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CURIOSIDADES CIENTÍFICAS PARA COMPARTIR

Archivo de junio, 2018

El fondo cósmico de microondas, la fotografía más antigua del universo

Galaxia Andrómeda. / Robert Gendler.

Por Pablo Fernández de Salas (CSIC)*

Cuando miramos al cielo nocturno, la mayoría de lo que vemos es un manto negro con algunas estrellas dispersas. Por eso, siempre nos han dicho que el universo está prácticamente vacío.

Sin embargo, en el interior de una galaxia como la nuestra esto no es realmente cierto, ya que en el espacio que media entre las estrellas hay mucho polvo y nubes de gas molecular. Otra cosa distinta es lo que ocurre en el enorme espacio que por lo general separa las galaxias. Sin ir más lejos, Andrómeda, la galaxia más cercana a la Vía Láctea, se encuentra a nada menos que dos millones y medio de años luz. Si alguien nos enviara un mensaje desde allí, ¡tendríamos que esperar un mínimo de dos millones y medio de años para recibirlo! La cantidad de polvo y gas que hay en estas grandes distancias es ridículamente pequeña, y es por ello que decimos que el espacio intergaláctico se encuentra vacío. No obstante, estrictamente hablando, dicho espacio queda muy lejos de no contener nada.

Lo que llena el espacio intergaláctico está presente a lo largo y ancho de todo el universo. Se trata, principalmente, de fotones, las partículas que componen la luz. Comparten el espacio con otras partículas, como por ejemplo los neutrinos, pero los fotones son las más abundantes del universo. Concretamente, hay más de medio millón de fotones en el volumen que ocupa una botella de litro y medio en el ‘vacío’ cósmico. ¿Cómo es posible que, siendo fotones, no los veamos a simple vista?

Arno Penzias y Robert Woodrow Wilson bajo la antena que descubrió el fondo cósmico de microondas, en Holmdel, Nueva Jersey. / NASA.

La explicación la encontramos en su origen. Los fotones que pueblan el universo se conocen, en su conjunto, como el fondo cósmico de microondas, y son, además de los más abundantes del cosmos, también los más viejos. Proceden de una época en la que el universo tenía menos de medio millón de años. Trescientos ochenta mil años, siendo más precisos, frente a los casi catorce mil millones de años que tiene en la actualidad. ¡Apenas un día en la vida de un ser humano!

Estos fotones, creados cuando el universo era tan joven, sufrieron un proceso que se conoce con el nombre de desacoplamiento. Antes de que esto ocurriera, el cosmos era una especie de ‘sopa traslúcida’, conocida como plasma, en la que los fotones no duraban mucho, ya que se aniquilaban y creaban de nuevo sin descanso debido a sus frecuentes interacciones con electrones y núcleos de elementos ligeros. Sin embargo, cuando la temperatura descendió por debajo de los 3.000 grados, los electrones se hicieron suficientemente lentos como para que los núcleos los capturaran para formar átomos. Eso, a su vez, permitió que los fotones dejaran de chocar constantemente con esas partículas y pudieran emprender un viaje en solitario y en todas las direcciones hasta nuestros días.

satélite Planck

Representación artística del satélite Planck. /
ESA-AOES Medialab.

A lo largo de todos estos años que nos separan, estos fotones se han ido enfriando por culpa de la expansión del universo hasta alcanzar hoy una temperatura de 270 grados bajo cero. Paradójicamente, esto hace que calienten el universo, ya que si no estuvieran en todas partes la temperatura del cosmos se encontraría en el cero absoluto, a menos 273 grados.

Además de enfriarlos, la expansión del universo ha expandido la longitud de onda de estos fotones, por lo que ya no nos llegan en forma de luz –nuestros ojos no pueden verlos–, sino en forma de microondas –que no pueden ser ‘vistas’ pero sí detectadas–. La primera detección de este fondo cósmico de microondas fue realizada de forma más o menos fortuita por Arno Penzias y Robert Woodrow Wilson en 1964 con una descomunal antena. Ambos fueron galardonados con el Premio Nobel de Física.

Desde entonces la comunidad investigadora ha observado estos antiquísimos fotones con satélites como COBE, WMAP o Planck, y con experimentos situados en la superficie de la Tierra. Actualmente, la observación más precisa de las anisotropías del fondo cósmico se la debemos al satélite Planck, que tras cuatro años de operación nos ha permitido tomar la fotografía más antigua del universo.

Antisotropías

Anisotropías del fondo cósmico de microondas medidas por el satélite Planck. La fotografía más antigua del universo. / ESA-Planck Collaboration.

La imagen refleja las minúsculas variaciones –del orden de las cienmilésimas de grado– que existen entre estos fotones según la dirección de la que procedan. Estas pequeñas desviaciones, conocidas como anisotropías, constituyen una fuente de información maravillosa sobre nuestro universo, en especial en sus primeros años de vida. Por ejemplo, permiten estudiar las diferencias en la densidad del plasma cósmico cuando el universo tenía trescientos ochenta mil años, o características de los neutrinos y de la materia oscura ligadas con las propiedades estadísticas de dichas anisotropías, tareas que llevamos a cabo en el Instituto de Física Corpuscular (IFIC, centro mixto del CSIC y la Universidad de Valencia) con datos preliminares obtenidos por el satélite Planck.

 

* Pablo Fernández de Salas es investigador en el Instituto de Física Corpuscular (centro mixto del CSIC y la Universidad de Valencia).

Especies en peligro de extinción… en tu intestino

*Por Carmen Peláez y Teresa Requena (CSIC)

La pérdida de biodiversidad no afecta solo a los grandes ecosistemas; también estamos perdiendo diversidad en nuestro propio cuerpo, en las especies que pueblan nuestro intestino. Paradójicamente, los notables avances sanitarios y tecnológicos que han experimentado las sociedades industrializadas pueden estar conduciendo a una pérdida de diversidad microbiana intestinal en las sociedades industrializadas, paralela a los aumentos de resistencia a antibióticos o a la incidencia de enfermedades autoinmunes.

El ecosistema microbiano humano está perdiendo especies bacterianas ancestrales que evolucionaron con nosotros desde el principio de los tiempos. Esta pérdida se perpetúa entre generaciones por una menor transferencia en el parto con la práctica de cesáreas, por una menor transmisión horizontal por contacto entre familias cada vez menos numerosas o por una mayor higienización del agua y procesado de alimentos que disminuyen su carga microbiana. La pérdida de esa microbiota ancestral se podría estar viendo reflejada en alteraciones de la fisiología humana y posiblemente en el aumento del riesgo de padecer enfermedades.

‘Helicobacter pylori’: las consecuencias de su progresiva desaparición

Un problema es que muchas de las especies bacterianas que están desapareciendo no son las más abundantes, por lo que su falta puede pasar inadvertida en cuanto al número, pero puede ser muy relevante por la función que realizan. La bacteria Helicobacter pylori es el modelo utilizado por Martin Blaser, especialista en el papel que juegan las bacterias en el organismo humano, para apoyar su ‘hipótesis de las especies en extinción’. Microbiota intestinal

H. pylori se encuentra en el estómago humano y ha evolucionado con él como animal mamífero monogástrico. Las primeras referencias sobre H. pylori indicaban que aparecía de forma bastante extendida en la especie humana, pero hacia los años setenta del siglo XX ya solo estaba presente en el 50% de individuos adultos en países desarrollados y en menos del 6% de los niños y las niñas. Este aspecto es importante porque H. pylori no se adquiere en etapas adultas de la vida. Por otro lado, el análisis de individuos en poblaciones rurales africanas, asiáticas o sudamericanas indica que casi todos los adultos contienen H. pylori. La especie parece estar extinguiéndose en las sociedades industrializadas.

Las causas de la desaparición de la bacteria en el estómago humano se asocian, según Blaser, a las dificultades para transmitirse entre individuos y para persistir en el organismo humano en el entorno de la vida moderna. La transmisión de H. pylori sucede solo entre humanos, por contacto directo alimentario de madres a hijos o por contaminación fecal de alimentos y agua. Estas vías de transmisión son muy frecuentes en países en desarrollo, donde muchas madres alimentan a sus hijos e hijas después del destete masticando los alimentos que ponen en su boca. En países desarrollados donde no existe esta práctica y además existe saneamiento de aguas potables y canalización de las fecales, la transmisión y, por tanto, la incidencia de esta bacteria es mucho menor.

La inflamación causada por H. pylori en el estómago sería consecuencia de la respuesta del sistema inmune a esta bacteria, por lo que de alguna forma estaría estimulando la maduración inmunológica en edades tempranas. Se trata de una respuesta equilibrada y controlada que, por otra parte, ayuda a contrarrestar la acidez estomacal. El hecho de que estemos eliminando la bacteria puede desencadenar alteraciones en ese equilibrio y aparición de acidez y reflujo gastroesofágico, que en última instancia puede causar adenocarcinoma de esófago. Este tipo de cáncer ha aumentado muy rápidamente en los países desarrollados: se ha multiplicado prácticamente por seis en los últimos 30 años. También el aumento de casos de reflujo gastroesofágico se ha asociado a la ausencia de H. pylori en el estómago.

Helicobacter pylori

Helicobacter pylori en biopsia gástrica/ Giemsa Stain.

Aunque son más conocidas las consecuencias negativas de tener esta bacteria, H. pylori supone un caso de anfibiosis, tipo Dr. Jekyll y Mr. Hyde. Con la edad, la presencia de la bacteria aumenta la posibilidad de desarrollar úlcera y a continuación cáncer gástrico, pero a la vez previene el reflujo y el desarrollo de cáncer de esófago. La disminución de la bacteria se ha asociado también con un aumento de asma infantil, rinitis alérgica infantil y eczema o dermatitis atópica. La hipótesis de Blaser es que la presencia de H. pylori ejercería una modulación inmunológica en el individuo, regulando la inflamación y disminuyendo las respuestas alérgicas autoinmunes.

Menos lombrices intestinales

Otros  habitantes tradicionales del ecosistema intestinal humano en peligro de extinción serían las lombrices, que están desapareciendo al mejorar las condiciones de higiene. Este hecho también se relaciona con el incremento de enfermedades de base inmune. A diferencia de las bacterias que causan respuestas inflamatorias enérgicas, la respuesta frente a estos helmintos o gusanos es más suave y está fuertemente regulada. Habitualmente no causan síntomas y tienen un nivel de patogenicidad muy bajo. De hecho, se están empleando experimentalmente en el tratamiento de enfermedades autoinmunes como la esclerosis múltiple y las enfermedades inflamatorias intestinales.

La fortaleza del ecosistema intestinal se apoya en la diversidad de sus especies microbianas, que dependen de los nutrientes no digeridos de la dieta que alcanzan el colon. El descenso en el consumo de fibra en la dieta humana ha reducido la diversidad de la microbiota intestinal: estas bacterias son desaparecidas anónimas. Esta pérdida requiere una atención apremiante para superar la brecha del consumo reducido de fibra y promover dietas saludables. Es un mandato para nuestra salud y, en especial, para la de las futuras generaciones.

Carmen Peláez y Teresa Requena son investigadoras del CSIC en el Instituto de Investigación en Ciencias de la Alimentación (CIAL) y autoras de La microbiota intestinal, de la colección de divulgación ¿Qué sabemos de?, disponible en la Editorial del CSIC y Los Libros de la Catarata.

Transgénicos, ondas gravitacionales y mercurio: la ciencia llega a la Feria del Libro de Madrid

Por Mar Gulis (CSIC)

Cada primavera el Parque de El Retiro de Madrid se llena de textos y de lectores con ganas de descubrir novedades editoriales. Las casetas de la Feria del Libro ofrecen múltiples formatos y temáticas y, entre ese amplio abanico de lecturas posibles, también aparece la ciencia contada de forma cercana y accesible. Si pasas por la feria la semana que viene, te invitamos a dar una vuelta por el Pabellón de actividades culturales, donde la Editorial CSIC y Los Libros de la Catarata (cuyas casetas en la feria son la 18 y la 138 respectivamente) presentarán los últimos títulos de las colecciones ¿Qué sabemos de? y Divulgación. Ambas colecciones están escritas por investigadoras e investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) para acercar al público general temas de actualidad científica. Los falsos mitos de la alimentación, cómo se fabrica un medicamento o dónde habitan y para qué sirven los hongos son algunos de los temas que se tratan en los últimos números.

Las presentaciones se realizarán los días 6 y 8 de junio y contaremos con la directora de Indagando TV, Graziella Almendral, y el presentador de Fallo de sistema de Radio 3 (RNE3), Santiago Bustamante, quienes se encargarán de presentar a autores, autoras y libros en estas dos mañanas de feria dedicadas a la divulgación científica.

La primera cita es el próximo miércoles 6 de junio a las 12:30 horas. Haremos un viaje por el tiempo y el espacio para conocer los hongos que habitan en lugares recónditos. La investigadora del Real Jardín Botánico Teresa Tellería presenta su libro Donde habitan los dragones: los hongos en ambientes extremos o poco explorados, de la colección Divulgación. A lo largo de sus páginas, cuidadosamente ilustradas, la autora reivindica la importancia de estos organismos eucariotas que parecen ser los más numerosos, a la vez que ostentan el récord de los menos conocidos. “Se han encargado de limpiar y reciclar los residuos que la naturaleza genera, han ejercido de parásitos y patógenos, y protagonizado alianzas fundamentales con muchos grupos de organismos; así, han contribuido a que nuestro planeta sea tal y como lo conocemos”, explica la autora.

De organismos desconocidos pasamos a otros que han sido modificados mediante ingeniería genética. Cultivos transgénicos, de la colección ¿Qué sabemos de?, explica cómo se fabrica una planta transgénica y el papel de la ingeniería genética para mejorar las cosechas y aumentar la producción de alimentos. El investigador José Pío Beltrán expone en el texto los avances que se han producido en el conocimiento científico como consecuencia de la irrupción de las técnicas de genética reversa y aborda cuestiones como el desafío de la seguridad alimentaria. Según Pío Beltrán, “el papel de las técnicas de mejora genética y los cultivos transgénicos parece indispensable para producir comida destinada tanto a seres humanos como a animales en un mundo cada vez más poblado”.

De la misma colección ¿Qué sabemos de? sale el título La gravedad, escrito por el investigador Carlos Barceló Serón. El autor aborda en el texto la teoría general de la relatividad con cuestiones como las ondas gravitacionales, los navegadores GPS o los agujeros negros. Formulada en 1915 por Albert Einstein, en los últimos cien años la relatividad general y su concepto de espaciotiempo han ocasionado una enorme revolución. Barceló propone un recorrido por un siglo lleno de descubrimientos y demostraciones trascendentes en el “territorio gravedad”.

Medicamentos, alimentación y mercurio

Diez años y mil millones de euros. Este es el tiempo y el coste medio para que un medicamento complete el proceso que va desde su descubrimiento inicial hasta estar a la venta en una farmacia. Teniendo en cuenta estos datos, no es difícil imaginar la fabricación de un fármaco como una carrera de obstáculos en la que solo unas pocas moléculas llegan a la meta. El viernes 8 de junio a las 12:30 horas, las investigadoras María del Carmen Fernández y Nuria E. Campillo narran en su libro Cómo se fabrica un medicamento. Del laboratorio a la farmacia este largo y costoso proceso. “Queríamos acercar al público un mundo en general desconocido, pero que tiene un gran impacto en su calidad de vida, ya que las enfermedades conviven con nosotros, y es importante ser conscientes del trabajo, limitaciones y retos que hay detrás de la búsqueda de nuevas sustancias para su tratamiento”, afirman las autoras.

¿La nueva moda de no comer gluten, incluso no siendo celíaco, está justificada? ¿Por qué las dietas detox no son tan milagrosas como cuentan? Y el aceite de palma, ¿qué hay de verdad en la información que nos llega? El científico Miguel Herrero se ha propuesto desmentir con conocimiento científico algunas creencias sobre los efectos de lo que comemos en el libro Los falsos mitos de la alimentación. El último título de la colección ¿Qué sabemos de? habla de las últimas modas alimenticias, de superalimentos y, sobre todo, del uso de datos y estudios científicos para avalar ciertas tendencias y productos que en ocasiones llevan a conclusiones erróneas.

Las fuentes de emisión, usos e impactos del mercurio, también conocido como “plata líquida” o “azogue”, protagonizan el libro coordinado por las investigadoras María Antonia López Antón y María Rosa Martínez Tarazona. El mercurio explica, entre otras cuestiones, el comportamiento y toxicidad de este metal presente hasta hace poco en objetos de uso cotidiano como los termómetros o la mercromina. Este título cierra las presentaciones de este día.

Las presentaciones se realizarán en el Pabellón Bankia de actividades culturales. Puedes consultar aquí la programación detallada. Además, los autores y autoras de las colecciones firmarán sus libros en las casetas de la Editorial CSIC (número 18) y de la editorial Los Libros de la Catarata (número 138).