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¿Existen los virus ‘buenos’?

Por Mar Gulis (CSIC)

La respuesta es sí. Entre los 5.000 virus descritos por la comunidad científica, hay algunos devastadores para el ser humano como el SARS-CoV-2, causante de la pandemia que vivimos desde hace meses, pero también existen otros que pueden ser beneficiosos para nuestra salud. Los bacteriófagos (fagos) pertenecen a este segundo grupo y se perfilan como la solución contra las bacterias resistentes a los antibióticos, que cada año causan 33.000 muertes en la Unión Europea y 700.000 en todo el mundo.

Ejemplares de bacteriófago phiA72 de ‘Staphylococcus aureus’ aislados en el Instituto de Productos Lácteos de Asturias (IPLA-CSIC). / Pilar García

Como cualquier otro agente vírico, los fagos son parásitos intracelulares que necesitan infectar una célula, en este caso una bacteria, para multiplicarse en su interior, pero, a diferencia de otros virus, resultan totalmente inocuos para humanos, otros animales, plantas y el medioambiente (en este vídeo puedes ver cómo se comportan). Si los comparamos con los antibióticos disponibles –muchos incapaces de eliminar las infecciones provocadas por bacterias– tienen otras ventajas. “Son muy específicos, por lo que solo eliminan el patógeno de interés, mientras que los antibióticos suelen ser de amplio espectro; infectan por igual bacterias resistentes y bacterias sensibles a los antibióticos; y se pueden autorreplicar”, explican Lucía Fernández, Diana Gutiérrez, Ana Rodríguez y Pilar García, investigadoras del CSIC en el Instituto de Productos Lácteos de Asturias (IPLA) y autoras de Los bacteriófagos. Los virus que combaten infecciones (CSIC-Catarata). Además, añaden, “la infección de la bacteria por parte del fago produce más fagos, con lo que la capacidad antimicrobiana aumenta, al contrario de lo que sucede con los antibióticos, cuya dosis efectiva disminuye a lo largo del tiempo”.

Invisibilizados por los antibióticos

Los antibióticos y los bacteriófagos tienen historias paralelas. Ambos se descubrieron a principios del siglo XX, pero su devenir ha sido totalmente distinto. En 1917 el microbiólogo Félix d’Herelle observó cómo cultivos bacterianos que crecían en un medio líquido desaparecían de la noche a la mañana si se les añadía agua residual filtrada, lo que solo se podía interpretar como consecuencia de un virus filtrable, parásito de las bacterias. Félix d’Herelle llamó bacteriófagos (comedores de bacterias) a estos virus, y tanto él como otros microbiólogos llegaron a supervisar la comercialización de productos fágicos para uso clínico en los años 20. Incluso la compañía estadounidense Lilly puso en el mercado compuestos basados en bacteriófagos. Sin embargo, su potencial terapéutico quedó relegado en favor de los antibióticos.

Una década más tarde, en el año 1928, el doctor Alexander Fleming realizó uno de los descubrimientos más importantes del siglo: la penicilina. Algunos años después comenzó a producirse a gran escala y fue utilizada a nivel mundial para el tratamiento de infecciones humanas y animales. Más adelante, en los años cuarenta y cincuenta, tuvo lugar lo que se conoce como edad de oro de los antibióticos, durante la cual se llevó a cabo el descubrimiento de todos los antibióticos conocidos y utilizados hasta la fecha.

Este comienzo y desarrollo estelar tiene un final un tanto fatídico, debido a su pérdida de eficacia. “A pesar de la euforia inicial, poco tiempo después se comprobó que las bacterias pueden evolucionar y adquirir diversos mecanismos de resistencia a estos compuestos”, señalan las autoras. Este proceso de selección natural se ha visto incrementado por el uso abusivo de los antibióticos, de manera que la resistencia a antimicrobianos se ha convertido en un problema de nivel global. “Según estudios realizados por la OMS, se prevé que en el año 2050 las bacterias multirresistentes serán la principal causa de muerte de la población humana”, agregan.

Mientras tanto, ¿qué sucedió con los bacteriófagos? Las investigadoras explican en su libro un hecho poco conocido. “Independientemente del abandono del uso terapéutico de los bacteriófagos en Occidente, varios grupos de investigación de países de Europa del Este continuaron con esta línea de trabajo, debido sobre todo a la baja disponibilidad de antibióticos y a su alto precio”. De hecho, el uso hospitalario de los fagos se ha mantenido en Polonia, Rusia y antiguas repúblicas soviéticas como Georgia, donde se encuentra el Instituto Eliava, fundado en 1923 y considerado actualmente el centro de referencia mundial en la aplicación clínica de fagos.

Morfología de los bacteriófagos. A: representación esquemática de la morfología de un bacteriófago. B: microfotografías electrónicas de distintos bacteriófagos aislados en los laboratorios del IPLA-CSIC. / Diana Gutiérrez

Así, la terapia fágica no es un tratamiento nada novedoso, y ahora parece resurgir entre la comunidad científica occidental. Las científicas del IPLA así lo confirman: “entre los años 1987-2000 se obtuvieron resultados muy satisfactorios que demuestran la gran eficacia de los bacteriófagos en comparación con los antibióticos. A partir de ese momento, numerosos grupos de investigación han encaminado su trabajo hacia este campo, utilizando fagos de forma individual, como cócteles o en combinación con otros agentes antimicrobianos (antibióticos o desinfectantes) para la eliminación de las bacterias patógenas”.

En Occidente, el tratamiento de infecciones con fagos queda restringido a pacientes individuales, y solo con un uso compasivo, es decir, cuando no existen otras posibilidades para salvarles la vida o simplemente para aliviar su sufrimiento. No obstante, “a pesar de la falta de una regulación clara, se están llevando a cabo varios ensayos clínicos en diferentes países con resultados prometedores”, indican las biólogas.

Biocidas y desinfectantes

Además de la terapia fágica en humanos, estos virus presentan un amplio abanico de aplicaciones. En el ámbito de la veterinaria, la investigación se orienta al “uso de fagos como agentes profilácticos y terapéuticos en animales de granja, principalmente para tratar bacterias patógenas en pollos y cerdos”. Ya se aplican en algunos países como en EEUU como alternativa ‘amigable’ desde el punto de vista medioambiental a algunos de los productos fitosanitarios. Además, el hecho de que los fagos se aíslen de distintas fuentes naturales permite que sean registrados como biopesticidas y así ser utilizados en agricultura ecológica.

Bacteriófago phiIPLA-C1C de ‘Staphylococcus epidermidis’ aislado en el IPLA-CSIC. / Pilar García

El sector de la seguridad alimentaria también es prometedor para el empleo de los bacteriófagos, ya que “pueden servir como bioconservantes de alimentos, como desinfectantes de instalaciones industriales o incluso en el desarrollo de sistemas de identificación de contaminación bacteriana en los alimentos. De esta forma, se abarca cada etapa de elaboración del producto”, resumen las científicas del CSIC.

Una vez detectadas sus potencialidades, hay todo un campo de trabajo por delante para el aislamiento, la caracterización y la producción de fagos a gran escala. “En la actualidad se están diseñando métodos adecuados de producción y purificación para facilitar y abaratar su comercialización”, precisan las investigadoras.

Los requerimientos legales para la administración de productos fágicos también son otro paso imprescindible dentro del largo proceso que ha de recorrer todo compuesto antes de incorporarse al vademécum de medicamentos. En este ámbito hay diferencias notables entre los países donde existe una legislación específica para la terapia con fagos, como Polonia o Georgia, y otros países europeos donde solo se permite su uso compasivo. A este respecto, las investigadoras son optimistas: “en la práctica clínica existen aún esperanzas de que esta nueva estrategia de tratamiento de enfermedades infecciosas pueda llegar a tiempo para resolver la crisis actual. Algunos de los puntos clave que es preciso reforzar son el apoyo a la investigación básica y a los ensayos clínicos, así como una mayor interacción entre empresas biotecnológicas, farmacéuticas, centros de investigación y autoridades sanitarias”, concluyen.

 

Bacterias en nuestro cuerpo: ¿dónde se aloja la microbiota humana?

Por Carmen Peláez y Teresa Requena (CSIC)*

La inscripción “Conócete a ti mismo”, grabada en el frontispicio del templo griego de Apolo en Delfos, ya indicaba que el conocimiento de lo absoluto comienza por el conocimiento de uno o una misma. Si nos preguntamos ¿qué somos realmente?, y nos ceñimos exclusivamente al pragmático método científico de describir lo que podemos experimentar, podríamos empezar tratando de contestar a la siguiente cuestión: ¿de qué se compone nuestro cuerpo?

Teniendo en cuenta que nuestro organismo está formado tanto de células humanas (organizadas en tejidos, órganos y sistemas) como de células microbianas, podría decirse que ‘somos’ toda esa amalgama de células humanas más la microbiota. En ese ‘somos’ las células microbianas serían ‘los otros’, haciendo un paralelismo con la película de Alejandro Amenábar. Solo que en este caso esos otros, aunque no los vemos, también están vivos y forman parte de ‘nosotros’, pues convivimos en un mismo escenario que es nuestro cuerpo. Si queremos conocernos debemos considerar la presencia de esos otros y la influencia que ejercen en el contexto de nuestra inevitable convivencia. A la unidad que forman la microbiota y las células humanas, y que interactúa como una entidad ecológica y evolutiva, se la denomina holobionte humano.

Considerado como holobionte, el ser humano es un ecosistema formado por millones de microorganismos, entre los cuales se da una relación simbiótica. / Gerd Altmann - Pixabay

Considerado como holobionte, el ser humano es un ecosistema formado por billones de células humanas y de microorganismos, entre los cuales se da una relación simbiótica. / Gerd Altmann – Pixabay

Se ha llegado a afirmar que la microbiota humana puede alcanzar alrededor de 100 billones de bacterias, un número que podría superar en 10 veces al de nuestras propias células. No obstante, estas cantidades se están reconsiderando y las estimaciones más recientes indican que nuestro organismo está compuesto por 30 billones de células y que el número de células bacterianas, sin ser constante –ya que se evacúa cierta cantidad del intestino de manera regular–, sería similar. Es decir, los cálculos recientes estiman que tendríamos, más o menos, el mismo número de células humanas que de bacterias. En cualquier caso, lo que está claro es que la población de bacterias del holobionte humano es extraordinariamente numerosa.

Las bacterias de la microbiota que se reparten por nuestro cuerpo presentan una estructura filogenética muy particular que se asemeja a un gran árbol con pocas ramas principales que, a su vez, se dividen en numerosos brazos. Las ramas principales serían los órdenes o filos, que en el cuerpo humano están representados principalmente por 5 de los más de 100 que existen en la naturaleza: Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria, Proteobacteria y Verrucomicrobia. Veamos en qué partes del cuerpo se alojan estos diferentes tipos de bacterias.

Un recorrido por las partes del cuerpo donde se aloja la microbiota humana

La piel está recubierta de microorganismos, aunque de diferente modo según las zonas: en las partes más secas, como brazos y piernas, el número es bajo. Pero en los poros, los folículos pilosos, las axilas o los pliegues de la nariz y las orejas, donde hay más humedad y nutrientes, su número es mayor y su composición, diferente. Las manos se caracterizan por tener la microbiota más diversa y más variable. El filo que predomina en las diferentes regiones de la piel es Actinobacteria, como corinebacterias y cutibacterias, y también los filos Firmicutes y Bacteroidetes, representados por Staphylococcus epidermidis. Esta especie es la más abundante en la piel, participa en la regulación del pH y, entre otras cosas, compite con el patógeno Staphylococcus aureus e impide su asentamiento.

La cavidad oral, puerta de entrada al aparato digestivo, es una de las regiones del cuerpo con mayor abundancia y diversidad de microorganismos. La microbiota se reparte de manera diferente entre la saliva, la lengua, los dientes, las mejillas y las encías, y contribuye a mantener el equilibrio necesario para la salud oral. Si este equilibrio se rompe, la microbiota oral puede ser responsable de la caries dental y de infecciones como la periodontitis.

La cavidad genitourinaria femenina, particularmente la vagina, también está habitada por una microbiota abundante, que durante la etapa reproductiva está dominada por lactobacilos. Estas bacterias constituyen una barrera eficaz frente a la invasión por patógenos bacterianos y fúngicos. En la infancia y tras la menopausia, la microbiota de esta zona se asemeja más a la de la piel y la región anal.

La Escherichia coli es una de las muchas especies de bacterias que pueblan el tracto intestinal humano. / Gerd Altmann -Pixabay

La ‘Escherichia coli’ es una de las muchas especies de bacterias que pueblan el tracto intestinal humano. / Gerd Altmann – Pixabay

Pero es el tracto intestinal la región que contiene la comunidad microbiana más numerosa, densa y diversa del cuerpo humano. El colon posee características fisiológicas y un constante aporte de nutrientes que lo convierten en un eficiente reactor biológico donde puede desarrollarse una microbiota que interviene en numerosas funciones fisiológicas del organismo. Solo los Firmicutes y Bacteroidetes, dos de los cinco filos que comentábamos anteriormente, representan el 90% del ecosistema intestinal y son los mayoritarios en los seres humanos, aunque los géneros que los componen aparecen representados de forma diferente entre los individuos.

Se han identificado más de 1.000 especies distintas en la microbiota intestinal humana, aunque no todas están presentes en todos los individuos. Según Rob Knight, de la Universidad de Colorado, la probabilidad de que una bacteria intestinal procedente de un individuo sea de diferente especie que la obtenida de otro es superior al 90%, lo que indica una alta variabilidad interindividual. Por tanto, la diversidad bacteriana intestinal podría representar un carácter distintivo: una huella microbiana identificativa de cada individuo. Esta diversidad de especies dificulta que se pueda establecer un núcleo taxonómico universal compuesto por un conjunto consistente de especies presentes en la microbiota intestinal humana. También dificulta la descripción de lo que llamaríamos una microbiota normal o saludable. Aún más, la microbiota es muy diferente según la etapa de la vida en que nos encontremos. Sin embargo, sí hay evidencias de los beneficios para la salud que conlleva mantener una microbiota abundante y diversa. Nos adentraremos en ello en un próximo texto del blog.

 

* 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 CSIC y Los Libros de la Catarata.

Puentes que se derrumban y copas que estallan: el fenómeno de la resonancia mecánica

Por Daniel Ramos Vega y Mar Gulis (CSIC) *

El 12 de abril de 1831, una compañía del cuerpo de fusileros del ejército británico regresaba al cuartel después de unas maniobras militares. Al cruzar el puente de Broughton (Manchester), los 74 hombres que componían la compañía notaron un ligero balanceo. Comenzaron entonces a marcar el paso más firmemente e incluso llegaron a cantar canciones de marcha militar, cuando se escuchó un ruido atronador, como si de una descarga de armas se tratase. Uno de los cuatro pilares que sostenían la cadena que soportaba el peso del puente se desplomó y provocó su colapso: el puente acabó derrumbándose por completo sobre el río arrastrando consigo a 40 soldados. Por fortuna, en esa época del año aún no había crecido el nivel del agua y no hubo que lamentar víctimas mortales. Eso sí, 20 soldados resultaron heridos.

Puente de Tacoma Narrows oscilando

¿Por qué se derrumbó el puente? La causa más probable del colapso la encontramos en el fenómeno de la resonancia mecánica.

Para entenderlo, antes tenemos que hablar de ondas y frecuencias. Una onda es una perturbación que se trasmite por el espacio, lleva implícito un cambio de energía y puede viajar a través de diferentes materiales. Imaginemos por ejemplo las ondas que se generan cuando lanzamos una piedra a un estanque o cuando sacudimos una cuerda de arriba a abajo. Para definir una onda utilizamos conceptos como la amplitud, que es la distancia vertical entre el punto de máximo desplazamiento y el punto medio; el periodo, que se define como el tiempo completo en que la onda tarda en describir una oscilación completa; o la frecuencia, que es el número de veces que se repite la oscilación en un tiempo dado.

Onda, magnitud y frecuencia. / Daniel Ramos Vega.

Todo cuerpo presenta una o varias frecuencias especiales que se denominan frecuencias características o propias. Dependen de la elasticidad del objeto, sus dimensiones o su masa. Como los objetos transmiten mejor unas frecuencias que otras, cuando aplicamos una fuerza que oscila a la frecuencia propia del objeto, logramos hacer que el efecto se magnifique. Entonces decimos que entra en resonancia.

Una resonancia, por tanto, se produce cuando sometemos un cuerpo a una fuerza periódica igual a su frecuencia característica. En el caso del puente, la amplitud de las vibraciones es cada vez más grande, hasta el punto que se produce un colapso de la estructura. De esta forma, una fuerza relativamente pequeña, como pueden ser los pasos de unos soldados al marchar sobre él, puede causar una amplitud de oscilación muy grande.

Este curioso episodio tuvo una consecuencia inesperada que aún perdura hasta nuestros días: desde ese accidente, las tropas británicas tienen orden de romper la formación y el paso cuando cruzan un puente.

A lo largo de la historia ha habido episodios similares y han sido varios los puentes que han terminado derrumbándose por el efecto de la resonancia mecánica. Tal vez el más significativo sea el Puente de Tacoma Narrows (Washington), construido en 1940 y que acabó desplomándose violentamente cuatro meses después de su construcción. En este caso fue el viento el que provocó que el puente entrara en resonancia y hay varias filmaciones que muestran el momento del derrumbe.

Vibraciones que hacen estallar copas de cristal

Otro ejemplo de cómo la resonancia mecánica puede tener unos efectos cuanto menos sorprendentes es el siguiente. A principios del siglo XX la cantante de ópera australiana Nellie Melba era conocida por hacer estallar las copas de cristal al cantar. También el famoso tenor italiano Enrico Caruso conseguía este fenómeno cuando cantaba ópera. Y el marido de María Callas, considerada la cantante más eminente del siglo XX, afirmaba que se cortó el brazo al estallar una copa cuando su mujer ensayaba en casa.

¿Puede realmente una cantante de ópera hacer estallar una copa al cantar? La respuesta es sí y la razón es que se ha excitado la resonancia del cristal. Como hemos explicado, este fenómeno físico tiene lugar cuando se ejerce una fuerza sobre un cuerpo con una frecuencia que coincide con la frecuencia propia del sistema. Es lo que pasa cuando empujamos un columpio en el parque: no lo hacemos de cualquier forma, sino que damos un pequeño empujón en el momento adecuado, justo cuando el columpio alcanza su máxima amplitud. Si conseguimos aplicar la fuerza con la misma frecuencia que la frecuencia del balanceo del columpio, somos más efectivos. En el caso de la cantante y la copa de cristal, bastará con que se emita una nota musical cuya frecuencia coincida con la vibración propia de la copa. Manteniendo la nota con la potencia necesaria, como pasaba con el columpio, la energía que se acumula en ella gracias al fenómeno de la resonancia hará que se produzcan vibraciones tan grandes dentro del cristal que la copa estalle.

Eso sí, si algún cantante de ópera quisiera emular a Melba, Caruso o Callas, no le valdría cualquier copa. Debería ser de cristal muy fino y de gran calidad, cuya composición química sea homogénea para que la copa tenga una única frecuencia propia y se comporte como un sistema limpio, de forma que toda su estructura pueda entrar en resonancia. Afinen esas cuerdas vocales mientras alejan su cristalería más preciada.

 

*Daniel Ramos Vega es investigador del Instituto de Micro y Nanotecnología (IMN) del CSIC y autor del libro Nanomecánica (CSIC-Catarata) de la colección ¿Qué sabemos de?

Vitamina D: cómo obtenerla y qué hacer ante los confinamientos

Por Alexandra Alcorta y Pilar Vaquero (CSIC)*

En estos tiempos de coronavirus, es recomendable salir lo menos posible para evitar contagios, sobre todo en el caso de personas de alto riesgo como las de tercera edad. Sin embargo, no salir a la calle también conlleva un riesgo, ya que no sintetizamos suficiente vitamina D en nuestro cuerpo por falta de exposición solar.

¿Por qué es tan importante la vitamina D?

La forma activa de la vitamina D ejerce diversas funciones en el cuerpo, como el mantenimiento de la salud ósea, el crecimiento celular o la regulación del sistema inmune y cardiovascular.

Siempre se ha dicho que el calcio fortalece los huesos. Sin embargo, esto no sería posible sin los superpoderes de la vitamina D, que es la que se encarga de absorber el calcio y fijarlo a huesos y dientes. Por ello, cuando hablamos de salud ósea, la vitamina D es un nutriente esencial para nuestro organismo.

Además, aunque es menos conocido, la falta de vitamina D se asocia con una mayor susceptibilidad a tener infecciones y enfermedades autoinmunes. A nivel celular, también estimula levemente la eritropoyesis, es decir, la formación de glóbulos rojos.

El salmón, un alimento rico en vitamina D.

Y respecto a la salud cardiovascular, en otras investigaciones la deficiencia de vitamina D se ha asociado con la activación de mecanismos proinflamatorios que promueven el depósito de grasas y triglicéridos en las arterias, lo que conduce a la arteriosclerosis. Además, la vitamina D juega un papel importante en la regulación de la presión arterial y en la función cardíaca, lo que significa que una deficiencia podría afectar negativamente a la salud cardiovascular.

¿Y cómo ocurren estos procesos en nuestro organismo?

Existe un precursor de vitamina D en nuestra piel que es activado mediante la radiación solar ultravioleta y se transforma en vitamina D3, una de las formas en las que se puede obtener esta vitamina. También se puede obtener mediante la dieta en dos formas: D2 y D3. Estas dos formas son conducidas por un transportador específico de vitamina D al hígado y luego al riñón, donde se transforman en sus formas activas, que son las responsables de todas las funciones biológicas como la absorción de calcio y la mineralización ósea.

¿De dónde podemos obtener la vitamina D?

Luz solar

La mayor parte de la vitamina D que circula en nuestro organismo se obtiene a través de la exposición de la piel al sol. Generalmente, la producción máxima de vitamina D se alcanza después de 10-15 minutos de exposición solar, lo que supone una dosis de vitamina D3 más que suficiente, 500 µg, ya que la ingesta diaria recomendada es de unos 10-20 µg.

Dieta y suplementos

La vitamina D también se puede obtener a través de la dieta. La vitamina D2 se encuentra principalmente en alimentos de origen vegetal y la D3 lo hace prioritariamente en fuentes animales, como el aceite de pescado, los huevos y los lácteos. Además, los alimentos enriquecidos, como los cereales de desayuno y lácteos, pueden proporcionar vitamina D2 o D3.

En cuanto a los suplementos (comprimidos, cápsulas, etc.) para personas vegetarianas o veganas, se pueden obtener a partir de lana de oveja (lanolina) o de líquenes.

A partir de líquenes se pueden producir suplementos de vitamina D aptos para personas veganas.

¿Cabe la posibilidad de estar en riesgo de deficiencia de vitamina D?

A veces no es tan fácil obtener la vitamina D mediante la exposición solar, puesto que la producción de vitamina D en la piel es modulada por la estación, la latitud, la hora del día, la pigmentación de la piel, la edad y el uso de protectores solares.

Paradójicamente, en los países del norte de Europa con latitudes superiores a 40oN, los niveles de vitamina D en la población son más altos que en los países de la cuenca mediterránea, como Italia y España. Esto se explica por el mayor consumo de alimentos enriquecidos con vitamina D y suplementos.

Poblaciones que viven en latitudes por encima de 40º N presentan un mayor riesgo de deficiencia de vitamina D.

¿Y qué pasa con las personas veganas-vegetarianas?

Hoy en día, el número de personas que siguen una dieta vegetariana o vegana está en aumento, ya sea por motivos de salud, razones éticas o medioambientales. Sin embargo, estas dietas pueden conllevar un incremento en el riesgo de deficiencia de vitamina D, ya que los alimentos de origen vegetal proporcionan únicamente vitamina D2, que es más difícil de absorber para el organismo que la D3

Según varios estudios, se han encontrado niveles más bajos de vitamina D en personas vegetarianas y veganas, sobre todo después del invierno y en regiones geográficas donde la radiación solar es escasa. Si sigues este tipo de dieta, o si además de hacerlo tienes otros factores de riesgo, es importante que consideres tomar vitamina D, mediante alimentos fortificados o suplementos de D3 aptos para personas vegetarianas.

Confinamientos y otras situaciones de riesgo. ¿Cómo podemos evitar la deficiencia de esta vitamina?

Normalmente, a comienzos de primavera es cuando tenemos las reservas de vitamina D en sus niveles más bajos. Sin embargo, también suben un poco las temperaturas, lo que hace que nos apetezca salir a tomar el sol.

Desafortunadamente, este año empezó el confinamiento justo en esa época, lo que ha dificultado recargar nuestros niveles de vitamina D. Si además se ha reducido la actividad física, la salud ósea se ha podido ver afectada. Esta situación pone a la población en riesgo de deficiencia de esta vitamina tan esencial para el organismo. Por ello, en el caso de sufrir un nuevo confinamiento, os damos una serie de pautas:

  • En primer lugar, intentad exponer vuestra piel al sol durante 15-20 minutos en la ventana o terraza.
  • Si lleváis una dieta vegetariana, es recomendable consumir alimentos fortificados y suplementos de vitamina D3, por su mayor biodisponibilidad.
  • Por último, en la medida de vuestras posibilidades, mantened una actividad física frecuente, para mantener la fortaleza de vuestros huesos.

En conclusión…

Ya hemos visto que las ingestas de vitamina D dependen de muchos factores como la estación del año, la latitud del país, la hora del día, la pigmentación de la piel, la edad, el uso de protectores solares y el estilo de vida. En el CSIC, en colaboración con otros centros de investigación, trabajamos para definir mejor las ingestas recomendadas de vitamina D, teniendo en cuenta todos los condicionantes que se pueden dar en la población.

*Alexandra Alcorta y Pilar Vaquero son investigadoras en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos y Nutrición (ICTAN) del CSIC. Este artículo forma parte del proyecto europeo V-PLACE, financiado por el European Institute of Innovation and Technology (EIT Food). La participación española está liderada por el CSIC, y cuenta con personal investigador perteneciente al Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos y Nutrición (ICTAN) y al Instituto de Agroquímica y Tecnología de Alimentos (IATA).

 

 

 

La crisis del coronavirus y el imperativo de fomentar la resiliencia de los mercados internacionales de alimentos

Por Samir Mili (CSIC)*

La crisis del coronavirus nos ha recordado repentinamente la vital importancia del buen funcionamiento de los mercados alimentarios para mantener la salud, la estabilidad y el bienestar general de las sociedades de todo el mundo. Si en España y en la mayoría de los países desarrollados el aprovisionamiento alimentario ha mostrado, por ahora, una considerable capacidad de resistencia, la situación es muy diferente para los países pobres y altamente dependientes del comercio internacional para alimentarse.

La información disponible demuestra que la pandemia surgida casi simultáneamente en la mayoría de los países amenaza, si continúa escalando y no se encuentra un remedio al virus de aquí a unos meses, con causar una gran conmoción en los mercados agrarios internacionales y desencadenar una nueva crisis alimentaria. Como en otras ocasiones, los países más vulnerables y con menor capacidad de resistir a los shocks macroeconómicos serán previsiblemente los más afectados. Muchos países pobres han visto devaluar sus monedas y ya pagan más para importar alimentos.

Vendedor de frutas fotografiado al inicio de la declaración de la pandemia de Covid-19 en el mercado de Martínez de la Torre, en la colonia Guerrero de la Ciudad de México. Este mercado cerraría después sus puertas durante semanas. Imagen: Eneas de Troya (México).

Las recientes proyecciones de la FAO (la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura) indican que el mundo podría sumar en 2020 entre 14 y 80 millones adicionales de personas desnutridas (asumiendo hipótesis de contracción del PIB entre el 2% y el 10% en función de la severidad y la duración de la epidemia), la gran mayoría de ellas ciudadanos de los países de bajos ingresos, que son los más expuestos a los rigores de la recesión económica global y más dependientes del mercado internacional de alimentos. En total, el número de pobres con inseguridad alimentaria aguda en el mundo podría alcanzar al final de este año, según Naciones Unidas, 265 millones de personas.

Los países desarrollados tampoco son inmunes, aunque el problema en este caso no es el hambre sino la falta de recursos económicos de los grupos más frágiles de la sociedad. En varias ciudades de Europa y Estados Unidos, las colas en los bancos de alimentos se extienden por cientos de metros. En estas circunstancias, incluso pequeñas acciones en los mercados, de por sí nerviosos, podrían, si aumentan los precios, provocar un gran sufrimiento.

Dependencia de importaciones de alimentos por países en 2015-17 según datos de la FAO.

Dependencia de importaciones de alimentos por países en 2015-17 según datos de la FAO. Fuente: FAO. 2020 Food Outlook – Biannual Report on Global Food Markets: June 2020. Food Outlook, 1. Rome.

Por el momento, la información de los mercados revela que la situación actual no es una crisis en la producción alimentaria, pero sí una crisis en el acceso a los alimentos, ya sea material porque los mercados están cerrados al comercio, o monetario porque las personas no tienen el dinero necesario. Esto no significa que no haya riesgos por el lado de la oferta, aunque por ahora no hay grandes penurias (los stocks alimentarios mundiales están en niveles excelentes) ni fuertes subidas de precios.

Las restricciones a los movimientos transfronterizos de bienes y servicios impuestas por los gobiernos en respuesta a la epidemia han aumentado los costes de transacción y las distorsiones en las cadenas de producción y suministro de alimentos a nivel mundial: restricciones de las migraciones de mano de obra agrícola estacional, restricciones del crédito, dificultad de vender los excedentes de producción en unos lugares y de adquirirlos en otros, etc. Estas barreras son practicables por los países más ricos y autosuficientes, pero no son factibles en los países pobres y dependientes cada vez más de los mercados internacionales para su alimentación, y pueden añadir riesgos alimentarios a los sanitarios.

Principales países importadores (en naranja) y exportadores (en amarillo) de: arroz (1), trigo (2), cereales de grano grueso (3) y semillas oleosas (4). Fuente: FAO. 2020 Food Outlook – Biannual Report on Global Food Markets: June 2020. Food Outlook, 1. Rome.

Mientras no haya cambios en los modelos actuales de acceso a los mercados, es importante que las restricciones no afecten negativamente al comercio de productos agroalimentarios, con el fin de evitar su impacto adverso en la seguridad alimentaria, la nutrición y la salud de las poblaciones vulnerables. Es necesario que las medidas de estímulo económico instrumentadas para paliar los efectos de la epidemia se centren en garantizar el buen funcionamiento de las cadenas de suministro alimentario, protegiendo al mismo tiempo el mayor acceso a los alimentos producidos tanto a nivel local y regional como nacional y global. El comunicado conjunto de la FAO, la OMS (Organización Mundial de la Salud) y la OMC (Organización Mundial del Comercio) del 30 de marzo incluye recomendaciones pertinentes en esta dirección.

Las políticas proteccionistas, motivadas por la incertidumbre o el temor a la escasez, pueden ser particularmente perjudiciales, desde una perspectiva global. El problema no es nuevo, los datos muestran insistentemente que las consecuencias disruptivas de los flujos comerciales golpean especialmente a las personas más pobres, que gastan la mayor parte de sus ingresos en alimentarse. Lo que a su vez exacerba la amenaza a la salud pública de la pandemia.

Principales países importadores (en naranja) y exportadores (en amarillo) de: productos de pesca (1), carne (2), azúcar (3) y leche y derivados (4). Fuente: FAO. 2020 Food Outlook – Biannual Report on Global Food Markets: June 2020. Food Outlook, 1. Rome.

Debido a que en las dos últimas décadas la mayoría de los países se han vuelto más dependientes de las importaciones, es fundamental que la interrupción causada por el coronavirus no desencadene una ruptura de los flujos alimentarios. Un aspecto inquietante consiste en las restricciones a la exportación implementadas por países como Ucrania, Kazajistán y Rusia para el trigo o Vietnam para el arroz. Por ahora son una decena de países y las restricciones son relativamente modestas, afectando sólo al 5% de las calorías intercambiadas en el mundo.

Sin embargo, si la crisis se prolonga en el tiempo, se corre el riesgo de volver a caer en los acontecimientos de 2007-08, cuando se produjeron los llamados disturbios del hambre en 33 países, con reacciones de pánico en los mercados, un importante aumento de las restricciones a la exportación por 19 países, una fuerte acumulación de aprovisionamientos y especulación en los precios. Entonces 75 millones de personas fueron empujadas al hambre. Por ahora no estamos ante un aumento masivo en los precios internacionales, dados los elevados niveles de existencias y los bajos precios energéticos (petróleo) y costes de transporte, pero no es un escenario que se pueda excluir si los países pierden la calma.

Principios del comercio justo. Fuente: World Fair Trade Organization (WFTO) Latinamerica.

Los citados desafíos que plantea la actual pandemia para la seguridad de los suministros alimentarios a nivel mundial inducen a repensar los niveles deseables de la globalización, así como las necesarias transformaciones en el comercio transnacional de alimentos con vistas a hacerlo más sostenible y resiliente. El CSIC, con su amplia trayectoria en el análisis científico de los intercambios comerciales en el contexto de la economía del desarrollo y de las relaciones internacionales, participa activamente en estos debates. Además, en la actualidad el CSIC apoya de forma prioritaria aquellas iniciativas científicas que se sitúan dentro del ámbito de la Agenda 2030 de Desarrollo Sostenible de Naciones Unidas, cuyos 17 objetivos están en su mayoría relacionados directa o indirectamente con la reducción de la pobreza y la mejora de los niveles de seguridad alimentaria, nutrición y salud en todo el mundo.

*Samir Mili es investigador del Instituto de Economía, Geografía y Demografía (IEGD) del CSIC.

Este artículo forma parte de la serie de reflexiones titulada: ‘Sistema agroalimentario en un mundo post COVID-19’, una iniciativa del grupo de investigación Sistemas Agroalimentarios y Desarrollo Territorial del Instituto de Economía, Geografía y Demografía del CSIC. Otros textos publicados de esta misma serie: Coronavirus, presupuesto europeo y Política Agraria Común (PAC): ¿vuelta a la casilla de salida?

Sumérgete en el océano desde casa: una propuesta del CSIC para explorar los ecosistemas marinos

Por Mar Gulis (CSIC)

3, 2, 1… ¡Al agua! Este viaje comienza con los habitantes más pequeños del océano: protozoos, microalgas, virus, bacterias y animales microscópicos como los tardígrados o las pulgas de agua. Aunque no los vemos a simple vista, son millones de seres diminutos que cumplen un papel esencial para el funcionamiento de los ecosistemas marinos. Este fascinante micromundo te espera en ‘El océano en casa’, un proyecto del Instituto de Ciencias del Mar (ICM-CSIC) que ofrece todo tipo de materiales para que el público infantil se sumerja en las aguas oceánicas sin moverse del sofá.

Solo tenéis que entrar en su web y elegir entre varios bloques temáticos que dan a conocer la biodiversidad marina y la importancia de los mares en nuestro día a día. Si os decantáis por el epígrafe ‘Un océano con muchas características’, encontraréis lecturas, dibujos para colorear o rompecabezas y enigmas sobre los distintos ambientes marinos que hay en el planeta. También podréis probar el juego ‘De tierra o de mar’ o experimentar el viaje que realiza un grano de arena desde los Pirineos hasta el cañón de Palamós.

La web del proyecto, cuyos contenidos fueron inicialmente publicados en catalán y ahora se han traducido al castellano, está llena de recursos para niñas y niños curiosos. Por ejemplo, los epígrafes ‘El océano: un mar de ríos’, ‘Las praderas del mar’ y ‘Animales del océano’ incluyen animaciones de la NASA, experimentos caseros, unidades didácticas y hasta cuentos y cómics para aprender qué son las corrientes marinas, ver prados de posidonia y conocer la diversidad animal que esconden mares y océanos.

El viaje no ha hecho más que empezar, porque el bloque titulado ‘El océano y nosotros/as’ está repleto de contenidos para seguir buceando y descubriendo organismos fascinantes. A través de varios vídeos, en el primer apartado, dedicado a las medusas, entenderéis por qué estos animales nos pican cuando nos bañamos en la playa, qué necesitamos para identificarlos y cómo actuar en caso de una picadura. Quienes quieran saber más sobre estos extraños invertebrados podrán también participar en el proyecto de ciencia ciudadana ‘Observadores del mar’.

La aventura continúa con ‘Buques oceanográficos’, donde encontraréis información sobre las grandes embarcaciones donde muchos científicos y científicas investigan a la vez el océano. Si estáis listos para embarcar, buscad el vídeo que os llevará a bordo del Sarmiento de Gamboa, uno de los buques oceanográficos del CSIC.

Hay más. Los epígrafes ‘El fitoplancton’, ‘Basura marina’ y ‘Océano y atmósfera’ contienen audiovisuales para descubrir ese universo de microbios y pequeños organismos acuáticos o calibrar el impacto que tienen los microplásticos y otros residuos en el mar. En esos apartados se puede acceder a otro montón de actividades para realizar en casa: experimentos, guías didácticas o incluso fichas para colorear y entender el ciclo del agua.

Si el mundo marino os engancha, estad atentos a la web de ‘El océano en casa’ porque habrá nuevos contenidos. ¡Y participad! El Instituto de Ciencias del Mar os anima a enviar comentarios, preguntas o sugerencias a la dirección de correo electrónico oceanliteracy@icm.csic.es. Al otro lado de la pantalla, alguien dedicado a investigar el universo marino os contestará.

 

 

10 experimentos con luz para hacer en casa: crea un arcoíris en tu habitación, monta un microscopio casero o descubre cómo funciona la fibra óptica

Por Mar Gulis (CSIC)

Estos días de confinamiento muchas personas estamos aprovechando para, al fin, hacer limpieza y poner un poco de orden en casa, ese espacio en el que últimamente pasamos todo el tiempo. Llega el momento de deshacerse de cosas: CDs antiguos que aún conservamos a pesar de no tener dispositivos para ver su contenido, cajas o cartones que acumulábamos esperando darles un nuevo uso o, incluso, algún esmalte de uñas que se ha quedado un poco seco y ya no vamos a utilizar.

Pero, antes de desechar definitivamente estos y otros objetos, ¿por qué no darles una nueva oportunidad y pasar con ellos un rato entretenido? Eso es lo que te proponemos en este post: sacarles partido para descubrir de manera sencilla y amena los espectaculares efectos que tiene la luz.

Si hace unas semanas te animábamos a realizar experimentos relacionados con el agua y sus propiedades, esta vez te invitamos a jugar y aprender con la luz. Es tan fácil como descargar de manera gratuita diez fichas de experimentos de la web del CSIC y seguir sus sencillas instrucciones e ilustraciones, que te permitirán entender, y también enseñar a los más pequeños de la familia, conceptos y propiedades de la luz.

¿Qué puedes conseguir con estos experimentos? Cosas tan variadas como crear imágenes de tres dimensiones como si de un holograma se tratase, desmentir que el blanco sea un color y argumentarlo sin problemas o construir un espectroscopio casero con el que observar los espectros de colores que se dibujan con diferentes fuentes de luz.

Holograma creado durante una actividad de la Semana de la Ciencia del IOSA Student Chapter en el Instituto de Óptica del CSIC. Juan Aballe/Cultura Científica CSIC

Además, gracias a estos experimentos podrás conocer cómo funcionan tecnologías que nos facilitan mucho la vida –sobre todo en estos días de confinamiento–, como los láseres o la fibra óptica. También tendrás la oportunidad de fabricar un microscopio casero y observar con él una gota de agua ampliada hasta 10.000 veces para ver lo que se mueve en su interior. Seguramente te sorprenda lo que podemos encontrar en una muestra de saliva de nuestra boca y en el agua que beben nuestras mascotas, la que se filtra tras regar las plantas o la que podemos recoger de cualquier charco que se forme tras la lluvia; pero también podrás entender en qué consiste la convergencia de la luz.

Además de sacar ese lado curioso que todos llevamos dentro, estos experimentos te ayudarán también a entender y asimilar conceptos complejos, como la reflexión y refracción de la luz, la dispersión de los rayos de luz o el funcionamiento de las cámaras oscuras, que supusieron uno de los primeros pasos en el mundo de la fotografía.

¿Quién no se ha maravillado al observar un arcoíris o un hermoso atardecer? ¿Quién no se ha quedado hipnotizado viendo el baile de una vela o el crepitar del fuego de una chimenea? ¿Y qué decir cuando una pajita parece partida dentro de un vaso de agua? Si eres de los que siente curiosidad por estas cosas y quieres saber por qué ocurren, ponte manos a la obra y encuentra las respuestas que buscas.

Un universo de luz

Estas fichas de experimentos forman parte de los recursos elaborados por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), con ayuda de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT), en el marco del Año internacional de la luz 2015. Si después de hacer los experimentos te quedas con ganas de saber más, siempre puedes descargar otros materiales elaborados durante esta conmemoración, como la exposición Un Universo de luz, que incluye impresionantes imágenes y textos divulgativos, y las unidades didácticas para diferentes niveles educativos que la acompañan.

Para conocer otros materiales que el CSIC pone a tu disposición para aprender ciencia desde casa de una manera divertida, pincha aquí.

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.

Si quieres conocer más recursos del CSIC para aprender ciencia desde casa, pincha aquí.

¿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.

Radio cognitiva, la tecnología que hará más eficientes nuestros móviles

José M. de la Rosa (CSIC)*

Nos encontramos en los albores de la mayor revolución tecnológica que ha conocido la humanidad. Las primeras décadas del siglo XXI serán recordadas por la expansión de las tecnologías de la información y las comunicaciones (TIC) y de dispositivos como los teléfonos móviles, las tablets y los ordenadores personales. Gracias a ellos podemos acceder a la información a través de internet de una forma ubicua y con velocidades de conexión cada vez mayores.

Este desarrollo sin precedentes se debe en gran medida a la microelectrónica y los chips. Estos microingenios han evolucionado en los últimos 50 años de manera exponencial según la ley de Moore, y contienen miles de componentes en unos pocos nanómetros. Una de las consecuencias de este escalado es la integración de la microelectrónica en objetos de uso cotidiano, que ha dado lugar al denominado Internet de las cosas, IoT por sus siglas en inglés.

La computación neuronal artificial ya se ha comenzado a utilizar en algunos dispositivos comerciales

IoT comprende la interconexión de miles de millones de entidades ciberfísicas con una estructura híbrida software/hardware capaces de comunicarse entre ellas sin necesidad de intervención humana. La educación a través de plataformas de enseñanza virtual, la teleasistencia sanitaria personalizada, las operaciones bursátiles automatizadas, las redes energéticas inteligentes, la robotización en procesos industriales y redes de transporte, o los vehículos autónomos, son solo algunos ejemplos del sinfín de aplicaciones de IoT, cada vez más presente en nuestras vidas.

Para una implementación adecuada del Internet de las cosas se requiere el desarrollo de dispositivos electrónicos seguros y eficientes, tanto en coste como en consumo de energía. Tales dispositivos deben estar dotados de una cierta inteligencia y autonomía para poder tomar decisiones en tiempo real y ser robustos frente a las condiciones del medio en que se van a desenvolver. Y para que esto ocurra es necesario desarrollar tecnologías que hagan viable la construcción de un puente sólido entre el medio físico (real) y su versión virtualizada (digital).

Del 1G al 5G

Microfotografía de un chip del Instituto de Microelectrónica de Sevilla/ IMSE (CSIC-US)

Una de esas tecnologías para ‘construir puentes’ son las comunicaciones móviles. Hace poco más de un par de décadas, los terminales móviles eran simplemente teléfonos inalámbricos, cuya única funcionalidad era la transmisión de voz (primera generación o 1G), a la que se añadió posteriormente la transmisión de SMS en la segunda generación (2G), con velocidades de transmisión de unos pocos de kilobits por segundo. Con el desarrollo del 3G, los móviles pasaron a ofrecer servicios multimedia y conexión a internet de banda ancha con velocidades de acceso de varios Megabits/s (Mb/s). En la actualidad, la mayoría de las redes operan con terminales móviles de cuarta generación (4G), que permiten alcanzar velocidades de hasta centenares de Mb/s, y ya se empieza a implantar la red 5G, con velocidades de Gigabits/s (Gb/s).

Sin embargo, las comunicaciones móviles tienen un problema: las bandas del espectro electromagnético por donde se propagan las ondas radioeléctricas con la información transmitida por muchos aparatos electrónicos se pueden saturar y convertirse en un cuello de botella para la implementación práctica de IoT. Esto ha motivado la investigación y desarrollo de tecnologías para hacer un uso más eficiente y sostenible del espectro electromagnético. Una de ellas es la denominada radio cognitiva o CR por sus siglas en inglés.

En esencia, la radio cognitiva se basa en la convergencia de tecnologías de comunicación y de computación que permiten ajustar de forma autónoma y transparente para el usuario los parámetros de transmisión y recepción de los dispositivos electrónicos en función de la información que detectan del entorno radioeléctrico donde se utilizan. Para ello, dichos dispositivos han de incluir sistemas de comunicaciones en los que la digitalización (transformación digital de las señales que portan la información) se realice lo más cerca posible de la antena (tanto en el receptor como en el transmisor). Así, el procesamiento de la información se hace mediante software y puede ejecutarse en un microprocesador digital. Esto aumenta significativamente el grado de programabilidad y adaptabilidad de los terminales móviles a diferentes modos o estándares de comunicación.

Inteligencia artificial en nuestros móviles

Además de un sistema de comunicación basado en software, la radio cognitiva requiere del uso de algoritmos de inteligencia artificial (IA) para identificar de forma automática la banda óptima del espectro electromagnético en la que se pueda transmitir mejor la información. Con la inteligencia artificial se maximiza la cobertura, se minimiza el efecto de las interferencias y se incrementa la durabilidad y la vida útil de la batería, entre otras muchas ventajas.

Sin embargo, los microprocesadores empleados en dispositivos convencionales resultan ineficientes para realizar las tareas de inteligencia artificial requeridas en sistemas de radio cognitiva. Al llevarlas a cabo, estos dispositivos consumen mucha energía y reducen la durabilidad de la batería. Esto ha motivado la investigación de alternativas como los procesadores neuromórficos, los cuales realizan el tratamiento de la información inspirándose en el cerebro humano.

Esquema de funcionamiento de un procesador neuromórfico/ José M. de la Rosa

Hay tareas computacionales, como el cálculo, en las que los procesadores convencionales son más eficientes que el cerebro, pero otras, como el reconocimiento de patrones, son ejecutadas mejor por los sistemas neuronales. Es lo que ocurre, por ejemplo, en el reconocimiento facial, que el ojo y el cerebro humanos realizan de forma mucho más eficaz en términos de velocidad, precisión y consumo energético. En el caso de la radio cognitiva, los procesadores neuromórficos deben encargarse de reconocer patrones de señales radioeléctricas, que son las que transmiten la información en la telefonía móvil.

De hecho, la computación neuronal artificial ya se ha comenzado a utilizar en algunos dispositivos comerciales. Por ejemplo, la compañía Apple incorpora módulos neuronales de aprendizaje automático (o Machine learning) en sus procesadores más recientes incluidos en los últimos modelos de iPhone. Estos dispositivos contienen 8.500 millones de transistores integrados en una tecnología de 7 nanómetros. Otras compañías como Intel y Qualcom han desarrollado procesadores neuromórficos fabricados también en tecnologías nanométricas.

Aunque aún se está lejos de desarrollar ordenadores completamente basados en procesamiento neuronal, hay un interés creciente por integrar la inteligencia artificial en el hardware de los dispositivos. Esta es una de las líneas de investigación en las que se trabaja en el Instituto de Microelectrónica de Sevilla (CSIC-US). En un futuro, se espera poder incorporar procesamiento neuromórfico en chips de comunicaciones que hagan posible la realización de dispositivos IoT/5G más eficientes gracias al uso de la radio cognitiva.

*José M. de la Rosa es investigador del Instituto de Microelectrónica de Sevilla, centro mixto del CSIC y la Universidad de Sevilla.