Cuaderno de Cultura Científica

Los cuasicristales se descubrieron por primera vez en 1984 en una aleación de aluminio y manganeso. Al igual que los cristales, generan patrones de difracción de los rayos X con puntos brillantes dispuestos simétricamente, pero con simetrías (pentagonales, decagonales, dodecagonales) que no pueden ser producidas por ningún empaquetamiento ordenado de partículas que sea regular. Por contra, los cuasicristales no son perfectamente periódicos: contienen disposiciones atómicas locales con estas simetrías prohibidas, pero que no se repiten exactamente.

Los cuasicristales, con sus redes atómicas no repetitivas, ofrecen la posibilidad de crear materiales con propiedades de conducción de calor y carga diseñadas, propiedades que se ven influidas por la estructura reticular y sus vibraciones, también llamadas fonones. Sin embargo, los estudios realizados de fonones en cuasicristales no han descubierto esta previsible influencia de la inusual estrutura.

Un nuevo trabajo de Masato Matsuura, del Centro de Ciencia y Tecnología de Neutrones CROSS en Japón, y sus colegas ha descubierto ahora un comportamiento único de los fonones en los cuasicristales: el número de fonones que se propagan en la red es notablemente menor a energías de fonón específicas que están relacionadas entre sí a través de la proporción áurea, una constante matemática que también está vinculada a la geometría de la red no periódica de los cuasicristales. Esta observación confirmaría las predicciones teóricas de hace décadas que diferencian los fonones de los cuasicristales de los fonones de los materiales cristalinos.

El equipo de investigadores dirigió un haz de neutrones hacia una muestra de un centímetro del material cuasicristalino Al73Pd19Mn8. Siguiendo técnicas estándar, los investigadores analizaron la energía y el cambio de dirección de los neutrones dispersados para determinar la energía, la dirección del movimiento y la cantidad de fonones generados por las interacciones neutrón-muestra.

En un espectro de número de fonones frente a energía del fonón, el equipo observó caídas pronunciadas en energías aproximadas al multiplicar cada energía sucesiva por la proporción áurea, que es de aproximadamente 1,6: 0,12, 0,19, 0,31, 0,51, 0,82, 1,33 y 2,15 meV. El análisis también reveló que los fonones se propagan en direcciones preferentes. Además, el número de fonones generados cuando los neutrones ganan energía de la red durante la dispersión es diferente del número generado cuando pierden energía.

Un proceso de dispersión tan asimétrico nunca se ha observado en los fonones en materiales cristalinos convencionales. Debido a estas propiedades de los fonones, los cuasicristales podrían encontrar aplicaciones en dispositivos para la gestión térmica.

Referencias:

Masato Matsuura, Jinjia Zhang, Yasushi Kamimura, Maiko Kofu, and Keiichi Edagawa (2024) Singular Continuous and Nonreciprocal Phonons in Quasicrystal AlPdMn Phys. Rev. Lett. doi: 10.1103/PhysRevLett.133.136101

Martín Rodríguez-Vega (2024) Golden Ratio in Quasicrystal Vibrations Physics 17, s121

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

El artículo Los fonones de los cuasicristales y la proporción áurea se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Ceres es el cuerpo más grande de todos los que pueblan el cinturón de asteroides y ostenta el título de primer planeta enano que fue visitado por una misión espacial -eso sí, pocos meses después la New Horizons visitaría Plutón, ya planeta enano también- pero no por ser enano sería menos interesante, ya que sabemos que pudo ser un mundo océano, esos cuerpos que albergan o albergaron un océano -valga la redundancia- de agua líquida bajo su superficie.

A pesar de ser un planeta enano tampoco es un cuerpo simple o sencillo, sino que esconde una compleja historia geológica que estamos empezando a rascar gracias a los datos que ha aportado la misión Dawn -ya terminada- y a los modelos que se han podido confeccionar gracias a estos. Y es que Ceres es un cuerpo rico en hielo, una composición muy diferente a la de la gran mayoría de asteroides con los que convive en su órbita alrededor del Sol, por lo que tampoco encaja muy bien en su posición actual. Pero de esto último hablaremos en otra ocasión.

De Ceres hay muchas características destacables, pero una importante es su forma casi esférica y su aspecto tan llamativo, que casi nos recuerda a un cuerpo rocoso. Cortesía de NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA.

Cuando vemos imágenes de este cuerpo, lo primero que salta a la vista es el innumerable número de cráteres que esculpen su superficie. Los primeros modelos sobre cómo debería comportarse su corteza -los existentes antes de la misión Dawn- mostraban que los cráteres deberían sufrir procesos de relajación… y me explico: El hielo se deforma fácilmente por efecto de la gravedad, comportándose como un fluido, lo que tiende a hacer los cráteres menos profundos conforme va avanzando el tiempo. Y este fenómeno, al menos tan marcado, no lo vemos en Ceres.

Pero un nuevo estudio publicado por Parmeleau et al. (2024) aporta una solución a este problema: No apreciamos tanta relajación en los cráteres porque la corteza de Ceres no era como creíamos. Y es que en sus simulaciones observan que para que se ajuste la realidad a los modelos, la corteza estaría compuesta en un 90% de hielo en la superficie y aproximadamente un 0% a unos 117 kilómetros de profundidad, lo que demostraría la importancia de las impurezas en la composición de la corteza helada de Ceres.

Como hemos dicho en la introducción, Ceres era un mundo océano: Conforme se fue congelando, minerales como los silicatos, las sales y otros fueron quedando atrapados entre los granos de hielo. Este proceso endurecería o haría más rígido el hielo, complicando los mecanismos de deformación interna del hielo y, por lo tanto, limitando los procesos de relajación.

Pero no hace falta un porcentaje muy alto de impurezas dentro del hielo: con tan solo un 6% sería suficiente para crear una estructura con el hielo capaz de mantener las formas del relieve de Ceres durante miles de millones de años. Pero es que, además, la rigidez que le confieren este porcentaje de impurezas es comparable a la de las rocas, impidiendo la deformación y garantizando que sus formas geológicas no vayan borrándose a consecuencia de la relajación.

Un detalle de la superficie de Ceres. Obsérvense los cráteres que pueblan su superficie y, en el limbo, Ahuna Mons sobresaliendo como una pequeña “montaña”. Cortesía de NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA.

En este estudio podemos ver como los investigadores trabajaron con tres modelos para comprender el porqué no se deformaban los cráteres: En primer lugar, probaron con un modelo de corteza de una composición uniforme en el cual simularon unos 40 kilómetros de profundidad con un 90% de hielo. En este modelo los cráteres sufrían procesos importantes de relajación.

Otro modelo de los que probaron fue el de una corteza de dos capas: una superior, rica en hielo y una inferior más densa y con menos hielo. Esta capa inferior ofrecería un soporte a la superior, limitando la relajación de los cráteres, pero tenía dos problemas: El primero es que, aunque funcionaba mejor que el modelo de una capa, todavía mostraba demasiada relajación y, el segundo, es que las medidas gravitatorias no concordaban con este modelo, por lo que difícilmente podría ajustarse a la realidad.

Y por último, una corteza con un cambio gradual, en el cual el océano de Ceres se iría congelando de arriba hacia abajo, provocando que las impurezas -cada vez también de un mayor tamaño- fuesen acumulándose progresivamente conforme avanzaba la congelación, creando una corteza con menos hielo en profundidad que en la superficie, haciéndola más resistente a los procesos de relajación, y donde observaríamos una mayor pureza en el hielo en la parte superior que en la inferior.

Detalle del interior del cráter Occator, donde podemos observar unas manchas de materiales muy claros sobre la superficie de Ceres y que podrían haber sido depositados gracias a materiales surgidos desde su interior. Cortesía de NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA.

Quiero aclarar que esto no cierra por completo la posibilidad de que en Ceres todavía queden pequeños embolsamientoss de agua que mantengan cierta actividad geológica sobre la superficie del planeta, como las que explicarían la presencia de las zonas de manchas “claras”, como las que hay en el cráter Occator y que parecen de una reciente formación, en escala geológica, y que sugieren que todavía podía ser un mundo activo, aunque probablemente no tanto como cuando tenía un océano.

Para concluir, y creo que es importante, a menudo tenemos la impresión de que los cuerpos pequeños son más simples o han tenido una historia poco interesante, pero también, como es en el caso de Ceres, pueden tener una compleja historia geológica e incluso fenómenos cuya explicación requiere de más observaciones, nuevos modelos y, quien sabe, si más visitas de futuras misiones de exploración.

Referencias:

Pamerleau, I. F., Sori, M. M., & Scully, J. E. C. (2024) An ancient and impure frozen ocean on Ceres implied by its ice-rich crust Nature Astronomy doi: 10.1038/s41550-024-02350-4

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

El artículo Una bola de barro congelado en el cinturón de asteroides se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Foto: Shawn Augustine / Unsplash

La restricción dietética, incluida la reducción calórica y el ayuno intermitente, tiene un gran potencial para mejorar la longevidad de los seres humanos. Aunque los científicos se han esforzado por comprender por qué este tipo de dietas alargan la vida y cuál es la mejor manera de aplicarlas a los seres humanos, la información disponible es limitada.

Ahora, un equipo de investigación de EE UU ha analizado sus efectos sobre la salud y la esperanza de vida de 960 ratones hembra. El estudio se diseñó para garantizar que cada ejemplar fuera genéticamente distinto, lo que permitió representar mejor la diversidad de la población humana y que los resultados fueran más relevantes desde el punto de vista clínico.

Los roedores fueron asignados aleatoriamente a uno de estos cinco tipos de dietas: acceso ilimitado a alimentos, ayuno un día a la semana, ayuno dos días consecutivos a la semana y restricción calórica del 20 o el 40 % de la ingesta alimentaria basal (aquella que satisface las necesidades nutricionales mínimas).

Todas las reducciones en la ingesta prolongaron la vida de los ratones, con respuestas proporcionales al grado de limitación, pero solo consumir menos calorías redujo significativamente la tasa de envejecimiento.

“Este estudio confirma que las intervenciones dietéticas prolongan la esperanza de vida en ratones genéticamente diversos”, explica a SINC Gary Churchill, investigador en el Laboratorio Jackson de Maine y autor principal del trabajo. “El hallazgo más sorprendente y clave es que dicha prolongación no se debe a la pérdida de peso que experimentan con estas dietas”.

Menos comida, más años de vida

El estudio concluyó que ingerir menos calorías tenía un mayor impacto en la longevidad que el ayuno periódico. Esto muestra que las dietas muy bajas en calorías prolongan en general la vida de los ratones, independientemente de sus niveles de grasa corporal o glucosa, ambos considerados marcadores de salud metabólica y envejecimiento.

Sorprendentemente, los ratones que más vivieron con la restricción alimentaria fueron los que menos peso perdieron a pesar de comer menos. Los animales que perdieron más peso con estas dietas tendían a tener poca energía, sistemas inmunitario y reproductivo comprometidos y vidas más cortas.

“Los animales más robustos mantienen su peso incluso frente al estrés y la restricción calórica, y son los que viven más tiempo. Una restricción más moderada podría ser una forma de equilibrar la salud y la esperanza de vida a largo plazo”, afirma Churchill.

En general, los ratones que seguían dietas sin restricciones vivían una media de 25 meses; los que seguían dietas de ayuno intermitente, 28 meses; los que comían el 80 % de lo habitual, 30 meses; y los que comían el 60 %, 34 meses. Pero dentro de cada grupo la esperanza de vida era amplia.

La genética es más importante

Cuando los investigadores analizaron el resto de sus datos para tratar de explicar estas diferencias, descubrieron que los factores genéticos tenían un impacto mucho mayor en la esperanza de vida que las dietas, lo que pone de relieve cómo las características genéticas subyacentes, aun por identificar, desempeñan un papel importante en el impacto.

“Aunque la pérdida de peso y otros cambios metabólicos asociados a la restricción calórica y el ayuno intermitente son importantes para la salud humana, no son indicadores fiables de la prolongación de la vida”, puntualiza Churchill. “Los indicadores basados en la sangre ofrecen una mejor perspectiva para predecir la esperanza de vida”.

La mayoría de los estudios sobre la longevidad de los ratones se han llevado a cabo en un número limitado de cepas consanguíneas que no representan adecuadamente la diversidad genética de los seres humanos.

“Las intervenciones dietéticas utilizadas para los ratones no serían bien toleradas por nuestra especie, y nuestro objetivo no es aplicar directamente estas intervenciones a los humanos. Más bien buscábamos indicadores medibles de la prolongación de la vida útil que pudieran servir de base a los ensayos de intervención clínica”, puntualiza el experto.

Efectos perjudiciales de comer menos

Aunque en general los ratones sometidos a restricciones parecían sanos, había varios indicadores de efectos perjudiciales: reducción de la temperatura corporal, hambre (comportamiento de búsqueda de comida) y alteración de la función inmunitaria que podría dejar a los ratones susceptibles a las infecciones.

Es importante señalar que los ratones se mantuvieron en un entorno específico libre de patógenos con poca o ninguna exposición a ellos. “Varios grupos de investigación estudian ya el momento de la alimentación como factor que contribuye a alargar la vida. También estamos interesados en identificar la base genética de la resistencia”, indica el investigador, que apunta la necesidad de seguir investigando estas cuestiones.

Referencia:

Di Francesco, A., Deighan, A.G., Litichevskiy, L. et al. (2024) Dietary restriction impacts health and lifespan of genetically diverse mice. Nature (2024). doi: 10.1038/s41586-024-08026-3

Sobre la autora: Verónica Fuentes es periodista responsable de la sección Salud en SINC

Una versión de este artículo apreció originalmente en SINC el 9 de octubre de 2024

El artículo La genética determina más la esperanza de vida que la dieta se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Si la velocidad de la luz (en el vacío) fuese mucho, mucho más pequeña, la relatividad sería implacable y cotidiana.

Los vídeos ‘¿Y sí…?´ se plantean cuestiones ficticias pero que nos permiten aprender mucho sobre el mundo en el que vivimos. Se han emitido en el programa de divulgación científica de Televisión Española Órbita Laika, y producido en colaboración con la Cátedra de Cultura Científica de la Universidad del País Vasco.

Ficha técnica: Idea: José Antonio Pérez Ledo

Producción ejecutiva: Blanca Baena

Dirección: Aitor Gutierrez

Guion: Manuel Martinez March

Grafismo: Cristina Serrano

Música: Israel Santamaría

Producción: Olatz Vitorica

Locución: José Antonio Pérez Ledo

El artículo ¿Y si la velocidad de la luz (en el vacío) fuese mucho, mucho más pequeña? se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Foto: NOAA / Unsplash

El pescado es una de las principales fuentes de proteína de patrones alimentarios como la dieta mediterránea. En España, el consumo de pescado es mayor en las comunidades del norte y noroeste, donde principalmente se consume pescado fresco. Cuando acudimos a las pescaderías o supermercados a comprar este alimento, nos encontramos con especies tanto de origen salvaje como de acuicultura, y en ocasiones resulta difícil saber qué implicaciones tiene su origen (más allá del precio de venta).

El pescado como alimento

Lo cierto es que el pescado es un alimento muy interesante desde el punto de vista nutricional debido tanto a su contenido en proteínas y lípidos como a que no aporta carbohidratos. Por lo tanto, deberíamos intentar incluirlo en nuestra dieta.

En el caso de las proteínas, el pescado tiene un contenido del 15-20 % (similar al de la carne de animales terrestres), porcentaje que se mantiene constante tanto en peces marinos como en las especies de agua dulce . Cabe destacar que la proteína del pescado proporciona todos los aminoácidos esenciales (los que nuestro cuerpo no puede sintetizar) en proporciones adecuadas. Además, la elevada digestibilidad de la proteína del pescado, junto a que el colágeno que contiene se gelatiniza a temperaturas más bajas que las de la carne, lo convierten en una fuente proteica de especial interés en la infancia y para las personas de edad avanzada.

En cuanto a los lípidos, su contenido es menor en los pescados denominados blancos (como merluza, rape o gallo) y mayor en los pescados azules (como anchoas, sardinas o salmón). Sin embargo, lo interesante de los lípidos del pescado no es tanto su cantidad sino el tipo: puesto que la mayoría (dos tercios del total) son insaturados, proporción significativamente superior en comparación a los lípidos de la carne.

Entre los lípidos presentes en el pescado destacan los ácidos grasos poliinsaturados (AGP), que pueden llegar a suponer hasta el 45 % del total. Destacan entre ellos el ácido docosahexaenoico (DHA) y el ácido eicosapentaenoico (EPA), pertenecientes a la serie omega-3. De hecho, el DHA y el EPA son habitualmente reconocidos como los “responsables” de los efectos cardioprotectores atribuidos al consumo de pescado azul, favoreciendo la vasodilatación y, por lo tanto, contribuyendo al control de la presión arterial, regulando el metabolismo del colesterol (principalmente el DHA) y los triglicéridos, y disminuyendo el riesgo de padecer trombos (son precursores de prostaglandinas).

Por todo ello, se recomienda consumir de tres a cuatro raciones de pescado a la semana, intentando variar entre especies magras (pescados blancos) y grasas (pescados azules), lo que asegurará los efectos cardioprotectores anteriormente mencionados y favorecerá la ingesta de otros nutrientes (como vitaminas A y D, y minerales como el yodo, selenio o calcio).

Diferencias entre pescado salvaje y de acuicultura

Más allá de diferencias en precio o disponibilidad, también existen variaciones significativas en la composición nutricional entre el pescado salvaje y el procedente de acuicultura. Estas diferencias no afectan a las proteínas (no cambia la proporción o el tipo), pero sí a los lípidos.

La diferencia se debe a que la alimentación del pescado procedente de acuicultura se enfoca (lógicamente) en conseguir el mayor aumento de peso en el menor tiempo posible. Para ello es habitual utilizar piensos, que tradicionalmente han sido elaborados principalmente a base de harina y aceite de pescado, entre otros. Cabe señalar que en la actualidad, por motivos de sostenibilidad, estos ingredientes se están sustituyendo por fuentes de proteína y aceites de origen vegetal.

Por el contrario, el pescado salvaje necesita buscarse el alimento para sobrevivir. Como consecuencia, el contenido de grasa de ejemplares de acuicultura suele ser superior al de ejemplares salvajes de la misma especie, tal y como se ha descrito en especies como la dorada o la lubina.

Pero, además, las diferencias en la alimentación también tienen implicaciones en la composición de la grasa de los pescados salvajes y de acuicultura. Así, se ha observado que, para una misma especie de pescado, la proporción de AGP de la serie omega-3 es menor en los pescados de acuicultura, puesto que los piensos con los que se alimentan son ricos en AGP omega-6. De hecho, en salmones de acuicultura, se han llegado a observar porcentajes de ácido linoleico (AGP de la serie omega-6) 20 veces mayor que en salmones salvajes.

Esto puede provocar que el efecto cardioprotector del consumo de pescado de acuicultura sea menor que si se consume pescado salvaje, debido al mayor contenido en los primeros de AGP omega-6 (con efecto proinflamatorio).

Entonces, ¿qué pescado es más recomendable consumir?

Teniendo en cuenta lo anteriormente mencionado, y desde un punto de vista exclusivamente nutricional, sería más recomendable el consumo de pescado salvaje que el de acuicultura, debido a la mejor relación AGP omega-3:omega-6. No obstante, cabe señalar que debido a la bioacumulación de contaminantes durante un período de tiempo muy largo, ciertas especies salvajes de gran tamaño, como pez espada, atún rojo o tiburón, presentan un alto contenido en mercurio, por lo que se recomienda evitar su consumo en el caso de mujeres embarazadas o en lactancia, así como en niños de entre 0 y 10 años.

Conviene indicar que tanto los pescados salvajes como de acuicultura tienen la capacidad de acumular contaminantes químicos (tales como metales pesados, dioxinas, microplásticos, medicamentos, etc.), si bien difieren en las fuentes de contaminación. En el caso de especies salvajes, el tipo y concentración de los contaminantes presentes en el pescado dependerá en gran medida de la calidad de las aguas en las que habitan; mientras que, en el caso de los pescados de acuicultura, resulta además esencial la calidad de los piensos con los que los alimentan.

El precio es otro de los factores que pueden definir la elección de pescado salvaje o de acuicultura. En este sentido, comprar especies de temporada y proximidad puede facilitar el consumo de pescado salvaje a precios más asequibles.

Sobre las autoras: Iñaki Milton Laskibar, Investigador del grupo Nutrición y Obesidad del Centro de Investigación Biomédica en Red de la Fisiopatología de la Obesidad y Nutrición (CiberObn) y del Instituto de Investigación Sanitaria Bioaraba; Alfredo Fernández-Quintela, Investigador del CIBERobn; Bárbara Nieva Echevarría; Encarnación Goicoechea Osés; Laura Isabel Arellano García, Investigadora predoctoral del Grupo Nutrición y Obesidad del CiberObn y María Puy Portillo, Investigadora del CIBERobn. Todas, además, profesoras de la Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea

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

El artículo ¿Pescado salvaje o de acuicultura? se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

«El doctor Livingstone, supongo». Esta frase forma parte de la leyenda sobre el encuentro entre los exploradores Henry Stanley y David Livingstone a orillas del lago Tanganika en 1871, cuando el primero fue a buscar al segundo al corazón de África después de que David no diera señales de vida durante años. Pero Livingstone no estaba allí de excursión, había sido enviado por el Imperio Británico a buscar las fuentes del río Nilo, es decir, cartografiar el lugar de origen del mítico río que baña las tierras de Egipto en su desembocadura. Y aunque no consiguió dar respuesta a esta incógnita geográfica, que aún hoy genera discusión, sí que hizo otro importante descubrimiento: encontró el río Zambeze, siguió su curso y llegó hasta unas impresionantes cataratas que, como buen británico, llamó Victoria.

Detalle del salto de agua de las cataratas Victoria, situadas en la frontera entre Zambia y Zimbabwe, donde se aprecia la cortina de gotas de agua que se forma gracias a la energía liberada por la caída. Foto: By Diego Delso, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons

Las cataratas Victoria, o “Mosi-oa-Tunya” en idioma batoko, que puede traducirse como “el humo que truena”, marcan la frontera entre Zambia y Zimbabwe, en el sur del continente africano. Se trata de las cataratas más grandes del mundo, con una longitud superior a 1700 metros y más de 100 metros de altura de salto de agua que, en época de lluvias, cae con tanta energía que levanta una enorme cortina de pequeñas gotas que son impulsadas hacia arriba con un gran estruendo, característica que les confiere su toponimia local. Y, como no podía ser de otra manera, este impresionante paisaje tiene su origen en la Geología.

Esta historia comienza hace unos 180 millones de años, poco después de que Pangea se disgregase en dos supercontientes que empezaron a separarse uno del otro: Laurasia al norte y Gondwana, del que formaba parte el actual continente africano, al sur. En aquel momento, en la zona que hoy en día se desarrollan las cataratas Victoria, se produjeron diversas erupciones volcánicas que dieron lugar a un manto de rocas basálticas que cubrieron toda la zona y que se iban disponiendo en capas superpuestas unas sobre otras. Estos procesos eruptivos duraron varios millones de años, provocando la acumulación de un depósito de rocas volcánicas de centenares de metros de altura en varios kilómetros a la redonda.

Como la tectónica de placas es imparable, durante más de cien millones de años Gondwana se estuvo subdividiendo, lo que provocó la fracturación de ese manto de rocas volcánicas, generando así una serie de zonas de debilidad que lo atraviesan de lado a lado. Y si algo le gusta encontrarse al agua en circulación por la superficie del terreno son zonas de debilidad, porque le sirven como pequeños atajos que le facilitan el avance.

Así es como llegamos al último capítulo de nuestra historia, que comenzó hace unos 5 millones de años y continúa hasta la actualidad. Durante este periodo, el clima se ha caracterizado por una alternancia de momentos fríos y áridos, llamados glaciaciones, y momentos cálidos y húmedos, conocidos como interglaciales, que han favorecido el desarrollo de una red de drenaje formada por varios ríos que se abren camino hacia la desembocadura. Entre ellos, el río Zambeze, que poco a poco, con más moral que el alcoyano y una paciencia de millones de años, ha ido construyendo un curso serpenteante horadando las rocas volcánicas al encajar su cauce cada vez a mayor profundidad.

¿Y las cataratas Victoria? Pues voy a responder con otra pregunta, ¿os acordáis que decía que al agua le encanta encontrarse con zonas de debilidad en su recorrido? Exacto, las cataratas son una gran fractura del terreno que ha aprovechado el río para avanzar más rápido hacia su desembocadura. Entrando en más detalle, inicialmente el Zambeze aprovechó esta pequeña rotura superficial del terreno para circular por ella, pudiendo erosionar el fondo con mayor facilidad hasta crear una pequeña garganta o cañón en esta zona. Con el paso del tiempo, gracias a ir aumentando la diferencia de altitud entre la parte superior de las paredes del cañón y el fondo del mismo por la erosión del cauce, también se incrementa la energía potencial del agua en caída, que acaba actuando como un martillo pilón con las rocas del fondo. Así, la catarata es cada vez más profunda y, mientras siga circulando el agua, lo será cada vez más. Además, esta liberación de energía del agua al chocar con las rocas del fondo, también explica que se genere esa cortina de pequeñas gotas que salen despedidas hacia arriba, simplemente se cumple la “Tercera ley de Newton”.

Aspecto del recorrido serpenteante del río Zambeze y de las paredes verticales de las cataratas Victoria en época seca, lo que permite observar las fracturas del terreno que cortan perpendicularmente el cauce y el alcance de la erosión vertical producida por el agua. Foto: Siyabona Africa

Las cataratas Victoria forman un paisaje de ensueño que ha asombrado a toda la humanidad, desde los inicios del género Homo en el corazón de África hasta nuestros días, llegando a convertirse en una zona protegida con las figuras de Parque Nacional y sitio del Patrimonio Mundial de la UNESCO. Y todo ello gracias a su historia geológica, que ha hecho posible que hoy en día disfrutemos de este maravilloso lugar. Por eso lo he escogido para desearos un feliz Día Internacional de la Geodiversidad, que se celebró el pasado 6 de octubre. Cada vez que miréis el paisaje que os rodea, recordad que todo lo que veis es debido a la Geología.

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

El artículo La Geología que truena se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Hoy, como cada 9 de octubre desde 1969, se celebra el Día Mundial del Correo. La fecha de esta conmemoración se eligió porque el 9 de octubre de 1874 nació la Unión Postal Universal en Berna, Suiza. Así, hoy, el 9 de octubre de 2024, este organismo especializado de Naciones Unidas cumple 150 años.

El propósito de este Día Mundial es concienciar sobre el papel del sector postal en la vida cotidiana de las personas y las empresas y su contribución al desarrollo social y económico de los países.

Naciones Unidas

Cartel del Día Mundial del Correo 2024. Fuente: Naciones Unidas.

 

El papel del sector postal también ha sido relevante en el quehacer científico. Entre otras historias que ratifican la anterior afirmación, recuerdo el caso de la microbióloga Elizabeth Lee Hazen y la química Rachel Fuller Brown que, en 1950, descubrieron y aislaron la nistatina, un fármaco que impide el crecimiento de los hongos. La eficacia del servicio de correos estadounidense jugó un papel esencial en ese hallazgo: los laboratorios en los que trabajaban estas dos científicas distaban más de 200 kilómetros y debían intercambiar sus cultivos de hongos para avanzar en la investigación…

Aunque los servicios postales van mucho más allá que el intercambio de cartas, en el día de hoy quería dedicar esta anotación a recordar algunos fragmentos de nueve (en honor al día) correspondencias epistolares relacionadas, por supuesto, con las matemáticas.

Carta de William Molyneux a John Locke, 1693

“Soy de la opinión de que el ciego no podría, a primera vista, decir con certeza cuál es el globo y cuál el cubo, mientras sólo los viera, aunque por el tacto pudiera nombrarlos sin equivocarse y con toda seguridad supiera distinguirlos por las diferencias de sus formas tentadas”.

En Haciendo matemáticas en la oscuridad.

Carta de Carl Friedrich Gauss a Sophie Germain, 1807

“Pero cómo describirle mi admiración y mi sorpresa al ver a mi estimado remitente señor LeBlanc transformarse en este ilustre personaje que da un ejemplo tan brillante de algo en lo que me cuesta creer.

El gusto por las ciencias abstractas en general y sobre todo por los misterios de los números no es algo frecuente: eso no sorprende a nadie; los encantos hechiceros de esta ciencia sublime no se desvelan en toda su belleza más que a quienes tienen el valor de profundizar en ella. Pero cuando una persona de ese sexo, que por nuestras costumbres y nuestros prejuicios ha de encontrar infinitamente más obstáculos y dificultades que los hombres para familiarizarse con sus espinosas investigaciones, es capaz pese a todo de superar esas trabas y penetrar en lo más oscuro que tiene, es sin duda necesario que posea el más noble coraje, dones absolutamente extraordinarios y un talento superior”.

En Semblanza alfabética de Sophie Germain.

Carta de Sophie Germain a Guglielmo Libri (sobre Évariste Galois), 1831

“La muerte del señor Fourier ha sido demasiado para este estudiante Galois que, a pesar de su impertinencia, daba muestras de un carácter inteligente. Todo esto ha hecho tanto que lo han expulsado de la Escuela Normal. No tiene dinero… Dicen que se volverá completamente loco. Temo que sea cierto”.

En 18th April.

Carta de Ada Augusta Lovelace a Annabella Milbanke, 1841

“No me concederás poesía filosófica. ¡Invierte el orden! ¿Me darás filosofía poética, ciencia poética?”.

En Dame ciencia poética.

Carta de Augustus de Morgan a William Rowan Hamilton, 1852

“Uno de mis estudiantes [Frederick Guthrie] me pidió hoy que le diera la razón para un hecho –que yo no sabía que era un hecho, ni lo sé aún–. Dijo que si una figura se divide de alguna manera y sus piezas se colorean de manera que las que tengan alguna frontera común queden con colores distintos, se pueden necesitar cuatro colores, pero no más. El siguiente es el caso en el que se necesitan cuatro colores”.

En Una historia que comienza en 1852.

Carta de Karl Weierstrass a Sofia Kovalevskaya, 1873

“Qué bien estaríamos aquí –tú con tu alma imaginativa, yo estimulado y renovado por tu entusiasmo– soñando y contemplando todos los problemas que nos quedan por resolver, sobre los espacios finitos o infinitos, sobre la estabilidad del sistema solar, y los otros grandes problemas de las matemáticas y de la física del futuro”.

En Me acuerdo de Sofia.

Carta de Albert Einstein al New York Times (sobre Emmy Noether), 1935

“A juicio de los matemáticos vivos más competentes, la señorita Noether fue el genio matemático creativo más importante que haya existido desde que comenzó la educación superior para las mujeres”.

En Emmy Noether, la mujer cuyo teorema revolucionó la física y a quien Einstein calificó de un absoluto «genio matemático».

Carta de Warren Weaver a Norbert Wiener, 1947

“Naturalmente, uno se pregunta si el problema de la traducción podría ser tratado como un problema de criptografía. Cuando veo un artículo en ruso, digo: «Esto está escrito en inglés, pero ha sido codificado con algunos símbolos extraños. Ahora procederé a descifrarlo»”.

En Warren Weaver, de la física matemática a la traducción automática.

Carta de Alexandre Grothendieck (declaración de intenciones), 2010

“No tengo intención de publicar ni republicar ninguna obra o texto de los que sea autor, en ninguna forma, impresa o electrónica, ya sea en su totalidad o en extractos, textos de carácter personal, de carácter científico o de otro tipo, ni cartas dirigidas a nadie, ni ninguna traducción de textos de los que sea autor”.

En Grothendieck’s letter.

Sobre la autora: Marta Macho Stadler es profesora de Topología en el Departamento de Matemáticas de la UPV/EHU, y editora de Mujeres con Ciencia

Nota del editor: Aunque no sean de índole matemática, merece la pena recordar esta serie de artículos de Javier Peláez en un día como hoy: Las cartas de Darwin

El artículo En el Día Mundial del Correo, cartas matemáticas se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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

Ilustración: Kristina Armitage / Quanta Magazine

Karl Schwarzschild descubrió por primera vez los agujeros negros en 1916, pero durante mucho tiempo no fueron realmente algo. “Los agujeros negros se descubrieron como un objeto puramente geométrico, en cierto sentido, solo espacio vacío. Nada”, explica Yuk Ting Albert Law, físico teórico de la Universidad de Stanford.

Un agujero negro es una rareza matemática surgida de la teoría general de la relatividad de Albert Einstein. Es la contorsión más extrema del tejido espacio-temporal, un lugar donde su curvatura y atracción gravitatoria se vuelven infinitas. Todo lo que se acerque demasiado a ese punto nunca podrá escapar, ni siquiera la luz.

Los agujeros negros adquirieron mayor importancia con el trabajo de Stephen Hawking y Jacob Bekenstein en la década de 1970. Sus cálculos transformaron los agujeros negros de espacio retorcido a objetos reales con «posible estructura microscópica», continúa Law. Los hallazgos tuvieron consecuencias de largo alcance que continúan dando forma a nuestra comprensión del espacio-tiempo y agudizando sus misterios.

La serie de descubrimientos comenzó en 1972, cuando Hawking demostró que el tamaño de un agujero negro (en concreto, su superficie esférica) siempre aumenta en proporción a la masa de lo que cae en él. La regla se parecía a la segunda ley de la termodinámica, que dice que la entropía, una medida del desorden en un sistema, nunca disminuye.

La mayoría de los físicos, incluido Hawking, no tomaron la similitud demasiado literalmente. “La gente pensaba que no tenía nada que ver con la termodinámica. Simplemente parecía matemáticamente similar”, explica Elba Alonso-Monsalve, física teórica del Instituto Tecnológico de Massachusetts.

Bekenstein no estuvo de acuerdo. Sostenía que los agujeros negros deben tener entropía. Si no la tuvieran, consideremos el caso en el que una taza de té caliente cae en un agujero negro. La entropía del té parecería desaparecer, lo que violaría la segunda ley de la termodinámica. Esto es, a no ser que la superficie del agujero negro se expanda y signifique que su propia entropía aumenta para compensar la diferencia.

Por lo tanto, el área del agujero negro debe considerarse como un indicador de su entropía, según Bekenstein. “Vio que si se toma en serio el área como entropía, entonces la entropía total del universo aumenta”, como debería ocurrir cuando algo cae en el agujero negro, continúa Alonso-Monsalve.

La relación entropía-área de Bekenstein era sólo una conjetura. Luego Hawking la convirtió en una fórmula cuantitativa precisa. Encontró los coeficientes que faltaban en la fórmula combinando las ecuaciones de la mecánica cuántica con el espacio-tiempo deformado que rodea a un agujero negro. Calculó que los agujeros negros en realidad irradian como cualquier objeto cáliente, lo que significa que tienen una temperatura medible. Trabajando a la inversa, utilizó esta temperatura para calcular la entropía del agujero negro, obteniendo una expresión exacta en términos de su área.

La fórmula tuvo implicaciones radicales.

Las investigaciones realizadas en los años 70 por el físico británico Stephen Hawking (izquierda) y, trabajando de forma independiente, por el físico israelí-estadounidense Jacob Bekenstein demostraron que la entropía de un agujero negro depende de su área. De izquierda a derecha: Santi Visalli/Getty Images; Jakob Bekenstein/Wikimedia Commons

A un nivel fundamental, la entropía significa opciones. Se calcula observando algo desde el exterior y calculando la cantidad de formas diferentes en que se podrían organizar sus partículas para que parezca de esa manera. Cuantas más posibilidades microscópicas existan para el estado de un sistema que no se puedan distinguir desde el exterior, más entropía tendrá el sistema.

La entropía suele aumentar con el volumen de un sistema, porque se distribuye entre todos los átomos que lo componen. Una jarra llena con dos tazas de agua tiene el doble de entropía que una taza.

Los agujeros negros son sorprendentemente diferentes. La fórmula de Bekenstein-Hawking dice que la entropía de un agujero negro aumenta con el área de su superficie, no con la cantidad de espacio que contiene. Si cae suficiente material en un agujero negro como para duplicar su volumen, su entropía solo aumentará aproximadamente la mitad.

La fórmula implica que toda la información microscópica inaccesible desde el exterior de un agujero negro está codificada en su superficie. Es como si el volumen encerrado por ese límite impermeable no contuviera información adicional, como si el límite en sí fuera el objeto más importante y fundamental.

Hasta el día de hoy, la ley de área-entropía es una de las cosas más concretas que conocemos sobre la naturaleza cuántica de la gravedad. “Cualquiera que sea el modelo de gravedad cuántica, tiene que ser capaz de explicar la entropía de los agujeros negros”, afirma Law. Este es uno de los grandes éxitos de la teoría de cuerdas, una candidata a “teoría del todo” que describe el origen cuántico de la gravedad como bucles vibrantes de energía. En 1996, Andrew Strominger y Cumrun Vafa contaron los estados microscópicos subyacentes a un agujero negro en la teoría de cuerdas y llegaron a la fórmula de área-entropía de Bekenstein.

Así pues, la clave de la estructura subyacente de los agujeros negros se encuentra en su superficie. “La gente empezó a pensar”, afirma Law, “que tal vez la teoría microscópica que describe los agujeros negros vive en un espacio-tiempo con una dimensión inferior”. Este concepto, llamado principio holográfico, puede extenderse de los agujeros negros al espacio-tiempo en general. Tal vez el tejido flexible y gravitacional de nuestro universo surja de lo que sea que esté sucediendo en algún límite de dimensión inferior.

 

El artículo original, The #1 Clue to Quantum Gravity Sits on the Surfaces of Black Holes, se publicó el 25 de septiembre de 2024 en Quanta Magazine.

Traducido por César Tomé López

El artículo La pista número uno sobre la gravedad cuántica se encuentra en las superficies de los agujeros negros se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

La medición del fotoperiodo, es decir, el número de horas de luz en un día determinado, permite anticipar condiciones ambientales cambiantes con las estaciones y regular así procesos fisiológicos como la migración, la floración, la hibernación o la reproducción estacional. Esto es muy conveniente cuando animales y plantas asisten al desfile de las estaciones a lo largo del año, pero ¿qué ocurre con bacterias que solo viven unas horas antes de dividirse? ¿Les puede interesar saber que se acerca el invierno?

La respuesta es que a algunas sí les interesa, y la historia de este reciente descubrimiento es apasionante. Primero tenemos que recordar qué es el reloj circadiano.

Los ritmos circadianos son cambios fisiológicos que siguen un ciclo aproximado de 24 horas. Por ejemplo, nuestro ciclo vigilia/sueño. El llamado jetlag se produce cuando este ritmo circadiano pierde la sincronía con el ciclo luz/oscuridad debido a un viaje. Después de unos cuantos días ambos ciclos vuelven a sincronizarse. Este y otros muchos cambios son controlados por el llamado reloj circadiano, descubierto en los años setenta y bien caracterizado a nivel molecular.

Figura 1. La cianobacteria fotosintética Synechococcus elongatus. De Masur (dominio público)

Resulta sorprendente, pero procariotas como la cianobacteria fotosintética Synechococcus (Figura 1), que viven unas horas antes de dividirse, también tienen un reloj circadiano. Sus mecanismos fueron descubiertos por el grupo de Carl H. Johnson en la Universidad Vanderbilt. Solo tres genes, KaiA, B y C, interactuando de forma compleja (explicado en la Figura 2), permiten que los procesos fisiológicos de Synechococcus se ajusten a un ciclo aproximado de 24 horas, a pesar de que en ese periodo habrá experimentado cuatro ciclos de división.

Figura 2. Control del ritmo circadiano por las proteínas KaiA, B y C. KaiC es un hexámero de proteínas con actividad kinasa (fosforilación). Esta actividad se potencia a lo largo del día por la unión a KaiA. De esta forma se fosforilan residuos de treonina (T) y serina (S) (fosforilación representada en rojo). Al final del día la hiperfosforilación provoca la unión de los factores SaSA y RpaA activando el programa genético “nocturno”. También se une KaiB, que desplaza a SaSA y KaiA, y cambia la configuración de KaiC, adquiriendo actividad desfosforilasa. Al final de la noche los residuos de treonina y serina han sido desfosforilados, vuelve el programa “diurno” de expresión génica y el ciclo vuelve a comenzar. Imagen de ADN de Forluvoft, dominio público

Buena parte de los genes de Synechococcus siguen un ritmo circadiano. Durante el día (temperatura alta, luz ultravioleta, fotosíntesis activa) se activan mecanismos de respuesta al calor, al estrés oxidativo y a los daños en el ADN. Cuando cae la noche cesa la fotosíntesis y aumenta el metabolismo de carbohidratos para suministrar energía. A diferencia de otros organismos, la sincronización del reloj no se produce captando la luz mediante pigmentos fotorreceptores, sino en función del estado de oxidación-reducción que se establece durante la fotosíntesis diurna.

Una estudiante de Johnson, María Luisa Jabbur, sugirió a su jefe la posibilidad de que el reloj circadiano de Synechococcus pudiese ser utilizado también para anticipar cambios estacionales y prepararse para el frío. Esta idea fue recibida con muchísimo escepticismo. Si ya era difícil imaginar que una bacteria se ajustara a un ritmo diario cuatro veces más largo que su ciclo vital, pensar que podría hacer previsiones a un plazo de meses resultaba inverosímil. No obstante, Luisa recibió autorización para investigarlo. Tuvo éxito y sus resultados acaban de ser publicados en la revista Science.

Los experimentos de Mª Luisa Jabbur consistieron en someter a las bacterias a tres fotoperiodos, día corto (8 horas de luz, 16 de oscuridad), día equinoccial (12 horas de luz y oscuridad) y día largo (16 horas de luz, 8 de oscuridad) (Figura 3). Después de varios días, las bacterias fueron mantenidas durante dos horas en un medio helado. Sorprendentemente, la tasa de supervivencia de las que habían experimentado los días cortos fue 2-3 veces superior al resto. El equipo constató que eran necesarios al menos cuatro ciclos de alternancia luz/oscuridad para obtener esos resultados, y la supervivencia óptima se conseguía después de 6-8 ciclos.

Figura 3. Experimento de Mª Luisa Jabbur. Cultivos de Synechococcus son sometidos a un mínimo de cuatro ciclos diarios con diferentes periodos de luz y oscuridad. Las bacterias sometidas a días cortos y noches largas resistieron mucho más que el resto una bajada drástica de la temperatura. Sin embargo, bacterias mutantes para los genes que regulan el ritmo circadiano perdieron su capacidad de adaptación al frío. Cubo de hielo diseñado por macrovector (Freepik)

Otro experimento importante consistió en utilizar bacterias mutantes para los genes KaiA, B y C. De esta forma se comprobó que cuando las bacterias no eran capaces de establecer el ritmo circadiano, tampoco se adaptaban a las temperaturas bajas a pesar de haber experimentado fotoperiodos cortos.

El mecanismo de adaptación a las bajas temperaturas pasa por un aumento de la fluidez de las membranas celulares. Esta fluidez depende del grado de saturación de los lípidos que las componen. Como bien sabemos, el aceite de oliva es fluido a temperatura ambiente, la mantequilla lo es mucho menos, y esto se debe a las grasas insaturadas del aceite. El fotoperiodo corto en Synechococcus provoca la activación de un programa genético que incluye la síntesis de lípidos insaturados y su incorporación a las membranas celulares. Un estudio del transcriptoma de Synechococcus mostró que 708 genes (la cuarta parte del total) cambian sus niveles de expresión al reducirse el fotoperiodo. Sin embargo, en los mutantes KaiABC, incapaces de establecer un ritmo circadiano, solo 384 genes modifican sus niveles de expresión al acortarse los días. Esto muestra que un buen número de genes responde específicamente a la disminución del ritmo circadiano, sincronizado a través de la fotosíntesis como dijimos antes.

La investigación también mostró que el cultivo a bajas temperaturas (20 °C) provoca cambios adaptativos en la fluidez de las membranas, pero dichos cambios son mucho más pronunciados si van acompañados por un acortamiento del fotoperiodo. Es decir, la medición del fotoperiodo realmente anticipa la estación fría que se aproxima y prepara a las bacterias para enfrentarla. Una cuestión que deberá aclararse en el futuro es cómo Synechococcus transmite a los descendientes la previsión de que se acerca el invierno.

Referencia

Jabbur, M.L., Bratton, B.P., Johnson, C.H. (2024) Bacteria can anticipate the seasons: Photoperiodism in cyanobacteria. Science. doi: 10.1126/science.ado8588.

Sobre el autor: Ramón Muñoz-Chápuli Oriol es Catedrático de Biología Animal (jubilado) de la Universidad de Málaga

 

 

 

 

El artículo Bacterias que preparan el invierno midiendo el fotoperiodo se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

La corriente en chorro polar ha influido de manera determinante en el clima europeo durante más de 700 años provocando eventos extremos como incendios, epidemias o inundaciones.

 

Las corrientes en chorro o jetstream son bandas concentradas de vientos en la parte superior de la atmósfera que fluye alrededor de la Tierra en ambos hemisferios. Su localización no es fija, sino que varía en función de los cambios en la posición y la intensidad de sistemas de altas y bajas presiones. Estas corrientes pueden cambiar su curso, desplazarse hacia el norte o hacia el sur así como aumentar su sinuosidad, asemejándose en algunas ocasiones a una corriente que fluye rápidamente y a un río lento y serpenteante en otras.

Pero, ¿qué relación tiene esto con el clima y por qué son tan importantes estas corrientes? La respuesta está en un trabajo liderado por investigadores de la Universidad de Arizona (EE. UU.) y que ha demostrado que una de ellas, concretamente la corriente en chorro polar del hemisferio norte, ha estado relacionada con la ocurrencia de fenómenos extremos en Europa durante más de 700 años.

“Durante los meses de verano, algunas configuraciones dominantes de la corriente en chorro polar dan lugar a un clima extremo y opuesto entre el noroeste y el sudeste de Europa, generando un patrón espacial que recibe el nombre de ‘dipolo climático’”, explica Isabel Dorado Liñán, investigadora de la Universidad Politécnica de Madrid y una de las coautoras de este trabajo.

“Estos dipolos climáticos afectan de forma directa a sistemas naturales como los bosques, que crecen más de lo normal en un lado del dipolo mientras reducen su crecimiento en el otro”, explica en referencia a los resultados de un artículo que publicaron en 2022.

Fuente: Xu, G., Broadman, E., Dorado-Liñán, I. et al. (2024)

«Cuando la corriente en chorro está en una posición más norte, tenemos condiciones más frías y húmedas en las Islas Británicas y condiciones más cálidas y secas en el Mediterráneo y los Balcanes», explica Ellie Broadman, ex investigadora postdoctoral en el Laboratorio de Tree-Ring Research de la Universidad de Arizona y coautora de este trabajo. «Un ejemplo del impacto la hemos presenciado recientemente, con las inundaciones catastróficas en Europa central», añade.

Por el contrario, cuando la corriente en chorro polar migra más al sur, da lugar a veranos menos cálidos y más húmedos en el sureste de Europa, mientras que el noroeste experimenta condiciones más cálidas y secas.

Anillos de crecimiento de los árboles

Pero, ¿hasta qué punto las corrientes en chorro han sido históricamente responsables de fenómenos extremos climáticos, económicos y sociales en Europa? ¿El impacto es diferente ahora debido al cambio climático antropogénico o ha sido así durante siglos? Esa fue la pregunta que se hicieron los investigadores y, para dar respuesta, realizaron una estimación indirecta empleando muestras de anillos de crecimiento de árboles centenarios y milenarios de diferentes regiones de Europa.

“La posición de la corriente en chorro puede estimarse con datos climáticos existentes, pero estos se extienden, en el mejor caso, hasta principios del siglo XX. Para poder evaluar la influencia que ha tenido la variación en la posición de la corriente en chorro en el clima a largo plazo primero tuvimos que reconstruir los desplazamientos de la corriente en chorro polar sobre Europa”, explica Dorado.

Ello es posible porque cada año, los árboles añaden un anillo que registra las condiciones ambientales, y por tanto las climáticas, durante su formación. Al analizar los anillos de crecimiento de los árboles, los dendrocronólogos pueden compilar un archivo del clima pasado. Así, los investigadores vincularon los anillos de crecimiento de tres regiones de Europa con los desplazamientos de la banda de vientos atmosféricos a muchos kilómetros de altura a través de los cambios que esos desplazamientos producen en la temperatura a nivel de superficie.

“Descubrimos que los desplazamientos de la corriente en chorro muy al norte o muy al sur de su posición habitual durante el verano han estado históricamente asociados con una serie de impactos ecológicos, económicos y sociales como los incendios forestales, el rendimiento y la calidad de los cultivos y sus productos derivados como el vino y las epidemias”, explica Dorado. “Dado que estos impactos están relacionados con las condiciones climáticas de la superficie, esto demuestra como la corriente en chorro polar ha influido en el clima estival en la superficie terrestre los últimos 700 años y, en consecuencia, en la sociedad”.

Por poner ejemplos concretos, “las epidemias ocurrieron con mayor frecuencia en las Islas Británicas cuando la corriente en chorro estaba más al norte, ya que, dado que los veranos eran húmedos y fríos, la gente permanecía en casa y las condiciones eran más propicias para la propagación de enfermedades” explica Valerie Trouet, coautora del artículo y profesora en la Universidad de Arizona.  “Otro ejemplo destacado es el de la peste negra, que asoló Irlanda entre 1348 y 1350, cuando la corriente en chorro se encontraba en una posición extrema, en el extremo norte de Europa”.

Los investigadores también constataron que, históricamente, los incendios forestales en los Balcanes fueron más frecuentes cuando la corriente de chorro estaba en esa posición norte que crea condiciones secas y cálidas, algo que también se ha visto este pasado verano.

¿Qué pasará en el futuro?

Y es que, parte de la relevancia de este trabajo radica en que sus resultados se pueden aplicar también a los posibles impactos futuros del cambio climático si se conoce la evolución de la posición de la corriente en chorro.

“La relación a largo plazo entre la posición latitudinal de la corriente en chorro polar y los fenómenos extremos en Europa también proporciona un contexto para las condiciones actuales y define los tipos de extremos que podríamos experimentar bajo un calentamiento global continuo. Por ejemplo, nuestros resultados sugieren que, si como describen algunos estudios, la posición promedio de la corriente en chorro se desplaza hacia el norte como resultado del calentamiento global, los rendimientos de los cultivos probablemente se reducirían en ambos lados del dipolo”, asegura Trouet.

 

Referencias:

Xu, G., Broadman, E., Dorado-Liñán, I. et al. (2024) Jet stream controls on European climate and agriculture since 1300 ce. Nature doi: 10.1038/s41586-024-07985-x

Dorado-Liñán, I., Ayarzagüena, B., Babst, F. et al. (2022) Jet stream position explains regional anomalies in European beech forest productivity and tree growth. Nat Commun doi: 10.1038/s41467-022-29615-8

Edición realizada por César Tomé López a partir de materiales suministrados por la Universidad Politécnica de Madrid

El artículo La corriente en chorro polar y la meteorología extrema en Europa en los últimos 700 años se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

¿Qué habría pasado si los dinosaurios no se hubieran extinguido hace unos 66 millones de años? Quizá algunos fuesen capaces de diseñar y utilizar herramientas.

Los vídeos ‘¿Y sí…?´ se plantean cuestiones ficticias pero que nos permiten aprender mucho sobre el mundo en el que vivimos. Se han emitido en el programa de divulgación científica de Televisión Española Órbita Laika, y producido en colaboración con la Cátedra de Cultura Científica de la Universidad del País Vasco.

Ficha técnica: Idea: José Antonio Pérez Ledo

Producción ejecutiva: Blanca Baena

Dirección: Aitor Gutierrez

Guion: Manuel Martinez March

Grafismo: Cristina Serrano

Música: Israel Santamaría

Producción: Olatz Vitorica

Locución: José Antonio Pérez Ledo

El artículo ¿Y si los dinosaurios no se hubiesen extinguido? se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Fotografía de Pompeya, Italia, en octubre de 2023. Fuente: Ivo Antonie de Rooij/Shutterstock

 

Las excavaciones arqueológicas de Pompeya nos han sorprendido, una vez más, con un hallazgo extraordinario. Esta vez se trata de una tumba monumental que ha sido hallada durante las obras de mejora del edificio San Paolino, sede de la biblioteca del Parque Arqueológico de Pompeya.

Este nuevo monumento funerario tiene forma de banco hemicíclico, un modelo popular en la ciudad, que invitaba a los transeúntes a sentarse y recordar al difunto. En su respaldo destaca una gran inscripción funeraria dedicada a Numerio Agrestino, un hombre que hizo carrera militar y cívica durante el reinado del emperador Augusto (27 a. e. c.– 14).

Imagen de la tumba descubierta en julio en Pompeya.
Ministero della CulturaUna inscripción monumental

El texto latino, tallado en grandes letras, dice lo siguiente:

N(umerio) Agrestino N(umerii) f(ilio) Equitio Pulchro trib(uno) mil(itum) praef(ecto) autrygon(um) praef(ecto) fabr(um) II d(uum) v(iro) i(ure) d(icundo) iter(um) / locus sepulturae datus d(ecreto) d(ecurionum)

Y se traduce como:

A Numerio Agrestino Equitio Pulcro, hijo de Numerio, tribuno militar, prefecto de los Autrygones, prefecto del genio militar, «duoviro iure dicundo» dos veces. El lugar de sepultura fue dado por decreto de los decuriones.

Inscripción en el respaldo de la tumba de Numerio Agrestino. Fuente: Ministero della Cultura

Como puede observarse, además de su nombre completo, se mencionan los cargos militares y cívicos que Numerio Agrestino cumplió durante su vida. Entre ellos destaca el cargo político más alto de la ciudad (duoviro iure dicundo) que ejerció en dos ocasiones. Tal vez por ello –como puede leerse en la última parte de la inscripción– el ordo decurional –una especie de consejo de la ciudad– le concedió un espacio público de enterramiento, un honor únicamente reservado para personas altamente valoradas por su comunidad.

La inscripción ofrece mucha más información y posibilidades de análisis, pero en esta ocasión nos centraremos en un elemento concreto: la mención al cargo de praefectus autrygon(um).

¿Quiénes fueron los autrigones?

Los autrigones fueron un grupo de población de la Península ibérica que conocemos gracias a unas pocas menciones de autores clásicos. A partir de esa información los podemos situar al norte junto a otros grupos de población: los cántabros a su oeste, los caristios al este y turmogos y berones al sur.

Norte peninsular en la Antigüedad.
Fernández Corral, M. (2020). _La epigrafía funeraria de época romana del área autrigona. Conmemoración, relaciones familiares y sociedad._ Anejos de Archivo Español de Arqueología. CSIC

Además, debemos especificar que, aunque algunos medios han señalado erróneamente a los autrigones como parte de otros grupos de población antiguos y modernos, las fuentes clásicas nos indican que fueron un grupo de población independiente de sus vecinos.

Primeros contactos con Roma

No sabemos en qué momento concreto fueron dominados por el Imperio romano, ni cómo fue su proceso de conquista. Los textos antiguos los sitúan directamente en la órbita romana formando parte de conflictos en Hispania.

Según el historiador romano Tito Livio, durante las guerras Sertorianas (83-72 a. e. c.) estuvieron en el bando de Pompeyo. Dice:

“El propio Sertorio decidió avanzar con su ejército contra los berones y los autrigones; había tenido conocimiento de que estos, mientras él asediaba las ciudades de Celtiberia, habían implorado la ayuda de Pompeyo, habían enviado guías para indicar las rutas al ejército romano, y sus jinetes habían hostigado a menudo a los soldados suyos en cualquier punto…”

Y en las guerras astur-cántabras (29-19 a. e. c.) Floro –también historiador romano– los sitúa en oposición a los cántabros en este texto:

“El primero en iniciar la rebelión, el más enérgico y pertinaz fue el de los cántabros, que, no contentos con defender su libertad, pretendían incluso imponer su dominio a sus vecinos y hostigaban con frecuentes incursiones a los vacceos, turmogos y autrigones”.

Integración en el Imperio romano

Los primeros contactos son poco conocidos, pero sí sabemos cómo encajaron dentro de la estructura administrativa romana. Las fuentes nos indican que fueron parte del territorio de la provincia de Hispania Citerior y, tal y como nos dice Plinio el Viejo, sus ciudades formaron parte del Conventus Cluniensis. Es decir, les correspondía acudir a la ciudad de Clunia (en la actual provincia Burgos) cuando el gobernador –o un legado enviado por él– la visitaba anualmente para impartir justicia.

“Al convento jurídico de Clunia los várdulos llevan catorce pueblos de los que solo hay que nombrar a los alabanenses. […] Entre los nueve pueblos de los cántabros solo hay que nombrar a Iuliobriga y entre las diez ciudades de los autrigones a Tricio y Virovesca”.

Hispania Citerior, por M. Fernández Corral.

Además, como la mayor parte de los territorios conquistados, también fueron receptores de los modelos culturales y sociales romanos que incluían, entre otros, la cultura epigráfica latina. Es decir, adquirieron la costumbre de realizar inscripciones en piedra, principalmente funerarias y religiosas, que se han conservado en gran número hasta la actualidad.

El análisis de estas inscripciones ha permitido constatar cambios en la población local. Entre otras cuestiones, se ve cómo pasaron a utilizar cada vez más nombres latinos o a interactuar con deidades (locales y clásicas) al modo romano. Además, encontramos personas que escalaron políticamente participando en las nuevas estructuras de poder del Imperio cumpliendo con cargos civiles y militares (igual que lo hizo el protagonista de la inscripción pompeyana, Numerio Agrestino).

Nuevas oportunidades de estudio

Volviendo a Pompeya, la presencia de un praefectus autrygon(um) hace de esta inscripción un hallazgo muy importante para el estudio del norte de Hispania. Conocemos otros prefectos que se ocuparon del control de otras zonas, pero este es el primero documentado para los autrigones.

Aunque aún es pronto para ofrecer respuestas, este texto nos sugiere muchas nuevas preguntas: si había un praefectus autrygon(um), ¿desde cuándo y hasta cuándo lo hubo?, ¿qué funciones tenía?, ¿cómo encajaba con el resto de los territorios circundantes?, ¿qué tipo de persona ostentaba este cargo?, etc.

Confiamos en que un periodo de estudio y –ójala– nuevos hallazgos como este nos permitan ir contestando a estas preguntas y así podamos conocer mejor las primeras formas de control romano de la zona.

Sobre la autora: Marta Fernández Corral, Profesora Adjunta del Departamento de Estudios Clásicos, Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea

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

El artículo Un pueblo hispano en Pompeya: ¿quiénes fueron los autrigones? se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

No sé de ninguna explicación excepto la que ha lanzado el profesor Wade. Pero su teoría implica la cuarta dimensión, y una disertación sobre tipos teóricos de espacio. Hablar de una torsión en el espacio me parece una tontería, quizá se deba a que no soy matemático. Cuando dije que nada alteraría el hecho de que el lugar está a ocho mil millas, respondió que dos puntos pueden estar a una yarda de distancia en una hoja de papel y, sin embargo, se los puede juntar doblando el papel. El lector quizá comprenda este argumento, yo ciertamente no.

En este fragmento de texto muchos habrán detectado una de las imágenes que más han aparecido en el ámbito de la divulgación científica para explicar el funcionamiento de un agujero de gusano: la del papel que se dobla sobre sí mismo para aproximar dos puntos alejados entre sí. Encontramos un ejemplo perfecto de esto en la película Interstellar. Nada nuevo, en principio, si no fuera porque estamos ante un relato que H. G. Wells publicó en 1894 ―un año antes que La máquina del tiempo―: «El extraordinario caso de los ojos de Davidson».

En el ámbito de la divulgación científica se suele utilizar la imagen de un plano que se dobla sobre sí mismo para ilustrar el concepto de agujero de gusano. En la película Interstellar, por ejemplo, el doctor Romilly utiliza un trozo de papel y un lápiz para explicárselo a Cooper. Fuente: Panzi / Wikimedia Commons

En este caso, H. G. Wells no hizo su planteamiento en el contexto de un viaje espacial, sino en el de un científico quien, tras un accidente de laboratorio durante una tormenta ―uno de los clichés más manidos de la ciencia ficción― adquiere la capacidad, de forma transitoria, de observar lugares remotos de la tierra. Aun así, el escritor inglés no fue nada desencaminado al especular, más de una década antes del desarrollo de la teoría de la relatividad especial y dos décadas antes del desarrollo de la relatividad general, con la posibilidad de la existencia de dimensiones adicionales en el espacio y, después, en el tiempo.

El escritor británico H. G. Wells no solo especuló con la posibilidad de una cuarta dimensión en el tiempo, sino que también se planteó qué significaría contar con una dimensión adicional en el espacio. Fuente: Dominio Público / George Charles Beresford

Es difícil saber si alguno de los popes de la física relativista leyó en algún momento «El extraordinario caso de los ojos de Davidson» y, de haber sido así, si le pudo servir de inspiración a alguno de ellos en un momento dado. No existe ninguna prueba ni testimonio, pero eso, probablemente, haga a este relato más especial si cabe.

La primera solución de la teoría de la relatividad general que apuntó en la dirección de los agujeros de gusano ―la primera solución de cualquier tipo, en realidad― apareció un año después de la publicación de la teoría, en 1916. Aquel año Karl Schwarzschild calculó el primer «modelo relativista» de una estrella, y descubrió que el tiempo, tal y como predecía Einstein, transcurría más lento cuanto mayor fuera el campo gravitatorio en las proximidades del astro. También predijo que, a partir de cierta densidad crítica, el tiempo, directamente, se detendría, lo que provocaba una singularidad matemática. Estaba describiendo de forma teórica y por primera vez, un agujero negro estático. Pero había algo más, y es que la métrica de Schwarzschild llevaba implícita una solución de signo contrario: un agujero blanco. Aquel mismo año, el físico austríaco Ludwig Flamm advirtió que se podía interpretar geométricamente la solución de Schwarzschild como una conexión, o puente, entre dos puntos del espacio-tiempo o, lo que es lo mismo, un agujero de gusano.

La interpretación de Flamm no tuvo demasiada repercusión en su momento. Tendrían que pasar dos décadas para que Albert Einstein y Nathan Rosen exploraran el mismo camino y plantearan lo que a la postre se bautizó como puente de Einstein-Rosen. El nombre «agujero de gusano» no lo acuñaría John Wheeler hasta el año 1957.

Pese a que durante la primera mitad del siglo XX los viajes espaciales fueron un tema recurrente en la ciencia ficción, el uso de agujeros de gusano, en un sentido moderno, como red de transporte interestelar, no se popularizó hasta alrededor de los años setenta con obras como La guerra interminable, de Joe Haldeman. En esta novela, el agujero de gusano tiene el exótico nombre de colapsar ―collapsar, en el inglés original―, y su descripción es bastante vaga:

Hace doce años, cuando yo tenía diez [no es un error, la novela también tiene en cuenta la dilatación del tiempo relativista], descubrieron el salto por colapsar. Bastaba con arrojar un objeto contra un colapsar a velocidad suficiente para que apareciera en otra parte de la galaxia.

Probablemente, la primera aparición de un agujero de gusano, en su sentido más riguroso, en la literatura de ciencia ficción, fue la de Contact, de Carl Sagan. Y no hubiera sido así si el divulgador no le hubiera pasado el manuscrito de la novela a un colega del Caltech especializado en física relativista: Kip Thorne. En un principio, el viaje galáctico de Ellie Arroway, Devi Sujavati, Vaygay Lunacharsky, Xi Qiaomu y Abonneba Eda en la Máquina iba a consistir en una serie de saltos a través de agujeros negros, pero Thorne surgirió a Sagan que los cambiara por agujeros de gusano. Y este en realidad, es una de los recursos que muchas veces utiliza la ciencia ficción para no pillarse los dedos con la ciencia: siempre es mejor utilizar ideas teóricas con ciertas zonas grises en las que se puede especular, que jugársela con algo, en este caso, como un agujero negro, cuya existencia no se había demostrado, pero estaba ya muy aceptada entre los físicos. Moviéndonos en esa delgada línea que separa la ciencia real de la especulación, se pueden aprovechar las posibilidades que nuestra ignorancia deja abiertas, pero sin tirar abajo todos los cimientos de una disciplina. Lo que estaba bastante claro en aquel momento es que nadie podría sobrevivir al caer en un agujero negro, pero en uno de gusano, ¿quién sabe?

Tanto las soluciones de Schwarzchild como las de Flamm y Einstein-Rosen eran impracticables ―colapsaban sobre sí mismas si se intentaban atravesar―, pero Kip Thorne y uno de sus estudiantes, Mike Morris, encontraron una que no lo era en 1988. Aunque solo se trataba de un constructo teórico, demostraron que, al menos matemáticamente, las ecuaciones de Einstein aceptaban soluciones de agujero de gusano transitables. En este caso, parece que la ciencia y la ciencia ficción se retroalimentaron en un bucle perfecto.

La novela Contact, de Carl Sagan, y el modelo de Kip Thorne y Mike Morris de agujero de gusano atravesable están íntimamente relacionados. Fuentes: Editorial Nova / American Journal of Physics

Y un bucle similar nos lleva, de nuevo, al comienzo de este artículo, ya que precisamente Kip Thorne fue también consultor científico en Interstellar, estrenada en 2014.1

No siempre es fácil solucionar la problemática de los viajes espaciales en ciencia ficción, sobre todo cuando se intenta ser lo más fiel posible a la ciencia. La duración de una vida humana es muy corta en relación al tiempo que se necesitaría para llegar, siquiera, a nuestra estrella más cercana con la tecnología actual, pero la física, en este caso, sigue poniendo muchos recursos a nuestra disposición si no queremos recurrir al pensamiento mágico. Los agujeros de gusano, así como otras muchas ideas modernas, son alguno de esos recursos. Al fin y cabo, y como diría el poeta:

Mientras la ciencia a descubrir no alcance 

las fuentes de la vida

y en el mar o en el cielo haya un abismo

que al cálculo resista…

¡Habrá ciencia ficción!

Bueno, tal vez no dijo exactamente eso…

Bibliografía

Einstein, A. y Rosen, N. (1935). The particle problem in the general theory of relativity. Physical Review 48, 73.

Flamm, L. (1916). Beiträge zur Einsteinschen Gravitationstheorie. Physikalische Zeitschrift, 17, 448.

Haldeman, J. (1978) [1974]. La guerra interminable. EDHASA.

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Schwarzschild, K. (1916). Über das Gravitationsfeld eines Massenpunktes nach der Einsteinschen Theorie. Sitzungsberichte der Königlich Preussischen Akademie der Wissenschaften: 189-196.

Wells, H. G. (2019) [1894]. El extraordinario caso de los ojos de Davidson. En Cuentos completos. Valdemar.

Wells, H. G. (1985). La máquina del tiempo.

Nota

1 Kip Thorne sería galardonado en 2017 con el Premio Nobel de Física, junto con Rainer Weiss y Barry C. Barish, pero por otro motivo: «por sus contribuciones decisivas al detector LIGO y por la observación de ondas gravitatorias».

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Sobre la autora: Gisela Baños es divulgadora de ciencia, tecnología y ciencia ficción.

El artículo Agujeros de gusano: puentes entre ciencia y ficción se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

La sucesión de Fibonacci, es una sucesión de números (naturales) que ha superado la frontera de las matemáticas, de la ciencia, para colarse en el mundo de las artes y la cultura. Que una familia de números como esta haya despertado el interés no solo dentro de la comunidad matemática, sino de toda la sociedad, se debe, en gran medida, a que juega un papel fundamental en el estudio de la morfología de las plantas, en concreto, en la filotaxis, siendo el número de espirales de las cabezas de los girasoles, las piñas o el romanescu, números de dicha sucesión, así como por su relación con el número de oro.

Fotografía de una piña recogida en la isla de Arousa (Pontevedra), en la cual puede observarse su conexión con los números de Fibonacci al contar el número de espirales a izquierda y derecha, 8 y 13

Por supuesto, este interés por la sucesión de Fibonacci se ha trasladado al Cuaderno de Cultura Científica, en el que hemos dedicado una cierta cantidad de entradas a la misma: Póngame media docena de fibonaccis; Una de mates: la sucesión de Fibonacci; Los números (y los inversos) de Fibonacci; Nos encanta Fibonacci; El origen poético de los números de Fibonacci; Poemas Fibonacci; La sucesión de Fibonacci, el teorema de Zeckendorf y un poemario magistral o El árbol de Fibonacci.

En esta entrada vamos a mostrar que los números de Fibonacci pueden aparecer en lugares de lo más curiosos e inesperados, además de los ya mencionados en las entradas anteriores, como solución al desafío matemático de los conejos del Liber Abaci / Libro del Ábaco (1202), del matemático italiano Leonardo de Pisa (1170-1241), conocido como Fibonacci, relacionados con la poesía en la lengua sánscrita en la India, o en la botánica, por ejemplo, en las espirales de los girasoles y piñas, o en la disposición helicoidal de las hojas en el tallo.

Los números de Fibonacci

Antes de adentrarnos en este paseo por diferentes manifestaciones de la sucesión de Fibonacci, recordemos brevemente esta sucesión, de forma directa a través de su propiedad numérica, sin entrar en el problema de los conejos, ni en la poesía en sanscrito. La sucesión de Fibonacci es una sucesión de números Fn que tiene la particularidad de que cada término es igual a la suma de los dos anteriores, Fn = Fn – 1 + Fn – 2, siendo los dos primeros términos F1 = F2 = 1.

Podemos calcular los primeros términos de la sucesión de forma sencilla, ya que cada número es la suma de los dos anteriores. De manera que los 40 primeros números de esta sucesión son:

1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377, 610, 987, 1.597, 2.584, 4.181, 6.765, 10.946, 17.711, 28.657, 46.368, 75.025, 121.393, 196.418, 317.811, 514.229, 832.040, 1.346.269, 2.178.309, 3.524.578, 5.702.887, 9.227.465, 14.930.352, 24.157.817, 39.088.169, 63.245.986, 102.334.155, …

Esta sucesión aparece bajo la denominación A000045 dentro de La enciclopedia on-line de las sucesiones de números enteros.

Existe una organización matemática internacional, The Fibonacci Association / La asociación Fibonacci, formada por personas del ámbito de las matemáticas y de la ciencia, pero también personas amateurs interesadas en esta curiosa sucesión de números, así como en otras sucesiones relacionadas (por ejemplo, la sucesión de Lucas, con la misma propiedad recurrente, pero con los dos primeros términos L1 = 1 y L2 = 3, por lo tanto, se continua con los números 4, 7, 11, 18, 29, etcétera). Esta sociedad publica una revista, The Fibonacci Quarterly, y organiza un congreso internacional cada dos años.

Logotipo de La Asociación Fibonacci

Tanto la organización como la revista fueron fundadas en 1963 por el matemático estadounidense Verner E. Hoggatt (1921-1980), profesor de la San Jose State University, que era conocido como el “Profesor Fibonacci” por sus amigos y colegas, y el educador, fotógrafo y matemático estadounidense Alfred Brousseau (1907-1988), profesor en el College Saint Mary de California, a quienes unía una gran amistad y que se reunían frecuentemente para discutir sobre los números de Fibonacci, así como para cantar canciones inventadas por ellos.

El árbol genealógico de un zángano

Para empezar, vamos a mostrar dos ejemplos relacionados con las abejas en los que aparecen los números de Fibonacci. En el primero surgen estos números como las diferentes generaciones del árbol genealógico de las abejas macho, los zánganos.

Las abejas, al menos las de la especie más conocida, la abeja melífera o doméstica, son animales sociales que viven todas juntas en colmenas. Hay tres tipos de abejas en una colmena, una abeja reina, los zánganos, que son abejas macho, y las abejas trabajadoras, que son abejas hembra.

Ilustración de una abeja trabajadora, de una abeja reina y un zángano, del libro The ABC and XYZ of bee culture (1910), de A. I. Root y E. R. Root

Normalmente solo hay una abeja reina en una colmena, que se encarga de las tareas reproductivas de la colonia, poniendo del orden de 1.500 huevos al día. Las abejas reina viven entre dos y tres años, aunque pueden llegar a vivir hasta cinco años. El número de zánganos de una colmena está entre unos cientos y mil, y su trabajo es también reproductivo, ya que se dedican a copular con la reina durante el vuelo de apareamiento de esta, con el fin de que los huevos sean fecundados. Los zánganos mueren cuando depositan su semen en el aparato reproductor de la abeja reina. Solamente son útiles durante la época de apareamiento, que se produce cuando hace buen tiempo (primavera y verano), no pueden picar ya que no tienen aguijón y no ayudan con ninguna otra labor de la colmena. Por este motivo, cuando llega el mal tiempo, las abejas trabajadoras expulsan a los zánganos de la colmena, que mueren de hambre y frío. Mientras que son las abejas trabajadoras, de las cuales hay unos miles en cada colmena, las que se dedican a realizar todas las tareas de la misma. La vida de las abejas obreras es de entre 5 y 6 semanas en época de buen tiempo, mientras que es de entre 5 y 6 meses si viven cuando hace mal tiempo, mientras que la de los zánganos es de entre 4 y 8 semanas.

Una de las curiosidades de la reproducción de las abejas es que las abejas macho, los zánganos, nacen de huevos no fecundados, luego solamente tienen madre, la abeja reina, mientras que las abejas trabajadoras nacen de huevos fecundados, luego tienen padre y madre. Además, la reina puede controlar si un huevo es, o no, fecundado. Las abejas trabajadoras suelen ser estériles, la mayoría de los ovarios de las trabajadoras están poco desarrollados y no producen huevos. En el caso de que una obrera tenga ovarios desarrollados, solo pondrá huevos no fecundados, luego nacerán zánganos, aunque las demás abejas trabajadoras pueden reconocer que el huevo no es de la reina y se lo comerán, salvo que la reina haya muerto y no se pueda criar otra reina, aunque eso llevará al final de la colmena, ya que no nacerán abejas trabajadoras, solo zánganos.

Este sistema de determinación del sexo del animal se llama haplodiploidía y es un sistema que no solamente se da en las abejas, sino también en otros animales, entre ellos, hormigas, avispas y algunos escarabajos.

Fotografía de un zángano, una abeja macho. Fotografía del profesor de biología Laurence Packer

 

Pero vayamos con el árbol genealógico de un zángano (1), como el que aparece en la anterior imagen. Como se ha comentado, esta abeja macho tendrá solo madre, por lo que la primera generación hacia atrás del zángano consistirá en una abeja (1), normalmente la abeja reina. Como esta abeja es hembra tendrá madre y padre (la abuela y el abuelo del zángano), luego la segunda generación del zángano serán dos abejas (2). En la tercera generación estarán la madre y el padre de la abeja abuela, así como la madre de la abeja abuelo, en total tres abejas (3). Y así se puede continuar, como se muestra en el siguiente esquema.

Árbol genealógico de un zángano

 

En la siguiente tabla se recogen la cantidad de abejas de cada generación hacia atrás de una abeja macho, un zángano, añadiendo además cuántas de ellas son abejas macho y cuántas abejas hembra.

Como se observa la cantidad de abejas del árbol genealógico de un zángano, por generaciones hacia atrás, es 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, etcétera, es decir, la sucesión de Fibonacci. Más aún, si dividimos la cantidad de abejas de cada generación, en abejas hembra y abejas macho, seguimos obteniendo esta sucesión en los dos casos.

Una paseo hexagonal

El siguiente ejemplo en el que se puede encontrar a los números de Fibonacci relacionados con las abejas se debe al matemático estadounidense Leonard Carlitz (1907-1999), de la Duke University, que fue miembro de La asociación Fibonacci y del comité editorial de la revista The Fibonacci Quarterly, en la que publicó 72 artículos, dentro de una extensa obra matemática compuesta de 771 artículos.

Imaginemos un panal de abejas, que recordemos que está formado con celdas prismáticas hexagonales pegadas unas a otras por sus caras laterales, pero con la particularidad de que está formado por tan solo dos filas de celdas, como se muestra en la siguiente imagen. En la primera celda, de uno de los extremos del panal (en la imagen en la izquierda), hay una abeja e imaginemos también que el panal es tan largo (hacia la derecha en la imagen) como queramos, de hecho, imaginemos que es infinito. Nos gustaría calcular la cantidad de caminos que puede recorrer la abeja para ir de su posición inicial a otra celda cualquiera que fijemos, desde la primera al lado de la abeja en adelante, teniendo en cuenta que de cada celda puede pasar a una contigua, pero siempre hacia delante, por ejemplo, de su celda inicial puede pasar a las celdas C1 o C2, mientras que de la celda C3 puede pasar a las celdas C4 y C5, pero no ir para atrás a las celdas C1 y C2.

Panal de abejas, formado por dos filas de celdas, infinito, que tiene principio, pero no tiene fin, con una abeja en la celda de su extremo izquierdo

 

Pero vayamos contando los diferentes caminos que puede recorrer la abeja, en función de cuál sea la celda final, empezando por la celda C1 y siguiendo en orden. Solo existe una forma (1) de llegar a la celda C1, sin retroceder, que es directamente. Para llegar a la celda C2 puede hacerse directamente o a través de la celda C1, luego de dos formas (2) distintas. Y hay tres caminos posibles para alcanzar la celda C3, como se muestra en la siguiente imagen.

Los posibles caminos para que la abeja llegue a las celdas C1, C2 y C3, sin retroceder

 

Para llegar a la celda C4 hay 5 recorridos posibles, que se muestran en la siguiente imagen.

Recorridos posibles para que la abeja llegue a la celda C4, sin retroceder

 

La cantidad de caminos posibles para cada una de las celdas mencionadas es 1, 2, 3 y 5, que son los primeros números de la sucesión de Fibonacci. Si seguimos con las celdas C5, C6, C7, etcétera, se irán obteniendo los demás números de la sucesión, 8, 13, 21, etcétera.

Jugando con las fichas de dominó

Para la siguiente situación vamos a considerar fichas de dominó, como la de la siguiente imagen.

Fichas de dominó. Fotografía: Dietmar Rabich / Wikimedia Commons / “Domino – 2021 – 6766” / CC BY-SA 4.0

 

Las fichas de dominó son el doble de largo que de ancho, como si juntáramos dos cuadrados. La cuestión que nos ocupa es la siguiente.

Problema: ¿de cuántas formas distintas se puede crear un embaldosado rectangular de dos filas y n columnas (es decir, una cuadrícula rectangular de tamaño n x 2), para n = 1, 2, 3, etc?

Empecemos con los casos más sencillos, para 1, 2 y 3 columnas, que se obtienen las siguientes 1, 2 y 3 formas de embaldosar, respectivamente, como se muestra en la imagen.

Para 4 filas empezamos a tener más maneras diferentes de colocar las fichas de dominó, en concreto 5.

Si la cuadrícula rectangular es de tamaño 5 x 2, existen 8 formas distintas de embaldosar esta cuadrícula con fichas de dominó, como aparece en la siguiente imagen.

Podéis continuar con 6, 7, 8, … filas y, como se observa, se van obteniendo los números de la sucesión de Fibonacci, de nuevo.

¿Por qué aparece la sucesión de Fibonacci? La respuesta es muy sencilla. Simplemente porque es un problema cuya solución tiene la misma propiedad recursiva que la sucesión de Fibonacci y los dos primeros términos son 1 y 2. Esto es así porque para conocer los embaldosados con fichas de dominó de una cuadrícula rectangular n x 2, basta con tomar los embaldosados de la cuadrícula (n – 1) x 2 y añadirles una ficha de dominó vertical, y los embaldosados de la cuadrícula (n – 2) x 2 y añadirles dos fichas de dominó horizontales.

Veamos un ejemplo. Miremos a los embaldosados de la cuadrícula rectangular 5 x 2, que como acabamos de ver son 8. En la siguiente imagen, he tomado esos ocho embaldosados de la cuadrícula 5 x 2, he coloreado de morado los embaldosados de la cuadrícula 4 x 2, a los que se les añade una ficha de dominó vertical y he coloreado de verde los embaldosados de la cuadrícula 4 x 2, a los que se les añaden dos fichas de dominó horizontales.

Algo similar ocurre con la cantidad de caminos posibles que recorre la abeja en su paseo hexagonal, como podéis observar.

En mi siguiente entrada de la sección Matemoción del Cuaderno de Cultura Científica volveré con más curiosos e inesperados ejemplos de apariciones de la sucesión de Fibonacci.

Fibonacci 1-10 (2010), de la artista conceptual estadounidense Jennifer Bartlett (1941-2022)

 

Bibliografía

1.- Alfred S. Posamentier, Ingmar Lehmann, The Fabulous Fibonacci Numbers, ‎ Prometheus Books, 2007.

2.- Thomas Koshy, Fibonacci and Lucas Numbers with Applications, John Wiley & Sons, 2001.

3.- Martin Gardner, Circo matemático, Alianza editorial, 1988.

4.- Fredric T. Howard, The Fibonacci Association, Math Horizons, vol. 12, n. 3,

pp. 31, 2005.

5.- Fred Whitford; Christian H Krupke, Cindy Gerber, Greg Hunt, John L. Obermeyer, Krispn Given, Max Feken, Reed Johnson, Thomas Steeger, The Complex Life of the Honey Bee: Environmental, Biological, and Chemical Challenges to Colony Health, Purdue University, 2017.

 

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 Fibonacci está en todas partes (I) se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Imagen: WikiImages / Pixabay

Durante la expansión temprana del Universo, las regiones hiperdensas podrían haber colapsado gravitacionalmente para producir agujeros negros primordiales. Dependiendo de lo que provocase el colapso, los agujeros negros primordiales resultantes podrían tener casi cualquier masa. Pero si, como sostienen algunos teóricos, podrían explicar toda la materia oscura del Universo, no pueden ser tan ligeros como para evaporarse y desaparecer, ni tan pesados como para contradecir las observaciones del efecto de lente gravitacional.

Dentro de ese amplio rango se encuentra otro más estrecho, que abarca las masas de los asteroides. Este rango de masas ha permanecido en gran parte inexplorado. Ahora, Tung Tran, del Instituto Tecnológico de Massachusetts, y sus colaboradores han determinado que los agujeros negros primordiales con masas de asteroides podrían detectarse de manera plausible gracias a su influencia gravitatoria en el Sistema Solar.

La materia oscura gobierna la estructura a gran escala del Universo. En las teorías de la materia oscura, cuanto menor sea la masa de las partículas de materia oscura, más partículas se necesitan para explicar esa estructura. Además, las partículas de materia oscura deben moverse a través del cosmos lo suficientemente despacio como para que la gravedad las atraiga. Si la materia oscura consiste exclusivamente en agujeros negros primordiales con masa de asteroide, esas dos restricciones implicarían que varios agujeros negros primordiales estarían presentes en el Sistema Solar en cualquier momento dado y que las velocidades de esos agujeros negros primordiales serían de aproximadamente 200 km/s.

Un agujero negro primordial (PBH) con masa de asteroide que pase cerca de un planeta podría perturbar la órbita del planeta en una cantidad detectable. Fuente: Tran et al (2024)

La presencia de esos agujeros negros primordiales apenas perturbarían el Sistema Solar. Sin embargo, las distancias entre la Tierra y los planetas se conocen con una precisión extraordinaria (hasta 10 cm en el caso de Marte). A partir de sus cálculos y simulaciones, Tran y sus colaboradores concluyen que el paso de al menos un agujero negro primordial con la masa de un asteroide a través del Sistema Solar podría dejar un rastro detectable en los datos de distancia existentes o inminentes una vez por década.

Una no detección, afirman los investigadores, impondría unas restricciones muy estrictas a un candidato a materia oscura bien motivado.

Referencia:

Tung X. Tran, Sarah R. Geller, Benjamin V. Lehmann, and David I. Kaiser (2024) Close encounters of the primordial kind: A new observable for primordial black holes as dark matter Phys. Rev. D doi: 10.1103/PhysRevD.110.063533

 

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

El artículo El Sistema Solar como detector de agujeros negros primordiales se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

La imagen de unos anillos rodeando los gigantes de hielo y gaseosos de nuestro sistema solar, como formando una especie de hula hop cósmico, son una imagen que hoy en día, gracias a los telescopios y a las misiones espaciales, nos resulta habitual, diría que incluso casi ordinaria. Pero si hacemos un ejercicio de imaginación y pensamos en la idea de que nuestro planeta también pudo tener un sistema de anillos, probablemente pensemos que esta idea es mucho más exótica e incluso, quizás, un poco fantasiosa.

Pero un estudio reciente publicado por Tomkins et al. (2024) ha dibujado este escenario como una posibilidad real durante el Ordovícico, uno de los periodos en los que está dividida la historia de nuestro planeta y que va desde el final del Cámbrico, hace unos 485 millones de años, hasta el inicio del Silúrico, hace unos 444 millones de años… no hace tanto tiempo si tenemos en cuenta que la historia de nuestro planeta estaría en el entorno de los 4.500 millones de años.

¿En qué pistas o pruebas se basa este estudio? Pues los científicos ha detectado un aumento anómalo del número de impactos de meteoritos contra nuestro planeta, que además coincide con una mayor proporción de materia caída del espacio y que se puede detectar en las capas de sedimentos que se formaron entonces. En particular, buena parte de esta materia procedería de un tipo de meteoritos que conocemos como condritas de tipo L que, por cierto, son el segundo grupo más abundante de todos los meteoritos de los que han caído sobre nuestro planeta.

Los anillos de Saturno son uno de los “ornamentos” planetarios más espectaculares de todo nuestro Sistema Solar. Y, a pesar de su espectacularidad, somos unos afortunados al poder contemplarlos, ya que son un fenómeno probablemente efímero en cuanto a escala geológica nos referimos. Cortesía de NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute.

Durante el Ordovícico y a lo largo de millones de años, parece como si hubiese ocurrido un continuo bombardeo por parte de meteoritos de este tipo sobre nuestro planeta, como si un gran cuerpo se hubiese desintegrado y lentamente sus fragmentos hubiesen ido chocando con nuestro planeta.

Aunque la cantidad de materia que pudo caer sobre nuestro planeta pudo ser mucha como atestiguan los sedimentos, no es lo que más llamó la atención de los científicos, sino que en realidad fue la distribución de los cráteres de impacto sobre la superficie lo que hizo saltar las alarmas. Y es que nuestro planeta ha sufrido el impacto de cuerpos a lo largo de toda su historia, algunos de los cuales han dejado cicatrices que todavía son visibles y otros, en cambio, han sucumbido al paso del tiempo.

Pero muchos de los que ocurrieron durante el Ordovícico parecen agruparse en una estrecha franja que estaría situada aproximadamente en lo que antaño sería el ecuador de la Tierra, aunque hoy estén a diferentes latitudes debido a la tectónica de placas. Si fuesen impactos más o menos aleatorios -como pasa habitualmente- la distribución de los cráteres sobre nuestro planeta también sería aleatoria, no siguiendo ningún patrón.

¿Y a que podría deberse esta distribución de cráteres tan característica? Pues pudo ocurrir que un asteroide, cuya composición fuese la de las condritas de tipo L, pasase cerca de nuestro planeta, superando lo que conocemos como el límite de Roche -un umbral de distancia a partir del cual las fuerzas de marea son suficientes para “desintegrar” los cuerpos que pasen por el interior de esta línea- y como consecuencia fragmentándose en una nube de pequeños cuerpos que quedaría temporalmente atrapada en la órbita de la Tierra, formando un anillo… temporal. Porque ojo, no podemos olvidar que incluso los anillos de los gigantes gaseosos podrían ser un adorno efímero, eso sí, efímero en el sentido geológico de la palabra, en escalas de millones de años.

Con el tiempo, parte de la materia que formaba este anillo iría cayendo sobre la superficie de la Tierra, causando esa concentración de cráteres tan característica que hoy todavía se puede distinguir en el registro geológico y también al aumento en la presencia de materiales de procedencia extraterrestre en los sedimentos y, por supuesto, de una mayor tasa de impactos.

Pero este tipo de fenómenos nunca vienen solos, sino que suelen coincidir en el tiempo con otros eventos: En el Ordovícico ocurre lo que denominamos como gran evento de biodiversidad del Ordovícico (o GOBE, por sus siglas en inglés) o radiación del Ordovícico, una importante radiación evolutiva de la vida animal. ¿Pudo tener algo que ver este periodo de un mayor número de impactos con la generación de una mayor diversidad biológica? Es una especulación, pero los cambios ambientales provocados por los impactos, así como nutrientes aportados por la materia que caería desde los anillos, podrían haber desempeñado un papel importante en la generación de nuevos ecosistemas y favorecer la evolución.

Otro efecto que pudieron provocar los anillos sería la alteración en la cantidad de luz del Sol que llegaba a la Tierra, contribuyendo a un enfriamiento global. Y es que, de hecho, a finales del del Ordovícico ocurre la que denominamos como glaciación Hirnantiana o fini-Ordovícica, una de las más importantes de la historia de la Tierra… ¿Podría la sombra de los anillos haber contribuido a un enfriamiento repentino de nuestro planeta? No parece muy descabellado pensarlo tampoco, aunque, de nuevo, se necesitan más pruebas y modelos predictivos avanzados.

Pero si es cierto que los anillos planetarios son capaces de condicionar de algún modo el clima de los planetas. Por ejemplo, los anillos de Saturno son capaces de jugar un papel en la dinámica atmosférica del planeta, dato que sabemos gracias a la misión Cassini. Así que, si la Tierra tuvo un sistema de anillos, aunque fuese de manera temporal, podría haber tenido efecto no solo en la insolación que recibía la Tierra, sino también alterar los patrones meteorológicos y climáticos.

Pero quizás uno de los detalles más interesantes del artículo es como esta fuente de impactos cuestiona de algún modo los modelos más convencionales de los impactos de asteroides en la formación planetaria. Y es que la mayoría de los impactos proceden de asteroides del cinturón de asteroides o de los asteroides cercanos a la Tierra (NEAs, por sus siglas en inglés).

Estadísticamente parece imposible que estos impactos “aleatorios” puedan causar alineaciones como las que se han detectado, puesto que las distintas trayectorias que seguirían hasta chocar contra nosotros harían de formar patrones algo muy complicado. Pero si en el Ordovícico hubiésemos tenido un anillo, la formación de alineaciones en los cráteres de impacto no sería tan difícil de lograr porque esta materia caería desde una zona muy concreta alrededor de la Tierra.

Aun así, todavía queda mucho por desgranar de esta nueva teoría que, desde luego, pone de manifiesto que nos quedan muchos capítulos de la historia de la Tierra por conocer y, quien sabe, cuantas páginas podremos escribir gracias a la ayuda de la geología planetaria.

Referencias:

Tomkins, Andrew G., Erin L. Martin, y Peter A. Cawood. «Evidence Suggesting That Earth Had a Ring in the Ordovician». Earth and Planetary Science Letters 646 (noviembre de 2024): 118991. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2024.118991.

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

El artículo Unos anillos para el planeta Tierra se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Fuente: ESA / IBM Research

Cada minuto que pasa, la computación cuántica aumenta exponencialmente sus posibilidades de éxito. IBM pugna por los primeros puestos en la carrera para dar con la máquina que logre la supremacía cuántica, o lo que es lo mismo, resolver algún problema imposible para la computación clásica. Su plan para comercializar el primer ordenador cuántico con 100 000 cúbits puede darle la corona del siglo.

Qué tiene la computación cuántica que le da tanto poder

La computación cuántica funciona utilizando propiedades del mundo microscópico que ni siquiera se pueden explicar. Una de estas propiedades es que estos sistemas físicos pueden estar en varios estados a la vez.

La computación cuántica utiliza esa extravagante propiedad, los estados cuánticos superpuestos, para realizar cálculos. Lo hace a través de puertas cuánticas, circuitos cuánticos básicos que operan sobre un pequeño número de cúbits. Son lo mismo que las puertas lógicas para los ordenadores digitales. Y esta fantasía ha pasado en los últimos años de ser una mera posibilidad teórica a ser una realidad.

En computación cuántica el elemento de computación básico es el cúbit, que en contraste con el bit de la computación clásica puede tomar cualquier combinación lineal de módulo uno entre el valor 0 y el 1; esos son sus distintos estados.

El cambio del bit al cúbit

En algunos problemas de computación, la cantidad necesaria de recursos aumenta muy rápido a medida que crece el tamaño del problema. El cambio del bit al cúbit puede reducir la velocidad de aumento de recursos de manera muy drástica.

Para poner un ejemplo práctico, imaginemos que queremos simular un ordenador cuántico de 100 cúbits. En un ordenador clásico necesitaríamos 2 elevado a 100 bits, o lo que es lo mismo, un quintillón de bits. Nunca alcanzaremos esta capacidad de cálculo utilizando ordenadores clásicos. En cambio, con un ordenador cuántico sólo necesitaríamos 100 cúbits, de hecho, actualmente ya existen ordenadores cuánticos de más de 100 cúbits.

Toda esta tecnología se podría escalar hasta miles de cúbits. Según los expertos, esto no va a ser suficiente para conseguir la computación cuántica útil. Sin embargo, los investigadores de IBM ya están pensando en la siguiente revolución. Están trabajando en el primer ordenador cuántico de cien mil cúbits. ¿Cómo lo quieren conseguir?

Superar la era NISQ

Hoy en día estamos en lo que se conoce como era NISQ. El acrónimo hace referencia al hecho de que tenemos ordenadores cuánticos con pocos cúbits y estos cúbits son ruidosos. Es un término acuñado por el físico John Preskill en 2018, quien señaló que las computadoras cuánticas en ese momento (y de hecho todavía en 2024) son propensas a tasas de error considerables y están limitadas en tamaño por la cantidad de cúbits lógicos (o incluso cúbits físicos) en el sistema. Esto significa que no son confiables para realizar cálculos generales.

Este ruido es el que evita que consigamos la supremacía cuántica. La ventaja se consigue cuando un ordenador cuántico hace una tarea que ningún ordenador clásico puede hacer.

La dificultad para reducir el ruido es puramente tecnológica, lo cual no significa que no haya que hacer mucha investigación para superar los retos. Actualmente IBM ofrece más de diez ordenadores cuánticos de más de 100 cúbits. Algunos ejemplos son IBM Fez, con 156 cúbits; IBM Torino, con 133 cúbits, e IBM Kyiv, con 127 cúbits.

Se ha demostrado que estás máquinas se pueden utilizar para resolver diferentes tipos de problemas, pero aún sin ventaja cuántica: problemas de optimización, problemas de estructura electrónica, problemas de magnetismo, etc.

En los últimos años, los investigadores de IBM están desarrollado diferentes métodos para mitigar el error de los cúbits. Estas técnicas corrigen hasta cierto punto los errores generados por el ruido, pero a cambio de mayor tiempo de cómputo.

Con estas técnicas han demostrado que los ordenadores cuánticos pueden dar mayor rendimiento que los clásicos en problemas concretos, lo que demuestra que se están acercando a la ventaja cuántica.

La siguiente ola

A esta nueva serie de ordenadores cuánticos la han llamado “la siguiente ola” y está basada en supercomputación cuántico-céntrica. Va a ser un superordenador cuántico modular.

La modularidad le va a permitir escalar y para ello va a tener que combinar comunicaciones cuánticas y computación clásica. Las innovaciones vendrán del hardware y también del software.

El middleware (software con el que las diferentes aplicaciones se comunican entre sí) va a ser híbrido, esto significa que va a integrar flujos de trabajo clásicos y cuánticos. Este middleware va a contener, por ejemplo, una herramienta llamada tejido de circuitos cuánticos. Esta herramienta va a permitir utilizar menos puertas cuánticas de dos cúbits para ejecutar los circuitos. Para afrontar todos estos retos, IBM ha creado una fuerte colaboración con las Universidades de Tokyo y Chicago.

IBM no está sola

En lo que respecta a computación cuántica universal (o computación cuántica digital), IBM es una de las empresas que están trabajando en los ordenadores cuánticos del futuro, pero no es la única.

Por ejemplo, en Google Guantum AI están trabajando para conseguir cúbits lógicos utilizando la menor cantidad posible de cúbits físicos y también en la manera de escalar este proceso. En esta misma línea también trabaja Microsoft en colaboración con Quantinuum, y es también una fuerte apuesta de Amazon Web Services.

Sin embargo, la computación cuántica no es sólo digital. También existe la computación cuántica analógica que se utiliza para resolver un problema matemático muy concreto (QUBO) que aparece en diversos campos: finanzas, logística, energía, etc. La empresa que más está impulsando esta tecnología es DWAVE.

Aparte de la utilización de diferentes tipos de hardware cuántico, en muchas empresas y universidades trabajan intensamente en algoritmos clásicos inspirados en la física cuántica que han demostrado ser muy útiles.

Es solo cuestión de tiempo cambiar el mundo.

Sobre el autor: Unai Aseguinolaza Aguirreche, Docente investigador en la Escuela Politécnica Superior de Mondragón, Mondragon Unibertsitatea

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

El artículo El impacto del ordenador cuántico de 100 000 cúbits de IBM se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

El número Pi, representado por la letra griega π, es una de las constantes matemáticas más famosas e importantes que existen en el mundo. Este número irracional, que determina la relación entre la longitud de una circunferencia y su diámetro, concierne a múltiples disciplinas científicas como la física, la ingeniería y la geología, y tiene aplicaciones prácticas sorprendentes en nuestro día a día.

La fascinación que ha suscitado durante siglos es tal, que se viene estudiando desde hace más de 4.000 años e, incluso, cuenta con su propio día en el calendario: el 14 de marzo. Este evento internacional vino de la mano del físico estadounidense Larry Shaw, quien en 1988 lanzó la propuesta de celebrar esta efeméride. La forma en la que se escribe el 14 de marzo en inglés y euskera coincide con los tres primeros dígitos de la famosa constante matemática: 3-14 martxoaren 14 en euskara / 3-14 March, 14th en inglés. En los últimos años, la conmemoración del Día de Pi se ha ido extendiendo, hasta tal punto que el 26 de noviembre de 2019 la UNESCO proclamó el 14 de marzo Día Internacional de las Matemáticas.

Un año más, el Basque Center for applied Mathematics-BCAM y la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU nos sumamos a la celebración, organizando la quinta edición del evento BCAM NAUKAS, que se desarrolló a lo largo del 14 de marzo en el Bizkaia Aretoa de UPV/EHU.

La creencia popular quiere entender que las matemáticas son cosa de números y, por tanto, de calculadoras. Pero la realidad es que las matemáticas están llenas de letras y que para muchas personas dedicadas profesionalmente a las matemáticas los cálculos numéricos no son su fuerte. De esta base la charla «Soy de letras» de Sara Barja.

Sara Barja Martínez ha sido investigadora Ramón y Cajal en la Universidad del País Vasco (UPV/EHU) y el Centro de Física de Materiales (CFM) y desde enero de 2024 continúa su investigación en la UPV/EHU como Ikerbasque Associate Researcher. Su investigación se centra en el estudio de las relaciones existentes entre estructura y reactividad en (electro)-catálisis. En 2021, recibió una prestigiosa beca ERC-Starting Grant del Consejo Europeo de Investigación.

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

El artículo Día de pi 2024: Soy de letras se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Hongos aislados del frass, un subproducto del proceso de cría del gusano de la harina que puede emplearse como fertilizante en agricultura. Fuente: Teresa Fuertes, CC BY-SA

La idea de incluir insectos en la dieta humana nos puede sonar algo exótica, sacada de un viaje a algún país lejano. Sin embargo, es algo que está cada vez más cerca de nuestra mesa. La previsión para el año 2030 es que el mercado mundial de los insectos comestibles supere los 3 000 millones de dólares en Europa.

La gran demanda de proteínas alternativas para alimentación, tanto humana como animal, hace que la cría del gusano de la harina se haya disparado en los últimos años. Sin embargo, este animal también podría utilizarse en agricultura. Más concretamente, sus excrementos.

La Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria ha avalado el consumo del gusano de la harina para la alimentación humana. Si bien en España aún no se comercializa con este fin, en Salamanca se encuentra una de las plantas de producción más grandes del mundo.

Nota para los más aprensivos: vivimos en tiempos de crisis ecosocial y la mitigación del cambio climático supone un auténtico reto. Producir proteína animal sin emitir metano ni amoníaco, consumiendo menos agua que otros sistemas de producción animal y con una huella de carbono negativa, supone un escenario ganador.

Pero ¿de qué animal estamos hablando y por qué tiene tanto interés? El gusano de la harina es la fase larvaria del insecto Tenebrio molitor. Este pequeño coleóptero no es solo una fuente rica en proteínas, sino también un buen candidato a revolucionar otros campos como el de la agricultura. Todo ello en un contexto de economía circular. ¿Cómo? Produciendo excrementos con un alto valor como fuente de fertilización orgánica.

Gusanos de la harina. Fuente: Eldred Lim/ShutterstockLos secretos del excremento excelente

El subproducto del proceso de cría de gusano de T. molitor es en realidad una mezcla de excrementos de larvas, restos de comida no digeridos y fragmentos de exoesqueletos. El conjunto recibe el nombre de “frass” y es un tesoro en miniatura para la agricultura gracias a su composición fisicoquímica y microbiológica.

Posee un alto contenido en macronutrientes, similar o superior al de otros fertilizantes orgánicos como purines y estiércoles. Por eso, es eficaz en el suministro de nitrógeno, fósforo y potasio para los cultivos, y muestra un excelente potencial para sustituir parcial o totalmente al fertilizante mineral convencional.

A diferencia de muchos fertilizantes minerales basados en nitrógeno, fósforo y potasio, el frass también es una mina de micronutrientes esenciales para las plantas. Aporta, entre otros, manganeso, hierro, zinc, cobre y boro. Su bajo contenido en humedad, en torno al 10 %, hace que sea más manejable, fácil de aplicar y más estable en su almacenamiento que otros residuos orgánicos.

No obstante, es como un perfume caro: efectivo a dosis bajas. Estudios previos han demostrado que dosis altas pueden resultar nocivas para el crecimiento de las plantas.

Una de las características más destacadas del frass es su rápida descomposición. Así, una vez aplicado al suelo, su tasa de mineralización es más rápida que la de cualquier fertilizante orgánico. Gracias a su alto contenido de carbono lábil, fácilmente disponible para la microbiota del suelo, estimula la actividad microbiana. Así, se favorece la descomposición de la materia orgánica nativa del propio suelo. Es decir, promueve la mineralización y el crecimiento de biomasa microbiana, lo cual resulta crucial para un suelo saludable y fértil.

La microbiota del frass

El frass también resulta muy interesante desde el punto de vista microbiológico, ya que contiene bacterias y hongos beneficiosos capaces de mejorar el crecimiento y el estado de salud de los cultivos.

Estos microorganismos promotores del crecimiento vegetal son capaces de solubilizar el fosfato o el potasio del suelo y de llevar a cabo la fijación biológica del nitrógeno, lo que aumenta la disponibilidad de estos nutrientes para el cultivo.

Otros son capaces de producir hormonas que mejoran el desarrollo de la planta. Al aplicar estos microorganismos al suelo agrícola mejora el crecimiento y el estado fisiológico de los cultivos, lo que induce una mayor resistencia frente a estreses abióticos como la sequía y la salinidad.

Asimismo, algunos de los microorganismos presentes en el frass provocan la activación de respuestas defensivas en la planta. Esto impulsa la supresión de patógenos.

La aplicación de excretas animales queda sujeta por ley a algún tratamiento de higienización que asegure la eliminación de posibles microorganismos nocivos para la salud humana. Sin embargo, en el caso del frass la aplicación de altas temperaturas podría eliminar, además de patógenos potenciales, muchos de los microorganismos beneficiosos para el crecimiento de los cultivos.

Por otro lado, la composición de la microbiota del frass se ve influenciada por la dieta mantenida por las larvas de T. molitor durante la cría.

Por todo esto, aunque el futuro del frass como fertilizante resulta muy prometedor, aún requiere ahondar en algunas cuestiones. Por ejemplo, en las condiciones de producción y en la búsqueda de tratamientos higienizantes alternativos que nos permitan aprovechar todo su potencial.

A pesar de ello, el excremento de T. molitor no es solamente un “excremento excelente”, sino también una solución innovadora, capaz de mejorar la fertilidad del suelo e impulsar una agricultura sostenible, eficiente y resiliente frente al cambio climático.

Sobre las autoras: Teresa Fuertes Mendizabal, Profesora Fisiología Vegetal, Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea y Maddi Malatsetxebarria, estudiante predoctoral en Agrobiología Ambiental, Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea

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

El artículo Frass, el excremento de insectos que es un tesoro para la agricultura se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Lago Crawford (Ontario, Canadá). Fuente: Brock University / Conservation Halton

Cuando queremos hacer una broma al hablar de la edad de algún evento o proceso geológico, solemos añadir la muletilla “millón de años arriba, millón de años abajo” al final de la frase. Y siempre hace gracia, porque la unidad mínima de medida del tiempo en Geología es el millón de años, así que esa frase de broma sería como decir “cinco minutos antes o cinco minutos después” a la fecha de algún evento histórico en el que estemos especificando la hora aproximada a la que ocurrió. Pero esta resolución temporal con un error de un millón de años no es útil cuando estudiamos el Periodo geológico en el que vivimos, el Cuaternario, que comenzó hace unos 2,6 millones de años. Aquí sí queremos conseguir detectar eventos y procesos que acontecieron en nuestro pasado más reciente y de la manera más precisa posible, necesitamos reducir ese margen de error temporal hasta los mil años, cien años, diez años…o, incluso, menos.

Entonces es cuando nos surgen dos preguntas: ¿Existe algún contexto geológico reciente en donde se produzca un depósito sedimentario periódico que nos permita realizar una reconstrucción ambiental de los últimos miles de años con una resolución temporal cercana al año? Y ¿ese mismo proceso geológico también se ha producido en la historia geológica, pudiendo aplicar este error tan pequeño a la datación de eventos que ocurrieron hace millones de años? La respuesta a ambas cuestiones es sí. De hecho, existen varios procesos que podría poneros como ejemplo, pero me voy a quedar con uno muy particular, las varvas lacustres.

Secuencia de varvas lacustres del lago Crawford, de Ontario (Canadá), donde se observa el patrón de láminas claras y oscuras en una secuencia rítmica. Imagen tomada de Lafond, K., Walsh, C., Patterson, R., Mccarthy, F., Llew-Williams, B., Hamilton, P., Nasser, N. y Cumming, B. (2023). Influence of Climatic Trends and Cycles on Varve Deposition in Crawford Lake, Ontario, Canada. Geosciences 13, 87.

Sí, varvas con dos uves, no lo he escrito mal, ya que se trata de una palabra procedente del término sueco “varvig lera”, que se puede traducir como “capas de arcilla”. Y este término, varvas, hace alusión a un tipo de sedimentación que se produce en el fondo de algunos lagos y que se caracteriza por la presencia de unas pequeñas láminas o capitas de sedimentos finos (arcilla, limo o arena de grano muy fino) con colores blancos y negros alternantes en una secuencia rítmica, repetitiva, como si fuese un código de barras. Pero la principal característica que tienen es que cada par de capas blanca-negra se deposita de manera anual: las láminas de colores blancos corresponden con la sedimentación de primavera y verano, mientras que los niveles oscuros se producen en otoño e invierno.

Inicialmente se creía que las varvas, estas secuencias sedimentarias rítmicas formadas anualmente, sólo se formaban en lagos glaciares de latitudes altas, donde las capas blancas corresponden con el depósito de limo y arena muy fina generado por la fusión del hielo en los momentos cálidos del verano y las capas negras con el nuevo avance del hielo y la congelación de la superficie del agua en el invierno, cuando decantarían arcillas y limos finos en el fondo. Pero, hoy en día, se han encontrado varvas en numerosos lagos desarrollados en otros escenarios climáticos a lo largo del mundo. Por ejemplo, en lagos de montaña en zonas geográficas de temperaturas templadas, como es el caso de varias localizaciones pirenaicas de la Península Ibérica, en donde las láminas blancas se generan por la precipitación de calcita (CaCO3) o cuarzo (SiO2) de origen biogénico, es decir, producidos por la actividad de los seres vivos acuáticos, mientras que las láminas oscuras se deben al depósito de limo, arena muy fina, restos vegetales y minerales procedentes del continente y que son arrastrados por el agua de lluvia que llega al lago durante los meses de invierno, depositándose en el fondo del mismo.

Aspecto de un depósito sedimentario de varvas lacustres del Pleistoceno (hace más de 12.000 años) de los acantilados de Scarboro, de Ontario (Canadá). Imagen propiedad de Bruce F. Molnia, del Servicio Geológico de Estados Unidos (USGS)

Realmente, se pueden producir depósitos sedimentarios rítmicos de manera puntual en prácticamente todos los lagos del planeta, pero no todas estas secuencias son varvas lacustres. Os repito la clave de estos depósitos: esa alternancia de una capa blanca y una negra tiene que tener una periodicidad anual. Y es esta propiedad la que transforma a las varvas lacustres en una de las herramientas geológicas más importantes para realizar reconstrucciones paleoambientales en medios continentales durante los últimos miles y cientos de miles de años con una resolución temporal increíble: se pueden detectar cambios en el régimen de lluvias, la cobertera de hielo o la actividad biológica en estos lagos a escala estacional, diferenciando lo que ocurre en verano con lo que ocurre en invierno.

Como os decía al principio, este proceso geológico no es exclusivo del Cuaternario, también se han preservado varvas lacustres en otros periodos geológicos del pasado. Como ejemplo, se acaban de descubrir unos depósitos del Cretácico Inferior en China que han permitido describir cambios climáticos a escala estacional regulados por monzones y ciclos solares que afectaron a la fauna de dinosaurios que habitaron esta área hace más de 100 Millones de años. Y estas varvas lacustres no son las más antiguas que se han descubierto en el registro geológico.

Gracias a estas herramientas sedimentológicas, podemos realizar unas reconstrucciones paleoambientales con una resolución inferior a la anual en depósitos de hace millones de años de antigüedad, pudiendo identificar procesos climáticos muy concretos y, sobre todo, analizando con detalle cómo afectaron a la biodiversidad de la zona y cuánto tardó esta biota en responder ante estos cambios ambientales. Y esa información nos permite inferir cómo se comportarán los ecosistemas lacustres actuales si se ven afectados por eventos similares. Conocer nuestro pasado geológico nos permite tomar decisiones basadas en el rigor científico para poder protegernos y adaptarnos a los cambios climáticos que nos están afectando en el presente y, seguramente, nos afectarán en el futuro. Como veis, nuestro planeta también tiene códigos de barras con toda su información importante y, aunque muchos lagos luzcan largas varvas, no necesitan maquinillas de afeitar para acicalarse.

Referencias:

Corella, J.P., Valero-Garcés, B.L., Brauer, A., Moreno, A. y Pérez-Sanz, A. (2009). Facies laminadas en la secuencia sedimentaria del lago de Montcortés (Lleida) durante los últimos 6.000 años. Geogaceta 46, 103-106.

Tian, X., Gao, Y., Ma, J., Huang, H., Pan, J. y Wang, C. (2024). Lacustrine varves in the Lower Cretaceous Yixian Formation of western Liaoning, Northeast China: Implications for seasonal to sub-decadal palaeoclimate variability associated with the Jehol Biota and “Dinosaur Pompeii”. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 646, 112241.

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

El artículo ¿Los lagos también necesitan afeitarse? se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.