¿Cómo lograr las emisiones cero? La solución está en el subsuelo

Por Víctor Vilarrasa (CSIC)*

En pocos años, para poder cumplir con los objetivos climáticos del Acuerdo de París de limitar el aumento de temperatura por debajo de 2 °C, y preferiblemente por debajo de 1,5 °C, muchos de nuestros desplazamientos tendrán que hacerse en coches eléctricos. Tras circular sin emitir gases de efecto invernadero, será necesario cargar el automóvil. ¿Pero de dónde procederá la energía con la que lo carguemos?

Por descontado, tiene que ser de origen renovable para no emitir dióxido de carbono (CO2) por otro lado. La mayoría de las veces tendremos que cargar el coche de noche, cuando por razones obvias los paneles fotovoltaicos no pueden producir electricidad. Tampoco hay garantías de que el viento sople cada noche, ni de que haya oleaje. La energía hidroeléctrica podría proporcionar parte de la demanda, pero difícilmente podrá satisfacerla por completo dado que el agua es un bien preciado y escaso, y su consumo se prioriza frente a la producción de energía. La solución al problema está bajo nuestros pies.

Energía geotérmica

Central geotérmica de Nesjavellir (Islandia).

La Tierra es una fuente inagotable de energía geotérmica. En la corteza terrestre, la temperatura aumenta de media 30 °C por cada kilómetro a medida que nos dirigimos hacia el interior de la Tierra. Por lo tanto, en torno a los 4 kilómetros de profundidad respecto a la superficie acostumbramos a encontrar temperaturas superiores a los 100 °C. Si hacemos circular agua hasta esas profundidades y la devolvemos a la superficie una vez se ha calentado, produciremos vapor de agua, ya que el agua entra en ebullición a 100 °C y a presión atmosférica. Este vapor lo podemos utilizar para mover turbinas que generen electricidad sin emitir emisiones de gases de efecto invernadero.

El vapor de agua, después de turbinado, se enfría y se condensa, pero mantiene una temperatura elevada, cercana a los 80 °C. El agua caliente resultante se puede utilizar como fuente de calor para proporcionar calefacción a un gran número de viviendas, con lo que eliminaremos también las emisiones de CO2 asociadas a calentar nuestras casas en invierno.

Un almacén subterráneo de energía

En verano, la demanda de calor es menor, por lo que habrá un excedente que conviene almacenar. De nuevo, el subsuelo nos proporciona la solución. El excedente de agua caliente se puede inyectar o hacer circular por un intercambiado de calor en el subsuelo. Este proceso aumenta la temperatura del suelo, que puede almacenar el calor durante largos periodos de tiempo con unas pérdidas de energía pequeñas. Para recuperar el calor, no hay más que inyectar agua fría y dejar que ésta se caliente al circular por el suelo que hemos calentado previamente.

El calor no es la única fuente de energía que tendremos que almacenar en la transición hacia un sistema económico con emisiones netas de carbono nulas. De hecho, las fluctuaciones de las renovables, tanto en la producción a lo largo del día como entre las diferentes estaciones del año, exigen disponer de cantidades inmensas de almacenamiento para poder utilizar los excedentes en periodos en los que la producción sea menor que la demanda. El almacenamiento necesario no se podrá cubrir con baterías, por gigantes que las lleguemos a construir.

eneergía eólica

Uno de los mayores desafíos de las energías renovables son sus fluctuaciones.

Una solución que se plantea es producir combustibles que no contengan carbono, como el hidrógeno, a partir de los excedentes de energía renovable; y luego almacenarlos para utilizarlos en periodos de escasez de producción de este tipo de energía. Garantizar la demanda energética en esos periodos implicará almacenar millones de toneladas de hidrógeno. Uno de los mejores lugares para hacerlo son las capas permeables con alta porosidad del subsuelo, que permiten que el combustible se inyecte y recupere con facilidad.

Captura de CO2 bajo tierra

El reto de descarbonizar la economía va más allá de producir energía limpia con las renovables y electrificar los modos de transporte. Existen procesos industriales que difícilmente pueden dejar de emitir CO2, ya que este gas de efecto invernadero es el resultado de las reacciones químicas que tienen lugar en diversos procesos productivos. Por ejemplo, la fabricación de acero y cemento conlleva la emisión de CO2.

Las emisiones asociadas a procesos industriales representan el 20% de las emisiones actuales. La solución a estas emisiones vuelve a estar en el subsuelo. En este caso hay que capturar el CO2 antes de que sea emitido a la atmósfera, para lo que existen diferentes técnicas, y posteriormente inyectarlo en formaciones geológicas profundas para su almacenamiento permanente. Con esto, no estaríamos más que devolviendo el carbono a su lugar de origen, ya que el carbono que hemos emitido y seguimos emitiendo a la atmósfera proviene de la quema de combustibles fósiles, que hemos extraído y extraemos del subsuelo.

Campo de géiseres El Tatío (Chile).

Aunque hacemos vida sobre él, el hecho de no poder ver lo que hay en el subsuelo lo convierte en un gran desconocido. Y, como todo lo desconocido, produce temores y cierta desconfianza. Sin embargo, no nos podemos permitir excluir los recursos geológicos en el gran reto de alcanzar la neutralidad de carbono. No existe una única solución para conseguir la descarbonización y necesitamos de la contribución de todas las tecnologías disponibles.

Al igual que el resto de tecnologías, las relacionadas con el subsuelo no están exentas de riesgos, como por ejemplo la sismicidad inducida, desafortunadamente conocida en España por los terremotos del almacén de gas de Castor. La investigación científica en geoenergías pretende minimizar esos riesgos para poder contar con el subsuelo en la descarbonización. Los recursos geológicos, como origen del problema, deben formar parte también de la solución.

 

* Víctor Vilarrasa es investigador del Instituto de Diagnóstico Ambiental y Estudios del Agua (IDAEA-CSIC) y del Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (IMEDEA, CSIC-UIB). Actualmente dirige un proyecto del European Research Council (ERC) para aumentar la viabilidad de las geoenergías.

¿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).

 

 

 

¿Por qué hay tantas razas de perros?

Por Tessa Lynn Nester y Mar Gulis (CSIC)*

Los hay grandes como un mastín italiano y pequeños como un yorkshire terrier; de pelo largo al estilo chow chow o corto tipo dogo; con el cráneo achatado de un bulldog o alargado como un pastor alemán… Y, sin embargo, todos pertenecen a la misma especie: Canis familiaris. El perro es el mamífero con más diversidad morfológica que existe sobre la superficie de la Tierra.

Ilustración de Irene Cuesta

Ilustración de Irene Cuesta (SINC).

¿Cómo es posible que haya perros tan distintos? ¿Por qué entre los individuos de esta especie hay una variedad mucho mayor que entre los de otras especies, como el ser humano, cuyo origen es muy anterior? ¿Acaso los lobos, los parientes más cercanos de los perros, no se parecen mucho más entre ellos?

La respuesta a estas preguntas es relativamente sencilla: los perros son tan increíblemente diversos porque los seres humanos los ‘hemos hecho’ así. Para entender mejor esta respuesta, tenemos que hablar de cómo surgieron y cómo han evolucionado hasta la actualidad.

El origen del perro

Hoy sabemos que los perros son lobos domesticados a partir de una especie de lobo extinta y no de los lobos modernos (Canis lupus). De hecho, se cree que los lobos que conocemos en la actualidad y los perros son taxones (grupos de especies) hermanos que descienden del mismo ancestro común.

Sin embargo, el origen del perro es muy controvertido ya que no existe un acuerdo sobre dónde o cuándo se produjo la domesticación. Hay estudios genéticos que sitúan este evento en Asia, mientras que otros lo hacen en Oriente Medio o Europa. Los resultados de estas investigaciones tampoco coinciden en las fechas, de modo que el nacimiento de la especie puede haber ocurrido entre hace 20.000 y 40.000 años. Por otra parte, puede ser que todas tengan algo de razón y que existieran varios momentos de domesticación a lo largo de la historia.

Razas de perros

Hoy vemos una gran variedad entre las distintas razas de perros. / Mary Bloom, American Kennel Club, Shearin y Ostrander, 2010.

La domesticación es un proceso evolutivo en el que un organismo se adapta a un entorno humano a través de influencias que las personas ejercen sobre su reproducción y cuidado. A lo largo de las generaciones, este proceso cambia el genoma de la especie y, con ello, la morfología y el comportamiento del animal. Pero la manera concreta en que los lobos se convirtieron en animales domésticos también es tema de debate.

Se ha pensado que los humanos capturaron a los lobos y los domesticaron, pero esto es poco probable si tenemos en cuenta el comportamiento de los lobos salvajes. Es más factible que los lobos se hayan domesticado en un proceso conocido como autodomesticación. Desde este punto de vista los lobos más amistosos se habrían domesticado durante el Paleolítico a base de pasar tiempo cerca de comunidades cazadoras y recolectoras, comiendo las sobras, y se habrían hecho dependientes de los seres humanos con el paso del tiempo. Además, en ese proceso habrían desarrollado tolerancia al almidón, un carbohidrato común en la comida humana que los lobos salvajes siguen sin poder digerir. Después de poco tiempo, aquellos lobos se habrían hecho domésticos al encontrar un nicho en la sociedad humana.

Humanos y perros: una relación simbiótica

Lo que parece evidente es que entre los lobos domesticados y los seres humanos se formó una relación simbiótica de la que ambos grupos se beneficiaban. Los primeros conseguían comida y resguardo y los segundos un nuevo compañero, guardián y cazador.

La arqueología ha arrojado diversas muestras de esta relación, como las pinturas rupestres de hace miles de años encontradas en Arabia Saudí que parecen mostrar a un grupo de cazadores llevando a perros atados con correas. O el yacimiento de Oberkassel (Alemania), en el que se encontraron los restos de un perro y dos adultos humanos que vivieron hace 14.000 años y que habían sido enterrados juntos.

Pinturas Arabia Saudí

Las pinturas rupestres descubiertas en Arabia Saudí se remontan a miles de años atrás y posiblemente muestren a los cazadores llevando a los perros con correas. Es posible que sea una de las ilustraciones más antiguas de perros domésticos. / Journal of Anthropological Archaeology.

A partir de la dentición, se averiguó que el perro sufrió el virus del moquillo cuando tenía alrededor de 19 semanas y luego falleció a las 27-28 semanas de edad. Este descubrimiento es muy llamativo porque el virus del moquillo suele causar una muerte bastante rápida, durante las tres primeras semanas después del contagio, y el perro sobrevivió 4-5 semanas más de lo que habría sido normal. El hecho de que el perro no supusiera ninguna ventaja para sus amos durante el periodo en el que estaba enfermo y que aun así lo mantuvieran y llegaran a enterrarse con él nos indica que, además de asistirlo, posiblemente tenían vínculos afectivos que les unían al animal.

En cualquier caso, es evidente que en la actualidad mantenemos con los perros lazos de confianza y emocionales. Este es un fenómeno fácil de ver entre individuos de una misma especie –por ejemplo, entre una madre y su hijo–, pero muy poco frecuente entre individuos de especies distintas. De hecho, parece que el caso del perro y el ser humano es el único que existe.

Las razas del perro

Los perros siempre han sido muy útiles en nuestra sociedad en un gran número de papeles: pastores, guardianes, cazadores, rescatadores, compañeros etc. Dependiendo de su función, han sido seleccionados para tener las características que les permitieran hacer mejor su trabajo. Por ejemplo, los perros ganaderos son muy grandes, fuertes y con los músculos marcados porque a lo largo de generaciones los seres humanos han seleccionado a este tipo de individuos para que sean capaces de guardar el ganado y protegerlo de los depredadores.

Esta selección artificial es la responsable de que los perros sean tan distintos en su pelaje, tamaño y habilidades. No obstante, las razas de perro se diferencian mucho en su aspecto físico y poco en su genoma, ya que los rasgos físicos son solamente el resultado de pocos genes.

Aunque la domesticación empezó hace miles de años, la formación de las razas modernas tuvo lugar en el siglo XIX. Durante esta época, las personas aficionadas a los perros comenzaron a criarlos de acuerdo con un estándar de linaje, aspecto y comportamiento, y a fomentar de este modo las características que más les interesaban en cada caso. Así, en 1873 se creó en Londres el English Kennel Club, el primer club de razas de perros. Hoy, su homólogo estadounidense, el American Kennel Club, reconoce 193 razas, cada cual con sus propias características, temperamento y morfología.

Perros Moscú

Los perros callejeros en Moscú se parecen mucho debido al intercambio genético y a la pérdida de la selección artificial. / Andrey, Wikipedia.

Pero si dejáramos que todas las razas se entrecruzaran durante un periodo de tiempo las veríamos desparecer. Debido al intercambio genético, tendríamos solamente una raza de perro, en lugar de todas las que vemos hoy. Como ejemplo, los perros callejeros en Moscú, que han estado viviendo en las calles durante más de 150 años, sin las restricciones de la selección artificial. Sus acervos génicos se han mezclado rápidamente, lo que ha dado lugar a una única ‘raza’ de perro. Esto quiere decir, que somos los humanos los que mantenemos la separación de las razas evitando que se entrecrucen. Es nuestra especie la que mantiene y controla los rasgos y las características de los perros.

 

* Tessa Lynn Nester es investigadora predoctoral en el Museo Nacional de Ciencias Naturales del CSIC. Este texto es una reelaboración del artículo Mastín italiano vs yorkshire terrier. ¿Son la misma especie?, publicado en la revista Naturalmente.

Islam e islamismo: distinguir conceptos y deshacer tópicos

Cristina de la Puente (CSIC)*

La mayoría de lectores de este blog perteneceréis a países occidentales y es probable que pocos estéis familiarizados con el islam. En la Unión Europea, los musulmanes son minoría, aunque una minoría significativa: un 3,12%, lo que supone 15 millones de personas. Sin embargo, el reparto es desigual y hay naciones donde se duplica ese porcentaje: un 6% en Francia y Bélgica, y un 4% en Alemania, por ejemplo.

En 2017, en España se calculaba que había 3,6% de musulmanes. Pero su reparto regional también era desigual, porque, dejando al margen Ceuta y Melilla, donde el porcentaje es muy elevado, la mayoría vive en Cataluña, cuya población musulmana alcanza el 6,9% del total, el 11,1% en la provincia de Gerona. Por consiguiente, no es extraño que exista confusión con ciertos términos que son necesarios para comprender el mundo islámico, para interpretar la información que nos llega al respecto, así como para deshacer tópicos. Para empezar, islam no es islamismo y árabe no es sinónimo de musulmán.

Musulmanas leyendo el Corán en una mezquita durante el Ramadán. / Rawpixel Freepik

Musulmanas leyendo el Corán en una mezquita durante el Ramadán. / Rawpixel Freepik

El islam es una religión y por extensión una cultura y, por tanto, existen numerosas maneras de aproximarse a ella. Quien profesa esta religión es un musulmán (islam sí que es sinónimo de religión musulmana). En la actualidad, hay más de 1.500 millones de musulmanes en el mundo, una cifra que sigue creciendo debido a la alta natalidad en los países de mayoría musulmana y porque el islam es una religión proselitista (en este sentido, las musulmanas no pueden casarse con no musulmanes, lo cual en principio garantiza que su descendencia permanezca siempre en el seno del islam, y los varones pueden hacerlo, pero sus hijos serán siempre considerados musulmanes).

Nos referimos a este grupo de países de mayoría musulmana como mundo islámico, que abarca todo el norte de África, una parte importante del África subsahariana, el Oriente Próximo y grandes zonas de Asia central, un territorio extenso de población muy numerosa del subcontinente indio, así como los archipiélagos indonesio y malayo. En Europa, es ligeramente mayoritario en Albania y en Bosnia Herzegovina (52% en ambos territorios).

Por otra parte, el término mundo árabe alude al conjunto de países donde el idioma árabe es mayoritario y oficial, los cuales constituyen la Liga Árabe. Todas estas naciones, aunque de mayoría musulmana, poseen población autóctona perteneciente a otras religiones, como el Líbano, donde el 50% de la población es cristiana. Sin embargo, en España hay una tendencia a asociar musulmán exclusivamente con árabe por diversos motivos: porque el islam nace en Arabia, por la razón de nuestra proximidad geográfica con el mundo árabe y, sobre todo, a causa de nuestra propia historia, pues durante muchos siglos una parte de la península ibérica estuvo arabizada e islamizada. En definitiva, árabe no es sinónimo de musulmán porque hay minorías árabes cristianas y judías y, sobre todo, porque los árabes suman 350 millones aproximadamente y esa cifra solo representa un 22% de la población musulmana total en el mundo.

Otro término que merece especial atención es el de la islamología o estudios islámicos. Esta disciplina permite conocer el mundo islámico de forma profunda y cada vez más rigurosa. Lo lleva haciendo desde finales del siglo XVIII a través de metodologías y herramientas, como la filología, es decir, la lectura científica de los textos en sus lenguas originales, en este caso, árabe, persa, turco, urdu, etc., que facilita su progresivo conocimiento, interpretación y contextualización de los hechos. Esos textos muestran que no existe un único islam, un único credo, ni una única explicación, sino una religión con unas características básicas y comunes, con múltiples puntos de vista, y que ha evolucionado a lo largo de los siglos.

Ni si quiera el Corán, el libro sagrado que contiene la revelación divina, es inmutable a la hora de ser interpretado. Por ejemplo, la esclavitud está presente y parcialmente regulada en el Corán y fue abolida en casi todos los países de mayoría musulmana sin que se haya levantado ninguna voz a favor de su restauración. Otro ejemplo de actualidad es el del hiyab, “velo”. Esta palabra aparece en el Corán, pero no hay una doctrina concreta sobre la vestimenta de los y las musulmanas. La forma de vestir se ha interpretado de mil formas distintas, que oscilan desde considerar que hay que vestir de manera púdica y honesta, pero no es necesario cubrirse la cabeza, hasta creer que solo han de dejarse los ojos al descubierto, o ni siquiera eso.

Al-Masjid an-Nabawi (la Mezquita del Profeta), en Arabia Saludita. / Pixabay

Al-Masjid an-Nabawi (la Mezquita del Profeta), en Arabia Saudita. / Pixabay

Islamismo. Más allá del islam

Solemos meter en el mismo saco los términos islam e islamismo. Pero no son lo mismo. Aunque en español el nombre de las demás religiones acabe en “ismo” -cristianismo, budismo, judaísmo, etc.-, es incorrecto llamar islamismo al islam. De igual forma, quien practica esta religión no es un islamista, sino un musulmán, como ya hemos visto. Tampoco se denomina islamista a quien dedica su vida al estudio del islam, pues ese es un islamólogo. Por otro lado, también es incorrecto llamar a los musulmanes mahometanos porque mientras que los cristianos siguen a Cristo, a quien consideran la encarnación de Dios, y creen en él, los musulmanes no siguen a Mahoma, pues para ellos este es solo un hombre elegido por Dios para transmitir su revelación. Le admiran, pero no le adoran.

Islamismo se refiere a aquellas doctrinas que consideran que el islam no es solo una religión, sino que debe estar presente en la esfera privada y también en todas las instituciones, y debe ser la guía primera que rija su convivencia y sus normas, así como el fundamento de la jurisprudencia de los países musulmanes. Islamistas son, entonces, quienes defienden el islamismo, quienes desean la implantación del islam y la Ley Islámica, “sharía”, en todas las estructuras del Estado, públicas y privadas.

Mapa de países y su utilización de la sharía: en morado, sharía estatal; en verde, los países miembros de la Organización para la Cooperación Islámica que no tienen la sharía como base de su sistema judicial; naranja, sharía a nivel regional; amarillo, sharía como ley familiar. / Wikipedia

Mapa de países y su utilización de la sharía: en morado, sharía estatal; en verde, los países miembros de la Organización para la Cooperación Islámica que no tienen la sharía como base de su sistema judicial; naranja, sharía a nivel regional; amarillo, sharía como ley familiar. / Wikipedia

Cabe señalar, finalmente, que la ideología islamista es numéricamente muy minoritaria en el mundo islámico, aunque la repercusión de sus acciones haya sido y sea hoy enorme. También es necesario reiterar que hay muchos credos dentro del islam y dentro del islamismo. En este último caso, hay una gran variedad de movimientos que sostienen no solo ideas muy distintas, sino a veces muy enfrentadas entre sí.

* Cristina de la Puente es investigadora en el Instituto de Lenguas y Culturas del Mediterráneo y Oriente Próximo del CSIC y autora del libro ‘Islam e islamismo (CSIC-Catarata) de la colección ¿Qué sabemos de?

Tres teorías para explicar el origen de la asimetría en los seres vivos

Por Luis Gómez- Hortigüela (CSIC) *

La quiralidad es la propiedad que tienen ciertos objetos de no ser superponibles con su imagen especular. Así, cada una de las imágenes especulares constituyen entidades diferentes. El mundo que nos rodea está lleno de objetos quirales, como el clásico ejemplo de nuestras manos (la izquierda se convertirá en la derecha si la ponemos frente a un espejo), u objetos que posean ejes helicoidales, como tornillos o escaleras de caracol.

La trascendencia más fundamental de la quiralidad tiene lugar en el nanomundo de las moléculas, en particular en las que conforman el funcionamiento de los seres vivos. Esto es así porque, ya desde su más remoto origen, la vida decidió funcionar de manera asimétrica, empleando compuestos quirales para construir las biomoléculas funcionales: aminoácidos para formar proteínas y azúcares para los ácidos nucleicos. En una entrada anterior, ya hablábamos de la asimetría como una propiedad esencial para la vida. Por alguna misteriosa razón, de las dos posibles formas especulares de estos compuestos quirales, la vida decidió comenzar su andadura empleando exclusivamente la forma zurda (L) de los aminoácidos y la forma diestra (D) de los azúcares, fenómeno que se conoce como homoquiralidad.

El pez platija con su extravagante asimetría en la posición de los ojos es un claro ejemplo de quiralidad.

A su vez, consciente de su eficiencia, la evolución trasmitió esta caprichosa selección quiral a todos los seres vivos, al menos en lo que concierne a nuestro planeta. Ahora bien, una vida imagen especular de la existente, con aminoácidos diestros y azúcares zurdos, en principio debería ser igualmente viable. ¿Por qué entonces la naturaleza se decantó por la vida basada en L-aminoácidos y D-azúcares? ¿Fue fruto de una mera casualidad o existe un imperativo cósmico detrás? ¿Podría existir vida imagen especular de la nuestra en otros planetas? Hasta el momento, hay tres posibles teorías que responden esta cuestión.

La homoquiralidad surgió por azar

Al ser las dos formas especulares (enantiómeros) de compuestos quirales igualmente estables, en principio existen en igual proporción (50% de cada uno). La senda hacia la homoquiralidad requiere el establecimiento de ciertos desequilibrios enantioméricos primigenios, una ruptura inicial de esa simetría del 50% que pueda derivar por diversos mecanismos de amplificación hacia la exclusividad quiral requerida para traspasar la barrera de la materia inerte a la viva. Un primer agente que podría haber generado esos desequilibrios es el propio azar.

Imaginemos que lanzamos una moneda al aire 100 veces; la estadística predice que lo más probable es que obtengamos 50 caras y 50 cruces. Sin embargo, si realizamos el experimento varias veces, es muy posible que en alguna ocasión obtengamos 49 caras y 51 cruces (o viceversa), lo que da lugar a una ruptura de la simetría. De manera similar, pequeños desequilibrios estocásticos en la proporción de uno y otro enantiómero de biomoléculas quirales en el caldo prebiótico habrían generado un germen de asimetría que habría derivado en la homoquiralidad. De ser este el mecanismo, la vida terrestre basada en L-aminoácidos y D-azúcares constituiría un mero accidente congelado fruto de un azaroso desequilibrio primigenio, condenado a la eternidad por la selección natural y las ventajas bioquímicas de la homoquiralidad. Esta selección quiral, por tanto, no sería imperativa en el universo, sino que podría encontrarse vida imagen especular en otros rincones del mismo.

El Hibiscus hawaiano, es quiral: los pétalos se montan unos sobre otros de manera helicoidal. / Wikipedia

Imperativo cósmico

No obstante, Einstein encontraba poco espacio en el universo para el azar: “Dios no juega a los dados con el universo” (o en este caso, la selección natural a través de la evolución química). Así, también se han propuesto mecanismos deterministas, donde ciertas influencias asimétricas debieron concurrir para generar esa ruptura inicial de simetría, lo que establecería una causa última para la selección quiral de la vida.

La primera de las teorías deterministas está relacionada con la naturaleza íntima de la materia. Uno de los más desconcertantes descubrimientos científicos del siglo XX fue la llamada caída de la paridad, que se deriva del hecho de que las partículas que conforman nuestro universo de materia son asimétricas. En palabras de Asimov, que el electrón es zurdo (su reverso de antimateria, el positrón, sería su análogo diestro).

Nuestro universo está constituido por partículas de materia, como el electrón, y por tanto es asimétrico. Esta asimetría es debida a un desequilibrio inicial, cuyas causas aún se desconocen, entre la cantidad de materia y antimateria tras el Big Bang, que hizo que la primera prevaleciera en su épica batalla ancestral contra la antimateria, conformando así nuestro universo.

Tal asimetría de la materia que configura las moléculas de nuestro universo implica que existe una ínfima diferencia de estabilidad entre los enantiómeros L y D de los aminoácidos construidos a base de materia, lo cual podría proporcionar la causa para un desequilibrio inicial. De hecho, estudios teóricos sugirieron una ligerísima mayor estabilidad para los L-aminoácidos y los D-azúcares, coincidente con la selección quiral de la vida. Sin embargo, las diferencias de energía calculadas eran extremadamente pequeñas y controvertidas. Así, por muy eficientes mecanismos de amplificación que existieran, resulta difícil predecir que tales mínimos desequilibrios condujeran a la homoquiralidad de la vida. En todo caso, si este fuera el origen, la quiralidad estaría impresa en los mismos entresijos de la materia, y por tanto cualquier vida en nuestro universo de materia debería reflejar la misma selección quiral que la terrestre.

La espiral de las conchas de caracol giran invariablemente hacia la derecha, una muestra de la quiralidad en esta especie.

Origen extraterrestre

En 1969, la llegada de un inesperado visitante en forma de meteorito a Murchison (Australia) proporcionó una nueva pista para otro posible mecanismo de ruptura de simetría quiral. El célebre meteorito contenía aminoácidos de origen extraterrestre. Sorprendentemente, se observaron ciertos desequilibrios enantioméricos en dichos aminoácidos, lo que sugería la provocativa idea de un germen de quiralidad exógeno, forjado en algún rincón del universo donde pudieran darse condiciones que no serían posibles en la Tierra. De esta manera, el desequilibrio quiral inicial habría alcanzado nuestro planeta a bordo de meteoritos.

Para estudiar esta sugerente posibilidad, la Agencia Espacial Europea envió en 2004 la sonda Rosetta al cometa 64P-Churiumov Guerasimenko para analizar in situ la existencia de desequilibrios enantiómericos en compuestos quirales de interés para el origen de la vida, si bien azares del destino impidieron llegar a conclusiones definitivas. En este caso, no existiría una quiralidad universal, sino que su origen sería local asociado a una región particular del universo, y podría por tanto existir vida imagen especular en otros planetas de otras regiones estelares.

Sea como fuere, resulta sobrecogedor pensar que el código quiral que describe la asimetría de la vida pudiera proceder en último término de algún lejano rincón del universo bañado por la luz asimétrica de una estrella de neutrones durante la llamada era química, o bien de lo más recóndito de la existencia, en el más insondable periodo posterior al Big-Bang, cuando la materia venció en su decisiva batalla contra la antimateria durante la era cósmica, salvándose de su desintegración absoluta y permitiendo la formación de las galaxias y el desarrollo de la era biológica que condujo, de la mano de la evolución, a nuestra propia existencia para admirar la asimétrica belleza del Universo… ¿O no fue más que una mera casualidad?

Luis Gómez-Hortigüela es investigador del Instituto de Catálisis y Petroleoquímica del CSIC y autor del libro ‘La quiralidad’ (CSIC-Catarata) de la colección ¿Qué sabemos de?

Apúntate a la Semana de la Ciencia del CSIC: hay más de 140 actividades para elegir… y muchas son online

Por Mar Gulis (CSIC)

¿Te interesa saber cómo ventilar una habitación para reducir el riesgo de contagiarse de coronavirus? ¿Quieres descubrir cómo las matemáticas están cambiando a los robots? ¿Te animas a participar en un escape room ambientado en un agujero negro, de donde ni siquiera la luz puede salir? Propuestas como estas forman parte de la programación del CSIC para la Semana de la Ciencia y la Tecnología: más de 140 actividades gratuitas, algunas presenciales y otras virtuales, que se desarrollarán a lo largo de noviembre en 12 comunidades autónomas (Andalucía, Aragón, Asturias, Canarias, Cantabria, Castilla y León, Cataluña, Comunidad Valenciana, Galicia, Islas Baleares, Madrid y País Vasco).

SCT en el IEM-CSIC

Taller escolar en el Instituto de Estructura de la Materia durante la Semana de la Ciencia de 2019. / Sandra Diez (CSIC)

En la web www.semanadelaciencia.csic.es encontrarás todas las iniciativas del CSIC para este gran evento de divulgación y podrás informarte de cómo inscribirte en las que más te interesen; pero, atención:  todavía estamos ultimando los preparativos, así que en los próximos días iremos añadiendo nuevas propuestas. ¿Quieres conocer algunas de ellas? Te las contamos a continuación.

Lo que sabemos (hasta ahora) sobre la pandemia

Como es lógico, la pandemia provocada por el SARS-CoV-2 se dejará notar en el contenido de esta Semana de la Ciencia. El estado de desarrollo de las vacunas españolas, las pruebas PCR, o los mecanismos moleculares, celulares y epidemiológicos que contribuyen a la propagación del patógeno serán el eje de varias conferencias que, de forma presencial o virtual, impartirán especialistas del Centro de Investigaciones Biológicas Margarita Salas, el Centro de Biología Molecular Severo Ochoa o el Centro Nacional de Biotecnología.

Otras propuestas abordarán la epidemia desde un enfoque multidisciplinar. Es el caso de dos actividades virtuales del Instituto de Diagnóstico Ambiental y Estudios del Agua: la charla Daños colaterales de la COVID-19: la pandemia del plástico, sobre el aumento en el consumo de este material que ha supuesto la crisis del coronavirus, y el taller Aprende a medir la ventilación de un espacio cerrado, que aportará pautas para reducir el riesgo de contagio. Por su parte el debate presencial Biodiversidad y zoonosis, que tendrá lugar en el Real Jardín Botánico, se centrará en cómo una naturaleza sana puede evitar que nuevos virus salten de los animales a los seres humanos.

Eventos online para todos los públicos

Además, el coronavirus ha traído consigo algunos cambios en el formato de las actividades y muchas se llevarán a cabo de manera virtual, para que cualquiera pueda participar desde casa. Entre ellas figuran un escape room del Instituto de Física de Cantabria, en el que el objetivo será evadirse de donde ninguna partícula logra hacerlo: un agujero negro, o la gymkhana sobre la luz que todos los años organiza el Instituto de Óptica, y que en esta edición se traslada a Youtube. Así mismo, el taller (R)Evoluciona la vida de los océanos del Instituto de Biología Evolutiva desafiará al público a diseñar una nueva especie marina adaptada al calentamiento de los océanos y al aumento de microplásticos en sus aguas.

SCT 2019 en el Instituto de Biologia Funcional y Genomica de Salamanca

Visita al Instituto de Biología Funcional y Genómica de Salamanca durante la pasada edición de la Semana de la Ciencia. / CSIC

Entre las propuestas virtuales no faltan tampoco las dirigidas a niños y niñas. La Delegación del CSIC en las Islas Baleares invita al alumnado de primaria a divertirse y aprender con el juego ¿Qué hacen los científicos y científicas?, unKahoot’ sobre plantas, animales, océanos y el mismo planeta Tierra. Mientras, el Centro de Investigación y Desarrollo Pascual Vila ofrece dos talleres especialmente dirigidos a niñas de 6 a 12 años en el marco de la actividad Las chicas son de ciencias (CSIC4Girls): uno sobre contaminación atmosférica y otro en el que las participantes tendrán que valerse de la química para fabricar camisetas. Otra actividad online para escolares será el concurso de dibujo de la Misión Biológica de Galicia ¿Pueden enfermar las plantas?, abierto a alumnado de primaria de toda España.

Para ESO y Bachillerato también hay planeadas actividades en la red, como una charla sobre el papel de los pingüinos en el funcionamiento ecológico de la Antártida, que podrá verse en el canal de Youtube del Instituto de Ciencias Marinas de Andalucía, o la jornada Acercando los Objetivos de Desarrollo Sostenible a las aulas, en la que científicos y científicas del Instituto de Productos Naturales y Agrobiología presentarán sus investigaciones. Lo harán desde la perspectiva de los retos planteados en la Agenda 2030 de la ONU y tratarán temas como las especies invasoras en Canarias, las vacunas, el cambio climático o la seguridad alimentaria.

Las propuestas virtuales no acaban aquí. El canal de Youtube del Instituto de Física Teórica, que cuenta con más de medio millón de suscripciones, emitirá dos directos: uno sobre lo ‘infinitamente’ pequeño, como la física cuántica o el bosón de Higgs, y otro sobre lo ‘infinitamente’ grande, como el origen y el futuro del universo, la energía oscura o las ondas gravitacionales. También habrá charlas para todos los públicos, como las organizadas por el Instituto de Ciencia y Tecnología del Carbono sobre nanotecnología y energías renovables, o las tituladas Matemáticas y robótica, del Instituto de Ciencias Matemáticas, ¿Qué hay de cierto en que se puedan cultivar patatas en Marte?, del Centro de Investigaciones Biológicas Margarita Salas, o Verdades y mentiras de la física cuántica, del Instituto de Física Fundamental. Además, será posible visitar virtualmente varios centros de investigación, como el Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Salamanca. En este caso las ideas que la célebre bióloga Rachel Carson transmitió a través de su libro Primavera silenciosa servirán de hilo conductor para hablar de los proyectos que se llevan a cabo en el centro.

Eventos presenciales en tu comunidad autónoma

Visitas a laboratorios, rutas científicas, conferencias danzadas: la Semana de la Ciencia del CSIC sigue contando con un gran número de actividades presenciales. Todas ellas se llevarán a cabo de forma segura, para lo cual se han reducido los aforos habituales y se han establecido medidas de higiene y desinfección especiales. Además, será imprescindible la inscripción previa, lo que permitirá comunicar al público asistente cualquier cambio en la programación motivado por la situación sanitaria. Si esta Semana de la Ciencia te apetece salir de casa, aquí tienes algunos de los eventos que se desarrollarán en tu comunidad autónoma.

SCT 2019 en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos y Nutrición

Taller del Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos y Nutrición en la anterior edición de la Semana de la Ciencia. / CSIC

En Andalucía, el Museo Casa de la Ciencia de Sevilla te invita a asistir a varias de sus actividades. Una de ellas es el taller Buscando vida en el universo, en el que personal del Centro de Astrobiología explicará, a través de vistosas demostraciones, cómo se extrae el ADN, cómo se han formado los cráteres lunares y por qué no hay agua líquida en Marte. Y si vives en Aragón, la Estación Experimental Aula Dei, el Instituto Pirenaico de Ecología y el Instituto de Carboquímica te animan a acudir a sus jornadas de puertas abiertas.

Los eventos virtuales predominan en Cataluña. Sin embargo, en esta comunidad no faltarán los cursos de formación para el profesorado, como el que ofrece el Instituto de Biología Evolutiva, ni los talleres presenciales para escolares. Es el caso de LabEnClass: La energía del futuro, en el que el Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona presentará sus investigaciones relacionadas con la energía a través de varios experimentos.

En la Comunidad Valenciana la Casa de la Ciencia de Valencia organizará charlas y debates con personal investigador, y en Galicia la Delegación del CSIC presentará Ciencia que alimenta, una obra de teatro sin comunicación verbal que busca despertar el interés por la ciencia en el público de todas las edades. Además, las niñas y los niños de esta comunidad podrán diseñar su propio escudo familiar en un taller del Instituto de Estudios Gallegos Padre Sarmiento para acercarse de forma divertida y amena al mundo de la heráldica.

Ya en Madrid, será posible asistir a una conferencia bailada sobre danza contemporánea en el Instituto de Historia y a un gran número de talleres presenciales, en los que el público de todas las edades tendrá la oportunidad de descubrir si las moscas tienen olfato (Instituto Cajal), si se puede congelar agua a temperatura ambiente (Instituto Cajal) o cuánta vida hay en un ecosistema urbano (Real Jardín Botánico). Además, quien quiera estar al aire libre podrá sumarse a alguna de nuestras rutas científicas, como la que propone el Centro de Ciencias Humanas y Sociales por la historia de la Plaza Mayor, la Puerta del Sol o el Madrid de la Guerra Civil.

Por último, en el País Vasco podrás explorar las escalas macro, micro y nanoscópica por medio de lupas y de un microscopio fabricado con tus propias manos en el taller familiar Escala tu mundo, organizado por el Centro de Física de Materiales (San Sebastián).

Como ves, no faltan opciones, pero no te preocupes si ahora mismo no sabes cuál elegir. En la web de la Semana de la Ciencia del CSIC  puedes encontrar la actividad que más te interese buscando por diferentes criterios, como la comunidad autónoma en la que vives, el formato del evento o el tipo de público al que va dirigido (general o alumnado educación, infantil, primaria, secundaria o universidad). Eso sí, cuando lo tengas claro date prisa para inscribirte, porque otros años el aforo se ha cubierto rápido y en esta edición la pandemia ha hecho necesario reducirlo más. ¡Te esperamos!

Computación neuromórfica: el salto de la inteligencia artificial a la inteligencia natural de las máquinas

Por Óscar Herreras (CSIC)*

Todos hemos oído hablar de la inteligencia artificial (IA) y de cómo poco a poco se expande a todos los sectores sociales, desde el control de calidad en cadenas de montaje o la regulación del tráfico en una gran ciudad, hasta el diagnóstico de patologías médicas o la producción de obras artístico-culturales, por muy estrafalarias que nos puedan parecer. No se nos escapa que el término “artificial” implica que las capacidades de una IA están construidas a partir de elementos manufacturados por el ser humano. Pero, ¿y el término “inteligencia”? Sin entrar en el inacabable (y divertido) debate de qué es o qué entendemos por inteligencia, es curiosa la sucesión de manifestaciones desde muchos ámbitos que niegan a las máquinas y dispositivos con IA, incluso futuras, una identidad equivalente a la de una persona. Conste que, como animal limitado que soy, comparto algunos de los temores y reservas detrás de esta actitud negacionista.

No obstante, ¿y si pudiéramos diseñar y construir dispositivos que ‘funcionen’ con una inteligencia inequívocamente natural? ¿Nos atreveríamos a decir entonces que estos dispositivos solo emulan las capacidades del intelecto humano? ¿Es posible replicar en un dispositivo artificial la intricada estructura de los circuitos cerebrales que hacen posible las capacidades cognitivas de los animales? Repasemos las claves que la neurociencia ha encontrado en las últimas décadas para explicar esto.

En primer lugar, al contrario que en un cerebro electrónico estándar, en el que la información se almacena en unidades independientes del procesador (discos, ‘la nube’, etc), los animales guardamos la información relevante obtenida en nuestra experiencia diaria alterando los circuitos cerebrales. A este proceso lo denominamos plasticidad neuronal, como detallábamos en esta otra entrada del blog. Así, las conexiones entre los miles de millones de neuronas que forman los circuitos corticales no son permanentes, pues se modifican cuando ocurren determinados patrones de actividad eléctrica generados por la experiencia sensorial o cognitiva. No tenemos unidades separadas de almacén y procesamiento, los circuitos en sí mismos son ambas cosas a la vez. Circuito diferente, persona diferente.

Esta es la teoría. Pero, ¿cómo la llevamos a la práctica en una máquina? Aquí viene otra clave fundamental. En los animales, la modificación de circuitos consiste en establecer nuevos contactos (nuevas sinapsis) o cambiar la fuerza de los ya existentes. Esto nos permite incorporar nuevos datos a, por ejemplo, asociaciones de objetos o conceptos (ideas) que ya tuviéramos, o establecer otras nuevas. La neurociencia ha confirmado estas propiedades repetidamente y ya se pueden replicar en el laboratorio. Muchos ya pensamos que estas claves son suficientes para explicar todas las capacidades cognitivas del cerebro de los mamíferos: la memoria, la imaginación, la lógica, la planificación, etc. Ahora bien, ¿están presentes estas características en los dispositivos actuales de IA?

A lo largo de la historia de la cibernética, los ingenieros sagazmente han puesto un ojo en los descubrimientos neurocientíficos, hasta el punto de que sus principales hitos han surgido tras replicar algún nuevo hallazgo sobre la estructura o el funcionamiento del sistema nervioso: no es mala idea tratar de emular la “máquina” pensante más compleja y potente. Lo cierto es que, al menos en el plano conceptual, existe un fuerte paralelismo entre la manera en la que un cerebro y un dispositivo IA aprenden: ambos cambian algunos de sus elementos para almacenar información o resolver un problema. La diferencia, como esbozaba antes, estriba en que en una IA los circuitos electrónicos impresos que unen sus partes no varían, la información no está en sus conexiones, se guardan en una lista (software) de una unidad separada. Vemos que la solución biológica es mucho más eficiente, la propia estructura cambiante de los circuitos nerviosos contiene tanto nuestra historia vital como nuestras capacidades.

Para emular esta extraordinaria solución biológica, en el programa Europeo de Investigación Human Brain Project (HBP), en el que participan decenas de grupos experimentales y teóricos de diferentes países, existen varios subproyectos que desarrollan lo que se denomina computación neuromórfica. En pocas palabras, están desarrollando ordenadores con una arquitectura de circuitos mutable. Los datos nuevos o las capacidades nuevas no se guardan en forma de unos y ceros en una unidad separada, sino en el propio mapa de conexiones. Estos ordenadores cambian la conectividad de sus circuitos a medida que aprenden a ejecutar eficientemente una tarea, y lo curioso es que el número de cambios puede ser tal que averiguar cuál es su mapa de conexiones después del aprendizaje plantea ya los mismos problemas a un investigador que un cerebro real. Esos cambios en el aprendizaje son tantos y tan complejos que mantener un listado de las nuevas conexiones sería ineficiente a medida que aumente el tamaño y las tareas de estos computadores neuromórficos.

Materiales con memoria

La capacidad de aprender que nos proporciona la plasticidad de las sinapsis no ha sido fácil de emular en los contactos eléctricos de un circuito impreso. Hemos tenido que esperar a la aparición en la década pasada de materiales con propiedades eléctricas extraordinarias para dar solución al último gran problema. Estos materiales, como el dióxido de titanio, pueden variar su resistencia eléctrica dependiendo de la corriente que ha pasado por ellos anteriormente. Se les denomina memristores (resistencias con memoria), y regulan la cantidad de corriente que dejan pasar dependiendo de su historia previa, esto es, de la corriente que ya circuló por ellos en el pasado, replicando fielmente el papel y funcionamiento de las sinapsis cambiantes entre neuronas. Ya no es necesario mantener los cambios (la experiencia) en una unidad separada. Recuerden, no se pierde la unidad de almacén de información, el circuito es la información.

La prueba de concepto ya ha sido publicada recientemente en la revista Scientific Reports En este artículo, el equipo investigador ha sido capaz de realizar conexiones entre una neurona electrónica y una neurona real utilizando dos de estas sinapsis de dióxido de titanio capaces de aprender. Ya no es necesario guardar los cambios en ninguna parte, todo es estructura cambiante, como en un cerebro real. En ordenadores neuromórficos con sinapsis variables todo es artificial menos, quizá, su funcionamiento. ¿Podemos decir que este tipo de ordenadores ha dado el salto de una IA a una inteligencia natural (IN)? Las diferencias entre la tecnología y la biología ciertamente se estrechan. A estas alturas, yo no sabría decir si el cerebro ‘piensa’ como una máquina o la máquina lo hace como un cerebro

* Óscar Herreras es investigador del Instituto Cajal del CSIC.