Archivo de marzo, 2020

Ciencia en casa: 10 sencillas propuestas para hacer experimentos con agua

Por Mar Gulis (CSIC)

¿Te atreves a construir tu propio acuífero? ¿Quieres coger un hielo sin tocarlo? ¿Te animas a ‘fabricar’ escarcha? Estos son solo algunos de los 10 experimentos que complementan la exposición La esfera del agua (CSIC-Aqualogy) y cuyas fichas, disponibles online de forma gratuita, te lo pondrán muy fácil para convertir tu casa en un entretenido laboratorio.

Todos ellos pueden realizarse con materiales económicos y de uso cotidiano, y se adaptan al público de diferentes edades. Si estos días de confinamiento quieres que tus hijos e hijas a partir de tres años conozcan las peculiares propiedades del agua mientras pasan un buen rato o eres una persona adulta que no ha perdido la curiosidad científica, no lo dudes y ponte manos a la obra.

Huevo en un vaso de agua

Hacerlo es tan sencillo como coger un vaso con agua, un huevo y un puñado de sal. Con estos elementos y la ficha ‘El huevo que flota’ podrás entender de manera muy sencilla y explicar a quienes te rodean conceptos complejos como la densidad, el peso o el volumen. El objetivo del experimento es precisamente que cualquiera pueda comprender estos fenómenos y tratar de dar sentido a sus definiciones abstractas –por ejemplo, la que establece que la densidad es “una magnitud escalar referida a la cantidad de masa en un determinado volumen de una sustancia o un objeto sólido” –.

Veamos otro caso. Coge una moneda y echa, poco a poco, gotas de agua sobre ella con un gotero, una jeringuilla o algo similar. ¿Eres capaz de adivinar cuántas gotas se quedarán sostenidas sobre la moneda? Si lo pruebas, te sorprenderás y seguramente lograrás familiarizarte con otro concepto: el de tensión superficial. ¿Y qué pasaría si añadimos un poco de detergente al agua y volvemos a contar cuántas gotas caben? Solo tienes que probar para descubrirlo.

Gotas de lluvia horneadas

Gotas de lluvia horneadas en el experimento de la ficha nº 5.

También encontrarás propuestas para recordar estos días de cuarentena, como la que te invita a guardar gotas de lluvia de un día concreto. Basta con sacar por la ventana un recipiente con harina mientras llueve y dejar que varias gotas caigan sobre él. Si las horneas un poco como si de un bizcocho se tratase, podrás guardarlas como testimonio de estos días tan especiales. ¿Te apetece luego pintarlas o realizar con ellas un cuadro?

Poner a prueba tu habilidad es otro de los desafíos que te esperan. ¿Crees que puedes coger un hielo sin tocarlo? Pues con agua, hielo, un vaso, sal y un hilo o una cuerda, lo lograrás. Esta experiencia te permitirá conocer en qué consiste el denominado descenso crioscópico, es decir, el descenso de la temperatura por debajo de los cero grados centígrados, y cómo cambia la temperatura del agua o el hielo cuando añadimos un poco de sal.

Las fichas te ayudarán a llevar a cabo todos los experimentos con éxito. Cada una recoge los materiales necesarios, el procedimiento que debes seguir dividido en sencillos y concisos pasos y una explicación adaptada a distintas edades (Educación Infantil y Primaria, por un lado; y Educación Secundaria y público adulto, por otro). También incluye un apartado final de curiosidades e imágenes que te servirán para entender mejor todo el proceso.

La exposición La esfera del agua y sus fichas de experimentos son recursos elaborados por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y Aqualogy en el marco del Año internacional de la cooperación en la esfera del Agua 2013. La muestra, cuyos paneles también pueden descargarse, introduce al público en el mundo del agua, desde sus propiedades químicas hasta su papel en la historia y la civilización humana.

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Ciencia para la cuarentena: pon a prueba tus conocimientos con Hi Score Science

Por Mar Gulis (CSIC)

¿A qué temperatura hierve el agua en lo alto del Everest? ¿Qué es la energía según la física? ¿De qué color es el grafeno? Estas son algunas de las casi 1.000 preguntas que incluye Hi Score Science, un juego para dispositivos móviles y ordenadores con el que podrás poner a prueba tus conocimientos científicos mientras pasas un buen rato.

Desarrollado por dos centros de investigación del CSIC y la Universidad de Zaragoza –el Instituto de Ciencias de Materiales de Aragón y el Instituto de Síntesis Química y Catálisis Homogénea–, Hi Score Science lanza ahora un torneo nacional online para quienes busquen planes alternativos durante la cuarentena.

Hi Score Science

Como en torneos anteriores, en esta ocasión también pueden participar personas de cualquier edad de todas las localidades de España. El ganador o ganadora obtendrá un premio especial: el juego escape room ‘Exit: el laboratorio secreto’. Las tres primeras personas clasificadas recibirán, además, un lote de libros de divulgación de la colección ‘¿Qué sabemos de?’ (CSIC-Catarata) y una chapa Hi Score Science, y las 10 primeras, un certificado.

Si te apetece participar o simplemente sientes curiosidad, lánzate sin prejuicios. La participación es anónima y gratuita, y los perfiles de quienes han ganado concursos precedentes son muy variados: hay docentes y personal investigador, pero también estudiantes de entre 11 y 17 años.

Quien quiera aligerar la cuarentena con un poco de ciencia, que tome nota de las coordenadas: el torneo permanecerá abierto desde el próximo jueves 26 de marzo a las 11 horas hasta el lunes 30 a la misma hora. Concursar es muy sencillo: simplemente hay que descargarse Hi Score Science en un móvil Android o iOS o en un ordenador PC o Mac, y jugar, con nombre de usuario y contraseña, en modo multijugador online en el torneo Curie.

Hi Score Science cuenta con apoyo económico de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT), adscrita al Ministerio de Ciencia e Innovación.

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¿Qué animal aparece en esta imagen? Una pista: no es ni una lombriz, ni una serpiente

Por Diego San Mauro (UCM) y Rafael Zardoya (CSIC)*

Si echas un vistazo a esta imagen probablemente pensarás que en ella aparece una lombriz, una serpiente pequeñita, o incluso una anguila. En ese caso sentimos decirte que te has confundido de bicho, porque se trata de una cecilia. Estos animales ‘saborean’ su entorno para orientarse, son capaces de detectar cantidades ínfimas de luz y algunas de sus especies alimentan a sus crías con su propia piel. Os invitamos a saber más sobre las características y curiosos comportamientos de estos anfibios.

Cecilia de la especie Ichthyophis cf. longicephalus de la India./ Ramachandran Kotharambath

Comencemos por su nombre científico. Pertenecen al orden Gymnophiona, que en griego significa serpiente desnuda. Las cecilias se llaman así porque se asemejan a estos reptiles, pero se distinguen fácilmente porque carecen de escamas aparentes como ellas. Constituyen uno de los tres órdenes de anfibios vivos junto a ranas y salamandras.

Todas viven en regiones tropicales húmedas de África, India, Sudeste Asiático, Seychelles y América Central y del Sur. La mayor parte son de hábitos subterráneos o habitan bajo la hojarasca y solo salen a la superficie durante la noche, pero también hay una familia acuática que vive en ríos y pantanos. Actualmente existen 214 especies reconocidas.

Algunas especies miden apenas unos centímetros y otras pueden superar el metro y medio de longitud. En la imagen, la Ichthyophis tricolor de la India que puede legar a medir más de 30 centímetros./ Ramachandran Kotharambath

Si atendemos al tamaño, algunas especies son relativamente pequeñas, como Idiocranium russeli de Camerún, de unos 10 centímetros de largo, mientras que otras, como Caecilia thompsoni de Sudamérica, pueden superar el metro y medio de longitud. Las cecilias son carnívoras y depredadoras fundamentalmente de lombrices, termitas y otros pequeños invertebrados del suelo o el agua en el caso de las especies acuáticas. Las especies de mayor tamaño pueden alimentarse en ocasiones de pequeños vertebrados como ranas, peces, lagartijas y serpientes.

Como todos los anfibios, tienen una piel lisa y húmeda con multitud de glándulas que la humedecen y lubrican, así como otras que secretan sustancias defensivas. En el caso de las cecilias, estas sustancias pueden ser tóxicas y antimicrobianas y tienen un gran potencial para la industria farmacéutica.

Vivir bajo tierra ha producido ciertos cambios adaptativos en su cráneo, muy osificado y reforzado, y en su visión. Sus ojos son muy pequeños y muchas veces están cubiertos por piel e incluso hueso. Están adaptados para detectar intensidades de luz ínfimas, tal y como ocurre en otros vertebrados de hábitos cavernícolas o en peces abisales. Las cecilias no pueden ver en color, pero esta falta de visión se ve compensada por un órgano formado por dos tentáculos extensibles situados entre el ojo y la apertura nasal, a ambos lados de la cabeza. Esta estructura sensorial les permite ‘saborear’ el entorno y detectar las sustancias químicas del medio.

Cecilia de la especie Scolecomorphus kirkii de Malawi mostrando los tentáculos que tiene a ambos lados del hocico./ Hendrik Müller

Comedoras de piel materna

A la hora de reproducirse también son bastante diversas. A diferencia de otros anfibios (excepto algunas salamandras), los machos poseen un órgano copulador y la fecundación es siempre interna. Hay especies ovíparas que ponen huevos de los que salen larvas de vida acuática y que sufrirán la metamorfosis para convertirse en adultos terrestres. Otras especies ovíparas son de desarrollo directo, es decir, los juveniles salen del huevo como individuos ya formados. Finalmente, hay especies vivíparas en las que la madre da a luz individuos juveniles ya formados.

Las especies ovíparas normalmente ponen los huevos en nidos subterráneos cerca del agua y las madres suelen protegerlos enrollándose alrededor. Grandisonia sechellensis de las Islas Seychelles./David J. Gower

Y cuando algunas de esas crías nacen, tienen un menú un tanto peculiar. En algunas especies ovíparas de desarrollo directo, la piel de la madre se llena de lípidos para servir de alimento a los juveniles. Las ‘cecilias juveniles’ poseen unos dientes especializados que usan para desgarrar la piel de la madre y alimentarse de ella. En las especies vivíparas, los fetos también poseen estos dientes especializados que les permiten raspar la pared del oviducto materno, revestido de lípidos para proporcionarles comida. Estudios recientes han sugerido que la dermatofagia materna, que es como se llama a este comportamiento, podría haber servido como precursor del viviparismo en las cecilias.

Juveniles de Boulengerula taitanus comiendo la piel de su madre./ Alexander Kupfer

Su registro fósil es escaso y las relaciones evolutivas entre las especies actuales, así como de estas con los otros grupos de anfibios y vertebrados, se han deducido recientemente mediante la comparación de su ADN. Estos estudios han permitido establecer las relaciones de parentesco entre las diez familias actualmente reconocidas, así como entre la práctica totalidad de géneros de cecilias. Sin embargo, aún queda por esclarecer una buena parte de las relaciones a nivel de especie, lo que hace que la investigación en este campo sea especialmente interesante y activa. De hecho, al ser el linaje hermano del grupo que contiene las ranas y las salamandras, las cecilias constituyen una importante clave para inferir las características que pudo tener el antepasado de los anfibios actuales, así como para comprender la colonización del medio terrestre por los vertebrados y los cambios y adaptaciones que ocurrieron hace 360 millones de años.

 

*Diego San Mauro y Rafael Zardoya son investigadores de la Universidad Complutense de Madrid y del Museo Nacional de Ciencias Naturales (MNCN-CSIC), respectivamente. Este texto es un extracto del artículo ‘Las cecilias, los anfibios desconocidos’ publicado en la revista Naturalmente.

Viejas y nuevas enfermedades de transmisión sexual: Mycoplasma genitalium

Por Mar Gulis (CSIC)

Cuando parecía asumido que el uso del preservativo estaba extendido, en junio de 2019, la Organización Mundial de la Salud (OMS) emitió un comunicado en el que decía que cada día más de un millón de personas contraen una infección de transmisión sexual curable y que estas se transmiten principalmente a través de relaciones sexuales sin protección. En España, el uso del condón entre los jóvenes de entre 15 y 18 años ha descendido un 9% desde 2002, según el estudio HBSC 2018 sobre Conducta Sexual. Datos como estos explican que enfermedades de transmisión sexual (ETS), como la clamidiosis, la tricomoniasis, la gonorrea y la sífilis, sigan estando a la orden del día. Y que, además, en los últimos años, haya comenzado a extenderse un nuevo patógeno, Mycoplasma genitalium (Mge), responsable de varias infecciones genitourinarias, como uretritis y cervicitis, entre otras.

Freepik

Fuente: Freepik

Desde 2015, la bacteria Mycoplasma genitalium es considerada por la OMS como un patógeno de transmisión sexual emergente de importancia creciente. En la actualidad, alrededor del 1% de la población mundial de entre 16 y 44 años está infectada por Mge. Entonces, ¿por qué en 2020 se sigue considerando emergente? “Porque los casos de infecciones siguen aumentando y, además, la bacteria se está volviendo resistente a muchos de los antibióticos actuales”, asegura David Aparicio, investigador del CSIC en el Instituto de Biología Molecular de Barcelona (IBMB) y primer autor de un trabajo que explica cómo la bacteria Mge se engancha a las células humanas para iniciar el proceso de infección.

Tras el descubrimiento del mecanismo de adhesión de la bacteria a las células humanas, el siguiente paso del grupo de investigación al que pertenece Aparicio es determinar cómo esta bacteria es capaz de desplazarse, lo que supone otro factor de patogenicidad. Su hipótesis de trabajo se basa en que el movimiento de Mge se articula mediante un mecanismo de cuatro proteínas que están en la superficie de la bacteria (dos de ellas son P110, proteína que apareció en el estudio del mecanismo de adhesión, y las otras dos son P140, que podrían ser complementarias). Se cree que estas cuatro proteínas realizan una serie de movimientos entre ellas. Así logran que la bacteria, aparte de engancharse a una célula, se mueva y siga infectando a otras células. “Funcionaría como cuando escalamos. Te agarras a una piedra con una mano, con la otra mano te coges a otra, y así sucesivamente vas cambiando de lugar de anclaje para seguir subiendo. Estas bacterias harían una cosa similar utilizando las proteínas como manos”, aclara Aparicio.

Mge

Imágenes de microscopia electrónica de transmisión, en las que se observa la bacteria Mycoplasma genitalium (Mge) adherida a la superficie de una célula humana (imágenes superiores) y penetrando en el interior (imágenes inferiores). Las imágenes han sido editadas para facilitar la identificación de Mge (coloreado en azul).

Resistencia antibiótica

Conocer cómo se produce el movimiento de estos microorganismos podría ayudar a entender la forma en que infectan a las células y con ello a definir nuevos tratamientos para combatirlos. Según explica el investigador, debido al mal uso de los medicamentos, algunas cepas de Mge se han hecho resistentes a la mayoría de los antibióticos disponibles. A pesar de que algunos fármacos sí funcionan con bacterias que todavía no han adaptado el sistema de defensa de las más resistentes, estas últimas se irán propagando y es cuestión de tiempo que intercambien información y finalmente sobrevivan las resistentes a antibióticos. Además, en muchos casos, estos medicamentos solo actúan durante un tiempo. Aparicio hace un símil con Helicobacter pylori, la bacteria que causa acidez estomacal, que “se combate con antibióticos y desaparecen los síntomas durante un tiempo, pero luego vuelven a surgir debido a la resistencia o a que no se ha eliminado por completo la bacteria”. La sífilis, la gonorrea o la clamidia son otras ETS que también plantean estos problemas de resistencia a antibióticos.

Otra cuestión aún por estudiar, asegura el científico, es la elevada coexistencia de Mycoplasma genitalium y el Virus de Inmunodeficiencia Humana (VIH o HIV, por sus siglas en inglés), que casi siempre se encuentran juntos. “No sabemos cuál es el motivo, pero los datos clínicos indican que hay una relación bastante íntima”, apunta Aparicio. Mientras la comunidad científica sigue investigando la forma de combatir la aparición de resistencia a los antibióticos de las ETS, el número de infectados por Mge y otros patógenos sigue aumentando. El uso del preservativo sigue siendo la mejor fórmula para evitar el contagio de esta y otras enfermedades.

Malas noticias para la superchería: la física cuántica no dice que las cosas están en dos sitios a la vez

Por Carlos Sabín (CSIC)*

La física cuántica tiene un peso creciente en la cultura popu­lar, pero por desgracia el tratamiento que recibe en medios de comunicación y redes sociales está plagado de falsas creencias, mitos y malentendidos.

Al parecer, la teo­ría cuántica sería algo así como una especie de cosmovisión, a mitad de camino entre la física y la metafísica, que nos permi­tiría escapar de la aburrida física convencional para abrir un mundo alternativo donde cabe todo y todo vale, donde no se respetan principios físicos bien establecidos ni tampoco la lógica, y, por tanto, cualquier disparate, por acientífico y des­cabellado que sea, puede encontrar acomodo. Todo está lleno de cosas fascinantes, misteriosas y extraordinarias; hay montones de mundos, todo es impredecible y todo puede suceder, todo está conectado y es complejo, de manera que cualquier ocurrencia, superchería o timo tiene justificación.

Física cuántica

Nada más lejos de la realidad. La mecánica cuántica no es algo misterioso o incomprensible, sino una bien entendida parte de la física con propiedades bien definidas, hasta el punto de que gracias a ella es posible desarrollar nuevas tecnologías, como los ordenadores cuánticos. Lo que diferencia a la física cuántica de la física clásica o newtoniana no es su grado de rigor científico –¡la cuántica es tan ‘física’ como la que más!– sino el hecho de que se ocupa de pequeñas partículas, como los electrones, los fotones o los átomos, o de objetos más grandes sometidos a condiciones muy determinadas de laboratorio (por ejemplo, temperaturas ultrabajas de -273 grados).

Estos objetos no se comportan como las cosas que describe la física de Newton –manzanas, poleas, planetas– y con las que estamos más familiarizados. Pero eso no quiere decir que su comportamiento sea arbitrario o que no esté sometido a leyes.

El mito de la ubicuidad

Uno de los excesos más comunes en la interpretación popular de esta rama de la física es la idea de que las cosas pueden estar en dos sitios a la vez. Sin embargo, la física cuántica no dice nada de eso, sino que hay situaciones en que la posición de los objetos no está bien definida y lo máximo que podemos conocer es la probabilidad de estar en tal sitio o en tal otro.

Pongamos un ejemplo. Imaginemos que veo pasar un coche por delante de la ventana de mi despacho (situado en la calle Serrano de Madrid) a toda velocidad. Mi vista tiene un alcance limitado, incluso con las lentillas puestas, y sé que un poco más adelante el coche tendrá que escoger entre seguir recto o torcer hacia la derecha, tirando hacia la Castellana. Así que si se me pregunta “¿dónde está el coche?” unos segundos después de haberlo visto pasar, yo respondería que hay una cierta probabilidad de que esté en la misma calle que mi des­pacho (Serrano) y también una cierta probabilidad de que esté yendo hacia la Castellana por la calle María de Molina. De he­cho, a no ser que tenga más información relevante, diré que esas dos probabilidades son iguales: 50% para cada una de esas dos posibilidades. ¿A que usted también diría algo por el estilo? No se le ocurriría decir que el coche está a la vez en las dos calles, ¿verdad?

¿Quiero decir con esto que no hay ninguna diferencia entre la física clásica y la cuántica? No. En la fí­sica clásica tendemos a pensar que las probabilidades apare­cen solo cuando hay una limitación técnica que nos impide determinar las cosas con total precisión: en el ejemplo ante­rior, es el hecho de que el coche va muy rápido, yo estoy quieto y mi vista es limitada. Sin embargo, no hay nada pro­fundo que me lo impida: si fuera detrás del coche en un taxi o estuviera en comunicación con algún dispositivo instalado en el vehículo, sin duda podría conocer su posición con mu­cha más precisión. Por supuesto, siempre habrá alguna limi­tación, pero, como digo, será exclusivamente tecnológica.

En cambio, la física cuántica establece unas limitaciones que no son técnicas, sino de principio. Así, el principio de incer­tidumbre me dice que, si me empeño, puedo conocer con total exactitud la posición del objeto que quiero medir, pero eso tiene un precio: entonces no tendré ni idea de cuál es su velocidad. Cuanto más pequeña sea la incertidumbre en la determinación de la posición, más grande tendrá que ser la de la velocidad, y viceversa. Hemos de convivir, por tanto, con probabilidades.

De hecho, una de las características fundamentales de la física cuántica es que las cosas no tienen propiedades bien de­finidas hasta que se hace una medida de esa propiedad. Es una característica que los experimentos basados en las llamadas “desigualdades de Bell” han confirmado una y otra vez: no hay una manera razonable de explicar los resulta­dos si insistimos en que las cosas tienen propiedades bien definidas antes de realizar una medida.

Por tanto, en física cuán­tica la frase “las cosas están en dos sitios a la vez” solo podría tener sentido si hubiera dos aparatos en dos sitios distintos encargados de detectar la posición de algo, y los dos detecta­ran a la vez la posición de la misma partícula. Sin embargo, eso no ocurre nunca: los aparatos de medida solo detectan la posición de una partícula en un sitio cada vez, no en dos. Así que no, en la física cuántica las cosas no están en dos sitios a la vez: simplemente, las cosas no están en ningún sitio definido… hasta que lo están.

 

* Carlos Sabín es investigador del CSIC en el Instituto de Física Fundamental y responsable del blog Cuantos completos. Este post es un extracto de su libro Verdades y mentiras de la física cuántica (CSIC-Catarata).