Cuaderno de Cultura Científica

El interés científico por conocer el rendimiento físico durante los partidos y el perfil de condición física de los árbitros de fútbol ha crecido de forma sustancial a lo largo de las últimas dos décadas. En ese sentido, la tesis doctoral de Daniel Castillo Alvira, que lleva por título ‘Cuantificación de las respuestas físicas y fisiológicas y análisis de la fatiga inducida por los partidos oficiales en árbitros de fútbol’, se ha elaborado a partir de cuatro estudios científicos publicados en revistas internacionales indexadas en la lista JCR. Todos los estudios presentados en esta tesis siguen una misma temática basada en la descripción de las respuestas físicas y fisiológicas y el análisis de la fatiga producida por los partidos oficiales en árbitros de fútbol.

Los árbitros, independientemente de la categoría en la que arbitren, han de superar unas pruebas físicas en distintos momentos a lo largo de la temporada, cuyos resultados, junto con los informes técnicos de los partidos elaborados por los Comités de Árbitros correspondientes (internacionales, nacionales, autonómicos o provinciales), les habilitan para ejercer su actividad y, en su caso, ascender o descender de categoría.

Los estudios que conforman esta investigación demuestran que los árbitros de campo recorren más distancia y registran un valor de velocidad media mayor que los árbitros asistentes durante el desarrollo de los partidos oficiales. Se observa, además, un descenso en la capacidad de esprintar en distancias de 15 y 30 metros después del partido cuando se compara con el rendimiento registrado antes del mismo, tanto en árbitros de campo como en árbitros asistentes. El descenso observado en el rendimiento de esprint podría ser considerado como un indicador de fatiga ocasionada por el partido. Sin embargo, no se encuentra una pérdida de rendimiento en la capacidad de salto vertical bilateral y unilateral.

También se ha comprobado un descenso en el rendimiento de otros parámetros medidos o que los árbitros asistentes tienen una fatiga muscular más acentuada en la pierna derecha al final del partido. “Este hecho –explica Daniel Castillo-, podría sugerir que los árbitros asistentes pueden tener una mayor implicación durante el juego de la extremidad inferior derecha y, en consecuencia, una fatiga debido a que las acciones específicas y más relevantes que realizan se producen hacia su lado derecho donde se encuentra el área de penalti”.

Dado que una inadecuada preparación física en este colectivo podría limitar sus acciones durante los partidos y también podría influir negativamente en un descenso de categoría, la tesis sugiere la necesidad de diseñar programas de entrenamiento específicos tanto para árbitros de campo como para árbitros asistentes, con el fin de mejorar su rendimiento físico durante la competición. “Aunque la FIFA ha establecido unos test para valorar la capacidad de esprintar en árbitros de campo y árbitros asistentes, parece interesante valorar esta cualidad en distancias más cortas especialmente en categorías provinciales. Además, los preparadores físicos deberían incluir entrenamiento específico, basado en mejorar la capacidad de aceleración, atendiendo a las demandas físicas que les supone a los árbitros de campo y a los árbitros asistentes arbitrar los partidos de fútbol”, indica Daniel Castillo.

Referencias:

Castillo, D., Yanci, J., Cámara, J., Weston, M. ‘The influence of soccer match play on physiological and physical performance measures in soccer referees and assistant referees’. Journal of Sports Sciences (2016) 34(6), 557-563. doi: 10.1080/02640414.2015.1101646

Castillo, D., Cámara, J., Sedano, S., Yanci, J. ‘Impact of official matches on soccer referees’ horizontal-jump performance’. Science and Medicine in Football. Pages 1-6. Accepted 23 Apr 2017, Published online: 01 Jun 2017. doi: 10.1080/24733938.2017.1330549

Castillo, D., Weston, M., McLaren, S.J., Cámara, J., Yanci, J. ‘Relationships between internal and external match load indicators in soccer match officials’. International Journal of Sports Physiology and Performance (2016) Dec 5:1-21. DOI: 10.1123/ijspp.2016-0392. doi: 10.1123/ijspp.2016-0392

Castillo, D., Cámara, J., Castellano, J., Yanci, J. ‘Football match officials do not attain maximal sprinting speed during matches‘. Kinesiology (2016) 48(2), 207-212.

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

El artículo La condición física de los árbitros de fútbol se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Fórmulas matemáticas y números: cómo ayuda la economía al fútbol
2. La ciencia del balón de fútbol
3. La conferencia improvisada que cambió la física

“En más de una ocasión, cuando me entrevistan por mis novelas, ha llegado un periodista y me ha dicho: “¿Y por qué escribes sobre la muerte?”. Es una pregunta que me deja turulata: ¿es que acaso uno puede dejar de escribir sobre eso? Siempre siento la tentación de responder: lo siento mucho, querido, pero tengo que darte una malísima noticia: te vas a morir.”

Rosa Montero, El País Semanal, 15 enero 2017.

&nbsp

“Soy un hombre a quien la suerte
hirió con zarpa de fiera,
soy un novio de la muerte
que va a unirse en lazo fuerte
con tan leal compañera.”

El novio de la muerte, canción de la Legión, letra de Fidel Prado, música de Juan Cosa, 1925.

&nbsp

“Si la muerte fuera un bien, los dioses no serían inmortales.”

Safo.

Hay mucho escrito sobre la muerte, sobre la buena muerte y sobre cómo aceptarla. Quizá deba comenzar, o terminar, visto el tema que trato, con aquel antiguo proverbio, creo que de Confucio o de algún otro sabio oriental, que decía que “Cuando un problema no tiene solución, deja de ser un problema”. Y asumir, también, como hizo Benjamin Franklin hace dos siglos y medio, que, junto a los impuestos, la muerte es la otra certeza de nuestra vida. Pero podemos luchar por tener una buena muerte, ya que la muerte es nuestra, personal e inevitable.

Los seres humanos somos muy conscientes, quizá sin asumirlo del todo, de nuestra forzosa mortalidad. Es una idea que ataca o, por lo menos, relativiza, nuestra autoestima de transcendencia sin final, y defender con fuerza nuestra visión del mundo y de la vida nos ayuda a mantenerla.

Para entender cómo la muerte influye en nuestra vida, podemos, como ejemplo, comentar la investigación de Marcelo Vinhal Nepomunceno y Michael Laroche, de la Universidad Concordia de Montreal, sobre el consumo y la muerte. Sabemos que en nuestra cultura, los pensamientos sobre la muerte aumentan la propensión a consumir, a consumir lo que sea. Aceptamos que posesiones y bienes materiales nos permiten vivir más felices o, por lo menos, a vivir sin más, aunque cueste aceptar que no ayuda a vivir más. Los pensamientos de muerte nos llevan a una actitud positiva ante artículos de lujo o a consumir de manera impulsiva. Así, el consumo creció en Estados Unidos después del 11-S.

En su investigación, Nepomuceno y Laroche encuentran que a los contrarios al consumo les da igual sentir pensamientos de muerte y siempre consumen poco. En cambio, los consumidores medios, los ciudadanos que no destacan en las compras, la idea de la muerte les empuja a consumir más.

Y, ahora, pasemos a repasar no lo que la muerte hace en nuestra vida, sino a cómo deseamos que sea la inevitable muerte. Primero, una definición de buena muerte que nos da Jacquelin Flaskerud, de la Universidad de California en Los Angeles. Dice así: “Una buena muerte es la que está libre de angustia y sufrimientos evitables para los pacientes, la familia y los cuidadores. Transcurre, en general, de acuerdo con los deseos de los pacientes y de las familias. Y es razonablemente consistente con los estándares clínicos, culturales y éticos.”

Es una definición sencilla, vaga y quizá difícil de llevar en los detalles para cada caso. Vamos a extendernos sobre lo que dice esta definición. Emily Meier y su grupo, de la Universidad de California en San Diego, han revisado lo que respondemos si nos preguntan sobre la buena muerte y han publicado recientemente un meta-análisis sobre ello.

Para ello, recuperan de las bases de datos lo investigado hasta 2015 y encuentran 3434 artículos de los que, tras una primera revisión, rescatan 392 y, después de un repaso más exhaustivo en cuanto a métodos y análisis, quedan 36. La mayoría de los datos vienen de pacientes y de sus familias, además de profesionales sanitarios.

En conclusión, son once cuestiones importantes para llegar a una buena muerte, y las enumero y resumo a continuación:

1.- El 94% de los trabajos revisados mencionan donde y cuando morir, por ejemplo, en casa y durante el sueño y, además, después de dejar bien establecido lo necesario para el funeral y el entierro.

2.- El 81% desea una muerte sin dolor y sufrimiento.

3.- Hasta el 64% menciona como importante el bienestar emocional, con apoyo psicológico si es necesario y, si es posible, con un diálogo sobre el significado de la muerte.

4.- Es importante tener cerca a la familia, preparada y aceptando la muerte del familiar que, además, desea no sentirse una carga para ellos.

5.- Es esencial respetar y mantener la dignidad de la persona que muere.

6.- Debe aceptar que ha cumplido con su vida, despedirse con dignidad y aceptar la muerte.

7.- Si es religioso, debe buscar consuelo espiritual y tener cerca al sacerdote.

8.- No abusar de los tratamientos médicos en un intento de prolongar la vida por medio de todas las terapias posibles. En relación con los tratamientos médicos entra el debate, no resuelto en absoluto, sobre la eutanasia.

9.- Hay que conseguir la mejor calidad de vida posible e intentar vivir como siempre, con esperanza, placer y gratitud y, en resumen, considerar que merece la pena vivir y haber vivido la vida.

10.- Los médicos y enfermeras deben ser un apoyo para el paciente e, incluso, los propios profesionales sanitarios deben aceptar la muerte.

11.- Según la cultura, la educación y el entorno de cada uno, se menciona el sentir el contacto físico con las personas cercanas y, en este apartado, se sugiere la importancia y cercanía de las mascotas.

Es evidente que todo lo dicho hasta ahora trata de la muerte en nuestra cultura en el mundo occidental. Incluso en esta cultura concreta, la muerte ha cambiado a lo largo de la historia, como cuenta David San Filippo, de la Universidad Nacional Louis de Chicago. Sin entrar en detalles de su exposición, su escrito termina con la constatación de que la presencia de la muerte en nuestra sociedad es un recordatorio constante de la propia mortalidad personal de cada uno (como nos recuerda Rosa Montero en la cita inicial de este texto). Todo lo eventualmente vivo, muere. Y la aproximación de la sociedad a la muerte debe ser el reflejo de la actitud colectiva de respeto a las creencias individuales sobre la vida y la muerte. Como dijo Steve Jobs, “Nadie quiere morir… Nadie escapa de ello”.

Es importante conocer nuestras creencias, actitud y prácticas ante la muerte y, también, el cómo vivimos sabiendo que nadie se va vivo de esta vida. Todo ello debe llevar a una vida sin miedo a la muerte, a una vida con propósitos y proyectos. Como escribió en El club de los poetas muertos, Nancy Kleinbaum,“para no descubrir, a la hora de mi muerte, que no había vivido”.

Referencias:

Filippo, D.S. 2017. A historical perspective of death in the Western World. En “Dying and death in Oncology”, p. 99-114. Ed. por L. Berk. Springer, Switzerland.

Flaskerud, J.H. 2017. Individual and dynamic: Western views of a good death. Issues in Mental Health Nursing doi: 10.1080/01612840.2017.1295492

Meier, E.A. et al. 2016. Defining a good death (Successful Dying): Literature review and a call for research and public dialogue. American Journal of Geriatric Psychiatry doi: 10.1016/j.ajgp.2016.01.135

Montero, R. 2017. Arrojar palabras. El País. 15 enero.

Nepomuceno, M.V. & M. Laroche. 2016. Do I fear death? The effects of mortality salience on anti-consumption lifestyles. Journal of Consumer Affairs 50: 124-144.

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

El artículo Una buena muerte se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Muerte entre las ecuaciones (Historias de muerte y matemáticas 1)
2. La creatividad científica y el arte: La muerte de Sócrates
3. Neandertales ¿crónica de una muerte anunciada?, por María Martinón-Torres

El arte y la ciencia son dos formas de conocimiento aparentemente alejadas, en gran medida consecuencia de la especialización profesional y la educación compartimentada. Del estudio de esta impostada separación surgió el estereotipo de las dos culturas, las ciencias y las humanidades, para referirnos a esa brecha de conocimiento. La realidad es que la ciencia y el arte sí están conectadas y que ninguna forma de conocimiento es impermeable a otra. Por poner algunos ejemplos: ¿Cómo podría crearse una obra plástica sin las técnicas propiciadas por la ciencia? ¿Cómo podríamos interpretar la elección de materiales?

Estas y otras cuestiones relacionadas furon tratadas por destacados profesionales -artistas, ilustradores, filósofos y científicos- que han puesto el foco en ese difuso trazo que une la ciencia y el arte. El ciclo Ciencia & Arte se desarrolló, bajo la dirección de Deborah García Bello, a lo largo de cuatro jornadas que se celebraron los jueves días 6 y 27 de abril y 11 y 25 de mayo de 2017 en el auditorio del Museo Guggeheim Bilbao.

Esta actividad de la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU se enmarca en el programa TopARTE que conmemora el XX Aniversario del Museo Guggenheim Bilbao.

Tercera jornada. 1ª Conferencia

Juan Luis Moraza, escultor y Profesor de la Universidad de Vigo: Sobre la dimensión cognitiva del arte en relación a la ciencia

''Sobre la dimensión cognitiva del arte en relación a la ciencia''

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

El artículo Arte & Ciencia: Sobre la dimensión cognitiva del arte en relación a la ciencia se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Arte & Ciencia: La relación entre el desarrollo de la ciencia y la creación artística
2. Arte & Ciencia: La importancia de la ciencia para la conservación del arte
3. Arte & Ciencia: Cómo descubrir secretos que esconden las obras de arte

A lo largo de nuestra vida, pocas experiencias son comparables a contemplar el cielo estrellado en una noche oscura, a sobrecogernos con un eclipse, a despertar con la impresión del sol naciente. Probablemente estas sensaciones han acompañado a los humanos desde nuestros orígenes, desde aquel lejano día en que por primera vez alzamos la vista para contemplar el cielo y comenzar a hacernos grandes preguntas. Durante milenios, la fascinación por la inmensidad del Cosmos y por los acontecimientos celestes que podíamos observar ha caminado a nuestro lado, sea por el terror que algunos fenómenos astronómicos inspiraron, por la creencia irracional de que nuestro destino pudiera estar escrito en las estrellas, o por la propia inquietud científica que surgió en el munco clásico y cristalizó en el Renacimiento. Todo ello ha quedado plasmado en numerosas obras de arte pertenecientes a diferentes culturas y épocas.

Antes de la llegada de la fotografía y su aplicación al estudio de los cuerpos celestes durante el siglo XIX, los astrónomos con talento artístico tenían una gran ventaja ya que podían representar gráficamente los resultados de sus observaciones del Cosmos. El propio Galileo Galilei ilustró lo que veía a través de su telescopio a partir de 1609, como el relieve de la Luna, los satélites de Júpiter o las fases de Venus. Artistas de su tiempo, entre ellos Pieter Paul Rubens (en su famoso cuadro “Saturno devorando a un hijo”) o Ludovico Cigoli (“Inmaculada”), plasmaron en sus obras los descubrimientos del gran científico italiano.

Saturno devorando a un hijo” (1636-1638; Museo del Prado). Rubens representa el planeta Saturno como una estrella triple, tal y como lo había descrito Galileo Galilei.

Aunque pocas, también hubo mujeres en aquella época que estudiaron y dibujaron los cielos. Finalizando el siglo XVII, la astrónoma y artista alemana Maria Clara Eimmart realizaba cientos de ilustraciones (a menudo basadas en sus propias observaciones) que mostraban las fases de Mercurio, la superficie de la Luna, la diversa morfología de los cometas y el aspecto cambiante de los anillos de Saturno.

Dibujos de Saturno y sus anillos realizados por Maria Clara Eimmart (1693-1698)

En ocasiones, científicos y artistas colaboraban para dejar constancia del saber astronómico. Así, en 1711 el pintor italiano Donato Creti representó los objetos del Sistema Solar conocidos entonces en la serie de ocho cuadros titulada “Observaciones astronómicas”, siguiendo las directrices del astrónomo Eustaquio Manfredi.

En el siglo XIX la ciencia brillaba ya con luz propia. Fenómenos celestes como los cometas, que durante siglos se consideraron mensajeros de enfermedad y de muerte, habían sido despojados por completo de ese aura de terror. Pintores como el escocés William Dyce (“Pegwell Bay, Kent. Recuerdo del 5 de octubre de 1858”), fascinados por la naturaleza y los mecanismos que subyacen a ella, representaron los cometas como meros elementos presentes en el cielo de sus paisajes. Al mismo tiempo los astrónomos dibujaban minuciosamente su aspecto, que en ocasiones resultaba espectacular. Quedaban atrás las antiguas ilustraciones en las que los cometas auguraban lluvias de sangre, ciudades devastadas o la maldición de animales nacidos con dos cabezas.

Desde los albores del siglo XX, nuestra visión del Cosmos se ha expandido a escalas de tiempo y tamaño tan gigantescas que son imposibles de imaginar en el contexto de nuestra existencia efímera y de nuestra posición como habitantes del extrarradio de una galaxia vulgar. Sin embargo, para lograr entender la grandiosidad de Universo hemos desarrollado una nueva manera de hacer ciencia, que es también otra forma de crear arte: los programas informáticos. Con el rigor más estricto de las ecuaciones físicas somos capaces de visualizar, utilizando sugerentes simulaciones computacionales, fenómenos imposibles de observar en la naturaleza: procesos tan rápidos o tan lentos, o que suceden en escalas espaciales tan enormes o tan minúsculas, que no pueden reproducirse en los laboratorios. Podemos recrear nada más y nada menos que la historia del Universo desde su origen hasta la actualidad: 13.800 millones de años que transcurren en tres minutos, en una secuencia de imágenes hermosas y coloristas que bien podrían ser la obra de un artista contemporáneo.

Fotograma de la simulación creada por la colaboración Illustris que recrea la evolución del Universo desde poco después de su nacimiento hasta la actualidad

En 2016 se cumplieron 50 años de la obtención de la primera imagen de la Tierra desde la vecindad lunar. Antes de que se produjera aquel logro tecnológico hubo grandes soñadores que imaginaron nuestro planeta visto desde el espacio. Novelas (como “Hector Servadac”, de Julio Verne, publicada en 1877) y libros de divulgación de la astronomía (“Las Tierras del cielo: Viaje astronómico sobre otros mundos”, de Camille Flammarion, 1884) contenían ricas ilustraciones de cómo podría ser la Tierra contemplada desde el espacio.

El paisaje de la Luna con nuestro planeta en la distancia, en aquel retrato icónico de hace medio siglo, inspiró un cambio profundo en la percepción del ser humano acerca del lugar que ocupamos en el Universo: nos hizo comprender que la Tierra no es el único hábitat posible, que aunque singular y extraordinario para nosotros, es un planeta más en la vastedad del Cosmos. Desde entonces, aquellas imágenes han seducido a generaciones, como demuestra la obra “Un cierto eclipse lunar: Proyecto para la humanidad Nº 2 A” (1991) del artista chino Cai Guo Qiang, creador del espectáculo de fuegos artificiales en las ceremonias de apertura y clausura de las Olimpiadas de Pekin en 2008.

Primera imagen de la Tierra desde la vencidad lunar, tomada el 23 de agosto de 1966 (NASA / LOIRP)

La Tierra en cuarto creciente vista desde la Luna. Ilustración de Paul Foché para el libro “Las Tierras del cielo: Viaje astronómico sobre otros mundos” (Camille Flammarion, 1884).

Desde hace varias décadas, diferentes misiones espaciales exploran los astros de nuestro vecindario cósmico, el Sistema Solar. En Marte han descubierto profundos cañones, volcanes imponentes y cráteres que un día fueron lagos: el planeta rojo es un mundo de terrenos y texturas sorprendentes. También hemos podido observar grietas y acantilados en el corazón del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, cuyo perfil se recorta contra un fondo negro y vacío. Aún más lejos de nosotros, otras misiones nos han mostrado geysers en Encédalo que se proyectan desde su océano interior, y cicatrices en Caronte que revelan un violento pasado. Actualmente, la sonda Cassini de la NASA está enviando, a sólo dos meses del grand finale de esta misión, decenas de fotografías de Saturno y sus anillos con un valioso contenido científico… y cuya belleza es sobrecogedora.

Todas estas imágenes nos hablan de texturas y sombras, de geometrías y contrastes, de hielo y de silencio. Las propias agencias espaciales NASA y ESA colaboran con artistas y fotógrafos para seducir a la humanidad con el sugerente esplendor de estos mundos, mostrando en diversos proyectos tanto las imágenes seleccionadas por su valor estético como la obra de artistas que se han inspirado en ellas. Es el caso de la rusa Ekaterina Smirnova, que ha creado una serie de acuarelas de considerables dimensiones a partir de las imágenes del cometa 67P enviadas por la exitosa misión Rosetta-Philae de la ESA.

Acuarela de la serie “67P” (2015). Ekaterina Smirnova

La belleza hipnótica de las imágenes del planeta Júpiter, obtenidas recientemente por la misión Juno de la NASA, nos ha vuelto a situar en esa frontera difusa entre el arte y la ciencia. Dejándonos llevar sólo por la estética, nos parecería más natural exponerlas en un museo de arte que en uno de ciencia. De hecho, la NASA ha habilitado una página web en la que cualquier persona puede aportar sus propias interpretaciones de los datos de Juno.

Imagen de una zona de la superficie de Júpiter tomada por la misión Juno y procesada por Bjorn Jonsson.

En el procesamiento de las imágenes más hermosas han contribuido ciudadanos de diferentes países, en muchos casos astrónomos aficionados, que a partir de unos datos originales de atractivo visual discutible (aunque con un gran valor científico), han producido resultados de una delicadeza exquisita. Ante estas imágenes cobra especial actualidad la pregunta que se hacía Richard Feynmann, “¿Qué clase de hombres son esos poetas que pueden hablar de Júpiter como si fuera humano, pero deben guardar silencio si se trata de una inmensa esfera de amoniaco y metano en rotación?“

Este artículo ha sido realizado por Montserrat Villar (astrofísica) y Carlos Briones (bioquímico, @brionesci) son investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en el Centro de Astrobiología (CAB), centro mixto del CSIC y del Instituto Nacional de Tecnología Aeroespacial (INTA), asociado al NASA Astrobiology Institute (NAI) y es una colaboración de Naukas con la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU.

El artículo La astronomía transformada en arte se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Ciencia, arte, religión
2. El Elogio del Horizonte de Chillida, un encuentro entre ciencia y arte
3. Goethe, pensar la ciencia con el espíritu del arte

Reducir el consumo de azúcar no es sencillo. Nos hemos acostumbrado al sabor dulce. En artículos anteriores hemos concluido que consumir miel, siropes o azúcar moreno no es la solución, ya que son como consumir azúcar. Por eso una de las opciones que se nos plantean es sustituir estos azúcares por otros edulcorantes. Los datos de consumo apuntan en esta dirección: «Actualmente el volumen de consumo de azúcar en España es casi 40 veces mayor que el del edulcorante. En cambio, desde 2015 el volumen consumido de azúcar ha disminuido un 13%, mientras que el del edulcorante ha aumentado un 11,7%» [1].

De entre todos los edulcorantes que encontramos en el mercado (aspartamo, sacarina, maltitol, xilitol, acesulfamo, etc.) de los que hablaremos en una próxima entrega de la serie «Azúcar y otros edulcorantes», el que tiene una mejor imagen es la estevia.

• Qué es la estevia

La sacarina, el aspartamo, y demás edulcorantes suelen denominarse coloquialmente «edulcorantes artificiales», mientras que la estevia suele llamarse «edulcorante natural». Esta distinción no es trivial, sino que atiende a una estrategia publicitaria: aquello que se relaciona con la naturaleza nos resulta más atractivo y saludable.

Los productos denominados estevia que encontramos en el mercado, tienen un aspecto similar al azúcar blanco, aunque en el envase encontremos la imagen de una planta.

Realmente, la estevia no se comercializa en España. Está prohibido vender la planta como alimento, ni siquiera sus hojas secas. La principal razón es que no es un producto de consumo tradicional y, la segunda razón, es que la planta contiene compuestos con actividad farmacológica, entre ellos hipotensores. Lo que se vende como estevia (a veces bajo otros nombres comerciales) se trata de una mezcla de diferentes edulcorantes, entre los cuales se encuentra el E-960 [2].

El aditivo E-960 se corresponde con el compuesto rebaudósido A. Este compuesto es un glucósido de esteviol, formado por tres moléculas de glucosa unidas a una molécula de esteviol. Al igual que los demás edulcorantes, tiene su propio número E. Esto significa que se trata de una sustancia que puede emplearse como aditivo alimentario, que ha pasado los controles sanitarios y que es segura para consumo.

• Cómo se obtiene la estevia

Para la obtención del E-960 se utiliza la planta de stevia rebaudiana, originaria de sudamérica. De ahí el nombre comercial de los productos que contienen este aditivo y de ahí la estrategia de denominarlo «edulcorante natural».

Ilustración cortesía de Tamara Feijoo

El proceso de fabricación del E-960 comienza con una extracción de las hojas de la planta en el que se eliminan los compuestos que no interesan mediante floculación. Posteriormente se pasa la solución que queda por resinas de absorción, para concentrar los glucósidos. Después se recuperan los glucósidos mediante una solución alcohólica. A continuación, se realiza una purificación con una solución hidroalcohólica y se recristaliza [3]. De esta manera se obtiene el E-960 puro.

Los alimentos procesados que dicen contener estevia, como mermeladas, cremas de cacao o refrescos, suelen contener otros edulcorantes además del E-960. Podemos consultar todo lo que llevan revisando la lista de ingredientes.

• ¿Qué llevan los productos llamados estevia?

Los edulcorantes comercializados bajo el nombre de estevia o similares (como stevia, steviva, svetia o truvia) contienen un escaso porcentaje de E-960, la mayoría es otro edulcorante, generalmente eritritol.

Si nos fijamos en la imagen superior, entre la lista de ingredientes encontramos el glucósido de esteviol (el E-960) por debajo del 1%, de modo que el 99% restante del producto es el otro ingrediente: eritritol. En una porción de 1,5 g de estevia, hay 1,5 g de eritritol.

El eritritol es el aditivo alimentario E-968. Forma pequeños cristales que se disuelven con facilidad, lo que recuerda al azúcar común. Pertenece a de la familia de los polialcoholes, como el xilitol, el sorbitol o el maltitol.

• Ventajas e inconvenientes de la estevia comercial

El principal inconveniente a corto plazo del uso de polialcoholes como edulcorantes, es que producen efectos laxantes (unos en mayor medida que otros), y por eso figura esa advertencia en los envases de esta clase de productos. A la larga, si el consumo de estos edulcorantes es excesivo, provocarían diarrea, infamación, flatulencias, deshidratación y problemas de malabsorción asociados. De entre todos los edulcorantes, el eritritol es el polialcohol al que tenemos mayor tolerancia. Prácticamente no se metaboliza. El 90% se excreta por la orina sin causar problemas y, el 10% restante fermenta en el intestino y en el colon, pudiendo causar molestias digestivas [4].

Si el azúcar común tiene un poder edulcorante de 1, el E-968 lo tiene de 0,7, y el E-960 lo tiene de 3, con lo que la combinación de ambos edulcorantes da como resultado una sustancia que se utiliza casi en la misma proporción que utilizaríamos azúcar común. La principal ventaja es que la capacidad edulcorante de estos productos es similar a la del azúcar, pero con un aporte calórico prácticamente nulo.

La otra ventaja es que estos productos no fermentan en la boca, con lo que no están relacionados con la aparición de caries, como sí ocurre con los azúcares.

Otra ventaja es que el índice glucémico (IG) tanto del E-968 como del E-960 es nulo, es decir, que no afectan a los niveles de glucosa en sangre. Esto hace que puedan ser consumidos por diabéticos.

Una de las grandes desventajas de este tipo de edulcorantes es que un consumo continuado afecta a la percepción del sabor, aumentando el apetito y la tolerancia al sabor dulce. Las personas que toman habitualmente este tipo de productos aumentan de media un 30% el consumo de calorías frente a aquellas que no toman edulcorantes [5]. Esto se debe al efecto halo de los alimentos light [6], ya que saber que aportan menos calorías y que parecen más saludables, afecta a la conducta y el resultado es que comemos más de lo necesario. Cada vez tenemos más edulcorantes, más alimentos bajos en calorías, pero los índices de obesidad no paran de aumentar.

• El mito de la estevia

Uno de los mayores mitos que nos encontramos haciendo una búsqueda por internet sobre las bondades de estos edulcorantes, es que la estevia cura la diabetes [7]. Ni cura la diabetes ni ninguna otra enfermedad. La única relación entre estos edulcorantes y la diabetes es que son aptos para diabéticos.

Otras bondades atribuidas a la estevia no se corresponden con ninguna propiedad achacable al E-960. Ni es antioxidante, ni bactericida, ni hipotensor, ni antiácido, ni un largo etcétera de propiedades sobre las que no hay ninguna evidencia.

• Conclusiones

El producto que se comercializa como estevia no se trata de un edulcorante más natural que cualquier otro edulcorante. Aunque el adjetivo «natural» no significa nada concreto, lo asociamos con sustancias que se encuentran libres en la naturaleza y con sustancias con propiedades beneficiosas para la salud. La estevia no cumple ninguna de estas características. Eso no la hace ni mejor ni peor. La estrategia publicitaria de lo «natural», en oposición a lo «artificial», como si una cosa fuese buena y la otra no, es una estrategia que nace de la incultura y la promueve.

La estevia que se comercializa en España y gran parte de la Unión Europea se basa en una mezcla de diferentes edulcorantes, donde el E-960 (rebaudósido A que se extrae de la planta) es el que está en menor proporción. La mayor parte de estos productos son eritritol, edulcorante E-968.

En conjunto, sí podemos asumir que este edulcorante es mejor para la salud que el azúcar, ya que no afecta a la diabetes, a las caries, y afecta en menor medida a la obesidad y sus enfermedades asociadas. Que no sea malo para la salud, tampoco implica que sea beneficioso.

El gran factor contra del uso de este edulcorante es que perpetúa conductas alimentarias insalubres y la tendencia de consumir todo con un extra de dulzor. Los edulcorantes enmascaran el verdadero sabor de los alimentos y esa es la mayor pérdida de todas.

Principales fuentes consultadas:

[1] Estudio sobre el consumo y el gasto en azúcar y edulcorante de la población española, a partir de datos del Panel de Consumo Alimentario del MAPAMA. Revista Consumer, 2017

[2] ¿Es tan buena la Stevia? Dimetilsulfuro.es, 2015.

[3] Bioquímica, farmacología y toxicología de Stevia rebaudiana Bertoni. Alejandro Gutiérrez Cruz, Paulina Bermejo Benito. Memoria Trabajo Fin de Máster. Facultad de Farmacia. Universidad Complutense de Madrid, 2015.

[4] Efecto de los polioles en la nutrición y sus aplicaciones en la industria alimentaria. María Rodríguez Pérez y Mª Teresa Agapito Serrano. Memoria Trabajo Fin de Grado. Grado en Nutrición Humana y Dietética. Universidad de Valladolid, 2014.

[5] Sucralose Promotes Food Intake through NPY and a Neuronal Fasting Response. Qiao-Ping Wang, Yong Qi Lin, Lei Zhang, Yana A. Wilson, Lisa J. Oyston, James Cotterell, Yue Qi, Thang M. Khuong, Noman Bakhshi, Yoann Planchenault, Duncan T. Browman, Man Tat Lau, Tiffany A. Cole, Adam C.N. Wong, Stephen J. Simpson, Adam R. Cole, Josef M. Penninger, Herbert Herzog, G. Gregory Neely. Cell Metabolism. Volume 24, Issue 1, p75–90, 12 July 2016

[6] El “efecto halo” de los alimentos “saludables” (el efecto sacarina). Juan Revenga. El nutricionista de la general, 2013.

[7] Estudio de la Stevia (Stevia rebaudiana Bertoni) como edulcorante natural y su uso en beneficio de la salud. Rebeca Salvador-Reyes; Medali Sotelo-Herrera; Luz Paucar-Menacho. Departamento de Ingeniería Agroindustrial, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional del Santa, Ancash-Perú, 2014.

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

El artículo Tomas poca estevia se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Miel y siropes, ¿son mejores que el azúcar?
2. El azúcar oculto en los alimentos
3. Azúcar moreno, ¿mejor que el azúcar blanco?

La luna joviana Europa

Un equipo de investigadores encabezado por Arianna Gleason, del Laboratorio Nacional Los Álamos (Estados Unidos), ha sido capaz, por primera vez, de observar como se forma, molécula a molécula, un tipo de hielo de agua particualrmente denso llamado hielo VII. Este tipo de hielo solo se encuentra de forma natural fuera de la Tierra en entornos muy concretos, como tras la colisión de dos cuerpos planetarios helados.

Además de ayudar a los científicos a comprender mejor esos mundos remotos, los resultados podrían ayudar a comprender cómo el agua y otras sustancias experimentan transiciones de líquidos a sólidos, algo en absoluto trivial y mucho menos conocido de lo que se cree. Aprender a manipular esas transiciones podría abrir el camino algún día a crear materiales con nuevas propiedades exóticas.

Los estudios científicos de cómo los materiales sufren cambios de fase entre los estados de gas, líquido y sólido se han venido realizando durante siglos. Pero el diablo está en los detalles: los cambios de fase pueden ocurrir muy rápidamente y lo interesante ocurre a escala atómica. Simplemente por facilidad de planteamiento experimental los estudios de transiciones de fase a nivel atómico-molecular se han hecho a partir de sólidos estables y se ha tratado de reconstruir los pasos moleculares que han dado los líquidos predecesores. Lo que el actual trabajo ha hecho ha sido lo que nunca se había hecho: se ha observado directamente cómo se ha formado el hielo VII en tiempo real.

Para conseguir algo así no vale cualquier instrumental como veremos a continuación. Por ejemplo, para trabajar en las escalas de tiempo necesarias se ha empleado el Linac Coherent Light Source, el láser de rayos X más potente del mundo. Un haz de este láser se hizo incidir sobre una pequeña muestra de agua líquida contenida en un recipiente con una de las caras de de diamante. La incidencia del láser hace que las capas externas del diamante se vaporicen instantáneamnete generando una presión dentro del contenedor que supera en más 50.000 veces la presión que ejerce la atmósfera a nivel del mar.

Conforme el agua se compacta, un segundo haz láser de otro instrumento, el X-ray Free Electron Laser, incide en una serie de pulsos de solo un femtosegundo, la mil-billonésima parte de un segundo. Al igual que los flashes de una cámara, este láser de rayos X estroboscópico genera un conjunto de imágenes que ponen de manifiesto la progresión de los cambios moleculares que ocurren en el agua presurizada que cristaliza como hielo VII. El cambio de fase dura solo 6 mil millonésimas de segundo, o nanosegundos. Sorprendentemente, durante este proceso, las moléculas de agua se unieron formando “varillas” y no esferas como cabría esperar.

En las condiciones existentes en la superficie de nuestro planeta el agua cristaliza de una sola manera, denominada hielo Ih (“hielo uno-hache”) o simplemente “hielo hexagonal”, ya sea en glaciares o cubetas de hielo en el congelador. La investigación sobre los tipos de hielo extraterrestre, incluyendo el hielo VII, ayudará a los científicos a modelar entornos tan remotos como los impactos de cometas, las estructuras internas de cuerpos potencialmente sustentadores de vida y llenos de agua como la luna Europa de Júpiter y la dinámica de exoplanetas gigantescos, rocosos y oceánicos llamados super-Tierras.

Referencia:

A. Gleason et al (2017) Compression Freezing Kinetics of Water to Ice VII Phys. Rev. Lett. doi: 10.1103/PhysRevLett.119.025701

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

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

El artículo Cómo fabricar hielo extraterrestre y verlo molécula a molécula se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. En Groenlandia el hielo recupera el agua que pierde por sublimación
2. La fusión nuclear como fuente de neutrones eficiente
3. Hielo cuadrado por doquier

En dos entradas anteriores de la sección Matemoción del Cuaderno de Cultura Científica hemos hablado de las palabras para los números que utilizaban diferentes “pueblos primitivos” del mundo.

I) “Los números deben estar locos”

II) “El gran cuatro, o los números siguen estando locos”

En la primera entrada, se contaba como muchos de estos pueblos solamente disponían de dos vocablos para los números básicos “uno” y “dos”, términos que podían combinar para construir las palabras para algunos números más, de forma que para el tres se utilizaba una expresión del tipo “dos uno” o para el cuatro “dos dos”, como mucho hasta el número diez. A este método de contar se le denominaba “contar por pares” y en el libro Numbers through the ages, de Graham Flegg, se citan unos noventa “pueblos primitivos”, de África, Sudamérica, Norteamérica y la zona de Australia y Nueva Guinea, que utilizaban el método de contar por pares, o alguna sencilla variación.

En la segunda entrada, se mostraban algunos ejemplos de lenguas de “pueblos primitivos” que utilizaban métodos de contar por cuartetos, es decir, con el número cuatro como base. Estos no eran tan frecuentes como los métodos basados en el mencionado número 2 (contar por pares), o en los números 5, 10 o 20, muy frecuentes debido a que disponemos de 5 dedos en la mano, 10 en ambas manos o 20 dedos entre manos y pies.

El número 3 está muy presente en la obra de Joan Miró, como por ejemplo, en el cuadro “13, La escalera ha rozado el firmamento” (1940)

En esta entrada vamos a fijarnos en métodos de contar mucho más raros aún, aquellos que tienen como base el número tres. Como se menciona en el artículo Rarities in Numeral Systems, de Harald Hammarström, se han encontrado muy pocos ejemplos de “pueblos primitivos” que utilizaran un método de contar basado en el número tres, aunque alguno hay, en particular, en la zona de Nueva Guinea.

La lengua Ámbulas, que es una de las pertenecientes a la familia de lenguas Ndu de Papua Nueva Guinea, tiene unos 44.000 hablantes de la zona de Maprik, según Patricia Wilson (referencia [4], de 1989). Tiene tres dialectos, uno de ellos el Wingei, que es del que vamos a hablar aquí.

Los números en Wingei se cuentan, esencialmente, en grupos de tres, aunque en el relacionado dialecto Maprik de la lengua Ámbulas se utiliza la base cinco.

A continuación, mostramos una tabla con las palabras de los números en la lengua Ámbulas.

La palabra para el número “seis” es “taabak”, que es la palabra para designar la mano, luego en la lengua Ámbulas la mano se ve como una entidad de seis elementos. Esto quizás, es una especulación, sea debido a que cuentan en la mano cada uno de los cinco dedos, así como la propia mano, luego seis elementos (más abajo se muestra otra posible explicación). Para los números 7, 8 y 9 se suman los números básicos 1, 2, 3 al número 6. Así, el número “ocho” se dice “taabak kaayek vétik”, algo así como “seis más dos”, el número “nueve” es “taabak kaayek kupuk”, mientras que el número “siete” se dice solo “taabak kaayek”, en lugar de la expresión lógica “taabak kaayek nawurak”, como si se sobreentiende que se suma una unidad, ya que se suma algo.

La palabra para el número “doce” es dos manos o dos veces seis, “taaba vétik”. Y a partir de esta palabra se generan las palabras 10 y 11 al restarle 1 o 2. Así, la palabra para “diez” es “vétik taaba vétik”, es decir, 12 “taaba vétik”, menos (al colocarla por delante, como en los número romanos) 2 “vétik”, y la palabra para “once” es “nawurak taaba vétik”. Y así se puede seguir contando hasta el número 24. Y para el número “veinticuatro”, ya que no se puede decir cuatro veces seis, se utiliza una nueva palabra en Wingei, es “nawura mi”, cuya etimología no está clara.

Mujer Wingei en un mitin político

Otro ejemplo de pueblo que utiliza un sistema en base tres son los Waimiri Atroari, o Kinja (como se autodenominan), en la zona del Amazonas en Brasil, que está casi completamente desaparecido como consecuencia de su oposición al progreso que se estableció en su territorio (la construcción de una carretera o la instalación de algunas empresas, minera e hidroeléctrica), como se menciona en esta página sobre pueblos indígenas de Brasil.

Los Waimiri Atroari tenían un sistema en base tres para contar hasta nueve, que era “tres tres tres”. Las palabras para los números eran:

“uno” (1) = awenin (o awini, awinini);

“dos” (2) = typytyna;

“tres” (3) = takynyna, takynynapa;

“cuatro” (4) = typytypytyna (algo así como el doble de dos, ya que había una repeteción, algo así como en el método de contar por pares), o también, takynynapa awenini (que es el más lógico “tres más uno”);

“cinco” (5) = takynynapa typytyna (3 + 2);

“seis” (6) = takynynapa takynynapa (3 + 3);

“siete” (7) = takynynapa takynynapa awenini (3 + 3 + 1);

“ocho” (8) = takynynapa takynynapa typytyna (3 + 3 + 2);

“nueve” (9) = takynynapa takynynapa takynynapa (3 + 3 + 3).

Los Waimiri Atroari del Amazonas (Brasil)

Para terminar, la lengua Bukiyip, otra lengua de Papua Nueva Guinea (de las montañas Torricelli), también conocida como Arapesh de las montañas, que dispone de dos sistemas para contar, uno en base tres y otro en base cuatro, y cual de ellos se utiliza depende de cuales sean los objetos que se cuente. Así, para contar cocos, boniatos pequeños, fardos de leña, días, huevos, pájaros, lagartos, peces, árboles del pan, arcos o flechas se utiliza el sistema en base tres, mientras que el sistema en base cuatro se utiliza para contar nueces de areca, boniatos grandes, troncos (individuales) de leña, lunas (meses), carne de caza, plátanos o escudos.

La palabra para “mano” en la lengua Bukiyip, anauwip, aparece en ambos sistemas para contar. En el sistema en base tres significa “seis” (6) ya que se cuentan los 5 dedos y la base del pulgar, mientras que significa “veinticuatro” (24) en el sistema en base 4, ya que se considera que se multiplica por cuatro cada uno de los seis elementos mencionados de la mano, como se explica en el libro When languages die, de K. David Harrison.

Figura arapesh de las montañas Torricelli, en Papua Nueva Guinea

Bibliografía

1.- Georges Ifrah, Historia universal de las cifras, Espasa Calpe, 2002.

2.- Graham Flegg, Numbers through the ages, Macmillan, Open University, 1989.

3.- Harald Hammarström, Rarities in Numeral Systems, Rethinking universals: How rarities affect linguistic theory 45, 2010, p. 11-53.

4.- Patricia Wilson, Ambulas-Wingei statement, 1989 [http://www-01.sil.org/pacific/png/pubs/50783/Ambulas_Wingei_Stat.pdf]

5.- Diana Green, Diferenças entre termos numéricos em algumas línguas indígenas do Brasil, Boletim do Museu Paraense Emílio Goeldi, Série Antropologia, 1997, p. 179-207.

6.- K. David Harrison, When languages die: the extinction of the world languages and the erosion of human knowledge, Oxford University Press, 2007

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 La insoportable levedad del TRES, o sobre la existencia de sistemas numéricos en base 3 se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. El problema de los tres caballeros y los tres criados
2. El Ballet Triádico: un homenaje al número tres
3. El Mengenlehreuhr: existencia y unicidad

En el curso de la evolución han ido surgiendo animales de tamaños cada vez mayores (aquí). Ese mayor tamaño ha ido acompañado por una especialización progresiva en el trabajo biológico, de manera que han ido surgiendo nuevos tejidos y ha aumentado el número de tipos celulares (aquí). Por otra parte, como vimos aquí, los animales de diferente tamaño tienen características estructurales diferentes; la proporción que representa cada componente, órgano o tejido es distinta en animales grandes y animales pequeños. En los pequeños el encéfalo o el tegumento, por ejemplo, son relativamente mayores que en los grandes; y estos tienden a tener osamentas proporcionalmente mayores y más tejidos grasos.

No solo los aspectos estructurales varían de acuerdo con el tamaño. También los aspectos funcionales cambian. Y el que quizás sintetiza de forma más clara ese cambio es el metabolismo. Obviamente, un animal de tamaño grande despliega una mayor actividad metabólica total que uno pequeño, por la simple razón de que el animal grande tiene más biomasa, más células y más mitocondrias. En términos puramente energéticos, el grande disipa una mayor cantidad de calor que el pequeño. Sin embargo, si en vez de considerar el metabolismo total de dos individuos de diferente tamaño atendemos a sus respectivas tasas metabólicas, comprobaremos que los animales pequeños tienen tasas metabólicas mayores que los grandes. La tasa metabólica representa la actividad metabólica por unidad de masa corporal; es pues, una medida de la intensidad relativa del conjunto de las reacciones químicas que tienen lugar en un organismo.

Los animales de menor tamaño desarrollan una mayor actividad biológica por unidad de masa que los grandes, y esto vale tanto si consideramos individuos de la misma especie como si la comparación la hacemos entre animales de distintas especies. Dado que el metabolismo se traduce, al final, en disipación de calor hacia el exterior, se suele decir que si un elefante tuviera la tasa metabólica de un ratón, el elefante ardería; el calor que generaría su actividad no podría disiparse a través de la superficie corporal, se acumularía y, a partir de una determinada temperatura, se echaría a arder1.

En 1883 Max Rubner, a partir de resultados experimentales, propuso que el metabolismo de un animal era proporcional a su superficie corporal, y no a su masa; esa idea era compatible con el hecho de que el calor resultante de la actividad metabólica se disipa a través de la superficie corporal. Hace ahora un siglo, August Krogh, el fisiólogo que recibió el premio Nobel por descubrir el mecanismo (apertura y cierre de arteriolas y capilares) mediante el que los músculos reciben cantidades variables de sangre en función de sus demandas metabólicas, propuso que el metabolismo debería ser una función de la masa del individuo de acuerdo con una ecuación potencial del tipo M = a Wb, en la que M es el metabolismo y W es la masa del animal. Si la idea de Rubner hubiese sido correcta, la potencia de esa ecuación debería valer 0,67 (2/3), ya que la masa es proporción lineal del volumen y 2/3 es la relación superficie:volumen. Sin embargo, Max Kleiber, en 1933 observó que, al menos para animales endotermos, el valor de esa potencia era 0,75 (3/4) y no 0,67. Y en 1960, A. M. Hemmingsen generalizó esa relación a los animales ectotermos.

Desde entonces se han buscado todo tipo de explicaciones para el valor 0,75, pero ninguna ha concitado suficiente acuerdo en la comunidad científica. La última propuesta de cierto éxito se debe a Geoffrey B. West, James H. Brown y Brian J. Enquist (1997) y se trata de una explicación basada en la arquitectura de los sistemas circulatorios. Según un elegante análisis teórico en el que incorporan todas las variables relevantes de los sistemas respiratorios y circulatorios llegan a la conclusión de que la potencia 0,75 (3/4) es una característica de todos los organismos y se deriva de un modelo general que describe el modo en que los materiales esenciales son transportados a través de redes fractales de tubos que al ramificarse van ocupando el espacio interno disponible para tales estructuras. Es un modelo que asume que la energía disipada en esos procesos de transporte se minimiza y que los tubos terminales (capilares en el sistema circulatorio) no varían con el tamaño del animal. El modelo no solo proporciona un valor teórico para la potencia que relaciona el metabolismo con el tamaño; también lo hace para otros parámetros característicos de la fisiología respiratoria y circulatoria que se hallan muy próximos a las determinaciones experimentales.

Sin embargo, aunque cosechó un éxito considerable, tampoco da cuenta precisa de la variabilidad observada. La razón es que conforme se han ido obteniendo datos para más especies y se han ido refinando los análisis, se ha comprobado que la función que relaciona metabolismo y tamaño tiene una mayor curvatura que la que corresponde a una relación potencial o, en otras palabras, que el valor de b de la ecuación M = a Wb se eleva conforme aumenta el tamaño de los animales. Cuando se trata de animales de pequeño tamaño, ese valor se aproxima a 2/3, y en animales de gran tamaño, a 3/4. Y aunque se han propuesto modificaciones al modelo que dan cuenta del fenómeno descrito, en realidad seguimos sin conocer la naturaleza íntima de la relación existente entre metabolismo y tamaño, o sea, la base funcional de tal relación.

En todo caso, y para concluir, si consideramos la enorme variabilidad de tamaños en el mundo animal, no es mala aproximación seguir trabajando con una potencia cuyo valor sea 0,75 (3/4), si bien cuando se dispone de buenos datos para alguna especie, lo lógico es utilizar la ecuación propia de esa especie siempre que sea preciso. Por otra parte, si de lo que se trata es de constatar, sin ulteriores intenciones, que la intensidad metabólica de los animales disminuye conforme aumenta su masa, la ecuación M = a W3/4 es perfectamente adecuada.

Fuentes:

Tom Kolokotrones, Van Savage, Eric J. Deeds & Walter Fontana (2010): Curvature in metabolic scaling. Nature 464, 753-756 (doi: 10.1038/nature08920)

Geoffrey West (2017): Scale, Penguin Press, New York

1Es una imagen muy expresiva, pero en realidad es una exageración, porque el elefante moriría enseguida y la actividad metabólica se detendría antes de que llegase a acumularse tanto calor como para iniciarse la combustión.

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

El artículo A mayor tamaño menor intensidad metabólica se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. A mayor tamaño, mayor complejidad
2. El tamaño relativo de los órganos animales
3. Evolución del tamaño animal

Lo que llevamos visto en esta serie, cosas fáciles de entender, macroscópicas, en las que solo hemos empleado algunas relaciones matemáticas muy elementales, nos sobra y nos basta junto con alguna definición adicional para establecer dos de las leyes fundamentales del universo. Así, como suena. En ambos casos son afirmaciones de imposibilidad, es decir, establecen que hay cosas imposibles. veremos en esta entrega la primera y veremos la segunda en la próxima.

Si consideramos al Bugatti Chiron en movimiento como un sistema termodinámico, en él no se cumple la primera ley de la termodinámica. ¿Por qué?

La primera ley de la termodinámica es una generalización de la conservación de la energía en los procesos térmicos. Se basa en la conclusión de Joule de que el calor y la energía son equivalentes. Pero para llegar a ella hay que sortear algunas trampas en el camino.

A partir de la conclusión de Joule podríamos caer en la tentación de llamar al calor energía “interna” asociada con la temperatura. Podríamos entonces agregar calor a las energías potencial y cinética de un sistema, y llamar a esta suma la energía total, que es lo que conservaría. De hecho, esta solución funciona bien para una gran variedad de fenómenos, incluyendo los experimentos de Joule. Los problemas surgen con la idea de “contenido” de calor de un sistema. Por ejemplo, cuando se calienta un sólido hasta su punto de fusión, una “entrada de calor” adicional provoca la fusión pero sin aumentar la temperatura. Con este sencillo experimento vemos que considerar simplemente la energía térmica medida solo por un aumento de temperatura como parte de la energía total de un sistema no dará una ley general completa.

En lugar de “calor”, podemos usar el concepto de energía interna, esto es, una energía en el sistema que puede tomar formas no directamente relacionadas con la temperatura. Podemos entonces usar la palabra “calor” para referirnos solamente a una transferencia de energía entre un sistema y su entorno. De forma análoga, el término trabajo no lo utilizaremos para describir algo contenido en el sistema, sino que describe una transferencia de energía de un sistema a otro. Calor y trabajo son, pues, dos formas en las que la energía se transfiere, no energías.

Estas definiciones no permiten una declaración simplista como “la entrada de calor a un sistema aumenta su energía interna, y el trabajo hecho en un sistema aumenta su energía mecánica”. La entrada de calor a un sistema puede tener efectos distintos al aumento de la energía interna. En un máquina de vapor, por ejemplo, la entrada de calor aumenta la energía mecánica del pistón. Del mismo modo, el trabajo realizado en un sistema puede tener efectos distintos al aumento de la energía mecánica. Al frotarnos las manos en un día frío, por ejemplo, el trabajo que hacemos aumenta la energía interna de la piel de las manos lo que, en este caso, se traduce en un aumento de la temperatura.

En resumen, una ley general de conservación de la energía debe incluir la transferencia de energía como trabajo y la transferencia energía como calor. Además, debe incluir el cambio en la energía total del sistema, pero no con una parte “mecánica” y una parte “interna”.

En un sistema aislado, esto es, un sistema que no intercambia materia ni energía con su entorno, la energía total debe permanecer constante. Si el sistema intercambia energía con su entorno pero no materia (lo que se llama sistema cerrado), puede hacerlo solo de dos formas: una transferencia de energía bien en forma de trabajo realizado sobre o por el sistema, bien en forma de calor hacia o desde el sistema. En el caso de que exista transferencia de energía, el cambio en la energía del sistema debe ser igual a la energía neta ganada o perdida por el entorno.

Formalmente*, llamemos W al trabajo realizado sobre o por el sistema (como el cilindro en una máquina de vapor). Si el trabajo lo realiza el sistema, diremos que W es negativo; si el trabajo se realiza sobre el sistema, diremos que W es positivo. De forma similar, llamemos ΔQ a la transferencia neta de calor hacia o desde el sistema. Si la transferencia neta de calor es hacia el sistema, ΔQ será positiva; si la transferencia neta sale del sistema, ΔQ será negativa.

Ya lo tenemos todo para enunciar la primera ley de la termodinámica:

La primera ley de la termodinámica establece que el cambio en la energía total de un sistema cerrado, ΔE, viene dado por la suma del trabajo realizado sobre o por el sistema y la transferencia neta de calor hacia o desde el sistema. Simbólicamente, ΔE = W + ΔQ.

Esta expresión general incluye como casos especiales las versiones preliminares de la ley de conservación de la energía que hemos dado en entregas anteriores de esta serie. Si no hay transferencia de calor en absoluto, entonces ΔQ = 0, y ΔE = W. En este caso, el cambio en la energía de un sistema es igual al trabajo realizado sobre o por él. Por otra parte, si no se realiza trabajo ni sobre ni por el sistema, entonces W = 0 y ΔE = ΔQ. En este caso el cambio en la energía del sistema es igual a la transferencia neta de calor.

Esta ecuación tan sencilla es de una utilidad tremenda. Pero, si bien hemos enunciado la primera ley, aún queda un misterio por resolver, que es la estructura de esa energía interna de la que, de momento, solo sabemos que en algunos casos está relacionada con la temperatura y cómo se relaciona con la enería total del sistema. Lo veremos más adelante en esta serie, cuando tengamos la necesidad de introducir el concepto de átomo. Algo que, hasta ahora no nos ha hecho falta.

Nota:

* Este criterio de signos es importante, ya que varía en función del autor. Nosotros empleamos el criterio más intuitivo, a saber, tomar al sistema como referencia. Por tanto, lo que recibe el sistema es positivo y aumenta su energía total y lo que sale del sistema es negativo y la disminuye. Si usas este texto como apoyo en tus clases comprueba que el criterio de signos es el mismo.

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

El artículo La primera ley de la termodinámica se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Carnot y los comienzos de la termodinámica (2)
2. Carnot y los comienzos de la termodinámica (1)
3. Los experimentos de Joule

Antonio Casado da Rocha

Henry David Thoreau

El escritor norteamericano Henry David Thoreau (Concord, Massachusetts, 1817) es mundialmente conocido por sus méritos literarios (en particular, como detonante del género que luego se ha dado en llamar como nature writing) y por haber inspirado a activistas sociales como Gandhi, Martin Luther King, etc., diferentes prácticas políticas en torno al concepto de “desobediencia civil”. Pero en las numerosas menciones que ha recibido en los medios de comunicación a propósito del bicentenario de su nacimiento, que se celebra este 12 de julio, no abundan las referencias a su trabajo como naturalista ni como crítico de la cultura tecnocientífica. Son estas las que quisiera presentar aquí aunque sólo sea en parte.

Afortunadamente, la revista Nature publicó este 15 de junio una oportuna pieza sobre ese mismo tema. En ella, Randall Fuller describe la evolución del pensamiento de Thoreau con respecto a la ciencia tras la publicación de su obra maestra, Walden, en 1854. Hasta esa fecha, Thoreau se había mantenido más o menos fiel al movimiento trascendentalista, un grupo de intelectuales agrupados en torno a Ralph Waldo Emerson. No es sencillo definirlo, pero por un lado podemos decir (como hace Fuller) que el trascendentalismo surgió como una reacción de descontento con el modo de vida americano en la primera mitad del siglo XIX. Por el otro, cabe añadir que el trascendentalismo fue una forma de adaptar a la cultura americana el idealismo y el romanticismo europeos (como dijo Emerson, es “el idealismo tal como se lo entiende en 1842”).

Ese movimiento trascendentalista tenía una visión peculiar de la naturaleza. En lo que podríamos considerar su manifiesto, el ensayo Nature de Emerson (1836), se la describe como “el símbolo del espíritu”. Para los trascendentalistas el mundo empírico, visible, tenía un aspecto moral y espiritual que era intrínsecamente bueno. De hecho, como para ellos toda naturaleza es humana o aspira a ser humanizada, Emerson y sus seguidores veían el avance de la ciencia moderna y la revolución industrial como algo inevitable y positivo, prueba del progresivo paso del reino de la necesidad al de la libertad, de la asimilación de todo el universo a la racionalidad.

Thoreau habría sido el primer pensador norteamericano en tomar en serio a Darwin, en la imagen.

Emerson, que era teólogo por formación, estaba encantado con la idea. Thoreau, que sabía algo más de ciencia, no tanto. Fuller describe cómo Thoreau se sentía dividido porque sus investigaciones sobre el terreno le alejaban cada vez más de esa visión optimista de la naturaleza. Y lo hace relacionándolo con Darwin, cuyo Origin of Species (1859) leyó en 1860. El artículo de Nature muestra a Thoreau como el primer norteamericano que se tomó en serio a Darwin y puso en práctica sus intuiciones sobre una naturaleza capaz de autodirigirse sin necesidad de acción divina: “un mundo natural ciegamente autónomo, guiado por la lucha y la contingencia, autor de sí mismo”. Darwin reforzó en Thoreau una intuición revolucionaria para su tiempo: que la naturaleza existía al margen de lo humano, y que con eso bastaba para la ciencia (Fuller 2017: 350).

No hay duda de que, efectivamente, Thoreau sintió verdadero entusiasmo por lo esa “teoría del desarrollo” que había encontrado en su lectura de Darwin: una teoría que, a juicio de Thoreau, “implica una fuerza vital mayor en la naturaleza, porque es más flexible y adaptable, y equivale a una especie de nueva creación constante” (18/10/1860). Para Thoreau la ciencia no era una práctica contemplativa y alejada de cuestiones mundanas, sino la mejor herramienta para la lucha por la vida, y admiraba por igual el valor de Darwin, el de Tales en sus observaciones nocturnas y el de Linneo preparándose para una expedición a Laponia (Thoreau 1842: 4-5).

Ahora bien, Nature no tiene mucho espacio para temas de humanidades y el relato que cuenta Fuller carece de matices. Es cierto que Darwin ayudó a poner en marcha el programa de Alexander von Humboldt (brevemente, dar cuenta del mundo de manera generativa y holística, como un cosmos), pero también que lo hizo dentro de una tendencia general hacia la especialización del conocimiento. Y, como explica otra autora (Walls 2010: 97), en ese momento ya se estaba dando en la cultura literaria un similar movimiento de profesionalización. En respuesta a la desintegración de esa “cultura única” en la que ciencias y artes no estaban separadas, la literatura comenzó a independizarse de la ciencia natural. A su vez, esta abandonó sus roles tradicionales de creación estética, conciencia moral y critica social, que fueron progresivamente asumidos por la cultura literaria.

Alexander von Humboldt

Thoreau no fue ajeno a ese fenómeno y, por así decirlo, vio abrirse un abismo a sus pies. Como seguidor de Humboldt, Thoreau quería que la ciencia fuera poética, que la literatura pudiera hablar del mundo natural tanto como del social, y encontraba en la naturaleza intuiciones morales (lo que entonces llamaban la higher law o “ley superior”) desde las que criticar al sistema económico vigente. Pero ni la ciencia ni la poesía iban en esa dirección. De ahí la enorme vacilación o inquietud que atraviesa los 25 años de escritura de su diario. En él, Thoreau se debate con la pregunta de si una descripción científica del mundo puede o no hacer justicia a la pluralidad de la experiencia humana. En un apunte Thoreau duda de que la persona dedicada a la ciencia “descubra un mundo que la mente humana pueda habitar con todas sus facultades” (5 de septiembre de 1851). En otro, elogia al científico porque “la suma de lo que cualquier escritor puede ofrecer es simplemente cierta experiencia humana, ya sea poeta o filósofo u hombre de ciencia. La persona con más ciencia es la persona más viva; su vida es el mayor de los eventos” (6 de mayo de 1854).

El pasaje anterior está escrito poco antes de la publicación de Walden; hasta ese momento, la ciencia era un elemento de la cultura común o colectiva de los EE.UU. y no había una autoridad central que otorgase sus credenciales a quienes luego trabajarían como científicos, a menudo al margen de la universidad. Formado en Harvard, el propio Thoreau colaboró con científicos universitarios como Louis Agassiz, pero la palabra scientist no fue de uso común hasta después de la muerte de Thoreau en 1862. Sin embargo, en esa década de 1850 los “hombres de ciencia” comenzaron a identificarse como un grupo distinto, formado en las universidades.

Durante esos años Thoreau presenció cómo se separaban, entre otras, la cultura de las ciencias y la de las letras. Y lo constata en repetidas ocasiones, afirmando por ejemplo que ya “es imposible que la misma persona vea las cosas desde el punto de vista del poeta y desde el punto de vista del científico” (18 de febrero de 1852). De modo que el diario de Thoreau es de gran interés para estudiar lo que luego se llamó el problema de la separación de “las dos culturas”, por decirlo con la ya muy trivializada distinción de C. P. Snow.

Lago Walden (Concord, Massachusetts, EE.UU.). Fueron los dos años que pasó viviendo en su orilla los que inspiraron a Thoreau su obra “Walden” (1854). Foto: Antonio Casado da Rocha

Mi hipótesis, que aquí no puedo más que esbozar, es que Thoreau se resistió a la separación de esas dos culturas y que esa oposición se refleja en sus escritos sobre la percepción y apreciación del paisaje. En un momento de auge del positivismo y su ideal de completa objetividad, Thoreau desarrolló una visión que no es ni empirista ni idealista. En ella, el paisaje no es algo meramente natural ni cultural, objetivo o subjetivo, sino una relación que se halla entre el sujeto y el objeto, un proceso que le afecta. Un fenómeno que no es independiente del observador, sino que interactúa con él. Este pasaje me parece crucial al respecto:

“Creo que el científico comete un error que también repite la mayoría de la humanidad: prestar toda tu atención únicamente al fenómeno que te interesa, como si fuera algo independiente de ti, y no como si estuviera relacionado contigo. El hecho relevante es su efecto sobre mí. […] El filósofo que pretende reducir el arco iris a su explicación nunca lo ha visto de verdad. Con respecto a esos objetos, observo que lo que me importa no son ellos mismos, ese objeto con el que trafican los científicos, sino que mi punto de interés es algo que está entre los objetos y yo.” (5 de noviembre de 1857)

En esta manera de concebir el paisaje Thoreau no lo construye como un objeto estático, sino como una interacción con el sujeto observador a través de las posibilidades vitales que le ofrece (affordances). Para ilustrarlo podemos acudir a otro pasaje del diario, del 3 de octubre de 1859, en el que advirtió el humo que salía de la chimenea de una granja entre los bosques donde, supuso, alguna familia estaría preparando la cena. “Hay pocas vistas más agradables para el viajero pedestre”, escribió, suponiendo que bajo el humo todo sería felicidad doméstica. Pero también era consciente de que eso solo era una suposición, que de cerca las cosas de la granja no tendrían por qué ser tan idílicas como las imaginaba el viajero. Thoreau se lanza entonces a una larga meditación sobre ese fenómeno de idealizar todo aquello que vemos. Esta es su conjetura:

“¿Por qué nos encantan las perspectivas lejanas? Porque, inmediata e inevitablemente, imaginamos una vida que vivir allí […] Mentalmente, siempre estamos tomando muestras. ¿Por qué siempre nos parecen bellos los valles lejanos, los lagos, las montañas en el horizonte? Porque por un momento nos damos cuenta de que pueden ser la casa del hombre, que la vida humana puede estar en armonía con ellos. […] Creemos que vemos estas hermosas moradas y la alegría nos invade, cuando tal vez solo veamos nuestros propios tejados. Siempre estamos ocupados en alquilar casa y tierras y poblarlas con nuestra imaginación. No hay belleza en el cielo, sino en el ojo que lo ve. La salud, la moral alta, la serenidad: he ahí los grandes paisajistas.”

Es una reflexión inicialmente trascendentalista en su reconocimiento de la belleza como algo subjetivo y como fuente de inspiración moral, pero que al mismo tiempo va más allá y deconstruye en cierto sentido ese sentimiento de idealización, haciéndolo depender de la salud y las circunstancias objetivas del sujeto. Para Thoreau la belleza no está en el cielo, sino en una capacidad que es inmanente a la humanidad. Es una llamada a habitar humanamente la tierra; dicho de otra forma, a sostener las condiciones sociales que hacen posible la vida y su mejora, que Thoreau identifica con la salud y la virtud.

Esa intuición de que la percepción del entorno está relacionada con lo que el entorno nos ofrece en términos de su habitabilidad u otras oportunidades vitales (affordances) ha sido elaborada por la psicología ecológica del siglo XX y puede ser aplicada a la filosofía del paisaje (Menatti y Casado 2016). Esa aplicación permite al menos dos cosas. Por un lado, celebra la pluralidad de la experiencia humana al tiempo que, por el otro, intenta hacer justicia epistémica y dar a la ciencia lo que es de la ciencia: un mundo natural y cultural con límites reales pero que, como escribe Thoreau, “no están fijados ni son más rígidos que la elasticidad de nuestra imaginación” (31 de mayo de 1853). Thoreau explora los límites de la racionalidad, tanto aquella con la que trabajamos los humanos en nuestra toma de decisiones cotidiana, que está acotada por muchos factores que no la hacen perfecta, como la racionalidad colectivamente desplegada sobre el mundo a través de las tecnociencias, que también tiene límites que tenemos que conocer y aprender a aceptar, los propios límites biofísicos del planeta.

Esa racionalidad es en lo que estamos trabajando ahora, en el siglo XXI, buscando algo que ya no puede ser la racionalidad ilusoria o desalmada de los siglos XIX y XX. Ha de ser una racionalidad consciente de sus límites pero tan rica como puede llegar a ser la experiencia humana en toda su pluralidad. Pues no hay una respuesta única a la pregunta sobre la naturaleza, ese conjunto de procesos con los que seguimos traficando, y que no son objetivos ni subjetivos, de ciencia o de letras, o eso al menos parece decirnos aún Thoreau desde la atalaya de sus dos siglos de vida.

En resumen, Thoreau apreció la cultura y la ciencia de su tiempo, de Humboldt a Darwin, y entendió la naturaleza en una clave más empírica o factual que el trascendentalismo de Emerson. Pero no puede decirse que recibiera el darwinismo como un ácido que disuelve toda idea de trascendencia (a la Dennet) sino que mantiene algunos elementos románticos dentro de esa visión intersubjetiva de la percepción humana que hemos esbozado mediante el concepto de affordance, contribuyendo así a una propuesta de racionalidad consciente en la que se aúnan ciencia y experiencia humana.

Referencias:

Casado da Rocha, Antonio. Una casa en Walden y otros ensayos sobre Thoreau y cultura contemporánea. Logroño, Pepitas, 2017.

Fuller, Randall. Thoreau’s debt to Darwin. Nature 546 (15 June 2017): 349-350.

Menatti, Laura, y Antonio Casado da Rocha. Landscape and Health: Connecting Psychology, Aesthetics, and Philosophy through the Concept of Affordance. Frontiers in Psychology 7:571 (2016): 1-17.

Thoreau, Henry David. Natural History of Massachusetts.The Natural History Essays, Edited by Robert Sattelmeyer. Salt Lake City, Peregrine Smith Books, 1980.

Walls, Laura Dassow. Greening Darwin’s Century: Humboldt, Thoreau, and the Politics of Hope. Victorian Review 36:2 (2010): 92-103.

Sobre el autor: Antonio Casado da Rocha es investigador titular en el Departamento de Filosofía de los Valores y Antropología Social de la UPV/EHU

El artículo Naturaleza, ciencia y cultura en el bicentenario de Henry David Thoreau se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. La cultura científica como cultura contemporánea: sobre “Ciencia ficción”, de Cristina Blanco
2. Ciencia, naturaleza y arte: la química y sus metáforas, por Fernando Cossío
3. Ciencia y desarrollo: naturaleza de una relación, por Juan Ignacio Pérez

El profesor Javier Fernández-Macho ha llevado a cabo un estudio con el que propone un método para medir y comparar el riesgo que tienen las regiones costeras europeas de padecer los efectos de un vertido de petróleo en el mar. El modelo estadístico propuesto y probado por el investigador ha fijado un ranking de riesgo relativo o vulnerabilidad de regiones costeras frente a este tipo de polución, que de aplicarlo “podría ayudar a diseñar políticas de protección y reducir la vulnerabilidad de recursos marinos y costeros sensibles”, explica Fernández-Macho.

“El enfoque del índice no es tanto evaluar uno a uno el daño que vaya a causar un vertido, sino poner en relación el riesgo de vertidos relativo de cada región frente al resto de regiones europeas —añade—. Se trata de una ordenación para saber cuáles son las regiones que corren más riesgo, y quizá se tengan que proponer soluciones en los territorios donde corren más riesgo antes que en otros”.

El investigador ha utilizado un modelo computacional que simula el efecto de vertidos de petróleo marinos en toda la costa europea. Para componer este modelo ha considerado cuatro variables relevantes, como son la distancia desde la costa hasta el lugar donde ocurre cada incidente marítimo, la magnitud del vertido liberado como resultado del incidente marítimo, la forma y longitud de la zona costera potencialmente afectada y el efecto de las corrientes oceánicas en el lugar y fecha del incidente.

El modelo se basa en datos de 301 incidentes y accidentes ocurridos en aguas europeas entre 1970 y 2014, obtenidos de la base de datos pública de ITOPF —organización de compañías navieras y diversas instituciones relacionadas con el transporte internacional en aguas oceánicas de todo el mundo—. Con todo ello, se ha evaluado y dibujado en un mapa el riesgo relativo de 429 unidades territoriales y 156 regiones costeras definidas por Eurostat, la Oficina Europea de Estadística.

Los resultados del estudio muestran una alta heterogeneidad entre las regiones costeras europeas, y las áreas con mayor riesgo de vertido marino se encuentran predominantemente en la costa atlántica. En particular, según el estudio, las costas del Reino Unido se ven notablemente afectadas, ya que de las primeras 25 unidades territoriales más expuestas a los vertidos marinos solo hay cinco que no son británicas.

Tal y como señala Fernández-Macho, las conclusiones obtenidas en este estudio han resultado ser de bastante sentido común. Como ejemplo, cita los resultados relacionados con el Reino Unido: “En el Canal de la Mancha existe un gran tráfico marítimo, y debido a la estrechez de algunas zonas es muy lógico que a lo largo del tiempo haya habido más accidentes importantes cercanos a la costa que en otras zonas”. Asimismo, el investigador constata que “mientras no se apliquen políticas de cambio, es muy fácil extrapolar lo conocido históricamente al futuro”, es decir, es muy probable que donde haya habido accidentes graves vuelvan a ocurrir. Por todo ello, el investigador de la UPV/EHU advierte de que “las costas europeas, y sobre todo la costa atlántica, están en gran riesgo, y que es necesario aplicar políticas a nivel europeo, nacional o local para paliar el grave problema que pueden causar los vertidos de petróleo”.

En lo que respecta a las costas vascas, el investigador explica que “no son rutas por las que pasan grandes transportes marítimos y petroleros peligrosos. Nuestra afectación va más bien por el sentido de que las corrientes marinas puedan traer el vertido a nuestras costas. Por lo que nuestros niveles de riesgo son relativamente bajos”.

El estudio ha captado la atención de investigadores internacionales, interesados en ver cómo se podría adaptar el mismo tipo de índice en aguas de otros entornos geográficos.

Referencia:

J. Fernández-Macho.. Risk assessment for marine spills along European coastlines. Marine Pollution Bulletin, vol 113 (2016), pp. 200-210. DOI: 10.1016/j.marpolbul.2016.09.015.

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

El artículo Riesgo de sufrir los efectos de un vertido de petróleo en el mar de las costas europeas se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Los efectos protectores de la lactancia materna frente a la contamincación atmosférica
2. El petróleo, los desastres y la prensa
3. La filosofía como actividad de alto riesgo

Erythema migrans (literalemente, enrojecimiento que se desplaza) en la cara de una niña a la que ha picado una garrapata en la cabeza.

La borreliosis de Lyme puede ser bastante grave. Es la enfermedad más transmitida por garrapatas en el Hemisferio Norte y, al menos en los Estados Unidos, la que más se contagia a través de una picadura. La contraen unas 300.000 personas al año en Norteamérica y 65.000 en Europa. La causa una bacteria de tipo Borrelia.

El síntoma más normal de la infección es un enrojecimiento de la piel denominado erythema migrans que comienza en el lugar de la picadura una semana después de haberse producido, aunque muchos afectados no lo experimentan. Otros síntomas tempranos incluyen fiebre, dolor de cabeza y sensación de cansancio. En caso de no tratarse a tiempo la enfermedad, puede haber síntomas adicionales, como imposibilidad para mover uno o ambos lados de la cara, dolores articulares, fuertes cefaleas con rigidez de cuello, y palpitaciones, entre otros. Y meses o años más tarde pueden producirse nuevos episodios de algunos de estos síntomas. En esta enfermedad es importantísimo el detectarla cuanto antes porque los tratamientos disponibles son mucho más efectivos en fases tempranas. A día de hoy, la única prevención posible consiste en no exponerse a las garrapatas y, en caso de ser picado por una de ellas, retirarla cuanto antes porque, al parecer, el ácaro necesita varias horas para producir una infección efectiva.

La incidencia de la enfermedad de Lyme no ha dejado de aumentar últimamente; el número de personas contagiadas ha crecido, y cada vez es mayor la extensión del área geográfica en que se dan casos de borreliosis. Ese aumento sería una consecuencia más del aumento global de temperatura, pues este factor tiene una incidencia directa en el ciclo de vida de las garrapatas. La supervivencia de los ácaros y su velocidad de desarrollo son más altas a temperaturas elevadas.

Al igual que ocurre con otras enfermedades infecciosas, también la de Lyme tiene su propia ecología. Los ratones de campo de zonas boscosas son los principales responsables de la extensión de la enfermedad. Las garrapatas se adhieren con facilidad a los roedores y mediante su picadura les transmiten las bacterias. Por esa razón, los años en que cuentan con abundante alimento (bellotas, por ejemplo), sus poblaciones crecen mucho, y las garrapatas tienen muchas posibilidades de encontrar un huésped. De esa forma, los años buenos para los ratones también lo son para las garrapatas que, andando el tiempo, verán aumentar notablemente su población. Las consecuencias para los seres humanos son evidentes: cuantas más garrapatas hay, más probable es que se produzcan picaduras y, por lo tanto, contagios. La relación causal está bien establecida y los especialistas son capaces de predecir con dos años de antelación brotes especialmente importantes de borreliosis a partir de la abundancia de bellotas en los bosques.

La borreliosis no sería tan preocupante si hubiese una vacuna efectiva pero a día de hoy tal vacuna no existe, aunque existió. Se llegó a comercializar una hace algunos años, pero la compañía que la desarrolló decidió retirarla del mercado cuatro años después, como consecuencia de las presiones ejercidas por los grupos anti-vacunas que difundieron la especie de que provocaba artritis; era una acusación sin fundamento.

Es bueno conocer con antelación cuándo aumentará la densidad de garrapatas y, con ella, la posibilidad de contagios. Puede alertarse así a la población de las zonas más afectadas, de manera que extremen los cuidados para evitar la infección o detectarla cuanto antes. Pero la solución más efectiva, sin duda, es la vacuna. El que carezcamos hoy de ella es otra triste victoria de quienes se oponen al progreso de la dignidad y bienestar humanos.

—————————-

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

————————

Una versión anterior de este artículo fue publicada en el diario Deia el 23 de abril de 2017.

El artículo La ecología de una enfermedad se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. En busca de los genes de la enfermedad celíaca
2. Celiaquía: el ADN no codificante es clave en el desarrollo de la enfermedad
3. Parkinsonia parkinsoni

El arte y la ciencia son dos formas de conocimiento aparentemente alejadas, en gran medida consecuencia de la especialización profesional y la educación compartimentada. Del estudio de esta impostada separación surgió el estereotipo de las dos culturas, las ciencias y las humanidades, para referirnos a esa brecha de conocimiento. La realidad es que la ciencia y el arte sí están conectadas y que ninguna forma de conocimiento es impermeable a otra. Por poner algunos ejemplos: ¿Cómo podría crearse una obra plástica sin las técnicas propiciadas por la ciencia? ¿Cómo podríamos interpretar la elección de materiales?

Estas y otras cuestiones relacionadas furon tratadas por destacados profesionales -artistas, ilustradores, filósofos y científicos- que han puesto el foco en ese difuso trazo que une la ciencia y el arte. El ciclo Ciencia & Arte se desarrolló, bajo la dirección de Deborah García Bello, a lo largo de cuatro jornadas que se celebraron los jueves días 6 y 27 de abril y 11 y 25 de mayo de 2017 en el auditorio del Museo Guggeheim Bilbao.

Esta actividad de la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU se enmarca en el programa TopARTE que conmemora el XX Aniversario del Museo Guggenheim Bilbao.

Segunda jornada. 3ª conferencia

José Ramón Marcaida, especialista en historia de la ciencia e historia del arte de la Edad Moderna de la Universidad de Cambridge : La relación entre el desarrollo de la ciencia y la creación artística

Las primeras ilustraciones de animales y plantas, el coleccionismo de maravillas naturales, el trabajo de los artistas… A lo largo de su historia, el ser humano ha representado la naturaleza de diferentes maneras que han jugado un papel fundamental en la generación de conocimiento científico. Pero esta influencia también se ha dado en la dirección inversa, puesto que los descubrimientos científicos han servido de inspiración y han influido en el desarrollo de técnicas pictóricas y estilos artísticos, marcando el devenir de la historia del arte.

La relación entre el desarrollo de la ciencia y la creación artística

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

El artículo Arte & Ciencia: La relación entre el desarrollo de la ciencia y la creación artística se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Arte & Ciencia: Química y Arte, reacciones creativas
2. Arte & Ciencia: La importancia de la ciencia para la conservación del arte
3. Arte & Ciencia: Imaginario marino

En un artículo anterior hablábamos de cómo se descubren las variantes genéticas (los polimorfismos de un solo nucleótido ‒SNPs‒, ¿recuerdas?) que podemos relacionar estadísticamente con diversas enfermedades o trastornos mediante estudios de asociación del genoma completo (GWAS, Genome-wide association study). Es importante dejar claro que estas asociaciones nos señalan algunos cambios en el ADN que aumentan la probabilidad de que padezcamos una patología, sin que ello signifique que la vayamos a sufrir necesariamente.

Entonces ya apuntábamos a un problema de estas correlaciones SNP-patología: salvo excepciones, no indican de forma clara la causa concreta de la enfermedad. Sabemos que un nucleótido concreto en una posición específica del genoma aumenta la predisposición a padecer un trastorno determinado, pero poco conocemos sobre los mecanismos celulares y rutas metabólicas que llevan de una variación concreta del ADN a la enfermedad. Y esto es importante si queremos investigar tratamientos efectivos.

Como ya se explicó en el artículo anterior, un polimorfismo de un solo nucleótido (SNP) no es más que una diferencia en un punto de la secuencia de ADN entre distintos individuos. En la imagen, el individuo 1 tiene un par C-G en la posición señalada, mientras que el individuo 2 tiene el par de nucleótidos A-T. El resto de la secuencia mostrada es idéntica

En algunos casos sí que podemos deducir las causas: si hay un cambio en la secuencia de un gen, este cambio puede afectar a la estructura de la proteína resultante y, según las funciones de esta, podemos tratar de inferir los mecanismos que llevan a sufrir el trastorno. Pero esto sólo ocurre en un 5-10% de los SNPs estudiados y asociados a patologías: el resto de variantes genéticas relacionadas con enfermedades a través de GWAS se encuentran en zonas del genoma que no codifican proteínas (en el mal denominado ADN basura).

¿Qué ocurre en el resto de casos? ¿Cómo puede afectar una variante genética, un pequeño cambio en la secuencia de ADN, al funcionamiento de la célula si no se encuentra directamente implicada en la construcción de proteínas? Pues a través de otros mecanismos, principalmente mediante la regulación de la expresión génica.

Expresión génica

Aunque la secuencia de ADN de todas nuestras células es la misma (salvo mutaciones puntuales), resulta evidente que existen muchos tipos distintos de células: las células que forman los músculos son distintas a las del hígado o el páncreas, a las epiteliales o a las neuronas. Esto se debe a que no se «activan» los mismos genes ni con la misma intensidad en las distintas células.

Recordemos que los genes son secuencias de ADN que contienen la información para fabricar una proteína. Para ello, previamente se transcriben a ARN mediante la acción de la enzima ARN polimerasa, se eliminan fragmentos no codificantes de su interior (los denominados intrones) y las secuencias resultantes (denominadas ARNm) se traducen a proteínas. Un cambio en la secuencia de ADN que define un gen puede conllevar que la proteína se fabrique mal y que aparezca una enfermedad grave.

Fuente imagen

Así pues, un gen contiene la información necesaria para fabricar una proteína, pero no sobre cuándo empezar este proceso, cuánta cantidad de proteína es necesaria y en qué tipo de células se debe llevar a cabo. De esta regulación de la expresión génica, se encargan factores externos, diversos actores en el interior de la célula y, en particular, otras secuencias cromosómicas. Un ejemplo sería la propia secuencia que marca el inicio de transcripción donde se une la enzima ARN polimerasa (promotor). Otros fragmentos de ADN van a actuar como potenciadores de la transcripción o represores. A grandes rasgos, estos fragmentos (que no tienen por qué encontrarse cerca del gen que controlan) regulan el plegamiento de la cadena de ADN como lugares de unión de otros complejos enzimáticos, permitiendo un mejor o peor acceso de la ARN polimerasa al inicio de la transcripción. Una variación en estas secuencias no influye en cómo se construye la proteína, sino en qué condiciones se va a fabricar y en qué magnitud.

Podemos medir la expresión de un gen en un tejido concreto estimando qué cantidad de ARNm se ha fabricado, lo que se conoce como transcriptoma. Avances recientes en secuenciación genética han permitido obtener transcriptomas con una eficacia elevada.

Expression quantitative trait loci

Así pues, resumiendo, podemos utilizar técnicas avanzadas de secuenciación masiva para obtener tanto el genoma de un conjunto de individuos como su transcriptoma. De hecho, empezamos a disponer de grandes bases de datos con ambos datos asociados a patologías y rasgos concretos de los donantes de muestras. Analizando estas bases de datos con potentes herramientas computacionales y estadísticas podemos relacionar variaciones concretas del genoma (en particular, SNPs) en regiones no codificantes, con cambios en la expresión génica. A estas regiones del ADN cuyos cambios afectan a la expresión génica de uno o más genes se les denomina eQTLs (expression quantitative trait loci). Vamos a utilizar esta definición con frecuencia a lo largo de este artículo, así que vamos a explicar con más detalle qué significa.

Imagen modificada de Wikipedia Commons.

Un eQTL es una posición concreta del genoma que, en función del nucleótido que se encuentre en ella, va a influir en la predisponibilidad a poseer algún rasgo o padecer enfermedad concreta. Pero no lo va a hacer modificando la estructura de la proteína codificada por un gen, sino alterando la expresión génica. Es decir, las personas que presenten en su genoma un eQTL determinado van a fabricar proteínas de forma correcta, pero en una cantidad distinta de la adecuada para el funcionamiento adecuado de la célula, pudiendo dar lugar a algún trastorno determinado o rasgo específico.

En la figura anterior, un factor de transcripción se une a los promotores de los genes A y B, dando como resultado una cierta cantidad de proteína (A). Si hay una variación en el promotor del gen A (indicada con un triángulo negro en la figura) la cantidad de proteína fabricada disminuye.

Una variante concreta de un eQTL (señalada con un rectángulo azul a la izquierda) lleva consigo un cambio en la expresión de un gen concreto (rectángulo verde a la derecha).

¿Cómo se localizan eQTLs en el genoma? Primero, se obtienen los SNPs de cada uno de los participantes en el experimento como se explicó en el anterior artículo. En la siguiente figura se toman como ejemplo dos polimorfismos de los cromosomas 4 y 14, marcados como SNP1 y SNP2. Recuerda que un SNP varía de individuo a individuo, aunque en este ejemplo sólo consideraremos dos variantes posibles.

A continuación se obtiene una muestra del tejido de interés (recuerda que la expresión génica depende del tipo concreto de células) y se mide la cantidad de ARNm fabricado de distintos genes (con técnicas como RNA-seq). Podemos representar para cada variante de un SNP la cantidad de ARNm expresada de un gen concreto (en la figura, los puntos negros de las gráficas). Se observa que en el primer SNP no hay apenas variación en el nivel de expresión según se posea una variante u otra (fíjate en las formas de las distribuciones de puntos, destacadas en fondo azul), mientras que en el segundo hay una mayor expresión en la variante 2. Por lo tanto, diríamos que el SNP2 tiene asociados cambios destacables de expresión génica según la variante implicada, por lo que sería un eQTL.

Con este tipo de estudios se han podido localizar un gran número de eQTLs en nuestro genoma. Muchas de estas zonas influyen en la expresión génica por encontrarse cerca del lugar donde se inicia la transcripción del gen: se conocen como cis-eQTL. Hay que tener en cuenta que «cerca» puede significar hasta un millón de nucleótidos de distancia entre el SNP y el inicio del gen. Otras variaciones, sin embargo, son capaces de modificar la expresión de un gen situado a mucha distancia del SNP implicado, e incluso en un cromosoma distinto: son los denominados trans-eQTL.

Empezábamos este artículo comentando que conocer que una variante genética esté asociada a una enfermedad no implica que podamos entender cuál es el mecanismo subyacente, lo cual no nos da pistas de cómo tratar el problema. Si descubrimos que esta variante afecta a la expresión de un gen determinado, y conocemos su función celular, sí que podemos investigar nuevos tratamientos.

Pongamos un ejemplo concreto. Recientemente se descubrió un SNP asociado a un menor riesgo de padecer un infarto de miocardio. Se comprobó que la variante menos común de este SNP (la T destacada en azul en la siguiente figura) promueve la expresión de un gen en el hígado que produce sortilina. Estudios posteriores con ratones demostraron que esta proteína disminuye los niveles de colesterol LDL, asociado a riesgo cardíaco.

Otros ejemplos de eQTLs recientemente descubiertos han contribuido a explicar la asociaciones de variantes genéticas con enfermedades como el asma infantil, la enfermedad de Crohn o el lupus.

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

Referencias

• Gene expression. Scitable (Nature Education).
• The role of regulatory variation in complex traits and disease. Albert, F.A. and Kruglyak, L. (2015) Nature Reviews Genetics 16, 197–212. doi:10.1038/nrg3891
• Expression quantitative trait loci: present and future. Nica A.C. and Dermitzakis E.T. (2013). Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci.;368: 20120362
  doi: 10.1098/rstb.2012.0362
• The study of eQTL variations by RNA-seq: from SNPs to phenotypes. Majewski, J. and Pastinen, T. (2011) Trends in Genetics 27 (2) , 72-79. doi: 10.1016/j.tig.2010.10.006.

El artículo Sobre la predisposición genética a padecer enfermedades (II) se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Sobre la predisposición genética a padecer enfermedades
2. Dani y Fiti sobre la ingeniería genética
3. Dudas sobre las vacunas: problemas y soluciones

Una de las grandes tendencias en el mundo científico durante las últimas décadas ha sido el imparable avance de China. Decidido a ser una potencia de alcance mundial el gobierno chino ha ejecutado una deliberada estrategia de desarrollo de la ciencia y la tecnología que comenzó hace muchos años, cuando de repente los laboratorios del mundo en múltiples especialidades se llenaron de estudiantes doctorales y postdoctorales provenientes de aquel país con especial hincapié en determinados campos que se consideraron estratégicos. Estos estudiantes regresaron a China, donde montaron laboratorios y centros de investigación conectados a la comunidad científica internacional; miles, centenares de miles de nuevos puestos de trabajo se crearon en estos campos, y se comenzó a desarrollar una verdadera invasión de publicaciones de equipos chinos que después se transformó en un diluvio de nuevas revistas especializadas creadas específicamente para este mercado. El país ha ejecutado un salto científico enorme desde finales del siglo XX como parte de una clara estrategia política: el gobierno ha decidido que la ciencia es clave para el estátus de potencia mundial de China.

El problema es que inevitablemente el fomento por parte de un estado de cualquier cosa provoca el desarrollo paralelo de un fenómeno de picaresca: los espabilados de turno se aferran a la tradicional corta visión de las burocracias para aprovecharse de los incentivos (económicos, profesionales, sociales) que se usan para desarrollar un campo, en este caso la ciencia. Y surge el fraude, en múltiples formas y variedades. La ciencia trucha en China se ha convertido en un auténtico problema, y no sólo para el gobierno local y su despilfarro de recursos en resultados falsos: el volumen de publicación es tal que se corre un riesgo real de que acabe contaminando el avance científico en todo el mundo. Para dar una idea según algunas estimaciones de científicos chinos del área de biomedicina hasta el 40% de todas las publicaciones locales de su sector podrían contener algún tipo de fraude. Esto supone un problema colosal, dado el enorme número de publicaciones que salen hoy de aquel país.

Las instituciones chinas han tomado cartas en el asunto, castigando ejemplarmente los casos que han salido a la luz con penas que incluyen la devolución del dinero concedido en forma de proyectos de investigación. Los departamentos encargados de supervisar el sistema de investigación están preocupados por la reputación internacional de China tras escándalos como la reciente retracción en masa de 107 artículos que se habían publicado en una revista (Tumor Biology) tras pasar una falsa revisión por pares en la que los presuntos revisores no existían. El Ministerio chino de Ciencia y Tecnología ha anunciado una política de ‘tolerancia cero’ con las falsificaciones y los fraudes. Una política que en algunos casos puede acabar con duras penas de prisión para los investigadores responsables de malas conductas científicas, y hasta potencialmente en la pena de muerte.

Sí: en el caso de que se pueda demostrar que una falsificación de datos científicos haya dañado a personas, por ejemplo en pruebas clínicas de medicamentos, el castigo podría llegar hasta la ejecución de los culpables. Según sentencias emitidas por algunos tribunales chinos no hay diferencia entre la falsificación de datos científicos y la falsificación de moneda, por lo que las penas de cárcel están garantizadas; pero en caso de que se perjudique a terceros se podría llegar en principio a la pena de muerte. Cosa que en China no es ninguna tontería: se trata del país con mayor entusiasmo con esta institución penal abolida en muchas partes del mundo, pero que allí se sigue practicando. Se calcula que el país ejecuta a más de 2.o00 prisioneros al año por diversos delitos que incluyen casos graves de soborno o corrupción, aunque las cifras exactas no son conocidas.

El fraude científico es, en esencia, una forma de crimen especialmente poco inteligente, ya que la naturaleza no hace trampas y las posibilidades de que las falsificaciones e invenciones no se descubran (tarde o temprano) es cero. La ciencia como cuerpo de conocimiento a la larga no sale dañado porque los datos espurios son eliminados por posteriores investigaciones: cualquier falsificación sobre el comportamiento del universo acaba por colisionar con la realidad y es eliminada. Para la ciencia es una pérdida de tiempo y una molestia que detrae recursos de los investigadores serios y retrasa el avance. Para las burocracias que financian la actividad científica, sin embargo, se trata de una estafa, pura y simple: el robo de unos recursos obtenidos con premisas falsas y un insulto a la autoridad que concede esos recursos. Por el bien de la ciencia como actividad y como conocimiento es necesario luchar contra el fraude, que supone un desperdicio y una pérdida de tiempo y dinero, y en ese sentido la postura de las autoridades chinas es encomiable. Aunque es obvio que la pena de muerte supone un castigo un tanto excesivo para el fraude científico, y rechazable en cualquier caso.

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

El artículo Pena de muerte contra el fraude científico se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Fraude científico (III). Profundizando en los dos tipos de fraude
2. Fraude científico (y V). Resumen y conclusiones
3. Fraude científico (I). Una primera aproximación

Un estudio del Sol usando ondas sonoras utilizando sugiere que la capa en la que se produce la actividad magnética significativa se ha vuelto más fina en los últimos años. La persistencia de este cambio podría indicar que el Sol habría entrado en una fase de transición hacia no se sabe muy bien qué, todavía. Los resultados de este estudio fueron presentados ayer martes 4 de julio por Yvonne Elsworth, profesora de la Universidad de Birmingham, en un congreso que se está celebrando en la Universidad de Hull.

El Sol es muy parecido a un instrumento musical, excepto en que sus notas típicas están a una frecuencia muy baja – unas 100.000 veces menor que el do central. El estudio de estas ondas de sonido utilizando una técnica llamada heliosismología, nos permite descubrir lo que está pasando en el interior del Sol .

El Sol actúa como una cavidad natural que atrapa el sonido, sonido que se genera por la turbulencia existente en unos pocos cientos de kilómetros más exteriores de la zona de convección. La Universidad de Birmingham es uno de los centros pioneros a nivel mundial en el campo de la heliosismología y los investigadores han estado utilizando la Red Birmingham de Oscilaciones Solares (BISON, por sus siglas en inglés) para estudiar el Sol a través de las ondas sonoras desde 1985. Este período abarca tres ciclos de 11 años de actividad del Sol. En estos ciclos se producen fluctuaciones en el ritmo al que se crean partículas energéticas por la interacción entre el campo magnético del Sol y sus capas exteriores calientes y altamente cargadas.

Los investigadores del equipo de Elsworth han encontrado que el interior del Sol ha cambiado en los últimos años, y que estos cambios persisten en el ciclo actual. Estas observaciones, combinadas con modelos teóricos, sugieren que la distribución del campo magnético en las capas más externas podría haberse vuelto algo más delgada. Otros datos seismológicos apuntan a que la velocidad de rotación del Sol también habría sufrido algunos cambios en lo que se refiere a la forma en la que el material del sol rota a distintas latitudes.

Según Elsworth:

“[…] esto no es lo que solía ser, y la velocidad de rotación ha disminuido un poco en las latitudes alrededor de unos 60 grados. No estamos muy seguros de cuáles serán las consecuencias de esto pero está claro qué nos encontramos en tiempos inusuales. ”

Estos resultados hacen que la idea de que la dinamo del Sol esté en proceso de cambiar fundamentalmente sea menos especulativa de lo que era hace unos años.

Referencia:

R. Howe, G. R. Davies, W. J. Chaplin, Y. Elsworth, S. Basu, S. J. Hale, W. H. Ball, R. W. Komm (2017) The Sun in transition? Persistence of near-surface structural changes through Cycle 24 Mon Not R Astron Soc stx1318. DOI: 10.1093/mnras/stx1318

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

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

El artículo ¿Y si el Sol estuviese cambiando de forma fundamental? se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Cómo dejar de usar petróleo y seguir consumiendo sus derivados de forma barata
2. El estaño beta es como el grafeno pero en 3D
3. Encontrando exoplanetas tapando las estrellas

En la entrada Haciendo matemáticas en la oscuridad citábamos al británico Nicholas Saunderson (1682-1739) entre los matemáticos ciegos que, a pesar de su defecto visual, fueron capaces de realizar importantes aportaciones en su disciplina.

Nicholas Saunderson (Wikipedia).

Saunderson perdió la vista al enfermar de viruela con tan solo un año de edad. Su ceguera le permitió adquirir unos excepcionales sentidos del oído y del tacto, y una increíble agilidad mental para los cálculos matemáticos.

Tras muchas negativas, gracias al apoyo del matemático William Whiston y a petición de personajes destacados de la Universidad de Cambridge, la Reina Ana I concedió a Saunderson el cargo de profesor Lucasiano en 1911 –fue el cuarto, tras Isaac Barrow, Isaac Newton y el propio William Whiston–.

Ocupando aquella cátedra, Saunderson enseñó matemáticas con un éxito asombroso; escribió los libros Elements of Algebra (1740, basado en el ábaco del que hableremos más adelante) y The Method of Fluxions (publicado en 1756 por su hijo). Sorprendentemente, dio además clases de óptica, sobre la naturaleza de la luz y de los colores, y acerca de otras materias relativas a la visión y a su órgano.

En 1718, fue admitido en la Royal Society, donde compartió amistad con matemáticos de gran relevancia como Isaac Newton, Edmund Halley, Abraham de Moivre o Roger Cotes.

El filósofo y enciclopedista Denis Diderot le citó en varios fragmentos de su ensayo Lettre sur les aveugles, à l’usage de ceux qui voyent (Carta sobre los ciegos para uso de los que ven, 1749). Al igual que el filósofo William Molyneux (ver [1]), Diderot opinaba que un ciego que empieza a ver de repente –por ejemplo tras una operación– no puede comprender inmediatamente lo que observa, y debería costarle un tiempo hacer el vínculo entre su experiencia con las formas y distancias adquiridas mediantes el tacto, y las imágenes percibidas a través de sus ojos.

Saunderson ideó una especie de ábaco con una serie de agujeros en los que podía introducir clavijas para facilitar su utilización a personas ciegas. Para describirlo, vamos a utilizar las palabras de Diderot extraídas de [4, página 26 y siguientes]:

Es mucho más rápido usar símbolos ya inventados que inventarlos uno mismo, como se está forzado, cuando nos cogen desprevenidos. ¡Cuánto mejor hubiera sido para Saunderson haber encontrado una aritmética palpable, ya preparada, cuando tenía cinco años, en vez de tener que imaginársela a los veinticinco! […] Cuentan de él prodigios y no hay ninguno que sus progresos en las bellas letras y su habilidad en las ciencias matemáticas no puedan hacer creíble.

Plancha II (página 69 de [3]).

Una misma máquina le servía para los cálculos algebraicos y para la descripción de las figuras rectilíneas. […] Imaginad un cuadrado como el que veis en la Plancha II, dividido en cuatro partes iguales por líneas perpendiculares a los lados, de suerte que os ofrezca los nueve puntos 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Suponed este cuadrado perforado por nueve agujeros capaces de recibir alfileres de dos clases, todos de la misma longitud y del mismo grosor, pero unos con la cabeza algo más gruesa que otros. Los alfileres de cabeza gruesa sólo se colocan en el centro del cuadrado; los de cabeza fina, sólo en los lados, excepto en un caso, el del cero. El cero se marca por un alfiler de cabeza gruesa, colocado en el centro del cuadrado pequeño, sin ningún otro alfiler a los lados. La cifra 1 estará representada por un alfiler de cabeza fina, colocado en el centro del cuadrado, sin ningún otro alfiler a los lados. La cifra 2, por un alfiler de cabeza gruesa colocado en el centro del cuadrado y un alfiler de cabeza fina colocado a uno de los lados, en el punto 1. La cifra 3, por un alfiler de cabeza gruesa colocado en el centro del cuadrado y un alfiler de cabeza fina colocado a uno de los lados, en el punto 2. La cifra 4, por un alfiler de cabeza gruesa colocada en el centro del cuadrado y un alfiler de cabeza fina colocado a uno de los lados, en el punto 3. La cifra 5, por un alfiler de cabeza gruesa colocado en el centro del cuadrado y un alfiler de cabeza fina colocado a uno de los lados, en el punto 4. La cifra 6, por un alfiler de cabeza gruesa colocado en el centro del cuadrado y un alfiler de cabeza fina colocado a uno de los lados, en el punto 5. La cifra 7, por un alfiler de cabeza gruesa colocado en el centro del cuadrado y un alfiler de cabeza fina colocado a uno de los lados, en el punto 6. La cifra 8, por un alfiler de cabeza gruesa colocado en el centro del cuadrado y un alfiler de cabeza fina colocado a uno de los lados, en el punto 7. La cifra 9, por un alfiler de cabeza gruesa colocado en el centro del cuadrado y un alfiler de cabeza fina colocado a uno de los lados del cuadrado, en el punto 8.

Estas son diez expresiones diferentes para el tacto, cada una de las cuales responde a uno de nuestros diez caracteres aritméticos. Imaginad ahora una tabla tan grande como queráis, dividida en pequeños cuadrados colocados horizontalmente y separados unos de otros a la misma distancia, como podéis verlo en la Plancha III, y tendréis la máquina de Saunderson.

La máquina calculadora de Nicholas Saunderson

Podréis ver fácilmente que no existen números que no puedan escribirse sobre esa tabla y, por consiguiente, ninguna operación aritmética que no pueda ejecutarse.

Diderot continúa dando un ejemplo de utilización de esta máquina para ilustrar su descripción.

No es el único momento en el que Diderot alude a Saunderson en su ensayo; por ejemplo, para exponer su visión materialista desarrolla un pasaje con una serie de argumentos que atribuye a Saunderson mientras con un sacerdote que intenta demostrar la existencia de Dios a través del espectáculo de la naturaleza (que no puede ver) y posteriormente por la perfección de los órganos humanos.

Referencias

[1] Marta Macho Stadler, Haciendo matemáticas en la oscuridad, Cuaderno de cultura científica, 14 de mayo de 2015

[2] Marta Macho Stadler, Nicholas Saunderson, extraordinario calculador, ZTFNews, 19 de abril de 2014

[3] Lettre sur les aveugles, à l’usage de ceux qui voyent, Gallica

[4] Julia Escobar, Carta sobre los ciegos para uso de los que ven, Fundación ONCE y Editorial Pre-Textos, 2002

Sobre la autora: Marta Macho Stadler es profesora de Topología en el Departamento de Matemáticas de la UPV/EHU, y colaboradora asidua en ZTFNews, el blog de la Facultad de Ciencia y Tecnología de esta universidad.

El artículo La máquina calculadora de Nicholas Saunderson se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Habibi y los cuadrados mágicos II
2. Un cuadrado mágico ‘papal’
3. El problema de Malfatti

Como decíamos en la entrega anterior de esta serie, en los sistemas nerviosos diferenciamos el subsistema central y el periférico. Desde un punto de vista funcional, en el sistema periférico se distinguen dos grandes divisiones: la aferente y la eferente. La división aferente es la formada por los nervios que transportan información hacia el sistema nervioso central. En la división eferente la información viaja del sistema central a los órganos efectores, tanto musculares como de otro tipo. Dentro de la división eferente se diferencian, a su vez, dos sistemas, el somático y el visceral o autónomo.

El sistema somático conduce las señales que dan lugar a movimientos corporales y a acciones hacia el exterior del organismo. Está formado por las fibras de las motoneuronas que inervan los músculos esqueléticos; sus cuerpos celulares se encuentran en la médula espinal y un único axón alcanza las fibras musculares que inerva. La acción de estas motoneuronas consiste siempre en la excitación y contracción de los músculos, aunque la actividad muscular puede ser inhibida mediante sinapsis inhibitorias a cargo de neuronas del sistema central. De hecho, la actividad de las motoneuronas puede ser controlada mediante señales presinápticas, tanto excitatorias como inhibitorias. Esas señales pueden proceder de receptores sensoriales periféricos (reflejos espinales) o de diferentes enclaves encefálicos.

El sistema visceral está formado por las fibras que inervan la musculatura lisa, el corazón, las glándulas y otros órganos o tejidos no motores, como la grasa parda. Controla funciones que están sobre todo relacionadas con el mantenimiento de las condiciones del medio interno y también ciertas respuestas de carácter automático a estímulos exteriores. Regula actividades viscerales tales como la circulación, digestión, termorregulación, entre otras. En peces teleosteos, anfibios, aves y mamíferos, el sistema autónomo se subdivide, a su vez en dos divisiones, la simpática y la parasimpática. La mayor parte de los órganos viscerales están inervados tanto por fibras de la división simpática como de la parasimpática. En esos casos suelen ejercer efectos opuestos. Normalmente ambas divisiones mantienen una cierta actividad, pero dependiendo de las circunstancias, se eleva la de uno de los dos a la vez que se reduce la del otro. De esa forma se eleva o se reduce la actividad del órgano en cuestión. Con carácter general se puede decir que la activación de la división simpática prepara al organismo para desarrollar una actividad física muy intensa (eleva la ventilación respiratoria y la actividad cardiaca, activa la circulación periférica, inicia el catabolismo del glucógeno y grasas; dilata las pupilas, ajustando la vista a larga distancia o en oscuridad; en algunas especies promueve la sudoración o el jadeo; y a cambio, reduce las actividades urinaria y digestiva). La división parasimpática domina, por el contrario, en condiciones de tranquilidad, cuando el organismo ha de ocuparse de sus asuntos internos; por esa razón, esta división activa la digestión y la función urinaria.

La inervación a cargo de las dos divisiones proporciona un control más preciso de la funciones reguladas por el sistema autónomo. No obstante, hay unos pocos órganos o glándulas que solo reciben señales de una de las dos divisiones. Arteriolas y venas están inervados por fibras simpáticas (arterias y capilares no están inervados), con la excepción de los vasos que irrigan el pene y el clítoris, que reciben fibras simpáticas y parasimpáticas, lo que permite un control muy preciso de la erección de ambos. La mayoría de las glándulas sudoríparas también están inervadas solo por fibras simpáticas. Y aunque las glándulas salivares reciben fibras simpáticas y parasimpáticas, en este caso sus efectos no son antagonistas; ambas estimulan su actividad.

Algunos textos de fisiología añaden a las dos divisiones anteriores –simpática y parasimpática- una tercera, la división entérica que, aunque mantiene alguna conexión con el sistema central, se halla contenida en el intestino. Consiste en redes neuronales ubicadas en las paredes del intestino. Controla el peristaltismo, la segmentación y otros patrones de contracción de la musculatura lisa de la pared intestinal. Por lo tanto, es la división que se encarga de impulsar el alimento que es procesado dentro del tracto intestinal.

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

El artículo Evolución de los sistemas nerviosos: el sistema periférico de vertebrados se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Evolución de los sistemas nerviosos: el sistema central de vertebrados
2. Evolución de los sistemas nerviosos: anélidos y artrópodos
3. Evolución de los sistemas nerviosos: moluscos

Este mes de julio se cumplen 170 años de un artículo clave en la historia de la ciencia.

Mayer y Joule fueron sólo dos de al menos una docena de personas que, entre 1832 y 1854, propusieron de alguna forma la idea de que la energía se conserva. Algunos expresaron la idea vagamente; otros con toda claridad. Algunos llegaron al convencimiento principalmente a través de la filosofía; otros a partir de consideraciones prácticas en el uso de motores y máquinas o a partir de experimentos de laboratorio; otros más por una combinación de factores. Muchos, entre ellos Mayer y Joule, trabajando independientemente de todos los demás. Una cosa era evidente, la idea de la conservación de la energía estaba, de alguna manera, “en el aire”.

Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz en 1848

Pero si hemos de poner fecha al inicio de la aceptación mayoritaria de la ley de la conservación de la energía hemos de referirnos a la publicación de uno de los artículos más influyentes de la historia, no ya de la física, sino de la ciencia, lo que no implica que sea de los más conocidos. Se publicó en 1847, dos años antes de que Joule publicase los resultados de sus experimentos más precisos. El autor, un joven médico alemán que estaba estudiando el metabolismo del músculo llamado Hermann von Helmholtz, tituló su trabajo Über die Erhaltung der Kraft (Sobre la conservación de la fuerza). Helmholtz (usando ” fuerza “en el sentido moderno de “energía”), afirmaba audazmente en él la idea que otros sólo expresaban vagamente, a saber, “que es imposible crear una fuerza motriz duradera a partir de nada “.Con esto rechazaba la existencia de una “fuerza vital” necesaria para el movimiento del músculo, una idea la de la necesidad de la fuerza vital directamente extraída de la Naturphilosophie imperante en la fisiología alemana de la época.

Helmhotz volvería sobre este tema aún más claramente muchos años después en una de sus conferencias de divulgación:

Llegamos a la conclusión de que la Naturaleza en su conjunto posee una reserva de fuerza [energía] que no puede de ninguna manera ser aumentada ni disminuida y que, por lo tanto, la cantidad de fuerza en la Naturaleza es igual de eterna e inalterable que la cantidad de materia. Expresado en esta forma, he llamado a la ley general “El Principio de la Conservación de la Fuerza”.

Así pues, a medidados del siglo XIX queda establecido un principio básico y universal de la ciencia con enormes consecuencias prácticas. Cualquier máquina o motor que realice trabajo (proporciona energía) sólo puede hacerlo si la extrae de alguna fuente de energía. O, de otra forma, la máquina no puede suministrar más energía de la que obtiene de la fuente. Cuando se agote la fuente, la máquina dejará de funcionar. Las máquinas y los motores sólo pueden transformar la energía; no pueden crearla o destruirla.

Esto, que hoy día debería estar asumido, no lo está tanto como debiera. En cualquier caso, con lo que llevamos visto en esta serie de forma tan sencilla, ya podemos formular dos de las leyes que rigen el funcionamiento del universo (así, como suena) y que veremos en las dos próximas entregas de la serie.

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

El artículo Se establece el principio de conservación de la energía se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Se intuye la conservación de la energía (1)
2. Se intuye la conservación de la energía (2)
3. De las leyes de conservación (I)

Los biometales se usan desde hace mucho tiempo en medicina, principalmente en prótesis, pero también en elementos de unión para soldar huesos o en los stents que se emplean para solventar problemas cardiovasculares, entre otros. Los metales más utilizados tradicionalmente —el acero inoxidable y las aleaciones de titanio—presentan ventajas, como su resistencia a la corrosión en el medio fisiológico, pero también inconvenientes, como la disminución de la densidad ósea en las inmediaciones de la prótesis, que produce una pérdida de resistencia del hueso. Además, en muchas ocasiones se hace necesario realizar una segunda intervención para eliminar el material una vez que ha cumplido su función.

Para solventar dichos problemas, se están desarrollando numerosas investigaciones con otros materiales, como la familia del magnesio y sus aleaciones. “Lo que hace que este material sea especialmente atrayente es su capacidad de disolverse en el medio fisiológico, es decir, se iría disolviendo progresivamente, hasta que, una vez cumplida su misión, fuera expulsado del cuerpo de forma natural, a través de la orina”, explica Nuria Monasterio, autora del estudio realizado en la Escuela de Ingeniería de Bilbao de la UPV/EHU. Así, se evitarían segundas intervenciones en los pacientes. Otro punto fuerte del nuevo material consiste en que evita la pérdida de densidad ósea localizada que producen otros materiales más resistentes. “Además, al tratarse de un material abundante en la corteza terrestre, la materia prima tiene un costo razonable, aunque su procesado requiere ciertas precauciones que encarecen la fabricación de las aleaciones. Por lo cual, sus costos finales se sitúan a medio camino entre los del acero inoxidable y las aleaciones de titanio”.

Sin embargo, dicho metal también presenta retos, ya que “su velocidad de disolución es mayor de la deseada. Se disuelve antes de cumplir su función; por ello, el reto es alargar su vida para que esté, de alguna manera, regulada a la medida de la aplicación”, afirma Monasterio.

Aspecto de la superficie de la capa de fosfato de calcio. Foto: Nuria Monasterio. UPV/EHU.

Existen varias técnicas para tratar de alargar la vida de las aleaciones de magnesio; esta investigación de la UPV/EHU ha optado por el recubrimiento del material con fosfato de calcio, aunque “la función del fosfato de calcio no solo es alargar la vida del propio magnesio. Se trata, además, de que el cuerpo humano lo tolere mejor y que aumente la velocidad de generación de tejidos adyacentes, una doble función que consiste en alargar la vida del material y conseguir una mejor integración. Hay que tener en cuenta que, por un lado, es el componente principal de los huesos y, por otro, está comprobado que favorece el crecimiento de los tejidos circundantes”, comenta.

Como medio para adherir la capa de fosfato de calcio a la superficie del metal, se ha empleado la electrodeposición. “Lo que perseguíamos era obtener un depósito uniforme, que no se desprendiera, y que pudiéramos variar su espesor de manera eficaz. Para ello, se han estudiado distintas variables eléctricas, para conseguir adecuar los espesores a la medida de lo que requieran las aplicaciones concretas”. Y el resultado ha sido más que satisfactorio: “además de validar el método utilizado, se ha logrado regular la calidad y el espesor de la capa de manera precisa” destaca Nuria Monasterio.

La investigadora de la UPV/EHU menciona varios retos de cara al futuro, “hemos conseguido afinar el sistema electrolítico, por lo que ahora pretendemos probar con otros biometales. Por otro lado, trabajamos en la fabricación de aleaciones de magnesio de composiciones que no supongan riesgo alguno, ya que la aleación de magnesio utilizada en esta investigación contiene aluminio, un metal perjudicial para la salud”.

Referencia:

N. Monasterio, J.L. Ledesma, I. Aranguiz, A.M. Garcia-Romero, E. Zuza.. Analysis of electrodeposition processes to obtain calcium phosphate layer on AZ31 alloy. Surf. Coat. Technol. 319 (2017) 12-22. doi: 10.1016/j.surfcoat.2017.03.060

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

El artículo Cómo regular la velocidad de disolución de los biometales de las prótesis se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Entradas relacionadas:

1. Cómo mecanizar una pieza de cobre usando bacterias
2. Cómo sintetizar casi cualquier biomaterial usando ADN
3. Arte & Ciencia: Cómo descubrir secretos que esconden las obras de arte