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CURIOSIDADES CIENTÍFICAS PARA COMPARTIR

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‘Nanobásculas’ para pesar virus y bacterias en la detección de enfermedades

Por Eduardo Gil Santos, Alberto Martín Pérez y Marina López Yubero  (CSIC)*

Cada virus y bacteria tiene una masa diferente. El simple hecho de poder pesarlos nos permitiría identificarlos y distinguirlos y, con ello, detectar de forma altamente precoz las enfermedades que provocan. Los recientes avances en nanotecnología han permitido la creación de unos nuevos dispositivos, los sensores nanomecánicos, que actúan como básculas a escala nanométrica, permitiendo detectar estos objetos con una precisión mucho mayor que los métodos convencionales de diagnóstico de estas enfermedades.

Cuerdas de ukelele

Los nanosensores vibran como las cuerdas de una guitarra para detectar virus y bacterias.

La detección de estas partículas mediante sensores nanomecánicos se obtiene estudiando los cambios en su vibración. Estos sensores vibran igual que las cuerdas de una guitarra: cuando pulsamos una cuerda de una guitarra, esta vibrará y las ondas se transmitirán por el aire, lo que percibiremos como sonido. Además, si unimos un objeto a la cuerda, esta pesará más y, en consecuencia, su movimiento será más lento, lo que dará lugar a un sonido más grave. Esta diferencia en el tono del sonido se puede relacionar directamente con la masa del objeto unido. De la misma manera, los sensores nanomecánicos vibrarán más lentamente cuando se une a ellos una partícula (virus o bacteria). Esto se comprueba fácilmente adhiriendo un pequeño imán a un diapasón. Sin embargo, en estos sensores las vibraciones no son perceptibles por el oído y se necesitan métodos ópticos muy avanzados (similares a los utilizados en la detección de ondas gravitacionales, pero a escala nanométrica) para detectar estos cambios en la vibración del sensor.

Bacteria en nanosensor

Imagen de microscopía electrónica de barrido de una bacteria E. coli sobre un sensor nanomecánico con forma de micropalanca. El peso de esta bacteria es de 300 femtogramos (0,0000000000003 gramos, diez mil millones de veces menos que una hormiga).

Estos dispositivos también permiten medir otra propiedad muy interesante de las partículas depositadas: la rigidez. Conocer la rigidez de las partículas biológicas (virus, bacterias o células) puede ser de gran utilidad, ya que, por una parte, la rigidez junto con la masa permite una identificación todavía más precisa de los distintos virus o bacterias. Asimismo, podría permitir diferenciar entre células cancerígenas y sanas, ya que se ha descubierto que aunque ambas tienen una masa similar (lo que no permite distinguirlas a través de su masa), muestran una rigidez distinta: las células cancerígenas son menos rígidas que las células sanas. Por último, medir la rigidez de los virus hace posible distinguir su estado de maduración y conocer su capacidad infecciosa.

El grupo de Bionanomecánica del Instituto de Micro y Nanotecnología del CSIC desarrolla este tipo de dispositivos desde hace más de diez años. En la actualidad, este grupo lidera una serie de proyectos financiados por la Unión Europea (ViruScan, LiquidMass, Nombis) que contribuirán a la implantación definitiva de estas tecnologías a nivel clínico. En tan solo cinco años, estos sensores se probarán en países empobrecidos con gran riesgo de epidemias para la detección de los virus que producen fiebres hemorrágicas.

Al mismo tiempo, el equipo trabaja en el desarrollo de nuevas tecnologías para la comprensión y detección precoz de muchas otras enfermedades (distintos tipos de cáncer, Alzhéimer, etc.). En un futuro no muy lejano, este tipo de sensores estarán implantados directamente en el interior de nuestro cuerpo, preparados para detectar cualquier infección en el mismo momento de contraerla, lo que permitirá actuar contra ella de manera mucho más eficaz.

 

* Eduardo Gil Santos, Alberto Martín Pérez y Marina López Yubero son personal investigador del CSIC en el grupo de Bionanomecánica del Instituto de Micro y Nanotecnología.

Desertificación: cuando ya no hay marcha atrás

Por J.M. Valderrama (CSIC)*

Más de dos tercios del territorio español corren riesgo de desertificación. Tras esta afirmación, muchos de los lectores y lectoras pensarán que nuestro país se va a convertir en un secarral de tierras yermas y agrietadas, pero lo cierto es que esa imagen no es del todo correcta, ya que tendemos a confundir desiertos con desertificación. Mientras que un desierto es un tipo de ecosistema restringido a un territorio en el que se dan unas condiciones climáticas determinadas, la desertificación es un tipo de degradación ambiental propia de los territorios áridos, y es consecuencia de las variaciones climáticas, que se acentúan con el cambio climático, y las actividades humanas inadecuadas. Así lo especifica el artículo 1 de la Convención de Naciones Unidas de Lucha contra la Desertificación, firmada el 17 de junio de 1994, de ahí que el próximo domingo se celebre el Día Mundial de Lucha contra la Desertificación.

Este fenómeno se achaca a tres grandes motivos: el sobrepastoreo, la deforestación y las actividades agrarias inadecuadas, como el sobrecultivo y la salinización de suelos o aguas subterráneas. El abandono de las tierras de cultivo y el turismo son considerados como causas de desertificación dentro del ámbito Mediterráneo, según apuntan diversos autores. Pero, ¿cuáles son las causas de las causas? O dicho de manera más específica: ¿por qué se sobrepastorea un determinado lugar? ¿Qué lleva a intensificar el uso de las tierras de cultivo? En definitiva, ¿qué hace que las actividades humanas sean “inadecuadas”, como dice la definición oficial de desertificación?

Imagen de Tabernas, Almería. / Colin C Wheeler (CC 3.0).

El ser humano ha desarrollado estrategias para adaptarse a las zonas secas, en las que llueve poco y de manera impredecible. El truco para mantenerse en estos territorios es estar atento a las señales de escasez y adaptar las tasas de extracción de recursos (el pasto consumido, el agua extraída de los acuíferos, los árboles talados) a las de regeneración. El estereotipo que mejor refleja esta situación son los nómadas que siguen las erráticas lluvias y el pasto que brota tras su paso. Cuando la hierba se acaba, deshacen su campamento y buscan nuevos pastizales. La zona pastoreada volverá a ser productiva tras un periodo de regeneración.

En un sistema autorregulado (punto 1 en la figura) como el descrito no pueden darse episodios de desertificación. Pero más que vivir, se sobrevive. Por eso, cuando ocurre alguna perturbación que le es favorable (punto 2), el ser humano la aprovecha. Puede ser un periodo de lluvias extraordinario; o una novedad tecnológica que permita establecerse permanentemente en un territorio y vivir de un modo más desahogado e incluso con lujos hasta entonces impensables.

De repente el sistema aparenta ser más productivo (punto 3). Una subida del precio del trigo en los mercados internacionales puede convertir en un negocio redondo los rácanos campos de secano. En consecuencia, aumentan las tasas de extracción y se genera un sistema económico de mayor envergadura. Este nuevo equilibrio es muy precario, inestable. Tanto, que una vez que aparezcan las primeras señales de escasez -bien porque vuelvan las sequías o porque el ecosistema muestre los primeros síntomas de agotamiento- será necesario retraer el sistema económico a sus dimensiones originales (recorrido del punto 5 al 1). Sin embargo, puede suceder que la nueva situación haya desmantelado las antiguas vías de organización, y ya no sea posible la marcha atrás.

Estructura de los procesos de desertificación. / Los desiertos y la desertificación (CSIC-La Catarata).

En caso de mantener la sobreexplotación —porque deliberadamente se ignoran los síntomas de deterioro o porque no se perciben correctamente—, el sistema se dirige hacia unos umbrales que, a escala humana, son irreversibles como es el caso de pérdida de suelo fértil o salinización de los acuíferos. Este proceso de esquilmación en el que se sobrepasan puntos de no retorno se denomina, en el ámbito climático señalado, desertificación.

Ante la disyuntiva (punto 5) que sugiere este esquema, ¿por qué no detenemos la desertificación eligiendo la opción de regresar del punto 5 al 1 antes de que sea demasiado tarde? Hay tres razones, no necesariamente independientes, para entender -que no justificar- el camino destructivo del NO.

  1. El carácter oportunista resulta en una visión cortoplacista de la realidad. Esto implica maximizar el rendimiento económico en el menor tiempo posible, lo que no deja de ser un caso más de la Tragedia de los Comunes. Esta teoría afirma que cuando varios individuos explotan un recurso compartido limitado y actúan de manera independiente y motivados solo por el interés personal, terminan por arruinar ese recurso común, aunque a ninguno de ellos, ya sea como individuos o en conjunto, les convenga que tal destrucción suceda.
  2. La segunda explicación tiene que ver con la racionalidad limitada del ser humano, principio enunciado por el premio Nobel Herbert Simon y con la distorsión de las señales de escasez. Por un lado, nuestra mente tiende a simplificar las interacciones y elementos que componen un sistema y por otro el componente emocional interfiere en la interpretación de la información. Además, muchas veces ésta es escasa y confusa y no sabemos, a tiempo real, cual es el estado de un sistema. Puede que un acuífero se esté agotando y que al mismo tiempo los precios que se paguen por los productos que se riegan con ese recurso sean muy elevados e inciten a seguir bombeando agua.
  3. El coste de oportunidad. En muchas ocasiones la rentabilidad de las actividades alternativas a la que se realiza es tan baja que es preferible mantenerse en un uso poco productivo e insostenible. Por tanto, para aliviar la presión sobre unos recursos maltratados, han de implementarse políticas que favorezcan la versatilidad socioeconómica del lugar. El desarrollo de la industria agroalimentaria para amortiguar los períodos de crisis que afectan a los centros de producción agrícola es un buen ejemplo de esta estrategia.

Esta visión del problema incide en un hecho simple pero rotundo: la desertificación no consiste en el avance de los desiertos. El enemigo está en casa y para adelantarse al desastre, a que los paisajes empiecen a parecerse a un desierto, es necesario integrar las distintas políticas que afectan a los territorios (agricultura, gestión forestal, agua) y tratar de acoplar nuestras ambiciones a las reglas de la naturaleza. Pensemos con más amplitud de miras.

* J.M. Valderrama es investigador de la Estación Experimental de Zonas Áridas (EEZA) del CSIC y autor del libro Los desiertos y la desertificación de la colección ¿Qué sabemos de?, disponible en la Editorial CSIC y La Catarata. También escribe el blog Dando bandazos.

Neumáticos que se reparan solos: un sueño hecho realidad

Por Marianella Hernández (CSIC)*

Uno de los problemas a los que se enfrenta la sociedad en la actualidad es la cantidad de desechos plásticos. Entre ellos, se encuentra el gran número de cauchos utilizados en la fabricación de neumáticos para aeronaves, vehículos de carga y de pasajeros. Tras una larga vida, los neumáticos se convierten en inservibles y necesitan ser desechados.

Tradicionalmente estos materiales se venían depositando en vertederos al aire libre; con los riesgos medioambientales que esto conlleva debido a que no se descomponen fácilmente. Sin embargo, a partir de julio de 2006 y gracias a la entrada en vigor del Real Decreto 1619/2005 sobre gestión de neumáticos fuera de uso, ha quedado prohibido arrojarlos en los vertederos como medida para paliar el problema medioambiental.

cementerio de neumaticos

Cementerio de neumáticos.

Por ende, se han comenzado a explorar diferentes alternativas para la disposición de desechos de neumáticos, siendo el reciclado una de ellas. No obstante, de cerca de tres millones de toneladas que se lanzan cada año a la basura en Europa, solo en España se reciclan unas 200.000 toneladas. Nos preguntamos entonces ¿por qué es tan difícil reciclar neumáticos? Esta dificultad viene asociada a su complicada estructura y composición. Un neumático está formado por varios tipos de cauchos que han sido vulcanizados con azufre, además de filamentos de acero y fibras de nylon, poliéster o celulosa. Todos estos componentes deben ser separados y clasificados durante el proceso de reciclado. Adicionalmente, los neumáticos son materiales insolubles y estables térmicamente que no pueden ser reprocesados fácilmente, como sí lo son las botellas de agua o de bebidas gaseosas por ejemplo, que comúnmente consumimos y desechamos en los contenedores amarillos de reciclaje.

Es por ello que además de gestionar el reciclado de neumáticos, los fabricantes están investigando nuevos materiales que generen un impacto menor en el medioambiente. Así pues, los materiales auto-reparadores se presentan como otra alternativa para solventar el problema de la disposición de desechos de neumáticos. ¿En qué consisten estos materiales? Para entenderlo de manera sencilla, veamos ejemplos presentes en la naturaleza capaces de auto-repararse. Cuando una persona sufre algún daño en su piel, ésta se regenera mediante el proceso de cicatrización. A los lagartos después de cierto tiempo les crece alguna parte de su cuerpo que haya sido previamente cortada. Mientras que los tallos y ramas de los árboles se regeneran de manera espontánea después de ser podados.

Ciclo de reparación de un caucho natural.

Ciclo de reparación de un caucho natural.

Inspirados en estos mecanismos propios de la naturaleza, los neumáticos auto-reparadores buscan imitarlos, de manera que una vez que se pinchen o se rompan, las fisuras o daños creados se reparen una y otra vez, extendiendo el ciclo de vida regular de los mismos y contribuyendo a disminuir la cantidad de desechos generados. Un estudio reciente de la firma n-tech Research ha identificado el potencial comercial de los materiales auto-reparadores que están emergiendo de laboratorios industriales. La firma ha cuantificado la relevancia económica de estos materiales y ha proyectado un crecimiento de 2.500 millones de euros para el año 2020.

Actualmente, en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros del CSIC estamos desarrollando materiales con inherente capacidad auto-reparadora, y estudiando la integración de materiales reciclados con nuevos sistemas de auto-reparación. La tecnología está basada en los enlaces de azufre presentes en el caucho que han sido previamente dañados y que son capaces de reformarse al aplicar temperatura por un tiempo determinado. Los resultados logrados son muy prometedores, alcanzando actualmente una capacidad reparadora de más del 70%.

En conclusión, creemos que el impacto global de estos desarrollos será extraordinario. El concepto de auto-reparación mejorará significativamente la seguridad y eficiencia energética de los materiales desarrollados por el ser humano. Además, la prolongada vida útil de los productos hechos con estos materiales inteligentes ayudará a solventar el problema de los desechos y disminuirá los costos de mantenimiento. Y quizás, en muy poco tiempo el sueño de tener neumáticos que se reparen solos sea una realidad.

*Marianella Hernández es investigadora del Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros del CSIC.

Diez años de Top 10 de especies asombrosas

Por Mar Gulis (CSIC)

Una saltamontes rosa brillante y una araña con forma de sombrero de mago con increíbles dotes para el camuflaje; plantas que ‘sangran’ y orquídeas que recuerdan a la representación del diablo son algunas de las Top 10 descubiertas en 2016. Como cada año, el comité liderado por el doctor Quentin D. Wheeler, del International Institute of Species Exploration , en el que participa el investigador del CSIC en el Museo Nacional de Ciencias Naturales Antonio García Valdecasas, elabora esta lista que nos recuerda la importancia de conocer y clasificar la biodiversidad.

Este año se cumplen diez años desde que comenzó a elaborarse este listado. El objetivo de la iniciativa es recordar que la crisis de la biodiversidad actual hace que las especies se extingan antes de que dé tiempo a descubrirlas.

La lista se da a conocer hoy para celebrar el aniversario de Carlos Linneo, botánico sueco del siglo XVIII considerado padre de la taxonomía moderna. Las cifras varían, pero, según la comunidad científica, quedan alrededor de 12 millones de especies por descubrir, cinco veces más de las que ya se conocen.

Las especies Top 10 de 2016

1. Eriovixia gryffindori, una araña con sombrero de mago

Esta araña diminuta, de menos de dos milímetros de largo, debe su nombre al sombrero del mago Godric Gryffindor, uno de los personajes de la saga de Harry Potter. Hasta  ahora solo se han descubierto hembras de esta especie cuyas forma y colores le sirven para camuflarse en la hojarasca en la que se esconde durante el día. Se cree que la especie es nocturna y endémica de los bosques húmedos de la zona centro-occidental de la India donde construye redes verticales en forma de esfera.

Eriovixia gryffindori. / Sumuka J. N.

2. Eulophophyllum kirki, la saltamontes rosa de camuflaje

Algunas especies se encuentran cuando menos te lo esperas. Esta experta del camuflaje fue descubierta mientras los investigadores buscaban tarántulas y serpientes en Borneo. Las hembras de estos saltamontes aprovechan su color y su capacidad para mimetizarse (tanto el cuerpo como las patas parecen hojas) para esconderse entre el follaje. Miden unos cuatro centímetros y frente al rosa brillante que exhiben, los machos de la especie son completamente verdes.

Debido a que la zona en la que viven está altamente protegida, los investigadores no han podido colectar ningún ejemplar y solo las fotografías prueban su existencia. A veces el avance de la ciencia choca con las medidas que se imponen para proteger áreas naturales.

Eulophophyllum kirki. / Peter Kirk

3. Pheidole drogon, una hormiga con grandes espinas para masticar

Es una de las dos especies de hormigas espinosas descubiertas en Papúa Nueva Guinea. Hasta ahora se pensaba que las espinas dorsales características de este grupo de especies eran un mecanismo de defensa, pero su estudio pormenorizado, que incluye microtomografías (imágenes de rayos x en tres dimensiones), sugiere que algunas de estas espinas sirven de anclaje para los músculos encargados de sostener unas cabezas y mandíbulas, especialmente grandes en el caso de los soldados. Estas hormigas usan las espinas para triturar semillas que, de otra manera, no podrían utilizar como alimento.

Pheidole drogon. / Masako Ogasawara

4. Gracilimus radix, la rata omnívora

Esta rata parece ser una buena muestra de inversión evolutiva ya que es la única de entre sus parientes, estrictamente carnívoros, que mantiene una dieta variada. Es gris-marrón, pequeña y esbelta con orejas redondeadas y una cola con poco pelo. Está estrechamente emparentada con las ratas de agua de la isla indonesia de Célebes e incluye raíces en su alimentación, de ahí su nombre. Incluyendo esta, ya se han descubierto siete especies de ratas en esta isla desde 2012.

Gracilimus radix. / Kevin Rowe

5. Scolopendra cataracta, un ciempiés submarinista en peligro

Este nuevo ciempiés es negro, tiene 20 pares de patas y llega a medir 20 centímetros de largo. Es la primera especie de ciempiés jamás observada capaz de sumergirse en el agua y correr por el fondo de la misma manera que en tierra firme. La situación de su población es muy preocupante debido a que su hábitat está desapareciendo rápidamente por el aumento de la actividad turística en el área.

Scolopendra cataracta. / Siriwut Edgecombe

6. Potamotrygon rex, una raya de agua dulce brasileña

Potamotygon Rex. / Marcelo R. de Carvalho

Esta gran raya de agua dulce es endémica del río Tocantins, en Brasil. El espécimen tipo mide 1.110 milímetros de longitud y los ejemplares grandes pueden pesar 20 kilos. Es otra de las 350 especies de este río que no es encuentran en ningún otro lugar de la Tierra. Es de color pardo negruzco y con motivos sorprendentes amarillos y anaranjados.

7. Solanum ossicruentum, un arbusto con frutos ‘sangrientos’

Cuando maduran, los frutos de este arbusto son duros, como si fueran huesos de frutas y al cortarlos, la planta parece sangrar. Esas características han servido para bautizarlo como ossicruentum, hueso sangriento. Cuando se corta, su carne se oxida y pasa del color verde blanquecino al rojo sangre. Los botánicos conocen la especie desde hace 50 años, pero erróneamente se había considerado que era una variación de la especie S. Dioicum.

Solanum ossicruentum. / Christopher T. Martine

8. Illacme tobini, el milpiés extensible

Los milpiés Siphonorhinid  tienen el record de número de patas con 750, pero esa cifra se podría ver superada por Illacme tobini. Este milpiés recién descubierto tiene 414, pero continúa añadiendo segmentos de cuerpo con las patas correspondientes a lo largo de su vida. Alargado, similar a un hilo de unos dos centímetros de longitud y sin ojos, este milpiés, descubierto en el Parque Nacional Sequoia (EEUU),  pertenece a un antiguo linaje de hace 200 millones de años. Vive en pequeñas grietas bajo la superficie del suelo y segrega un producto químico desconocido para defenderse. Cuatro de sus patas están modificadas para transferir espermatozoides a las hembras que segregan seda.

Illacme tobini. / Pail Marek

9. Telipogon diabolicus, la orquídea del diablo

Dicen que el diablo está en los detalles. En este caso, está en esta orquídea. La nueva especie Telipogon diabolicus tiene una estructura reproductiva derivada de la fusión de la flor masculina y femenina con un aspecto que recuerda a las representaciones de la cabeza del diablo. Considerada en peligro crítico, la especie es conocida solo en el sur de Colombia, donde crece en un bosque de montaña actualmente muy amenazado por la reconstrucción de una carretera. Solo en Colombia existen alrededor de 3.600 especies de orquídea, cientos de ellas a la espera de ser descritas.

Telipogon diabolicus. / M. Kolanowska

10. Xenoturbella churro, un gusano primitivo y simétrico

Descubierto a más de 1.700 metros de profundidad en el Golfo de California,  Xenoturbella churro, un gusano marino de diez centímetros de longitud, es un representante de un grupo de gusanos primitivos de una de las ramas más tempranas en el árbol genealógico de animales bilateralmente simétricos. Al igual que algunos de sus parientes, se cree que se alimenta de moluscos. Es de color naranja rosáceo y tiene cuatro surcos longitudinales profundos que recuerdan a los churros, de ahí su nombre. Estas criaturas primitivas tienen boca, pero no ano, y nos recuerdan la increíble biodiversidad que habita en los océanos.

Xenoturbella churro. / Greg Rouse

De los indígenas olmecas a las tropas aliadas en la II GM: historia del chocolate

Por María Ángeles Martín Arribas (CSIC)*

Muy pocos productos han sufrido tantas transformaciones a lo largo de su historia como el chocolate. Y no solo ha experimentado cambios en su producción; el chocolate ha llegado a cambiar su nombre, estatus, temperatura, sabor, forma, color y hasta sus ingredientes con el paso de los siglos. Para explicar un poco más en profundidad esta compleja transformación remontémonos a su origen.

Fruto y semillas de cacao. /Jing

El chocolate, tal y como lo conocemos hoy, es un producto derivado del cacao cuyos primeros cultivadores fueron los indígenas olmecas. Esta civilización acabó siendo absorbida por el imperio Maya, que denominó este preciado grano como kakaw, por el color rojo del fruto y las ideas de fuerza y fuego que los indígenas asociaban a él. Posteriormente, la palabra se transformó en lengua náhuatl en cacáhuatl o ‘agua de cacao’, una bebida limitada al consumo de nobles y comerciantes debido a su alto precio y su origen divino, ya que según la creencia, el dios Quetzalcóatl robó a sus hermanos el ‘árbol del cacao’ o queachahuatl. El paso del cacao al chocolate, o más bien del cacáhuatl al xocoatl (agua amarga), se produjo al combinar ambas bebidas, el ‘agua de cacao’ y el ‘agua amarga’ a base de maíz molido, extendiendo así, tras su abaratamiento,  el uso del xocoatl a todas las clases sociales. Tras la colonización española, el xocoatl derivó en ‘chocolate’, que fue el nombre que se extendió al resto de países y continentes.

Hernán Cortés fue el primer español en degustar la bebida de cacao en un banquete en honor de Moctezuma II, y tras quedar asombrado por su sabor y sus posibilidades en el continente europeo, decidió enviar un cargamento de cacao a España en 1528. Fue en el monasterio de Piedra de Nuévalos, en Zaragoza, donde se cree que se preparó el primer chocolate de Europa gracias a fray Jerónimo de Aguilar, monje que viajaba en la expedición de Cortés, quien envió cacao al abad del monasterio, Don Antonio de Álvaro, con instrucciones para su elaboración. Fueron precisamente los monjes españoles los que adoptaron la bebida al gusto de la aristocracia europea y convirtieron el frío, amargo y fuerte sabor del cacao en una bebida caliente aderezada con miel, vainilla, canela y azúcar.

Ración del ejército de EE.UU. /KingaNBM

Con el chocolate expandido ya por Europa, fue en Inglaterra donde la familia Fry construyó la primera fábrica en 1728, usando maquinaria hidráulica para moler el cacao. Ya en el siglo XIX se dio el paso definitivo para producir lo que hoy conocemos como chocolate. En 1828, el maestro chocolatero holandés,Conrad Van Houten inventó una prensa que permitía la separación de la manteca del cacao de la pasta, eliminando así su acidez y amargura y haciendo más fácil su disolución en agua. El segundo paso llegó en 1875, cuando el suizo Daniel Peter utilizó la leche en polvo de Henri Nestlé para mezclarla con cacao y crear el primer chocolate con leche del mundo y dar comienzo así a la fama del chocolate suizo. Posteriormente, en 1880, Rudolphe Lindt desarrolló una máquina de ‘conchar’ el chocolate que permitió un refinado del mismo que mejoraba su gusto, textura y cremosidad.

Ya en el siglo XX, el chocolate se abarató enormemente debido a la caída de precios del cacao y el azúcar, por lo que se hizo asequible para un número aún mayor de personas en todo el mundo. Incluso el ejército de los Estados Unidos llegó a incluirlo en las raciones de combate de la II Guerra Mundial, debido a su alto valor energético, su poco peso y su mínimo tamaño. Y así, tras el conflicto bélico, los soldados que regresaban a casa siguieron consumiéndolo y ayudaron a afianzar el mercado del chocolate.

Diferentes variedades de chocolate. /Max Pixel

En la actualidad, este alimento se ha diversificado en multitud de formatos para atender a todos los gustos y exigencias con variedades de chocolate más saludable (negro y puro), orgánico, vegano, blanco, con frutas, con frutos secos, en polvo, líquido, etc. No obstante, las sequías del África ecuatorial, las plagas de América Central y del Sur y su sustitución por cultivos más rentables pueden derivar en una previsible escasez de cacao hacia el año 2020, debido también al continuo aumento de su demanda y la incapacidad de los países productores de crear las infraestructuras necesarias para su elaboración. Como apunte final, un dato preocupante: del total del mercado del chocolate, estimado en 110.000 millones de dólares anuales, tan solo el 6% del precio final revierte en los países cultivadores.

* Esta información ha sido extraída del  ‘El chocolate’ (CSIC-Catarata) de la investigadora María Ángeles Martín Arribas, del Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos y Nutrición ICTAN-CSIC .

 

Minería a cielo abierto y la restauración del territorio

Por J.M. Valderrama y Lourdes Luna (CSIC)*

Las canteras a cielo abierto constituyen uno de los impactos más evidentes de la actividad humana en el territorio. Este tipo de minería supone laminar el suelo, desmontar la montaña y arrancar enormes bloques de roca, lo que acaba por recordar a una manzana mordisqueada. La restauración de los daños paisajísticos y estructurales en los que incurre esta actividad es obligatoria. Para ello la legislación actual prevé una fianza sobre la base de un proyecto inicial de explotación que se deposita hasta que los trabajos de restauración devuelvan la zona afectada a un estado lo más parecido posible al de antes de la actividad minera.

Haciendo cuentas, el dueño de la cantera generalmente prefiere perder ese dinero a invertir una suma mayor en la reparación de los destrozos. Las secuelas de la minería no tardan en aparecer. Más allá de la evidencia en el paisaje, el principal problema ocurre cuando, debido a la pérdida de cubierta vegetal, se disparan las tasas de erosión, que conducen a la degradación irreversible de la zona.

Obras de minería en superficie. /Albert Solé, de la EEZA (CSIC).

El trabajo desarrollado en la Estación Experimental de Zonas Áridas (EEZA) por la investigadora Lourdes Luna, bajo la tutela de Albert Solé, tiene como objeto la restauración de canteras de roca calcárea. Se trata de buscar las soluciones más adecuadas, a un coste asumible por las empresas, para devolver el aspecto y la funcionalidad a un paisaje dolorosamente alterado.

En territorios áridos, la escasez de lluvia, su torrencialidad y las altas tasas de evaporación, suponen inconvenientes que condicionan las técnicas de restauración a emplear. Se trata de crear, de manera artificial, algo que se parezca al suelo original, es decir, que tenga nutrientes, agua y cierta estructura, de manera que sirva como capa protectora frente a los agentes erosivos y se genere un ente biológico con vida propia que se mantenga por sí mismo. Un suelo, finalmente, es una especie de ser vivo complejísimo que logra transformar sus residuos en nutrientes, resultando esencial en numerosos procesos de un ecosistema.

En esta tesis doctoral se han ensayado diversas alternativas para buscar la más eficaz a un coste asumible por el empresario. Así, se han probado diversas técnicas de restauración, especies vegetales, enmiendas orgánicas y acolchados, con el fin de seleccionar las más idóneas para los territorios secos.

Labores de restauración del terreno./Albert Solé, de la EEZA (CSIC).

Un resultado muy interesante es la posibilidad de reutilizar lodos y compost de origen local, lo que permite cerrar el ciclo de los nutrientes, convirtiendo la basura orgánica en una fuente de vida. Estas enmiendas orgánicas mejoraron extraordinariamente la porosidad del suelo, incrementando su infiltración y, en consecuencia, reduciendo la escorrentía.

El trabajo de la investigadora Lourdes Luna dibuja un prometedor horizonte dado que, tras años de investigación, de tomar datos en el campo y de bregar con los diversos inconvenientes que rodean a la actividad científica, ha logrado establecer unas recomendaciones prácticas que ayudarán a recuperar zonas muy dañadas.

El trabajo pone también de manifiesto un hecho que no debemos perder de vista. La naturaleza no es fácilmente reemplazable. Es posible que existan soluciones tecnológicas, pero ponerlas en práctica a gran escala tiene un coste enorme. Por tanto, apliquemos el principio de prevención. Curar las heridas sale muy caro, y a veces es imposible.

*J.M. Valderrama es investigador postdoctoral de la Estación Experimental de Zonas Áridas (EEZA) del CSIC y autor del blog ‘Dando bandazos, en el que entremezcla literatura, ciencia y viajes.

**Lourdes Luna es autora de la tesis doctoral ‘Restauración de canteras de roca calcárea en clima semiárido’ e investigadora posdoctoral de la (EEZA) en el CSIC. 

¿Cómo verías si fueras un perro o un periquito?

Por Elisa Pérez Badás (CSIC)*

El conocido fenómeno del arco iris se produce cuando la luz solar atraviesa las gotas de agua contenidas en la atmósfera y esta es descompuesta en la parte del espectro electromagnético que conocemos como espectro visible. Para el ojo humano, este gradiente de longitudes de onda se traduce en los siete colores fundamentales (rojo, naranja, amarillo, verde, cian, azul y violeta), comprendidos entre los 400 y 700 nanómetros del espectro. Sin embargo, otros animales son capaces de percibir luz emitida a diferentes longitudes de onda, fuera de lo que nosotros conocemos como ‘luz visible’.

Arco iris

/Alexis Dworsky.

Pero, ¿cómo funciona la visión en color en los humanos y primates más cercanos? En pocas palabras, cuando la luz solar llega a la retina, se activan unas células especializadas llamadas conos, que actúan como receptores de distintas regiones del espectro. En el caso de los humanos, existen tres tipos de conos que se activan con la llegada de luz visible, responsables de que identifiquemos los colores como rojos, azules o verdes. Nuestro sistema visual es, por tanto, tricromático. Un momento… todos sabemos que la gama de colores que podemos identificar es mucho más extensa, ¿y todo ello con solo tres receptores? La clave está en que la información recogida en las células de la retina se transmite, por medio del nervio óptico, al cerebro, donde es interpretada. ¿Qué ocurre, por ejemplo, cuando vemos un objeto azul? Cuando un objeto es azul, significa que refleja luz a longitudes de onda corta, y por tanto excita las células de la retina sensibles al ‘azul’. Sin embargo, si las células activadas son de dos o más tipos, el color que se interpreta en el cerebro dependerá, precisamente, de la proporción de receptores activados de un tipo u otro. Esto es lo que ocurre cuando nosotros percibimos un color verde-azulado, mientras que nuestro vecino asegura que es más bien azul-verdoso.

Visión comparada

Recreación de la visión de un perro (arriba-dcha), un gato (abajo-izda) y una abeja (abajo-dcha), comparado con lo que vería un humano. /Alleyesonparis.com

Otros mamíferos, como es el caso del perro, lo tienen peor para distinguir los verde-azulados. Tampoco podrán admirar todos los colores del arco iris, ya que su visión es dicromática, es decir, solo tienen dos tipos de receptores, sensibles a longitudes de onda cercanas al amarillo y al azulado-ultravioleta. Eso sí, por muchos colores que podamos distinguir, nuestro sistema visual también tiene sus limitaciones: no todo es tan ‘de color de rosa’. De hecho, los rangos de longitudes de onda a los que se activan los conos se superponen, haciendo que la capacidad visual y el poder de discriminación de la visión humana no sean tan precisos como podríamos pensar.

Las aves, por el contrario, tienen un sistema visual bastante más preciso. Poseen visión tetracromática, y por tanto incorporan un cuarto tipo de cono, que es capaz de percibir luz en el rango del ultravioleta (entre 300 y 400 nanómetros). También poseen otro tipos de conos de los que los mamíferos carecemos: los conos dobles, que otorgan otra vía de información sobre la luminosidad de los objetos totalmente desconocida para el ojo humano. Además disponen de una sustancia oleosa especializada que posiblemente confiera mayor agudeza visual. Gracias a estas particularidades de la visión en aves se ha descubierto que especies tan comunes, como el periquito o el herrerillo común, muestran en realidad colores invisibles al ojo humano, útiles para la selección de pareja.

Otros grupos animales disponen de un sistema visual completamente distinto, como el de los insectos, que agrupan varios miles de unidades receptivas en cada ojo. Es lo que se conoce como ojo compuesto. Pongamos como ejemplo las libélulas, que poseen 35.000 omatidios o unidades visuales en cada ojo, hasta 11 pigmentos receptores sensibles a la luz, y además son capaces de detectar luz polarizada.

Langosta mantis. / Charlene Mcbride via Pixbay

Pero el rey de la percepción visual es sin duda alguna la langosta mantis. Con unos 16 tipos de receptores, ojos compuestos formados por numerosas unidades visuales y la capacidad de detectar luz polarizada, los colores deben jugar un papel importante para estos crustáceos,  ya que su complejo sistema visual les permite reconocer distintos tipos de corales, presas, depredadores o competidores. No obstante, estudios recientes han mostrado que este sistema es solo temporalmente eficiente, ya que una mayor discriminación de colores requeriría un procesado neuronal demasiado complejo.

Sin duda, muchas especies poseen ojos más complejos y eficientes que los del ser humano, pero no poseen la complejidad cerebral que se requiere para integrar la información visual. Quizá estos animales tengan receptores suficientes para ver un arco iris mucho más colorido, pero desde luego, no ‘disfrutarán’ de él como lo hacemos nosotros.

*Elisa Pérez Badás es investigadora en el Museo Nacional de Ciencias Naturales del CSIC (@liss_ael).

La hipótesis de la higiene o por qué la excesiva limpieza perjudica la salud

Por Mar Gulis (CSIC)

Portada del libro La microbiota intestinal (CSIC-Catarata)

Alrededor de un 10-20% de la población infantil mundial sufre dermatitis atópica, un trastorno crónico que suele manifestarse con piel seca, descamada  e irritable y que evoluciona a modo de brotes en los que los síntomas se intensifican. Esta enfermedad también afecta a otros grupos de edad, pero lo llamativo es su aumento en los últimos años y que la mayoría de los afectados se concentra en países industrializados. ¿Qué explica esta mayor prevalencia? Una de las explicaciones se basa en la hipótesis de la higiene, formulada por David Strachan ya en 1989. Este epidemiólogo sugirió que la creciente incidencia de enfermedades autoinmunes, como la dermatitis atópica y algunas alergias, se relacionaba con una exposición cada vez menor a los gérmenes.

En su libro La microbiota intestinal, las investigadoras del CSIC Carmen Peláez y Teresa Requena recogen esta teoría. La premisa es la siguiente: los millones de microorganismos -sobre todo bacterias- que habitan nuestro intestino, la microbiota, son esenciales para mantenernos saludables, pues refuerzan los mecanismos de defensa ante determinadas enfermedades, nos ayudan a digerir alimentos e incluso facilitan el desarrollo neurológico. Pero ¿qué sucede si no adquirimos correctamente esa microbiota o si ésta no es lo suficientemente diversa? Que podemos padecer más fácilmente “enfermedades como la obe­sidad, la inflamación intestinal y los trastornos neurológicos”, explican las investigadoras.

La siguiente pregunta es: ¿Por qué puede darse esa falta de microbiota? Aunque las causas varían en cada individuo, y obviamente la herencia genética es determinante, la hipótesis de la higiene puede ser un factor a considerar. “Los avances sanitarios y las medidas higiénicas de potabilización del agua y procesado alimentario” han reducido la exposición de niñas y niños a los agentes externos e infecciosos. Como consecuencia no se produce “una correcta colonización inicial del intestino por microbiota, que es la encargada de ‘educar’ al sistema inmune para evitar después una hiperreactividad frente a estos agentes externos”, afirman en el libro. Efectivamente, en los países más industrializados “la prevalencia de la dermatitis atópica en niños, al igual que otras enfermedades autoinmunes como la enfermedad inflamatoria intestinal, diabetes tipo 1 o la esclerosis múltiple, ha aumentado muy rápidamente en comparación con sociedades menos desarrolladas, donde la higienización y los sistemas sanitarios son aún muy escasos o inexistentes”, apuntan. Esto consolidaría la hipótesis de la higiene. Nuestro sistema inmune se forma a través de “un proceso de aprendizaje por prueba y error mediante señales que recibe del entorno”. Si una persona crece y se desarrolla en un ambiente excesivamente limpio y aséptico, su sistema inmune no recibe suficientes señales microbianas.

Los avances sanitarios y las medidas higiénicas han reducido nuestra exposición a agentes microbianos / Wikipedia

En su obra, las investigadoras mencionan a Graham Rook, de la Universidad College de Londres, que propone la siguiente metáfora: cuando nacemos, nuestro sistema inmune es “como un ordenador que no contiene prácticamente datos, con unas estructuras anatómicas a modo de hardware y unos genes evolutivos que actúan como software. El sistema necesita de la exposición microbiana para acumular archivos de memoria que le permitan reconocer y tolerar alérgenos inofensivos, microbiota comensal o sus propias células, y evitar así errores que lleven a ataques inmunes inapropiados”. Por el contrario, “si las señales de ‘amigos tradicionales’ que recibe a través de alimentos, agua o animales domésticos son insuficientes, tendrá más posibilidades de cometer errores” y, por tanto, de que aparezcan enfermedades autoinmunes.  Desde esta perspectiva, los avances sanitarios y tecnológicos que tanto progreso han generado, reflejan también, según Peláez y Requena, “otra contradicción más de nuestra sociedad desarrollada, que provoca cambios muy rápidos que nuestro organismo no ha tenido tiempo de asimilar”.

La Isla de Pascua y los misterios más remotos del planeta

Por Valentí Rull (CSIC)*

2.000 kilómetros separan a la Isla de Pascua del lugar habitado más cercano, y más de 3.600 la aíslan del continente más próximo, Sudamérica. Situada en pleno océano Pacífico, cerca del Trópico de Capricornio, es el lugar de origen de las misteriosas figuras de piedra conocidas como moai que habitan toda la isla y que, con el paso de los años, se han convertido en su símbolo. No obstante, éste no es su único enigma.

La diminuta Isla de Pascua, llamada así por el día en que los europeos llegaron a ella en 1722, pertenece a la región chilena de Valparaíso desde 1888 y cuenta con una población no superior a los 6.000 habitantes. Sin embargo, su historia comenzó muchos siglos atrás. El aislamiento de este territorio ha sido, en gran parte, el catalizador de una historia ambiental y cultural muy peculiar y controvertida que todavía requiere de años de investigación.

‘Moai’ en fila en la Isla de Pascua. / Valentí Rull

Como decíamos, el primer gran enigma científico de la Isla de Pascua (‘Rapa Nui’ en idioma aborigen), desconocida por la civilización occidental hasta la llegada de los holandeses en el siglo XVIII, fue la presencia de los imponentes moai, más de 900 estatuas gigantes de piedra que pueblan la isla y le confieren su imagen más emblemática. Dado que los moai no forman parte de las manifestaciones culturales actuales, se ha supuesto que fueron erigidos por una civilización anterior prácticamente desconocida. Además, las dimensiones de estas esculturas (algunas alcanzan 20 m de altura y más de 250 toneladas de peso) plantean un problema tecnológico importante relacionado con su transporte y emplazamiento. Por otra parte, dada la posición intermedia de la isla entre América y Polinesia, se han propuesto estos dos posibles orígenes para la civilización ancestral de la isla. El momento de esta colonización inicial también sigue siendo una incógnita, igual que la fecha y el porqué de la desaparición de aquella civilización original.

Hasta finales del siglo XX, las evidencias utilizadas para descifrar el pasado cultural de la Isla de Pascua procedían principalmente de la Arqueología, con aportes procedentes de la Antropología física, la tradición oral y la Lingüística. A partir de 1980, se inició una nueva etapa en la investigación científica de Rapa Nui, caracterizada por la posibilidad de reconstruir los climas y ecosistemas del pasado a través de la Paleoecología. El resultado más espectacular de estos estudios fue el descubrimiento de que la isla, actualmente tapizada por praderas de gramíneas, había estado totalmente cubierta de bosques dominados por palmeras desde, por lo menos, 40 milenios atrás. Pero el otro hallazgo sorprendente fue la desaparición súbita de estos bosques hacia el siglo XV, algo que produjo un cambio radical en la historia ecológica y cultural de la isla. A partir de ese momento, el gran reto científico fue explicar la supuesta deforestación masiva y repentina de la isla.

Distribución de los ‘moai’ en la isla. / Eric Gaba.

Hasta ahora se han planteado dos teorías principales que explicarían este suceso. En la primera, la coincidencia aproximada de la deforestación con el fin de la cultura de los moai se interpretó como una evidencia de que los antiguos habitantes de Rapa Nui habían sobreexplotado los recursos naturales de la isla hasta deforestarla, lo cual provocó no sólo un colapso ecológico sino también cultural, en otras palabras, un ‘ecocidio’. La segunda teoría sugiere la posibilidad de que el colapso ecológico no fuera la causa directa de la desaparición de la sociedad ancestral, que habría permanecido más o menos estable a pesar de la deforestación. Sin embargo, a principios del siglo XIX, esta sociedad habría sido víctima del contacto prolongado con la civilización occidental, y desembocaría en la desaparición casi total de la población insular por la introducción de enfermedades infecciosas desconocidas en la isla (viruela, sífilis…) y la práctica del esclavismo, hipótesis que se conoce como del ‘genocidio’. Estudios recientes han podido constatar que la deforestación no fue súbita, sino gradual, y que no ocurrió en toda la isla al mismo tiempo. Hasta hace un par de décadas, la deforestación de Rapa Nui se asociaba exclusivamente con actividades humanas, bien sea directa o indirectamente, pero nuevas evidencias corroboran que en esa época también se produjeron cambios climáticos relevantes en forma de sequías pronunciadas, que podrían haber jugado un papel importante en la deforestación y en la sociedad insular.

‘Moai’ al atardecer en el costa de Rapa Nui. / Valentí Rull

La historia de la Isla de Pascua trasciende el interés local, ya que puede considerarse un modelo a pequeña escala, un experimento natural en un sistema prácticamente cerrado, aplicable a muchos otros lugares del planeta y posiblemente también a nivel global. Los grandes cambios experimentados por el clima, los ecosistemas y la sociedad de la isla a través de milenios pueden servir de modelo para pronosticar nuestro posible destino y el de nuestro planeta frente a las alteraciones ambientales y culturales que se avecinan en un futuro cercano. Este remoto territorio nos proporciona información básica para optimizar nuestras predicciones, pues nos permite conocer de primera mano las respuestas ecológicas y culturales a los cambios ambientales, así como diferenciar los factores naturales de los antrópicos (producidos por el ser humano) como causas de cambios socioecológicos. Esto es posible gracias a disciplinas como la Paleoecología o la Arqueología, que ayudan a reconstruir fenómenos ecológicos y culturales imposibles de estudiar de otra manera, sin cometer ecocidios o genocidios experimentales. Además, estas paleociencias, al ser empíricas, contribuyen a evitar la proliferación de especulaciones infundadas que a veces se utilizan para defender posiciones extremas, como el catastrofismo o la pasividad interesadas, en temas ambientales y de conservación.

 

*Valentí Rull es investigador del Instituto de Ciencias de la Tierra Jaume Almera (ICTJA – CSIC)
** Este post ha sido extraído del libro ‘La isla de Pascua’, disponible en la editorial CSIC y La Catarata.

Día Internacional de la Mujer y la Niña en la Ciencia. ¡Empiezan dos semanas de actividades!

leni basconesPor Leni Bascones (CSIC)*

Solo una de cada cinco chicas de 15 años quiere dedicarse a profesiones técnicas, según datos de la OCDE. En España, esta media se sitúa en un 7%, algo que posteriormente se refleja en la elección de estudios universitarios. Las estadísticas revelan que, aunque las mujeres obtienen más del 50% de los títulos universitarios, su presencia en carreras como física o ingeniería no llega al 30%. Estas cifras no responden a la tardía incorporación de la mujer al mundo laboral. Por ejemplo, el porcentaje de mujeres en el área de Ciencia y Tecnologías Físicas en el CSIC, que se sitúa en torno al 20%, no ha variado en los últimos 15 años.

Cartel 11 febrero

Datos como estos explican que Naciones Unidas haya declarado el 11 de febrero como Día Internacional de la Mujer y la Niña en la Ciencia. El objetivo es lograr el acceso y la participación plena y equitativa en la ciencia para las mujeres y las niñas. En nuestro país, un grupo de investigadoras y comunicadoras científicas lanzamos hace unos meses la Iniciativa 11 de Febrero, un llamamiento para organizar actividades que se sumen a esta celebración y visibilicen el papel de la mujer en la ciencia. Numerosos colectivos e instituciones, entre los que se incluyen muchos centros del CSIC, han respondido a la convocatoria organizando más de 200 actividades en 40 provincias españolas y en algunas ciudades extranjeras que cuentan con una importante presencia de nuestra comunidad científica. 

Talleres, charlas, actuaciones, concursos, exposiciones, editatones de Wikipedia y mesas redondas, entre otras propuestas, nos acercarán a los grandes descubrimientos de científicas pioneras y a la ciencia que realizan las investigadoras de hoy, contada en muchos casos en primera persona. Así, desde hoy hasta el 19 de febrero las ciudades españolas van a llenarse de actividades en multitud de lugares: museos, centros culturales, universidades y centros de investigación, librerías, centros educativos, e incluso algunos bares. Dentro del CSIC, el Real Jardín Botánico de Madrid (CSIC), el Museo Nacional de Ciencias Naturales (MNCN) y el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, entre otros, se sumarán a la celebración con diferentes charlas y talleres. El objetivo: dar a conocer la labor investigadora de las mujeres y ayudar a fomentar vocaciones entre las más jóvenes.

A pesar de que muchas científicas han estado involucradas en grandes descubrimientos, pocas personas podrían nombrar a una investigadora que no fuera Marie Curie. Niños y niñas tienen una imagen de los científicos prioritariamente masculina; las niñas no se ven a sí mismas como científicas; y las expectativas de los padres de que sus hijas se dediquen a la ciencia son mucho menores que para sus hijos varones.

La reducida presencia de la mujer en la ciencia en nuestro país responde a diferentes razones sociales que se suman y retroalimentan. La poca visibilidad de las científicas, la falta de roles femeninos y la existencia de estereotipos producen sesgos involuntarios en la evaluación de los méritos de las mujeres y poco interés en las ciencias por parte de las jóvenes. La Iniciativa 11 de Febrero pretende involucrar tanto al profesorado como al alumnado mediante presentaciones, videos, biografías y otros materiales que están disponibles online. Esperamos que todos estos recursos y actividades ayuden a fomentar las vocaciones y eliminar estereotipos.

Podéis consultar aquí las actividades que hay en vuestra provincia.

Más información en www.11defebrero.org, #DíaMujeryCiencia

 

 *Leni Bascones es física teórica de la materia condensada en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (CSIC). Investiga las propiedades de materiales cuánticos. Divulga sobre superconductividad.