Célula solar de polímero del equipo de Princeton-Pennsylvania. Fuente: Frank Wojciechowski.

El petróleo nunca se acabará, pero cada día será más caro extraerlo. Nuestra civilización moderna se ha construido básicamente sobre un recurso de energía prácticamente gratis. Esta situación ya no se va a dar más, pues ya hemos alcanzado el cenit de su producción. De hecho, ese cenit se alcanzó en los años noventa, tal y como predice que la curva de Hubbert. Es un problema que se cierne sobre el horizonte y que tenderemos que solucionar de alguna manera.
Una posible solución parcial es el uso de fuentes alternativas de energía, preferiblemente renovables (estos términos no significan lo mismo).
El factor que condiciona la rentabilidad de cualquier fuente de energía es la energía obtenida por cada unidad de energía invertida. Se cree que el umbral de rentabilidad está en un 1 a 10. Por debajo de ese umbral la rentabilidad es más bien dudosa. Todo lo demás es absolutamente secundario y para muchos de esos otros aspectos se puede buscar una solución. Así por ejemplo, el petróleo producido en los EEUU ya está por debajo de ese umbral (ver gráfico). Pero también lo está la energía nuclear o la energía fotovoltaica, al menos según datos de hace unos pocos años. La energía hidráulica y eólica están por encima de ese umbral. Los números en concreto dependen de muchos factores, como la geografía o climatología locales.

Cantidad de energía producida por unidad invertida frente al total de energía producida para distintas fuentes de energía en los EEUU. El pétroleo local pasó de 100 a 1 en 1939 a 30 a 1 en 1970 hasta el 10 a 1 actual. La energía nuclear, la fotovoltaica (dato de 2009), las arenas bituminosas y los bicombustibles están casi o por debajo del umbral de rentabilidad. Fuente: Searching for a miracle, Richard Heinberg.

Recientemente se han efectuado mejoras comerciales en la energía fotovoltaica que están provocando un abaratamiento de la misma. Pero, mientras tanto, se investiga en los laboratorios para así poder tener una tecnología fotovoltaica realmente eficiente. La gente de la calle se queja de que hay muchas noticias al respecto, pero que al final no se materializa ninguna de ellas. Desconocen que se tarda mucho en investigar cualquier cosa y que una vez obtenido no siempre se puede comercializar o se necesita bastante tiempo para hacerlo.
Hay varías aproximaciones en el tema de la energía fotovoltaica. Una de ellas consiste en abaratar (en términos energéticos o de costo) la tecnología ya existente. Así por ejemplo, el precio de células de silicio ha caído mucho en los últimos años y se espera que lo siga haciendo. Si todo tejado no está cubierto por paneles solares es porque las baterías siguen siendo caras.
Otra aproximación es crear nuevas células que sean muy baratas de producir, aunque su rendimiento sea bajo. En este ámbito están las células de polímeros. La idea es rebajar el costo por vatio instalado, aunque se necesite mucha superficie.
La tercera aproximación es desarrollar nuevos tipos de células solares que tengan un rendimiento muy alto, aunque sean caras, y usarlas con concentradores ópticos.
Vamos a ver dos desarrollos reciente respecto a estas dos últimas aproximaciones.

Recientemente se ha conseguido batir el record [1] de una células cristalinas con un rendimiento del 28,6%. Es decir, casi un tercio de la energía luminosa es convertida en energía eléctrica. Un estudio de 1961 estableció que el máximo de rendimiento teórico de una célula solar está en un 33,5%. Así que, según este punto de vista, estamos ya muy cerca de lo máximo que podríamos alcanzar. Aunque este punto es discutido por algunos expertos que sitúan el máximo más allá.
Eli Yablonovitch y su equipo de la Universidad de Berkeley han conseguido este resultado haciendo que la célula funcione como un LED y que sea tan buena absorbiendo luz como emitiéndola. Lo mejor es que este principio es aplicable a otros tipos de células solares y no solamente a la de arseniuro de galio multicapa que han usado.
Este efecto contraintuitivo se debe a que fundamentalmente hay una relación termodinámica entre absorción y emisión. Si se diseña una célula para que emita luz de manera eficiente esto significa que se produce un buen voltaje si se le hace funcionar a la inversa (recibir fotones y producir electricidad a partir de ellos).
Normalmente los fotones de luz que inciden en el semiconductor producen electrones libres que constituyen la electricidad. Pero en el proceso se pueden producir otros fotones secundarios (en un proceso denominado luminiscencia) que no liberan electrones. Si se facilita que estos fotones se escapen fácilmente se eleva el rendimiento del dispositivo al aumentar el voltaje del sistema.
Este equipo de investigadores estima que al año que vienen podrán superar la barrera del 30% de rendimiento.

En el otro lado está un resultado que consigue incrementar el rendimiento de las células de polímeros. Además de su supuesto bajo precio, el uso de este tipo de células es más versátil debido a que se pueden doblar y adaptar a distintas superficies. En este caso Jongbok Kim y sus colaboradores de las universidades de Princeton y Pennsylvania han aumentado el rendimiento de este tipo de células gracias al uso de “arrugas”, con ello han conseguido elevar el rendimiento en un 47% respecto al rendimiento base [2]. Han publicado el resultado en Nature Photonics.
Recordemos que el rendimiento de este tipo de células “de plástico” es muy bajo en general y que toda célula con un rendimiento por debajo del 10% no tiene sentido comercial. Se está tratando de conseguir un rendimiento entre un 10% y un 15% para este tipo de células. Recientemente un equipo de UCLA ha conseguido un rendimiento de un 10,6% y esta nueva técnica de “uso de arrugas” podría incrementar más aún ese rendimiento haciendo que ya fueran rentables. El otro problema que tiene esta tecnología es la durabilidad de las células que es inferior a otros tipos.
Tradicionalmente se ha tratado de aumentar el rendimiento de estos dispositivos aumentando la conversión de fotones en electrones libres. Pero este nuevo resultado se basa en la idea de tratar de atrapar el mayor número de fotones posible. A más luz solar absorbida mayor rendimiento, aunque éste sea inherentemente bajo. Esta configuración puede además explotar una gama de frecuencias más amplia. La idea está inspirada en las hojas de las plantas que contienen estructuras que guían la luz del Sol para así maximizar la cantidad de luz atrapada.
Al estructurar la célula solar de polímero con una compleja red de ondulaciones espaciadas entre 1 y 5 micras casi han doblado el rendimiento base. Algo que les sorprendió, pues esperaban un incremento mucho menor. Al parecer esta microestructura cambia el ángulo de incidencia de los fotones que son absorbidos mejor y hace de guía de ondas. Además se alcanza un 600% más de absorción en ciertas frecuencias del infrarrojo cercano y el rendimiento se mantiene incluso cuando la célula es doblada, algo, esto último, que no pasa en las células “sin arrugas”.

Quizás no esté tan lejos el día en el que todos tengamos una casa digna (y cuyo costo no esté controlado por las mafias económicas) en la que el uso de arquitectura bioclimática y energía solar nos haga independientes de las compañías del gas y electricidad. La ciencia y la tecnología lo permitiría.

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Comparativa entre los distintos ánodos de baterías de iones de litio. Fuente: Hui Wu, Stanford y Yi Cui.

¿Está ya hasta las narices de tener que recargar continuamente las baterías de su smarphone, de su portátil o de su cámara? Quizás las baterías con una capacidad 10 veces superior a las actuales estén a la vuelta de la esquina. Al menos, según un nuevo estudio de la Universidad de Stanford.
Las mejores baterías actuales se basan en el uso de iones de litio. Son ligeras y almacenan bastante energía, aunque no suficiente para los requerimientos que necesitamos para el presente y el futuro. Se basan en el flujo de estos iones a través de un electrolito que está entre un ánodo y un cátodo. El ánodo está hecho de carbono y la capacidad de la batería para almacenar carga depende de cuantos iones de litio pueden acomodarse en el ánodo. Cada 6 átomos de carbono (en forma de grafito) se puede acomodar un ión de litio. Desde hace un tiempo se viene intentando sustituir este tipo de ánodo por uno de silicio que es capaz de fijar cuatro iones de litio por cada átomo de silicio. Esto permitiría aumentar, y mucho, la capacidad de este tipo de baterías (unas 10 veces más capacidad que las actuales).
Lo malo es que cuando se ha intentado construir este tipo baterías (y se ha intentado durante más de una década) el número de ciclos de carga es muy bajo y la batería termina siendo inútil al poco tiempo. Esto se debe a que la estructura del silicio se resiente y termina degradándose. El ánodo absorbe tantos iones que se hincha hasta ocupar un volumen cuatro veces superior y el electrolito reacciona con el silicio recubriéndolo con un compuesto que inhibe futuras recargas. Cuando la batería se descarga el volumen del ánodo vuelve a disminuir creándose grietas en donde vuelve a atacar el electrolito. En unos pocos ciclos la batería es inservible.
Ahora Yi Cui y su equipo han conseguido una batería de este tipo que aguanta 6000 ciclos con una carga al final de ese periodo de un 85% la original, suficiente para ciertas aplicaciones. Un automóvil eléctrico podría funcionar durante casi 20 años con este tipo de batería para llevarnos al puesto de trabajo todos los días.
Este grupo de investigadores ha ido mejorando la duración de este tipo de ánodo haciendo que estuviera compuesto de nanohilos. En su último diseño han creado un ánodo compuesto de nanotubos de silicio de doble pared recubiertos con una pared de óxido de silicio.
Esperan simplificar el proceso de fabricación para que así el producto pueda llegar al mercado en algún momento. ¿Se imagina recargar su smarphone cada diez días en lugar de todas las noches?

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original.

Proyecto conceptual de nave propulsada con antimateria. Fuente: NASA.

Desde hace muchos años se sueña con la posibilidad de alcanzar velocidades relativistas gracias al uso de antimateria. La idea consiste en almacenar de alguna manera esa antimateria y hacer que se junte con materia ordinaria en un motor cohete de antimateria. Cuando las partículas de antimateria (presumiblemente átomos de antihidrógeno en este tipo de motor) colisionan con partículas de materia (átomos en hidrógeno) se libera una gran cantidad de energía al convertir un alto porcentaje de su masa en energía. La energía nominal liberada por un kilogramo de masa en este tipo de aniquilación es de casi 10¹⁷ julios.
La gente asume que esa energía es en forma de rayos gamma y que no se produce ninguna partícula en la reacción, pero la verdad es que gran parte de la energía liberada es en forma velocidad cinética de piones relativistas. Si se diseña un buen campo magnético estos piones pueden ser orientados hacia una tobera de escape para así proporcionar propulsión. El redimiendo de un motor de este tipo depende de la velocidad inicial de los piones y de lo efectivo que sea el campo magnético. Los rayos gamma que se puedan producir no sirven como propulsión al no poderse orientar, simplemente atraviesan el motor, la nave y a los supuestos astronautas.
Un nuevo estudio llega a la conclusión de que con la tecnología actual se puede conseguir un buen rendimiento en este tipo de motor cohete, siempre que se cuente con antimateria, claro.
Antes se creía que el rendimiento de los campos magnéticos en este tipo de motores era bajo, en concreto un 36%, y que la velocidad inicial de los piones era del 90% la velocidad de la luz. Ahora Ronan Keane y Wei-Ming Zhang, de Western Reserve Academy y Kent State University respectivamente, han recalculado con unas simulaciones estos números llegando a unas cifras diferentes.
Por un lado los piones parecen tener menor velocidad, en concreto sólo un 80% la velocidad de la luz (0,80c), pero el campo magnético puede llegar a tener una eficacia del 85%. Esto se traduce en una velocidad de escape en la tobera del 0,69c de la velocidad de la luz en lugar del 0,33c que se creía. La parte más positiva es quizás que se puede lograr esta eficacia en el campo magnético con “sólo” 10 Tesla (esta unidad física es muy grande) o similar, algo que se puede obtener con la tecnología actual.
La parte negativa es la de siempre. No podemos producir antipartículas en cantidades suficientes como para que esta idea sea viable. Básicamente tenemos que concentrar un montón de energía en un pequeño espacio y esperar que parte de esa energía se transforme en antipartículas y otra parte en partículas. Además tenemos que extraer esas antipartículas y enfriarlas (reducir su velocidad) para poder almacenarlas. Al ritmo actual las factorías de antimateria del CERN necesitarían unos cuantos miles de años para producir un microgramo de antimateria. Además, está el problema de su almacenamiento. Si la antimateria se junta con cualquier tipo de materia ordinaria tendremos una buena explosión y nos habremos quedado sin combustible. Digamos que Dan Brown no se informó muy bien al escribir su novela, al menos en cuanto a su producción se refiere.
Aun así, otro estudio mencionado en este artículo apunta a que la producción de antiprotones se podría mejorar hasta conseguir un crecimiento en la producción de antimateria que fuera exponencial en el tiempo. Se espera, por tanto, que a mediados de este siglo se pueda conseguir un microgramo de antimateria.
Se podría pensar en alguna fuente natural de antimateria, pero tampoco parece que las conocidas sean rentables. Se ha encontrado que hay un anillo de antimateria alrededor de la Tierra. Se trata de antiprotones capturados por el campo magnético terrestre. Fue descubierto por el observatorio Pamela. Lo malo es que en dos años sólo registro 28 antiprotones, una cosecha que es incluso inferior a la del CERN. Quizás en la magnetosfera de Júpiter haya más cantidad, pero está por ver.
Mientras tanto las estrellas siguen estando muy lejos.

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Fuentes y referencias:
Artículo en ArXiv.

Muestro mundo moderno es muy diferente de la sabana africana que nos vio nacer como especie. Como animales que somos tenemos mecanismos biológicos que fomentan nuestro egoísmo, nos hacen acumular sobrepeso o nos facilitan que pensemos en tonterías como el más allá. Pero como especie social también tenemos sistemas que fomentan la cooperación entre nosotros. Sentimos el dolor ajeno de otros seres humanos y estamos precondicionados para castigar a los humanos aprovechados que parasitan la sociedad.
Lo malo del mundo moderno es que, a veces, las unidades que componen la sociedad no sólo son seres humanos, sino otras instituciones más grandes como empresas, compañías o partidos políticos. Una compañía no se comporta como cabría esperar de un ser humano y no detendrá ciertas acciones aunque con ello lleve el sufrimiento y la muerte a seres humanos. Su cotización en bolsa o sus beneficios están por encima del bien de la población. Esto puede beneficiar la economía global, pero no necesariamente a las personas.
Podemos creer que la incidencia del cáncer en el mundo moderno es algo natural. Incluso tratan de convencernos de que, como ahora vivimos más, necesariamente hay más casos cáncer en la vejez. Simplemente la evolución no tiene manera de evitar una causa de muerte que se dé tiempo después de que te hayas reproducido. Pero esto entra en contradicción con la lógica aplastante de que muchos casos de cáncer no se dan en la vejez, sino a edades muy tempranas, en la juventud o a comienzos de la edad adulta. Algunas veces es por nuestra culpa, pues fumamos o tenemos hábitos que son claramente perjudiciales. Quizás sea planteable hacer pagar a los fumadores el coste de su tratamiento ahora que parece estar tan de moda el copago sanitario. Puede ser un buen incentivo para que dejen de fumar de una vez.
También podemos ser absolutamente ingenuos y pensar que todos los miles de productos químicos que hemos introducido en nuestras vidas son inocuos, como los pesticidas, plásticos variados, conservantes, etc. No hará falta mucho esfuerzo para encontrar a quienes apoyen esta tesis.
Esta historia comienza cuando unos investigadores estudiaban un problema hormonal con unos cultivos de laboratorio. Se estaban volviendo locos porque no eran capaces de explicar los resultados que obtenía. Al final se dieron cuenta de que los tubos de ensayos que estaban usando estaban hechos de un plástico que interfería con sus resultados. Al parecer algunos componentes de los plásticos imitan el comportamiento de ciertas hormonas humanas.
Desde entonces se ha elevado la preocupación por el papel que desempeñan estas sustancias en la incidencia de ciertos tipos de cáncer, como por ejemplo el de mama, que parecen estar influidos por el comportamiento hormonal.
Así que la comunidad científica no se paró ahí y siguió estudiando el asunto. Uno de los principales sospechosos es el Bisfenol A o BPA, un aditivo plástico que se usa en muchos objetos, incluidos envases para comidas o bebidas, lentes de contacto o biberones hechos de policarbonato. A este compuesto se le ha acusado de ser un disrruptor endocrino. En concreto altera la actividad del estrógeno. Esto se debe a que el BPA se parece mucho al dietilstilbestrol, un estrógeno que aumenta el riesgo de cáncer de mama tanto en roedores como en mujeres.
Además este compuesto tarda muchos años en degradarse y termina en los ríos y cursos de agua (el 40% de las corrientes de agua en el mundo contienen BPA).
En unas investigaciones realizadas en el pasado con ratones que hicieron se pudo demostrar que el BPA alteraba el desarrollo de las glándulas mamarias y que estos cambios aumentaban el riesgo de cáncer, pues incluso encontraron lesiones cancerosas y precancerosas al llegar a edad adulta. Naturalmente algunos cuestionaron estos resultados y dijeron que este efecto no tenía que ser necesariamente extrapolable al ser humano.
Ahora, Patricia Hunt de Washington State University y sus colaboradores han encontrado que la exposición al BPA altera el desarrollo de las glándulas mamarias en primates, lo que apoyaría la idea de que este producto químico causa problemas de salud en el ser humano y que incluso podría contribuir a la alta incidencia del cáncer de mama. Este modelo animal hace que las conclusiones sean aplicables al ser humano y despeja las dudas que había sobre este mismo resultado obtenido en otros modelos animales. El resultado ha sido publicado en PNAS.
El estudio compara las estructuras de glándulas mamarias de hembras de macacos recién nacidas con o sin exposición al BPA durante su desarrollo embrionario. A las madres de las hembras expuestas se les administró fruta que contenía pequeñas cantidades de BPA cada día durante una parte de la gestación equivalente al tercer trimestre en humanos. Esta exposición producía unos niveles de BPA en sangre equivalente al que tiene el norteamericano medio en la actualidad.
Se encontró que en el momento de nacer el desarrollo de la glándula mamaria de los animales expuestos era superior al de los no expuestos.
El BPA ha sido prohibido en 11 estados de los EEUU de América. Por otro lado, ya comercializan recipientes libres de este compuesto. Cosas de los mercados. Una población informada siempre puede velar por su beneficio y evitar que los poderosos puedan aprovecharse de la ignorancia ajena.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original.
Bisfenol y síndrome metabólico
Foto: ecoeyecare

La estulticia humana parece no tener límites y esto hace que cada día haya más personas convencidas de que el mejor destino que se puede pensar para la humanidad es su propia extinción. Aunque puede que el que haya gente que piense así sea un buen argumento para precisamente tratar de evitar tal extinción.
Hace unas semanas hablábamos del bosque fósil de Wuda y de su maravilloso contenido. Ahora un artículo de Science clama por la conservación de dichos bosque, que es único en el mundo.
Este bosque pertenece al Pérmico temprano y fue conservado durante casi 300 millones de años (298 exactamente) gracias a la ceniza volcánica de un volcán que entró en erupción. Esta lluvia mató a los seres que había en ese bosque, pero a la vez los ha conservado durante todo este tiempo gracias. Esa ceniza cubrió troncos, ramas e incluso árboles enteros in situ sin que los elementos arrastraran y deterioraran los restos biológicos y formó una capa de 66 cm de grosor que posteriormente se endureció.
Algunas de las especies pertenecen a la familia de los helechos (o similares). Especialmente interesantes es el grupo Noeggerathiales (foto cabecera), que se comprendía muy pobremente hasta ahora al haber muy pocos ejemplos fósiles en el resto del mundo en la actualidad. Algunos de estas plantas se han conservado casi intactas. Se ha podido averiguar que este tipo árbol cubría el 60% de las zonas pantanosas.
Sólo hay unos pocos casos de bosques conservados con ceniza en todo el mundo, pero son mucho más pequeños. Este bosque fósil es único. Cubre nada menos que 20 kilómetros cuadrados (más o menos 4,5 km × 4,5 km) y es muy accesible. Es muy importante para saber cómo fue la ecología de la época y para reconstruir el clima del momento en esa región del mundo.
Pero tiene la desgracia de estar en una mina de carbón. Gran parte parece que ya ha sido destruido, pero es imprescindible proteger lo que queda. El bosque de Wuda está en China y ya se ha solicitado la explotación comercial del yacimiento para extraer carbón, fuente de energía de la que depende la economía regional.

Recreación del bosque de Wuda. Fuente: Science.

Sólo queda el 10% del bosque original debido a la explotación minera que ya se hizo en su tiempo. Encima, como medida para atajar posibles incendios, hay un proyecto auspiciado por el gobierno chino de reubicar el carbón. Cientos de excavadoras ya han sido llevadas al lugar.
Los científicos han intentado dialogar con las autoridades locales sobre la necesidad de conservar este yacimiento y, de momento, sólo han podido retrasar el proyecto durante dos semanas. La prensa local parece que tiene cierta fascinación sobre el caso y puede que ayude en la buena dirección y que el gobierno local finalmente acceda a su conservación. Se ha propuesto también la creación de un museo para que la población local aprecie lo que tiene.
El “bosque pompeyano” tiene los días contados si no es protegido. Puede que esta conservación, como la de otras de especies vivas de la actualidad, no sea más que una metáfora de lo que nos depara el futuro como especie “inteligente” sobre este planeta. Tarde o temprano pagaremos sin duda la factura de nuestras propias acciones y quizás desparezcamos de la faz de la Tierra para siempre llevándonos con nosotros a gran parte de la biodiversidad actual. Los dinosaurios reinaron durante 160 millones de años y los ammonites durante 250, nosotros sólo unos pocos millones, miles si contamos sólo la parte de civilización.
Una vez realizado este reinicio quizás la biosfera tenga la oportunidad de crear una especie realmente inteligente, o no.

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Fuentes y referencias:
Nota en Science.
Bosque primitivo conservado en ceniza volcánica.

Posibles vías de aparición de la vida. Fuente: PloS.

Hay conceptos, procesos y hechos que aún se resisten a ser explicados completamente por la ciencia. Uno de ellos es el origen de la vida sobre la Tierra o sobre cualquier otro lugar del Universo.
Nuestra imaginación nos ha permitido crear mundos en donde hay vida y esa vida es diferente o sospechosamente parecida a la que hay sobre este planeta. La Astrofísica nos habla de un Universo vasto poblado por miles de millones de galaxias que a su vez tienen cientos de miles de millones de estrellas. Los últimos descubrimientos nos hablan de que hay tantos planetas, sino más, que estrellas en nuestra galaxia. Esto nos ha permitido pensar que muchos de esos mundos deben de estar habitados, aunque sea por formas de vida no inteligente. El problema es que realmente deseamos que sea así. El Universo sería un lugar mucho más interesante si hubiese otras formas de vida, aunque en su mayoría fueran microorganismos en una sopa oceánica.
Lo cierto es que lo que se llama Exobiología no tiene, de momento, objeto de estudio alguno, pues no se ha encontrado ninguna forma de vida fuera de la Tierra y, por desgracia, parece que la situación va seguir así por mucho tiempo. En realidad esa rama de la ciencia debería llamarse Extremofilia o algo similar, pues se dedica al estudio de los organismos terrestres que viven en ambientes extremos.
Las estadísticas con una muestras de una unidad no tienen demasiado sentido y hasta que descubramos otra biosfera seguirá seguiremos en esa situación.
Una vez se inicia la vida la evolución darwiniana permitirá que tarde o temprano esa vida adquiera ciertos grados de complejidad. Pero hace falta que en primer lugar aparezca esa vida. Podemos decir que los números son muy grandes y que necesariamente debe de haber vida en otros lugares del Cosmos, pero esto no es un buen argumento. Incluso con las condiciones apropiadas podría ocurrir que la probabilidad de aparición de vida fuera tan pequeña que incluso con la inmensa cantidad de mundos que hay el único sitio habitado de la galaxia fuese nuestro mundo. Todo depende de los procesos que dieron lugar a la vida. Crear moléculas orgánicas parece muy sencillo, pero no lo es que se organicen de tal modo que puedan procesar información. Se desconoce completamente la probabilidad de que se origine la vida si se dan las condiciones apropiadas.
En donde la ciencia dice pocas cosas los científicos tienen campo para opinar sobre el asunto. Gerald Joyce, del Scripps Research Institute en La Jolla, ha escrito recientemente un ensayo sobre este tema. Según él podemos elaborar una definición de vida: la vida se auto-reproduce, transmite información heredable a su progenie y sufre evolución darwiniana gracias a la selección natural.
Este investigador se refiere a la información heredable por la vida como “bits” (en forma bases de ADN para la vida conocida) y que la evolución darwiniana produce nuevas combinaciones de estos bits de información. Pero, según él, esto no define una nueva forma de vida o una vida alienígena.
Los organismos pueden aparecer directamente a través de reacciones químicas en una sopa primordial o desprenderse de una biología ya existente. Un sistema genético que contiene más bits de información de los que se requieren para iniciar sus operaciones podría ser razonablemente considerado como una nueva forma de vida. Una forma de vida que aparece a partir de una sopa química primordial libre de bits se puede considerar nueva, mientras que la que deriva de células biológicas ya existentes tendrían un largo camino por delante hasta que cruzase ese umbral.
Según este investigador esta diferencia entre la iniciación química o biológica de vida contribuye a la confusión y desinformación. Dado que sólo conocemos un ejemplo de vida no podemos estimar la probabilidad de que aparezcan nuevas formas de vida, sea en la Tierra o en cualquier otro sitio.
Joyce dice que cree que los seres humanos estamos solos o lejos de otras formas de vida en el Universo, sobre todo si se trata de una forma inteligente (y benevolente). Según él, desear que haya vida en otras estrellas no va cambiar nuestras estimaciones reales sobre el problema, hay que descubrir formas alternativas de vida o crearlas en el laboratorio. Opina que puede que quizás haya algún día un Cristóbal Colón que viaje grandes distancias a otro mundo, pero que lo más probable es que haya algún Geppetto que cree un nuevo ser.
Posiblemente este investigador tenga razón en que es difícil decir algo con fundamento sobre la vida en el Universo si no se investiga al respecto. Basarnos en la fe, o en nuestros buenos deseos o incluso en el Principio Copernicano, no es suficiente.
En esta línea se sitúa otro trabajo que estudia esa parte química que dio lugar a la vida. Como ya mencionamos antes, una vez tenemos un sistema químico de gestión de información genética la evolución hace el resto. Pero, ¿cómo se llega ahí a partir de una sopa química libre de bits? Si creemos que en una sopa las moléculas orgánicas combinadas al azar van a dar lugar a una célula con ADN y proteínas de la noche a la mañana entonces la probabilidad de que surja la vida es exactamente cero.
Wim Hordijk, Mike Steel y Stuart Kauffman estudian el aspecto de la evolución química prebiótica según conjuntos autocatalíticos. Estos conjuntos serían factorías químicas en las que los productos de una reacción catalizarían otras reacciones en un bucle de retroalimentación. El resultado sería un ciclo de síntesis química autocontenido. Recientemente se han descubierto conjuntos catalíticos reales en el laboratorio funcionando de esta manera, así que la idea cuenta con apoyo experimental.
Estos investigadores han estudiado las propiedades matemáticas de estos conjuntos y muestran que estos conjuntos pueden dar lugar muchos subconjuntos autocatalíticos de muchos tipos diferentes que algunas veces se solapan. Por tanto, estos conjuntos tienen una estructura compleja y rica.
Lo más interesante quizás sea que muestran cómo estas estructuras químicas pueden evolucionar produciendo nuevos subconjuntos dentro que dependen unos de otros. Dentro de un ambiente determinado la presión de selección haría que estos conjuntos evolucionasen. De este modo se daría lugar a una emergencia de complejidad en el sistema.
Y lo que es más, este tipo de comportamiento es independiente de la naturaleza del substrato químico. Las unidades empleadas pueden ser variadas, sencilla o incluso ser ya muy complejas. Las bacterias de nuestro tracto digestivo puede considerarse uno de estos conjuntos, pero incluso la economía puede considerar uno de esos conjuntos, transformando materias primas en objetos de consumo o bienes de equipo que permiten obtener más materias primas.
Este tipo de trabajo es interesante porque no solamente trata de explicar el origen de la vida, sino que además trata de explicar otros sistemas complejos o de cómo estos pueden aparecer por emergencia de subunidades más sencillas.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Podcast.
Artículo original.
Artículo en ArXiv.

En Física muchas veces no estamos muy seguros sobre si algo tiene existencia propia por sí mismo o es un modelo de la realidad. Digamos que en el primer caso se trataría de un hecho ontológico y en el segundo caso de algo más bien epistemológico.
Creemos que los átomos son reales, así que tendrían existencia ontológica, de hecho, incluso ya los podemos ver con distintas técnicas. Sin embargo, hay modelos que han ido explicando el comportamiento de los átomos y que se han sucedido unos a otros. Según el más moderno explicaba mejor que el anterior los datos experimentales lo sustituía. Ya nadie utiliza el modelo de Borh para explicar el átomo de uranio y mucho menos el modelo de Thomson.
La gravedad (como la evolución) es un hecho. Si usted tiene dudas sobre ese hecho ontológico pruebe a subir a un edificio muy alto y lanzarse al vacío. Le garantizo que al final ya no tendrá ninguna duda al respecto (ni sobre la gravedad ni sobre cualquier otra cosa). Sin embargo, para explicar la gravedad tenemos varios modelos.
Podemos conformarnos con la gravedad newtoniana o usar la Relatividad General (que sigue siendo clásica y no cuántica). Ambas explican la gravedad bastante bien en sus respectivos regímenes. Pero si queremos explicar el desplazamiento anómalo del perihelio de Mercurio no tenemos más remedio que usar la Relatividad General (RG). Por desgracia, no contamos todavía con una teoría cuántica de gravedad, así que no podemos afirmar muchas más cosas. Se ha propuesto que la gravedad estaría mediada por una partícula de spin 2 denominada gravitón. Si esto es así, ¿en que lugar quedaría la distorsión del espacio-tiempo que propone la RG? ¿Es esa distorsión un mero modelo de realidad para realizar cálculos y en realidad tal distorsión no existe? ¿Es la distorsión espacio-temporal real y ontológica mientras que los gravitones son epistemológicos? ¿Existen realmente los gravitones o como máximo son sólo cuasipartículas conceptuales? Podremos creer en lo que dice la RG o creer en los gravitones, pero no en los dos a la vez, al menos desde el punto de vista ontológico. Epistemológicamente podemos creer en ambos a la vez.
Incluso cuando nos vamos a la Física de Altas Energías surgen las dudas sobre la ontología de la existencia de ciertas partículas. En los propios sistemas de detección e informáticos se presuponen cosas y se admiten ciertos modelos de tal modo que al final quizás tal o cual partícula realmente no exista y sólo tengamos un modelo de algo, aunque la hayamos “detectado”. Obviamente este punto no es compartido por los físicos que trabajan en el LHC y similares, pues su modo de pensar (y de vida) está ya asimilado por el sistema.
Demostrar cualquiera de lo puntos anteriores es muy difícil, pues el método científico permite comprobar modelos de realidad y no distingue entre comprobar modelos y comprobar entes “reales”. No suele haber datos experimentales o experimentos que distingan una situación de otra.
Este problema es aún más acusado cuando abandonamos el mundo clásico y nos adentramos en el cuántico. Aquí el problema no está en los objetos que se describen, sean átomos, electrones o quarks, sino en el marco teórico mismo. La Mecánica Cuántica (MC) funciona tan bien para calcular cantidades que durante 80 años casi se han dejado de lado sus aspectos fundacionales. El problema de interpretación de la MC se acarrea desde los inicios de la misma.
En MC se asignan funciones de onda Ψ al estado de los objetos cuánticos y se calculan valores esperados de un observable a través de un operador autoadjunto. La posición x de una partícula es un observable y le corresponde un operador autoadjunto, la cantidad de movimiento p también. El tiempo, sin embargo, no es un observable, sino que aparece en la ecuación de evolución (la ecuación de Schrödinger). Esta ecuación nos dice que si en un instante Ψ corresponde a un estado determinado al cabo de un tiempo corresponderá a otro según dicha ecuación.
Además, las funciones de ondas matemáticamente “viven” en un espacio abstracto de dimensión infinita denominado “espacio de Hilbert”.
Si queremos calcular la posición de una partícula en un sistema cuántico en un momento dado tendremos que calcular el valor esperado del operador x mediante una operación que podríamos definir como “estadística”. En su versión más sencilla tal cosa se simboliza así: < ψ|x|ψ>. Digamos que la función de onda se usa para calcular los valores de cosas que sí se pueden medir, pero la función de ondas en sí no se puede medir, aunque sí calcular.
Si seguimos con nuestro ejemplo de la posición, nos tenemos que dar cuenta de que al ser un cálculo probabilístico no obtenemos la posición exacta de la partícula, sino su posición más probable. La función de onda de la partícula es extensa, no puntual, y tiene un valor dado (que puede ser incluso en el plano complejo) para cada punto del espacio y evoluciona en el tiempo según la ecuación de Schrödinger. Bajo este punto de vista en realidad no hay una “partícula puntual” sino algo extenso sobre lo que se pueden calcular cosas, como la posición más probable de una “partícula” si imponemos que tiene que ser como un punto, aunque no sea tal punto. Se puede decir que la función de ondas es algo “borroso” que al medir colapsa a un valor determinado. Recordemos aquí que el colapso de la función de ondas no es lo mismo que el valor esperado de un observable, ni en el mundo físico ni matemáticamente (una proyección sobre un subespacio de Hilbert o un valor esperado respectivamente).
Usando la función de ondas podemos calcular el comportamiento de los sistemas cuánticos, pero sólo con cierta probabilidad. Esta naturaleza probabilística difiere de cómo los físicos describen el mundo clásico no microscópico.
Es ahora cuando tenemos el problema de interpretación de la MC, algo que se remonta a los años treinta del pasado siglo (e incluso antes). Podemos asumir que la función de ondas es un objeto que representa una realidad física (visión ontológica) o asumir que sólo representa el conocimiento subjetivo que el observador tiene sobre la realidad (visión epistemológica).
En el primer caso la función de ondas corresponde a un elemento de la realidad que existe objetivamente, tanto si el observador mide como si no lo hace. Mientras que en la otra visión la función de ondas no representa la realidad, sino el conocimiento subjetivo del observador acerca de una realidad que está por debajo. La interpretación de Copenhague es precisamente esta última y la función de onda no es más que cierta idea de probabilidad que sólo asume un valor real cuando el observador realiza una medición del sistema.
A partir de este y otros problemas fue cuando Einstein, Podolsky y Rosen afirmaron que la función de ondas no proporcionaba una descripción completa de la realidad física y que la MC era incompleta. Debía de haber una información inaccesible (variables ocultas) que nos obligaba a calcular probabilidades, tal y como se hace en Física Estadística, y la realidad última sería clásica. Si así fuera Dios no jugaría a los dados.
Hace unos meses llegó a Nature un estudio que apunta a la primera posibilidad. Sus autores mostraban que una interpretación subjetiva de la función de ondas violaría ciertas asunciones plausibles [1]. Ahora un trabajo publicado en Physical Review Letters de Roger Colbeck y Renato Renner (Perimeter Institute y ETH Zurich respectivamente) apunta en la misma dirección: la función de ondas representa la realidad objetiva. Es decir, es un elemento de realidad del sistema.
Para apoyar su punto de vista usan una analogía sobre la predicción del tiempo atmosférico que reproducimos a continuación casi como viene en el artículo. Según esta analogía habría dos meteorólogos tratando de predecir el tiempo que hará mañana en un lugar. Por ejemplo, que será nuboso con una probabilidad del 67% y soleado con una probabilidad del 33% (ver ilustración de cabecera). La Mecánica Clásica describe con precisión los procesos relevantes que se dan en este sistema, así que el tiempo que hará mañana se podrá calcular determinísticamente a partir de las condiciones iniciales que se den ahora. El hecho de que la predicción sea en realidad probabilística refleja la carencia de conocimiento de los meteorólogos sobre parte de las condiciones iniciales. La predicción meteorológica no es pues un elemento de la realidad asociada con la atmósfera, sino que refleja el conocimiento subjetivo del que hace la predicción. Un segundo meteorólogo con un conocimiento diferente sobre las condiciones iniciales puede llegar a un pronóstico distinto.
Si ahora nos fijamos en la MC nos podemos preguntar si la función de ondas Ψ, que asignamos al estado de un sistema cuántico, tiene que ser vista como un objeto subjetivo como el pronóstico meteorológico o si es un elemento de la realidad del sistema (una Ψ ontológica).
El problema es que la MC es inherentemente probabilística, incluso teniendo una descripción completa de la función de ondas del sistema. La teoría no nos permite predecir el resultado de un medida con certeza. Esto ha motivado interpretaciones subjetivas de la MC como la de Copenhague. Según esta visión Ψ sería un mero objeto matemático usado para calcular cosas. Sería una Ψ epistemológica.
Estos autores ya mostraron recientemente [2] que, bajo ciertas asunciones de libre elección y si la MC es correcta, entonces la MC es “no extensible” en el sentido de ser máximamente informativa acerca de lo que se puede obtener en las medidas. Toda información en la lista de elementos de realidad esta ya contenida en la función de ondas. Esto es, la función de ondas incluye todos los elementos de la realidad.
En este nuevo trabajo [3] muestran que la lista de elementos de la realidad incluye la función de ondas. Por tanto, la función de ondas de un sistema cuántico se puede poner en correspondencia uno a uno o con los elementos de la realidad, esto es, con las variables que describen el comportamiento del sistema. Para ello sólo se necesita asumir que los parámetros de medición puedan ser elegidos libremente y que la teoría produce una predicción estadística correcta. Estos dos aspectos están siempre implícitos en la Física.

El razonamiento es más o menos como sigue (ver dibujo de arriba). Si un sistema es preparado en un estado cuántico particular Ψ, el conjunto o lista de los elementos de la realidad, denotado por Λ dependen de esa preparación. Una determinada disposición de medidas A es elegida al azar y se produce un resultado X. Se puede asumir que Λ es completa para la descripción del sistema en el sentido de que no hay otros parámetros que produzcan información adicional acerca del resultado de cualquier medida elegida. En particular, Ψ no proporciona más información que Λ acerca de un resultado. La no-extensibilidad de la MC implica, además, que Λ no puede proporcionar más información acerca de un resultado que Ψ. Tomados estos dos argumentos juntos se concluye que Λ y Ψ son informativamente equivalentes. Además, si se tiene en cuenta el hecho de que estados cuánticos diferentes generalmente dan medidas estadísticas diferentes, entonces se puede concluir que Ψ debe ser incluida en el conjunto o lista Λ y por tanto ser considerada un elemento de realidad del sistema.
La función de ondas incluye, por tanto, toda la información acerca del sistema que en principio está disponible y que no hay nada que se escapa (a diferencia del meteorólogo que no dispone de toda la información). Pese a todo, una medida nos proporcionará una valor con cierta aleatoriedad, lo que significa que la Naturaleza es inherentemente probabilística a ese nivel.
En la analogía de los meteorólogos los datos y el modelo usados por ellos serían la función de onda y la realidad se correspondería con el tiempo presente (nublado, lluvioso, soleado, etc.). Si en esa analogía hubiera una correspondencia uno a uno (como la que proponen estos físicos para el caso de la MC) entre los datos meteorológicos y el tiempo meteorológico, entonces estaríamos en una buena situación, pues el pronóstico (aunque esta predicción sea probabilística) serían tan preciso como máximamente puede ser, en el sentido de que no hay información extra que nos falte. No sabremos exactamente el tiempo que hará mañana, pero nuestro pronóstico será el mejor posible. Recordemos una vez más que la MC es determinista en su evolución, porque la ecuación de Schrödinger lo es, así que la analogías no es perfecta. La aleatoriedad de la MC no está en su evolución del presente al futuro, sino en la medida, sea ahora o mañana. Es aleatoria incluso en el momento actual en el que se tiene toda la información posible y el paso del tiempo no mejora ni empeora sustancialmente tal problema.
Los autores afirman que su resultado es definitivo si se acepta el principio de libre elección. Sin embargo, sería legítimo cuestionar esta asunción y por eso ya trabajan en una demostración en la que la libre elección puede ser reemplazada por una premisa más débil, una libertad de elección parcial. Estos prerrequisitos más débiles serían una causalidad local y que sólo se requiera que la elección sea independiente de parámetros ocultos preexistentes (en el sentido que ya hizo Bell en su tiempo).
Los asuntos de interpretación de la MC son arenas movedizas que en general no suelen ser falsables. Sin embargo, Colbeck y Renner argumentan que los resultados experimentales podrían avalar sus resultados. Aunque en el caso de la libre elección admiten que la cosa sería más complicada, sostienen que aún así se podría falsar en algunos casos.

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Fuente de los dibujos: Colbeck y Renner

Hay una situación incómoda para todo físico sobre Big Bang. Los modelos con los que contamos no pueden evitar un momento singular en el mismo instante de producirse. Una vez eliminados los modelos de estado estacionario debido a la abrumadora importancia de las pruebas encontradas, sólo parece haber lugar para un Big Bang.
Según las teorías físicas con la que contamos debería de haber una singularidad en el instante cero del tiempo, el momento en el que se dio el Big Bang. El tiempo, el espacio, la materia y la energía surgirían en ese momento. No habría habido antes. La Relatividad General no puede decir mucho más si hay una singularidad inicial.
Algunos modelos cosmológicos rudimentarios de la teoría cuántica de lazos evitan una singularidad inicial y apuntan a un universo previo en el infinito pasado que se colapsó y rebotó hasta producir lo que llamamos Big Bang.
Para evitar este problema de momento inicial se han propuesto otras soluciones. Una propuesta sería que el Universo sufriera una inflación eterna. Otra que fuera cíclico de alguna manera. Y otra que la singularidad inicial sería una especie de singularidad desnuda que existiría previamente desde el infinito pasado. Pero según Alexander Vilenkin, de Tufts University, muchos de estos modelos todavía necesitan un principio, un momento singular.
Uno de esos modelos propuestos en el pasado sería aquel en que el Universo podría sufrir una inflación eterna en la que surge un universo tras otro. Según esta idea podría haber un tiempo infinito hacia el pasado. La inflación eterna es una consecuencia natural de la idea de inflación que introdujo Alan Guth en 1981. El universo se expande y, mientras tanto, se van produciendo burbujas con otros universos que van sufriendo sus respectivamente inflaciones. Habría una especie de “universo” que serviría de “semilla” para otros universos y que existiría desde siempre y para siempre. Incluso se ha especulado con la posibilidad de que se formen estas burbujas tanto hacia atrás como hacia adelante del tiempo. Un multiverso de este tipo no necesitaría de un principio aunque cada universo en particular lo tuviera.
Sin embargo, ya en un trabajo de 2003 varios físicos encontraron que había un límite que evitaba la inflación en ambas direcciones del tiempo, simplemente la inflación no podía ser eterna hacia el pasado y debe de haber un borde. Por tanto, la inflación podía ser eterna hacia el futuro, pero no hacia el pasado.
La opción del universo “cíclico” parece que tampoco funciona en este aspecto. Según esta idea el Big Bang no sería más que el momento de rebote del colapso de un universo previo. El Universo sufriría un ciclo infinito de expansiones y contracciones que darían infinitos Big Bangs. La idea tiene atractivo, pero algunas pegas. La primera es que todavía no hemos encontrado el mecanismo que permita el colapso del Universo, pues no parece contener suficiente masa que pare la expansión, e incluso parece que esta expansión se está acelerando.
La segunda pega es la entropía, que mide el grado de desorden de un sistema. No se ha encontrado la manera de evitar que el desorden se vaya acumulando. Al cabo de un tiempo infinito este desorden sería enorme, sería máximo. Si hemos pasado por infinitos ciclos entonces necesariamente estaríamos rodeados de un desorden que simplemente no vemos. Si en cada ciclo el Universo se hace más grande el desorden se puede diluir, pero esto tampoco puede funcionar, según Vilenkin. Al final resulta que el Universo debe de haberse formado en algún momento del pasado.
Otra propuesta es la del huevo cósmico, idea que básicamente mantiene que el Universo siempre ha existido en cierto estado singular y que finalmente explotó en lo que llamamos Bing Bang. Según Vilenkin este “huevo cósmico” no puede haber existido por siempre, ya que las inestabilidades cuánticas le hubieran forzado a colapsarse en un tiempo finito. Según Vilenin todo indica que el Universo tuvo un principio.
Este investigador ha seguido explorando este aspecto llegando a nuevas conclusiones al respecto y todas apuntan en la misma dirección. Según él los datos observacionales con los que contamos no son compatibles con un Universo sin principio ni fin.
Pero Vilenkin no es el único con esta opinión. Leonard Susskind, de Stanford University, también cree que es el Universo tuvo un principio. Según argumentos termodinámicos el Universo no puede haber existido por siempre. De nuevo es el argumento de la entropía. Como el Universo tiene cierto orden tiene que haber tenido un principio.
Desde el punto de vista filosófico, el que el Universo tenga o no un principio es importante, pues algunos siempre pueden colocar ahí a un creador. Lo malo de ir colocando a Dios en entes físicos es que tarde o temprano hay que quitarlo.
Pero no importa si tenemos o no un modelo falsable y correcto que nos explique estos asuntos, sino si podemos concebir mecanismos que permitan explicar un Universo que surja desde la nada con o sin un principio.
La malo es que carecemos de una teoría de la gravedad cuántica satisfactoria (las cuerdas no explican nada, como todo el mundo sabe) y ni siquiera tenemos una buena idea de la causalidad, de lo que es el tiempo, si es existe o si realmente es una propiedad emergente.
No obstante, nadie sensato que piense “a la Zenón” puede concebir un pasado infinito en una línea temporal con flecha de tiempo que llegue hasta un momento presente específico.

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Fuentes y referencias:
Artículo en ArXiv I.
Artículo en ArXiv II.
Artículo en ArXiv III.

Microfotografía de Collodictyon. Fuente: UiO/MERG.

No es fácil reconstruir el árbol evolutivo de la vida. Para ciertas partes de él podemos basarnos en el registro fósil, pero cuanto más atrás en el tiempo nos remontemos más difícil será saber por esta vía. Los seres de cuerpos blandos casi no dejan fósiles y antes de ellos ni siquiera había cuerpos de ningún ser, sino solamente microorganismos.
Los microorganismos dejan aún menos fósiles y la información que se puede sacar de ellos es más bien escasa. Pero justo en esa época pasaron cosas interesantes, así que tenemos que usar otros métodos.
Disponemos en los últimos años de las técnicas de análisis genético. Gracias a ellas podemos saber los genes que tienen distintas especies de organismos y compararlos entre sí. La historia de la vida sobre la Tierra está escrita, aunque sólo sea parcialmente, en esas bibliotecas genéticas.
Muchos de los genes, debido a su importancia, se conservan a lo largo del tiempo casi sin cambiar. Los genes ligados a funciones metabólicas básicas son algunos de ellos. Están en nuestras células desde la noche de los tiempos. Para los demás nos podemos basar el análisis de las reliquias biológicas o “fósiles vivientes”. Estos seres han cambiado muy poco desde que aparecieron, así que son muy parecidos a aquellos que vivieron hace cientos o miles de millones de años.
La vida se divide en dos tipos: procariotas (bacterias y arqueas) y eucariotas. Los seres pluricelulares como nosotros pertenecen al último tipo e incluye a las plantas, animales, hongos, algas, etc. La célula eucariota tiene núcleo diferenciado y orgánulos complejos. Se cree que algunos de estos orgánulos surgieron gracias a la endosimbiosis, al parasitismo celular o a la depredación entre células procariotas.
Para poder comprender las especies de hoy en día necesitamos averiguar cómo han cambiado genéticamente a lo largo del tiempo. El árbol filogenético permite a los científicos explicar los cambios celulares acaecidos relacionando el genoma con la morfología.
La rama del árbol filogenético correspondiente a los eucariotas es importante para nosotros porque nos ayuda a entender nuestro propio origen. Antes de que las células eucariotas inventaran la cooperación y formaran cuerpos y órganos que dieran lugar a la depredación, al vuelo del colibrí, al cáncer, al cerebro, al pensamiento, a la culpa, la ambición, la guerra o la civilización tuvieron que ocurrir muchos cambios evolutivos.
Recientemente se han analizado los genes de un microorganismo que aporta una pieza más a ese rompecabezas, un ser que ayuda a aclarar cómo fueron las primeras ramificaciones de la rama filogenética de los eucariotas. Nos habla de cómo eran las primeras formas de vida eucariota sobre la Tierra.
El microorganismo se encontró hace ya bastante tiempo en el lodo de un lago a 30 km al sur de Oslo, pero ha sido ahora cuando se ha logrado cultivar y analizar. Se trata del protozoo Collodictyon (subfilo Diphylatia). Su comida favorita son las algas (eucariotas) de agua dulce. No se sabe mucho acerca de su estilo de vida o su ciclo vital. Parece, eso sí, que estas criaturas son poco “sociables”, pues proliferan aisladamente y si los recursos escasean pueden recurrir al canibalismo. Mide entre 30 y 50 micras y sólo se puede ver con un microscopio.
Unos investigadores de la Universidad de Oslo han analizado los genes de este protozoo y los han comparado con los genes de otros seres. Han logrado secuenciar 300.000 partes de su genoma, pero la secuenciación completa de su genoma todavía no se ha logrado y ni siquiera se sabe lo grande que es el mismo.
Al parecer, y según los datos recolectados, este ser no encaja con ninguna de las otras ramas del árbol de la vida. Es un ser único y no se conoce otro grupo de organismos que desciendan directamente de un punto tan cercano al comienzo de la rama filogenética eucariota. Este microorganismo está entre los eucariotas vivos más viejos (desde el punto de vista evolutivo) que se conocen y que aparecerían hace 1000 millones de años sobre la Tierra.
Kamran Shalchian-Tabrizi, jefe de grupo MERG en esa universidad, dice entusiastamente, y con una buena analogía, que puede usar a Collodictyon como un telescopio del microcosmos primordial.
No es fácil de encontrar y es más bien escaso. De las múltiples muestras de agua recogidas a lo largo de todo el mundo sólo se ha encontrado un caso con genes similares procedente de una muestra del Tíbet. Probablemente sólo existan muy pocas especies de la misma familia, aunque, de momento, solo se conozca esta especie de este lago noruego.
El cultivo de este ser no parece haber sido sencillo y tampoco su análisis genético, pues se corría el riesgo de confundir sus genes con los genes de las algas de las que se alimenta (se solucionó dándole otro tipo de comida: algas azul verdosas, que son procariotas).
Tiene una estructura interna similar a la de los excavates y usa el mismo mecanismo que las amebas para conseguir su comida. Como se puede apreciar son características de dos familias distintas de eucariotas.
Muchos microorganismos usan flagelos para desplazarse. Los hay que tienen un flagelo (Unikonta) y los hay que tienen dos (Bikonta). Así por ejemplo, los espermatozoides humanos tienen sólo un flagelo, por tanto pertenecemos al mismo grupo que los hongos y las amebas. Los antepasados de plantas, algas y excavates tenían dos flagelos. Collodictyon tiene cuatro flagelos y pertenecería a una familia entre excavate (el grupo más antiguo con dos flagelos) y algunas amebas que son las más antiguas con sólo un flagelo.

La filogenia de los eucariotas era más o menos como sigue:

Sin embargo, algunos de estos grupos no están del todo claros, como Bikonta, Excavata y Hacrobia.
Este nuevo resultado nos dice que el antepasado remoto de Collodictyon se separó evolutivamente muy pronto de los antepasados de los demás eucariotas, cuando los antepasados de Unikonta y Bikonta se separaron.
Se creía que el eucariota más antiguo se parecería más a nuestro grupo. Pero para saberlo era necesario hacer una reconstrucción para averiguar sus genes, algo que se puede hacer comparando genomas de distintas especies. El análisis estadístico y computacional es fundamental en estos casos. Collodictyon ha resultado ser una pieza fundamental en esta empresa que todavía no está del todo terminada. Formaría parte de una tercera entrada en la tabla anterior.
Finalmente este resultado nos tiene que hacer reflexionar. ¿Qué hubiera pasado si hubiéramos contaminada ese lago y aniquilado a este protozoo? Es decir, ¿qué otro conocimiento ya no podremos conseguir jamás debido a nuestra estulticia?

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original.

Hormigas Camponotus schmitzi sobre una Nepenthes bicalcarata. Fuente: Otopteryx.

La evolución es capaz de producir todo tipo de seres fascinantes. Algunos de ellos son las plantas carnívoras, seres que han ideado todo tipo de trampas para capturar insectos, digerirlos y así obtener algunos de los elementos que necesitan.
Unas de las más bonitas son las plantas jarro, como las Nepenthes. Estas plantas poseen unos jarros llenos de agua y jugos digestivos de paredes resbaladizas en los que de vez en cuando cae algún imprudente insecto.
Pero si la naturaleza dispone de un recurso, la evolución no tardará en dar con alguien que pueda aprovecharlo. Este parece ser el caso de la hormiga Camponotus schmitzi, un insecto carroñero que vive en la Nepenthes bicalcarata. Estas dos especies son originarias de la isla de Borneo.
Normalmente todo insecto que se pose cerca de boca del jarro caerá inevitablemente a su interior, una vez en el líquido no escapará porque, aunque logre nadar hasta el borde, las paredes resbaladizas le impedirán subir. Pero esta hormiga parece haber desarrollado algún mecanismo que le permite escapar de la trampa. De hecho, esta hormiga no forrajea por ahí como las demás, sino que espera en al jarro hasta la hora de la comida. Entonces este insecto se presta a meterse voluntariamente en el jarro y a bucear través de los jugos digestivos. Una vez llega el fondo del jarro agarra algún artrópodo que una cayó en la trampa para posteriormente bucear hacia arriba con su presa y escapar de la trampa. Camponotus schmitzi sobrevive a la hazaña porque el tiempo que permanece buceando en el líquido es lo suficientemente corto como para que no la afecte y no sea digerida por la planta.
Lo difícil es explicar cómo consigue esta hormiga bucear en el líquido. Las hormigas no son buenas nadadoras y mucho menos buenas buceadoras. La capacidad de poderse sumergir es asombrosa, pues aparentemente no parece que les afecte la tensión superficial. Otras hormigas simplemente flotan en la superficie sí o sí.

Ahora Holger Florian de la Universidad de Friburgo y sus colaboradores han filmado con cámaras de alta velocidad a estas hormigas y creado modelos 3D del movimiento de sus patas. Han encontrado que la patas se mueven bajo el agua de misma manera que corren sobre el suelo: moviéndose en secuencia de tres en tres.
Comparado con el movimiento sobre un suelo sólido el buceo de esta hormiga tiene una menor frecuencia y un desfase mayor entre las patas de cada triplete o “trípode”. Los modelos 3D han permitido averiguar que la propulsión se consigue principalmente gracias a las patas frontales y medias. Las patas traseras parece que sirven más como sistema direccional.
Esta habilidad es diferente a la de otros insectos verdaderamente acuáticos, lo que denota que esta adaptación al ambiente acuático parece ser reciente.
Se sospecha que los antepasados de esta hormiga nadaban como otras hormigas sobre la superficie del agua debido a la tensión superficial, pero algún cambio genético dio con una diferente composición química de la cutícula de su cuerpo que le hizo ser menos repelente al agua. Al final esto le permitió romper la superficie y adentrarse por debajo de la misma para ir a conseguir comida.
Pero toda esta historia es aún más interesante. La hormiga no vive a expensas de la planta, sino que la planta también se beneficia de la acción de la hormiga. Camponotus schmitzi toma grandes artrópodos que han caído al jarro, pero devuelve las partes que no ha comido al jarro. De este modo ayuda a la planta a digerir sus presas. Además estaría el factor de limpieza del fondo del jarro, pues la hormiga evitaría que la acumulación de detritos estropeara el agua.
Estas maravillas de la Naturaleza hay que conservarlas a toda costa. Algo que nos tiene que obligar a meditar sobre nuestra capacidad de elección cuando compramos ciertos productos del suroeste asiático como los aceites de palma y coco o el biodiesel derivado de ellos.

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Fuentes y referencias:
New Scientist.
Artículo original.
Foto interior: Wikipedia Commons.