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Diez libros de divulgación para una Navidad de ciencia

20 de diciembre de 2022

Por Mar Gulis (CSIC)

Seguro que a estas alturas la lista de regalos y la de cosas que debes meter en la maleta navideña rondan tu cabeza o están apuntadas en algún cuaderno de notas. Te proponemos diez títulos de divulgación de la colección ¿Qué sabemos de? editada por el CSIC y Catarata para que estas fiestas puedas disfrutar y regalar lecturas sobre la ciencia y la tecnología que nos rodean.

Comenzamos con robots. Este término apareció por primera vez en una obra de teatro. El dramaturgo checo Karel Capek escribió en 1920 Robots Universales Rossum, RUR, una pieza en la que la compañía RUR fabrica replicantes de seres humanos con el fin de generar mano de obra barata y sumisa. Cuatro décadas más tarde se fundó en Estados Unidos la primera compañía de robótica, que instaló el primer robot industrial en una fábrica de General Motors. Ahora, la robótica interviene en múltiples ámbitos de nuestra vida y los robots se han convertido en sistemas móviles autónomos capaces de desenvolverse por sí mismos en diferentes entornos. “Nos encontramos en la era de los robots al servicio del ser humano, por eso es importante entender cómo funcionan y saber qué podemos esperar de ellos”, afirma la investigadora del CSIC Elena García Armada. La experta en robótica y creadora del primer exoesqueleto pediátrico ha escrito Los robots y sus capacidades (CSIC-Catarata), un texto que explica la morfología, los componentes y las habilidades de estos ingenios. Además, la publicación responde a cuestiones como si los robots son realmente inteligentes o si los seres humanos estamos preparados para confiar en ellos.

¡Atención: ultraprocesados!

Bollería, refrescos, roscones y un sinfín de dulces navideños industriales llenan las estanterías de cualquier supermercado ocupando más espacio que alimentos frescos como frutas, verduras, carne o pescado. En el último medio siglo hemos visto un crecimiento explosivo en la fabricación y el consumo de alimentos ultraprocesados. Estos productos que parecen llamarnos a gritos desde los lineales de las tiendas alimentación pueden tener consecuencias negativas para nuestra salud si abusamos de su consumo. ¿Cuál es la evidencia científica al respecto? ¿Qué tienen esas galletas o esas salchichas que no podemos parar de comer? Javier Sánchez Perona, investigador del CSIC en el Instituto de la Grasa, responde a estas cuestiones en el libro Los alimentos ultraprocesados (CSIC-Catarata). El autor explica la composición de estos productos, cómo llegaron a nuestra mesa, qué relación tienen con las altas tasas de sobrepeso y obesidad de la población adulta e infantil y qué medidas públicas e individuales se pueden adoptar para reducir su consumo.

El complejo mundo de las vacunas

En 1796, Edward Jenner, un médico rural que trabajaba en el sur de Inglaterra, descubrió que las pústulas de la viruela de las vacas podían proteger a los humanos de la viruela. En aquellos momentos no se sabía lo que era un virus ni cómo el sistema inmunitario nos protegía de los agentes infecciosos, pero ese fue el comienzo del desarrollo de la primera vacuna. A partir de aquí se inicia una historia épica de investigación, esfuerzo y perseverancia basada en el trabajo de la comunidad científica para combatir microorganismos causantes de enfermedades infecciosas; una historia que ya ha alcanzado grandes logros, pero que aún tiene muchos retos en el horizonte. Las investigadoras del CSIC Mercedes Jiménez, Nuria E. Campillo y Matilde Cañelles dan cuenta de este proceso en constante evolución y condensan en el libro Las vacunas (CSIC-Catarata) el conocimiento que existe sobre el método preventivo más eficaz contra enfermedades presentes en la actualidad.

Riadas, robos o ciberataques: ¿cómo gestionar el riesgo?

Los riesgos son parte de nuestra vida. Una epidemia, un robo en nuestro domicilio, un incendio forestal o un ciberataque representan algunas de las amenazas a las que las sociedades modernas deben hacer frente. Los investigadores del CSIC David Ríos y Roi Naveiro presentan en el libro Análisis de riesgos distintas metodologías para abordar el análisis y la gestión de estos eventos adversos. Se trata de una disciplina poco conocida, pero imprescindible en la actualidad. “Existe una inadecuada gestión de riesgos tanto a nivel individual como social, lo que se agrava por la falta de formación sólida en probabilidad y estadística en la mayoría de la población. Nuestro texto explica de forma sencilla los ingredientes fundamentales de este ámbito de estudio y las herramientas básicas que existen para desarrollarlo”, comentan los autores.

Hay un enorme potencial del análisis de riesgo aplicado al ámbito social para beneficio de administraciones y organizaciones no gubernamentales. / CSIC-Catarata

La salud de nuestro planeta

“La Tierra necesita un tratamiento médico que revierta sus problemas y los seres humanos, que somos los pacientes, también tenemos que hacer de médicos”. Con este contundente mensaje comienza el texto que han escrito los investigadores Fernando Valladares y Adrián Escudero junto con la periodista especializada en medioambiente Xiomara Cantera. La salud planetaria (CSIC-Catarata) no es un libro más sobre ecología. Es una mirada al pasado y al presente del lugar donde habitamos que explica cómo hemos llegado a una situación cercana al colapso y que propone argumentos y estrategias para cambiar esta deriva, poniendo en el centro el medioambiente y la idea de que solo existe una única salud global, que incluye a todos los organismos.

La contaminación del aire reduce la esperanza de vida a nivel mundial en una escala mayor que el sida. / CSIC-Catarata

¿Para qué tantas luces?

Miremos hacia donde miremos, en estas fechas nos acompañan cientos, miles de bombillas de todos los colores. Una luminosidad, a veces cegadora, que no tiene buenas consecuencias para nosotros, ni para nuestros ecosistemas. La luz artificial ha supuesto un salto exponencial en el desarrollo y bienestar de la sociedad, pero su uso abusivo ha convertido un elemento de progreso en una amenaza. De hecho, el 80% de los habitantes del planeta vive bajo cielos contaminados y un tercio de la población mundial no puede ver la Vía Láctea.

Alicia Pelegrina, integrante de la Oficina de Calidad del Cielo del Instituto de Astrofísica de Andalucía del CSIC, explica en La contaminación lumínica (CSIC-Catarata) las causas de este fenómeno y alerta sobre sus efectos. “Asociamos luz con riqueza, alegría y seguridad, pero la utilización inadecuada de la iluminación artificial se ha convertido en un grave problema ambiental. Es un tipo de contaminación que no duele, no se oye, ni se huele. No la percibimos como un problema, pero el exceso de luz es responsable de la mortalidad masiva de algunas aves, desequilibra los ecosistemas, supone un elemento clave en la desaparición de los insectos y provoca alteraciones en nuestro organismo”, declara la autora.

El exceso de luz es responsable de la mortalidad masiva de algunas aves, es un factor clave en la desaparición de insectos y provoca alteraciones en nuestro organismo. / CSIC-Catarata

El origen de Homo sapiens

En 1758 Carlos Linneo asignó a los seres humanos el nombre científico Homo sapiens. Con esta denominación nos otorgó un lugar como especie dentro del reino de los animales, que aún hoy sigue vigente. Ahora bien, ¿cómo podemos definir nuestra especie? ¿Dónde y cuándo empieza a existir el Homo sapiens y dónde y cuándo acaban los representantes de otras especies humanas próximas? ¿Por qué esta especie ha perdurado hasta nuestros días frente a otras del género Homo? La comunidad científica ha tratado de dar respuesta a estas cuestiones desde hace cientos de años y, en la actualidad, siguen ocupando a equipos de investigación de todo el mundo.

El director del grupo de paleoantropología del Museo Nacional de Ciencias Naturales del CSIC Antonio Rosas ha escrito Origen y evolución de ‘Homo sapiens’ (CSIC-Catarata). La publicación recoge las diferentes teorías que tratan de acotar qué nos hace humanos. “Las recientes investigaciones en arqueología, paleoantropología y genética han cambiado la manera de entender el devenir evolutivo de nuestra especie. La irrupción de la paleogenómica, por ejemplo, ha permitido el estudio del ADN antiguo y ha hecho que se tambaleen algunos de los modelos más sólidos”, afirma el autor.

Los nuevos datos aportados en arqueología, paleoantropología y genética ponen en entredicho el modelo vigente de un origen africano relativamente reciente y muy localizado geográficamente / CSIC-Catarata

Física para entender el mundo

La física cuántica y la relatividad son los dos pilares de la física moderna y, por tanto, del pensamiento humano. Extienden nuestro conocimiento de la naturaleza, nuestra capacidad para predecirla y explicarla, y para producir nuevas tecnologías, a terrenos que van más allá de lo que podemos percibir y experimentar con nuestros sentidos, incluido el “sentido común”. El investigador y creador del blog de divulgación Cuantos completos Carlos Sabín hace una nueva entrega para continuar contando de forma accesible, y con ciertas dosis de humor, la física. En esta ocasión, Sabín aborda la teoría cuántica de campos, con la que se construye el modelo estándar de las partículas elementales, es decir, la teoría que explica el comportamiento de la naturaleza en el nivel más fundamental que nos es accesible. El libro se titula Física cuántica y relativista (CSIC-Catarata).

¿Quién vive en una cucharada de agua de mar?

Virus, bacterias, organismos flagelados unicelulares, microalgas y pequeños crustáceos. Todos estos seres vivos caben en apenas una cucharada de agua de mar y forman parte del plancton, un conjunto de microorganismos animales y vegetales sin los cuales la vida en la Tierra no sería posible. El investigador del Instituto de Ciencias del Mar del CSIC Albert Calbet presenta este formidable y diverso ‘equipo acuático’ invisible al ojo humano, pero responsable de la producción de una buena parte del oxígeno del planeta, del pescado que consumimos y precursor de combustibles fósiles como el petróleo. El plancton y la redes tróficas marinas (CSIC-Catarata) recorre el medio marino y explica algunos de los fenómenos más importantes que suceden en su interior, como la bomba biológica, el papel de bacterias o la función de los copépodos, unos crustáceos acuáticos más abundantes que los insectos (hay unas 12.000 especies descritas) imprescindibles para las redes tróficas marinas.

Los copépodos son una subclase de crustáceos acuáticos presentes en casi todos los mares y océanos. Son más abundantes que los insectos y constituyen la base de la alimentación de los peces / Albert Calbet

Más allá de una taza de café

El 90% de la cereza del café, el fruto de donde salen los granos para preparar la popular bebida, se desecha antes de llegar a la taza que desayunamos cada mañana. La industria cafetera aporta importantes beneficios, pero también genera una gran cantidad de desechos. Las investigadoras del Instituto de Investigación en Ciencias de la Alimentación del CSIC María Dolores del Castillo y Amaia Iriondo firman El café (CSIC-Catarata), un texto que recorre el camino desde las plantaciones de cafetales hasta la mesa del consumidor, explica los beneficios de esta bebida introducida en el siglo XVII por los venecianos y, sobre todo, describe los posibles usos, algunos ya introducidos en el mercado, que pueden tener los subproductos resultantes de la fabricación del café para que este sea más sostenible. Cosmética, alimentación animal, agricultura o incluso joyería y materiales de construcción son varias de las aplicaciones que tiene la cáscara del café, con alto contenido en fibra, y propiedades antioxidantes.

Si aún no te has decidido por un título, puedes empezar oyendo a sus autores en el pódcast Ciencia para leer. La ciencia también se escucha, y, mientras preparas esa maleta navideña, puedes conocer un poco más de todos estos temas que forman parte de nuestro día a día.

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Así comes, así duermes. Te contamos las conexiones entre sueño y alimentación

22 de noviembre de 2022

Por Jara Pérez-Jiménez (CSIC) y Marie-Pierre St-Onge*

La mayoría de la gente sabe que la dieta es un aspecto clave para la salud, ya que está relacionada con el riesgo de desarrollar enfermedades como la diabetes tipo 2 o ciertos tipos de cáncer. Por lo tanto, incluso cuando el patrón dietético español se está desviando de la dieta mediterránea tradicional, las personas son al menos parcialmente conscientes de lo que es «una dieta saludable». Pero, ¿qué pasa con el sueño saludable? A pesar de ser un proceso fisiológico esencial, el sueño suele ser minusvalorado o incluso visto como una pérdida de tiempo. De hecho, la proporción de adultos y niños que no cumplen con las recomendaciones de duración adecuada del sueño está aumentando. Sin embargo, existe una fuerte evidencia científica respecto a cómo la duración del sueño, su regularidad y su calidad afectan a la salud. Así, el sueño corto, irregular o de baja calidad se ha asociado con un mayor riesgo de padecer enfermedades como patologías cardiovasculares o demencia.

A lo mejor has oído hablar de la melatonina como la “hormona del sueño” o la “hormona de la oscuridad”, dado que es un compuesto que sintetizamos cuando baja la intensidad de la luz, con objeto de inducir el sueño. Pero probablemente no sepas que, para producir esta hormona, nuestro cuerpo primero necesita triptófano, un aminoácido presente en algunos alimentos con alto contenido en proteínas: ese triptófano es transformado en nuestro interior en serotonina, la cual genera finalmente melatonina. Podríamos pensar que una forma fácil de estimular la formación de melatonina es consumir mucho triptófano. Pero lo cierto es que no es así de sencillo: para transformar el triptófano en melatonina, hacen falta otros constituyentes alimentarios, incluyendo el magnesio, vitaminas del grupo B, ciertas proporciones entre los diferentes aminoácidos que constituyen las proteínas, componentes de la leche y tener una microbiota sana. Lo cierto es que la relación entre la dieta y el sueño es compleja y, dependiendo de cómo gestionemos ambos, podremos tener dos situaciones muy diferentes, como veremos después.

Por otro lado, el ritmo circadiano es un proceso interno que existe en nuestro cuerpo para regular los ciclos de sueño y vigilia. Mientras que nuestro reloj central, situado en el cerebro, se activa por la luz, tenemos otros relojes secundarios distribuidos en nuestro cuerpo (en el hígado, los riñones, el páncreas, el corazón y los depósitos de grasa) que se activan, entre otros factores, al consumir alimentos. Cuando todos los relojes están sincronizados, es decir, cuando tenemos nuestros periodos de alimentación a las horas reconocidas por nuestro cuerpo como día y noche, respectivamente, se produce la alineación circadiana que contribuye, por ejemplo, a un funcionamiento adecuado de nuestro sistema inmunológico. Pero cuando esta sincronización se rompe y, por ejemplo, cenamos a una hora que nuestro cuerpo identifica como el momento de dormir, aparece una situación llamada desalineación circadiana.

Sueño y alimentación: cuando se genera un círculo vicioso

Las personas que trabajan por turnos han sido el objeto de numerosos estudios, donde se ha observado que presentan un riesgo aumentado de sufrir distintas enfermedades, y una de las razones que explica esto es precisamente la desalineación circadiana a la que están sometidas. Pero esta situación no solo se produce en este colectivo. ¿Sueles modificar las horas a las que te acuestas o te levantas los fines de semana en comparación con los días laborables? Esto es lo que se denomina jet lag social, y es otro tipo de desalineación circadiana, con mayores consecuencias en la salud de lo que podríamos pensar. Así, hoy sabemos que la desalineación circadiana aumenta el riesgo cardiovascular o empeora la capacidad de nuestro cuerpo para regular los niveles de glucosa. Un estudio reciente encontró que cuando las personas retrasan sus horarios de comidas respecto a la hora a la que se levantan experimentan más hambre a lo largo del día completo y presentan más tendencia a acumular grasa, aunque consuman las mismas calorías que otras personas que comen antes.

Finalmente, cuando no dormimos bien, establecemos un círculo vicioso entre el sueño y la alimentación. No dormir los suficiente estimula los circuitos cerebrales de recompensa en nuestro cerebro, que responden a alimentos que nos resultan muy atractivos. Esto conlleva a un aumento en la ingesta de alimentos poco saludables y en el consumo energético total. Y, a su vez, este tipo de alimentación no nos proporciona los nutrientes que necesitamos para dormir bien, generando un bucle negativo.

Cómo promover una relación virtuosa entre dormir y comer

La buena noticia es que las investigaciones más recientes están mostrando que es posible romper ese bucle y generar un nuevo círculo, esta vez saludable. Antes hemos mencionado que la producción de melatonina en nuestro cuerpo no depende solo de que consumamos suficiente triptófano, sino también otros nutrientes, por lo que algunos investigadores están explorando de qué manera se podría mejorar la calidad del sueño basándose, en lugar de en alimentos aislados, en la composición global de la dieta. ¿Y sabes qué tipos de dietas se han asociado con una mejor calidad del sueño? Aquellas ricas en alimentos de origen vegetal y, en particular, la dieta mediterránea. Por tanto, parece que un efecto saludable adicional de la dieta mediterránea sería el de mejorar la calidad del sueño. A su vez, dormir bien no genera ese deseo incrementado por los alimentos ultraprocesados. De esta manera, es posible romper el círculo vicioso entre un mal sueño y una mala alimentación.

Las investigaciones sobre esta relación son relativamente recientes. Además, presentan distintas limitaciones. Muchas veces se han basado en estudios observacionales donde las personas completan cuestionarios sobre la dieta y el sueño, ya que es un campo donde es difícil llevar a cabo estudios en el que los participantes sigan las dietas que les sean pautadas y a la vez se controle su sueño. Sin embargo, cada vez más grupos de investigación están incluyendo estas aproximaciones en sus trabajos y podemos esperar que los próximos años se produzcan descubrimientos relevantes. Por el momento, lo que ya sabemos es que tu dieta tiene mucho que ver con tu sueño, y viceversa, así que intenta mantener ambos aspectos lo más saludables que puedas.

* Jara Pérez es investigadora del CSIC en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos y Nutrición (ICTAN-CSIC), en Madrid y Marie-Pierre St-Onge es investigadora del Departamento de Medicina de la División de Medicina General del Columbia University Irving Medical Center, en Nueva York. Este artículo forma parte de las actividades desarrolladas por Jara Pérez-Jiménez como investigadora visitante en la Universidad de Columbia, con financiación del Programa del Ministerio de Universidades para estancias de movilidad de profesores e investigadores seniors en centros extranjeros de enseñanza superior e investigación y la Comisión Fulbright.

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El misterio de los ríos que se comportan como ríos

15 de noviembre de 2022

Por Daniel Bruno* (CSIC)

Un río no es estático, no sigue siempre el mismo curso. Si pudiéramos ver el trazado de un río pintado en un mapa a lo largo de los siglos veríamos que no es una mera línea azul, sino un intrincado conjunto de líneas que se contrae, expande, y cambia su curso a lo largo del tiempo. Las lluvias provocan crecidas naturales en los ríos; especialmente en los ubicados en la cuenca mediterránea, que periódicamente reciben episodios de lluvias torrenciales. Pero esto no es un misterio. Nunca lo ha sido. Pese a su poder destructivo si no se gestionan adecuadamente, las crecidas son necesarias tanto para el propio río como para el mar que va a alimentarse de él.

Los ríos no son meros canales de agua, su dinámica natural implica la ocupación periódica de sus cauces mayores e incluso la llanura de inundación durante las crecidas. Generalmente vemos esta realidad de manera sesgada por nuestra corta perspectiva temporal de lo que es un río. Solo en los últimos siglos hemos conseguido moldear esa dinámica fluvial a nuestros intereses y necesidades. Y lo hemos hecho básicamente gracias a dos estrategias: la construcción de embalses y la canalización de los ríos.

Crecida extraordinaria del río Ebro a su paso por Zaragoza, en abril de 2018. / Daniel Bruno

La falsa domesticación de los ríos españoles y sus consecuencias

Los ríos de España se encuentran entre los más regulados del mundo, con un mayor número de presas por kilómetro de río y una gran capacidad de agua embalsada (top 5 mundial) para la precipitación que se recibe. Somos el país de Europa con mayor número de grandes presas (1.200), duplicando a Turquía, segundo del ranking, según la Agencia Europea de Medioambiente (2018). La labor de presas y embalses para almacenar agua, laminar avenidas y producir energía es inestimable. Sin embargo, interrumpen el flujo de especies, agua y sedimento con graves implicaciones ecológicas y socioeconómicas. En el río Ebro, por ejemplo, están provocando que cada vez llegue menos sedimento al delta, lo que agrava su hundimiento, y afecta así a la pesca en el Mediterráneo, la formación de playas o la producción de arroz. Un impacto menos evidente de las presas es la interrupción del ciclo del fósforo. Con los grandes embalses impedimos que especies anádromas (aquellas que viven en el mar, pero durante su vida remontan los ríos para reproducirse y morir) migren aguas arriba transportando desde el mar al interior un elemento clave para la agricultura: el fósforo. Otro impacto social que pasa a veces desapercibido es la inundación de pueblos y de las tierras más fértiles para cultivos como consecuencia de la construcción de presas.

Una estrategia que se ha desarrollado en paralelo a la construcción de presas y embalses es la canalización y construcción de defensas laterales. Esto ha supuesto un estrangulamiento de los ríos y la degradación de las riberas fluviales con numerosos daños económicos en las zonas bajas. El levantamiento de defensas cada vez más altas, junto a los dragados y la eliminación de vegetación (mal llamada limpieza de cauces) son estrategias que solo aumentan el potencial efecto devastador aguas abajo al aumentar el poder erosivo del agua que discurre por el cauce. Con ello, se crea una falsa sensación de seguridad que nos lleva a construir cada vez más cerca del río.

En un contexto de cambio climático en el que las lluvias serán más irregulares y destructivas, siempre habrá un punto débil a lo largo del recorrido del río donde los daños sean máximos. Además, hay que tener en cuenta que la defensa hace de efecto barrera en las dos direcciones: si la avenida consigue superar la altura de la defensa o sube el nivel freático a la superficie (cuando hay crecidas el río también puede inundar “por debajo”, por filtración, como consecuencia de la subida del nivel freático), el agua tardará más en evacuarse de la zona anegada, con los correspondientes perjuicios económicos para estas tierras. Por tanto, las defensas fijas se deberían reservar exclusivamente para áreas urbanas en las que no hay posibilidad de alejar las edificaciones y darle espacio al río. Afortunadamente, la ciencia, la política y la gestión ambiental han identificado medidas más eficaces en las últimas décadas y nos encontramos inmersos en un cambio de paradigma potenciado por la Directiva Europea de Inundaciones (2007/60/CE) y su transposición al ordenamiento español (RD 903/2010). Este cambio está centrado en la gestión del territorio a escala de cuenca hidrológica para mitigar inundaciones.

Hay que empezar a interiorizar que las inundaciones tienen su origen en una mala gestión del territorio, en una mala planificación a nivel de cuenca hidrológica, especialmente en todo el territorio que queda aguas arriba del lugar donde estas se producen. En este sentido, se expone a la población a un riesgo que es, en la mayoría de los casos, evitable con una correcta gestión. Y existen herramientas tanto para mejorar esta gestión, como para que la población tenga información precisa y fiable de las zonas susceptibles de inundarse durante las crecidas y episodios de lluvias fuertes. El conocimiento nos permite tomar decisiones informadas. Por ejemplo, si fuera a comprarme una casa, consultaría con detalle si una vivienda se encuentra en una zona de alto riesgo de inundación, es decir con una probabilidad de inundación alta, cada 10 años de media.

Crecida del río Gállego a su paso por Zaragoza, en abril de 2018 / Daniel Bruno

De luchar contra el río a colaborar con él

El daño que genera una riada no depende solo de su magnitud sino de la exposición de la población a la misma. El nuevo paradigma en la gestión de ríos establece que la cuestión no es si un río mediterráneo se desborda o no, es decir, que se expanda más allá de su cauce habitual, sino dónde y cuándo lo hace para maximizar los beneficios y minimizar los daños. Esto implica primar la protección de núcleos urbanos a cambio de facilitar que el río ocupe esporádicamente su lugar en zonas no pobladas, como son zonas naturales y campos. Cuando dejamos espacio al río (alejando las defensas o haciéndolas permeables) o permitimos que se desborde de forma controlada (es decir, planificando a nivel de cuenca los lugares más óptimos) estamos disminuyendo la velocidad del agua y su destrucción aguas abajo. Además, al mismo tiempo, permitimos que multitud de funciones y servicios de los ecosistemas tengan lugar en nuestro propio beneficio.

Es comprensible que la medida pueda suscitar polémica en el sector agrícola que puede perder puntualmente sus cosechas, pero no hay que perder de vista que las avenidas son un proceso histórico y a la larga beneficioso para el río, para las riberas e incluso para los propios campos de cultivo, si sabemos gestionarlas adecuadamente. Por ejemplo, la resistencia a la inundación puede variar de unas pocas horas a semanas, dependiendo de la especie que se plante. No es casualidad que las vegas fluviales sean los terrenos más fértiles para la agricultura, dado que las crecidas e inundaciones aportan limos y nutrientes esenciales a las tierras bajas, y más en un futuro próximo donde los fertilizantes químicos o de síntesis podrían escasear. Además, unas riberas bien conservadas producen innumerables beneficios, como la mejora de la calidad del agua, la fijación de suelo o la disminución de la erosión, y actúan a su vez como corredor ecológico para numerosas especies de animales y plantas.

Por último, en los próximos años, la frecuencia e intensidad de los fenómenos extremos como las avenidas y las sequías aumentará, por lo que deberíamos pasar de una visión de dominancia sobre la naturaleza a una de convivencia, adaptación e integración de la dinámica fluvial en la planificación territorial. Solo si la ciencia, la naturaleza, la sociedad, la política y la gestión van de la mano aplicando el conocimiento científico en la toma de decisiones y en las medidas a implementar sobre el terreno tendremos la oportunidad de minimizar los daños y maximizar los beneficios de fenómenos naturales cada vez más extremos. Lo contrario traerá más sufrimiento del necesario para hacer frente al enorme reto que supone el cambio climático en curso.

*Daniel Bruno es investigador del CSIC en el Instituto Pirenaico de Ecología (IPE).

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¿Es posible la recuperación del Mar Menor?

08 de noviembre de 2022

Por Juan Manuel Ruiz Fernández* y Mar Gulis (CSIC)

El ecosistema lagunar del Mar Menor experimentó hace seis años un repentino colapso que supuso el final de una larga etapa (más de cinco décadas) de presiones antropogénicas continuas y crecientes.

Uno de los primeros retos de la ciencia para recuperar el Mar Menor es identificar y cuantificar las causas del actual deterioro, lo que requiere necesariamente un adecuado conocimiento científico del Mar Menor y su funcionamiento. El Mar Menor es objeto de estudios científicos desde la primera mitad del siglo XX, como los realizados para valorar sus recursos pesqueros (Navarro, 1927), sus depósitos minerales y su posible interés para la industria minera (Simmoneau, 1973) o la dinámica del intercambio de agua con el Mediterráneo (Arabio Torre y Arévalo, 1971). Desde entonces, instituciones públicas como el Instituto Español de Oceanografía (IEO-CSIC), la Universidad de Murcia o el Instituto Geológico y Minero de España (IGME-CSIC) han desarrollado su actividad investigadora tanto en la albufera como en su cuenca vertiente, dando lugar a una creciente producción científica.

Las praderas de la angiosperma marina Cymodocea nodosa son un componente clave para el funcionamiento del ecosistema lagunar, aunque su pérdida en una amplia superficie del fondo es por ahora irreversible./ Javier Murcia Requena

Sin embargo, si superponemos los resultados de todos estos estudios en un mapa del complejo entramado de compartimentos e interacciones que conforman el ecosistema lagunar (y los ecosistemas vecinos con los que se encuentra conectado: la cuenca vertiente y el Mediterráneo adyacente), comprobaremos que apenas hemos conseguido rasgar las capas más superficiales del conocimiento. Todavía tenemos importantes carencias en nuestro conocimiento más básico sobre cuestiones que son clave para comprender el estado actual del Mar Menor y sus causas.

Un claro ejemplo de eutrofización

El colapso experimentado por el Mar Menor se ajusta a un caso icónico (“de libro”) de proceso de eutrofización, y se une a una larga lista de casos similares documentados en otras zonas costeras, como Cheesapeak bay (USA) o las lagunas de Venecia (Italia). No obstante, entre otros muchos aspectos, existe un importante vacío de conocimiento sobre los ciclos biogeoquímicos en general, y del nitrógeno y del fósforo en particular, el principal desencadenante del proceso de eutrofización. Por tanto, la recuperación del Mar Menor debe pasar necesariamente por un programa serio y ambicioso de mejora del conocimiento científico, conectado e integrado a sistemas de análisis y predicción que apoyen la toma de decisiones.

Las proliferaciones masivas de macroalgas bentónicas como Caulerpa prolifera y Chaetomorpha linum son síntoma evidente del proceso de eutrofización y de los severos desequilibrios que experimenta el ecosistema lagunar./ Juan M. Ruiz

Necesitamos un sistema de monitorización

Otro pilar importante de este plan de recuperación es disponer de un sistema de monitorización científica robusto y permanente, que permita obtener datos en continuo y de la forma más inmediata posible. La ausencia de un sistema de estas características ha dado lugar a todo tipo de especulaciones que no han hecho más que alimentar la demagogia política y, por tanto, confundir a la sociedad y a la opinión pública. Por ejemplo, se ha atribuido el deterioro del Mar Menor a eventos climáticos extremos como riadas (DANAs), olas de calor o episodios de calimas (polvo sahariano), lo que ha desviado la atención respecto al auténtico origen del problema: el exceso de nutrientes antropogénicos.

Este sistema de monitorización debe contemplar no solo la parte hidrográfica y oceanográfica, sino también los componentes biológicos del ecosistema, los procesos ecológicos implicados en su dinámica y el conjunto de su biodiversidad, que al fin y al cabo son los auténticos indicadores del estado del ecosistema y de su posible recuperación.

Biodiversidad en peligro

Muy a menudo se transmite la idea de recuperación a medida que el agua gana en transparencia, lo que no tiene base científica alguna. No se puede hablar de recuperación si el ecosistema lagunar ha perdido el 85% de sus praderas marinas, que a fecha de hoy no han mostrado síntomas de recuperación; o si la Nacra (Pinna nobilis), especie prácticamente extinta en el Mediterráneo español, ha pasado de tener una población del orden de 1,4 millones de individuos a unos pocos cientos. Ambos elementos, Nacra y praderas marinas, ejercieron probablemente un papel clave en el control de los nutrientes de la laguna, pero estos mecanismos de resiliencia hoy día han quedado notablemente debilitados. Especies tan singulares y vulnerables, estrechamente ligadas a las praderas marinas, como el caballito de mar y las agujas (varias especies de Sygnátidos) han experimentado un declive tras el colapso ecosistémico de la albufera.

Especies de peces tan características y singulares como los de la familia de los Sygnátidos (en la imagen) y los caballitos de mar han visto mermadas sus poblaciones en los fondos del Mar Menor hasta mínimos históricos./ Javier Murcia Requena

Éstos son solo unos pocos ejemplos de las especies más emblemáticas, pero ¿qué ha pasado con el resto de la biodiversidad? ¿cómo han afectado estos cambios al funcionamiento del ecosistema? Como se conoce en ecología marina, los cambios observados en unos niveles del ecosistema pueden ser transmitidos al resto de niveles en lo que se conoce como “efecto cascada”, tanto desde los niveles basales (bottom-up) como desde los apicales (top-down). El resultado final es un nuevo estado del ecosistema que tiene consecuencias incluso a nivel socioeconómico, tal y como se empieza a sentir en sectores como la pesca y el turismo. Sin embargo, ni los estudios disponibles ni los datos de los programas de monitorización existentes nos permiten evaluar dichas consecuencias y su evolución.

A tiempo de actuar

Estamos a tiempo de recuperar el Mar Menor y su entorno, y todas las iniciativas orientadas a subsanar las deficiencias mencionadas en los puntos anteriores contribuirán a tal fin. Hasta la fecha, la apuesta más clara y contundente ha venido por parte del gobierno de España, a través del Ministerio para la Transición Ecológica, que ha invertido 485 millones de euros en un amplio programa de actuaciones con diferentes objetivos entre los que se encuentra el de reforzar el conocimiento científico y establecer un sistema de monitorización.

El IEO-CSIC es el responsable de gestionar e implementar este punto en el ámbito de la laguna (los responsables en el ámbito de la cuenca son la Dirección General de Agua y la Confederación Hidrográfica del Segura). Para ello hemos desarrollado un programa específico dotado de unos 5 millones de euros denominado BELICH, que es como los romanos se referían al Mar Menor.

El programa implica la puesta en marcha de un sistema avanzado de monitorización compuesto por diferentes tipos de plataformas completamente sensorizadas (boyas oceanográficas, plataformas sumergidas, mareógrafos, etc.), un servicio de monitorización remota a partir de datos satelitales (mapas de clorofila y otras variables ópticas de interés) y un programa de monitorización in situ, es decir, a partir de mediciones realizadas en muestras de agua. Estas mediciones permitirán calibrar los datos obtenidos de los diferentes sensores y obtener información de otras variables; en particular, aquellas relacionadas con la composición y abundancia de comunidades bacterianas, fitoplancton y zooplancton.

Más investigación básica

Lo anterior representa la parte más básica del sistema, pero necesita ser complementado para poder comprender e interpretar la información obtenida en un contexto adecuado. Para ello se ha propuesto un grupo de trabajo dedicado exclusivamente a obtener conocimiento científico de aspectos clave del funcionamiento del ecosistema, como el origen y las rutas de los nutrientes que alcanzan la laguna o los procesos de asimilación, transformación, almacenamiento y escape del nitrógeno y del fósforo, precursores del proceso de eutrofización.

El cangrejo Carcinus aestuarii era muy abundante en el Mar Menor. Su declive puede estar relacionado con la transformación del ecosistema, pero también por la llegada de un cangrejo invasor, Callinectes sapidus o cangrejo azul./ Juan M. Ruiz

Los resultados de estos trabajos de investigación servirán además para alimentar y calibrar modelos numéricos capaces de simular los procesos hidrodinámicos y biogeoquímicos que rigen la dinámica actual del ecosistema lagunar, incluidos los episodios de desarrollo explosivo del fitoplancton, los eventos de anoxia o la mortalidad masiva de organismos marinos. Estos modelos, una vez ajustados a la variabilidad espacial y temporal propia del Mar Menor, podrán servir para predecir los efectos de nuevos eventos climáticos (riadas) y del calentamiento global o la respuesta del ecosistema a acciones específicas de gestión (por ejemplo, la reducción de entradas de nutrientes y de sedimentos terrígenos o la alteración de los flujos de agua entre la laguna, su cuenca y el Mediterráneo).

En esta misma línea se realizarán evaluaciones experimentales sobre la viabilidad y eficacia de métodos y propuestas de restauración de las funciones y servicios ecosistémicos. Todos los datos y el conocimiento generados, así como los modelos obtenidos, deberán confluir en una plataforma digital capaz de integrar y procesar toda esta información que sirva de herramienta de gestión y apoyo a la toma de decisiones.

El desarrollo de este sistema es un gran reto científico. Sin embargo, nada de este esfuerzo tendrá sentido si no existen mecanismos de coordinación e integración dentro y entre los diferentes programas y equipos, y será un fracaso total si, una vez conseguido, no somos capaces de derivar todo lo invertido en infraestructuras permanentes que garanticen series temporales de datos en continuo y a largo plazo, que es lo que en realidad provee al personal científico y de gestión de las herramientas adecuadas para responder a las demandas de la sociedad y asistir a la recuperación del Mar Menor.

*Juan Manuel Ruiz Fernández es investigador del CSIC en el Instituto Español de Oceanografía

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Astrocitos: estrellas que hablan en nuestro cerebro

02 de noviembre de 2022

Por Irene Serra Hueto (CSIC)*

Seguro que has oído alguna vez que nuestro cerebro es el ordenador más potente del mundo. Ahora bien, ¿en qué piensas cuando te preguntan de qué está formado? Lo más probable es que lo primero que te venga a la cabeza sean las neuronas. No está mal, pero para que esta máquina tan singular funcione con todo su potencial necesita del trabajo de otras células igual de importantes. Entre ellas se encuentran los astrocitos, que reciben su nombre de las estrellas.

Empecemos por el principio. El cerebro funciona gracias a que las neuronas transmiten información a través de corrientes eléctricas. Los puntos de conexión entre una neurona y otra se conocen como sinapsis. En ellas se liberan sustancias llamadas neurotransmisores que permiten que el impulso eléctrico continúe de una neurona a otra. En este punto de conexión, en este diálogo entre las neuronas, el astrocito juega un papel fundamental, modulando y regulando la comunicación entre ellas.

Nuestro cerebro habla bajo sus propias reglas. Esquema de una sinapsis cerebral donde se intercambia la información entre las células, como en una conversación de WhatsApp. / Irene Serra. Células creadas con Biorender.com.

¿Qué ventajas puede tener una conversación a tres? Este sistema, más complejo que una conversación a dos, permite más variedad de mensajes y añade un elemento mediador que asegura que la información se transmite correctamente, el astrocito. La cuestión es que no tenemos un solo astrocito por cada sinapsis. En ratones, una sola de estas células es capaz de modular, mediar y participar en más de 100.000 sinapsis simultáneamente. Es como si un único astrocito estuviese presente y hablando en 100.000 grupos de WhatsApp al mismo tiempo. En humanos, un solo astrocito interviene en 2 millones de sinapsis. Es decir, que nuestros astrocitos tienen 20 veces más capacidad de procesar información… Y, además, tenemos millones de ellos. ¿Y si la explicación (o, al menos, parte de ella) a nuestra inteligencia residiera en el gran refinamiento que los astrocitos aportan a nuestro cerebro?

Para poder contestar esta pregunta necesitamos saber más. Precisamente, mi investigación en el Instituto Cajal (IC) del CSIC se centra en estudiar los circuitos astrocito-neurona; en concreto, los que se establecen en el núcleo Accumbens, la zona del cerebro que se activa cuando algo nos gusta. Esta zona recibe información de otras regiones del cerebro relacionadas con la memoria (hipocampo), las emociones (amígdala) y la toma de decisiones (corteza prefrontal), y es muy importante porque se ve afectada, entre otros casos, en trastornos de adicción.

Ejemplo de cómo es la información que pasa por el núcleo Accumbens vista desde una conversación de WhatsApp./ Irene Serra

Sabemos que los astrocitos son parte fundamental de la regulación de este núcleo y, desde hace poco, también que el cerebro tiene distintos tipos de astrocitos, del mismo modo que tiene distintos tipos de neuronas. Sin embargo, todavía no hemos comprendido en profundidad para qué son los astrocitos diferentes entre ellos ni cómo son de diferentes. En el núcleo Accumbens, ¿tenemos astrocitos especializados regulando la información de recuerdos de aquello que nos gusta? ¿Hay otros asociados a las emociones? ¿Intervienen en los circuitos de toma de decisión?

Un sensor de calcio para superar las limitaciones de los microscopios

En el último trabajo publicado por el Laboratorio de Plasticidad Sináptica e Interacciones astrocito-neurona del IC-CSIC, dirigido por Marta Navarrete, profundizamos en estas preguntas y presentamos una nueva herramienta que nos ha permitido estudiar, por primera vez, la actividad de los astrocitos a gran escala y con precisión temporal. Se trata de CaMPARI_GFAP, un sensor de calcio con el que hemos podido observar el núcleo Accumbens al completo y detectar qué astrocitos responden a un estímulo concreto.

El tamaño de las lentes de los microscopios es limitado y hace que no sea posible observar al mismo tiempo todos los astrocitos de una región cerebral. La particularidad de CaMPARI_GFAP es que detecta, mediante la fluorescencia, el calcio que emiten los astrocitos cuando se activan. Es como hacer una foto: al enviar un ‘flash’ de luz violeta, los astrocitos inactivos se muestran en verde y los activos en rojo. De este modo, podemos analizar cómo responden regiones amplias del cerebro a un estímulo determinado.

Tejido del núcleo Accumbens en el que cambia el color de CaMPARIGFAP según la actividad de los astrocitos. / Irene Serra

Utilizando esta herramienta hemos descubierto que los astrocitos del núcleo Accumbens forman redes funcionales que responden de diferente forma según la procedencia de los estímulos -memoria, emociones o decisiones-. Los resultados indican que los astrocitos son capaces de distinguir de dónde viene la información y, también, que integran las diferentes señales en un procesamiento paralelo al de las neuronas. Todo apunta a que los astrocitos están mucho más especializados en los circuitos cerebrales de lo que pensábamos.

Comprender en detalle cómo interaccionan con las neuronas y cómo regulan la información que llega de las diferentes zonas del cerebro nos acercaría mucho a encontrar soluciones eficaces para tratar la adicción. Y eso solo en el núcleo de Accumbens: llegar a entender cómo interaccionan los astrocitos en otras regiones cerebrales nos permitiría comprender mucho mejor el potencial de nuestro cerebro, que a día de hoy esconde tantos misterios como el universo.

*Irene Serra Hueto es investigadora predoctoral en el Laboratorio de plasticidad sináptica e interacciones astrocito-neurona del Instituto Cajal del CSIC, dirigido por Marta Navarrete.

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Extractos vegetales o aditivos E: ¿cuál es la mejor opción para conservar los productos cárnicos?

18 de octubre de 2022

Por Mónica Flores (CSIC) * y Mar Gulis (CSIC)

En los últimos 40 años, el consumo de alimentos de origen animal ha aumentado considerablemente, sobre todo en los países asiáticos. Hoy, la demanda de este tipo de alimentos se encuentra al mismo nivel en América y Europa que en China. En paralelo a este proceso, la demanda de productos cárnicos se ha visto afectada por la preocupación por el bienestar animal y por el consumo de alimentos orgánicos. En este sentido, una de las tendencias de mercado más importante está siendo la eliminación de aditivos y, por tanto, de los números E de las etiquetas.

Entre los aditivos más afectados por esta dinámica se encuentran los denominados “agentes de curado”, es decir, el nitrito potásico y sódico (E 249 y E 250) y el nitrato sódico y potásico (E 251 y E 252). Estos agentes se emplean en la elaboración de muchos productos cárnicos -como el jamón serrano y cocido, el chorizo, el salchichón, etc.- para mantener su seguridad y sus características organolépticas (color, aroma y sabor).

De hecho, en el ámbito internacional el término “curado” hace referencia al uso de sales de nitrito y nitrato junto con cloruro de sodio y otros ingredientes como conservantes de la carne. El nitrito es el principio activo que produce el efecto conservante mientras el nitrato actúa como fuente de nitrito en los procesos largos de secado y maduración de los productos.

Pros y contras de los aditivos E

El empleo de este tipo de aditivos en los productos cárnicos ha sido respaldado por la Agencia Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA), que en el año 2003 concluyó que son fundamentales para proteger los alimentos frente al bacilo Clostridum botulinum, causante del botulismo. En la misma línea se ha pronunciado la Agencia Francesa de Seguridad y Salud Alimentaria, Ambiental y Ocupacional (ANSES) en su “Evaluación de riesgos relacionados con el consumo de nitratos y nitritos”. El informe, publicado en 2022, indica que los nitritos y nitratos contribuyen eficazmente a limitar el desarrollo de agentes patógenos como Listeria, Salmonella o Clostridium botulinum.

Estos aditivos, por tanto, son excelentes antimicrobianos y antioxidantes que permiten que tengamos unos productos cárnicos seguros y con propiedades sensoriales características. A pesar de ello, nitritos y nitratos se encuentran en el punto de mira debido a que pueden dar lugar a la formación de las denominadas nitrosaminas, agentes cancerígenos formados por la reacción del nitrito residual en los productos cárnicos con aminas secundarias. Por eso, la ESFA recomienda restringir su uso en los productos cárnicos al mínimo posible.

En cualquier caso, conviene no olvidar que la principal fuente de exposición humana a los nitratos es el consumo de verduras y hortalizas, no el de carne: el 80% de la ingesta total de nitratos procede de dichos alimentos. Estos nitratos son resultado del empleo de fertilizantes en los cultivos, aunque el contenido en nitratos de los vegetales varía mucho según la parte anatómica del vegetal que se consuma y de las prácticas agrícolas.

Por su parte, la fuente más importante de nitrito en la dieta es el consumo de alimentos y agua que contienen nitrato, el cual se convierte en nitrito en la saliva por acción de las bacterias orales. Un informe de la EFSA de 2017 señala que la contribución de los nitritos por su uso como aditivos alimentarios (principalmente en productos cárnicos) representa aproximadamente un 17% de la exposición total a los nitritos.

El auge de los productos ‘etiqueta limpia’

Aun así, en los últimos años se ha acentuado la búsqueda de alternativas a los nitrificantes para crear productos ‘etiqueta limpia’ (clean label). A principios del siglo XXI, en Estados Unidos se propuso el empleo de extractos vegetales con altos contenidos de nitratos para la fabricación de productos cárnicos. Los extractos vegetales, fermentados o no, que se han comercializado en el país anglosajón con estos fines proceden del apio y, en menor medida, de la remolacha, la lechuga, la espinaca, la acelga o la zanahoria, todos ellos ricos en nitrato, así como de la acerola y las cerezas, que aportan ascorbato.

Sin embargo, esta estrategia de sustitución plantea limitaciones, como las debidas al posible aporte de aromas vegetales y pigmentos procedentes del extracto. Además, en estos extractos la concentración de nitrato y nitrito es variable y requiere la adición de bacterias que permitan la formación del nitrito. Al ser el nitrito el verdadero agente antimicrobiano en los productos, el desconocer la dosis real de nitrito empleada conlleva riesgos de seguridad alimentaria y requiere el empleo de otras sustancias antimicrobianas.

Además, esta estrategia no impide que en el caso de que exista nitrito residual se formen nitrosaminas, por lo que el riesgo de formación de las sustancias cancerígenas sigue existiendo. Incluso otros contaminantes presentes en los extractos vegetales, como micotoxinas, metales pesados y contaminantes orgánicos, pueden ser transferidos al producto cárnico.

Por último, una de las principales limitaciones en el uso de extractos vegetales es su posible potencial alergénico. De hecho, el apio está incluido en el listado de alérgenos identificables en la Unión Europea.

Autorizados en EEUU y Canadá, pero no en Europa

En Estados Unidos y Canadá esta práctica está autorizada, pero ha creado cierta polémica por el empleo de mensajes como “no curado” en el etiquetado de los productos cárnicos procesados con extractos vegetales, ya que pueden confundir a los consumidores, que no entienden las prácticas realizadas. Por ello, se exige que el etiquetado sea preciso y no engañoso.

En Europa, la EFSA realiza la evaluación de la seguridad de los aditivos. Sus criterios de seguridad establecen que los aditivos no deben contener residuos que puedan presentar algún riesgo de tipo toxicológico. En este sentido, los extractos vegetales no presentan los mismos criterios de pureza que los aditivos agentes de curado e impiden una correcta evaluación de su seguridad. Este aspecto es muy importante, pero desconocido para los consumidores, que perciben más naturalidad en un extracto vegetal que en un aditivo, lo que conlleva falsas apreciaciones.

* Mónica Flores es investigadora del CSIC en el Instituto de Agroquímica y Tecnología de Alimentos.

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¡Participa con tus fotos en la nueva edición de FOTCIENCIA!

03 de octubre de 2022

Por Mar Gulis (CSIC)

Si te gusta el arte, la fotografía y eres capaz de ver la ciencia que nos rodea en la vida cotidiana, es el momento de participar en FOTCIENCIA19. Tanto si te dedicas a la ciencia como si no, esperamos tus imágenes: lo importante es que reflejen algún aspecto relacionado con la ciencia o la tecnología. Eso sí, no lo dejes pasar mucho tiempo, porque el plazo de participación estará abierto hasta el próximo 3 de noviembre de 2022 a las 13:00 h, hora española peninsular.

Todos los años, FOTCIENCIA realiza una selección de fotografías de fotografías de temática científica. En esta edición, al igual que en las anteriores, las mejores imágenes recibirán una remuneración de hasta 1.500 € y alrededor de unas cincuenta serán elegidas para formar parte de un catálogo y una exposición itinerante que recorrerá España durante 2023-24. Ahora mismo, de hecho, puedes visitar la exposición de la edición anterior, FOTCIENCIA18, y consultar el catálogo para hacerte una idea de cómo quedarían tus fotos si resultasen seleccionadas. Un poco más abajo de estas líneas verás un breve vídeo inspirador.

Hay seis modalidades para participar: las dos básicas, que son Fotografía general y Microscopía; y cuatro modalidades específicas: Alimentación y nutrición, Agricultura sostenible, La ciencia en el aula (que está dirigida a estudiantes de secundaria y ciclos formativos) y, como no podía ser menos en esta edición, una modalidad especial centrada en el Año Cajal.

Con esta conmemoración vamos a poder redescubrir al genial Santiago Ramón y Cajal (1852-1934), que obtuvo el Premio Nobel en Medicina en 1906 por sus trabajos sobre el sistema nervioso. Además de ser un excelente científico, muy valorado dentro y fuera de España por sus aportaciones a la neurología, Cajal fue un gran amante del arte y la belleza. Prueba de ello son sus exquisitos dibujos en los que está inspirada la gráfica de esta edición de FOTCIENCIA… ¿Lo habías notado?

Pero no solo el cerebro y las neuronas tienen cabida en FOTCIENCIA19. El vidrio, los fenómenos físicos, los seres vivos o los objetos de la vida cotidiana: casi todo puede ser mirado desde una óptica científica. Ingeniería, matemáticas, química, biología, ciencias de materiales, ciencias sociales… ¡Las opciones son prácticamente infinitas y hay para todos los gustos! Si necesitas un extra de inspiración (aunque te recomendamos proponer nuevos enfoques), aquí puedes ver las imágenes seleccionadas en ediciones anteriores.

Para participar, debes ser mayor de edad y enviar tus fotografías, hasta un máximo de tres, en formato digital a través de un formulario disponible en la página web www.fotciencia.es. Tendrán que ir acompañadas de un breve texto, original y de tu autoría, que permita interpretarlas. El jurado valorará tanto la imagen –su calidad técnica, originalidad y valor estético– como la claridad de la explicación aportada en el texto.

Las ocho mejores imágenes de la edición anterior, FOTCIENCIA18

FOTCIENCIA es una iniciativa organizada por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT), con la colaboración de la Fundación Jesús Serra, del Grupo Catalana Occidente.

No olvides que el plazo de presentación finaliza a las 13:00 h del 3 de noviembre de 2022 (hora española peninsular). Puedes consultar toda la información y las normas de participación en www.fotciencia.es.

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De los móviles a las renovables: las baterías ya no son lo que eran

20 de septiembre de 2022

Por Pedro Gómez-Romero (ICN2-CSIC) *

De las pilas de simpáticos conejitos a las baterías de iones de litio encerradas en nuestros móviles, pasando por las pesadas baterías de plomo de los coches, las baterías del siglo XX nunca fueron actores principales de nuestras tecnologías. Parecían los parientes pobres de los móviles o de los coches, y, además, solo nos acordábamos de ellas cuando se gastaban, siempre en el peor momento, claro. Pero eso está a punto de cambiar.

El crecimiento de las renovables solo es posible de la mano de un crecimiento simultáneo del almacenamiento estacionario de energía.

Tomemos como ejemplo las baterías de iones de litio, bendecidas por Sony en 1991 para alimentar nuestros móviles. Ante todo, se les exigía (y se les sigue exigiendo) ligereza y compacidad, para ocupar poco espacio en la obra maestra de ingeniería y arquitectura que es nuestro móvil. El coste era secundario ante los desorbitados precios que el consumidor estaba dispuesto a pagar por la última versión del objeto de deseo. Y de su vida útil ya ni hablemos, puesto que las estadísticas confirman que cambiamos de móvil a mayor velocidad que lo que tarda en jubilarse su batería.

Pero las cosas están cambiando. De entrada, la consolidación de la tecnología de litio ha hecho que sus nichos de aplicación se extiendan a campos en tremenda expansión, como el vehículo eléctrico. Y entonces, de repente, la cosa cambia: tanto el precio de las baterías como su vida útil adquieren una importancia vital.

Además, la misma tecnología de litio se aplica ya en otros campos estratégicos como el almacenamiento estacionario de electricidad. Os cuento un caso real que conozco bien: el de mi propia casa. Vivo en una casa pasiva, que produce toda la energía que necesita y más, y que está aislada de la red eléctrica. De noche mi casa vive alimentada por un par de módulos de baterías de litio, que son esencialmente las mismas que se usan en móviles y en coches eléctricos. Todas descansan sobre el uso de iones de litio. Pues bien, el fabricante de mi sistema ya ha informado a todos sus clientes que sube los precios debido al encarecimiento de las materias primas. No es un caso aislado, las baterías de iones de litio están subiendo de precio este año 2022 después de décadas de continuos abaratamientos debidos a la economía de escala.

La excusa es la guerra de Putin, pero el rápido aumento de la demanda y los límites de producción de litio permiten predecir que los precios del litio seguirán altos después de la guerra. La crisis de materias primas (especialmente las más escasas) está aquí para quedarse.

Las baterías de litio también se utilizan en ordenadores.

Más allá de litio

Así, ha llegado el momento para el que la comunidad científica llevaba preparándose desde hace tiempo. Es la hora de sacar nuestras nuevas baterías del laboratorio y lanzarlas al mercado. Las conocemos como baterías “post-lithium” y las hay de sodio (Na), potasio (K), magnesio (Mg), calcio (Ca), cinc (Zn)… e incluso de aluminio (Al) o de hierro (Fe), que habrían sido impensables hasta hace poco tiempo. Todos estos elementos son mucho más abundantes que el litio (Li), aunque también más pesados, y algunos de ellos son capaces de producir dos y hasta tres electrones por átomo, mientras que cada átomo de litio solo es capaz de producir uno.

Pero además de estas baterías, de iones diferentes al litio, las baterías de un futuro más cercano de lo que creemos se basarán en químicas y formatos completamente diferentes. Por ejemplo, las baterías de tipo Metal-Aire (O2) o Metal-Azufre que han sido obstinadamente impracticables durante décadas y que ahora, con nuevos conocimientos, nanomateriales y herramientas científicas, están más cerca del éxito comercial. Estas baterías aportarían de hecho una gran mejora en la densidad de energía de las baterías: es decir, en la cantidad de energía que pueden almacenar en una unidad de volumen.

Aunque no todo depende de la densidad de energía de una batería. También es importante el tiempo de carga. Los supercondensadores, permiten cargas ultrarrápidas, con altas densidades de potencia y son capaces de brindar del orden de cientos de miles de ciclos de carga y descarga.

Además, los nuevos dispositivos híbridos que integran componentes o materiales de baterías con otros típicos de supercondensadores aspiran a brindar prestaciones similares a las de los supercondensadores, pero con mayor densidad de energía. Esta es la especialidad de mi grupo de investigación, NEO-Energy, en el Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2, CSIC-BIST).

Aparte de baterías de todo tipo, supercondensadores y dispositivos híbridos, también tenemos en nuestro catálogo nuevos formatos de tecnologías de almacenamiento de energía. Por ejemplo, las baterías de Flujo Redox en las que los elementos activos fluyen en lugar de estar encerrados en una celda electroquímica, como ocurre en las baterías convencionales. Este tipo de baterías es muy prometedor para el almacenamiento estacionario de electricidad renovable a gran escala, aunque es necesario seguir mejorando su densidad de energía.

Un futuro renovable

El almacenamiento de electricidad renovable no es la única nueva aplicación de las baterías, pero sí una de las más importantes entre las que hacen que las baterías ya no sean lo que fueron. La contribución de las energías renovables a la producción de electricidad en España roza el 50%. Hasta ahora, la variabilidad de la producción solar y eólica se compensaba con las energías de plantas nucleares de fisión o plantas de ciclo combinado (es decir, quemando gas natural). Sin embargo, en el futuro esta variabilidad se tendrá que compensar con una combinación de mayores interconexiones en la red eléctrica, almacenamiento masivo y gestión de la demanda. Cuando se alcance el 60% de electricidad renovable, habremos llegado a un punto crítico para el que tendremos que haber puesto en marcha cambios estructurales.

Instalación solar con batería incorporada.

La penetración de las renovables en nuestro mix energético deberá seguir creciendo, sin duda. Pero eso sólo será posible de la mano de un crecimiento simultaneo del almacenamiento estacionario de energía, que permita compensar la variabilidad solar y eólica. Además, dicho almacenamiento tendrá que desarrollarse sobre diversas tecnologías, que se adapten a los cortos, medios y largos periodos de almacenamiento en respuesta a la variabilidad a corto, medio y largo plazo de nuestras tecnologías de generación.

No es una transición fácil, pero sí absolutamente necesaria. Debemos acelerar para sacar del laboratorio todas esas tecnologías de almacenamiento y ponerlas a trabajar para lograr un nuevo modelo de energía verdaderamente sostenible. Porque es ahora cuando estamos creando la historia de nuestro futuro.

* Pedro Gómez-Romero es profesor de investigación, divulgador científico del CSIC y responsable del canal de youtube de divulgación científica Tecnosfera.

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Mendeléiev, Penrose o Meitner: 6 casos de inspiración científica súbita

13 de septiembre de 2022

Por Pedro Meseguer (CSIC)*

A menudo creemos que, con la formación adecuada, estudiar en profundidad un problema es suficiente para atacarlo con probabilidades de éxito. Analizamos su historia, el contexto, las cuestiones cercanas, sus formulaciones y métodos de solución, etcétera. Y si se resiste profundizamos más. Insistimos hasta que encontramos la solución al problema que nos habíamos planteado. Pero, a veces, esto no basta y nos estrellamos contra un muro que parece infranqueable. En esas ocasiones, no es infrecuente experimentar el siguiente hecho singular: cuando nos damos un respiro o dejamos el problema a un lado, como por arte de magia, la solución aparece nítida en nuestra mente. ¿Qué ha sucedido? Se trata de la llamada inspiración súbita.

Una experiencia común

En ciencia, estas experiencias no son desconocidas. Hay diversas anécdotas sobre cómo la solución de un problema ha sido revelada a la persona que lo investigaba sin aparente esfuerzo por su parte, bien en el periodo de vigilia o bien en sueños. A continuación, detallamos seis ejemplos de inspiración súbita protagonizados por personajes relevantes de la historia de la ciencia.

William Rowan Hamilton, el matemático de cuyo nombre proviene el término “hamiltoniano”, halló la multiplicación de los cuaterniones de forma súbita, mientras se dirigía con su mujer a una sesión de la Royal Irish Academy dando un paseo a lo largo del Royal Canal, en 1843. El impacto de la idea fue muy intenso: lo describió como “un circuito eléctrico que se cierra”. Al no disponer de pluma ni papel, marcó con su navaja la fórmula de la operación en una piedra del puente de Brougham, por el que circulaba en ese momento.

August Kekulé, uno de los padres de la química orgánica, descubrió la estructura de anillo del benceno tras soñar con una serpiente que se mordía la cola. Se cree que sucedió en 1862. La composición química de este elemento se conocía, pero no su disposición en el espacio. Antes de formarse en química, Kekulé estudió arquitectura y era un delineante competente, por lo que se puede suponer que poseía una buena imaginación espacial.

Dmitri Mendeléiev, el creador de la tabla periódica, era catedrático en San Petersburgo, en 1869. Tuvo un sueño en el que vio “una tabla en la que todos los elementos encajaban en su lugar”. “Al despertar, tomé nota de todo”, declaró. Y así nació la clasificación de los elementos químicos.

Mendeléiev, el creador de la tabla periódica, tuvo un sueño en el que vio “una tabla en la que todos los elementos encajaban en su lugar”. / Imagen: Studio4rt – Freepik

Henri Poincaré, el gran matemático y físico teórico francés, fue profesor en la universidad de Caen, en febrero de 1881. Llevaba trabajando varios días sobre una cuestión que se le resistía. Frustrado, decidió tomarse un descanso y se unió a una expedición geológica. Al subir al autobús, la solución del problema —un importante descubrimiento sobre funciones fuchsianas— apareció clara en su mente, acompañada de la certeza de su validez.

Lise Meitner, física responsable de la fisión nuclear, huyó en 1938 de Berlín por su origen judío. Su antiguo jefe, Otto Hahn, bombardeó átomos de uranio con neutrinos, esperando obtener un elemento más pesado, pero sucedió al revés, obtuvo elementos más ligeros. Le preguntó a Lise por carta, y ella le contestó con la posibilidad de que el átomo se hubiera partido. Tras enviar su respuesta, Lise salió a dar un paseo por el bosque. De pronto sacó un papel del bolsillo y comenzó a hacer cálculos. Comprobó que la energía generada se correspondía con el defecto de masa observado, a través de la ecuación de Einstein E=mc². Y así descubrió la fisión nuclear; aunque no obtuvo el reconocimiento correspondiente. A pesar de que ella proporcionó la explicación, Otto Hahn no incluyó su nombre entre las personas firmantes del artículo que lo describía, y recibió en solitario el Premio Nobel de Química en 1944.

Roger Penrose, que recibió el Premio Nobel de Física del año 2020, tuvo una experiencia singular. En 1964, un colega estadounidense lo visitó en Londres. Durante un paseo, y al cruzar la calle, a Penrose le vino la solución al problema en el que trabajaba en esa época. La conversación siguió al otro lado de la calle y ocultó la idea, pero no su alegría. Cuando el visitante se marchó, Penrose buscó la causa de su júbilo, y volvió a encontrar la idea que había tenido al cruzar la calle.

Las tres fases de la inspiración

Grandes investigadores e investigadoras se han interesado por los aspectos psicológicos del descubrimiento científico, en particular, del matemático. Han escrito obras de títulos en ocasiones autoexplicativos: Ciencia y Método, de Poincaré, La psicología de la invención en el campo matemático, de Hadamard, La nueva mente del emperador, de Penrose.

A partir de estos análisis, destacaría tres fases sobre la iluminación o inspiración súbita. Primero, hay una etapa de trabajo intenso sobre el problema en cuestión, sin que se produzcan resultados; allí es donde se realiza una labor profunda en el inconsciente. En segundo lugar, hay un periodo de relax, durante un paseo o un viaje, a veces en un sueño, donde la mente consciente está ocupada en ‘otra cosa’ y espontáneamente surge la iluminación o inspiración súbita. Por último, una nueva etapa de trabajo consciente, donde se verifica la validez de esa iluminación. Aunque la inspiración súbita haya sido acompañada de la certeza de su corrección, es un paso muy necesario para formalizar sus resultados.

En todas estas historias, se vislumbra que los procesos mentales humanos de la inspiración súbita comparten una naturaleza común y siguen circuitos similares. Estas vivencias refuerzan la utilidad del descanso para alcanzar soluciones creativas a problemas complejos. Evidentemente la mente consciente se ha de enfocar en ellos, pero solo concentra una parte del esfuerzo. La otra radica en la mente inconsciente, con unos ritmos internos que se han de respetar para que rinda sus frutos y nos permita avanzar en la comprensión del mundo.

*Pedro Meseguer es investigador en el Instituto de Investigación en Inteligencia Artificial del CSIC.

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Volcanes bajo el mar

28 de julio de 2022

Por Adelina Geyer* (CSIC)

Los volcanes son unos de los fenómenos naturales más espectaculares de nuestro planeta. En los últimos 60 años se han registrado anualmente entre 50 y 80 erupciones, en las que el magma sale del interior de la Tierra a través de fracturas en el suelo dando lugar a exuberantes columnas eruptivas de varios kilómetros de altura o a espectaculares ríos de lava. Cuando pensamos en un volcán, solemos imaginarnos una gran montaña, como el gran monte Fuji (Japón), o el domo de lava Puy de Dôme (Francia). Pero olvidamos que el fondo de los océanos acoge también abundante actividad volcánica. De hecho, la gran mayoría del volcanismo en la Tierra, se estima que más del 80%, ocurre bajo el agua, tanto en zonas profundas (a kilómetros de profundidad) como someras (a algunos centenares de metros).

Vista del monte Fuji y la pagoda Chūrei-tō desde el florecido parque Arakurayama Sengen, en Fujiyoshida, prefectura de Yamanashi, en Japón central. Imagen: Reginald Pentinio / Flickr

La actividad volcánica de nuestro planeta, ya sea aérea (en la superficie terrestre) o submarina, se concentra primordialmente en los límites de las placas tectónicas. A lo largo de las zonas de dorsal o rift (límites divergentes) y las de subducción (límites convergentes) existen cambios de temperatura, presión o de composición química que permiten que las rocas del manto se fundan parcialmente y se genere magma. Este magma asciende hacia la superficie y, en ocasiones, se detiene a diferentes profundidades para acumularse en reservorios (cámaras magmáticas) que alimentan a los sistemas volcánicos. Además, un pequeño porcentaje de la actividad volcánica se origina dentro de las placas tectónicas (volcanismo intraplaca) sobre los denominados puntos calientes, zonas donde la temperatura del manto es anómalamente elevada.

Vista del volcán Puy de Dôme desde el Puy de Côme. El Puy de Dôme es, uno de los volcanes más jóvenes de la región Chaîne des Puys, en el Macizo Central, en el sur de Francia. Imagen: Clément Beckert

Coladas de lava bajo las aguas

Durante una erupción, el tipo de actividad y los materiales volcánicos generados dependen principalmente de la composición y el contenido de gas en el magma que asciende a la superficie. Además, para el caso del volcanismo submarino, otro factor principal es la profundidad de la zona de emisión de magma.

En la mayoría de las erupciones submarinas en aguas profundas, el magma suele ser de composición basáltica. El magma basáltico, de alta temperatura (1000 a 1200 °C), baja viscosidad (puede fluir con facilidad) y bajo contenido en gas, sale al fondo del océano en forma de fuentes y coladas de lava. Cuando estas entran en contacto con el agua fría (2 a 4 °C), la superficie exterior del magma se enfría rápidamente hasta convertirse en vidrio. Las lavas submarinas más comunes son las almohadilladas (pillow lavas), por sus formas más o menos esféricas o redondeadas, en forma de almohada. También son frecuentes los flujos de lava lobulados (lobate lavas), de superficie lisa o con una textura de caparazón de tortuga de vidrio fracturado por contracción, y los flujos laminares (sheet flows), que pueden presentar superficies lisas, alineaciones, pliegues, etc. La presencia de uno u otro tipo de coladas de lava no depende de la composición química, sino de las diferencias en la tasa de suministro de magma, la topografía subyacente y las condiciones del flujo.

Lavas almohadilladas en el fondo oceánico de Hawaii. Imagen: National Undersea Research Program (NURP) / Office of Oceanic and Atmospheric Research (OAR), USA

Un millón de montes submarinos

La acumulación de materiales volcánicos en el fondo del mar, especialmente de coladas de lava, da lugar a los denominados montes submarinos (seamounts). Se trata de los volcanes más abundantes de la superficie de la Tierra ─se han identificado más de un millón─, pero los menos estudiados. Los montes submarinos pasan por varias etapas de crecimiento, y es común observar en sus cumbres cráteres de tamaño muy variable: de pocas decenas de metros a unos kilómetros.

Durante la etapa de desarrollo de los montes submarinos en aguas profundas la alta presión hidrostática (presión del agua) favorece un tipo de actividad volcánica poco o nada explosiva. La presión es tan elevada que el agua no hierve de forma explosiva cuando entra en contacto con el magma. A medida que el edificio volcánico crece, el centro emisor de magma se vuelve más somero, por lo que la presión hidrostática disminuye. En este momento, comienza a haber una interacción explosiva entre el agua y el magma, similar a cuando caen gotas de agua en una sartén con aceite muy caliente. La actividad volcánica se vuelve más violenta, con fases eruptivas llamadas de tipo surtseyano (por el volcán Surtsey), que generan conos de toba ─roca ligera formada por cenizas volcánicas─ submarinos y superficiales. Si la actividad volcánica continúa, puede llegar a crearse una gran isla volcánica, como Tenerife o La Palma (Islas Canarias).

Erupción del volcán Surtsey (Islandia, 1963), que dio lugar al nombre del tipo de actividad surtseyana. Imagen: National Oceanic and Atmospheric Administration’s (NOAA), Office of Oceanic and Atmospheric Research (OAR), USA

Fuentes hidrotermales

Otro fenómeno relacionado con el volcanismo submarino es la actividad hidrotermal, tanto en los montes submarinos como a lo largo de las dorsales oceánicas. El agua de mar se infiltra por las fracturas de la corteza, se calienta con las rocas volcánicas y el magma que hay en profundidad, reacciona con las rocas de la corteza oceánica y vuelve a subir al lecho marino. En su camino, los fluidos hidrotermales realizan un intercambio químico con las rocas que atraviesan, dejando atrás unos elementos y recogiendo otros que traen de vuelta hacia la superficie y al océano. De esta manera, los fluidos hidrotermales transportan gases producidos por la interacción agua-roca o provenientes del magma, así como altas concentraciones de metales en solución.

Las soluciones hidrotermales surgen a través de fumarolas en el fondo del océano a temperaturas que alcanzan varias centenas de grados. Al emerger, las soluciones precipitan diversos minerales (pirita, calcopirita, etc.) que forman depósitos y sedimentos ricos en hierro y manganeso. Además, las altas concentraciones de sulfuro de hidrógeno en estas fumarolas sustentan un conjunto biológico único, que incluye bacterias oxidantes de sulfuro, que forman la base de una cadena alimentaria.

Una ‘fumarola negra’ emite chorros de fluidos cargados de partículas, predominantemente minerales de sulfuro, de grano muy fino. Las ‘fumarolas negras’ se forman a partir de depósitos de sulfuro de hierro, que es negro. Las ‘fumarolas blancas’ se forman por depósitos de bario, calcio y silicio, de color blanco. Imagen: National Ocean Service National Oceanic and Atmospheric Administration, U.S. Department of Commerce

Mucho queda por aprender del volcanismo submarino de nuestro planeta, pero los avances tecnológicos recientes como los ROV (vehículos operados remotamente) permiten tomar imágenes, vídeos e incluso recoger muestras para avanzar en el conocimiento de la dinámica y los productos de las erupciones submarinas.

¿Qué será lo siguiente que descubramos sobre el misterioso fondo del océano?

*Adelina Geyer es investigadora del CSIC en el Instituto de Geociencias de Barcelona (GEO3BCN – CSIC) y miembro del Grupo de Volcanología de Barcelona. Geyer divulga la ciencia de los volcanes para público general e infantil.

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