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

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Una versión anterior de este artículo fue publicada en el diario Deia el 4 de noviembre de 2018.

El artículo El ocre rojo de la antigüedad y los porqués de sus propiedades se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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1. Reduccionismo vs. emergencia (II): las propiedades emergentes
2. Algunas observaciones someras relativas a las propiedades aerodinámicas de la suma
3. Rediles para ganado de unos 5.000 años de antigüedad en Álava

Uxue Razkin

Psikologia

Zer da hobe seme-alabak izatea ala ez izatea? Mundu akademikora iritsi da eztabaida hau. Ameriketako Estatu Batuetan egin duten ikerketa batean ondorioztatu zuten apur batez hobeto bizi zirela seme-alabak zituztenak. Beste ikerketa batean 161 herrialdeko datuak aztertu dira eta bertan ondorioztatu dute seme-alabak dituzten gizonek sentipen on edo txar bortitzagoak izaten dituztela. Ez da hori emakumeen kasua: aztertutako herrialdeen 2/3etan emakumeek ez dituzte sentipen onak bortizkiago nabaritzen. Gizonek eta emakumeek desberdin sentitzen dute aitatasuna eta amatasuna, eta gizonek hobeto sentitzen dute.

Ingurumena

Elhuyar aldizkarian irakur daiteke itsasoko olatuek gero eta energia gehiago dutela, Kantabriako Unibertsitatean egin duten ikerketa baten arabera. Ondorioztatu dute klima-aldaketaren eraginez gertatu dela. 1948tik aurrera urtean % 0,4 handitu da ozeanoetako olatuen energia, Elhuyar aldizkariak azaltzen digun moduan. Ikertzaileek ohartarazi dute horrek ondorio garrantzitsuak izan ditzakeela kostaldeko komunitateetan, are gehiago kontuan hartuta itsas-maila ere igotzen ari dela.

Osasuna

Josu Lopez Gazpiok ohartarazten digu tentuz ibili behar dugula albisteetan irakurtzen dugunarekin. Azaro partean, hedabide batzuek argitaratu zuten ardoa eta txokolatea hainbat onura ekar ditzaketela eta beste batzuek esan zuten txokolateak, adibidez, bizitza luzatu ere egin dezakeela. Lopez Gazpiok albistearen eta ikerketaren arteko aldeak seinalatu dizkigu artikulu honetan. Adibidez, hedabideetan azaldu da zinkak eta hidrokinonak oxidazio-estresaren aurka lagundu dezaketela eta, hortaz, bizitza luzatzen laguntzen dutela. Hidrokinonak ardoan, kafean, tean eta txokolatean daudenez, elikagai horiek bizitza luzatzeko eraginkorrak direla azaldu dute. Ikerketak ordea oso gauza zehatza aztertu du: zinkaren eragina molekula jakin batekin elkartzen denean. Hortaz, elikagaiak ez dira osotasunean aztertu. Adibide bat ematearren: ardoak polifenolak ditu baina beste osagaiek alkohola osasungarri ez izatea eragiten dute.

Meteorologia

Arnaitz Fernandez meteorologia dibulgatzaileari egin diote elkarrizketa Berrian. Kimika ikasten ari da EHUn baina meteorologia txikitatik gustatu izan zaio eta hori sare Sozialetan zabaltzen dabil. Berak kontatzen du: “Txikitan, leihoaren ondoan geratzen nintzen elur malutei begira. Neure buruari galdetzen nion ea zergatik egiten zuen elurra. Dibulgazio liburuak irakurtzen hasi, eta jakin-mina handituz joan zen”. Zientzia modu erakargarrian zabaltzea zaila dela dio, baina teknologiak laguntzen duela gaineratzen du. Halere, berak dio tentu handiz ibili behar dugula sare sozialetan irakurtzen ahal ditugun ideia sasi-zientifikoekin.

Medikuntza

Berriki James Watsoni ohorezko izendapen guztiak kentzea erabaki du Cold Spring Harbor Laborategiak bere pentsaeragatik. Hala irakur daiteke Elhuyar aldizkarian. Izan ere, arraza zuriaren nagusitasunean sinesten du eta oinarri genetikoa duela ere adierazi izan du inoiz. James Watsonek Medikuntza eta Fisiologiaren Nobel saria jaso zuen 1962an, Francis Crickekin batera, DNAren egitura argitzeagatik.

Geokimika

Geokimika Isotopikoak/Geokronologiak azken hamarkadetan izan duen bilakaerak hainbat teknika analitikoren hobekuntza eragin du, gerriko metamorfikoen tektonikaren gaineko informazioan iraultza eraginez. Hemen azaltzen den lan honetan, Rb-Sr eta Lu-Hf sistemak MC-ICP-MS bidez analizatzeko metodologia garatu da alde batetik, eta Hf-Hf eta U-Pb sistemak LA-ICP-MS bidez neurtzeko teknikak bestetik. Teknika horiek Iberiar mendigunearen ipar-mendebaldeko Malpica-Tui eta Cabo Ortegal Konplexu Aloktonoetako presio altuko arroka metamorfikoen dataziorako eta trazaketarako erabili dira.

Astronomia

Gau polarraz hitz egin dute Berrian asteon. Zehazki, Alaskako Utqiagvik herria ekarri dute adibide: urtarrilaren 23an espero da lehen aldiz eguzki argia ikusi ahal izatea 65 egunen buruan. Joan den azaroaren 18an ikusi zuten azkenekoz eguzkia hango herritarrek; ordubete eta lau minutu eskas iraun zuen egun hartan eguzki argiak. Urtero gertatzen den fenomenoa da gau polarra eta Europa iparraldeko herrialde askotan ikus dezakegu. Nola egiten diete aurre bertako herritarrek fenomenoari? Irakur ezazue artikulua osorik!

Neurozientzia

Gero eta zailagoa egiten zaigu arreta mantentzea, pantailez inguraturik gaudelako. Ildo horri jarraiki, zientzialari batzuk, zehazki Queenslandeko (Australia) Unibertsitateko ikertzaileak, gai izan dira arreta ahalbidetzen duen garuneko prozesu bat identifikatzeko. Hori lortzeko, optogenetika izeneko teknika bat baliatu dute. Testuan azaltzen den moduan, sistema kolinergikoan omen dago gakoa. Ikerketan parte hartu duen Stephen Williams ikertzaileak azaldu du: “Uste dugu gauza berdina gertatzen dela gizakien neokortexean, eta horri esker gai garela gure arretaren fokua aldatzeko. Honek ere azal lezake zergatik gertatzen diren kognizioari lotutako gaitzak nerbio-sistema parasinpatikoak huts egiten duenean”.

Elektrokimika

1834an, Faradayk artikulu bat argitaratu zuen non sistematikoki erabiltzen zuen nomenklatura elektrokimiko berria, ioi, anioi eta katioi hitzak barne. 1812. urtearen inguruan, Berzeliusek jada identifikatua zuen afinitate kimikoaren indarra korronte elektrikoaren indarrarekin eta onartua zuen atomo (edo atomo-talde) kargatuek loturik irauten dutela aurkako karga elektrikoek sortutako indarrengatik. Baina Berzeliusen teoria hau atxikimenduak galduz joan zen pixkanaka. 1887an Svante Arrehnius-ek proposatu zuen elektrolitoen molekulak ur-disoluzioan (disolbatua) daudenean ioi kargatuetan deskonposatzen direla. Ioiak molekula aktibatuen barruan labur-labur existitzen direlako hipotesi elektrokimikoak arrakasta izan zuen XX. mendeko lehen urteetan. 1916 eta 1919 urteen artean identifikatu zuten elektroia zela balentzia-lotura polarren (ionikoa) eta ez-polarren (kobalentea) oinarrizko osagaia.

Psikologia

1961ean, Stanley Milgram psikologo estatubatuarrak esperimentu bat abiatu zuen obedientziaren muina aztertzeko: batzuk irakasleak izango ziren (boluntarioak), eta besteak, ikasleak (Milgramen konplizeak). Irakasle rola egokitzen zitzaion boluntarioak deskarga elektriko bat eman behar zion ikaslearena egiten zuenari, oker erantzuten zuen bakoitzean. Akatsak pilatu ahala, deskargaren indarra areagotzen zihoan. Irakasleak soilik ikasleen garrasiak entzuten ahal zituen eta ez zekien garrasiak eta deskargak gezurrezkoak zirela. Emaitza oso esanguratsua izan zen: irakasle rola izan zuten 40 boluntarioetako 26 450 volteko deskarga ematera iritsi ziren. Esperimentu honek kritika asko jaso ditu egin zenetik. Berriki beste bat egin dute eta hori gauzatzeko errealitate birtuala erabili dute! Londreseko Unibertsitateko ikasleekin berregin dute Milgramek egindakoa. Irakur ezazue Berrian zeintzuk izan diren esperimentuaren ondorioak!

Teknologia

Donostia International Physics Centerrek itun bat sinatu du Barcelona Supercomputing Centerrekin, Ikerbasqueko zientzialariek Mare Nostrum superordenagailua erabiltzeko modua izan dezaten. Munduko azkarrenetan 25.a eta Europako bosgarrena da. Berrian galdera bat planteatzen dute arlo honen harira: “Zergatik izan daitezke horren indartsuak ordenagailu kuantikoak?” Prozesagailu klasikoak bitarrak dira eta bit bakoitza egoera zehatz batean egon daiteke: 0 edo 1. Ordenagailu kuantikoan, ordea, qbit edo bit kuantikoetan kodetzen da informazioa, eta horiek egoera batean baino gehiagotan egon daitezke aldi berean. Mare Nostrum-en kasuan, ordenagailu klasikoa da, bitarra eta mekanika kuantikoaren arabera funtzionatzen du.

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Asteon zientzia begi-bistan igandeetako atala da. Astean zehar sarean zientzia euskaraz jorratu duten artikuluak biltzen ditugu. Begi-bistan duguna erreparatuz, Interneteko “zientzia” antzeman, jaso eta laburbiltzea da gure helburua.

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Egileaz: Uxue Razkin kazetaria da.

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Actualmente se tiene conocimiento de un total de quinientas especies vegetales denominadas hiperacumuladoras, que tienen la capacidad de acumular metales o metaloides. Estas plantas pueden ser usadas para descontaminar y limpiar entornos contaminados. A este uso se le denomina fitorremediación.

Imagen: Procesos de absorción, metabolización y degradación de compuestos que poseen las plantas. (Ilustración: Ruth Angélica Zambrano)

Plantas, como la Tinorea niccolifera descubierta en Filipinas en 2014, tienen capacidades biológicas de absorber, acumular, metabolizar o estabilizar compuestos tóxicos perjudiciales para los organismos vivos. Esta característica biológica tan singular puede ser usada para hacer frente a problemas ambientales como descontaminar suelos con presencia de metales y substancias tóxicas.

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“Ilustrando ciencia” es uno de los proyectos integrados dentro de la asignatura Comunicación Científica del Postgrado de Ilustración Científica de la Universidad del País Vasco. Tomando como referencia un artículo de divulgación, los ilustradores confeccionan una nueva versión con un eje central, la ilustración.

Autora: Angélica Zambrano Cepra, alumna del Postgrado de Ilustración Científica de la UPV/EHU – curso 2017/18

Artículo original: Fitorremedios. Juan Ignacio Pérez Iglesias, Cuaderno de Cultura Científica, 7 de septiembre de 2014.

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El artículo Fitorremediación 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.

Eneko Iriarte, geólogo del Laboratorio de Evolución Humana de la Universidad de Burgos, analiza cómo la geología ayuda a desentrañar la evolución del clima a lo largo de la historia, descubriendo las causas de las enormes variaciones que han existido a lo largo del tiempo y cómo éstas han influido en los organismos presentes y pasados, incluidos los humanos.

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

El artículo El (Paleo)Clima y ¿el frío que vendrá? se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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Sare sozialetan albiste faltsuak benetakoak baino azkarrago zabaltzen dira. Zergatik izan daiteke? Martha Villabonaren Why is false information more disseminated than true information?

Bai, bai, jakinduriari zaletasunagatik egiten du zientzia jendeak. Bai. Baina artikuluak eta liburuak sinatzen dituzte, sariak hartu eta haien izena eta ospea garrantzitsua da. Hala izan da eta da, eta zientzia gizakiek egiten duten artean, hala izango da. Jesús Zamora Bonillaren Karl Popper’s ‘constitution of science’ (& 3)

Zelan sortzen dira zulo beltz supermasiboak? Normalen sorrera izar handiago edo txikiago baten kolapsoarekin azal daitezke, baina zelan sortzen dira eguzkiaren masaren 10.000 milioi aldiz masa duten zulo beltzak? DIPC: The dark collapse of merging galaxies as the origin of supermassive black holes

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Mapping Ignorance bloga lanean diharduten ikertzaileek eta hainbat arlotako profesionalek lantzen dute. Zientziaren edozein arlotako ikerketen azken emaitzen berri ematen duen gunea da. UPV/EHUko Kultura Zientifikoko Katedraren eta Nazioarteko Bikaintasun Campusaren ekimena da eta bertan parte hartu nahi izanez gero, idatzi iezaguzu.

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Son los individuos que viven en condiciones más extremas -inuit, tibetanos y otros- aquellos que tienen variantes genéticas más infrecuentes que les permiten afrontar situaciones muy duras. En esos genes, puede estar la clave de la solución a algunos de nuestros problemas de salud.

Por ejemplo, se ha identificado una mutación del gen PCKS9 en norteamericanos de origen africano, gracias al cual tienen niveles muy bajos de colesterol. Esta mutación ha permitido desarrollar fármacos anticolesterol que tienen como diana ese gen.

Ilustración: Ana Madinabeitia

Hay, por lo tanto, todo un patrimonio genético por explorar que puede ser fundamental para resolver problemas de salud.

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“Ilustrando ciencia” es uno de los proyectos integrados dentro de la asignatura Comunicación Científica del Postgrado de Ilustración Científica de la Universidad del País Vasco. Tomando como referencia un artículo de divulgación, los ilustradores confeccionan una nueva versión con un eje central, la ilustración.

Autora: Ana Madinabeitia Olabarria (@AnaMadinabeitia), alumna del Postgrado de Ilustración Científica de la UPV/EHU – curso 2017/18

Artículo original: Patrimonio genético. Juan Ignacio Pérez Iglesias, Cuaderno de Cultura Científica, 20 de marzo de 2016.

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El artículo Variantes genéticas exóticas, claves para nuestra salud se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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José Martínez Hernández, investigador Ikerbasque del grupo Neuronal Ubiquitin Pathways del Departamento de Bioquímica y Biología Molecular de la Facultad de Ciencia y Tecnología de la UPV/EHU, ha participado en un estudio del Instituto de Neurociencias de Grenoble, en el que han descubierto la relación existente entre la presencia de péptidos beta-amiloide, conocidos por ser los componentes de las placas que se acumulan en el cerebro de las personas afectadas de alzhéimer, y la rápida pérdida de dinamismo del citoesqueleto de actina de las espinas dendríticas, las zonas de las neuronas encargada de recibir la información que viene de otras neuronas mediante sinapsis. Esta menor dinámica hace que la transmisión de la información no sea eficiente, lo que desemboca en la pérdida de las espinas y, por tanto, de la capacidad de formación de sinapsis de las neuronas.

Pérdida de dinámica y posterior deterioro de las espinas dendríticas en las fases iniciales del alzhéimer. Detalles en el texto. Imagen: José Martínez Hernández / UPV/EHU.

El citoesqueleto es un entramado tridimensional de proteínas que provee de soporte interno a las células, organiza sus estructuras e interviene procesos como el transporte o el tráfico intracelular. Uno de los componentes del citoesqueleto son los filamentos de actina, que, tal como describe el doctor Martínez, “están ancladas pero en continuo movimiento, como si fueran una escalera mecánica; una proteína, llamada cofilina 1, se encarga de cortar los filamentos, y separar las unidades de actina, lo que mantiene activa esa dinámica”.

Sin embargo, en el caso de que la cofilina 1 sea fosforilada, es decir, se le añada un átomo de fósforo, esta proteína pasa a un estado inactivo, y deja de ejercer su función, lo que, a su vez impide que se lleve a cabo correctamente la actividad neuronal. “En nuestro estudio analizamos muestras de cerebros humanos con alzhéimer así como modelos animales de esta enfermedad, y en ellos vimos que la forma inactiva de la cofilina 1 aparecen en cantidades mayores que en neuronas sanas”.

En cultivos de neuronas vieron que la exposición a péptidos de beta-amiloide, el principal componente de las placas o depósitos que se acumulan en el cerebro de las personas con alzhéimer, provoca el aumento de la cofilina 1 fosforilada, y por tanto, provoca que se estabilicen demasiado los filamentos de actina, que pierdan dinamismo y altere el funcionamiento de las espinas dendríticas. “A largo plazo, además, los péptidos beta-amiloide hacen que haya menos espinas; al dejar de ser funcionales, se van perdiendo a lo largo del tiempo”, subraya el investigador

Una de las vías de fosforilación de la cofilina 1 es la ROCK, una quinasa, un tipo de enzima que modifica otras moléculas mediante fosforilación, a veces activándolas y otras desactivándolas. En el estudio quisieron ver si un medicamento que se utiliza en la práctica clínica, el Fasudil, cuya función es inhibir la acción de la enzima ROCK, revertía el efecto observado en los filamentos de actina, y “vimos que sí. No hemos propuesto un mecanismo de acción, pero hemos comprobado que la inhibición de esa vía de fosforilación de la cofilina 1 hace que la exposición a péptidos beta-amiloide no provoque la inactivación de la proteína, y el consecuente efecto en el citoesqueleto de las espinas dendríticas”, detalla Martínez.

“Nuestros resultados apoyan la idea que el daño provocado por los péptidos beta-amiloides a nivel de las espinas dendríticas en las primeras fases de la enfermedad puede prevenirse con la modulación de ROCK y la cofilina1, y que, por tanto, es necesaria la investigación en medicamentos que detengan esta fosforilación de manera específica de la cof1 en neuronas, para elaborar futuros tratamientos médicos contra el mal de Alzheimer”, concluye el doctor Martínez.

Referencia:

Travis Rush, Jose Martinez-Hernandez, Marc Dollmeyer, Marie Lise Frandemiche, Eve Borel, Sylvie Boisseau, Muriel Jacquier-Sarlin, Alain Buisson (2018) Synaptotoxicity in Alzheimer’s disease involved a dysregulation of actin cytoskeleton dynamics through cofilin 1 phosphorylation The Jounal of Neuroscience (2018) doi: 10.1523/JNEUROSCI.1409-18.2018

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

El artículo El citoesqueleto de las neuronas y el alzhéimer se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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Ahots sintesiaren bitartez testu idatz batetik dagokion mezu akustikoa lortu daiteke. Teknologia honen garapena nahiko berria izan arren, aplikazio ugari ditu jadanik.

Aplikazio hauen artean burura etortzen zaigun ohikoena aparatu elektronikoekin zerikusia duena da. Esaterako, mugikorra erabiltzean teklatura jo beharrean ahotsa erabiltzen dugunean eta aparatuak berak era berean erantzuten digunean. Teknologia hau pertsonen arteko komunikazioan lagungarria izan daiteke ere, besteak beste, itzulketak egiterako orduan edota ahots ezgaitasun bat duten pertsonen kasuan.

Azken urteotan ahots sintesiak sekulako aurrerakuntzak izan dituen arren, zeintzuk dira gaur egun dituen erronka nagusiak? Galdera honi erantzuteko Inma Hernaez UPV/EHUko Aholab ikerketa-taldeko zuzendariarekin izan gara.

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

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Un efecto secundario del tratamiento contra el cáncer es que debilita la microbiota (flora intestinal). Esta alteración puede aumentar el riesgo del paciente a padecer infecciones.

Ilustración: Clara Borrás

Las estrategias terapéuticas que modifican y fortalecen la microbiota promueven una flora intestinal variada que protege de las bacterias infecciosas. Esto puede mejorar la calidad de vida del paciente con cáncer. En un futuro próximo, los datos de nuestro genoma, metabolismo, sistema inmune o microbioma se tendrán probablemente en cuenta a la hora de planear los tratamientos médicos personalizados o “a la carta”.

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“Ilustrando ciencia” es uno de los proyectos integrados dentro de la asignatura Comunicación Científica del Postgrado de Ilustración Científica de la Universidad del País Vasco. Tomando como referencia un artículo de divulgación, los ilustradores confeccionan una nueva versión con un eje central, la ilustración.

Autora: Clara Borrás Erodes, alumna del Postgrado de Ilustración Científica de la UPV/EHU – curso 2017/18

Artículo original: Microbiota y cáncer. Ignacio López-Goñi, Cuaderno de Cultura Científica, 10 de noviembre de 2017.

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El artículo Bacterias contra bacterias se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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1. Metamorfosis criogénica de la rana del bosque
2. En el mar, allí donde todo comienza
3. Un ornitisquio emplumado

Aratz Beranoaguirre, Jose Ignacio Gil Ibarguchi, Pablo Puelles Olarte Geokimika Isotopikoak/Geokronologiak azken hamarkadatan izan duen bilakaerak hainbat teknika analitikoren hobekuntza eragin du, gerriko metamorfikoen tektonikaren gaineko informazioan iraultza eraginez.

Irudia: Cabo Ortegal Konplexu Aloktonoetako presio-altuko arroka metamorfikoen datazio eta trazaketarako erabili dira teknika hauek. (Argazkia: FotoLibre).

Ondorioz, erabiltzen diren tekniketako zehaztasun, zuzentasun edo sentikortasun parametroak, orain dela urte batzuk pentsaezinak ziren mailetara heldu dira, lagin kopuru txikien datazioa ahalbidetuz arroka eta mineraletan. Aurrerapen hauek, ikerlarien jakin minarekin batera, aukera sorta zabala zabaldu dute datazioei dagokienez.

Azken urteotan, Euskal Herriko Unibertsitateak UPV/EHU berariazko tresneria analitikoa erosi eta gela zuriak eraiki ditu. Tresna hauen erabileran aurrerapausoak eman nahian munduan gehien erabiltzen diren metodo geokronologikoen inplementazioa eta hobekuntzak ahalbidetu dituzten teknika ezberdinak garatu dira.

Alde batetik, diluzio-isotopiko eta detektagailu anitzeko induktiboki akoplatutako plasma iturridun masa-espektrometro (ID-MC-ICP-MS) bidezko metodo analitikoak garatu dira Rb-Sr eta Lu-Hf sistemen erabilerarako. Rb eta Lu-a elementu erradioaktiboak dira, denborarekin Sr eta Hf-rako desintegrazio-erradioaktiboa jasaten dutenak. Desintegrazio hori neurgarria da, eta horri esker arroka edo mineral ezberdinen adinak ezagutu daitezke.

Analisiak egin aurretik, laginaren ezaugarrien eta lortu nahi diren helburuen araberako tratamendu espezifikoa egiten da. Horrela, laginaren deskonposizio prozesuan trazatzaile bat, isotopo jakin batean aberastuta dagoen disoluzioa, gehitzen zaio laginari, interesekoa den arrazoi-isotopikoa ahalik eta zehatzen eta zuzenen neurtzeko. Ondoren, intereseko elementuak gainerako elementuetatik isolatzea beharrezkoa da gerta daitezkeen interferentzia isobarikoak ekiditeko, horretarako erauzte eta katio-truke kromatografian oinarritutako erretxina ezberdinak erabiltzen direlarik. Elementuetako bakoitzak erretxina hauekiko eta azido ezberdinekiko duen portaera dela eta, Rb, Sr, Lu eta Hf-aren isolamendua lortzen da. Ezagunak diren nazioarteko erreferentziazko materialen analisien bidez egiaztatu ahal izan denez, lagin geologikoen tratamendurako ezarritako deskonposizio zein sistema bakoitzaren elementuak isolatzeko prozedurek ondo funtzionatzen dute; metodo biak ikerketa geokimiko/geokronologikoetan erabiltzeko erabat fidagarriak direla baieztatuz.

Beste alde batetik, laginaren lekuan bertako (in situ) analisiak egiteko teknikak ere martxan jarri dira, Geologian gero eta interes handiagoa daukatenak. Horrela, U-Th-Pb (Uranioak Torio eta Berunerako desintegrazio-isotopikoa jasaten du) eta Lu-Hf sistemak zirkoietan analizatzeko metodoak arrakastarekin garatu dira. U-Th-Pb-aren kasuan induktiboki akoplatutako plasma iturridun masa-espektrometro kuadrupolarrari (Q-ICP-MS) elkartutako laser ablazio-sistemaren bidez burutzen dira analisiak; Lu-Hf-an MC-ICP-MSari lotzen zaiolarik laser ablazio-sistema berbera. Analisiak Geologian erabiltzen diren xafla petrografiko arruntetan egiten dira zuzenean. Kasu honetan ere, nazioarteko erreferentziazko materialetan lortutako emaitzak bat datoz erreferentziazko balioekin.

Sistema bakoitzaren prozedura analitikoei datxekien arazo eta ziurgabetasun guztientzako irtenbideak topatu ahal izan dira, eta beraz, metodo guztiak zuzen garatu dira; komunitate zientifikoaren eskura geratzen direlarik.

Azkenik, teknika hauek Iberiar Mazizoaren Ipar-Mendebaldeko Malpica-Tui eta Cabo Ortegal Konplexu Aloktonoetako presio-altuko arroka metamorfikoen datazio eta trazaketarako erabili dira. Lortutako emaitzen arabera, arroka hauek Erdi eta Goi Devoniarrean gertatutako protolito Ordoviziarren subdukzio prozesu baten ondorioz sortutakoak dira (orain dela 390 Mu Goi Aloktonoan eta 370-375 Mu Behe Aloktonoan). Behe Aloktonoaren subdukzioa presio-altuko Goi Aloktonoaren unitateena baino 15-20 mu geroago ematen da, Reiko ozeanoaren zabalera txikia zela ondorioztatuz. Rb-Sr adinak, 360 Mu inguru bi aloktonoetan, berrabiarazitako adintzat hartzen dira, eta zirkoi berrien hazkuntzarekin batera, exhumazio prozesuan fluidoen aktibitate garrantzitsua iradokitzen dute.

Artikuluaren fitxa:

• Aldizkaria: Ekaia
• Zenbakia: Ekaia 33
• Artikuluaren izena: Masa-espektrometria bidezko prozedura analitiko berrien garapena Geokimika Isotopikoan eta haien aplikazioa presio altuko arroka metamorfikoen azterketan.
• Laburpena: Geokimika Isotopikoak/Geokronologiak azken hamarkadetan izan duen bilakaerak hainbat teknika analitikoren hobekuntza eragin du, gerriko metamorfikoen tektonikaren gaineko informazioan iraultza eraginez. Euskal Herriko Unibertsitatea (UPV/EHU) berariazko tresneria analitikoaren jabe da, munduan gehien erabiltzen diren metodo geokronologikoen inplementazioa eta hobekuntza ahalbidetuz. Lan honetan, Rb-Sr eta Lu-Hf sistemak MC-ICP-MS bidez analizatzeko metodologia garatu da alde batetik, eta Hf-Hf eta U-Pb sistemak LA-ICP-MS bidez neurtzeko teknikak bestetik. Teknika horiek Iberiar mendigunearen ipar-mendebaldeko Malpica-Tui eta Cabo Ortegal Konplexu Aloktonoetako presio altuko arroka metamorfikoen dataziorako eta trazaketarako erabili dira. .
• Egileak: Aratz Beranoaguirre, Jose Ignacio Gil Ibarguchi, Pablo Puelles Olarte.
• Argitaletxea: UPV/EHUko argitalpen zerbitzua
• ISSN: 0214-9001
• Orrialdeak: 167-179
• DOI: 10.1387/ekaia.17774

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Egileez:

Aratz Beranoaguirre Instituto Geológico y Minero de España (IGME) eta UPV/EHUko Mineralogia eta Petrologia Sailean dabil, Jose Ignacio Gil Ibarguchi UPV/EHUko Mineralogia eta Petrologia Sailean dabil eta Pablo Puelles Olarte UPV/EHUko Geodinamika Sailean.

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Ekaia aldizkariarekin lankidetzan egindako atala.

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