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CURIOSIDADES CIENTÍFICAS PARA COMPARTIR

Archivo de septiembre, 2017

¿Qué son las misteriosas luces que aparecen a veces con los terremotos?

Por Arantza Ugalde (CSIC)*

El suelo de México no ha parado de temblar en los últimos días con fatales consecuencias. Durante el pasado 8 de septiembre muchas personas presenciaron la aparición de extraños fenómenos luminosos en el cielo nocturno durante el terremoto de magnitud 8.1 que afectó México. Fotografías y vídeos de estas luces, tiñendo las nubes de diferentes colores al paso de las ondas sísmicas, circularon por las redes sociales y medios de comunicación. No era la primera vez que los habitantes de Ciudad de México observaban este raro fenómeno. Con ocasión de los terremotos de Petatlán en 1979 (7.2) y de Michoacán en 1985 (8.0) también se observaron fuertes variaciones en la luminosidad del cielo.

Estos fenómenos componen lo que se denomina luminescencia sísmica. Las apariciones de estas ‘luces de terremoto’ o EQL (Earth Quake Lights en inglés) cerca del suelo durante un seísmo aparecen descritas desde la Antigüedad. Sus características son muy variadas: desde brillos difusos, destellos y resplandores, hasta objetos luminosos esféricos o lineales. Se observan principalmente durante el terremoto, aunque también en los instantes previos y posteriores a él. Su localización también varía, pudiendo producirse desde en la zona del epicentro hasta a cientos de kilómetros de ella, en la tierra o en el mar. El rango de magnitudes en el que se observa este fenómeno es también amplio, aunque normalmente ocurre en los terremotos de magnitud superior a 5. A pesar de esto, las EQL no acompañan a todos los terremotos y ocurren en muy raras ocasiones.

Imágenes de CCTV con EQL. / Municipalidad de Miraflores (Perú)

El irlandés Robert Mallet, considerado el padre de la sismología, publicó a mediados del siglo XIX un catálogo de observaciones sísmicas luminosas que cubrían testimonios desde el año 1606 a.C. hasta el 1842 d.C.  A principios del siglo XX, el sacerdote y naturalista italiano Ignazio Galli compiló un catálogo de seísmos relacionados con diferentes tipos de luminiscencia, ocurridos entre el año 89 a.C. y 1910. Las descripciones de los fenómenos luminosos incluían en muchas ocasiones elementos fantásticos y religiosos asociados a interpretaciones y tradiciones culturales de la época y el lugar.

Debido a la falta de datos comprobables, no ha sido hasta tiempos recientes cuando el fenómeno de la luminiscencia sísmica ha despertado el interés científico. Hace poco más de 50 años,  T. Kuribayashi, un fotógrafo amateur, captaba por primera vez con su cámara las imágenes de unos fenómenos luminosos inusuales que aparecieron en la zona sísmica de los terremotos ocurridos en Matsushiro (Japón) de 1965 a 1967. Desde entonces, ha continuado la recopilación de testimonios gráficos de estos fenómenos coincidentes con terremotos en diversas partes del mundo como Taskent, Uzbekistán (1966); Santa Rosa, California (1969); Haicheng, China (1975); Vrancea, Rumanía (1977); Saguenay, Canadá (1988); Izmit, Turquía (1999); Pisco, Perú (2007); o L’Aquila, Italia (2009).

Imágenes de T. Koribayashi de las EQL. / Arantza Ugalde

Las observaciones son numerosas, pero examinadas individualmente algunas pueden resultar cuestionables. Así, algunos fenómenos luminosos con esas mismas características también han podido ocurrir en la misma zona sin coincidir con ningún terremoto.

La luminiscencia puede explicarse en muchos de los casos como auroras polares, otros fenómenos ionosféricos (dínamo ionosférica electrochorro ecuatorial), nubes noctiluentes (compuestas de cristales de agua helada), relámpagos, etc. En el caso del reciente terremoto de Pijijiapan (México), las luces observadas en el cielo nocturno pudieron deberse a cortocircuitos y pequeñas explosiones en los transformadores de la red eléctrica. Para otros casos, sin embargo, no se ha encontrado una explicación satisfactoria.

Actualmente no existe ninguna teoría que aclare completamente el fenómeno, que continúa siendo un tema controvertido a nivel científico. No obstante, se han publicado posibles explicaciones sobre la relación entre los terremotos y las EQL en revistas científicas cuyas teorías incluyen, entre otras, oscilaciones violentas del aire que provocan descargas eléctricas entre las capas bajas de la atmósfera y el suelo en condiciones geológicas favorables; el efecto piezoeléctrico (generación de electricidad por presión) en las rocas, la liberación de gas radón a la atmósfera, o las reacciones quimioluminiscentes debido a la emisión de gases inflamables de forma espontánea.

Quedan todavía muchas preguntas sin respuesta: ¿por qué la luminiscencia se manifiesta de formas tan diferentes?, ¿tiene relación con el proceso físico que generan los terremotos? Y, si es así, ¿cuál es? Será la ciencia la que deberá arrojar luz sobre este, aún, oscuro fenómeno.

 

* Arantza Ugalde es doctora en Ciencias Físicas e investigadora en el Instituto de Ciencias de la Tierra ‘Jaume Almera’ de Barcelona, del CSIC, y una de las autoras del libro Terremotos. Cuando la Tierra tiembla de la colección Divulgación.

 

¿Para qué sirve el reloj interno de las plantas?

Por Ana María Butrón Gómez (CSIC)*

Las llamadas plantas anuales, aquellas que completan su ciclo de vida en un año o menos, deben ser capaces de florecer, ser polinizadas y granar en el momento adecuado dentro del ciclo anual. Solo así pueden garantizar su supervivencia. Pero ¿cómo saben exactamente cuándo es el momento de florecer? La respuesta tiene que ver con la sensibilidad; las plantas suelen ser sensibles a ciertas claves estacionales, como la duración del día o de la noche, y a la temperatura.

Las plantas de ‘día largo’ son aquellas que florecen cuando el día se alarga por encima de un determinado umbral. Este tipo de plantas, aunque puede haber excepciones, también perciben las bajas temperaturas como una señal para seguir en el estado vegetativo, que es más tolerante al frío que el estado reproductivo (el que va desde floración hasta la formación de la semilla). De modo que seguirán en estado vegetativo hasta que hayan acumulado un determinado número de horas por debajo de cierta temperatura umbral, lo que les asegurará el florecimiento cuando las bajas temperaturas ya hayan pasado. Entre las plantas de ‘día largo’ están el trigo, la cebada, el guisante, la cebolla, la espinaca, la lechuga, la remolacha, etc.

Flores de trigo, cebada, cebolla y guisante. / Lavin y Pixabay

En cambio, las plantas de ‘día corto’, como el arroz, el maíz, el sorgo, la caña de azúcar, o el tabaco, necesitan largos e ininterrumpidos periodos de oscuridad para que se produzca la inducción de la floración. Muchos cultivos de día corto como el maíz y el arroz tienen su origen y/o fueron domesticados en regiones tropicales y subtropicales. En dichas regiones, la época seca suele coincidir con el invierno y la selección ha favorecido a aquellas plantas en las que la floración se induce cuando la duración de la noche supera un umbral (en el curso del verano) y granan antes de la estación seca.

Por último, también hay plantas insensibles a la duración del ciclo día/noche o fotoperiodo, como el pepino y el tomate, entre otras. Estas son llamadas plantas neutrales al fotoperiodo y en ellas la floración es inducida por la edad o por estímulos alternativos.

A medida que el ser humano fue extendiendo los cultivos a áreas distintas de los lugares de origen y domesticación (proceso por el cual una planta deja de ser silvestre y adquiere características propias de las plantas cultivadas), en muchos de ellos, a priori sensibles al fotoperiodo, se pudieron seleccionar variedades insensibles que se adaptaban mejor a las nuevas condiciones ambientales. Es el caso del maíz que, en su camino hacia latitudes más altas, fue fijando variantes genéticas que le conferían insensibilidad al fotoperiodo y le permitían adaptarse al cultivo en las zonas templadas del planeta. Como resultado, hoy este recién llegado es un cultivo habitual en Europa y otras regiones muy alejadas de su origen, América Central.

En gran medida la sensibilidad al fotoperiodo es el resultado de interacciones entre un ‘reloj interno’ de la planta llamado reloj circadiano, y las señales luminosas de su entorno que son captadas por diversos fotorreceptores presentes en las hojas. Así, sólo se encenderá la ‘alarma’ que activa la floración cuando la señal externa coincida con un momento concreto del ritmo interno de la planta.

Fases de floración de la amapola (Papaver rhoeas). / Hunda

Por ejemplo, se sabe que en una pequeña planta que se utiliza como modelo en muchos estudios, Arabidopsis, la acumulación de una proteína que pone en marcha el mecanismo de inducción de la floración está controlada por el reloj interno. Cuando  los días son cortos, este pico de acumulación de la proteína coincide con la noche y la oscuridad hace que la proteína se degrade. Sin embargo, cuando la acumulación se produce antes del anochecer, que es lo que sucede cuando se alarga el día, hay varios fotorreceptores sensibles a la luz blanca, azul y roja lejana que estabilizan la proteína. En estas circunstancias, la proteína activa el proceso de inducción de la floración en el que intervienen muchos otros genes.

En resumen podría decirse que los estímulos externos por sí solos no son capaces de marcar el ritmo biológico de las plantas, sino que para ello es necesario que haya sintonía entre dichos estímulos y el reloj interno que poseen las plantas.

 

 

 

*Ana María Butrón Gómez es vicedirectora de la Misión Biológica de Galicia y científica titular del Grupo de Genética y Mejora de Maíz.

Feromonas: cuestión de (algo más que) sexo

Por Laura López Mascaraque (CSIC)* y Mar Gulis (CSIC)

En 1959, un grupo de químicos alemanes, liderado por Adolf Butenandt, reunieron 313.000 mariposas hembras y les cortaron el extremo del abdomen. Como si de una poción de brujería se tratara, trituraron estas porciones y las disolvieron en diferentes sustancias para observar la respuesta que provocaban los brebajes en los machos de esta especie. De este modo, comprobaron que bastaba con una trillonésima parte de un gramo (10-18 gramos) de mezcla para conseguir algún tipo de reacción por parte del macho. Gracias a este experimento identificaron por primera vez una feromona, a la que denominaron bombicol y que es la responsable de que el macho de la mariposa de la seda (Bombyx mori) mueva sus alas al percibirla.

Mariposa de la seda (Bombyx mori)/ Csiro.

Las feromonas son claves para determinadas relaciones sociales, y sobre todo sexuales, entre varias especies animales, ya sean organismos simples, invertebrados o vertebrados. ¿Qué es y cómo funciona esta potente herramienta capaz de favorecer la comunicación entre individuos en unas concentraciones tan bajas?

Se trata de un tipo de estímulos químicos que transmiten información específica entre individuos de la misma especie, generando normalmente una respuesta tipo. En los casos más evidentes provocan un cambio inmediato en el comportamiento del animal receptor o un cambio en su desarrollo: generan movimientos determinados, actúan sobre la fisiología reproductiva o transmiten un estado de salud determinado o un estatus social dentro de una comunidad.

Las feromonas pueden ser compuestos específicos o mezclas de ellos. En cualquier caso, son compuestos con propiedades físicas y químicas concretas. Una vez liberada se podría decir que la feromona tiene vida propia. La duración de su mensaje dependerá de la persistencia de las moléculas en el ambiente, y el alcance dependerá tanto de esa vida media como de la facilidad de ser transportada por el aire o por una corriente de agua.

En general son sustancias pequeñas, volátiles, que se dispersan con facilidad en el ambiente y que generan efectos en cantidades minúsculas. Según sea su función, así serán sus características: estables y poco volátiles cuando el objetivo es marcar los límites de un territorio, o bien de corta vida y rápida difusión cuando lo que se busca es alarmar ante una situación de peligro…En definitiva, el requisito indispensable es que sean capaces de generar una reacción determinada dentro de la misma especie.

Protozoo, lombriz de tierra y ratón doméstico/ EPA, Holger Casselmann y George Shulkin.

Existen feromonas en organismos simples, como ciertos protozoos (Chlamydomonas) que producen esta sustancia en sus flagelos para conseguir que otros protozoos se agreguen a él. También existen estos compuestos en invertebrados, como la lombriz de tierra (Lumbricus terrestres), que bajo situaciones de estrés segrega una feromona que alerta al resto sobre algún peligro inminente. O en algunos vertebrados, como el macho del ratón doméstico (Mus musculus domesticus), que emite una feromona que genera agresividad en el resto de machos a la vez que atrae a las hembras maduras y acelera la pubertad en las más jóvenes. Pero, ¿qué pasa con los humanos? ¿existen feromonas que influyan en nuestro comportamiento?

Parece mentira, pero aún se desconoce la existencia de feromonas en los seres humanos. Hay diversos estudios que pueden relacionar las feromonas con fenómenos como el reconocimiento recíproco entre una madre y su hijo recién nacido, la denominada sincronía menstrual que ocurre entre las mujeres que viven o trabajan juntas o la reacción que puede provocar sobre los que nos rodean el olor corporal que emitimos en situaciones de estrés. Sin embargo, la creencia es que los olores personales están influidos por la dieta, el ambiente, la salud y la genética. Se piensa que tienen demasiadas sustancias para ser descritos como feromonas y, de hecho, no se ha podido identificar una molécula que se haya definido como feromona humana. Eso no ha disuadido a un grupo de emprendedores para montar empresas que venden pociones de amor que supuestamente contienen feromonas, aunque en realidad, en el mejor de los casos, contienen feromonas, sí, pero de cerdo.

* Laura López Mascaraque es investigadora del Instituto Cajal  del CSIC y autora, junto con José Ramón Alonso de la Universidad de Salamanca, del libro El olfato de la colección ¿Qué sabemos de?, disponible en la Editorial CSIC y Los Libros de la Catarata.

 

¿Qué es la marea roja que afecta a algunas playas?

Por Elena Ibáñez y Miguel Herrero (CSIC)*

En La Jolla (San Diego, California), el mar adquiere un tono rojizo debido a las proliferaciones algales / Alejandro Díaz.

A veces, el mar cambia su tonalidad azul hacia el verde, el marrón, el rojo o el blanco. Este episodio, conocido como marea roja, se debe al crecimiento masi­vo de unas algas microscópicas: el fitoplancton. La proliferación masiva de las algas se produce cuando se dan condiciones ambientales favora­bles de luz, temperatura, salinidad y disponibilidad de nu­trientes. Bajo estas circunstancias, algunas algas pueden crecer y alcanzar concentraciones muy elevadas (del orden de miles o millones de células por litro) en comparación a su concentración natural en el ambiente (decenas o centenas de células por litro). A este suceso se le denomina prolife­ración algal y su color (si lo posee) dependerá del tipo de pigmento predominante del alga, así como de su concentración.

Muchas proliferaciones algales son beneficio­sas, ya que proporcionan alimento a peces y organismos marinos; sin embargo, algunas algas con características nocivas para otros seres vivos generan proliferaciones algales nocivas (PAN) o algal Bloom. Estas especies perjudiciales pueden impactar negativamente en la salud tanto del ser humano como de animales debido a la producción de potentes toxinas naturales y/o provocar graves pérdidas económicas y ecológicas. De entre las 5.000 especies descritas de fito­plancton marino, unas 300 son susceptibles de provocar proliferaciones capaces de cambiar el color del mar, y solo unas 60 pueden pro­ducir toxinas, algunas de ellas con un elevado potencial tóxico.

Los impactos de las PAN son diversos. Las algal Bloom asociadas a un elevado contenido en bio­masa suelen implicar la reducción del oxígeno disponible en el fondo de las aguas. Cuando la proliferación llega a su fin, las algas se hunden y son las bacterias quienes las descomponen y consumen todo el oxí­geno disponible en el agua, por lo que los peces y otros organismos no pueden respirar. Si las concentraciones de biomasa son tan grandes que las podemos ver a simple vista, la luz no podrá penetrar en la columna de agua, alcanzando solo la su­perficie. Esto provoca que otras plantas, fuente de alimento para muchos peces, no puedan crecer y se altere el hábitat natural.

Las algal bloom, también presentes en agua dulce, pueden ser una amenaza para los seres vivos que habitan en las aguas afectadas / Lamiot.

También existen especies que producen PAN con bajas concentraciones de biomasa y que pueden ser nocivas debido a la producción de biotoxinas paralizantes, diarreicas, amnésicas, etc., que provocan un envenenamiento con efectos sobre el sistema nervioso y digestivo de mejillones, almejas, navajas y otros organismos que se alimentan de fitoplancton. Por tanto, las toxinas pueden llegar a afectar al ser humano por ingesta de marisco contaminado.

Aunque los organismos responsables de las PAN existen desde hace siglos, ahora se observa una mayor actividad de los mismos. Esto puede ser debido, en parte, a que disponemos de mejores métodos de detección e identifica­ción de toxinas y más observadores pendientes de estos sucesos. Al mismo tiempo, la mayor parte de la comuni­dad científica cree que la polución y la actividad humana son responsables del aumento de las PAN. Sin embargo, no siempre existe una relación directa. En muchos casos, la introducción inicial de las especies tó­xicas se ha debido a corrientes oceánicas u otros fenómenos naturales como los huracanes. No obstante, no podemos obviar la relación entre un aumento en los nutrientes de las aguas costeras con la proliferación de algas que pueden originar los blooms. Algunos investigadores argumentan que los nutrientes que llegan a las aguas coste­ras, producto de las actividades humanas, son tan distintos a los que habría de forma natural que solo algunos grupos de algas ven favorecido su crecimiento, por su mejor capacidad de adaptación. Entre estos grupos se encuentran algunas de las especies responsables de las PAN, como el dinoflagelado Pfiesteria, cuya proliferación se ve fa­vorecida en aguas contaminadas.

También las crecientes áreas de recreo cos­teras (playas con espigones o puertos deportivos) dan lugar a zonas donde la tasa de renovación del agua es baja, una de las condiciones para que los blooms se desarrollen. Otro factor importante es la dispersión geográfica de especies tóxicas mediante embarcaciones de recreo, residuos de plásticos flo­tantes, etc. Pero tampoco hay que caer en el alarmismo. Aunque parece que las PAN son cada vez más comunes en nuestras playas, la mayoría de estas proliferaciones no son tóxicas y sólo producen un cambio de coloración en el agua. Esto puede resultar desagradable, pero no peligroso.

 

* Elena Ibáñez y Miguel Herrero trabajan en el Instituto de Investigación en Ciencias de la Alimentación (CSIC) y son autores del libro Las algas que comemos (CSIC-Catarata).