Las nuevas imágenes de Plutón revelan un mundo rico y complejo. Fuente: NASA, ESA, and M. Buie (Southwest Research Institute).

El espacio exterior es gigantesco, incluso sólo circunscribiéndonos a nuestro sistema solar las distancias son inmensas. Cuando se lanzó la misión New Horizon con destino a Plutón este cuerpo aún tenía la calificación de planeta. Ahora es sólo un planeta enano, denominación justa si consideramos que tiene un tamaño incluso menor que el de Eris, otro transneptuniano que orbita aún más lejos del Sol.
Puede que Plutón recupere su estatus cuando la sonda pasa a su lado, o puede que se le degrade aún más. A este paso puede que incluso la NASA haya dejado existir para entonces.
Plutón tarda casi dos siglos y medio en completar una vuelta completa alrededor del Sol. Está tan lejos que le llega muy poca luz solar, apenas suficiente para evitar que casi cualquier gas se congele. Por esta razón urgía la necesidad de enviar una sonda a este cuerpo antes de que su excéntrica órbita le alejara del Sol y los gases de su atmósfera se conviertan en hielo durante dos siglos. Mientras que sonda viaja a su destino, nosotros nos tenemos que conformar con la información proporcionada por los telescopios en tierra o por el Hubble.
Debido a su lejanía y escaso tamaño, Plutón, incluso para el Hubble, no es más que un punto en el cielo. Pero a pesar de esa limitaciín se han conseguido confeccionar mapas de su superficie.
Gracias a los datos tomados en los últimos años, expertos del telescopio espacial han confeccionado recientemente un nuevo mapa. Constituye las imágenes más detallada hasta el momento del planeta enano y han sido publicadas en Astronomical Journal.
Las imágenes individuales obtenidas por el Hubble de Plutón son sólo de unos pocos píxeles de anchas, pero gracias a una técnica de dithering, en la que se obtienen fotos múltiples desplazadas ligeramente y combinadas, se puede reconstruir computacionalmente una imagen de mayor resolución. En este caso se necesitó el equivalente a 4 años de CPU en 20 ordenadores para las recosntrucciones.
Las imágenes finales muestran detalles groseros sobre la superficie del planeta enano alrededor del cual orbita Caronte, patrones que experimentan cambios estacionales. Plutón se ha ido haciendo además más rojizo con el tiempo, mientras que su hemisferio iluminado se ha ido haciendo más brillante. Se cree que estos cambios se deben a procesos de sublimación y congelación de los gases atmosféricos dependientes del calor proporcionado por la luz solar. El cambio de color hacia uno más rojizo se dio de una manera más dramática entre 2000 y 2002. Las estaciones en Plutón son más complejas que en otros cuerpos debido a que a la inclinación del eje de rotación del planeta se suma su gran excentricidad orbital, que le hace cruzar la órbita de Neptuno. Las observaciones telescópicas desde tierra mostraron que entre 1988 y 2002 la masa atmosférica de Plutón se dobló, probablemente debido a la sublimación del nitrógeno.
Los datos obtenidos servirán para saber qué regiones interesantes habrá que elegir como blancos de observación cuando New Horizon sobrevuele el planeta enano en 2015. Hay detalles en las imágenes particularmente interesantes. Una zona brillante parece ser que está cubierta por escarcha de monóxido de carbono y rodeada por una región recubierta de una sustancia negro azabache (probablemente carbono). Esta zona constituye un buen blanco para las observaciones de New Horizon.
En términos de color superficial y brillo Hubble revela un mundo rico y variado con regiones naranja oscuro y otras negras como el carbón. Se cree que el color se debería al efecto de los rayos ultravioletas sobre el metano, que haría a éste transformarse en moléculas orgánicas más complejas o en carbono puro residual. Los procesos de sublimación y condensación de gases estarían también controlados por la luz solar.
Plutón no sería por tanto una bola de hielo inerte, sino un mundo dinámico en el que se darían cambios atmosféricos dramáticos. Es una pena que tardemos tanto en tener una vista cercana de ese mundo.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa de la NASA.

Fuente: American Geophysical Union, Maria-José Viñas.

En vista del inmenso problema climático que se nos avecina se han llegado a proponer toda clase de ideas locas. Las más descabelladas versan sobre geoingeniería, que básicamente tratan de tomar el control sobre el clima, algo que la Tierra ha venido haciendo de forma automática desde hace miles de millones de años, y que pasaría a estar en manos de los humanos. Es sin duda una inmensa responsabilidad.
Algunas de estas propuestas tratan de conseguir que llegue al suelo una menor cantidad de luz solar a través de algún tipo se sombrilla espacial o aumentando el albedo de la Tierra, es decir de aumentar la cantidad de luz reflejada por la Tierra. Esto podría conseguir rebajar en unos grados la temperatura media mundial, aunque no de manera adecuada para cada lugar y sin detener la acidificación de los océanos, que es un problema de igual magnitud que el aumento de la temperatura.
Hace un tiempo se propuso una variante de esta idea consistente en pintar de blanco los tejados de los edificios. Su efecto sería similar al de los casquetes polares, pero además se conseguiría ahorrar energía (y por tanto emisiones de dióxido de carbono) en verano al haber menos necesidad de usar el aire acondicionado. Aunque a primera vista parecía una broma, no lo es tanto.
Ahora, un grupo de científicos del National Center for Atmospheric Research de EEUU ha demostrado con un modelo informático que el sistema sería útil, al menos en las ciudades.
Según ellos, pintar los tejados de blanco es un método efectivo de reducir el calor urbano. Aunque dicen que habría que trabajar más en la idea, necesitándose más investigación al respecto antes de imponer algo así. El estudio ha sido publicado en Geophysical Research Letters.
Las ciudades son particularmente vulnerables al cambio climático porque son más cálidas que las áreas rurales. El negro asfalto, los tejados alquitranados y otras superficies absorben mucha luz solar y se calientan, creando un efecto de isla de calor que hace elevarse la temperatura de 1 a 3 grados o más respecto al campo. Los tejados blancos pueden compensar en parte este efecto.
El modelo computacional sobre el que estos investigadores han trabajado simula la cantidad de luz solar que es absorbida y reflejada en áreas urbanas de una ciudad prototipo en diversas localizaciones en el mundo. Los resultados obtenidos indican que si se pintaran de blanco los tejados se podría reducir el efecto de isla de calor en un 33%, algo bastante interesante, sobre todo en los días más calurosos del verano.
Los autores del estudio advierten que el modelo es sencillo y que las ciudades que se tienen en cuenta están idealizadas y no representa ciudades reales específicas. En una ciudad real, además, se va acumulando polvo o suciedad que reduce el efecto a lo largo del tiempo.
Como resultado de este efecto, y dependiendo del clima local, la temperatura dentro de los edificios también disminuye, por lo que se ahora energía y emisiones. Los investigadores indican que unas ciudades se beneficiarían más que otras de este efecto dependiendo de la densidad de tejados, del tipo de construcción y de la localización de la ciudad. Al parecer el efecto es más importante en latitudes medias de clima templado.
¿Podemos hacer algo a nivel individual? En una entrevista concedida a la NPR hace unas semanas, el investigador que propuso esta idea decía que depende de si nuestro tejado lo pintamos nosotros mismos o le pagamos a otro para hacerlo. Si es lo segundo la inversión no se amortiza en nuestra cuenta de electricidad, pero si somos nosotros los que le damos a los arreglos caseros entonces sí. En edificios de nueva construcción siempre se amortiza, y desde el punto de vista climático es siempre bueno.
Pero hay un factor que a veces se olvida: puede que la idea sea menos efectiva en invierno en esas mismas zonas templadas donde un tejado pintado de blanco es tan efectivo en verano. Al absorber menos luz solar puede que gastemos más en calefacción con tejados blancos. ¿Terminaremos por reconfigurar nuestras casas según la estación del año en la que nos encontremos?

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa del National Center for Atmospheric Research.

Xanthoria elegans. Fuente: ESA.

El espacio exterior es hostil, muy hostil. Mucho más hostil de lo que nos imaginamos. Cuando los astronautas viajan por él lo que hacen es llevarse un pequeño remedo de la Tierra con ellos. Una atmósfera parecida a la terrestre y unas condiciones de temperatura que hagan posible la vida. Pero aún así están sometidos a mucha radiación. La radiación UV, X gamma y las partículas de alta energía son muy peligrosas para la vida, así como los cambios extremos de temperatura que se experimentan a la sombra o al sol allí arriba.
En órbita baja los astronautas cuentan con la protección de la magnetosfera terrestre para parar las partículas cargadas a alta velocidad que proceden del Sol o las que constituyen parte de los rayos cósmicos. Más allá no cuentan con ello. Se ha llegado a plantear la construcción de magnetosferas artificiales para hacer posible un viaje a Marte.
Un viaje más allá de nuestro sistema solar sería imposible debido a que el efecto acumulado de las radiaciones, y de las mutaciones que eso implica, destruiría toda vida compleja, sobre todo humana. Pero, ¿y otras formas de vida más simples? ¿Pudo alguna forma de vida viajar por el espacio y “sembrar” la Tierra con vida? Para poder responder a estas preguntas se diseño el experimento Expose-E, que se colocó en el exterior del módulo Columbus de la estación espacial. Con este experimento se pretendía saber la resistencia al vacío, a los rayos UV y cósmicos y las variaciones de temperatura de diversas formas de vida terrestres. Al parecer un tipo de liquen parece prosperar incluso en esas condiciones. Un módulo igual, el Expose-R, todavía permanece allí desde que fue colocado por una misión rusa.
En la Tierra la vida ha colonizado cada rincón de este planeta, incluso en los ambientes más extremos. Hay vida incluso en la corteza terrestre a miles de metros de profundidad. Esto ha hecho pensar que en Marte pudo haber vida en algún momento.
Expose-E fue lanzada a bordo de la lanzadera espacial en 2008 y fue instalado en la estación espacial. En él había 664 muestras biológicas y bioquímicas en diversas bandejas, cajas y compartimentos que fueron expuestas durante 18 meses a las duras condiciones espaciales.
Parte de las muestras fueron expuestas al vacío espacial, mientras que otras tenían una atmósfera que simulaba la marciana en presión y composición. La “sección marciana” contenía además filtros que simulaban la radiación que llega a la superficie de Marte. También había partes que estaba sombreadas.
El liquen Xanthoria elegans resultó ser el mejor superviviente. Recordemos que los líquenes son una asociación entre un hongo y una alga (a veces una cianobacteria fotosintética). Esta especie en particular se encuentra en los lugares más inhóspitos de la Tierra, cuando les cambia a condiciones peores pasan a algo así como una animación suspendida a la espera de mejores condiciones. Basta añadir un poco de agua y devolverlo a su lugar para que vuelvan a prosperar.

El Exposer-R en la estación espacial. Fuente: ESA.

El ingrediente clave en este proceso de supervivencia espacial es el agua. En las condiciones de vacío espacial se evapora casi al instante, dejando a los organismos totalmente deshidratados. En esa condición son capaces de resistir el resto de las condiciones espaciales. Además de los líquenes muy pocos animales o plantas resisten el vacío: tardígrados y una especie de camarón con capaces, así como el mosquito africano Polypedilum vanderplank. Algunas semillas de plantas también resisten si están lo suficientemente secas.
El hecho de que algunos organismos resistan a las duras condiciones espaciales avala la posibilidad de que se dé la panspermia. Idea según la cual, la vida podría viajar de un planeta a otro a bordo de meteoritos. Sin embargo, lo peor no es el viaje en sí, sino las duras condiciones de reentrada e impacto sobre la superficie del planeta destino.
Por desgracia la nota de prensa no dice nada más acercas de las demás muestras y de aquellas sometidas a condiciones marcianas. ¿Prosperan los organismos terrestres en las duras condiciones marcianas? Si es así cabe plantearse una misión de sembrado de Marte por parte de los humanos, sería el primer experimento panspérmico de la Historia.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa de la ESA.
Supervivencia de tardígrados a condiciones espaciales.

Ilustración del transistor de grafeno. Fuente: IBM.

Hace no tantos años describíamos en NeoFronteras los primeros pasos del grafeno. Antes de eso no se sabía siquiera que el grafeno pudiera existir de forma aislada y estable. Son las láminas de grosor atómico constituidas por carbono que forman el grafito. Los primeros experimentos de extracción de grafeno se basaban en sistemas tan rudimentarios como pegar una lámina de cinta adhesiva sobre un trozo de grafito y retirarla de él con la esperanza de haberse llevado alguna lámina de grafeno. Mucho se ha avanzado desde entonces en el campo. Las esperanzas una vez depositadas en este material como substrato para una electrónica avanzada nanotecnológica parece que se van cumpliendo.
El grafeno tiene propiedades eléctricas, óptica, térmicas y mecánicas únicas. Los átomos de carbono se disponen en el grafeno en forma de una red hexagonal, por esa monocapa los electrones pueden circular a 1.000.000 m/s, mucho más rápido que en el silicio y una fracción importante de la velocidad de la luz*, lo que le hace candidato a una electrónica rápida, unas 100 ó 1000 veces más rápida que la basada en silicio. Si al final resulta el negocio podría ser multimillonario.

En los últimos días se han producido un par de noticias al respecto. En un primer caso, investigadores de Penn State han conseguido “obleas” de 100 mm de diámetro sobre las que han podido grabar múltiples circuitos. Para sintetizar estas obleas utilizan un proceso de sublimación de silicio, que en definitiva se basa en calentar una lámina de carburo de silicio en la que los átomos de silicio de la superficie escapan de ella hasta que sobre la misma sólo queda una monocapa o bicapa de carbono que finalmente forma el grafeno. La plusmarca de 10 cm de diámetro dobla la marca anterior y se espera llegar a los 20 cm pronto.

La oblea en cuestión y un detalle de su superficie que muestra los circuitos. Fuente: Penn State.

Pero son los investigadores de IBM los que parecen haber confeccionado con tanto éxito transistores basados en grafeno que han pulverizado el record en frecuencia de reloj. Un transistor de radiofrecuencia fabricado por esta compañía ha alcanzado los 100 GHz (100.000 millones de ciclos por segundo). Al parecer DARPA está muy interesada en este tipo de aplicaciones para la nueva generación de dispositivos de comunicación.
En este caso el grafeno se hace crecer por epitaxia usando un proceso compatible con el empleado en la fabricación de dispositivos de silicio. IBM espera también emplear este tipo de electrónica en nuevos circuitos integrados.
El nuevo transistor utiliza una arquitectura de puerta metálica superior y un aislante basado en polímeros y óxido de alta constante dieléctrica (los detalles dados por IBM son un tanto vagos por obvias razones). La longitud de la puerta es modesta, de 240 nm, dejando amplia libertad para la optimización de su comportamiento y a su miniaturización.
Pero la frecuencia alcanzada excede la mejor lograda en silicio, situada en los 40 GHz. En otros transistores basados en grafeno se habían obtenido marcas de sólo 26 GHz.

* Esta característica incluso le ha hecho merecedor al grafeno de un episodio en la serie “The Big Bang Theory” recientemente.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa de Penn State.
Nota de prensa de IBM.
Grafeno en NeoFronteras.

Surcos de hace 565 millones de años delatan antigua locomoción animal. Fuente: Oxford University.

Peter J. Bentley, autor de “El científico camuflado”, dice en uno de los capítulos de su libro que la Edad de Piedra debería llamarse la Edad de los Tejidos, pues por es época el ser humano empezó a confeccionar tejidos para vestirse, pero que al ser más perecederos que las piedras nos han quedado pocos restos de tejidos y muchas más piedras.
Con el registro fósil pasa algo parecido, la concepción que tenemos de la historia biológica de este planeta depende en gran medida de los restos fósiles dejados por animales con partes duras: huesos, dientes, caparazones, conchas… Los animales de cuerpo blando rara vez fosilizan. Seguro que habrá habido toda una serie de animales fantásticos sobre este planeta que, una vez extinguidos, no han dejado ningún registro de su existencia y, desafortunadamente, nunca los conoceremos.
A veces los animales (por desgracia no las plantas) dejan algo tras de sí incluso aunque ninguna parte de su cuerpo se haya fosilizado: sus huellas. El surco dejado por un gusano o las pisadas de un dinosaurio impresas en el barro de la orilla de algún lago cretácico también se consideran fósiles.
Cuanto más nos remontamos hacia los orígenes de la vida compleja multicelular más importantes son este tipo de fósiles, porque al principio, cuando no había casi depredadores, no había una carrera de armamentos que creara dientes, caparazones o pinzas con los que atacar o defenderse.
Recientemente se han descubierto surcos dejados por algún animal hace 565 millones de años, casi en la noche de los tiempos de la vida compleja. Este registro de locomoción animal fue encontrado en Terranova (Canadá) y ha sido analizado por un equipo internacional de científicos. Las marcas fueron descubiertas en Mistaken Point, un lugar frecuentado por paleontólogos innumerables veces, pero habían pasado desapercibidas hasta ahora. Han identificado un total de 70 surcos que indican que algunas criaturas ya se arrastraban por el fondo de los océanos ediacararenses de manera similar a como lo hacen las anémonas. Los surcos miden unos 13 mm de anchos y entre 5 y 17 cm de largos.
Según Alex Liu, de Oxford University, las marcas que han encontrado indican que el animal o animales en cuestión tenían algún tipo de control muscular durante su locomoción. Esto es excitante, según él, porque sería la primera prueba de que las criaturas de esa época ya contaban con músculos que les permitían moverse en busca de comida o huir de sus enemigos.
Los investigadores compararon estas marcas con las dejadas por la anémona marina moderna Urticina, encontrando muchas similitudes. Esto sugeriría que animales similares a las anémonas, quizás en forma de disco, ya usaban musculatura para moverse al igual que las anémonas modernas.
Ya se habían encontrado pruebas de la existencia de movimiento animal en el periodo Cámbrico (hace entre 542 y 488 millones de años), aunque son muy escasas. Esto hizo creer a los paleontólogos que los primeros organismos complejos eran estacionarios y no se movían, se asemejarían, según esta visión, a los hongos (recordemos que los hongos no son plantas aunque su estudio se encuadre dentro de la Botánica). Los pocos restos fósiles del Ediacarense (hace 630-542 Ma) con los que se contaba representaban animales pasivos anclados al fondo con forma de hoja de helecho.
El descubrimiento ahora de animales móviles en el Ediacarense, unos 30 millones de años antes del Cámbrico, es especialmente significativo y arroja luz sobre el mundo antes de que se diera la explosión del Cámbrico, en la que una gran variedad de animales aparece súbitamente en el registro fósil.
Liu sostiene que, aunque no son capaces de decir qué animales ediacarenses crearon esas marcas, hay pruebas de que tenían músculos y tejidos con colágeno que daban a sus cuerpos cierta rigidez. Además, sugiere que la ecología del ambiente marino de esa época era más compleja de lo que se creía.
Según este descubrimiento, por lo tanto, los primeros “pasos” dados por la vida compleja en este planeta se dieron hace 565 millones de años como mínimo.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa de la Universidad de Oxford.
First evidence for locomotion in the Ediacara biota from the 565 Ma Mistaken Point Formation, Newfoundland (resumen).

Diferencias entre correr calzado o descalzo. El pie se posa de diferente manera y el impacto es distinto. Fuente: cortesía de Daniel Lieberman, Department of Evolutionary Human Biology.

Hace no tanto tiempo no había zapatillas con cámara de aire o suelas sofisticadas de gomaespuma que amortiguaran el impacto al correr. Antes incluso, los humanos no usaban ningún tipo de calzado. Incluso ahora mismo todavía hay comunidades cuyos habitantes andan y corren descalzos. Esto era lo normal y podemos pensar, en un principio, que se facilitaba porque el suelo estaba cubierto por hierba u hojas y, por tanto, era más mullido que una calzada romana o el duro hormigón o asfalto modernos.
El ser humano ha evolucionado para ganar en carreras de fondo frente a otros animales, para eso estamos mejor adaptados que para la carrera de velocidad, tipo de carrera esta última a la que casi todos los demás animales nos ganan. Nuestra capacidad termorreguladora es, al parecer, fundamental para ganarlos en carreras de fondo, aunque nuestras piernas y pies sufran más que las cuatro patas de otros animales. De hecho, es casi milagroso que podamos andar sobre sólo dos piernas, algo que todavía ningún robot ha conseguido remedar con tanta eficacia.
Sin embargo, los humanos modernos, pese a usar un calzado tan cómodo y sofisticado, sufrimos frecuentemente lesiones en las rodillas. ¿Acaso andamos o corremos peor que nuestros antepasados? Pues parece ser que sí, y la culpa es precisamente del calzado que usamos.
Un grupo de científicos ha descubierto que los humanos corremos de distinta forma dependiendo de si lo hacemos descalzos o no. En el caso de correr descalzos o con un calzado mínimo los humanos tendemos a evitar golpear con el talón, en su lugar recibimos el impacto en la parte anterior del pie o en la parte media. Haciendo esto se evitan daños potenciales equivalentes a soportar tres veces el peso de nuestro cuerpo de manera reiterada.
Daniel E. Lieberman, de Harvard University, dice que las personas que corren descalzas lo hacen de una manera sorprendentemente diferente. Según él un corredor de ese tipo, al tocar suelo con la parte central o anterior de su pie, casi no recibe impacto por colisión, a diferencia de los que corren calzados.
Mucha gente cree que correr descalzo es peligroso y produce daños, pero según Lieberman se puede correr descalzo por las superficies más duras sin que se sienta siquiera incomodidad o dolor. Correr calzado, según él, es mucho más peligroso. Todo lo que se necesita es una piel callosa en la planta del pie que evite cortes en la piel. Recordemos que, para el asombro de muchos, de vez en cuando aparece algún deportista que corre descalzo y, sin embargo, no parece lesionarse más que sus compañeros.
Lieberman, junto a sus colaboradores de University of Glasgow y Moi University estudiaron diversos corredores, incluidos algunos keniatas, que clasificaron en tres grupos: los que corrían siempre descalzos, los que siempre usaban calzado y aquellos que habiendo corrido calzados se pasaron al bando opuesto.
Los investigadores encontraron un patrón llamativo. El 75% de los que corrían calzados sufrían 1000 impactos en los talones por milla recorrida. Los que corrían descalzos, sin embargo, posaban el pie suavemente utilizando la parte media o anterior del mismo.
Impactar con el talón cuando se corre descalzo o con un mínimo calzado es doloroso y provoca grandes fuerzas de colisión laterales cada vez que se posa el pie, para evitarlo los corredores sin calzado evitan ese tipo de colisiones mediante la disminución de la masa efectiva del pie que se detiene al tomar tierra. El impacto es absorbido principalmente por el resto de la pierna, que actúa como un muelle o resorte.
La razón a esta diferencia hay que buscarla en la evolución. Nuestros antepasados los australopitecus tenían menos desarrollado el arco del pie, pero los Homo, por el contrario, consiguieron desarrollar un arco fuerte y grande para usarlo a modo de muelle. Lierberman dice que nuestros pies fueron hechos para correr. Durante millones de años nos proporcionaron la capacidad de mantener carreras de resistencia.
Pero en la década de los 70 se inventó el calzado deportivo y millones de años de evolución fueron desafiados súbitamente. Incluso en los tiempos anteriores de civilización se usaban, a lo más, sandalias, mocasines o calzados ligeros con pequeños tacones. El calzado moderno, por el contrario, está diseñado para absorber el impacto en los talones, y que así sean más cómodos, incorporando algún tipo de almohadillado en los tacones.
Aprender a correr descalzo no es tan sencillo si estamos acostumbrados a hacerlo con zapatillas deportivas. La carrera con los pies descalzos usa los músculos de diferente manera, así que si usted se ha acostumbrado a impactar con el talón durante toda su vida, la transición a la carrera descalza debe ser lenta y progresiva para que así se fortalezcan los músculos implicados.
Este investigador espera que esta investigación no solamente explique este tipo de carrera, sino que en el futuro proporcione además pistas sobre cómo evitar y prevenir lesiones que ahora afectan a un alto porcentaje de corredores. Su esperanza es que la aproximación proporcionada por la Medicina Evolutiva al estudio de las lesiones deportivas pueda ayudar a la gente que corre a hacerlo mejor, durante más tiempo y que se sientan bien mientras lo hacen. Lieberman ha creado un sitio web donde educa a los corredores acerca de todo esto.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa de la Universidad de Harvard.
Web de Lieberman.
Vídeo.
Foot strike patterns and collision forces in habitually barefoot versus shod runners (resumen).

Conchas de distintas variedades de caracoles Potamopyrgus antipodarum. Fuente: Cortesía de University of Iowa.

Siempre se nos ha dicho que la reproducción sexual presenta muchas ventajas sobre otros sistemas de reproducción. La reproducción sexual requiere más tiempo y energía que la asexual, pero es mucho más frecuente entre los organismos vivos, así que debe de proporcionar más beneficios. Al fin y al cabo el sexo es casi ubicuo.
Nos dicen que gracias a ella se produce una mayor variabilidad genética y así los individuos resultantes pueden enfrentarse a nuevos problemas, cambios en el entorno y a nuevas y antiguas enfermedades. También nos dicen que las especies que se reproducen sexualmente pueden evolucionar más rápidamente, aunque el mecanismo mediante el cual hay una selección natural de los propios mecanismos evolutivos está poco claro (¿evolucionan los propios mecanismos evolutivos?).
Por otro lado, algunos científicos menos ortodoxos, como Lynn Margulis, ya propusieron hace tiempo que, en realidad, la reproducción sexual se da porque los organismos que la usan están atrapados en ella por ser pluricelulares y que cuando tienen una oportunidad prescinden de ella.
Ahora veremos dos casos sobre este tema que han aparecido recientemente en la literatura científica.

Según Maurine Neiman del UI College of Liberal Arts and Sciences los organismos vivos tienen buenas razones para usar la reproducción sexual. En un artículo publicado en Molecular Biology and Evolution (el artículo aparece en portada), ella y sus colaboradores examinan la teoría de la reproducción sexual.
El estudio se centra en la reproducción de variedades del caracol de agua dulce de Nueva Zelanda Potamopyrgus antipodarum, que poseen tanto reproducción sexual como asexual según a la variedad en particular a la que pertenezca. En concreto, analizaron el genoma mitocondrial (las mitocondrias se heredan siempre por vía materna en caso de reproducción sexual) de estos caracoles, encontrando que la reproducción sexual había conseguido acumular la mitad de mutaciones dañinas en sus genomas que la reproducción asexual.
Éste es el primer estudio en comparar la acumulación de mutaciones en una especie cuyos individuos coexisten tanto en reproducción asexual como sexual. Neiman sostiene que esto constituye la primera prueba directa de que la reproducción sexual ayuda a evitar la acumulación de mutaciones perjudiciales.
Neiman planea continuar su investigación sobre evolución para aclarar las ventajas que ofrece la reproducción sexual y una mejor comprensión del valor de la conservación de la diversidad genética dentro de las poblaciones, especies y comunidades ecológicas.

Por otro lado, los rotíferos de la clase Bdelloidea no han usado la reproducción sexual durante 30 millones de años (algunas fuentes dicen que durante 40 millones de años o más). Según las supuestas ventajas de la reproducción sexual, estos animales microscópicos pluricelulares de agua dulce deberían haber desaparecido hace tiempo.
Estos invertebrados emplean un sistema curioso para librarse de los patógenos: se dejan secar y llevar por el viento, una vez que entran de nuevo en contacto con el agua dulce vuelven a la vida. En NeoFronteras ya publicamos unos resultados interesantísimos sobre transferencia horizontal de genes en estos invertebrados hace un tiempo.

Rotífero infectado por hongos. Fuente: cortesía de Kent Loeffler, Kathie T. Hodge y Chris Wilson.

Paul Sherman y Chris Wilson, ambos de Cornell University, han realizado experimentos sobre los animalillos mencionados, publicando los resultados en Science (aparece también en portada).
Estos rotíferos han confundido a los científicos durante mucho tiempo, pues son animales completamente asexuales. Deberían de haber sido víctimas de parásitos y patógenos hace mucho tiempo, pero en su lugar han proliferado en 450 especies distintas. Estos animales se reproducen por clonación y, en teoría, conservan las misma carga genética generación tras generación, salvo por el efecto de las mutaciones ocasionales (o de la transferencia horizontal de genes). Recordemos que la reproducción sexual, al tener copias de los genes del padre y de la madre, efectúa una nueva combinación genética para la descendencia. Se cree que este “barajado” de genes proporciona una defensa frente a parásitos y patógenos.
Quizás el hecho de que estos animalillos se dejen desecar y llevar por el viento a otros lugares compense la supuesta escasa variabilidad genética y resuelva el misterio.
Wilson infectó a propósito poblaciones de rotíferos con un hongo letal y encontró que todos morían al cabo de unas pocas semanas. Entonces desecó otras poblaciones infectadas y los mantuvo en ese estado durante diversos periodos de tiempos. Descubrió que cuanto más tiempo habían permanecido desecados más éxito tuvieron a la hora de volver a la vida libres de infección una vez les proporcionó agua.
En una segunda tanda de experimentos Wilson dispuso de rotíferos deshidratados e infectados por el mismo hongo en una cámara de viento. Pudo comprobar que los rotíferos fueron capaces de dispersarse y establecer nuevas poblaciones libres del hongo asesino. Después de siete días de viajar en el viento se conseguían tantos rotíferos libres del hongo como 3 semanas de deshidratación sin viento.
Por tanto, la desecación y el viaje con el viento proporcionaba la oportunidad de prosperar sin las presencia de esa infección, permitiendo la aparición de poblaciones sanas.
Según Sherman estos animales están esencialmente jugando un juego evolutivo de escondite en el espacio y en el tiempo. Pueden dejarse llevar por el viento para así colonizar parches de hábitat libres de parásitos donde se puedan reproducir rápidamente (gracias a su reproducción asexual) y partir de nuevo a otros lugares antes de que el parásito los ataque. Esto les permite evadir a sus enemigos sin la necesidad de reproducción sexual, empleando un mecanismo que ningún otro animal puede usar.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=2992

Fuentes y referencias:
Nota de prensa de la Universidad de Iowa.
Accelerated Mutation Accumulation in Asexual Lineages of a Freshwater Snail (resumen).
Nota de prensa de Cornell University.
Anciently Asexual Bdelloid Rotifers Escape Lethal Fungal Parasites by Drying Up and Blowing Away (resumen).
Entrevista al investigador en la NPR (podcast en inglés).
Incorporación natural de ADN foráneo en animal complejo.

Distribución geográfica de las 2236 lenguas incluidas en el estudio. Fuente: PLoS One.

Psicólogos de la Universidad de Pennsylvania y de la Universidad de Memphis han publicado un estudio sobre evolución lingüística que desafía la hipótesis tradicional de por qué las lenguas difieren unas de otras a lo largo del mundo.
El estudio propone que los idiomas humanos pueden adaptarse como organismos biológicos al medio social más de lo que se creía y que las lenguas más populares y corrientes tienen construcciones más simples para así facilitar su supervivencia.
Según el pensamiento tradicional las lenguas se desarrollan debido a cambios al azar a lo largo de la deriva histórica. Así por ejemplo, el inglés y el turco son lenguas muy diferentes porque se basan en historias que las han separado mucho tanto en el espacio como en el tiempo. Durante años ésta ha sido la asunción ortodoxa de los lingüistas.
En el nuevo estudio publicado PLoS se ofrece una nueva hipótesis que desafía la explicación de la deriva. Gary Lupyan y Rick Dale realizaron un estudio estadístico a gran escala en el que analizaron más de 2000 lenguas diferentes de todas las partes del mundo. El objetivo era comprobar si el ambiente se correlacionaba con ciertas propiedades lingüísticas.
Los investigadores encontraron relaciones entre las propiedades demográficas de las lenguas, tales como la dispersión global, y la complejidad gramatical de esos idiomas.
Las lenguas que tenían más hablantes, y por tanto que estaban más difundidas por el mundo, tenían las gramáticas más sencillas (especialmente su morfología) que las lenguas que eran habladas por unas pocas personas circunscritas a una pequeña región. Por ejemplo, las lenguas habladas por más de 100.000 personas eran, como mínimo, seis veces más probables de tener conjugaciones simples en sus verbos que las lenguas habladas por menos de 100.000 personas.
Las poblaciones más grandes tienden a tener pronombres más simples y un número fijo y pequeño de casos y géneros. Además no emplean prefijos o sufijos complejos en sus gramáticas. Una consecuencia es que las lenguas con una larga historia de adultos que la aprenden han terminado siendo más sencillas de aprender con el tiempo. A pesar de que un indeterminado número de investigadores habían predicho la relación entre relaciones sociales y estructura lingüística, esta es la primera vez que se efectúa un estudio estadístico a gran escala para comprobarlo.
El resultado traza una conexión entre la evolución del lenguaje humano y los organismos biológicos. Así como organismos muy distantes pueden convergen hacia estrategias evolutivas similares en nichos específicos, las lenguas pueden adaptarse al ambiente social en donde son usadas y aprendidas.
Según Lupyan, el idioma inglés puede parecer difícil a la hora de deletrear o debido a sus excepciones a las reglas, pero sus verbos son muy fáciles de conjugar y sus nombres adquieren el plural con una simple “s” en la mayoría de los casos. En comparación, las lenguas del oeste africano tienen docenas de maneras de construir el plural, y en otras (turco, aimara, ainu…) el verbo “saber” incluye información acerca del origen del conocimiento del hablante. Esta información se expresa frecuentemente usando reglas complejas, que en los idiomas más extendidos del globo, como el mandarín, no se dan.
Lupyan y Dale denominan a este efecto social sobre los patrones gramaticales “hipótesis de nicho lingüístico”. Las lenguas evolucionan dentro de nichos socio-demográficos particulares. Aunque todas las lenguas se aprenden de pequeño, la introducción de aprendices adultos en determinadas lenguas (por ejemplo a través de la emigración) significa que los aspectos de la lengua más difíciles de aprender por los adultos son menos proclives a ser transmitidos a la siguiente generación. El resultado es que las lenguas habladas por más gente sobre regiones geográficas grandes han terminado por ser morfológicamente más simples a lo largo de muchas generaciones.
Un misterio sin resolver es por qué las lenguas con pocos hablantes son tan complejas de partida. Una posibilidad, explorada por los investigadores, es que las características tales como el género o los sistemas de conjugación compleja, aunque dificultan a los adultos aprender la lengua, pueden facilitar el aprendizaje de la misma en la infancia gracias a que proporcionan una red de información redundante que puede indicar al niño el significado de las palabras y cómo encadenarlas a las demás.
Los resultados y la teoría de estos investigadores no intentan explicar por qué una lengua específica tiene la gramática que tiene. Incluso, como los hallazgos son estadísticos, se pueden encontrar muchas excepciones a la teoría. Sin embargo, proporciona un análisis amplio de cómo los factores sociales influyen sobre la estructura de las lenguas, y muestra que la relación entre lengua y cultura no es para nada arbitraria.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa de la Universidad de Pennsylvania.
Language Structure Is Partly Determined by Social Structure (en PLoS).
Las palabras menos usadas evolucionan más.
El lenguaje como producto de la evolución cultural.
Origen genético del lenguaje humano.

Esquema de cómo una densidad de energía oscura no uniforme puede ser detectada. Las regiones en gris son regiones con una pequeña fracción menos de energía oscura. Fuente: Martin Perl y Holger Mueller.

A finales de la década de los noventa los astrofísicos se vieron sorprendidos por las medidas de supernovas de tipo Ia. Este tipo de estrellas en explosión constituyen “candelas estándar” de las que se puede saber su brillo intrínseco. Midiendo el brillo observado se puede calcular la distancia a la que se encuentran. El problema vino del análisis de los datos, todo parecía indicar que la expansión del Universo se estaba acelerando. Después del escepticismo general, los científicos se han ido convenciendo que el efecto de las supernovas es real y que la expansión del Universo se está acelerando, con lo que el Cosmos estará cada vez más diluido hasta que carezca prácticamente de materia.
La explicación que se ha dado habitualmente para este efecto, a falta de otra explicación física mejor, es la existencia de una energía oscura (denominada oscura porque ignoramos su naturaleza y que no hay que confundir con la materia oscura) que rellenaría el Universo y que constituiría el 70% de la masa-energía del mismo. Su valor sería de 10^-10 julios por metro cúbico. El efecto de la energía oscura sería similar a una gravitación negativa.
Desde entonces se discute sobre la naturaleza de esta energía oscura, incluso algunos han negado la existencia de la misma, proponiendo que lo que vemos es una ilusión por estar en un sitio privilegiado. Otros incluso han llegado a proponer cambios en la ley de la gravedad. No es extraño que proliferen todo tipo de teorías al respecto, porque a día de hoy no tenemos ninguna medida directa de tan misteriosa energía.
Lo que sería muy interesante es diseñar algún dispositivo de laboratorio que midiera directamente esa energía. Pues bien, eso es precisamente lo que Martin Perl y Holger Mueller, de la Universidad de y Berkeley respectivamente, proponen en un artículo reciente.
Aunque la cifra dada antes de 10^-10 julios por metro cúbico parece muy pequeña de medir no lo es tanto para el estándar habitual de los laboratorios. Por ejemplo un campo eléctrico de 1 voltio por metro tiene una densidad de energía de 10^-12 julios por metro cúbico, que es cien veces más pequeña que la anterior.
Obviamente hay grandes diferencias entre un caso y otro, pues la materia ordinaria siente muy fácilmente los campos eléctricos y no tenemos ni idea de la naturaleza de la energía oscura. Ni siquiera podemos desconectar esa energía para así apreciar la diferencia, simplemente está siempre ahí, no tenemos un punto de referencia sobre el que medirla.
Una posibilidad es que la energía oscura no sea completamente uniforme, sino que presente un gradiente. Si es así entonces sería posible medir el efecto de ese gradiente gracias a un interferómetro atómico. Al menos, según estos dos investigadores.
Un interferómetro atómico se basa en las propiedades ondulatorias de las partículas descritas por la Mecánica cuántica. Al igual que las ondas luminosas pueden interferirse entre sí si las disponemos de las trayectorias adecuadas, podemos hacer algo similar con haces de partículas, incluso con átomos.
En este caso lo que Perl y Mueller proponen (no han realizado ningún experimento al respecto) es medir cambios en las fase de las ondas asociadas a haces de átomos que sigan trayectorias distintas. Si hay un gradiente en la energía oscura sería posible cancelar el efecto de todas las demás fuerzas y poner de relieve la presencia de la energía oscura. Sugieren usar apantallamientos convencionales que aíslen el sistema de campos electromagnéticos e interferómetros atómicos para cancelar el efecto de la gravedad.
Calculan que se podrían realizar medidas con una precisión sin precedentes. En experimentos de interferometría con un solo átomo ya s eha llegado a medir la fuerza gravitatoria con una precisión muy alta. Creen que con la actual tecnología se podría detectar esa energía oscura directamente.
No obstante, hay varios escollos en su proyecto. Por un lado no se tiene ni idea de la naturaleza de la energía oscura o si realmente presenta un gradiente. Y tampoco es seguro que pudiera ejercer una fuerza sobre los átomos del experimento. Aunque se aumentara sin parar al precisión de una experimento así quizás nunca se detectara la energía oscura, incluso si ésta existiera realmente.
Encima podría haber otras fuerzas que estropearan las medidas del dispositivo.
En todo caso merecería la pena apostar por la realización de un experimento así. Si el resultado fuera positivo seguro que sus descubridores recibirían el Nobel de Física.

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Fuentes y referencias:
Artículo en ArXiv.

Fredy y Victor. Fuente: Tobias Deschner, Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology.

Tras el reciente terremoto de Haití hemos podido ver muestras de solidaridad local e internacional. Personas que altruistamente ayudan a las demás sin esperar nada a cambio, quizás sólo el sentirse bien con ellas mismas. Pero los seres humanos no somos los únicos que nos comportamos altruistamente. Nuestros parientes los chimpancés muestran características que se pueden considerar casi humanas, incluida la del altruismo.
Un ejemplo lo tenemos en el caso de Víctor, cuya madre murió de carbunco. Al poco que fue adoptado con gran generosidad por Fredy. Fredy compartió su hogar con Victor cada noche y lo llevó sobre su espalda. Incluso le dio parte de su comida. A pesar de sus nombres humanos estos personajes son chimpancés, pero son reales. El comportamiento de Fredy sugiere que estos animales son menos egoístas de lo que podríamos pensar, sobre todo si consideramos que esto se dio en el mundo natural y no en una jaula de un zoo.
Los investigadores han ido acumulando pruebas de comportamiento altruista en varias especies que incluyen ratas, hormigas y diversas especies de monos. Sin embargo, no está claro que estos comportamientos encajen en la definición científica de altruismo: la ayuda espontánea a los demás sin que se espere ninguna recompensa.
Hasta tiempos recientes a los etólogos les ha sido difícil detectar comportamientos altruistas en chimpancés, al menos en estudios en cautividad. Sin embargo, gracias a experimentos más refinados esto ha empezado a cambiar. Algunos de estos estudios los vimos ya en NeoFronteras. Por ejemplo, podríamos recordar un estudio de 2007 realizado por Michael Tomasello, del Instituto Max Planck, y sus colaboradores. En sus experimentos colocaban a un chimpancé en una habitación con una clara visión de unas apetitosas piezas de fruta que estaban fuera de su alcance al otro lado de una puerta cerrada. Un segundo chimpancé tenía la posibilidad de abrir la puerta al primero para que así se hiciera con la fruta, pero no recibía nada a cambio. En el 80% de las veces el segundo chimpancé era generoso y ayudaba al primero, pese a no recibir nada a cambio.
Sin embargo, estos experimentos se realizaron con animales en cautividad cuyo comportamiento puede estar contaminado por su exposición a los humanos y no reflejar un comportamiento natural real.
Así que Tomasello y Christophe Boesch se pusieron a buscar pruebas de comportamiento altruista en chimpancés silvestres. Durante 3 décadas Boesch y su equipo han estado estudiando chimpancés en el parque natural de Taï, en Costa de Marfil. Observaron 18 casos de chimpancés adultos que adoptaban crías cuyas madres habían muerto. Consideraron adopción como el comportamiento que un adulto muestra hacia un huérfano durante al menos 2 meses y que comprende el compartir comida y esperar a la cría para que alcance al grupo mientras viaja a un nuevo sitio. Este tipo de comportamiento es el mismo que mostraría una madre frente a sus pequeños.
En 10 de esos 18 casos fueron machos los que efectuaron la adopción. Esto es algo bastante sorprendente si tenemos en cuenta que los machos de chimpancé hacen más bien poco por su propia descendencia. La duración de estas adopciones estuvo comprendida entre los 3 meses y los 5 años y era costosa en tiempo, comida y problemas para los que adoptaban.
En una ocasión, por ejemplo, Fredy tuvo que abrir 196 nueces para compartirlas con Victor. Este comportamiento entre el adoptado y el su padre sustituto es un signo claro de altruismo según estos investigadores.
Boesch sostiene que el altruismo puede no mostrarse tan frecuentemente en cautividad porque los animales en ese estado no necesitan ayudarse entre sí para sobrevivir.
Sin embargo, no todos los investigadores están de acuerdo con esta conclusión. Joan Silk, de University of California en Los Ángeles, no duda de que haya comportamientos altruistas, pero que quedan cuestiones sin resolver. Cree que puede que los chimpancés que adoptan sí esperan una recompensa de algún tipo, como mayores favores en el acicalamiento por parte de los demás o más aliados en sus guerras sociales. Derek Penn, de University of Louisiana, dice que 18 adopciones en 27 años de estudio son muy pocas, sobre todo si se tiene en cuenta que algunas de las adopciones fueron efectuadas por familiares muy cercanos. Quizás las adopciones fueran el resultado de confundir a los huérfanos con su propia descendencia, dice Penn.

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Fuentes y referencias:
Noticia en Science.
Artículo en PLoS One.
Chimpancés cooperativos y altruistas.
Altruismo en chimpancés.