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CURIOSIDADES CIENTÍFICAS PARA COMPARTIR

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¿Qué le pasa a tu cerebro cuando haces ejercicio? Ojo, no todo son ventajas

Por José Luis Trejo (CSIC)*

La Grecia clásica ya sabía de los beneficios del ejercicio físico para el cuerpo y para la mente, y hoy día todo el mundo es consciente de los perjuicios del sedentarismo. El ejercicio mejora la capacidad de aprendizaje, es antidepresivo, ansiolítico, y favorece la formación de nuevas neuronas en el área cerebral dedicada a la memoria. Sin embargo, pocas personas son conscientes de que no todo ejercicio es bueno para la salud. El ejercicio físico moviliza una serie de moléculas de nuestro cuerpo que, una vez entran en el cerebro y activan las células diana, producen efectos que explican todas estas ventajas y desventajas.

En cuanto a los beneficios del ejercicio, su práctica incrementa la cantidad de los llamados ‘factores de crecimiento’, una gran familia de moléculas que se liberan en sangre durante la actividad. Mejoran la irrigación sanguínea en las zonas activas del cerebro, aumentan el número de conexiones neuronales (o sinapsis), el número de ramificaciones de las células neurales (conocidas como dendritas) y la división de células madre neurales, responsables de generar nuevas neuronas en el hipocampo del individuo adulto. Todo ello contribuye a que la conectividad nerviosa mejore y se incremente la eficiencia del cerebro, es decir, nos ayuda a que pensemos mejor. Ejercitar tanto el cuerpo como el cerebro mejora la salud de ambos. La máxima mens sana in corpore sano es cierta, la actividad cognitiva unida a la actividad física no solo incrementa la división sino también la conectividad de las nuevas neuronas, y ahora, además, sabemos cómo sucede.

XXXVII Carrera de la Ciencia organizada por el CSIC./ Eliezer Sánchez.

Averiguar estos detalles ha requerido investigar con animales de experimentación. Gracias a estudios relacionados con la neurobiología del ejercicio hemos sabido que la actividad que más efectos beneficiosos conlleva es el ejercicio físico sumado a la actividad cognitiva. En los animales de experimentación esto se conoce como enriquecimiento ambiental. Examinar la memoria y el estado de ánimo de un animal de laboratorio no es tarea sencilla. Para ello los neurobiólogos han tenido que diseñar tests específicos que no causen ningún estrés ni malestar en los animales, pero que sirvan para analizar su estado de ánimo y su capacidad cognitiva. Con este propósito, se han refinado los métodos para analizar cómo los factores de crecimiento ejercen su acción sobre las neuronas, y han aparecido marcadores de las nuevas neuronas que nos permiten su detección y seguimiento.

Gracias a estas nuevas herramientas se ha determinado, por ejemplo, que un animal ejercitado es capaz de distinguir dos objetos muy parecidos, pero en realidad diferentes, con mayor exactitud que un animal sedentario. También se ha demostrado que tras el ejercicio, el miedo que el animal siente ante los espacios abiertos y desconocidos se reduce, y le permite aventurarse a explorarlos sin ansiedad. Todos estos efectos son mediados por los factores de crecimiento. De hecho, la administración de dichos factores por sí solos a animales sedentarios ha producido los mismos beneficios sin necesidad de ejercicio.

Estos hallazgos abren la posibilidad de que los factores de crecimiento (como decíamos, la familia de moléculas que se liberan en sangre durante la actividad física) pudieran usarse como farmacomiméticos del ejercicio en personas que no pueden hacerlo por una u otra razón. Sin embargo, no son las únicas moléculas que participan en los efectos beneficiosos de la actividad física, y además aún no se conocen todas, así que el mensaje para todos aquellos que sí pueden hacer ejercicio es que comiencen de inmediato a practicarlo, pero con una nota de cautela.

Desventajas del ejercicio físico

Lo mencionábamos al principio. ¿Todo el ejercicio es bueno?, ¿cuánto más, mejor? Si el ejercicio es extenuante, además de los citados factores de crecimiento, se acabarán liberando hormonas del estrés, que también entrarán en el cerebro y se dirigirán a las mismas células neurales, produciendo los consabidos efectos perjudiciales cuando el estrés tiene lugar de manera continuada en el tiempo. Por decirlo rápidamente: la intensidad del ejercicio es la que marca si su práctica es beneficiosa o perjudicial. Cuando un mismo estímulo es beneficioso a baja intensidad y se torna perjudicial a altas intensidades decimos que tiene una curva de respuesta dual. Este fenómeno se denomina hormesis y varía en cada persona. Esto significa que el estímulo es el mismo, pero es su intensidad, moderada o extenuante, la que determina si los efectos son beneficiosos o perjudiciales, respectivamente. La baja exposición al estímulo (en este caso ejercicio) produce cierto efecto, mientras que mucha exposición produce el efecto contrario, o ningún efecto.

 

El gráfico, en forma de U invertida, muestra cómo los efectos positivos se acumulan a medida que incrementamos la intensidad del ejercicio, llegan a un punto máximo, y a continuación, aunque aumente la intensidad, éstos empiezan a perderse hasta llegar a un punto similar a la situación de partida./ Nutrition Journal.

Desde tiempo inmemorial se ha sabido que el ejercicio es bueno, pero también se alaba la virtud del término medio, o aurea mediocritas de Aristóteles. Así pues, el ejercicio moderado, no extenuante, nos puede hacer más listos, más felices, ¡y con más neuronas!

José Luis Trejo es investigador en el Instituto Cajal del CSIC.

Virus y bacterias para estudiar en directo la evolución

Por Ester Lázaro (CSIC)*

Todos sabemos que en nuestra vida cotidiana hay actos que son perjudiciales para nuestra salud, como tomar el sol sin protector solar, hacerse radiografías innecesarias o ingerir alimentos con ciertos aditivos. Esto es así por la capacidad que la radiación y algunas sustancias químicas tienen para alterar nuestro ADN, la molécula que porta las instrucciones para que nuestras células y nuestro cuerpo sean como son y puedan realizar todas las actividades necesarias para mantenerse vivos.

Los cambios en el ADN se denominan mutaciones y pueden, desde no tener efecto, hasta ser responsables de la aparición de muchos tipos de cáncer. Sin embargo, a pesar de su mala fama, las mutaciones son absolutamente necesarias para que los seres vivos puedan adaptarse a los cambios que continuamente ocurren en el ambiente. Vivimos en un entorno tan dinámico que, sin esta capacidad, la vida se habría extinguido al poco tiempo de iniciar su andadura por nuestro planeta. En lugar de eso, se ha diversificado en un grado tal que cuesta creer que toda la vida tenga el mismo origen.

Virus infectando bacteria

La ilustración muestra un conjunto de bacterias que están siendo infectadas por sus virus característicos, los bacteriófagos. Los experimentos detallados en este artículo se llevan a cabo utilizando un bacteriófago que infecta la bacteria Escherichia coli./ María Lamprecht Grandío

Gran parte de las mutaciones ocurren de forma espontánea, debido a los errores que se producen cada vez que la molécula de ADN es copiada, algo que tiene que suceder siempre antes de que cualquier célula se divida. Las mutaciones son responsables de que los individuos que componen las poblaciones no sean iguales, sino que posean diferencias que les dotan de diferente éxito reproductivo. De este modo, y gracias a la selección natural –de la que ya nos hablaba Darwin hace más de un siglo–, los individuos más aptos acabarán siendo más frecuentes, hasta que lleguen a ser mayoritarios en la población. A lo largo de la historia, esta acción combinada de las mutaciones y la selección natural es lo que ha conducido a la evolución y diversificación de la vida a partir de un ancestro común que vivió hace 3.800 o 4.000 millones de años.

La gran capacidad evolutiva de los microrganismos

Estudiar la evolución no es tarea fácil. No solo por los largos tiempos que normalmente son necesarios para observar sus resultados; también porque su causa primera –la generación de mutaciones– ocurre por azar y porque el efecto de estas depende del ambiente. Para reducir el desconocimiento que todavía existe sobre los principios que gobiernan la evolución sería deseable poder realizar experimentos en el laboratorio que nos permitieran aplicar el método científico.

Las poblaciones experimentales tendrían que satisfacer dos requisitos: evolucionar rápido y ser fáciles de manipular y de analizar, algo que donde mejor se cumple es en los microorganismos. De hecho, la rapidez evolutiva de los virus y las bacterias puede ser observada en el día a día. La contrariedad de que podamos coger la gripe más de una vez, las resistencias de las bacterias a los antibióticos y de los virus a los antivirales, la aparición de nuevas cepas de virus… Todo eso no es más que el resultado de la gran capacidad evolutiva de los microorganismos, que les permite adaptarse en un tiempo récord a casi cualquier circunstancia que pueda limitar su crecimiento.

Pero, ¿por qué los microorganismos evolucionan tan rápido? La respuesta está en la gran velocidad a la que se reproducen y en que durante la copia de su material genético se producen muchas más mutaciones que en otros tipos de organismos más complejos. La consecuencia es que tanto los virus como las bacterias son capaces de generar en poco tiempo poblaciones de gran tamaño y con una elevada diversidad, en las cuales pueden existir mutantes que son beneficiosos en determinadas condiciones ambientales, las mismas bajo las cuales se verán favorecidos por la selección natural.

Entender la evolución para entender el origen de la vida

Los experimentos que realizamos en el laboratorio de Evolución Molecular del Centro de Astrobiología (CSIC-INTA) consisten en propagar poblaciones virales en ciertas condiciones que imponemos y controlamos. Con el paso del tiempo, los procesos de mutación y selección permiten que se genere una población evolucionada, que se podrá analizar y comparar con la ancestral. De este modo, podremos no solo encontrar la respuesta adaptativa frente a una condición ambiental concreta, sino también extraer conclusiones generales sobre el proceso evolutivo.

Las preguntas a las que intentamos dar respuesta son del tipo: ¿cómo pueden responder los virus al aumento de la temperatura ambiental? ¿Existe un límite en la producción de mutaciones que sea incompatible con la supervivencia? ¿Qué relaciones hay entre el tamaño poblacional y la adaptación? ¿Cómo interaccionan las mutaciones? Buscamos entender la evolución de la vida actual, pero también aproximarnos a cómo pudo ser la evolución de las moléculas de replicadores primitivos que precedieron a la vida celular, algo para lo que las poblaciones virales también constituyen un modelo excelente. Pero eso ya es otra historia que nos lleva hacia el pasado de la vida, en lugar de hacia su futuro… Algo fascinante que trataremos en otra entrega de este blog.

* Ester Lázaro es investigadora en el Centro de Astrobiología (CSIC-INTA), donde dirige el grupo de evolución experimental con virus y microorgamismos.

¿Somos los ‘Homo sapiens’ los únicos humanos que hemos habitado la Tierra?

Por Antonio Rosas (CSIC)*

Hasta muy recientemente, ‘ser humano’ significaba pertenecer a nuestra especie Homo sapiens. Otras formas similares más antiguas y arcaicas, como Homo erectus o los neandertales, aun siendo incluidas en el género Homo, eran vistas con cierta distancia y carentes de los atributos básicos que asociábamos al concepto de humano.

La evolución humana se percibía –y aún hoy muchos la siguen asumiendo– como una secuencia lineal y ascendente de especies. La condición más primitiva del género la definía la especie Homo habilis, de cara muy prominente y cerebro aún reducido (aproximadamente 700 cm3 de volumen encefálico). La fase intermedia venía definida por Homo erectus, caracterizada por un mayor encéfalo (aproximadamente 1.000 cm3). Y, por último, en la fase final aparecería la especie actual, Homo sapiens, con un gran volumen encefálico (aproximadamente 1.400 cm3), una cara muy reducida y una sofisticada cultura material. ¡Para algunos el zénit de la evolución!

Cráneos

Varios cráneos de neandertales y, al final de la hilera, un cráneo de sapiens. / Comunicación CSIC

Hoy en día la situación es algo más compleja y la respuesta a la pregunta ¿qué significa ser humano? ya no resulta tan inmediata. El avance de la ciencia ha puesto de nuevo en entredicho conceptos que teníamos casi por absolutos. En la actualidad sabemos que hace apenas 100.000 años coexistieron en el planeta Tierra al menos cinco linajes (especies) humanos, cada uno con un acervo cultural propio.

Durante algún tiempo, los humanos anatómicamente modernos (nosotros: H. sapiens) habitábamos el África subsahariana; los neandertales (H. neanderthalensis), centrados en Europa, poblaban el extremo occidental de Eurasia; los pequeños H. floresiensis, cuyo cuerpo conserva reminiscencias muy arcaicas, vivían en la Isla de las Flores (Indonesia); las últimas poblaciones de H. erectus perduraban en la Isla de Java y quizá también en el continente asiático; y un nuevo linaje humano –los llamados ‘denisovanos’ –, descubierto recientemente en las cuevas de Denisova (Siberia) e identificado a partir de su ADN fósil, habitó extensas áreas de Asia. En resumen, nada menos que cinco linajes humanos coexistiendo, cuya simple enumeración detrae un buen pedazo de arrogancia a nuestro ego de ‘especie elegida’.

Filogenia 5 expecies

Esquema de la filogenia de las cinco especies humanas. / Antonio Rosas

¿Cómo impacta sobre la noción de humanidad el hecho de haber existido diferentes especies humanas? En buena medida, creo que carecemos de los conceptos formales que nos permitan pensar con solidez en este asunto. Nos enfrentamos colectivamente al reto de articular un nuevo discurso antropológico basado en el conocimiento empírico y serio de la paleontología humana.

Pero, además, la definición de lo humano encuentra nuevas dificultades. Actualmente existe un interesante debate en torno al origen del género Homo y quienes fueron sus representantes. Así, mientras algunos especialistas consideran que la primera especie humana fue H. habilis, –de la que se han encontrado evidencias de hasta 2,8 millones de años–, para otros, entre los que me encuentro, dicha especie debería ser excluida del género, cuyo origen sería mucho más reciente.

En paralelo, la producción de herramientas ha sido, desde que así fuera propuesto por Darwin, uno de los rasgos más sintomáticos y esenciales de lo humano. Sin embargo, hoy conocemos herramientas, así como las marcas de su uso dejadas sobre los restos de animales, encontradas en yacimientos con antigüedades que rondan los 3,3 millones de años y que se remontan a tiempos muy anteriores al origen de Homo. Obviamente fueron otras criaturas las artífices de estos utensilios, que asociamos con alguna especie de Australopithecus. Por toscos que puedan ser esos utensilios son, de facto, herramientas concebidas y elaboradas por homininos no humanos.

Por lo común, la noción clásica de humanidad –conjunto de todos los seres humanos actuales y la manifestación de sus capacidades– encierra el carácter de ‘ser única’. De forma implícita, se admite que humanidad solo hay una. Visto desde el presente, por muy dispares que pudieran parecer los grupos raciales o sus etnias, hoy reconocemos en todos ellos una comunidad de rasgos y cualidades que los agrupan bajo una misma entidad que llamamos H. sapiens. Frente a concepciones racistas, admitimos que todos los seres humanos tenemos un mismo estatus evolutivo y jurídico.

Sin embargo, acabamos de nombrar cinco linajes humanos diferentes. ¿Debemos acaso hablar de cinco humanidades diferentes? Ante la pregunta de qué es el ser humano, la ciencia nos pone hoy frente a una cuestión previa: ¿de qué ser humano hablamos? ¿Hablamos de los humanos anatómicamente modernos: H. sapiens? ¿Nos referimos a H. floresiensis? ¿O acaso hablamos de los neandertales? Nuestra humanidad “sapiens” podría ser solo un subconjunto de lo potencialmente humano.

 

* Antonio Rosas es investigador del CSIC en el Museo Nacional de Ciencias Naturales y autor de los libros de divulgación Los neandertales, Los primeros homininos y La evolución del género ‘Homo’ (CSIC-Catarata). El texto del post ha sido extraído de este último libro. 

Pedalear por la ciencia: una vuelta ciclista en defensa de la investigación

Por Pablo Vargas (RJB-CSIC), Fernando Valladares (MNCN-CSIC), Luis Navarro (Universidad de Vigo), Adrián Escudero (Universidad Rey Juan Carlos) y José María Sánchez (Universidad de Vigo)

El lunes 17 de septiembre, un día después de que concluya la Vuelta Ciclista a España, un pequeño grupo de investigadores nos embarcaremos en nuestra singular Vuelta Ciclista por la Ciencia. Pedalearemos cientos de kilómetros enlazando algunas de las principales universidades de nuestro país con el objetivo de acercar el conocimiento científico a la sociedad y transmitir la pasión por hacerlo avanzar.

Pelotón

Fernando Valladares y Pablo Vargas (primero y segundo por la izquierda), protagonistas de la Vuelta Ciclista por la Ciencia, junto con otros compañeros de pelotón.

Con el mismo impulso que impondremos a nuestras bicicletas y con el mismo entusiasmo que cruzaremos puertos y ciudades, trataremos de explicar los aspectos más novedosos y fascinantes de las ciencias naturales, como las lecciones que nos dan las plantas sobre el cambio climático, los recientes cambios acontecidos en la clasificación de los seres vivos o las consecuencias de las invasiones biológicas en España. También daremos nuestro punto de vista sobre los desafíos y dificultades de la ciencia que se hace en nuestro país y sobre las mejoras que a nuestro juicio necesitan acometer la Administración y los organismos de investigación.

Esta particular aventura física e intelectual pretende fomentar vocaciones y estimular la proyección del pensamiento científico en la sociedad. Partiremos de la Universidad de Vigo y recalaremos sucesivamente en las universidades de Santiago de Compostela (día 17), Oviedo (día 18), León (día 19) y Salamanca (día 20). Nuestro periplo concluirá en el campus de Móstoles (Comunidad de Madrid) de la Universidad Rey Juan Carlos (día 21).

Recorrido

Durante la mañana de cada jornada pedalearemos entre cien y ciento veinte kilómetros y aprovecharemos para realizar observaciones y descripciones de la biodiversidad vegetal y animal que vayamos encontrando. Ya por la tarde mantendremos un encuentro con los responsables de cada universidad y ofreceremos un ciclo de charlas breves en el que trataremos temas de actualidad en biología y en el que esperamos contar con una importante participación del público. El programa completo de la Vuelta puede consultarse en la web https://cienciavuelta.com

Nuestro objetivo final es que esta iniciativa tenga continuidad en el tiempo y se repita anualmente, de forma que en próximas ediciones aumente de modo significativo la envergadura del pelotón y se pueda contar con apoyo y ayudas para su organización. Los gastos de esta primera edición los hemos asumido entre los propios participantes, que también vamos a emplear nuestras respectivas vacaciones para poder divulgar los descubrimientos científicos de mayor interés.

Podéis seguirnos diariamente en la cuenta @CienciaVuelta de Twitter y cienciavuelta2018 de Instagram.

Estas vacaciones llévate la ciencia en el móvil con las apps del CSIC

Por Mar Gulis (CSIC)

Reconocer árboles que encuentres en la naturaleza, poner a prueba tus conocimientos científicos en un juego de preguntas y respuestas o participar en la lucha contra mosquitos que transmiten enfermedades. Las apps del CSIC te proponen diferentes formas de acercarte a la ciencia, aprender e incluso colaborar con proyectos de investigación a través de tu móvil o tablet. Estos días de descanso, tiempo libre y paseos por la naturaleza ofrecen una excelente oportunidad para descubrirlas. Aquí te presentamos cinco de ellas:

ArbolappArbolapp Canarias yArbolapp Canarias. El verano es una época muy propicia para visitar espacios naturales. Si en tus excursiones no logras identificar los árboles que encuentras a tu paso, estas dos aplicaciones, que en conjunto suman ya cerca de 750.000 usuarios y usuarias, te serán de gran ayuda. Con Arbolapp podrás reconocer los árboles silvestres –es decir, los que crecen de forma natural– de la península ibérica y las Islas Baleares; y con Arbolapp Canarias, los del archipiélago canario. Para ello, tienes a tu disposición dos sistemas de búsqueda (guiada y abierta) y fichas de todas las especies autóctonas y las no autóctonas que se asilvestran con más frecuencia en cada territorio. Arbolapp y Arbolapp Canarias cuentan además con numerosas fotografías e ilustraciones que facilitan su uso y, una vez descargadas, no necesitan conexión a internet, por lo que podrás utilizarlas en lugares a los que no llegan los datos a través de la red móvil.

Hi Score SciemceHi Score Science. ¿Cómo hacer más entretenidos los largos viajes o las horas de la siesta, cuando el calor no deja más opción que refugiarse a la sombra? Con esta aplicación puedes alternar las lecturas veraniegas, los crucigramas o los juegos de cartas poniendo a prueba tus conocimientos científicos. “¿Cómo se llama el cambio de estado sólido a líquido? ¿Cuál es el metal más ligero de la tabla periódica? ¿Cuál es el pH normal de la sangre?” Hi Score Science es un juego de preguntas y respuestas sobre química y materiales elaboradas por personal investigador del CSIC al que puedes jugar por tu cuenta o en compañía. Si además estudias ESO o Bachillerato, podrás participar en concursos proponiendo nuevas preguntas para que se incluyan en la aplicación.

polinizappPolinizapp. En los tiempos muertos veraniegos también puedes ponerte en la piel de insectos polinizadores como la abeja, el abejorro o la mosca, y aprender de paso sobre la polinización, un proceso vital para la biodiversidad vegetal de nuestro planeta y para nuestra propia supervivencia. En este juego de simulación tendrás que obtener polen y néctar de las flores para conseguir alimento y generar semillas en distintos escenarios (montaña, ciudad, cultivos, etc.). Además, deberás hacer frente a amenazas varias, como especies invasoras, predadores y pesticidas, que podrán debilitarte o incluso causar tu muerte.

Mosquito alert

Mosquito Alert. Este proyecto de ciencia ciudadana conecta a ciudadanía, comunidad científica y personal gestor en salud pública y medio ambiente para luchar contra la expansión del mosquito tigre y el mosquito de la fiebre amarilla, dos especies invasoras que son vectores de enfermedades como zika, dengue o chikungunya. Con la aplicación de Mosquito Alert podrás avisar y enviar fotos si en alguno de tus paseos veraniegos encuentras alguna de estas especies o sus lugares de cría, y también validar fotos de otros participantes o ponerte en contacto con los responsables del proyecto. Gracias a esta iniciativa, ya se han registrado más de 10.000 observaciones de mosquito tigre en España y se ha detectado por primera vez la presencia en España de un nuevo mosquito invasor de origen asiático.

NatusferaNatusfera. La ciencia ciudadana también inspira este proyecto, que invita a cualquier persona con un móvil a tomar fotografías, recoger datos y geolocalizar los seres vivos que encuentre a su paso. Los datos son compartidos en la web de Natusfera, validados por los responsables y colaboradores de la iniciativa y posteriormente serán incluidos en la base de datos GBIF, la Infraestructura Mundial de Información en Biodiversidad, para que estén a disposición de toda la comunidad científica. En este proceso, si has subido una foto y no tienes claro de qué especie se trata, recibirás los comentarios y ayudas de otros participantes. Si te gusta observar y hacer fotos de otros seres vivos, no lo dudes: a partir de este verano puedes compartir tus imágenes con todo el mundo a través de Natusfera.

Todas estas aplicaciones, que pueden descargarse de forma completamente gratuita en Google Play y Apple Store, aúnan el rigor científico con un lenguaje sencillo y directo y son el fruto de la colaboración de centros del CSIC con otras entidades. En concreto, las cuatro primeras han recibido fondos de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología, adscrita el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades.

Illustraciencia VI anuncia sus premios: descubre las mejores ilustraciones científicas del año

Por Mar Gulis (CSIC)

El certamen internacional Illustraciencia, organizado por la Asociación Catalana de Comunicación Científica y el Museo Nacional de Ciencias Naturales (MNCN) del CSIC, ha dado a conocer las ilustraciones premiadas en su sexta edición. ¡No te las pierdas!

Ciervo Volante

Ciervo volante, de Rita Cortês de Matos (Portugal)
Ganadora de la categoría de ilustración científica

El ciervo volante (Lucanus cervus), el coleóptero más grande de Europa, es bien conocido por las largas mandíbulas de los machos. Las larvas se alimentan de madera podrida y tardan entre 4 y 6 años en llegar al estadio de su metamorfosis conocido como pupa. Los adultos emergen de la tierra en verano para aparearse y viven tan solo unas pocas semanas. En la península ibérica el ciervo volante se alimenta de árboles de hoja caduca como robles (Quercus) y castaños (Castanea sativa). Esta especie se encuentra protegida en Europa porque la actividad humana está provocando la desaparición de su hábitat. En particular, Lucanus cervus se ve afectado por las malas prácticas de gestión forestal, en las que se tiende a retirar la madera muerta de los bosques.

Siberian taiga

Siberian taiga, de Julia y Eugene Porotov (Rusia)
Ganadora de la categoría de ilustración naturalista

Este trabajo ilustra el entorno y las principales especies animales y vegetales que habitan en la taiga siberiana. Sus autores, que han crecido en Siberia, conocen perfectamente el ambiente y han avistado repetidas veces y dibujado directamente del natural a todos sus habitantes. Además, han tomado apuntes de su comportamiento y sus diferentes estrategias de supervivencia. En esta ilustración, han utilizado programas de dibujo digital.

Sudan

Sudán, el último rinoceronte macho blanco, de Larissa Ribeiro Lourenço Fernandes (Brasil)
Premio del público

Sudán fue el último rinoceronte macho blanco del mundo. Tras su fallecimiento, solo quedan dos miembros vivos de su especie: la hija y la nieta de Sudán. Para la autora de esta ilustración, que necesitó cuatro días para su elaboración, Sudán es “un símbolo de las especies en peligro de extinción y una señal de que si la forma en la que consumimos no cambia, tarde o temprano destruiremos el planeta y el proceso ecológico del cual dependemos los humanos”.

Hetermorphic

Heteromorphic Ammonoids of the Matanuska Formation, Turonian, Alaska, de Kate LoMedico Marriott (Estados Unidos)
Mención especial

La imagen es una reconstrucción de dos cefalópodos extintos que vivieron en el Cretácico Superior –época que se extendió desde hace 100 a 66 millones de años atrás–, y cuyas conchas son endémicas de los estratos de ese periodo hallados en algunas zonas de Alaska y Japón: Eubostrychoceras japonicum (izquierda) y Muramotoceras matsumoto.

RamphastosRamphastos, diversidad de picos del Neotrópico, de Santiago Forero Avellaneda (Colombia)
Mención especial

El género Ramphastos es uno de los cinco que componen la familia de los tucanes (Ramphastidae). Este género está compuesto por ocho especies de grandes y coloridos picos que se encuentran distribuidas a lo largo de las selvas de Centroamérica y Sudamérica.

Papagaios

Papagaios, de Wilma Ander (Brasil)
Mención especial

El papagayo del Amazonas o papagayo verdadero es un ave típica de Brasil muy apreciada como animal de compañía por su capacidad de hablar. Eso hace que muchos ejemplares sean capturados y comercializados clandestinamente. Habita en bosques, palmeras e incluso en áreas de cultivo de árboles; aunque es cada vez más común encontrarlo en áreas urbanas. En la naturaleza, evita a los depredadores quedándose inmóvil y callado.

megasoma

Megasoma elephas, de Carlos Ortega Contreras (México)
Mención especial

Megasoma elephas es un escarabajo que habita los bosques tropicales de México. Su ciclo de vida es largo: de 2 a 3 años en la etapa larval, que transcurre en árboles en descomposición y estiércol; y otros tantos en la vida adulta.

Illustraciencia, un proyecto creado por Connecta Ciència que cuenta con el apoyo de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología, premia y divulga la ilustración científica y naturalista desde 2009. En la última edición se presentaron más de 500 obras.

Si te han gustado estas imágenes, en la web de Illustraciencia puedes encontrar las 40 que compondrán la exposición itinerante del certamen. La muestra se inaugurará el 4 de octubre en el MNCN y estará acompañada por actividades paralelas, como talleres infantiles y encuentros profesionales.

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

Galaxia Andrómeda. / Robert Gendler.

Por Pablo Fernández de Salas (CSIC)*

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

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

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

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

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

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

satélite Planck

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

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

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

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

Antisotropías

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

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

 

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

El secreto de la Vetusta Morla: ¿por qué unos animales viven más que otros?

Por Marta Fernández Lara*

“Hay un ser en Fantasía que es más viejo que todos los otros. Lejos, muy lejos, al norte, está el Pantano de la Tristeza. En medio de ese pantano se alza la Montaña de Cuerno y allí vive la Vetusta Morla. ¡Busca a la Vetusta Morla!”

Con esta cita, un búfalo purpúreo animaba en sueños a Atreyu a buscar a la Vieja Morla en la Historia Interminable de Michael Ende. Este singular animal no solo es el más viejo de Fantasía. En nuestro mundo, las tortugas de las Galápagos están entre los vertebrados más longevos que existen, llegando a vivir cientos de años. Pero, ¿cuál es la razón por la que estos animales son tan longevos?, ¿por qué hay tanta disparidad entre los años que viven unos organismos y otros?

La ciencia se ha planteado muchas veces este tipo de preguntas pues, de conocer sus respuestas, estaríamos más cerca de alcanzar el ansiado ‘elixir de la juventud’ que permitiera alargar la vida a los seres humanos.

Las bases del envejecimiento

Para tratar de encontrar respuestas a estas preguntas, primero hay que entender qué es lo que determina la esperanza de vida o el envejecimiento.

El envejecimiento es un proceso biológico que evita que un organismo viva eternamente, incluso en condiciones ideales en las que no hay depredación, ni fenómenos ambientales que puedan producir la muerte de los individuos.

En los últimos años, la comunidad investigadora se han sumergido en las profundidades celulares para comprender qué mecanismos biológicos contribuyen al proceso de envejecimiento. Dentro de la maquinaria celular, la acumulación de mutaciones y de daños en el ADN, la molécula que contiene nuestra información genética, está asociada con el envejecimiento. Tanto es así, que científicos como Luis Blanco y su equipo, del Centro de Biología Molecular (UAM-CSIC), se dedican a estudiar los mecanismos de reparación de estos daños. Del mismo modo, la alteración de algunos orgánulos componentes clave de la célula también contribuye a este proceso. Por ejemplo, la modificación de los componentes de la pared que envuelve el núcleo, el orgánulo que contiene el ADN, está relacionada con un envejecimiento prematuro.

Por otra parte, la actividad celular también tiene una gran influencia en el envejecimiento, ya que algunos mecanismos biológicos generan unas moléculas denominadas especies reactivas del oxígeno (ROS), que pueden producir daños a proteínas, membranas celulares, etc. Esto se denomina estrés oxidativo, y en algunos experimentos se ha observado que su reducción puede alargar la vida de ciertos animales de laboratorio.

Estos son solo algunos ejemplos de procesos que se han visto implicados en el envejecimiento, pero todavía queda mucho por comprender de este complejo fenómeno biológico. Resolver estas incógnitas nos acercaría a conocer la clave de las diferencias entre la velocidad a la que envejecen las distintas especies o por qué algunas, como las bacterias, parecen no hacerlo nunca.

Coral cerebro (‘Diploria labyrinthiformis’).

La longevidad bajo una perspectiva evolutiva

Sin embargo, otros investigadores tratan de desvelar ‘el secreto de la Vieja Morla’ observando las características de los ciclos de vida de los organismos desde un punto de vista evolutivo.

En la naturaleza observamos que los organismos tienen diferentes estrategias vitales: algunos crecen más rápido, otros más lento; unos se reproducen antes, otros después y algunos viven más tiempo que otros. Estas diferencias han surgido como consecuencia de la actuación de procesos evolutivos a lo largo del tiempo.

En lo que se refiere al envejecimiento, los científicos han propuesto distintas hipótesis para tratar de explicar cómo ha evolucionado este proceso y por qué se mantiene.

Una de estas hipótesis explica que el envejecimiento se produce principalmente por la acumulación de mutaciones en el ADN cuyos efectos negativos se manifiestan con la edad. Una segunda teoría plantea que habría genes que, en etapas tempranas de la vida, tendrían efectos positivos en los organismos, por lo que se favorecería su transmisión a la siguiente generación por selección natural. Sin embargo, con el tiempo estos genes desencadenarían procesos negativos relacionados con el envejecimiento. Por último, otra de las principales hipótesis explica que las especies tienen una cantidad limitada de energía que deben repartir entre mantenerse vivos y reproducirse; y en reparar los daños del ADN que contribuyen a este proceso.

Todas estas hipótesis estarían relacionadas con un factor esencial que explicaría las diferencias de longevidad entre los animales: la mortalidad por causas ambientales. Por un lado, los animales que viven en ambientes en los que corren menos riesgo de morir por factores externos como la depredación, enfermedades, etc., la selección natural favorecerá un desarrollo más lento de los individuos, la expresión tardía de las mutaciones con efectos negativos y, en definitiva, retrasará el envejecimiento. Por otro lado, si las especies experimentan un riesgo alto de mortalidad por factores externos, su vida será más corta, la selección natural no tendrá tiempo de actuar para eliminar estas mutaciones perjudiciales que se acumularán antes, favoreciendo un envejecimiento temprano.

Un ejemplo de cómo influye el ambiente en la velocidad de envejecimiento de los animales es la investigación en la que ha participado recientemente Jordi Figuerola, investigador de la Estación Biológica de Doñana (EBD-CSIC). El estudio, realizado en mirlos, muestra que las poblaciones de zonas urbanas, que experimentan más estrés, presentan un mayor acortamiento de telómeros frente a las de zonas naturales. Los telómeros son regiones de los cromosomas que protegen el ADN de la degradación, y su acortamiento es un signo de envejecimiento.

Ejemplar de mirlo / Eloy Revilla (EBD-CSIC).

Así, se ha observado que los animales que poseen rasgos que les protegen de morir por causas ambientales presentan una longevidad mayor. Este es el caso de las aves y mamíferos voladores como los murciélagos, que en muchos estudios se ha visto que viven más que los que no poseen esta capacidad. Del mismo modo, parece que los mamíferos que habitan en los árboles viven más años que otros mamíferos terrestres, lo que explicaría que, por ejemplo, los primates tengan una vida tan larga en comparación con otras especies. La explicación que han propuesto las diversas investigaciones a estas observaciones es que la vida en las alturas proporciona una mayor protección frente a los depredadores, reduciendo así la mortalidad por factores externos y favoreciendo un envejecimiento tardío. Un último ejemplo, que nos acerca al enigma que nos proponíamos al principio, es el de los animales con caparazón o conchas protectoras que, como en el caso de las tortugas, presentan también una mayor longevidad.

¿Está resuelto, entonces, el misterio? Sin duda, estas teorías evolutivas dan un paso más en la comprensión de este proceso y de las diferencias de longevidad entre los organismos pero, una vez más, todavía quedan muchas incógnitas por resolver. Parece que aún nos queda un largo camino hasta llegar a la Montaña del Cuerno donde la Vetusta Morla guarda celosamente su secreto.

 

Marta Fernández Lara es colaboradora del Museo Nacional de Ciencias Naturales (CSIC).

¿Te apuntas a un ‘biomaratón’? Fotografía la naturaleza de tu ciudad en el City Nature Challenge 2018

Por Mar Gulis (CSIC)

Si te gusta la naturaleza urbana, entre el viernes 27 y el lunes 30 de abril tienes una cita clave. Durante estos cuatro días, cerca de 70 ciudades de todo el mundo competirán de forma amistosa en el City Nature Challenge 2018, un ‘biomaratón’ que invita a la ciudadanía a hacer la mayor cantidad posible de observaciones de seres vivos y publicarlas en internet. Cualquier persona con acceso a la red y un teléfono o cámara de fotos puede ayudar a que su ciudad sea la ganadora.

Impulsada desde 2016 por la Academia de las Ciencias de California y el Museo de Historia Natural del Condado de Los Ángeles, la competición se celebra este año por primera vez a escala internacional. En nuestro país, varios centros y proyectos vinculados al CSIC promueven la iniciativa, a la que se han sumado tres ciudades españolas y sus respectivas áreas metropolitanas: Madrid (con 28 municipios), Barcelona (con 36) y Cádiz (con 6).

CNC

¿Quieres participar? Es muy sencillo: durante los días que dure la competición haz fotografías o grabaciones sonoras de todo tipo de organismos (desde bacterias hasta árboles monumentales) que encuentres en alguna de estas zonas y luego súbelas a la plataforma de ciencia ciudadana NatuSfera. Ten presente que puedes hacer las observaciones por tu cuenta o acudir a alguno de los maratones convocados, como los organizados en Madrid por el Real Jardín Botánico y el Museo Nacional de Ciencias Naturales, o los que en Barcelona coordinan el Instituto de Ciencias del Mar y el Centro de Investigación Ecológica y Aplicaciones Forestales.

Tus observaciones podrán identificarse y validarse hasta el 3 de mayo gracias a un sistema de identificación colaborativa y quedarán disponibles para todo el mundo en NatuSfera, una herramienta creada por varios centros y proyectos vinculados al CSIC que funciona como un cuaderno de campo para el móvil, una red social naturalista y una plataforma de seguimiento de la biodiversidad.

Gráfica

Sistema de identificación colaborativa incorporado en NatuSfera, que permite identificar y/o validar un gran número de observaciones en un período de tiempo muy corto (como el requerido en la biomaratón).

Además, las observaciones validadas pasarán posteriormente a formar parte de la base de datos de GBIF, la Infraestructura Mundial de Información en Biodiversidad (por sus siglas en inglés), que con casi 1.000 millones de registros constituye la mayor red mundial de datos de biodiversidad.

Las ciudades ganadoras serán las que obtengan el mayor número de observaciones, especies observadas y participantes, pero el verdadero premio será aumentar el conocimiento de la biodiversidad urbana. Así, la información aportada por la ciudadanía proporcionará una ‘instantánea’ en tiempo real que permitirá hacer un seguimiento de cómo cambia la distribución o la presencia de las especies en las ciudades.

Por eso, todas las especies cuentan, sean o no nativas y con independencia de su abundancia o rareza. Y todas las observaciones sirven, aunque no puedas identificar la especie retratada o hayas fotografiado la misma especie en lugares distintos. Con esta metodología, el primer City Nature Challenge, que se celebró solo en San Francisco y Los Ángeles, alcanzó más de 20.000 observaciones, 1.000 participantes y 1.600 especies clasificadas, entre las que se incluían nuevas citas de especies que no se habían visto nunca en estas dos ciudades.

Observación

Jaume Piera, investigador del Instituto de Ciencias del Mar del CSIC, explica que “el objetivo principal de las biomaratones es crear y fortalecer una red de observadores a nivel local que aporten el conocimiento de la biodiversidad de sus respectivas áreas. Esta información, una vez integrada en bases de datos, servirá para obtener un conocimiento actualizado del estado de la biodiversidad a gran escala”. Y añade: “para lograrlo necesitamos datos de todos los lugares y en todo momento, y esto tan sólo lo podemos conseguir con la participación y el conocimiento local de la gente”.

¿Cómo participar?

  1. Inscríbete en el siguiente formulario.
  2. Visita natusfera.gbif.es o bájate la aplicación desde Google Play o AppStore.
  3. Regístrate y/o inicia la sesión.
  4. Haz y sube tus observaciones entre el 27 y el 30 de abril para que sumen al contador de tu ciudad.

¡Anímate y participa en el City Nature Callenge 2018! Tus observaciones serán útiles para la ciencia y para favorecer la conservación de la naturaleza de nuestras ciudades.

¿Qué tiene que ver la gravedad con la vida en el universo?

Por Carlos Barceló Serón (CSIC)*

La gravitación, el fenómeno por el cual los objetos con masa se atraen entre sí, parece estar detrás de la vitalidad que muestra el universo, es decir, de su capacidad para generar vida.

Remolinos de polvo interestelar en la nebulosa del Águila captados por el telescopio Hubble. Son conocidos como los “pilares de la creación” de la nebulosa, por ser un lugar donde nacen estrellas. / NASA-ESA.

Así ocurre porque la vida tal como la conocemos requiere para su existencia de una gran variedad de elementos químicos. Para que esta complejidad química se haya producido, fue necesario formar primero un ecosistema de estrellas. Es en estos inmensos y potentes hornos donde se generaron los elementos químicos complejos (todos salvo los elementos primordiales generados en fases del universo temprano); incluido el carbono, que es fundamental en los compuestos orgánicos. Es más, algunos elementos pesados solo pudieron formarse en explosiones de tipo nova, supernova o en las colisiones de estrellas de neutrones.

Esto quiere decir que únicamente un medio suficientemente procesado por el nacimiento y muerte de generaciones de estrellas es un terreno abonado para la vida. Y la fuerza suprema responsable de la formación de estrellas es la gravedad. Es ella la que tiende a compactar la materia, aumentando su densidad hasta permitir las reacciones termonucleares responsables del enriquecimiento químico.

Sin embargo, existe otro aspecto todavía más importante que relaciona biología y gravedad, considerada una de las cuatro interacciones físicas fundamentales. Es el hecho de que la gravedad, a través de la generación de estrellas, abre una puerta entrópica en el universo.

¿Qué quiere decir esto? Para entenderlo, hay que saber que la entropía es un concepto fundamental en física de sistemas complejos (gases, fluidos, etc., en general, sistemas con muchos componentes). En la descripción propuesta por Ludwig Boltzmann, la entropía de un sistema es una medida de cómo de ordinaria es la configuración en la que se encuentra entre todas las configuraciones que el sistema podría adoptar. Todos los sistemas físicos conocidos satisfacen la segunda ley de la termodinámica, la cual nos dice que todo sistema evoluciona de lo singular a lo ordinario, es decir, que su entropía y su desorden siempre aumentan.

Restos de una explosión estelar en la nebulosa de Orión. /ALMA (ESO-NAOJ-NRAO), J. Bally-H. Drass et al., via Wikimedia Commons.

Sin embargo, la evolución biológica parece ir a primera vista en contra de esta ley, ya que aparentemente produce de forma progresiva estructuras más organizadas, más singulares. No obstante, esta violación es solo una apariencia y, de hecho, la segunda ley de la termodinámica no se vulnera aquí tampoco. Lo que sucede es que cada disminución de entropía de un sistema vivo se ve compensada con aumentos de entropía en otras partes del sistema total. Nosotros y todos los seres vivos consumimos energía empaquetada de forma singular para devolverla al sistema en forma ordinaria. Al contrario de la visión popular, no funcionamos a base de consumir energía como si de hacerla desaparecer se tratara; nuestros procesos vitales conservan la cantidad de energía. Funcionamos a base de desorganizar la energía. Para poder hacer esto necesitamos que haya fuentes de energía susceptibles de ser desorganizadas. Y un foco caliente –una estrella– en un universo frío proporciona precisamente esta situación.

Todo apunta a que el universo comenzó su andadura a partir de un estado extremadamente singular y que este hecho ha permitido que en la actualidad contenga tal riqueza estructural. Aunque la conexión exacta todavía se nos escape, deberíamos retener la idea de que la gravedad guarda la clave de lo que podría ser el más singular de todos los hechos: el nacimiento entrópico del universo.

 

* Carlos Barceló Serón es investigador del CSIC en el Instituto de Astrofísica de Andalucía, autor del libro de divulgación La gravedad (CSIC-Catarata) e impulsor del proyecto audiovisual ‘Territorio gravedad’.