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CURIOSIDADES CIENTÍFICAS PARA COMPARTIR

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¿Cómo funciona un espejismo? El misterio de la ‘fata morgana’

Por Mar Gulis (CSIC)*

Hace ya tiempo que las gentes de Reggio Calabria, ciudad costera del sur de Italia, están acostumbradas a ver imágenes surreales, que parecen espectros, cuando miran al horizonte. Sobre el mar, en la línea donde este parece juntarse con el cielo, pueden observarse embarcaciones navegando por encima del agua, como si estuvieran en suspensión.

Lo que ven los lugareños no es una alucinación ni una ilusión óptica, sino un espejismo, una visión real que se produce por la confluencia de varios factores. Hoy tenemos una explicación científica sobre esta anomalía, pero antiguamente marineros y navegantes sentían pánico cuando veían estas imágenes en alta mar, pues las atribuían a maldiciones o hechizos. Estos espejismos distorsionan la apariencia de los objetos situados en el horizonte, que son proyectados como si flotaran.

esquema espejismo

Esquema del proceso de formación de los espejismos. / Camilo Florian Baron

El fenómeno del que hablamos se conoce como ‘fata morgana’, una denominación que procede del latín y significa hada Morgana, en alusión a la hermana del legendario rey Arturo, que según la leyenda era un hada cambiante. El espejismo, frecuente en el estrecho de Mesina, hace que las personas vean cosas donde no las hay debido a la existencia de distintas capas de aire con densidades diferentes. Como resultado, los rayos de luz se refractan, pero quien ve el espejismo no percibe esas diferentes capas, y de ahí el desconcierto.

Para entenderlo, hay que acudir a la óptica. El libro Descubriendo la luz (Editorial CSIC – Los Libros de la Catarata) explica cómo se produce la ‘fata morgana’. “Los espejismos son fenómenos asociados a la propagación de la luz en medios no homogéneos, donde el índice de refracción varía continuamente con la altura y, por tanto, la luz describe trayectorias curvas. Dichas curvas presentan una concavidad en la dirección de aumento del índice de refracción. Es decir, la luz se curva hacia el medio (agua, aire, etc.) con mayor índice de refracción”. En otras palabras, en un espejismo la luz ‘se dobla’ al atravesar las capas de aire a distinta temperatura. Como resultado, “la posición real del objeto está sujeta a la interpretación humana, ya que la formación de la imagen está condicionada por la refracción de la luz”.

Fenómeno de la fata morgana. / Wikimedia commons

Fenómeno de la fata morgana. / Wikimedia commons

Los espejismos pueden clasificarse en inferiores y superiores. La ‘fata morgana’ que alucina a los habitantes y turistas de la costa meridional de Sicilia es un ejemplo de espejismo superior. Como explica el libro Descubriendo la luz, “este se produce cuando el índice de refracción disminuye con la altura, algo que suele darse en zonas frías, donde la capa de aire próxima al suelo es muy fría y es más densa que las capas superiores”. Precisamente lo que sucede en el mar, donde generalmente el agua está a menor temperatura que el aire, produciendo un enfriamiento de las capas de aire más próximas a la superficie del agua. De este modo cambia su densidad y, por tanto, la forma en la que los rayos de luz se refractan. El resultado es el espejismo, bajo la apariencia de barcos que flotan sobre el mar o elementos en el horizonte como islas, acantilados o témpanos de hielo, con siluetas alargadas que les dan una apariencia fantasmal. Estos efectos suelen ser visibles por la mañana, después de una noche fría.

* Este texto está inspirado en los contenidos del libro Descubriendo la luz. Experimentos divertidos de óptica (Editorial CSIC – Los Libros de la Catarata), coordinado por María Viñas, investigadora del Instituto de Óptica del CSIC.

Pinos, ¿nativos o exóticos?

Por Mar Gulis (CSIC)*

Los pinos están tan extendidos por nuestro territorio que resulta prácticamente imposible imaginar un paisaje natural sin su presencia. Pero, ¿alguna vez te has parado a pensar si esos árboles son nativos o exóticos? Es decir, si están ahí de forma natural o han sido introducidos por el ser humano.

A escala regional, la respuesta es clara: los estudios de biogeografía, el registro fósil y el registro de polen en estratos antiguos de las turberas nos dicen que han existido pinos desde hace millones de años. En la península ibérica y las islas baleares hay, según Flora iberica, seis especies nativas: el pino carrasco (Pinus halepensis), el pino negral (P. nigra), el pino resinero (P. pinaster), el pino piñonero (P. pinea), el pino silvestre (P. sylvestris) y el pino negro (P. uncinata). Otras especies, como el pino de Monterrey (P. radiata), han llegado de la mano de los seres humanos. Mientras, en el archipiélago canario el único pino nativo que hay es el pino canario (P. canariensis), que se diferencia de todos los anteriores porque sus hojas en forma de aguja se presentan en grupos de tres y no de dos.

Bosque natural de pino negro (‘Pinus uncinata’) en el pirineo de Andorra. / Jordi Garcia-Pausas.

Sin embargo, no todas las especies nativas pueden vivir en cualquier parte, sino que se distribuyen por el territorio según el clima, el suelo o la frecuencia de incendios. Así, por ejemplo, mientras el pino carrasco y el piñonero suelen vivir a baja altitud y soportan bien el calor y la sequía, el pino negro suele vivir en las montañas y está adaptado al frío. Además, en algunas zonas los pinos forman bosques puros y en otras se mezclan con otros árboles o arbustos. Y hay zonas en las que prácticamente no crecen pinos de forma natural, ya sea por las condiciones ambientales o por la competencia con otras especies más adaptadas a esas situaciones.

Lo que pasa es que los humanos, a lo largo de la historia, hemos ido modificando la distribución natural de cada especie mediante cortas, talas, plantaciones y restauraciones forestales, con el objetivo de aprovechar los numerosos recursos que proporcionan los pinos: madera, resina, piñones, protección del suelo, etc.

Reforestar con pinos no es la única solución

Sin duda, las restauraciones forestales han tenido un gran impacto sobre el territorio. Antiguamente se plantaban árboles (reforestación) para restaurar áreas degradadas sin pensar mucho en su origen, ni teniendo en cuenta si la especie era o no autóctona o si la variedad era local o no. Cuando más adelante se plantaron pinos autóctonos, algunas veces se hizo en zonas típicas de la especie, y otras en zonas donde la especie estaba ausente o en baja densidad.

Estas restauraciones, que sirvieron para frenar la erosión y controlar los recursos hídricos, son aún visibles en nuestros paisajes. Muchas de ellas se asemejan bastante a ecosistemas naturales, pero otras se parecen más a cultivos para la producción de madera, muy propensos a propagar fuegos intensos si están mal gestionados.

Actualmente, existe un gran acuerdo entre ecólogos y gestores del medio ambiente en que ni los pinos, ni los bosques en general, constituyen la única alternativa en paisajes mediterráneos: los matorrales son también autoctónos, naturales, diversos y antiguos, y contribuyen en gran medida a la elevada biodiversidad de los ecosistemas mediterráneos, además de favorecer la protección de sus suelos.

Un claro ejemplo de esto son los pinares sobre dunas de Doñana, donde hay plantaciones documentadas desde el siglo XVI, aunque masivas sólo en el XX. La finalidad de estas plantaciones era bienintencionada: fijar las dunas, crear puestos de trabajo y generar un ambiente forestal agradable. En aquella época, se valoraba más cualquier estructura arbolada densa, aunque fuese pobre en especies, que un matorral, por muy diverso en especies que fuera. Además, plantar pinos era mucho más fácil y agradecido (mayor supervivencia) que plantar otras especies arbóreas.

Pinar en dunas

Pino piñonero (‘Pinus pinea’) en las dunas de Doñana. / Pedro Jordano

Con los años, esos pinares han pasado a formar parte de nuestro paisaje cultural. La vegetación original de estas dunas litorales era probablemente un mosaico donde alternaban arbustos y árboles pequeños típicos de los ecosistemas mediterráneos, plantas de los brezales y sabinares ibéricos, y herbáceas propias de dunas. En ellas la densidad de pinos era baja, pero el sobrepastoreo y la explotación de leña fueron degradando esos ecosistemas y generando erosión y movimientos no deseables del terreno, lo que motivó las plantaciones de pino.

Tras el incendio que afectó a los pinares de la zona de Doñana en julio de 2017, se ha constatado una regeneración muy satisfactoria de muchas de las especies del mosaico de matorral y brezal que dominaron antes de las plantaciones, mientras que el pino prácticamente no se ha regenerado. Si se facilita y potencia la regeneración de estos matorrales, que son muy diversos en especies, los incendios (inevitables) que ocurran en el futuro serán menos intensos (por la menor biomasa) y el ecosistema se regenerará más rápidamente.

En un contexto de calentamiento global, la reducción de la densidad de pinos en dunas litorales y otros ecosistemas está justificada siempre que se favorezca una vegetación alternativa con importantes valores de conservación. En cualquier caso, ante cualquier intención de reducción drástica de un pinar antiguo, se debería evaluar que no haya especies que dependan de él.

 

* Este texto es una adaptación de la entrada del mismo título realizada por miembros de la Asociación Española de Ecología Terrestre (AEET), y publicada en el blog de Juli G. Pausas y en el del Centro de Investigación Ecológica y Aplicaciones Forestales (CREAF).

La misión InSight, con un instrumento español a bordo, llega a Marte este lunes

Por Juan Ángel Vaquerizo (CSIC-INTA)*

Después de un vertiginoso viaje de apenas seis meses y medio, el próximo lunes 26 de noviembre se producirá la llegada a Marte de la misión InSight de la NASA. En España estamos de enhorabuena porque a bordo de esta nave viaja el instrumento TWINS, un conjunto de sensores medioambientales desarrollado por el Centro de Astrobiología (CSIC-INTA).

InSight en Marte

Interpretación artística de la misión InSight con todos sus instrumentos desplegados en la superficie de Marte. Bajo el módulo principal a la izquierda, el insturmento SEIS; a la derecha, HP3. TWINS son las dos pequeñas estructuras que sobresalen en forma de L invertida a cada lado de la plataforma superior. /NASA-JPL Caltech

InSight (Interior exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport; Exploración interior mediante investigaciones sísmicas, geodesia y transporte de calor) será la novena misión de la NASA que aterrice en la superficie del planeta rojo. Está basada en el diseño de la nave y el módulo de aterrizaje de la misión Phoenix, que llegó con éxito a Marte en 2008.

En esta ocasión, se trata de un explorador que estudiará a lo largo de un año marciano (dos años terrestres) la estructura y los procesos geofísicos interiores de Marte, lo que ayudará a entender cómo se formaron los planetas rocosos del Sistema Solar (Mercurio, Venus, la Tierra y Marte) hace más de 4.000 millones de años. El lugar elegido para el aterrizaje es una extensión lisa y plana del hemisferio norte marciano y cercana al ecuador denominada Elysium Planitia; un lugar relativamente seguro para aterrizar y suficientemente brillante para alimentar los paneles solares que proveen de energía a la misión.

Marte es el candidato ideal para este estudio. Es lo bastante grande como para haber sufrido la mayor parte de los procesos iniciales que dieron forma a los planetas rocosos, pero es también lo suficientemente pequeño como para haber conservado las huellas de esos procesos geofísicos hasta la actualidad; al contrario que la Tierra, que las ha perdido debido a la tectónica de placas y los movimientos de fluidos en el manto. Esas huellas están presentes en el grosor de la corteza y la estratificación global, el tamaño y la densidad del núcleo, así como en la estratificación y densidad del manto. El ritmo al que el calor escapa de su interior proporciona, además, una valiosa información sobre la energía que controla los procesos geológicos.

Formación de un planeta rocoso

A medida que se forma un planeta rocoso, el material que lo compone se une en un proceso conocido como ‘acreción’. Su tamaño y temperatura aumentan y se incrementa la presión en su núcleo. La energía de este proceso inicial hace que los elementos del planeta se calienten y se fundan. Al fundirse, se forman capas y se separan. Los elementos más pesados se hunden en la parte inferior, los más ligeros flotan en la parte superior. Este material luego se separa en capas a medida que se enfría, lo que se conoce como ‘diferenciación’. Un planeta completamente formado emerge lentamente, con una corteza como capa superior, el manto en el medio y un núcleo de hierro sólido. /NASA-JPL Caltech

Un instrumento español a bordo

La instrumentación científica de la misión está compuesta por cuatro instrumentos. El primero es el SEIS (Experimento sísmico para la estructura interior), un sismógrafo de la Agencia Espacial Francesa que registrará las ondas sísmicas que viajan a través de la estructura interior del planeta. Su estudio permitirá averiguar la causa que las ha originado, probablemente un terremoto marciano o el impacto de un meteorito.

El segundo es el HP3 (Conjunto de sensores para el estudio del flujo de calor y propiedades físicas), una sonda-taladro de la Agencia Espacial Alemana que perforará hasta los cinco metros de profundidad e irá midiendo, a diferentes niveles, la cantidad de calor que fluye desde el interior del planeta. Sus observaciones arrojarán luz sobre si la Tierra y Marte están hechos de la misma materia.

Además, está el instrumento RISE (Experimento para el estudio de la rotación y la estructura interior) del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, que proporcionará información sobre el núcleo tomando medidas del bamboleo del eje rotación del planeta.

Y, por último, lleva a bordo el instrumento TWINS (Sensores de viento y temperatura para la misión InSight) proporcionado por el Centro de Astrobiología, adscrito al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA). TWINS cuenta con dos sensores para caracterizar la dirección y velocidad del viento y dos sensores de temperatura del aire capaces de obtener una medida por segundo de ambas variables.

Montaje InSight

Montaje y prueba de los equipos en Denver. /NASA-JPL Caltech-Lockheed Martin

Las tareas que debe desempeñar TWINS son muy importantes para los objetivos de InSight. Durante la fase inicial de la misión, los primeros 40-60 soles (días marcianos), TWINS caracterizará el entorno térmico y los patrones de viento de la zona de aterrizaje para que el equipo científico a cargo de SEIS y HP3 pueda establecer las mejores condiciones para realizar el despliegue de los instrumentos en la superficie marciana.

Una vez desplegados los instrumentos principales en la superficie, TWINS se encargará de monitorizar los vientos, con el objetivo de descartar falsos positivos en los eventos sísmicos detectados por el instrumento SEIS.

Por último, los datos medioambientales obtenidos por TWINS se compararán y correlacionarán con los datos ambientales registrados por REMS, la otra estación medioambiental española en Marte, a bordo del rover Curiosity de la NASA en el cráter Gale. Esto contribuirá a caracterizar en mayor detalle los procesos atmosféricos en Marte y mejorar los modelos ambientales existentes a diferentes escalas: procesos eólicos, mareas atmosféricas diurnas, variaciones estacionales, circulación en la meso-escala, vientos catabáticos/anabáticos y remolinos (dust devils).

En este enlace de NASA TV se podrá seguir en directo el aterrizaje, a partir de las 20:00 horas del lunes 26 de noviembre de 2018.

 

* Juan Ángel Vaquerizo es el responsable de la Unidad de Cultura Científica del Centro de Astrobiología (CSIC-INTA). 

¿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).