Cuaderno de Cultura Científica

Imperio romano

Foto: Ilona Frey / Unsplash

Pienso a diario en el Imperio romano. Puede que algún día concreto haya conseguido no hacerlo, pero temo que haya sido una extraña excepción. Conozco, además, a un número considerable de mujeres que también piensan en ello, probablemente tan a menudo o más.

Esto no trata de ser un alegato machirulo con la típica coletilla de “ellas también lo hacen…”. Hay una explicación más simple: como historiador de la Antigüedad he tenido la oportunidad de conocer a un buen número de historiadoras, clasicistas, arqueólogas, investigadoras y divulgadoras expertas en la antigua Roma. Si algo sabemos quienes nos dedicamos a reflexionar sobre ello a nivel profesional es que se trata de uno de los periodos históricos que más interés suscita entre las sociedades occidentales.

Viralidad romana en TikTok

Cuando hace un año la influencer sueca Saskia Cort planteaba en Instagram la pregunta “¿qué comen y en qué piensan los hombres heterosexuales?” no podía imaginar que doce meses después desembocaría en una tendencia viral de TikTok de alcance global.

Una de sus seguidoras dio una respuesta ciertamente inesperada: “Le pregunté a mi novio. Dice que o piensa en nada o piensa en el Imperio romano”. El tema tuvo cierto tirón en redes y medios suecos en septiembre de 2022, pero no alcanzaría el impacto global hasta después del pasado agosto.

Entonces, el recreacionista sueco “Gaius Flavius” publicó un vídeo en el que podía leerse en inglés: “Señoras, muchas de ustedes no se dan cuenta de la frecuencia con la que los hombres piensan en el Imperio romano. Pregunten a su marido/novio/padre/hermano: ¡les sorprenderán sus respuestas!”.

Con el paso de los días TikTok se convirtió en un hervidero de vídeos de mujeres preguntando a sus allegados varones por la cuestión. Las sorprendentes respuestas que daban acabaron por convertir la etiqueta #RomanEmpire en la tendencia del momento.

Tras publicarse la noticia en The Washington Post, replicada por medios diversos como Time, Cosmopolitan o Financial Times, y con la participación “estelar” de Elon Musk admitiendo pensar cada día en el Imperio romano, la polémica ha sido vox populi durante la segunda quincena de septiembre.

Viñetas, reels, memes y vídeos parodiando la cuestión o ganchos publicitarios han inundado las redes. El fenómeno se ha generalizado de tal manera que “este es mi Imperio romano” se ha convertido en una expresión común y reconocible para señalar algo en lo que se piensa de forma constante.

La Antigüedad hoy en día

Esta frenética tendencia puede parecer una moda banal y pasajera (y en buena medida así es), pero al mismo tiempo es un material de trabajo muy interesante desde el punto de vista de los estudios de género y de recepción de la Antigüedad.

Estos últimos son una de las líneas más actuales e innovadoras de investigación dentro de las denominadas Ciencias de la Antigüedad. Actualmente ya no solo investigamos para entender e interpretar ese pasado a partir de los restos conservados (textos, restos arqueológicos, etc.). También hemos comenzado a prestar una atención considerable a cómo y por qué las sociedades “postclásicas”, desde la Edad Media hasta el presente, han imaginado, recreado y reinventado la Antigüedad.

Fotograma de la serie Roma de HBO.
HBO

Proyectos de investigación como ANIHO, ANTIMO, IMAGINES o Marginalia Classica se están dedicando a analizar el impacto que han tenido y siguen teniendo en nuestra percepción del pasado romano medios como la pintura histórica, la ópera, las novelas, el cine y la televisión, el cómic o los videojuegos. En este ejercicio de reflexión está la clave para comprender esta polémica y las dinámicas de las redes sociales son sin duda un novedoso objeto de estudio.

En concreto, películas tan influyentes como Gladiator, y series como Roma o Spartacus han popularizado una imagen de la antigua Roma totalmente estereotipada y reduccionista.

La guerra es un elemento central y omnipresente en esas producciones, junto con los espectáculos violentos como las luchas de gladiadores. No es casualidad que buena parte de las noticias sobre la tendencia viral hayan sido ilustradas con imágenes de estos filmes. El legionario y el gladiador son las dos figuras más icónicas y el merchandising turístico y las tiendas de souvenires en la Roma actual confirmarían esta percepción popular. Asimismo, el poder desmedido de los emperadores, la corrupción o las orgías serían otros de los grandes tópicos sobre ese periodo histórico.

¿Era Roma tan masculina como creemos?

La polémica ha permitido a historiadoras como Mary Beard, Patricia González Gutiérrez, Casey Haughin-Scasny o Paloma Martín-Esperanza, entre otras, exponer algunas de las razones profundas que se esconden detrás de una idea “hipermasculinizada” de la Antigüedad romana y del afán por imaginar ese pasado como un espacio seguro de la machoesfera.

Por un lado, todas coinciden en la importancia de medios populares como el cine en la conformación de esta imagen. Por otro, subrayan que, si bien Roma era una sociedad eminentemente patriarcal, fue igualmente una sociedad en constante evolución, compleja y diversa, con unos parámetros sobre el género, la sexualidad o las dinámicas de poder que no serían tan familiares ni monolíticos como se ha podido pensar. El arqueólogo y divulgador Mikel Herrán resumía está idea de una forma muy directa y accesible: “ese Imperio romano en el que piensan los bros es una versión muy limitada de lo que fue la antigua Roma”.

Coinciden igualmente en que esta imagen prototípica es solo la forma actual de una larga “cadena de recepciones”. Es decir, hunde sus raíces en toda una serie de momentos de la historia en los que diversas sociedades han puesto sus ojos en el pasado romano en busca de inspiración, con afán de emular su supuesta grandeza y sus logros civilizatorios, pero también para encontrar precedentes a los males de su tiempo.

Se ha hablado de momentos clave como el Renacimiento, la Ilustración, el fascismo italiano o el “Imperio estadounidense”, pero lo cierto es que mirar a la antigua Roma como espejo del presente puede rastrearse prácticamente a lo largo de toda la historia de Occidente. También en contextos trascendentales tan recientes como la crisis del coronavirus, el asalto al Capitolio en enero de 2021 o la guerra entre Rusia y Ucrania.

Un aspecto central en los estudios de recepción es atender al contexto socio-cultural y político que explique un determinado acercamiento a la Antigüedad. En el caso de la tendencia actual nos encontramos ante unas sociedades occidentales que observan el declive de su hegemonía en un mundo globalizado y cada vez más multipolar. Una sociedad en la que la lucha feminista transinclusiva ha logrado avances considerables en los últimos años, mientras que la reacción machista está siendo visceral.

En este sentido, un debate sexista del estilo “pensamientos de hombres vs. pensamientos de mujeres” simplificaría la compleja diversidad que plantean las cuestiones de género. Este es el caldo de cultivo para apelar a una idea nostálgica de un supuesto pasado glorioso, un mundo clásico como cuna de Occidente, en el que los hombres (blancos y heterosexuales) eran machos alfa y las mujeres no cuestionaban su papel en la sociedad. Una apropiación interesada del pasado que la extrema derecha de muchos países, aunque no en exclusiva, está explotando con asiduidad.

No sabemos cuál será la próxima “gran polémica” en la que la antigua Roma volverá a estar en el centro de la atención mediática. Creo no equivocarme si auguro dos certezas. En primer lugar, no será la última. Y en segundo, independientemente de la forma que adopte, dirá más sobre nuestras inquietudes del presente que sobre las complejas realidades del pasado.

Sobre el autor: Oskar Aguado-Cantabrana, Investigador posdoctoral Departamento de Estudios Clásicos, Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea

 

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Artículo original.

El artículo El Imperio romano en el que (se supone) piensan los hombres se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

En situaciones de lluvias muy intensas o tormentas con abundantes descargas de agua en breves periodos de tiempo sobre zonas urbanas, donde los sistemas de alcantarillado ya no pueden recibir más volumen de agua o, incluso, se rompen las canalizaciones y el agua sale a presión a superficie como un gran chorro sobre las aceras o el asfalto, la primera frase que nos viene a la mente a todo el mundo es “se ha formado un géiser en mitad de la ciudad”. Pero, ¿realmente esto es un géiser? Pues, como en otras ocasiones, vengo aquí con el manual de Geología debajo del brazo para desmentir esta afirmación.

Salida de agua caliente a presión en el géiser Old Faithful del Parque Nacional de Yellowstone, Estados Unidos. Fotografía de Jacob W. Frank, National Park Service, tomada de www.usgs.gov

En pocas palabras, un géiser es una abertura del terreno por la que surge un chorro de aguas subterráneas en estado líquido a mucha presión y muy calientes, con una temperatura cercana al punto de ebullición, así que también es frecuente que se produzca la salida de agua en estado gaseoso (vapor). El foco de calor que provoca este calentamiento del agua es una cámara magmática situada en el subsuelo a poca profundidad, por lo que los géiser aparecen en zonas volcánicas. Su funcionamiento es sencillo: el agua subterránea circula por el subsuelo pasando cerca de una cámara magmática que va a provocar que aumente su temperatura; esta agua caliente, al disminuir su densidad, va a tender a ascender hacia la superficie; cuando encuentra una chimenea o tubo volcánico, es decir, una especie de tubería cilíndrica formada por la erupción de antiguos magnas que tenga salida al exterior, el agua caliente circulará por ella con mucha presión y velocidad; finalmente, esa agua saldrá a la superficie en forma de una enorme surgencia o chorro que puede alcanzar varios metros de altura. Como curiosidad final, decir que géiser procede de la palabra islandesa geysa, que significa emanar, y que da nombre a una de estas surgencias de agua caliente, la fuente Geysir, que se encuentra en el Valle de Haukadalur, al sur de Islandia.

Piscina de aguas termales del balneario de Solares, Cantabria. Imagen tomada de Castilla termal

Los géiseres no son los únicos eventos geológicos por los que se produce la salida de aguas subterráneas calientes al exterior. De hecho, las más comunes son las fuentes, surgencias o manantiales de aguas termales. En este caso, no es necesaria la presencia de una fuente de calor, como una cámara magmática, para elevar la temperatura del agua subterránea, sino que este calentamiento se produce debido al gradiente geotérmico. Con este término se conoce a una propiedad de nuestro planeta por la cual, a medida que aumentamos en profundidad en el interior de la Tierra, se incrementa la temperatura, en un promedio de unos 30 °C cada kilómetro. Por este motivo, las aguas subterráneas que circulan a cierta profundidad se calentarán de forma natural, saliendo al exterior en esta ocasión a través de fracturas del terreno. Para que un agua se considere termal, su temperatura tiene que ser de entre 10 °C y 15 °C superior a la de otras surgencias de agua superficial que haya en esa zona y que no se hayan calentado en profundidad. Es decir, que si tenemos varias fuentes de agua en un lugar que salen al exterior a 10 °C, para que una de ellas fuese considerada un agua termal debería hacerlo, al menos, a 20-25°C. En nuestras latitudes, las surgencias termales suelen alcanzar los 30-40 °C de temperatura, por lo que han sido empleadas desde la antigüedad como aguas medicinales mediante el baño en termas y balnearios.

Fumarolas del volcán Tajogaite durante su erupción a finales de 2021 estudiadas sobre el terreno por personal del Instituto Geológico y Minero de España (IGME-CSIC)

De manera general, existe un último tipo de surgencias de aguas termales que son las fumarolas. En este caso volvemos a encontrarnos en un ambiente volcánico con cámaras magmáticas como focos caloríficos, pero, en esta ocasión, las aguas subterráneas alcanzan una temperatura superior al punto de fusión, debido a lo cual lo que sale al exterior a través de los tubos volcánicos es vapor de agua, muchas veces acompañado de otros gases formados por la actividad magmática. Estas fumarolas no sólo se producen en tierra firme, también aparecen en los fondos oceánicos debido a la actividad volcánica submarina. Entonces las denominamos fumarolas o chimeneas hidrotermales y son muy comunes en áreas profundas de los océanos cercanas a zonas tectónicamente activas como las dorsales oceánicas.

Chimeneas hidrotermales en los fondos marinos del Pacífico, en la fosa de las Marianas, grabadas durante una exploración oceanográfica de la Oficina Nacional de Administración Oceánica y Atmosférica de los Estados Unidos de América (National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA)

La importancia de estas fuentes de aguas termales no solo radica en su curiosidad científica que nos permite conocer, de manera indirecta, el comportamiento interno de nuestro planeta o en su llamativa belleza, en especial la de los géiser, que puede fomentar el turismo en las zonas donde se producen, sino también en sus aplicaciones directas para la sociedad. Ya he comentado el aprovechamiento de estas surgencias como aguas medicinales en termas o balnearios, pero no es la única. La más importante es la utilización de estas aguas termales de zonas volcánicas como generadoras de energía geotérmica, una nueva fuente de energía sostenible, renovable y siempre disponible basada en el aprovechamiento del calor interno del planeta para generar electricidad utilizando fluidos calientes que circulen por turbinas.

Otra aplicación muy interesante es la búsqueda de zonas de surgencias hidrotermales como posibles fuentes de recursos minerales críticos para el desarrollo tecnológico actual. El agua subterránea caliente es capaz de capturar los elementos químicos presentes en las rocas por las que circula en profundidad, transportándolos en disolución. Cuando estas aguas salen al exterior, ya sea en tierra firme o en los fondos marinos, al disminuir su temperatura bruscamente pierden esa capacidad de transportar elementos, provocando su precipitación en zonas cercanas a donde se producen las surgencias. Así se generan acumulaciones de minerales ricos en calcio, silicio, cobre, hierro, azufre, manganeso y un largo etcétera, incluidas las tierras raras. Además, estas zonas tienen un importante interés biológico, ya que suelen ser el hábitat perfecto para el desarrollo de organismos extremófilos, principalmente de los tipos termófilos y quimiosintéticos, lo que ha llevado a considerar las fuentes hidrotermales submarinas como uno de los posibles escenarios en los que surgió la vida en nuestro planeta.

Así que, la próxima vez que veamos saltar la tapa de una alcantarilla en la calle y salir un enorme chorro de agua, mejor decimos “se ha formado una bonita surgencia de agua a presión en mitad de la ciudad” ahorrándonos llamarla géiser. Salvo que estemos en una localidad con actividad volcánica subterránea y esa agua expulsada tenga una temperatura cercana a los 100°C, donde ya tendríamos que discutir si es un evento natural o si se ha reventado una tubería de agua caliente.

Sobre la autora: Blanca María Martínez es doctora en geología, investigadora de la Sociedad de Ciencias Aranzadi y colaboradora externa del departamento de Geología de la Facultad de Ciencia y Tecnología de la UPV/EHU

El artículo ¿Géiser urbano? se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Évariste Galois (1811-1832) nació un 25 de octubre, hace 212 años. Le rendimos homenaje a través del siguiente retrato alfabético escrito solo con veinte letras, aludiendo a los años que tenía el matemático cuando falleció.

Évariste Galois hacia 1826. Fuente: Wikimedia Commons.

 

Álgebra

Galois fue el primero en usar la palabra groupe (grupo) en un sentido cercano al actual. Por ello se le considera uno de los fundadores de la rama del álgebra conocida como teoría de grupos.

Billette, Geneviève

La dramaturga Geneviève Billette estrenó en 2011 su obra Contre le temps (Contra el tiempo), precisamente en el año en el que se conmemoraba el centenario del nacimiento de Évariste Galois. Puede leerse una breve reseña en este mismo blog.

Clase de álgebra

Falto de recursos, Galois ofertó un curso público de álgebra superior el 13 de enero de 1831. Lo anunciaba de esta manera:

Ce cours aura lieu tous les jeudis, à une heure et quart ; il est destiné aux jeunes gens qui, sentant combien est incomplète l’étude de l’algèbre dans les collèges, désirent approfondir cette science. Le cours se composera de théories dont quelques-unes sont neuves et dont aucune n’a jamais été exposée dans les cours publics. [Este curso tendrá lugar todos los jueves, a la una y cuarto; está destinado a jóvenes que, sintiendo lo incompleto que resulta el estudio del álgebra en la universidad, deseen profundizar en esta ciencia. El curso constará de teorías, algunas de las cuales son nuevas y ninguna de las cuales ha sido presentada en cursos públicos].

La primera lección reunió a una treintena personas interesadas; el curso duró unas pocas sesiones.

Duelo

Galois falleció el 31 de mayo de 1832. El día anterior, a primera hora de la mañana, el matemático fue alcanzado por una bala en un duelo de pistolas eventualmente provocado por una breve aventura amorosa.

Ecuación (algebraica)

Galois demostró que la solución algebraica de una ecuación polinómica está relacionada con la estructura de un grupo de permutaciones asociado a las raíces del polinomio, el grupo de Galois de dicho polinomio.

Fourier, Joseph

Galois redactó los resultados de su investigación y los presentó en febrero de 1830 a la Académie des sciences para optar al gran premio de matemáticas. Joseph Fourier, Secretario Permanente de Matemáticas, se llevó el manuscrito a casa para examinarlo. Pero falleció el 16 de mayo y el manuscrito se perdió. Niels Henrik Abel (a título póstumo) y Carl Gustav Jakob Jacobi se llevaron el premio ese año.

Gérard (de Nerval)

El poeta Gérard de Nerval (1808-1855) estuvo brevemente encarcelado en la prisión de Sainte-Pélagie junto a algunos de sus colegas del grupo Bouzingo al ser tomados por conspiradores durante una manifestación. Fue encarcelado en febrero de 1832 y puesto en libertad a principios de abril de 1832.

El 14 de julio de 1831, Galois fue detenido durante una manifestación contra el recién coronado Luis Felipe I y encarcelado en la prisión de Sainte-Pélagie hasta el 29 de abril de 1832.

Así, Nerval y Galois coincidieron durante un tiempo en este centro penitenciario. En Mes Prisons (1841), el escritor hablaba de su salida de la cárcel:

Il était cinq heures. L’un des convives me reconduisit jusqu’à la porte, et m’embrassa, me promettant de venir me voir en sortant de prison. Il avait, lui, deux ou trois mois à faire encore. C’était le malheureux Gallois, que je ne revis plus, car il fut tué en duel le lendemain de sa mise en liberté. [Eran las cinco. Uno de los comensales me acompañó hasta la puerta, y me abrazó, prometiéndome venir a visitarme al salir de la cárcel. A él le quedaban dos o tres meses por cumplir aún. Es al desdichado Galois al que no volví a ver, ya que murió en un duelo al día siguiente de su puesta en libertad].

Humor

Con un fino sentido del humor, el 1 de abril de 2011, Aurélien Alvarez y Michèle Audin publicaron en el sitio Images des mathématiques el artículo titulado Il y a cent quarante ans : la mort de Galois (Hace ciento cuarenta años: la muerte de Galois). En él explicaban que, el día 3 de abril de 1871, Galois salía de su casa tras haber finalizado la demostración de un teorema, y caía abatido por una bala durante las revueltas de la Comuna de París. Galois fallecía así con 60 años. Por supuesto, se trataba de una broma para celebrar Le Poisson d’Avril.

Integrales (abelianas)

Galois realizó algunas contribuciones a la teoría de integrales abelianas y las fracciones continuas.

Je (n’ai pas le temps)

Intuyendo su muerte, el 29 de marzo de 1832, Galois escribió una carta a su amigo Auguste Chevalier. En ella intentaba transmitir un resumen de su trabajo científico. Ese testamento en forma de carta terminaba así:

… je n’ai pas le temps et mes idées ne sont pas encore bien développées sur ce terrain qui est immense. [… no tengo tiempo y mis ideas no están aún bien desarrolladas en este terreno que es inmenso].

Última página de la carta de Galois a Auguste Chevalier. Fuente: Wikimedia Commons.

 

Liouville, Joseph

El 4 de septiembre de 1843 Joseph Liouville anunció a la Académie des sciences que acababa de encontrar en los trabajos de Galois transmitidos por Auguste Chevalier (ver [J]) una solución tan exacta como profunda al problema de la resolución de ecuaciones por radicales.

Memoria

El académico Siméon Denis Poisson aconsejó a Galois que escribiera una nueva versión de la memoria presentada (y perdida) a Fourier en 1930 [ver F]. El 4 de julio de 1931, Poisson y Sylvestre François Lacroix publicaron su informe:

… Nous avons fait tous nos efforts pour comprendre la démonstration de Galois. Ses raisonnements ne sont ni assez clairs ni assez développés pour que nous ayons pu juger de leur exactitude… On peut attendre que l’auteur ait publié en entier son travail pour se former une opinion définitive… ; pour le moment nous ne pouvons pas vous proposer d’y donner votre approbation. [… Hemos hecho todo lo posible para comprender la demostración de Galois. Su razonamiento no es lo suficientemente claro ni lo suficientemente desarrollado para que podamos juzgar su exactitud… Podemos esperar hasta que el autor haya publicado su obra íntegramente para formarnos una opinión definitiva…; Por el momento no podemos ofrecerle su aprobación].

No llores…

Ne pleure pas, j’ai besoin de tout mon courage pour mourir à vingt ans. [No llores, necesito todo mi coraje para morir a los veinte años].

Estas fueron las palabras que le dijo a su hermano menor Alfred poco antes de fallecer.

Fue enterrado en la fosa común del cementerio de Montparnasse el 2 de junio de 1832, sin su familia presente.

Oculta (cara)

Galois es el nombre de un gran cráter de impacto situado en la cara oculta de la Luna.

Profesores

El 2 de enero de 1831, en la Gazette des écoles, se publicó una carta de Galois titulada Sur l’enseignement des sciences, sous-titrée Des professeurs. Des ouvrages. Des examinateurs [Sobre la enseñanza de las ciencias, subtitulada Profesores. Libros. Examinadores]. En ella el matemático denunciaba la mediocridad de la enseñanza a los estudiantes:

Quand leur laissera-t-on du temps pour méditer cet amas de connaissances… pourquoi les examinateurs ne posent-ils les questions aux candidats que d’une manière entortillée ? Il semblerait qu’ils craignissent d’être compris de ceux qu’ils interrogent… Croit-on donc la science trop facile ? [¿Cuándo se les dejará tiempo para meditar sobre este montón de conocimientos?… ¿por qué los examinadores sólo hacen preguntas a los candidatos de manera enredada? Parece que temen ser comprendidos por aquellos a quienes examinan… ¿Creemos por lo tanto que la ciencia es demasiado fácil?].

Richard, Louis Paul Emile

El profesor Louis Paul Émile Richard (1795-1849) enseñó matemáticas en diferentes centros, ganándose una gran reputación por sus cursos y por la buena tasa de éxito de sus estudiantes en el examen de ingreso en la prestigiosa École polytechnique. Galois fue uno de sus alumnos durante el curso 1828-1829. Richard dijo de él a finales de 1828, en uno de sus informes trimestrales:

Cet élève a une supériorité marquée sur tous ses condisciples. [Este estudiante posee una marcada superioridad sobre todos sus compañeros de clase].

Société des Amis du Peuple

El 10 de noviembre de 1830 Galois ingresó en la asociación republicana Société des Amis du Peuple.

Teoría (de Galois)

La teoría de Galois relaciona la teoría de cuerpos con la teoría de grupos.

Veintiséis

Galois nació tal día como hoy hace 212 años. Además, 212 es la suma de los 26 primeros valores de la función φ de Euler.

Weil, Hermann

Hermann Weyl dijo sobre la carta de Galois a su amigo Auguste Chevalier (ver [J]):

This letter, if judged by the novelty and profundity of ideas it contains, is perhaps the most substantial piece of writing in the whole literature of mankind. [Esta carta, si se juzga por la novedad y profundidad de las ideas que contiene, es quizás el escrito más sustancial de toda la literatura de la humanidad].

Referencias

• J.-P. Escofier, Biographie d’Évariste Galois, Bicentenaire de la naissance d’Évariste Galois, IHP
• John J. O’Connor and Edmund F. Robertson, Évariste Galois, MacTutor History of Mathematics Archive, University of St Andrews
• Évariste Galois, Wikipedia

Sobre la autora: Marta Macho Stadler es profesora de Topología en el Departamento de Matemáticas de la UPV/EHU, y colaboradora asidua en ZTFNews, el blog de la Facultad de Ciencia y Tecnología de esta universidad

El artículo Évariste Galois, el ‘Rimbaud’ de las matemáticas se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Durante décadas los investigadores han debatido si las células encefálicas llamadas astrocitos pueden emitir señales como las neuronas. Se ha publicado recientemente la mejor evidencia hasta el momento de que algunos astrocitos son parte de la conversación eléctrica.

Un artículo de Laura Dattaro. Historia original reimpresa con permiso de Quanta Magazine, una publicación editorialmente independiente respaldada por la Fundación Simons.

Nuevas pruebas sugieren que algunos astrocitos pueden estimular señales eléctricas tal como lo hacen las neuronas. Fuente: : Alliance Européenne Dana pour le Cerveau / Wikimedia Commons

Un encéfalo no es nada si no es comunicativo. Las neuronas son las parlanchinas de este órgano conversacional y se comunican entre sí intercambiando pulsos de electricidad utilizando mensajeros químicos llamados neurotransmisores. Al repetir este proceso miles de millones de veces por segundo, el cerebro convierte grupos de sustancias químicas en acciones coordinadas, recuerdos y pensamientos.

Los investigadores estudian cómo funciona el cerebro poniendo la oreja en esa conversación química. Pero las neuronas hablan tan alto y con tanta frecuencia que si hay otras voces más bajas puede resultar difícil escucharlas.

Durante la mayor parte del siglo XX, los neurocientíficos coincidieron en gran medida en que las neuronas son las únicas células encefálicas que propagan señales eléctricas. Se pensaba que todas las demás células encefálicas, llamadas glía, cumplían funciones puramente de apoyo. Entonces, en 1990, surgió un fenómeno curioso: los investigadores observaron un astrocito, un subtipo de célula glíal, que respondía al glutamato, el principal neurotransmisor que genera actividad eléctrica.

En las décadas posteriores, los equipos de investigación han presentado pruebas contradictorias: algunos informando que los astrocitos envían señales y otros replicando que definitivamente no lo hacen. El desacuerdo se manifestó en conferencias y en una revisión tras otra de la evidencia. Las dos partes parecían irreconciliables.

Un nuevo artículo publicado en Nature en septiembre presenta la mejor prueba hasta ahora de que los astrocitos pueden emitir señales, recopilada durante ocho años por un equipo codirigido por Andrea Volterra, profesor visitante en el Centro Wyss de Bio y Neuro Ingeniería en Ginebra, Suiza. El estudio incluye dos pruebas clave: imágenes de glutamato fluyendo desde los astrocitos y datos genéticos que sugieren que estas células, denominadas astrocitos glutamatérgicos, tienen la maquinaria celular para utilizar el glutamato como lo hacen las neuronas.

El artículo también ayuda a explicar las décadas de hallazgos contradictorios. Debido a que sólo algunos astrocitos pueden realizar esta señalización, ambos lados de la controversia tienen, en cierto sentido, razón: los resultados de un investigador dependen de qué astrocitos muestrea.

«Este estudio es genial porque proporciona una explicación de por qué ambos conjuntos de datos existían y eran contradictorios», comenta Christopher Dulla, profesor de neurociencia en la Universidad Tufts que estudia la señalización astrocítica y que no ha participado en el nuevo trabajo. «Tiendo a comprarlo».

El descubrimiento abre la posibilidad de que algunos astrocitos formen una parte esencial de los circuitos del encéfalo. «Cada vez llegamos más a la idea de que todos los tipos de células participan en el funcionamiento del encéfalo», afirma Volterra. «Está mucho más integrado de lo que se pensaba antes».

Una red comunicativa

El nombre generalista «glía» (de la palabra griega que significa «pegamento») para todas las células encefálicas que no son neuronas, como los astrocitos, transmite la opinión inicial de los científicos de que su objetivo principal era mantener unidas a las neuronas. Sin embargo, desde la primera descripción de los astrocitos en 1865, los investigadores han descubierto que pueden hacer mucho más. De entrada tienen receptores de glutamato, que utilizan para detectar y limpiar el exceso de neurotransmisores en los espacios alrededor de las neuronas.

Lo que ha estado menos claro es si pueden utilizar el glutamato para generar una señal eléctrica por sí mismas. En 1994, los investigadores estimularon astrocitos en una placa y observaron que las neuronas cercanas parecían responder preparándose para enviar una señal. Y en 1997 Volterra y sus colegas observaron la inversa: los astrocitos de rata respondían a las llamadas de las neuronas con ondas oscilantes de la molécula de señalización calcio. Entre 2000 y 2012, los investigadores publicaron más de 100 artículos que presentaban evidencia a favor de la capacidad de los astrocitos para comunicarse a través de sinapsis.

Más de 25 años después de observar por primera vez los astrocitos respondiendo a señales en una placa, el neurocientífico Andrea Volterra del Centro Wyss de Bio y Neuro Ingeniería en Ginebra, Suiza, ha regresado con nueva evidencia de que algunos astrocitos participan activamente en la conversación eléctrica del encéfalo. Foto cortesía de Andrea Volterra

Pero otros cuestionaron cómo se había reunido e interpretado esa evidencia. En 2014, por ejemplo, los investigadores descubrieron que un modelo de ratón clave tenía fallos, lo que generó dudas acerca de los estudios anteriores que habían utilizado esos ratones.

Mientras tanto, la consideración de los astrocitos estaba evolucionando y los científicos comenzaban a considerarlos participantes activos en el procesamiento de la información por el encéfalo. Mientras que las neuronas y sus dendritas ramificadas a menudo se representan como árboles, los astrocitos se parecen más a un hongo, que forma una alfombra densamente tejida que cubre el encéfalo y comparte información entre sus partes constituyentes. De esta manera, los astrocitos parecen formar una red coordinada que influye en la actividad neuronal. Por ejemplo, en 2016, mientras realizaba una investigación neurocientífica en la Universidad de California en San Francisco, Kira Poskanzer descubrió que los astrocitos de ratón pueden hacer que las neuronas cercanas entren en un estado de sueño rítmico al regular el glutamato.

«Es menos una célula individual que hace lo suyo y más como parte de un equipo completo de células que trabajan juntas», afirma Poskanzer, ahora en la startup de biotecnología Arcadia Science.

Sin embargo, existe una diferencia entre absorber glutamato y realmente generar señales. Volterra creía que algunos astrocitos eran capaces de hacer esto último. Pero para demostrarlo necesitaba evidencia de que los astrocitos pueden enviar señales y tener las herramientas adecuadas para hacerlo de manera relevante y significativa.

Una nueva clase de células encefálicas

Volterra aprovechó un nuevo enfoque para estudiar el encéfalo: la secuenciación de ARN unicelular, que toma una instantánea del conjunto completo de genes activos en las células individuales de todo un tejido. Revisando ocho bases de datos de células del hipocampo de ratón, identificó nueve grupos de astrocitos que se distinguen por su actividad genética. Los astrocitos en uno, y solo uno, de los grupos transcribían proteínas que se sabe que están involucradas en el almacenamiento, liberación y transporte de neurotransmisores mediante vesículas, como ocurre en las neuronas. Las células no estaban distribuidas uniformemente en toda esta parte del encéfalo, ni siquiera en circuitos específicos.

Para ver si las personas tienen estas células, Volterra y su equipo buscaron en tres bases de datos de células del hipocampo humano las mismas firmas de proteínas que habían visto en los astrocitos de ratón. Las firmas aparecieron en los tres conjuntos de datos.

Sin embargo, esos datos genéticos seguían siendo una prueba indirecta. Volterra necesitaba mostrar la señalización en acción. Él y su equipo simularon una señal neuronal dirigida a los astrocitos en cortes de encéfalo de ratón y tomaron imágenes de las moléculas liberadas por los astrocitos. Algunos astrocitos, pero no todos, respondieron con glutamato. Y cuando los investigadores impidieron que los astrocitos usaran vesículas, las células ya no pudieron liberar glutamato.

Para Volterra la evidencia era clara. “Teníamos razón. Hay astrocitos que liberan glutamato”, afirma. «Pero también nos equivocamos, porque pensábamos que todos los astrocitos liberan glutamato».

Es casi seguro que los hallazgos alteren la comprensión actual de la forma en que se comunica el encéfalo, comenta Dmitri Rusakov, profesor de neurociencia en el University College de Londres que no ha participado en el trabajo. Pero de qué manera es una pregunta abierta.

Saber que los astrocitos pueden enviar señales es sólo el primer paso. Ese hecho no responde a cómo responden las sinapsis al glutamato astrocítico. No dice qué funciones requieren la señalización de los astrocitos en lugar de las neuronas o además de ellas. No explica por qué algunas áreas del encéfalo tienen más astrocitos glutamatérgicos que otras, o por qué un subconjunto utiliza esta función mientras que el resto no.

Más bien, como todos los nuevos descubrimientos, plantea nuevas preguntas que la ciencia debe responder.

«Tenemos un conjunto importante de pruebas», concluye Rusakov. «Ahora necesitas una teoría para unirlo todo».

 

 

El artículo original,  These Cells Spark Electricity in the Brain. They’re Not Neurons., se publicó el 18 de octubre de 2023 en Quanta Magazine. Cuaderno de Cultura Científica tiene un acuerdo de distribución en castellano con Quanta Magazine.

Traducido por César Tomé López

El artículo Estas células generan electricidad en el encéfalo. No son neuronas. se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

jóvenes

Foto: 4924546 / Pixabay

Una de cada tres mujeres y uno de cada dos hombres padecerá alguna vez un cáncer a lo largo de su vida. Como si se tratase de una ruleta rusa a largo plazo en nuestro organismo, las probabilidades de padecer este conjunto de más de 200 enfermedades diferentes se van incrementando con la edad. No podemos asegurar al 100 % que podamos esquivar la bala, pero sí podemos tomar medidas para que el riesgo de recibirla sea mucho menor.  Se estima que casi la mitad de las neoplasias podrían evitarse con medidas preventivas como evitar el consumo de tabaco y alcohol y tener una alimentación saludable.

Los pronósticos no son optimistas, la Organización Mundial de la Salud estima que los casos de cáncer aumentarán casi un 50 % en dos décadas en el mundo: de 19,3 millones en 2020 a 28,4 millones en 2040. En España, los casos también han ido al alza de forma constante desde 2016 debido principalmente al envejecimiento progresivo de la población, a una mayor variedad y cobertura de cribados y a malos estilos de vida.

Aunque el envejecimiento es el factor de riesgo más importante en el desarrollo del cáncer (la mayoría de los casos aparecen en personas de más de 65 años), numerosos factores pueden influir en la aparición de esta enfermedad a edades más tempranas. De hecho, varios estudios indican que la frecuencia de cáncer en las personas relativamente jóvenes se ha incrementado de forma notable en los últimos años. En ese sentido, un reciente estudio, publicado en la revista BMJ Oncology, ha detectado que en los últimos 30 años se ha incrementado en un 79 % los nuevos casos de cáncer en individuos de menos de 50 años (cáncer de aparición temprana) a lo largo del mundo. En ese tiempo, las muertes por cáncer también han aumentado casi un 28 % en este mismo colectivo.

Para llegar a estos resultados, los investigadores analizaron registros epidemiológicos con la evolución de la aparición de 29 tipos de cáncer en las poblaciones de 204 países entre los años 1990 y 2019. Los tumores que mayor mortalidad y carga de enfermedad causaron en las personas de menos de 50 años en 2019 fueron los de mama, tráquea, pulmón y bronquios, estómago y colon y recto. Por otro lado, el cáncer de próstata y el nasofaríngeo fueron las neoplasias que experimentaron un ascenso más acusado en sus incidencias.

El aumento de los casos de cáncer fue más marcado en el colectivo de entre 40 y 49 años de países con un nivel de desarrollo socioeconómico de nivel medio y medio-alto (especialmente en Norteamérica, Australia y Europa Occidental), aunque la mortalidad por cáncer también disminuía de forma significativa en los países que contaban con un nivel de desarrollo elevado. Los investigadores calcularon que, de seguir la tendencia actual, la incidencia y las muertes por cáncer de aparición temprana se incrementarán un 31 % y un 21 % respectivamente para 2030.

Alcohol, tabaco y dieta

Dada la gran cantidad de factores que influyen en la aparición de un cáncer, averiguar cuáles de ellos están contribuyendo al alza de casos de cáncer en personas jóvenes es una tarea compleja y con grandes dificultades. No obstante, los científicos responsables del estudio sugieren que hay tres razones principales detrás de este fenómeno: el consumo de alcohol y tabaco y una dieta poco saludable (con un consumo elevado de carne roja y sal y una ingesta baja de fruta y leche). Más allá de estos factores, es muy probable que haya otras causas involucradas, pero el conocimiento sobre en qué medida están contribuyendo al incremento de neoplasias en jóvenes es muy limitado.

Existen fundadas sospechas de que la obesidad, el sedentarismo, y diversos agentes ambientales (contaminantes atmosféricos, presencia de agentes cancerígenos en ciertos alimentos y bebidas…) podrían también estar implicados en el ascenso global de la frecuencia del cáncer. Sin embargo, el peso de estos factores entra dentro del terreno de lo desconocido.

Para conocer mejor qué causas están aumentando el riesgo de cáncer en los menores de 50 años serán necesarios estudios de seguimiento (cohortes) a largo plazo que servirán para identificar el potencial cancerígeno de múltiples factores de riesgo. Por otro lado, los investigadores plantean evaluar en profundidad si los programas poblacionales de cribado de cáncer en este colectivo podrían estar justificados, debido al aumento de casos. En la actualidad, casi todos los programas de detección precoz del cáncer están orientados a personas con edades superiores a los 50 años (excepto el cribado de cáncer de cérvix en España, por ejemplo). Quizás, visto el aumento de la frecuencia de cáncer a edades más tempranas, podría ser razonable bajar este umbral para determinadas neoplasias.

Referencia:

Zhao J, Xu L, Sun J, et al (2023) Global trends in incidence, death, burden and risk factors of early-onset cancer from 1990 to 2019 BMJ Oncology  doi: 10.1136/bmjonc-2023-000049

Sobre la autora: Esther Samper (Shora) es médica, doctora en Ingeniería Tisular Cardiovascular y divulgadora científica

El artículo ¿Por qué se están detectando más casos de cáncer en jóvenes? se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Una de las cosas que es inherente al ser humano es la creación, o más bien la búsqueda del placer poderoso que implica ser el creador de algo. Desde sus inicios, el ser humano se ha caracterizado por la creación, guiada por distintas motivaciones, desde la invención de cualquier artilugio que facilite la caza y con ello la alimentación, hasta la creación de cualquier tecnología con altas dosis de sofisticación y eficiencia. Por otro lado, la creación no siempre ha estado motivada por una utilidad evidente, a veces la sutileza, la necesidad de expresar o el simple placer de sentirse capacitado para crear algo ha sido más que suficiente. Una de estas creaciones es la música, así en general, como concepto.

Mucho se ha discutido sobre su origen a lo largo de la historia, dando resultados como aquel interdisciplinar libro The Origins of Music1 publicado por el MIT, relacionado con la comunicación, la cohesión y la expresión de nuestra especie, aunque haya otras especies que también usen la música. Sin embargo, independientemente de su origen, la música, y el arte en general, es un hecho cultural, que tiene una gran capacidad para resolver esa necesidad de creación que nos ha acompañado a lo largo de los siglos. Es por esto que uno de los mayores retos pueda ser crear algo capaz de crear, como es la inteligencia artificial.

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La creación parte del conocimiento, es por esto que se hace esencial estudiar bien nuestro cerebro y adentrarse en teorías de la inteligencia humana. Algo de esto ya sospechaba el prominente informático John McCarthy, quien en el verano de 1956 se le ocurrió organizar en el Darmouth College (Hanover, New Hampshire, EE.UU.) un encuentro para poner en común estudios sobre máquinas pensantes, la famosa Conferencia de Darmouth, donde se dieron cita nombres tan significativos para el mundo de la ciencia como Claude Shannon, Marvin Minsky o John Holland. La consecuencia de este encuentro fue la diferenciación de dos vías de desarrollo de estas máquinas pensantes. Una de ellas era la vía enfocada en la ingeniería tecnológica, es decir, la resolución de problemas concretos mediante tecnología, algo que hoy podemos ver de manera cotidiana y que tiene que ver más con obtener un resultado inteligente que con el comportamiento del cerebro. Bien por los desarrolladores de esta vía, nuestro tiempo presente es una gran prueba de lo que han conseguido desde aquel lejano verano de 1956. La otra vía es la que concierne a la creatividad y, por lo tanto, a la música. La imitación de la estructura del cerebro, las redes neuronales artificiales y cómo funciona el pensamiento como paradigma tecnológico son avances que se han conseguido gracias a este enfoque más conexionista, donde los sistemas artificiales se convierten más sensibles al entorno.

Ya es una realidad que existe software capaz de crear música, pintar, o crear novelas o ensayos. Cada día nos sorprende una nueva aplicación capaz de ir más allá, de afinar mucho más el proceso creativo y, a su vez, creando el trampantojo de lo innecesario de la presencia humana. Hace poco tiempo distinguíamos perfectamente si una voz grabada era una máquina o una persona real, hoy en día esa tarea es bastante más difícil. Lo mismo ocurre con la música grabada. Es posible que una interpretación de música instrumental nos guste y nos parezca emotiva, siendo en realidad una interpretación creada por una IA. En cuanto a la creación artística, como por ejemplo la composición musical, es una de las fronteras para alcanzar altas dotes de «humanidad» en las máquinas, debido a lo emocional y subjetivo que puede llegar a ser el arte en general y la música en particular. La base de esta creación musical es el aprendizaje que realizan las máquinas almacenando datos y usando entre otras muchas cosas el cálculo estadístico, la probabilidad y la entropía.

La creación es arbitrariedad

Sin embargo, hay una barrera infranqueable que distingue a las máquinas de las personas: la arbitrariedad. Cuando las personas crean de manera artística, hay algunas decisiones que pueden (o deben) ser arbitrarias, y esto depende de multitud de factores externos (contexto) e internos (emociones y pensamientos). La tecnología no puede ser arbitraria, lo que sí puede es usar algo en su lugar, una especie de subterfugio o artificio: la aleatoriedad. Aunque son cosas parecidas, no son lo mismo y es aquí donde reside uno de los últimos escalones entre lo artificial y lo humano. Según la RAE, la arbitrariedad es un acto dictado por la voluntad o el capricho y, evidentemente, las máquinas no tienen caprichos. Cuando una decisión artificial (dentro de la creación musical) no se ajusta a una lógica, una razón o unas leyes, es simplemente aleatoria, pero nunca arbitraria.

Otra de las fronteras o últimos escalones es el defecto que alberga la virtud de la inteligencia artificial, es decir, su ventaja es su desventaja. La virtud de las máquinas es la gran capacidad que tienen para aprender manejando una ingente cantidad de datos, sin embargo, no pueden olvidar (o no al menos como lo hacen los humanos) ni distorsionar recuerdos. Este fallo de serie (o capacidad de supervivencia) en todo lo que respecta a la memoria humana y nuestra “aptitud” para almacenar datos y transformar recuerdos, se convierte en viento a favor de la arbitrariedad.

Quizá nuestras limitaciones sean un poderoso muro de contención para esa distopía que parece rondar a nuestra relación con la tecnología en lo que respecta al arte. Quizá por esto, la creación musical sea algo más que combinar de manera óptima.

Referencia:

1 Wallin, N. L., Merker, B., & Brown, S. (Eds.). (2000). The Origins of Music. MIT press.

Sobre el autor: José Manuel González Gamarro es profesor de guitarra e investigador para la Asociación para el Estudio de la Guitarra del Real Conservatorio Superior de Música “Victoria Eugenia” de Granada.

El artículo Creación artificial e inteligencia artificiosa se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

La difusión del conocimiento de la ciencia se puede hacer a través de diferentes vías. Muchas veces son caminos que van más allá del ámbito académico y uno de ellos puede ser el uso del humor.

Con tiras publicadas en periódicos o revistas, a través de monólogos humorísticos y chistes o, por qué no, cantando coplas se puede hablar sobre ciencia. Todas estas estrategias son útiles y estas experiencias serán tema de conversación en la serie de conferencias Humor y ciencia, ¡vaya par!, organizadas dentro de Bilbo Zientzia Plaza.

Estas charlas suponen, además, la apertura de un nuevo curso del ciclo de conferencias Bidebarrieta Científica, organizado por la Cátedra de Cultura Científica de la Universidad del País Vasco y la Biblioteca Bidebarrieta.

El 27 de septiembre intervienieron Natalia Ruiz Zelmanovitch, responsable de comunicación del Centro de Astrobiología (CAB), divulgadora y astrocoplera y Kike Amonarriz Gorria, sociolingüista, humorista y presentador de la iniciativa Bertsozientzia. Ofrecieron, respectivamente, las conferencias Cuando la ciencia se pone flamenca y Barrearen indar dibulgatzailea (El poder divulgador de la risa).

Edición realizada por César Tomé López

El artículo ¡Ciencia y humor, vaya par! (y 2) se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

salud

Foto: Patrick Assalé / Unsplash

Animales y humanos compartimos cerca de 300 enfermedades infecciosas y cada año aparecen otras nuevas, la mayoría de ellas zoonosis. Según datos de la Organización Mundial de Sanidad Animal, más del 60 % de las dolencias infecciosas humanas son de origen animal. Este porcentaje aumenta hasta el 75 % si hablamos de enfermedades emergentes.

La pandemia de covid-19 ha sido un impactante ejemplo práctico de cómo un patógeno de origen animal puede desencadenar una crisis global. No existe ninguna razón para pensar que la amenaza de las enfermedades emergentes o reemergentes disminuirá en el futuro, sino todo lo contrario.

A medida que la población humana se expande y el medio ambiente se deteriora, se altera la relación entre personas y animales y se crean nuevas oportunidades de contacto y transmisión de enfermedades. Todo esto pone de manifiesto la importancia de una estrategia de colaboración y comunicación entre todos los sectores que participan en el cuidado de la salud humana, animal y del medio ambiente: One Health, Una Salud o Salud Global.

Son numerosos los retos sanitarios que debemos abordar con una estrategia One Health (para una revisión reciente, el libro de los autores Salud Global: la nueva estrategia frente a la amenaza medioambiental), pero hay tres áreas que merecen especial atención: la gripe aviar, los virus transmitidos por artrópodos y la resistencia a los antibióticos.

La gripe aviar H5N1

Aunque la amenaza de nuevos coronavirus sigue latente, los virus de la gripe siguen siendo candidatos a causar la próxima pandemia. En concreto, preocupa especialmente la cepa H5N. Desde finales de 2020, ha provocado la muerte a millones de aves domésticas en todo el mundo y ha tenido un impacto sin precedentes en la salud de las aves silvestres especialmente en Europa y América. Especies que históricamente no padecían la enfermedad han sufrido mortalidades nunca vistas.

Además, en el último año el virus se ha detectado también en muchos mamíferos silvestres. Muy preocupantes han sido los brotes en granjas peleteras tanto en España (visones) como en Finlandia (visones, zorros árticos, perros mapache) donde se ha confirmado la transmisión del virus entre mamíferos, algo que no se había producido nunca. Recientemente se han descrito brotes en gatos domésticos tanto en Polonia como en Corea del Sur.

Aunque desde 2003 se han identificados pocos casos (menos de 900) de gripe aviar en humanos –la gran mayoría en personas con un contacto muy estrecho con aves–, la letalidad del virus es muy alta, llegando al 50 %. Lo que preocupa es que, en la situación actual en la que el patógeno circula masivamente en aves de todo el mundo (lo que denominamos una panzootía) y cada vez hay más detecciones en mamíferos, existe un riesgo elevado de que el virus se acabe adaptando completamente a ellos y por tanto se acerque cada vez más al ser humano. Esto exige una vigilancia estrecha que englobe a todos los sectores implicados: humanos, animales domésticos y fauna silvestre.

Los virus de la gripe siguen siendo candidatos a causar la próxima pandemia, en concreto la cepa H5N1. Foto: CDC / UnsplashVirus transmitidos por artrópodos

Otra de las grandes amenazas a la que nos enfrentamos son los virus transmitidos por artrópodos (arbovirus, de arthropod-borne viruses). Se conocen cientos de enfermedades infecciosas humanas que son transmitidas por insectos (principalmente mosquitos y garrapatas) y que ponen en riesgo la salud de millones de personas cada año.

Los mosquitos son los vectores de la malaria, el dengue, la fiebre amarilla, el chikungunya, el zika o la fiebre del Nilo Occidental. Por su parte, las garrapatas transmiten virus que causan encefalitis y fiebres hemorrágicas, como Crimea-Congo, o bacterias que provocan enfermedades como el tifus, la fiebre Q, la tularemia o la enfermedad de Lyme.

En las últimas décadas, la distribución geográfica y la frecuencia y magnitud de las epidemias causadas por estos patógenos han aumentado de forma alarmante en todo el mundo. Por ejemplo, este verano, Perú se ha enfrentado al peor brote de dengue de su historia, muy probablemente causado por el aumento de las temperaturas: más de 160 000 casos y cerca de 300 muertos.

En Europa, la transmisión local del virus del dengue se notificó por primera vez en 2010, y desde entonces se han producido casos de infecciones autóctonas en varios países. De forma similar, en los últimos años ha habido brotes autóctonos de chikungunya o zika.

Virus del Nilo. Foto: CDC

Otro arbovirus que está causando brotes importantes en Europa es el virus del Nilo Occidental. Por ejemplo, en España en las últimas semanas se ha detectado este virus en aves (reservorio natural del virus), caballos y mosquitos. También se ha confirmado un caso mortal en una mujer de 84 años en Huelva. Estos ejemplos ponen de manifiesto que pequeñas alteraciones de temperatura y humedad, asociadas al cambio climático, pueden favorecer la distribución geográfica de los insectos vectores y con ellos de los microorganismos que transmiten.

La crisis de la resistencia a los antibióticos

Por último, la proliferación de bacterias resistentes a los antibióticos representa un problema global de primer orden.

Desde que comenzó el uso generalizado de antibióticos, prácticamente todas las bacterias han desarrollado algún tipo de resistencia. Algunas requieren dosis cada vez más elevadas de este fármaco y otras sobreviven a todos los antimicrobianos conocidos.

El uso y abuso de los antibióticos ha hecho que las bacterias resistentes se vayan extendiendo lenta pero inexorablemente tanto en humanos como en animales. En España se ha estimado que más de 35 000 personas mueren por complicaciones relacionadas con infecciones producidas por bacterias resistentes a los antibióticos cada año.

Hay que tener en cuenta que las intervenciones quirúrgicas, desde una sencilla operación a un trasplante o un tratamiento contra el cáncer, requieren el uso de antibióticos para prevenir complicaciones por infecciones secundarias. Si estos dejan de cumplir su función, quizá lleguen a curarnos el cáncer, pero nos podremos morir por una infección causada por una bacteria multirresistente.

Hacia la salud global

En primer lugar, el mapa de ruta apunta a la investigación científica. Es necesario seguir investigando en el desarrollo de sistemas de diagnóstico rápido, en tratamientos específicos contra las nuevas amenazas y no abandonar el impulso en el desarrollo de nuevas vacunas.

En segundo lugar, la cooperación. Los nuevos retos de la salud global son complejos y requieren un trabajo conjunto de distintas disciplinas (médicos, veterinarios, farmacéuticos, biólogos, ambientalistas, expertos en salud pública y prevención…) y distintas entidades públicas y privadas. Para ello sería realmente útil promover plataformas comunes. Como, por ejemplo, una Comisión Interministerial de Coordinación One Health que facilite la colaboración entre los Ministerios implicados (Sanidad, Agricultura, Medio Ambiente).

Y, por último, para estar preparados frente a las nuevas amenazas sanitarias, es fundamental la solidaridad internacional. Cuando hablamos de enfermedades infecciosas no debemos olvidar que “nadie estará seguro hasta que todos lo estemos”.

Nuestra salud es global y todo está conectado: salud humana y animal, medio ambiente, clima, ganadería, agricultura y biodiversidad. Para afrontar de forma exitosa los grandes desafíos a los que nos enfrentamos aplicar una estrategia de Salud Global es urgente e imprescindible.

Sobre los autores: Ignacio López-Goñi, miembro de la SEM (Sociedad Española de Microbiología) y Catedrático de Microbiología, Universidad de Navarra; Elisa Pérez Ramírez, viróloga veterinaria en el Centro de Investigación en Sanidad Animal (CISA), Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA – CSIC) y Gorka Orive, profesor e investigador en el Laboratorio de Farmacia y Tecnología Farmacéutica, UPV/EHU

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Artículo Original.

El artículo Salud Global: la nueva estrategia frente a la amenaza medioambiental se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Newton (1795) por William Blake. La oposición de Blake a la Ilustración estaba profundamente arraigada y personificada en Newton.  La teoría de la óptica de Newton fue especialmente ofensiva para Blake, quien hacía una clara distinción entre la visión del «ojo vegetativo» y la visión espiritual. La visión deísta de Dios como un creador distante que no desempeñaba ningún papel en los asuntos cotidianos era anatema para Blake, quien afirmaba experimentar regularmente visiones de naturaleza espiritual. Contrapone su «visión cuádruple» de la realidad con la «visión única» de Newton, cuya «religión natural» (materialismo científico) consideraba estéril.

¿Acaso no vuelan todos los encantos
Al mero toque de la fría filosofía?
Una vez hubo en el cielo un arcoíris tremendo;
Conocemos su trama, su textura; está indicada
En el insulso catálogo de las cosas comunes.
La filosofía cercenará las alas de un Ángel,
Conquistará todos los misterios con la regla y la línea,
Vaciará el aire de fantasmas, y la mina de gnomos,
Destejerá un arcoíris, como antes hizo
que la tierna Lamia se fundiera en sombra.

John Keats, “Lamia”, 18201

Estos son, probablemente, algunos de los versos más famosos que se han escrito sobre ciencia, y por desgracia no dan una valoración demasiado positiva. Fueron escritos por John Keats en 1819. Se trata de una digresión en un largo poema que cuenta cómo Hermes libera a Lamia y la transforma en una hermosa mujer. En su banquete de bodas, Lamia es descubierta por el filósofo Apolonio, el hechizo se rompe y ella regresa a su forma original de serpiente. En este fragmento, sin embargo, la cosa no va sobre mitología. Keats se detiene para criticar de manera no tan velada la teoría óptica de Newton, a quien culpaba de haber “destruido la poesía del arco iris, reduciéndola a los colores de un prisma”2. Debía de tenerle bastante tierra al físico inglés porque también se cuenta que, durante una cena navideña y en compañía de otros escritores y amigos, propuso un brindis3 “¡a la salud de Newton y confusión a las matemáticas!”.

Desgraciadamente, no era el único en pensar de forma parecida. La todavía reciente revolución científica había cambiado la forma en que la gente pensaba sobre el mundo y buscaba conocimiento, y muchos pensadores románticos culpaban a la ciencia, simbolizada por el estudio de la óptica de Newton, de destruir la magia del mundo natural.

No era una crítica unánime, ni falta de matices, por supuesto. Algunos poetas elogiaron a la ciencia. Y algunos científicos del siglo XIX, como Alexander von Humbold, se convirtieron en verdaderos símbolos de su época. El célebre naturalista prusiano fue íntimo amigo de Goethe y se codeó con los artistas más célebres de su tiempo. Sus libros de viajes, su imaginación y su manera holística y multidisciplinar de entender la naturaleza resonaron profundamente con los valores estéticos del Romanticismo4.

Pero es cierto que las ideas de otros científicos, sobre todo en ciertas ramas de la física y las matemáticas, no gozaron de tanta popularidad. En general, los Románticos rechazaban el énfasis en la racionalidad pura que había traído consigo la Ilustración. Acusaba a la ciencia de reduccionismo, de querer explicar el mundo como una suma de átomos, de presentar la naturaleza como un autómata frío y manipulable, sin tener en cuenta las emociones humanas. La ciencia, bajo el legado estético de Newton, era para ellos una máquina apisonadora y sin alma. Los científicos, escribas miopes incapaces de ver más allá de su especialidad, les parecían estatuas de cemento, sin imaginación ni sentimientos, que buscaban maquinalmente la verdad.

En fin, está claro que Romanticismo tuvo sus más y sus menos5. Probablemente, la opinión de unos cuantos poetas de hace doscientos años no tendría la menor importancia, si no fuera porque gran parte de los valores estéticos que compartimos en la actualidad, provienen precisamente de esa época. La forma en la que pensamos y valoramos el Arte se forjó precisamente en el Romanticismo6. Muchas de las ideas que compartimos sobre la ciencia, y la imagen popular de cómo son los científicos, también.

Fueron, en parte, poemas como el de John Keats los que nos contaron que la Física y las Matemáticas son disciplinas frías, ajenas a lo estético, vacías de emoción o imaginación. Personalmente, pasé por la adolescencia convencida de que no había en el mundo nada más gris, mecánico y poco creativo que mover números de ecuación en ecuación. Probablemente, el método de aprendizaje tampoco ayudó, está claro. Pero más allá de eso, sospecho que el estereotipo de científico, tal como nos lo pintaron los poetas del Romanticismo, tuvo mucho que ver con mi decisión: al terminar bachillerato de ciencias, decidí matricularme en Bellas Artes. Años más tarde, y mientras estudiaba Física, me sorprendió descubrir que en esa facultad los profesores exclamaban «¡qué bonito!» con mucha más frecuencia y alegría que en mi primera carrera.

Es una anécdota que suelo contar en mis charlas de divulgación, porque siempre despierta risas y sorpresa entre los asistentes. ¿Qué tendrá que ver la Física con lo “bonito”? ¡Nunca nadie pintó un cuadro al óleo con una ecuación! De nuevo, es el relato Romántico el que habla. Y ese relato contrasta con los cientos de textos, citas y charlas, en que estos científicos han hablado de su interés por la belleza, de la emoción que sienten al descubrir las matemáticas que describen el mundo.

En cualquier caso, y para cerrar la anotación, me gustaría lanzar una pregunta. Más allá de esta anotación, o de la simpatía que cada cual le tenga al Romanticismo: ¿tú cómo lo sientes?, ¿crees que Newton le robó su magia al arcoíris? Saber que los colores que ves en el cielo son trocitos de la luz del Sol, a ti, lector, ¿te emociona más, o te emociona menos?

Notas y referencias:

1John Keats, Lamia en Projecto Gutenberg

2Gigante, Denise (May 2002). «The Monster in the Rainbow: Keats and the Science of Life». PMLA. 117 (3): 433–448. doi:10.1632/003081202X60396. ISSN 0030-8129.

3Nina Martyris (2015). “Does Science Diminish Wonder or Augment It?”. Nautilus

4Sobre este tema, recomiendo leer “The Invention of Nature” de Andrea Wulf

5A veces, me enfado mucho con el Romanticismo. Pero luego escucho a Tchaikovsky y se me pasa.

6Argumentaría que, a menudo, la polémica que suscitan ciertas obras de Arte Contemporáneo (léase, arte académico contemporáneo), está causada por un conflicto entre los valores estéticos populares —esencialmente románticos— y los valores estéticos de la academia. Pero esto daría para otro post.

Para saber más:

La ciencia romántica
¿Qué le debemos a la ciencia del Romanticismo?
Naturaleza, ciencia y cultura en el bicentenario de Henry David Thoreau

Sobre la autora: Almudena M. Castro es pianista, licenciada en bellas artes, graduada en física y divulgadora científica

El artículo El Romanticismo contra Newton se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Cuando escribes un libro una de las tareas necesarias en su desarrollo es la elección del material que tiene que estar incluido necesariamente en el libro y el que debes dejar fuera, aunque te parezca muy interesante. En mi último libro, titulado Las matemáticas como herramienta de creación artística, también me ha tocado dejar fuera muchos materiales muy interesantes. Por ejemplo, en el capítulo titulado Topología: la banda de Moebius, mi idea original era haber incluido obras de arte relacionadas tanto con la banda de Moebius, que son muchas (algunos ejemplos los hemos comentado en las entradas del Cuaderno de Cultura Científica Arte Moebius (I) y Arte Moebius (II), así como en el mencionado libro), como con otras tres superficies relacionadas, que son el toro, la botella de Klein y el plano proyectivo real.

Fotografía de la escultura Doce círculos concéntricos (Girando Moebius), de 1957, de la artista venezolana, nacida en Alemania y de origen judío, Gego (Gertrud Goldschmidt)

Esta serie de entradas del Cuaderno de Cultura Científica vamos a hablar de estas tres superficies, el toro, la botella de Klein y el plano proyectivo real, y de cómo algunos artistas las han representado en sus obras.

La banda de Moebius

Empecemos recordando qué es una banda de Moebius, que es uno de los objetos más curiosos de la topología puesto que es una superficie con una sola cara y un solo borde.

Dada una tira de papel rectangular ABCD (véase la siguiente imagen), si se pegan los extremos (AB con DC) se obtendrá una banda normal, que es una superficie con dos caras –interior y exterior- y dos bordes –arriba y abajo-. Vamos, lo que podemos considerar normal en una superficie, que tenga dos caras (aunque rompiendo esa intuición, ya en la entrada La hoja de papel con cuatro caras, una propuesta de taller mostrábamos cómo construir una mágica “hoja de papel” con cuatro caras).

Una banda normal, con dos caras (exterior e interior) y dos bordes (superior e inferior), construida a partir de una tira de papel alargada ABCD, juntando AB con DC

 

Sin embargo, si primero giramos uno de los extremos del papel media vuelta y después los juntamos (ahora AB se “pega” con CD) se obtiene una banda retorcida, que tiene una sola cara (si se intenta pintar de forma continua la nueva superficie solamente se podrá utilizar un color, mientras que a la anterior se le pueden aplicar dos colores distintos, uno para el interior y otro para el exterior) y un solo borde (que también se puede perfilar de forma continua). Esta es la conocida como superficie de Moebius, que fue descubierta (dentro de las matemáticas), de forma independiente, por los matemáticos alemanes Johann Benedict Listing (1808-1882) y August Ferdinand Moebius (1790-1868).

Una banda de Moebius, con una sola cara y un solo borde, construida a partir de una tira de papel alargada ABCD, juntando AB con DC

 

¿Qué ocurre si en lugar de girar uno de los extremos del papel media vuelta se gira una vuelta entera y después se juntan ambos extremos (de nuevo, AB con DC)? Lo que ocurre es que ahora se obtiene una banda retorcida que tiene, de nuevo, dos caras y dos bordes, como podéis comprobar fácilmente simplemente utilizando una tira rectangular alargada de papel.

La banda de Moebius es una superficie con curiosas propiedades y aplicaciones, algunas de ellas se pueden leer en las entradas del Cuaderno de Cultura Científica ya mencionadas o en otras entradas como En busca de la banda de Moebius más corta posible o Dibujando grafos sobre la banda de Moebius, o también en los libros La banda de Moebius, de Clifford Pickover, Experiments in Topology, de Stephen Barr o Festival mágico-matemático, de Martin Gardner. En particular, existen muchos experimentos que consisten en cortar tiras de papel, como los clásicos en los que se corta la banda de Moebius de papel longitudinalmente por la mitad o por un tercio de la anchura, con resultados asombrosos, o algunos algo menos conocidos como el de cómo construir dos corazones entrelazados o un cuadrado, partiendo de dos cintas de Moebius pegadas, o cómo construir un slip de Moebius, que pueden verse como actividades del libro Las matemáticas como herramienta de creación artística.

Página del libro Houdini’s Paper Magic (1922), del ilusionista y escapista austrohúngaro nacionalizado estadounidense Harry Houdini, en la que aparecen bandas de papel, normales, de Moebius o normales retorcidas, que cortadas longitudinalmente dan lugar a diferentes situaciones que son utilizadas en la magia.

Para finalizar este apartado, mencionaremos que, aunque la superficie de Moebius fue descubierta dentro de las matemáticas en el siglo xix, esta ya era conocida con anterioridad. La banda de una sola cara se encuentra, por ejemplo, en motivos decorativos antiguos, como algunos mosaicos romanos (alrededor del año 200), como se menciona en el artículo The Möbius band in Roman mosaics (Scientific American 61, 1973) de L. L. Larison, o en el artículo Möbius strips before Möbius: Topological hints in ancient representations (The Mathematical Intelligencer 38, 2016), de J. H. E. Cartwright y D. L. González.

Parte central de un mosaico, de la villa romana de Sentinum, situada al lado de la ciudad moderna de Sassoferrato (Italia), aprox. 200 – 250 a.n.e. En el mismo, nos encontramos a Eón, dios romano del tiempo eterno y la prosperidad, sujetando una banda de Moebius -que simboliza el infinito, ya que podemos recorrerlo sin fin, como las hormigas del grabado del artista neerlandés M. C. Escher- con los signos zodiacales

 

La superficie del toro

A partir de la definición de las bandas normal (que topológicamente es un cilindro) y de Moebius se pueden definir nuevas superficies que también tendrán una o dos caras, pero que no tendrán bordes. Si volvemos a un rectángulo ABCD, sabemos que pegando los lados AB con DC se obtiene un cilindro, pero en función de cómo se junten los otros dos lados generaremos dos nuevas e interesantes superficies. Si lo hacen de forma directa (AD con BC, como indican las flechas de la siguiente imagen) se obtiene una superficie cerrada -es decir, que no tiene bordes- con dos caras, que tiene forma de rosquilla o flotador, conocida en matemáticas como toro (que no tiene nada que ver con el animal, sino que el término toro, para designar la superficie, viene de la palabra latina “torus”, que tiene un significado de “bulto, protuberancia o nudo”).

Construcción de la superficie del toro

 

El toro, tanto geométrico, es decir, la superficie del flotador, que es la superficie de revolución de un círculo alrededor de una recta exterior, como topológico (véase la entrada La topología modifica la trayectoria de los peces para leer más sobre el concepto de topología), esto es, deformaciones “topológicas” (manteniendo cierta continuidad) del toro geométrico, también ha sido utilizado en el arte contemporáneo. A continuación, mostraremos algunos ejemplos.

El toro en la obra artística de Keizo Ushio

En la entrada Arte Moebius (II), ya mostrábamos un hermoso ejemplo de escultura que es un toro con una banda de Moebius dentro, es la escultura Moebius en el espacio (2005), del escultor japonés Keizo Ushio (Fukusaki, Prefectura de Hyogo, 1951), un artista con una obra escultórica muy geométrica. En Moebius en el espacio (véase la imagen más adelante), como en algunas otras obras similares, se representa el “espacio exterior” de la superficie de Moebius, mientras que esta no es más que el “espacio vacío”. El problema plástico de esta idea es hacer visible ese espacio vacío en la escultura. Para ello, Ushio trabaja con el toro sólido (realizado en granito), que va a jugar el papel de “espacio exterior” y después perfora una serie de diámetros que van girando, desde un primer diámetro vertical, de manera que al llegar al punto de partida han dado media vuelta, 180 grados, que de nuevo es el diámetro vertical. Ese espacio vacío dentro del toro tiene, por tanto, la forma de la banda de Moebius.

Ilustración de la banda de Moebius dentro del toro, como unión de diámetros del mismo, que van desde el inicial vertical -que se ve enfrente en la imagen- dando media vuelta, un giro de 180 grados, dentro del toro. Imagen generada por Josu Arroyo (UPV/EHU)

 

Ilustración del exterior del toro en el que se han perforado los diámetros construyendo una banda de Moebius vacía dentro del toro. Imagen generada por Josu Arroyo (UPV/EHU)

 

Esta construcción artística le ha llevado al artista japonés Keizo Ushio a crear hermosas esculturas como la mencionada Moebius en el espacio (2005). En la misma, para destacar aún más la banda de Moebius ausente, ha pintado de naranja la zona del toro que estaría en contacto directo con ella, como se ve en la siguiente fotografía. Una impactante escultura.

Escultura Moebius en el espacio (Granito, 2005), del escultor japonés Keizo Ushio

Como la banda de Moebius tiene una sola cara, el espacio exterior a la misma, que es el toro sólido de granito en la escultura, es único también, luego al perforar la banda de Moebius en el toro, este sigue siendo de una sola pieza, que se corresponde con esa única cara de la “banda de Moebius vacía”. Esto no ocurre si se perforara en el toro una banda con dos caras, como vamos a mostrar a continuación.

Conocí al escultor Keizo Ushio en el International Congress of Mathematicians que organizamos en Madrid en agosto de 2006, cuando le invitamos a realizar una escultura en vivo en el exterior del Palacio Municipal de Congresos de Madrid. Fue una experiencia increíble, que disfrutaron todas las personas que pasaron por allí esos días. La escultura que realizó entonces fue Oushi-Zokei ICM Madrid 2006 (véase la siguiente imagen), que en la actualidad se encuentra en el exterior del ICMAT (Instituto de Ciencias Matemáticas, del CSIC), de Madrid. En esta escultura, en lugar de perforar los diámetros del toro girando media vuelta, lo hizo girando una vuelta entera, por lo tanto, obteniendo una banda normal retorcida en su interior (con dos caras como se ha explicado más arriba). Como el espacio vacío dentro del toro sólido (granito) es una banda con dos caras, entonces la escultura se separa en dos partes, cada una se corresponde con una cara.

Escultura Oushi-Zokei ICM Madrid 2006 (Granito, 2006), del escultor japonés Keizo UshioEl toro en la obra artística de Richard Serra

El toro es una superficie con interesantes propiedades que se estudian tanto en geometría, como en topología. Yo enseño esta superficie en la asignatura “Curvas y superficies” del grado de matemáticas, en particular, cuando explico la curvatura de una superficie. El tema de la curvatura de una superficie no es un tema sencillo para tratar en esta entrada, puesto que hay diferentes tipos de curvatura asociados al estudio de las superficies –curvaturas normales, curvaturas principales, curvatura de Gauss y curvatura media- y es necesario conocer algunas herramientas de geometría diferencial para entenderlo, aunque para hablar de las esculturas de Richard Serra nos bastará con explicar el significado del signo de la conocida como curvatura de Gauss (que es una curvatura intrínseca de la superficie).

La curvatura de Gauss es un concepto local, es decir, cambia de unos puntos a otros de la superficie, pero para explicar el significado del signo de esta curvatura vamos a considerar superficies con curvatura constante, es decir, con la misma curvatura en todos sus puntos: el plano o el cilindro (este lo podemos ver como un trozo rectangular de plano en el que pegamos dos lados opuestos), que tiene curvatura cero, la esfera, que tiene curvatura positiva, y el hiperboloide de una hoja, que tiene curvatura negativa, cuyo significado explicaremos a continuación. Primero una imagen de estas tres superficies.

Tres superficies de curvatura de Gauss constante, realizadas con el programa Mathematica. De atrás hacia delante: la esfera, el cilindro y el hiperboloide de una hoja

 

El plano tiene curvatura de Gauss cero, ya que no se curva de ninguna de las formas, y también el cilindro (esta superficie nos puede despistar ya que aparentemente sí tiene curvatura, pero la curvatura que tiene es la curvatura extrínseca –la llamada curvatura media-, que es no nula, pero la intrínseca, la curvatura de Gauss es cero, ya que el cilindro es como un trozo rectangular de plano en el que pegamos dos lados opuestos).

La esfera tiene curvatura de Gauss positiva, lo cual implica que, si tomamos el plano tangente a la esfera en cualquier punto, la esfera queda entera a un lado del plano tangente, como se muestra en la siguiente imagen. Otra forma de verlo –que nos ayudará a entender las esculturas de Richard Serra- es que, si tenemos una esfera gigante y colocamos nuestra cara en un punto de la misma, por ejemplo, en el exterior de la superficie, entonces la esfera se aleja de nosotros en todas las direcciones, es decir, la esfera es convexa en todas las direcciones (si nuestra cara está en el interior de la esfera entonces la esfera nos envuelve en todas las direcciones, esto es, la esfera es cóncava en todas las direcciones).

Esfera con plano tangente en uno de sus puntos

 

El hiperboloide de una hoja tiene curvatura de Gauss negativa, lo cual implica que, si tomamos el plano tangente al hiperboloide en cualquier punto, este corta al hiperboloide y la superficie tendrá partes a ambos lados del plano tangente, como se muestra en la siguiente imagen. Al igual que para la esfera, otra forma de verlo es que, si tenemos un hiperboloide gigante y colocamos nuestra cara en un punto del mismo, entonces el hiperboloide se aleja en algunas direcciones (será convexo en ellas), mientras que en otras direcciones nos envuelve (es cóncava en las mismas).

Hiperboloide de una hoja con plano tangente en uno de sus puntos

 

¿Qué ocurre para el toro (geométrico)? Esta superficie tiene puntos con curvatura de Gauss positiva (los del exterior) y puntos con curvatura de Gauss negativa (los del interior), con puntos de curvatura nula en las circunferencias que separan el interior y el exterior, como se muestra en la imagen.

El toro (geométrico) tiene puntos con curvatura de Gauus positiva, los del exterior (verde en la imagen), y puntos con curvatura de Gauss negativa, los del interior (marrón en la imagen)

 

Ya estamos en condiciones de entender la importancia de la curvatura de Gauss en algunas de las esculturas del escultor minimalista estadounidense Richard Serra (San Francisco, California, 1938), como New Union / Nueva unión (2003), que durante muchos años pudimos disfrutar en el exterior del Museo de Bellas Artes de Bilbao, o Between the Torus and the Sphere / Entre el toro y la esfera (2003-2005) y Blind Spot Reversed / Punto ciego invertido (2003-2005), que podemos ver en el Museo Guggenheim de Bilbao.

Between the Torus and the Sphere / Entre el toro y la esfera (2003-2005), del escultor estadounidense Richard Serra, en el Museo Guggenheim de Bilbao

Richard Serra contrapone, en estas esculturas, dos trozos de superficies con distinto signo de la curvatura de Gauss, positivo (esfera) y negativo (interior del toro). Las tres esculturas están formadas por planchas alargadas que son trozos de esfera (curvatura positiva) y planchas alargadas que son trozos de la parte interior del toro (curvatura negativa). Y lo interesantes de ellas es que la curvatura no solo se puede percibir visualmente desde lejos, sino que cuando caminamos entre las planchas de esculturas como Entre el toro y la esfera podemos percibir la curvatura interaccionando con nosotros. Yo suelo recomendar a mis estudiantes, o a las personas a las que les explico esta obra, que se coloquen frente a una plancha esférica, con la nariz tocando la plancha y se den cuenta de que el acero de la misma se aleja (o nos envuelve si estamos en la parte interior de la esfera) en todas las direcciones, lo que ocurre por ser de curvatura positiva. Y que después pasen a una plancha tórica, de nuevo con la nariz tocando el acero y se den cuenta de que en unas direcciones la superficie se aleja de nosotros y en otras nos envuelve, debido a que esa zona del toro tiene curvatura negativa.

El toro anudado

Realmente hay muchos artistas que han realizado esculturas con la forma de un toro geométrico. Pongamos un par de ejemplos más. Uno es el artista británico Jack Eagan y su serie de esculturas Eroded torus / Toro erosionado, dos de las cuales, realizadas en bronce, se muestran en las siguientes imágenes.

Eroded torus / Toro erosionado, del escultor británico Jack EaganEroded torus / Toro erosionado, del escultor británico Jack Eagan

Y el otro ejemplo es el artista británico John Robinson (1935-2007) y su escultura Bonds of Friendship / Lazos de amistad (1980), en la que se representan dos toros entrelazados.

Bonds of Friendship / Lazos de amistad (1980), del escultor británico John Robinson

Pero me gustaría terminar esta entrada del Cuaderno de Cultura Científica con una serie de esculturas más topológicas que tienen al toro como su principal protagonista, y que nos relacionan al toro topológico con la teoría de nudos, que es otra parte muy interesante de la topología (para leer sobre la teoría de nudos os recomiendo las entradas La topología modifica la trayectoria de los peces, La artista Anni Albers, The Walking Dead y la teoría de nudos y Del nudo gordiano al nudo de los enamorados, por territorio matemático).

En matemáticas, un nudo es una curva cerrada en el espacio y la teoría de nudos estudia cuántos nudos distintos, es decir, topológicamente diferentes, existen, así como propiedades topológicas de los mismos. Algunos escultores realizan esculturas de toros anudados, es decir, tienen la forma de nudos, por ejemplo, como el nudo de trébol, pero desde el punto de vista de la topología “son” un toro. Es como si partiéramos de un cilindro, realizáramos un nudo y luego pegáramos los extremos, transformándolo en un toro anudado.

Mostremos dos ejemplos de esculturas de toros anudados. La primera es de la escultora estadounidense E. Calder Powel, que primero estudió matemáticas, que se nota en su trabajo artístico, y después estudió arte. La escultura Nudo de trébol, que se muestra en la siguiente imagen, es un toro anudado con la forma del nudo de trébol.

Escultura Nudo de trébol, de la escultora estadounidense E. Calder Powel

Y terminamos con una escultura que tuve la suerte de ver este verano, cuando fui a visitar la torre del arquitecto Frank Gehry que alberga el centro cultural Luma, en Arlés (Francia). Se trata de un nudo tórico rosa muy llamativo, la escultura Krauses Gekröse (2011), del escultor austriaco Franz West (1947-2012), que vemos en la siguiente imagen. El nudo implicado en esta obra es la unión (en topología “suma conexa”) de dos nudos de trébol, lo que se conoce como nudo de rizo.

Escultura Krauses Gekröse (2011), del escultor austriaco Franz West, que se encuentra en el exterior del edificio de la Funbdacion LUMA (Arlés, Francia). Fotografía de Marian Espinosa

Bibliografía

1.- Raúl Ibáñez, Las matemáticas como herramienta de creación artística, colección Miradas matemáticas, Catarata, 2023.

2.- Clifford A. Pickover, La banda de Möbius, Almuzara, 2009.

3.- Martin Gardner, Festival mágico-matemático, Alianza editorial, 1984.

4.- Stephen Barr, Experiments in Topology, Dover, 1989.

5.- Martin Gardner, The Sixth Scientific American Book of Mathematical Puzzles and Diversions, Simon & Schuster, 1971.

6.- Página web del escultor Keizo Ushio

7.- Richard Serra, La materia del tiempo / Denboraren materia, Museo Guggenheim Bilbao, 2006.

8.- Página web de Jack Eagan

9.- Bradshaw Foundation: Symbolic Sculpture. The collected Works of John Robinson

10. Página de la escultora E. Calder Powel

Sobre el autor: Raúl Ibáñez es profesor del Departamento de Matemáticas de la UPV/EHU y colaborador de la Cátedra de Cultura Científica

El artículo El toro, la botella de Klein y el plano proyectivo real (I) se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Foto: Jonathan Larson / Unsplash

Un equipo de investigación ha descrito el mecanismo físico detrás de los patrones geométricos que forman las cianobacterias, una de las formas de vida más antiguas y abundantes de la Tierra, y que ha jugado un papel fundamental en la evolución de nuestro planeta.

Las antiguas cianobacterias fueron la primera forma de vida en desarrollar la fotosíntesis y fueron las responsables de inyectar oxígeno a la atmósfera de la Tierra, sentando así las bases para el surgimiento de las complejas formas de vida que conocemos hoy. Las cianobacterias actuales siguen desempeñando un papel clave en el mantenimiento de la composición de la atmósfera y los océanos actuales.

Una estructura reticular formada por cianobacterias. Fuente: Nottingham Trent University

Para sobrevivir muchas especies de cianobacterias crecen formando largas cadenas de células que cubren superficies y se entrelazan formando grandes redes de filamentos estrechamente agrupados durante horas o días. Sin embargo, hasta ahora, el origen de estos patrones reticulados había desconcertado a los científicos.

Utilizando técnicas avanzadas de microscopía, simulaciones y modelos teóricos, los investigadores han descubierto cómo las interacciones entre los filamentos de las cianobacterias hacen que se agrupen y construyan estructuras. Cuando las cianobacterias están presentes en una densidad suficientemente alta comienzan a organizarse en su patrón reticulado, y ello como resultado de unas pocas reglas simples.

Las cianobacterias como espaguetis activos

A medida que las bacterias se mueven, chocan entre sí. En la mayoría de los casos, los filamentos pasan uno por encima o por debajo del otro, evitando el choque. Pero ocasionalmente se mantienen en el mismo plano, girando para moverse en paralelo durante un tiempo, hasta que uno se separa. Estas interacciones conducen a la formación de haces de filamentos alineados que hacen que las colonias más densas se organicen formando redes extensas. Los investigadores se refieren a este comportamiento de los filamentos como «espaguetis activos».

Los investigadores han desarrollado un modelo que predice con éxito la densidad y escala típicas de los patrones emergentes, incluido el movimiento y las fluctuaciones en la forma de los filamentos. Estos resultados pueden emplearse como base para entender cómo los diferentes tipos de bacterias se autoorganizan para formar estructuras. Esto es especialmente importante porque podría mejorar nuestra comprensión de cómo se forman las biopelículas bacterianas (colecciones de bacterias que se han adherido a una superficie y entre sí), que tienen un papel central en diversos procesos, como las infecciones humanas, la degradación ambiental y la bioingeniería.

Referencia:

Mixon K. Faluweki, Jan Cammann, Marco G. Mazza, and Lucas Goehring (2023) Active Spaghetti: Collective Organization in Cyanobacteria Phys. Rev. Lett. doi: 10.1103/PhysRevLett.131.158303

Edición realizada por César Tomé López a partir de materiales suministrados por Nottingham Trent University

El artículo Los patrones emergentes de las colonias de cianobacterias se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Los anillos de Saturno no son únicamente una fuente de fascinación por su gran belleza y majestuosidad, sino que también siguen cautivando a los científicos a la hora de buscar una explicación no solo a su mecanismo de formación, sino también a su edad. ¿Son un adorno planetario reciente o se formaron hace muchos millones de años?

Ciertamente es muy difícil saber con exactitud la edad de los anillos. Prueba de ello son las distintas estimaciones de edad que se han publicado a lo largo de las últimas décadas, pero también en la diversidad de mecanismos de formación propuestos para explicar su existencia, lo que de nuevo reafirma que no es una tarea fácil el llegar a conclusiones en este ámbito.

Aunque son realmente impresionantes, los anillos de Saturno tienen un espesor promedio que va desde unas decenas de metros a un kilómetro, pero su densidad y extensión lo hacen un fenómeno espectacular. Imagen cortesía de NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute.

Hablando de las distintas edades de los anillos, algunas sugieren que podrían ser tan antiguos como Saturno, habiéndose formado estos con el material sobrante de la formación del gigante gaseoso y su sistema de satélites. Otros estudios sugieren que pudieron formarse por la desintegración de un satélite hace unos pocos cientos de millones de años -o incluso menos- al haberse acercado demasiado al planeta, quizás por la interacción gravitatoria con otro satélite.

E incluso hay autores que afirman que los anillos podrían ser la consecuencia de la destrucción de distintos cometas que se acercan peligrosamente a Saturno a lo largo del tiempo, y que, mediante este mecanismo de formación, los anillos podrían tener una fuente constante de material que va reemplazando el material que se pierde al caer a Saturno.

En la última década, los datos aportados por la misión Cassini están siendo muy útiles para poder calcular con mayor precisión su edad, algo que está inclinando la balanza hacia una formación reciente de los anillos basándose principalmente en dos evidencias: La primera es que los anillos van perdiendo masa lentamente al caer las partículas que lo conforman sobre Saturno, por lo que los anillos además tienen una esperanza de vida limitada a escala geológica. Esto quiere decir que en el caso de Saturno a los anillos podrían quedarles entre 15 y los 400 millones de años de vida y, si no hay un mecanismo que continuamente aporte material, los anillos irían desapareciendo progresivamente, convirtiendo a estos en un fenómeno efímero y a nosotros en unos afortunados por haber podido observarlos.

Los anillos de Saturno tienen una compleja estructura concéntrica en la cual, en ocasiones, podemos encontrar huecos o “divisiones” como la que vemos en la imagen, la división de Encke, y en su interior, en este caso, un pequeño satélite denominado Pan. Imagen cortesía de NASA/JPL/Space Science Institute.

La segunda es que, si suponemos que los anillos están sometidos continuamente a un bombardeo de micrometeoritos como sabemos que ocurre en todo el Sistema Solar, si estos fuesen muy antiguos, tenderían a ser de un color más oscuro a causa de la “contaminación” provocada por parte de partículas rocosas y compuestos orgánicos aportados por estos impactos sobre las partículas de hielo que forman los anillos. En cambio, los anillos de Saturno siguen siendo muy “blancos”, y es que aproximadamente están compuestos en un 99.9% de hielo de agua.

Y aquí es donde vienen las novedades: un nuevo estudio sugiere que los anillos en realidad son el resultado de una colisión entre dos antiguos satélites de Saturno, que como resultado desintegraría los satélites, dejando una gran cantidad de material en la órbita del gigante gaseoso, dando lugar a los anillos. Pero no solo eso, sino que parte de los materiales sobrantes podrían incluso haber formado algunos de los satélites que conocemos hoy día.

Para llegar a esta conclusión los investigadores han creado una serie de simulaciones de alta resolución -superando en más de 100 veces la resolución de modelos anteriores- comprendiendo unos doscientos escenarios diferentes variando distintos parámetros, como el ángulo de colisión, para poder estudiar todas las posibilidades de una manera más precisa.

Estos satélites tendrían una órbita y una masa similar a los actuales Dione y Rea y podrían haber colisionado con ángulos muy diferentes, aunque las simulaciones muestran que para generar la distribución de material necesaria para dar lugar a los anillos la colisión tendría que haber sido directa o con un ángulo intermedio.

El cometa Shoemaker-Levy 9 se fragmentó tras un paso muy cerca de Júpiter, dentro del límite de Roche. Posteriormente sus fragmentos acabarían colisionando con el gigante gaseoso. Imagen cortesía de HA. Weaver, T. ESmith ( Space Telescope Science Institute), and NASA/ESA.

Gracias a este evento, una gran cantidad de material podría haber llegado a las proximidades de Saturno. Uso el término “proximidades” de Saturno, hablando en términos coloquiales, porque este nos da una pista muy interesante. Los anillos de Saturno se encuentran dentro de lo que conocemos como límite de Roche, una distancia alrededor de un planeta o un cuerpo de gran tamaño a partir de la cual la fuerza de la gravedad sería capaz de desintegrar un satélite.

Dicho esto, el material que no formó parte de los anillos pudo llegar a coalescer fuera del límite de Roche formando nuevos satélites a partir de esta colisión. Obviamente, aquí podría haber otra contradicción: ¿Quién dice que no había ya unos anillos y que esto sirvió para rejuvenecer los ya existentes? Pues es, obviamente, otro campo de estudio que se abre a los científicos.

A partir de este punto cabe continuar las investigaciones que puedan confirmar esta teoría, por un lado, modelando la distribución del material dispersado por la posible colisión entre los satélites, pero también el intentar identificar poblaciones de cráteres en los satélites de Saturno cuya distribución y edad coincida con esta nueva teoría.

Referencias:

Teodoro, L. F. A., Kegerreis, J., Estrada, P. R., Ćuk, M., Eke, V. R., Cuzzi, J. N., Massey, R., & Sandnes, T. D. (2023). A recent impact origin of Saturn’s rings and mid-sized moons. The Astrophysical Journal, 955(2), 137. https://doi.org/10.3847/1538-4357/acf4ed

Kempf, S., Altobelli, N., Schmidt, J., Cuzzi, J. N., Estrada, P. R., & Srama, R. (2023). Micrometeoroid infall onto Saturn’s rings constrains their age to no more than a few hundred million years. Science Advances, 9(19). https://doi.org/10.1126/sciadv.adf8537

Dones, L. (1991). A recent cometary origin for Saturn’s Rings? Icarus, 92(2), 194-203. https://doi.org/10.1016/0019-1035(91)90045-u

Sobre el autor: Nahúm Méndez Chazarra es geólogo planetario y divulgador científico.

El artículo Acotando la edad de los anillos de Saturno se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Al parecer, el sentimiento subjetivo de bienestar es un rasgo heredable, aunque en una pequeña medida. En otras palabras, aunque la herencia genética es responsable de una cierta fracción de la variabilidad de ese sentimiento de bienestar, esa fracción es pequeña; de hecho no supera un 25% de la variabilidad total.

Foto: frank mckenna / Unsplash

Ese es el principal resultado de un estudio basado en encuestas realizadas en Dinamarca y Holanda. A las personas incluidas en la muestra les hicieron dos preguntas. Una era si durante la semana anterior se había sentido contenta (happy), y la otra, si durante la semana anterior había disfrutado de la vida (enjoy).

Para su posterior tratamiento estadístico, transformaron las respuestas en variables binarias (mucho o no mucho) y, además, generaron una tercera variable, combinación de las dos anteriores, de manera que si las anteriores eran afirmativas, entonces la tercera (la combinación) también lo era, y era negativa en cualquier otro caso. El número total de individuos encuestados fue próximo a 11500. Y esos individuos fueron caracterizados genéticamente analizando alrededor de 850.000 polimorfismos de nucleótido único.

El equipo investigador estimó la denominada “heredabilidad estricta (o realizada) común” (o heredabilidad común en sentido estricto), que se define como la fracción de la varianza del carácter en cuestión que es atribuible a los efectos aditivos de los polimorfismos genéticos comunes. Ese término, –heredabilidad estricta–, se utiliza por oposición a la denominada “heredabilidad amplia” (o heredabilidad en sentido amplio), que incluye, además del efecto de los polimorfismos, el de las interacciones entre ellos (epistasia) y sus posibles efectos no lineales (dominancia).

Los especialistas consideran que la heredabilidad “estricta” es más relevante que la “amplia” a la hora de evaluar el poder predictivo de las técnicas de genética molecular, entre otras cosas porque se antoja extremadamente difícil delimitar el conjunto de interacciones epistáticas (interacciones entre los efectos lineales de los diferentes polimorfismos) susceptibles de tener algún efecto. Desde un punto de vista metodológico la tarea se presentaría ardua en extremo en caso de recurrir a la heredabilidad “amplia”, pues haría falta utilizar muestras poblacionales gigantescas para otorgar al análisis el necesario rigor estadístico.

El efecto de los factores genéticos, tal y como se ha determinado en este trabajo, es estadísticamente significativo para las respuestas a la pregunta de si había estado contento (happy) la semana pasada (p = 0,01), y algo menos significativo para la variable generada a partir de las dos primarias (happy y enjoy) (p = 0,03), y en ambos casos la proporción de la varianza explicada por los factores genéticos resultó de un 10% aproximadamente. Se trata de un valor muy bajo, inferior a las estimaciones que se han hecho para otros rasgos de personalidad o características psicológicas, y también por comparación con los obtenidos a partir de estudios de gemelos, hermanos y familiares próximos para este mismo rasgo, el del bienestar subjetivo.

Según los autores, ese bajo valor de heredabilidad se debe, en parte, al error que, por razones metodológicas, se comete en la determinación del sentimiento de bienestar. Una vez corregido el efecto de ese error, el porcentaje explicado por los factores genéticos resulta algo más alto: se encontraría en el rango 12-18%. En todo caso, sigue siendo un valor bajo si se compara con la heredabilidad de otros caracteres o con la heredabilidad “amplia”, que es la que se suele obtener en otros estudios. De hecho, es muy posible que, como ocurre con otros rasgos de personalidad (neuroticismo, apertura a la experiencia, simpatía), haya una importante componente de la heredabilidad no debida a factores aditivos (lo que antes hemos denominado interacciones epistáticas).

Cuando se ha medido la heredabilidad del modo en que se ha hecho en este trabajo, se han obtenido valores de 9% y 12% para el neuroticismo y la extroversión, respectivamente. También es baja la obtenida en este trabajo si se compara con la “heredabilidad estricta” que se determina en estudios con familiares próximos; estos han arrojado valores en el intervalo de 30-40%. Lo que ocurre es que estos estudios dan cuenta de “toda” la heredabilidad estricta, y la medida en este trabajo (heredabilidad estricta común) solo es, como se ha señalado antes, la debida a los polimorfismos comunes. Al corregir las estimaciones de este trabajo de manera que se incorpora el efecto de los polimorfismos raros, se obtienen valores en el entorno de 18%-27% de heredabilidad estricta, una estimación mucho más acorde con los valores obtenidos normalmente con rasgos de personalidad en estudios de familiares próximos.

Dado que la intervención para mejorar el bienestar subjetivo de las personas sólo se puede ejercer a través de factores ambientales (no heredables), es conveniente conocer los límites que pueden tener dichas intervenciones y para eso es esencial determinar, con la mayor precisión posible, las diferentes fuentes de variación, también la de origen genético. Es más, a partir de estos estudios pretenden llegar a identificar el conjunto de polimorfismos concretos que contribuyen de modo más decisivo al sentimiento de bienestar subjetivo.

No obstante, a la hora de valorar estos datos hay que ser cautelosos. Incluso cuando un rasgo es heredable en una alta proporción, ello no tendría por qué reducir la importancia de los factores ambientales. Los niveles basales de serotonina, así como la densidad de receptores de dopamina, inciden en la sensación de bienestar de forma directa, y están, en gran medida, condicionados genéticamente. Y hay otros factores genéticos que inciden en las preferencias, personalidad y habilidades de las personas, lo que influye en la elección de pareja y amistades, fecundidad, etc., elementos todos ellos de carácter ambiental.

Por tanto, los efectos de unos y otros factores son complejos y no es fácil establecer proporciones precisas, porque muchos actúan de modo interactivo. Y por otra parte, aunque estudios realizados en un momento y bajo ciertas condiciones arrojen unos determinados resultados de heredabilidad, esos resultados podrían ser distintos si el mismo estudio se realizase en un momento y bajo condiciones diferentes. Eso es así porque cuando las condiciones ambientales bajo las que se encuentran los sujetos son muy similares, la variabilidad registrada apenas sería atribuible a factores ambientales, de manera que habría de ser atribuida a factores hereditarios.

Para entender lo anterior, pensemos en dos poblaciones, de manera que todos los individuos de una de ellas estuviesen sometidos a restricciones nutricionales y todos los de la otra nadasen en la abundancia. Dentro de cada población se registraría una alta heredabilidad de rasgos tales como la altura o la obesidad, porque no habría apenas efecto de las condiciones alimenticias. Sin embargo, si se comparasen las dos poblaciones, se concluiría que el efecto de las condiciones nutricionales (ambientales) sería muy acusado, mucho más que el que se determina bajo condiciones relativamente homogéneas.

 

Fuente: Cornelius A. Rietveld, David Cesarini, Daniel J. Benjamin, Philipp D. Koellinger, Jan-Emmanuel De Neve, Henning Tiemeier, Magnus Johannesson, Patrik K. E. Magnusson, Nancy L. Pedersen, Robert F. Krueger, y Meike Bartels (2013): “Molecular genetics and subjective well-being” PNAS 110 (24).

 

Sobre el autor: Juan Ignacio Pérez (@Uhandrea) es catedrático de Fisiología y coordinador de la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU

El artículo El bienestar subjetivo es heredable, pero no en un alto grado se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

La difusión del conocimiento de la ciencia se puede hacer a través de diferentes vías. Muchas veces son caminos que van más allá del ámbito académico y uno de ellos puede ser el uso del humor.

Con tiras publicadas en periódicos o revistas, a través de monólogos humorísticos y chistes o, por qué no, cantando coplas se puede hablar sobre ciencia. Todas estas estrategias son útiles y estas experiencias serán tema de conversación en la serie de conferencias Humor y ciencia, ¡vaya par!, organizadas dentro de Bilbo Zientzia Plaza.

Estas charlas suponen, además, la apertura de un nuevo curso del ciclo de conferencias Bidebarrieta Científica, organizado por la Cátedra de Cultura Científica de la Universidad del País Vasco y la Biblioteca Bidebarrieta.

El miércoles 20 de septiembre a las 19:00 de la tarde Eñaut Aiartzaguena Bravo, Irribarrez, ilustrador y autor de cómics, ofreció la charla Otso orojakilea (con traducción simultánea al castellano). Le acompañará Helena González Burón, doctora en Biomedicina y fundadora de Big Van Ciencia, que impartió la charla La ciencia hecha espectáculo.

Edición realizada por César Tomé López

El artículo ¡Ciencia y humor, vaya par! (1) se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Un equipo internacional de investigación liderado por Deung-Jang Choi y Cristina Mier, del Centro de Física de Materiales (CSIC-UPV/EHU) y del Donostia International Physics Center (DIPC), en colaboración con equipos de investigación de Corea, Japón y Estados Unidos, ha presentado una nueva plataforma cuántica que utiliza los espines de electrónicos de átomos individuales sobre una superficie sólida, logrando un sistema de qubits (bit cuántico) múltiple que utiliza tres espines de electrones simultaneamente. Los resultados se han publicado en Science.

La unidad fundamental para el almacenamiento de información y el cálculo en los ordenadores es el bit, que puede tener un valor de 0 ó 1. En cambio, los ordenadores cuánticos funcionan con qubits como unidad fundamental, que pueden realizar cálculos en una superposición de estados 0 y 1, lo que significa que pueden existir simultáneamente en ambos estados, como en la paradoja del gato de Schrodinger. Esta capacidad se traduce en una mejora significativa del rendimiento en términos de almacenamiento de información y velocidad de procesamiento en comparación con los ordenadores clásicos.

Para comercializar los ordenadores cuánticos, se han propuesto varios tipos de qubits utilizando uniones superconductoras, trampas de iones, puntos cuánticos y estados de fase cuánticos. Debido a la relativamente corta historia de la ciencia de la información cuántica, el reto de diseñar un sistema de qubits óptimo sigue pendiente. Durante décadas, los esfuerzos de la ciencia se han concentrado en construir una arquitectura cuántico-coherente a escala atómica, un reino donde las propiedades fundamentales de los átomos, como el espín de los electrones, se abran paso. Un logro así podría revolucionar la ciencia cuántica y la nanotecnología.

De hecho, continúa siendo necesaria una investigación científica fundamental para poner en marcha una nueva plataforma cuántica que subsane las deficiencias de los qubits existentes y, al mismo tiempo, aumente su integración y fiabilidad.

La microscopía de barrido de efecto túnel (STM) ha demostrado ser muy útil para medir y controlar los estados electrónicos de átomos individuales, aprovechando los fenómenos de la mecánica cuántica. En este trabajo, que combina la tecnología STM y la ESR (resonancia de espín electrónico), la proyección de pulsos de microondas sobre átomos individuales de titanio en la superficie permite controlar y medir con éxito los estados de espín. Como resultado, fue posible controlar con precisión el espín de un solo átomo y ajustarlo al estado cuántico deseado. El reto restante era implementar un sistema multiqubit capaz de controlar varios qubits simultáneamente. La plataforma de qubits presentada en este trabajo consiste en múltiples átomos de titanio colocados sobre la superficie de un fino aislante (óxido de magnesio) y ha superado con éxito el reto.

 

Las investigadoras utilizaron la sonda de un microscopio de barrido en túnel (STM) manipulando con precisión las posiciones de cada átomo, creando una estructura de múltiples átomos de titanio donde sus espines pueden interactuar. Posteriormente, aplicaron un método de control remoto al átomo de titanio que sirve de sensor (qubit sensor) y controlaron y midieron con éxito múltiples qubits (qubits remotos) colocados a distancia con una sola sonda.

Como cada qubit remoto interactúa con el qubit sensor, los cambios en el estado de espín de los qubits remotos afectan al qubit sensor, y este cambio se lee a través de la sonda. En este trabajo también implementaron las operaciones fundamentales del procesamiento cuántico de la información, las puertas «CNOT» (Controlled NOT gate) y «Toffoli», utilizando esta plataforma de qubits. La investigación se llevó a cabo a una temperatura de 0,4 K (-272,6 °C).

«Manipular múltiples qubits a distancia a nivel atómico es realmente extraordinario», afirmó una de las investigadoras. «Hasta ahora, solo podíamos controlar un único qubit en la superficie, pero gracias a esta investigación, hemos dado un salto significativo en la implementación de sistemas de qubits múltiples a nivel atómico».

La plataforma presentada en este estudio tiene la ventaja de controlar con precisión el intercambio de información entre qubits a nivel atómico. También se distingue de las plataformas de qubits existentes porque puede implementar circuitos cuánticos integrados con qubits individuales de menos de 1 nm. Además, a diferencia de otras plataformas que requieren materiales específicos (qubits de uniones superconductoras), permite seleccionar varios átomos como materiales de qubit, además del titanio.

En cuanto a la futura implementación y aplicación de estos resultados, la aplicación del sistema de qubits implementado para el procesamiento práctico de información cuántica, requerirá asegurar un tiempo de operación suficientemente largo para realizar diversas operaciones cuánticas de forma continua mientras se incrementa el número de qubits. Utilizando el método introducido en esta investigación, se espera que se puedan conectar y operar hasta 5-6 qubits, pero es necesario seguir investigando para desarrollar una plataforma que pueda controlar más de 10 qubits simultáneamente mejorando las conexiones y los métodos de medición entre qubits.

Referencia:

Yu Wang, Yi Chen, Hong T. Bui, Christoph Wolf, Masahiro Haze, Cristina Mier, Jinkyung Kim, Deung-Jang Choi, Christopher P. Lutz, Yujeong Bae, Soo-hyon Phark, and Andreas J. Heinrich (2023) An atomic-scale multi-qubit platform Science doi: 10.1126/science.ade5050

Edición realizada por César Tomé López a partir de materiales suministrados por UPV/EHU Komunikazioa

El artículo Una nueva plataforma de qubits creada átomo a átomo se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

De vez en cuando, los medios de comunicación emiten imágenes de esas acumulaciones de basura y desperdicios flotantes que hemos vertido a los océanos y las corrientes marinas han amontonado en ciertas zonas, a las que llamamos islas de plástico. Pues, aunque sea un nombre muy gráfico y llamativo, en realidad conduce a un error. Y no me refiero a lo de los plásticos, sino a lo de islas.

Asimilando conceptos, podemos llegar a pensar que las islas naturales son acumulaciones de tierra que están flotando en el mar, una idea que nos ha acompañado desde tiempos inmemoriales y que forma parte de muchas de nuestras mitologías. Desde Odiseo, más conocido por su nombre latinizado Ulises, teniendo que evitar con su barco unas enormes rocas erráticas que chocaban entre sí en algún lugar del mar Egeo, hasta Maui, que sacó un enorme trozo de tierra del fondo del mar utilizando su anzuelo mágico y que, al soltarlo y romperse en pedazos quedaron flotando en el océano dando lugar a las islas Hawaii. Por suerte, hoy en día, podemos acudir a la Geología para saber qué son y cómo se forman realmente las islas.

Mecanismo de extensión o separación de dos placas tectónicas (según las flechas rojas) en donde se produce una facturación de la litosfera a favor de fallas denominadas normales (normal fault en la imagen) que generan bloques levantados (horst) y bloques hundidos (graben). Imagen del Servicio Geológico de Estados Unidos de América (United States Geological Service)

Una isla es una porción de tierra emergida, es decir, que aparece en posición subaérea y está completamente rodeada de agua. Pero eso no quiere decir que flote sobre el mar, más bien todo lo contrario. Todas las islas están enraizadas en el fondo marino y no son más que la parte superior de grandes elevaciones que ascienden hacia la superficie hasta superar el nivel del mar, por lo que podemos verlas en el océano. Así que las islas no serían más que la parte superior de enormes montañas que crecen desde el suelo marino por encima del nivel del agua en ese momento. De hecho, el fondo oceánico no es una superficie plana, existen infinidad de elevaciones de tierra que no llegan a salir a superficie, formando lo que denominamos montes submarinos.

Generalizando un poco, las islas se pueden formar por dos procesos geológicos concretos. Por un lado tenemos los movimientos tectónicos. Como ya he comentado otras veces, la capa más externa, sólida y rígida de nuestro planeta, la litosfera, está partida en pedacitos llamados placas tectónicas. Estas placas se mueven sobre la capa inferior, la astenosfera, que es un sólido plástico. Cuando dos de estas placas se separan una de otra, la litosfera se va adelgazando y fracturando, dando lugar a una serie de bloques hundidos y elevados como si fuesen los peldaños de una escalera que se van a ir cubriendo de agua marina poco a poco. Si el nivel del mar no asciende lo suficiente, algunos de los bloques elevados pueden aflorar en superficie, formando islas.

Pero las placas tectónicas también pueden chocar entre sí. En esos casos, se produce la comprensión de las rocas, que se van levantando lentamente desde el fondo oceánico formando montañas que, de nuevo, pueden llegar a superar el nivel del agua del mar y generar islas en superficie. Para poneros un ejemplo conocido, estos procesos técnicos se produjeron durante el choque de la placa Ibérica con la placa Africana dando lugar a las Cordilleras Béticas y su continuación oriental submarina, las islas Baleares.

Mapa de la topografía submarina (batimetría) de la Península Ibérica donde se observa la elevación de las islas Baleares desde el fondo del Mediterráneo. Imagen modificada del mapa The Mediterranean seafloor, ilustrado por Tiborg G. Toth para la División Cartográfica de la Sociedad Geográfica Nacional de Estados Unidos de América (Cartographic Division, National Geographic Society).

El otro proceso geológico generador de islas más común es el vulcanismo submarino. En este caso, nos encontramos con una cámara magmática en un punto fijo por debajo del fondo oceánico que, en un momento puntual, entra en erupción formando un volcán submarino. Con sucesivas erupciones en la misma zona, ese volcán va a ir creciendo cada vez más hacia la superficie, pudiendo llegar a sobresalir por encima del agua. Entonces formará una isla de origen volcánico, como todas las del archipiélago de las Canarias.

Si los procesos geológicos que han dado lugar a la formación de las islas continúan en el tiempo, estás crecerán, tanto en altitud sobre el nivel del mar como en superficie expuesta de manera subaérea. Pero si dichos procesos se detienen, empezará a actuar la erosión, desmantelando los terrenos emergidos pudiendo llegar a desaparecer las islas quedando sólo unos pequeños remanentes en forma de montes submarinos. Incluso, debido a los ascensos y descensos del nivel marino, algunos territorios emergidos pueden quedar cubiertos por el agua y al revés, elevaciones submarinas pueden aparecer en superficie, encontrándonos con la formación y destrucción de islas de manera continua. Y eso sin entrar en la existencia de algunos eventos extremos que pueden provocar la creación o desmantelamiento de territorios emergidos de manera muy brusca, como la erupción explosiva del volcán Thera durante la época minoica, que se cargó más de la mitad de la isla de Santorini.

En definitiva, las islas, como el resto de montañas de nuestro planeta, no son puñados de tierra flotando en el agua, sino grandes aglomeraciones de rocas bien ancladas al fondo oceánico y que responden a procesos geológicos que modifican nuestro paisaje, también el submarino.

Sobre la autora: Blanca María Martínez es doctora en geología, investigadora de la Sociedad de Ciencias Aranzadi y colaboradora externa del departamento de Geología de la Facultad de Ciencia y Tecnología de la UPV/EHU

El artículo Islas, montañas que emergen del mar se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

promedios

En la calle Acme 1 hay un edificio de dos plantas.

Las edades de las cinco personas que viven en la primera planta del edificio son 8, 14, 20, 23 y 35 años. Es decir, su edad promedio es:

(8 + 14 + 20 + 23 + 35) / 5 = 100 / 5 = 20 años.

Las seis personas que habitan en la segunda planta del inmueble tienen 25, 30, 35, 40, 45 y 59 años respectivamente. Por lo tanto, su edad promedio es

(25 + 30 + 35 + 40 + 45 + 59) / 6 = 235 / 6 = 39 años.

Juan vive en la primera planta. Tiene 35 años. Harto de soportar los ruidos de sus vecinos, decide mudarse a la segunda planta. Ahora la edad media en la primera planta de la calle Acme número 1 es:

(8 + 14 + 20 + 23) / 4 = 65 / 4 = 16,25 años,

y la edad media en la segunda planta pasa a ser (redondeando con dos decimales):

(25 + 30 + 35 + 35 + 40 + 45 + 59) / 7 = 269 / 7 = 38,43 años.

Sorprendentemente, las edades promedio en las dos plantas han disminuido.

Organizando movimientos de este tipo, ¿podríamos seguir reduciendo la edad media de todas las plantas del edificio y “rejuvenecer” de este modo (en media) a las personas residentes en el inmueble? ¿Qué cambios de este tipo consiguen reducir la edad promedio? 

Explicación

Esta situación parece contradictoria: tenemos dos conjuntos de números, A y B y, moviendo un elemento de A a B, se ha reducido la media de ambos conjuntos. Raro, ¿no? Pero no hay errores de cálculo. Obviamente, el promedio de las edades de los once habitantes de las dos primeras plantas del edificio se ha mantenido; es:

(8 + 14 + 20 + 23 + 25 + 30 + 35 + 35 + 40 + 45 + 59) / 11 = 334 / 11 = 30,36.

La media ponderada de los dos primeros promedios es:

(5 / 11) x 20 + (6 / 11) x 39 = 334 / 11 = 30,36.

Y, por supuesto, coincide con la media ponderada de las edades tras el cambio de piso de Juan:

(4 / 11) x 16,25 + (7 / 11) x 38,43 = 334,01 / 11 = 30,36.

Esto es, de nuevo, bastante contraintuitivo: cuando tomamos el promedio ponderado de dos números puede permanecer constante, aunque cada uno de los dos números promediados disminuya…

Esta “paradoja” ha sucedido por el siguiente motivo: si en dos conjuntos de números A y B trasladamos de A a B un elemento x mayor que la media de A y menor que la media de B, entonces, las nuevas medias de A y B disminuirán. Pero los promedios ponderados antes y después del cambio permanecerán constantes.

En efecto, la media de los elementos de A disminuye porque se ha eliminado de A un número mayor que la media de A, y eso evidentemente baja su promedio. Además, se ha añadido al conjunto B un número inferior al promedio de los elementos de B; y obviamente esto baja la media de B.

En nuestro ejemplo, Juan tiene 35 años, cantidad que se sitúa entre los dos promedios del primer y el segundo piso (20 < 35 < 39), por eso su cambio de planta produce la disminución de las medias de edad en ambos pisos… ¡Aunque nadie se ha vuelto más joven!

Repitiendo el proceso

Por supuesto, el anterior fenómeno no sucede siempre. Si tenemos dos conjuntos de números A y B, ambos con las mismas medias aritméticas, cualquier cambio de uno de los elementos (con valor diferente a la media) de uno a otro conjunto provocará que las medias resultantes varíen en direcciones opuestas.

En el caso de la calle Acme, tras el cambio de Juan, podrían volverse a reducir las edades medias si la persona de 23 años (16,25 < 23 < 38,43) de la primera planta se mudara a la segunda. La nueva edad media en la primera planta sería:

(8 + 14 + 20) / 3 = 42 / 3 = 14 años,

y la edad media en la segunda planta pasaría a ser:

(23 + 25 + 30 + 35 + 35 + 40 + 45 + 59) / 8 = 292 / 8 = 36,5 años.

Y podríamos realizar una nueva disminución de edad si la persona de 20 años del primer piso (14 < 20 < 36,5) se trasladara al segundo piso. La nueva edad media en la primera planta sería:

(8 + 14) / 2 = 22 / 2 = 11 años,

y la edad media en la segunda planta pasaría a ser (redondeando con dos cifras decimales):

(20 + 23 + 25 + 30 + 35 + 35 + 40 + 45 + 59) / 9 = 312 / 9 = 34,67 años.

De nuevo podríamos repetir este “juego” si la persona de 14 años del primer piso (11 < 14 < 34,67) se trasladara al segundo piso. La nueva edad media en la primera planta sería:

8 / 1 = 8 años,

y la edad media en la segunda planta pasaría a ser:

(14 + 20 + 23 + 25 + 30 + 35 + 35 + 40 + 45 + 59) / 10 = 326 / 10 = 32,6 años.

Aunque, por supuesto, la media ponderada en esta última etapa seguiría siendo la misma (redondeando con dos cifras decimales) que al principio:

(1 / 11) x 8 + (10 / 11) x 32,6 = 334 / 11 = 30,36.

Referencia

Jean-Paul Delahaye, Le déménagement miraculeux, Accromath 18.1, hiver – printemps 2023, 30-31.

Sobre la autora: Marta Macho Stadler es profesora de Topología en el Departamento de Matemáticas de la UPV/EHU, y colaboradora asidua en ZTFNews, el blog de la Facultad de Ciencia y Tecnología de esta universidad

El artículo Sorprendentes promedios se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

demonios
Los físicos han sospechado durante mucho tiempo que algunos trozos de metal podrían vibrar de una manera peculiar que sería casi invisible. Ahora los físicos han detectado estos «modos demoníacos».

Un artículo de Charlie Wood. Historia original reimpresa con permiso de Quanta Magazine, una publicación editorialmente independiente respaldada por la Fundación Simons.

Los físicos han detectado una inusual onda «demonio» de electrones que es invisible a la radiación electromagnética. Fuente: Kristina Armitage / Quanta Magazine

En 1956, David Pines formuló un fantasma. Predijo la existencia de mares de ondas eléctricas que podrían neutralizarse entre sí, dejando todo el océano inmóvil incluso cuando las olas individuales fluían y refluían. La rareza, que llegó a ser conocida como el demonio de Pines, sería eléctricamente neutra y, por lo tanto, invisible a la luz: la definición de difícil de detectar.

A lo largo de décadas, los físicos lograron vislumbrar variantes de demonios. Pero el demonio original de Pines, que surgiría naturalmente a partir de electrones en bloques metálicos, pasó desapercibido.

Ahora, un equipo de físicos de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, parece haber detectado el demonio de Pines. Después de perfeccionar una técnica para rastrear con precisión los electrones cuando rebotan en un material, el equipo produjo y detectó una serie de ondas periódicas que se propagan a través de enjambres de electrones. Estas ondas, que los físicos llaman «modos», coinciden en gran medida con los cálculos de Pines. Los investigadores detallaron sus hallazgos en Nature en agosto.

«Estos modos no se habían visto en 70 años», explica Piers Coleman, físico teórico de la Universidad Rutgers. Pero este nuevo experimento, de alguna manera, «recoge estos modos demoníacos».

Imagina demonios

La década de 1950 fue una época de auge para el estudio de los electrones en los metales. Los físicos ya habían desarrollado una teoría simplista que ignoraba la tendencia de los electrones a alejarse unos de otros, tratándolos colectivamente como si formaran una especie de gas que fluye libremente. En 1952, Pines y su director de tesis doctoral, David Bohm, dieron un paso más. Después de agregar las interacciones de los electrones a esta teoría del “gas de electrones”, descubrieron que los electrones podían agruparse en algunos lugares y dispersarse en otros. Estos electrones agrupados formaban ondas ordenadas de densidad mayor y menor alternadas (y, por lo tanto, regiones de carga eléctrica mayor y menor).

Una onda de electrones (azul) con regiones alternas de alta y baja densidad. Fuente: Merrill Sherman / Revista Quanta

Luego, Pines llevaría más lejos aún más la nueva teoría. Imaginó un material que contenía dos gases, cada uno formado por un tipo diferente de partícula cargada. Específicamente, imaginó un metal con electrones «pesados» y electrones «ligeros». (Todos los electrones son idénticos en teoría, pero en el mundo real sus propiedades mensurables dependen de su entorno). Pines descubrió que las ondas del primer gas podían neutralizar las ondas del segundo; donde los electrones pesados se agrupaban, los electrones ligeros disminuían. Luego, a medida que los grupos de electrones pesados se dispersaban, los electrones más ligeros se reunían para llenar las zonas menos ocupadas. Debido a que un gas se espesaba precisamente donde el otro gas se diluía, la densidad electrónica total de ambos tipos juntos (y por lo tanto la carga y el campo eléctrico totales) permanecerían neutrales e invariables. «Las cosas pueden estar moviéndose incluso cuando parece que no lo están», explica Anshul Kogar, físico de materia condensada de la Universidad de California en Los Ángeles.

Ondas superpuestas de dos tipos de electrones (azul y dorado). La densidad de cada color varía, pero la densidad general de las partículas permanece igual en todas partes. Fuente: Merrill Sherman/Revista Quanta

La luz se refleja sólo en objetos con una distribución desigual de carga eléctrica, por lo que la neutralidad de la vibración de Pines la hacía perfectamente invisible. La luz viene en paquetes de energía llamados fotones, y Pines bautizó los paquetes de energía de sus ondas como «demonios». El nombre era un guiño al experimento mental demoníaco de James Clerk Maxwell, un físico pionero que, se lamentó Pines, había vivido demasiado pronto como para que una partícula u onda llevara su nombre. «Sugiero que, en honor a Maxwell, y porque estamos tratando aquí con un caso de movimiento definido de electrones (o D.E.M. por sus siglas en inglés), llamemos a estas nuevas excitaciones ‘demonios'», escribió Pines en 1956.

A lo largo de las décadas, los físicos vieron ondas demoníacas en diversos materiales. En 1982, investigadores de los Laboratorios Bell detectaron ondas opuestas en láminas vecinas de arseniuro de galio. Y este año, un equipo dirigido por Feng Wang de la Universidad de California en Berkeley describió un experimento que capturó ondas casi invisibles de electrones latiendo en sincronía con ondas ligeramente más delgadas de objetos similares a partículas cargadas positivamente en una lámina de grafeno.

David Pines predijo que podría surgir una onda «demonio» invisible en materiales con dos tipos de electrones. Foto: Minesh Bacrania para SFI

Pero estos avistamientos ocurrieron en gran medida en sistemas bidimensionales donde una característica demoníaca definitoria era menos llamativa. Debido a una peculiaridad en la dimensionalidad, en 2D puedes desencadenar una onda de carga con un esfuerzo tan pequeño como quieras. Pero en 3D, iniciar una onda requiere una cantidad mínima de energía para que los electrones asociales se agrupen. Los demonios eléctricamente neutros se ahorran esta tarifa de energía 3D. «Ver al demonio en un sólido tridimensional es un poco especial», comenta Kogar, quien realizó su investigación doctoral con el grupo Urbana-Champaign.

Aquí hay demonios

El equipo de Urbana-Champaign, dirigido por Peter Abbamonte, nunca fue a cazar demonios. El demonio de Pines vino directamente a su laboratorio.

En 2010, el grupo de Abbamonte comenzó a desarrollar una técnica para detectar pequeños temblores que se propagan a través de las hordas de electrones. Lanzaban electrones a un material y registraban con precisión la energía que transportaban y el camino que tomaban cuando rebotaban. Basándose en los detalles de esos rebotes el grupo pudo inferir cómo respondía el material a la colisión, lo que a su vez reveló las propiedades de las ondas creadas por la colisión. Era un poco como determinar si una bañera está llena de agua, miel o hielo arrojándole pelotas de pingpong.

Peter Abbamonte, físico de la Universidad de Illinois, Urbana-Champaign, no fue a buscar al demonio de Pines. Su grupo se topó con esto mientras exploraba una nueva forma de estudiar materiales. Fuente: Universidad de Illinois

Hace unos años, los investigadores decidieron poner en su punto de mira un metal superconductor llamado rutenato de estroncio. Su estructura es similar a la de una misteriosa clase de superconductores de “cuprato” a base de cobre, pero se puede fabricar de una manera más limpia. Si bien el equipo no aprendió los secretos de los cupratos, el material respondió de una manera que Ali Husain, quien había perfeccionado la técnica como parte de su doctorado, no entendía.

Husain descubrió que los electrones que rebotaban perdían su energía y su momento, lo que indicaba que estaban provocando ondas que drenaban energía en el rutenato de estroncio. Pero las ondas desafiaban sus expectativas: se movían 100 veces demasiado rápidas como para ser ondas sonoras (que se propagan a través de los núcleos atómicos) y 1.000 veces demasiado lentas como para ser ondas de carga propagándose por la superficie plana del metal. También tenían muy poca energía.

«Pensé que debía ser un artefacto», explica Husain. Entonces colocó otras muestras, probó otros voltajes e incluso hizo que diferentes personas tomaran las medidas.

Ali Husain desarrolló una forma de medir con precisión las energías y las trayectorias de los electrones que rebotan; Estas observaciones revelaron modos demoníacos en el rutenato de estroncio. Foto: Mateo Mitrano

Las vibraciones no identificadas seguían ahí. Después de hacer los cálculos, el grupo se dio cuenta de que las energías y los momentos de las ondas encajaban mucho con la teoría de Pines. El grupo sabía que en el rutenato de estroncio los electrones viajan de un átomo a otro utilizando uno de tres canales distintos. El equipo concluyó que en dos de estos canales, los electrones se sincronizaban para neutralizar el movimiento de los otros, desempeñando el papel de los electrones «pesados» y «ligeros» del análisis original de Pines. Habían encontrado un metal con la capacidad de albergar al demonio de Pines.

«Es estable en el rutenato de estroncio», afirma Abbamonte. «Siempre está ahí».

Las ondulaciones no coinciden perfectamente con los cálculos de Pines. Y Abbamonte y sus colegas no pueden garantizar que no estén viendo una vibración diferente y más complicada. Pero en general, dicen otros investigadores, el grupo presenta argumentos sólidos de que han atrapado al demonio de Pines.

«Han hecho todas las comprobaciones de buena fe que pueden hacer», comenta Sankar Das Sarma, un teórico de la materia condensada de la Universidad de Maryland que ha sido pionero en el estudio de las vibraciones demoníacas.

Demonios desatados

Ahora que los investigadores sospechan que el demonio existe en metales reales, algunos no pueden evitar preguntarse si los movimientos inmóviles tienen algún efecto en el mundo real. «No deberían ser raros y podrían hacer cosas», dice Abbamonte.

Por ejemplo, las ondas sonoras que se propagan a través de redes metálicas vinculan los electrones de una manera que conduce a la superconductividad, y en 1981, un grupo de físicos sugirió que las vibraciones demoníacas podrían conjurar la superconductividad de una manera similar. El grupo de Abbamonte eligió originalmente el rutenato de estroncio por su superconductividad poco ortodoxa. Quizás el demonio podría estar involucrado.

«En este momento se desconoce si el demonio juega un papel o no», explica Kogar, «pero es otra partícula en el juego». (Los físicos suelen considerar a las ondas con determinadas propiedades como partículas).

Pero la principal novedad de la investigación reside en detectar el tan esperado efecto metálico. Para los teóricos de la materia condensada, el hallazgo es una coda satisfactoria para una historia que comenzó hace 70 años.

«Es una posdata interesante de la historia temprana del gas de electrones», afirma Coleman.

Y para Husain, que terminó su carrera en 2020 y ahora trabaja en la empresa Quantinuum, la investigación sugiere que los metales y otros materiales están llenos de vibraciones extrañas que los físicos carecen de instrumentación para comprender.

“Simplemente están ahí sentadas”, dijo, “esperando a ser descubiertas”.

 

El artículo original, Invisible ‘Demon’ Discovered in Odd Superconductor, se publicó el 9 de octubre de 2023 en Quanta Magazine. Cuaderno de Cultura Científica tiene un acuerdo de distribución en castellano con Quanta Magazine.

Traducido por César Tomé López

El artículo Un «demonio» invisible detectado en un raro superconductor se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Los animales que más vidas humanas se llevan por delante no son las serpientes, ni los perros y ni siquiera los propios seres humanos, sino diminutos insectos, en apariencia inofensivos, aunque letales: los mosquitos. Como vectores de multitud de enfermedades infecciosas (dengue, malaria, zika, fiebre amarilla, chikungunya, virus del Nilo Occidental…), estos insectos son unos de los principales enemigos de la Salud Pública mundial. Se calcula que diferentes especies de mosquito provocan, de forma indirecta, la muerte de en torno a 750.000 personas al año. Todo ello a pesar de las diversas medidas que se toman diariamente para limitar su número y evitar que piquen a los humanos: eliminación y tratamiento de aguas estancadas, mosquiteras, repelentes, insecticidas…

Fuente: Pixabay

Para empeorar aún más las cosas, la crisis climática está potenciando la expansión de los mosquitos a nuevos territorios. Las inundaciones y las olas de calor cada vez más frecuentes y graves en Europa, junto con unos veranos más cálidos y largos, crean unas condiciones más favorables para la expansión de los mosquitos invasores Aedes albopictus (más conocido como «mosquito tigre») y Aedes aegypti, que no son propios de esta zona del planeta. España atestigua la gran capacidad que tiene el mosquito tigre para extenderse: la primera vez que se detectó su presencia fue en Sant Cugat del Vallés en el verano de 2004, desde entonces este vector ha conseguido expandirse ya por casi todo el país.

En esta eterna lucha contra los mosquitos, los científicos llevan décadas investigando una solución más drástica para combatirlos: liberar individuos con ciertas características especiales para que se integren en las poblaciones de mosquitos y así destruirlas desde dentro, como si fueran caballos de Troya.

En ese sentido, una estrategia radical es modificar genéticamente a estos insectos para que se vuelvan estériles y así erradicar poblaciones completas al transmitir este rasgo entre los individuos a lo largo de sucesivas generaciones. Es algo que se ha conseguido ya en el laboratorio y que se ha probado en el mundo real. En 2019, por ejemplo, se liberaron por primera vez mosquitos macho genéticamente modificados para ser estériles en Burkina Faso. Los investigadores comprobaron que muchos de estos insectos murieron sin dejar descendencia, mientras que otros sí que fueron capaces de reproducirse con las hembras, pero sin llegar a tener descendencia viable. En conjunto, esto contribuyó a que el número total de mosquitos disminuyera de forma significativa en la zona.

Otra opción para diezmar a los mosquitos es la liberación de mosquitos portadores de bacterias Wolbachia. Este género de bacterias es muy común y se encuentra de forma natural en torno al 50-60 % de los insectos, incluyendo a algunas especies de mosquito, pero no todas. La especie Aedes aegypti, por ejemplo, vector principal de numerosas enfermedades infecciosas, no es portadora natural de Wolbachia. Sin embargo, es posible introducir estas bacterias a través de diferentes métodos, como depositarlas en los huevos.

El efecto positivo para los humanos es doble cuando se liberan mosquitos con Wolbachia en poblaciones de estos insectos. Por un lado, los mosquitos macho con estas bacterias que se aparean con los mosquitos hembra pueden dar como resultado huevos que no son viables. Este fenómeno, cuyos detalles siguen sin comprenderse todavía muy bien, se debe a que dichas bacterias causan una incompatibilidad citoplasmática entre los espermatozoides y los óvulos, de forma que los primeros son incapaces de fertilizar a los segundos.

Además de este efecto, cuando los mosquitos A. aegypti portan bacterias Wolbachia ocurre un hecho peculiar: estos microorganismos dificultan la transmisión de diferentes virus (como aquellos que causan dengue, zika, chikungunya, fiebre amarilla…) a través de su picadura. Estas bacterias compiten con los virus por los recursos biológicos en el interior de las células de los mosquitos y dificultan su multiplicación, por lo que el riesgo de contagio cuando una persona sufre una picadura con algún mosquito portador de Wolbachia y algún virus patológico es mucho menor. Además, los mosquitos con esta bacteria pueden ir transmitiéndola progresivamente con el paso del tiempo a sus compañeras, hasta que gran parte de la población sea portadora.

Esta última estrategia, la liberación de mosquitos con bacterias Wolbachia, se ha puesto a prueba en múltiples ocasiones en el mundo real (en un total de 13 países) con muy buenos resultados. Además, se ha comprobado que es una opción segura tanto para las personas como para el medio ambiente. Hace unos años, en Yumbo, Colombia, se liberaron mosquitos con estos microorganismos para limitar los casos de dengue en dicha zona. Más recientemente, Médicos Sin Fronteras ha puesto en marcha en Honduras, junto al Ministerio de Salud del país y el World Mosquito Program, la suelta de mosquitos A. aegypti con Wolbachia para reducir la capacidad de dichos insectos para transmitir diferentes tipos de virus como el que provoca el dengue.

La ventaja de este enfoque, a diferencia de extinguir poblaciones enteras de mosquitos al dejarles estériles mediante ingeniería genética, es que no existe el riesgo de alterar los ecosistemas en los que habitan los mosquitos. Aunque provoquen estragos en la salud del ser humano, los mosquitos también cumplen su papel en la naturaleza y eliminarlos podría provocar cambios perjudiciales sobre otras especies animales y vegetales. Al fin y al cabo, los mosquitos (hembra) no solo chupan la sangre, también polinizan plantas y son el alimento de multitud de animales como diferentes tipos de peces, aves, murciélagos, ranas o cangrejos.

Nuestra visión antropocéntrica (especialmente desde el punto de vista de la medicina) no debería hacernos olvidar que, por mucho odio que tengamos hacia el mosquito, este insecto simplemente se alimenta de nosotros para reproducirse (poner huevos) y tiene su función útil en los ecosistemas. Que sea portador de enfermedades infecciosas que matan a infinidad de personas cada año es un efecto colateral.

Sobre la autora: Esther Samper (Shora) es médica, doctora en Ingeniería Tisular Cardiovascular y divulgadora científica

El artículo Objetivo: Diezmar los mosquitos con caballos de Troya se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

aplaudir

Aplaudir. 1. Palmotear en señal de aprobación o entusiasmo. 2. Celebrar a alguien o algo con palabras u otras demostraciones.

Diccionario RAE.

Quiero medir por dónde deben ir mis pasos, condicionar cuál debe ser mi actitud, presentarme ante vosotros resistiendo hasta donde deba resistir los impulsos arrebatadores de vuestros aplausos, obedeciendo al mandato de mi conciencia.

Conferencia de Don Niceto Alcalá Zamora pronunciada en el Teatro de Apolo, de Valencia el día 13 de abril de 1930.

Doña Elena llegó sobre las 21.40 horas a la plaza de toros acompañada de su prima. Ambas entraron en el coliseo con discreción, pero la nube de fotógrafos y cámaras de televisión que las rodeaba advirtieron a los aficionados, que se encontraban en la plaza y que al reconocerla rompieron en un aplauso.

Entrada de Doña Elena en la Plaza de Toros de Palma el 13 de agosto de 2010.

Por su complejidad, utilidad y ubicuidad en contextos sociales y culturas, el interés por los aplausos podría extenderse a politólogos, historiadores, sociólogos, musicólogos, psicólogos, etólogos y todo observador humano curioso.

Alan Crawley, 2023.

Foto: Valentin Lacoste / Unsplash

Hace unas semanas, en la retransmisión de las etapas del Tour de Francia o de la Vuelta a España y en los debates de investidura en el Congreso de Diputados, había multitud de personas aplaudiendo a ciclistas y diputados. Aplaudían todos, desde los bebés colocados en hombros de sus padres hasta los ancianos en silla de ruedas, incluso, y mucho, lo hacían los diputados cuando discurseaba su líder. Y, sin embargo, son escasos los estudios científicos y las hipótesis sobre el origen, función e intención de los aplausos, de la acción de aplaudir, del palmoteo en señal de aprobación o, incluso, de entusiasmo, como lo describe el Diccionario. Hoy los aplausos suceden a diario en miles de eventos, desde cumpleaños hasta actos políticos.

El aplauso, en general, es un refuerzo de la identidad de grupo, esencial en la conducta de la especie humana. Con ello se consolida el grupo, hacia su interior, y se evidencia su separación de otros grupos, hacia el exterior. Pero el aplauso requiere coordinación y es interesante conocer como se consigue.

La importancia del aplauso como señal de aprobación o reconocimiento es algo conocido desde la antigüedad. Por ejemplo, se cuenta que el emperador Nerón pagó a 5000 caballeros y soldados, los llamados Augustiani, para vitorear sus apariciones públicas con aplausos. Los directores de teatro y los empresarios descubrieron que podían hacer lo mismo en sus eventos, contratando gente para aplaudir; era y es la claque. En el siglo pasado, la televisión y los medios encontraron que podían copiar esta estrategia con la risa enlatada o, si se quiere, con el aplauso enlatado. Así incluso los políticos dan la apariencia de que más personas asistieron a sus mítines. Otra función social conjunta de los aplausos colectivos es habitual cuando un equipo de fútbol sale al campo de juego y el público recibe a los jugadores con cánticos, estruendo y aplausos. Aplaudir cumple dos funciones: expresar apoyo al equipo e intimidar al rival. 

En fin, como escribe Alan Crowley, de la Universidad del Salvador en Buenos Aires, hoy en día, hay muchas preguntas sin resolver y grandes lagunas en el conocimiento como para afirmar que el comportamiento de los aplausos está poco estudiado, que la razón de los evidentes y extendidos aplausos en la especie humana es poco conocida.

Una definición de aplaudir

En primer lugar, la definición de aplauso. Para Alan Crowley, después de revisar la bibliografía, considera que no es fácil llegar a una conclusión. Este autor, después de debates y dudas, nos ofrece una definición realmente extensa y detallada:

Aplaudir es una acción corporal universal realizada conscientemente en la que los dos movimientos primarios son 1) el movimiento lateral hacia adentro de los antebrazos en el eje transversal, generalmente, hacia el centro del eje sagital y 2) la connivencia entre las manos abiertas izquierda y derecha contra cada una de ellas en una posición frecuente prototípica, con variaciones en las opciones de mano, brazo y postura, que produce a partir del golpe un sonido acústico humano ampliamente reconocible. El objetivo mecánico de tal acción es comprimir y explotar una pequeña burbuja de aire entre las palmas de las manos. Se realiza con una posterior repetición constante de la misma acción en la mayoría de los casos, siguiendo un ritmo relativamente estable con tendencia a aumentar o disminuir la cantidad de palmadas por minuto. Una cosa más es que los aplausos generalmente se realizan con la intención de comunicar algo.

Una definición compleja que merece meditación, debate y conclusiones. Además, hay que añadir que una persona puede aplaudir pero solo se convierte en aplauso cuando varias lo hacen repetidamente y al mismo tiempo.

Así, por ejemplo, el grupo de Z. Neda, desde la Universidad Babes-Bolyai de Cluj-Napoca, en Rumania, escribe que una audiencia expresa aprecio por una buena actuación por la fuerza y ​​la naturaleza de sus aplausos. El estruendo de los primeros aplausos a menudo se convierte repentinamente en aplausos sincronizados, y esta sincronización puede desaparecer y reaparecer varias veces durante los aplausos. Primero, los aplausos iniciales no están sincronizados, pero se sincronizan eliminando, cada participante, el segundo golpe del aplauso. El fenómeno es una expresión de auto organización social que muestra un ejemplo a escala de la especie humana de los procesos de sincronización que ocurren en numerosos sistemas naturales, que van desde las luciérnagas asiáticas hasta las reacciones químicas oscilantes.

Por otra parte, es curioso, según los autores, que la sincronización es más habitual en los aplaudidores de Europa oriental mientras que solo se da esporádicamente en Europa occidental o en Norteamérica.

Es evidente que los políticos, o los actores, buscan el aplauso de su audiencia durante sus discursos. Peter Bull, de la Universidad de York, en Inglaterra, publicó una revisión de lo publicado sobre este tema hasta 2006. La primera conclusión es que se sobreestiman los trucos de los oradores para provocar el aplauso de sus seguidores. Y, por el contrario, hay otros dispositivos poco estudiados como, por ejemplo, los aplausos que no están sincronizados con el texto del discurso, el conocimiento previo por la audiencia del contenido del discurso, y, también, los aplausos no invitados, no preparados de antemano.

La falta de relación entre discurso y aplauso provoca que solo el 61% de los aplausos están verdaderamente sincronizados. Hay cuatro incidentes principales detrás de esta no sincronización: aplausos aislados y no del grupo, aplausos retrasados respecto del texto del discurso, aplausos que interrumpen al político y aplausos interrumpidos por el propio orador.

Para Crowley, aplaudir puede tener motivaciones muy antiguas en la historia de Homo sapiens:

1. Redirigir la atención de los compañeros hacia un evento o hacia el individuo mismo,

2. Señalar afiliación o no a través de momentos de entusiasmo que invitan a un encuentro lúdico,

3. Amenaza con códigos visuales y auditivos,

4. Mensaje afectivo,

5. Crear pertenencia colectiva al grupo con sincronización de conductas.

Y desde el significado cultural, el aplauso puede funcionar para:

1. Aprobación, con aplausos

2. Celebración, generalmente con aplausos

3. Apoyo, con aplausos

4. Cooperación, generalmente con aplausos

5. Intimidación, con aplausos

En conclusión, escribe Alan Crawley, aplaudir es una conducta con muchas variantes según los mensajes que se transmiten y según las formas de hacerlo. Aplaudir es una conducta típica que incluye significados positivos de apoyo y aprobación. El tipo de mensajes enviados con los aplausos quizá dependa de diferencias en la conducta de cada persona. Los aplausos se pueden realizar de diferentes maneras y con diferentes propósitos y significados y, por ello, los mensajes que se envían contienen mensajes no verbales polisémicos y multipropósito. Las funciones que cumple el aplauso podían ser una o varias de las siguientes: 1) atraer o redirigir la atención, 2) ser una invitación lúdica a participar en el juego, o 3) es amenaza visual y acústica ante cualquier alarma. Estas tres funciones se cumplen al menos en parte con los aplausos, tal como los utilizamos en este siglo en la mayoría de las situaciones sociales. Pero parece que el mensaje de aprobación del aplauso es la función principal del aplauso en nuestra cultura.

Aprender a aplaudir

Todo lo anterior plantea una pregunta interesante: quizá aplaudir no sea un comportamiento innato sino adquirido durante el desarrollo. Si es así, ¿cuándo y cómo aprenden los humanos a aplaudir?  ¿Aprendimos a aplaudir o es un legado biológico? Posiblemente, los humanos aprendan primero a aplaudir, y solo después del desarrollo de habilidades cognitivas específicas puedan usar el aplauso como tal, como aplauso.

Si el aplauso se adquiere durante la ontogenia, debe tener un origen accesible a toda la humanidad y ser fácil de aprender para justificar su distribución mundial. El Homo sapiens ha desarrollado una serie de patrones de conducta universales, como reír, bostezar y sonreír, presentes en las culturas más heterogéneas, todos los cuales tienen un repertorio con diferentes significados que pueden transmitir. Sin embargo, tienden a ocurrir transculturalmente con mayor frecuencia, en relación con un conjunto concreto de situaciones y significados. La cuestión es si el aplauso puede ser una conducta en esta misma categoría.

Para el inicio del aplauso solo se necesita que una persona comience a aplaudir para que este comportamiento sea adoptado y replicado por todos los demás. El hecho de que un solo individuo pueda provocar espontáneamente un acto cooperativo transitorio entre pocas o, incluso, miles de personas merece destacarse como una de las pocas conductas de nuestra especie que se copia e imita con tanta rapidez y participación. Quizá al ser un acto poco representativo de la identidad de cada individuo, puede aumentar la probabilidad de realizarlo con anonimato y, por tanto, es más fácil de utilizar para rituales sociales colectivos.

En el estudio de Paula Fitzpatrick y sus colegas, de la Universidad de Connecticut en Storrs, se muestra que los niños aprenden a aplaudir tarde durante el primer año de vida aunque no tienen la coordinación necesaria para producir una secuencia estable y predecible de palmadas, característica de la sincronía del aplauso. El grupo estudiado lo forman 20 niños de 3 a 7 años de edad. Parece que aplaudir es más difícil de aprender que otras actividades corporales básicas. El control motor óptimo necesario para producir un aplauso constante se desarrolla solo a partir de los siete años. Quizá el niño descubre el aplauso al chocar las palmas y se ayuda de la imitación de lo que observa en personas de más edad. Y, finalmente, se entrenará para conseguir un aplauso específico para conseguir un palmoteo concreto.

La hipótesis más aceptada es la que dice que aplaudir era un vehículo de comunicación cuando los ancestros de los primates carecían de aparatos vocales adecuados para producir el lenguaje en un momento dado de la evolución, pero tenían los músculos y la capacidad motora y estructural indispensables para producir palmas. Aplaudir es un modo de comunicación compartido con otros primates como, por ejemplo, los gorilas, tal como describen Ammie Kalan y Hugo Rainey, de la Universidad Brookes de Oxford y de la Sociedad de Conservación de la Vida Salvaje de Brazzaville, en la República del Congo, y es probable que la especie humana haya heredado esta conducta de algún predecesor primate. Para Kalan y Rainey, en los gorilas de Likouala, en el nordeste del Congo, aplaude una hembra adulta, da dos palmadas cada vez y parece un comportamiento que mantiene y refuerza la cohesión del grupo durante alguna amenaza. También se han detectado palmas en chimpancés de Guinea, en las montañas Nimba, para difundir alguna alarma en el grupo. Por otra parte, también las focas, otro grupo de mamíferos, aplauden con sus extremidades anteriores.

Todo lo anterior sobre la evolución del aplauso son especulaciones ya que las palmas son la señal no vocal con mayor volumen acústico y consiguen una capacidad muy eficaz de proyección de volumen. Esta es una acción simple, rápida y efectiva. Sin embargo, por ello mismo, su origen es borroso y siempre en debate. 

La biología es la causa y el origen de muchos de nuestros comportamientos como especie. Cada gesto, expresión, postura o sonido que emitimos los humanos desde el principio hasta el final de nuestra vida está diseñado, influenciado, limitado y adquirido por nuestra biología y también moldeado por la cultura e individualidad humanas. 

Los que hayan obtenido como producto de sus acciones, logros o reputación, y los aplausos de sus compañeros habrán experimentado satisfacción y disfrute. Dado que los aplausos provocan en la persona bienestar en la mayoría de los casos, es probable que los humanos hayan repetido conductas que impulsaron el aplauso de los demás hacia ellos. Quizás una parte de las conductas en los adultos venga de buscar la aprobación no verbal con el aplauso por parte de las personas influyentes más cercanas. Por ejemplo, después de completar una tarea, el niño que recibió una serie de aplausos puede intentar repetir ese comportamiento en el futuro para revivir el refuerzo positivo. En función del nivel de positividad experimentado tras la realización de la acción, el organismo tiende a repetir o no la acción. 

Así, el lector puede deducir sus propias conclusiones hasta que no quede duda sobre el verdadero origen del aplauso. En la ciencia encontrará respuesta, pero mientras tanto, el conocimiento imperfecto es mejor que ninguno para navegar en las aguas de nuestro entorno social. Siempre es mejor tener una teoría para comprender un comportamiento de uso frecuente y ampliamente transcultural en lugar de no tener nada.

Referencias:

Bull, P. 2006. Invited and uninvited applause in political speeches. British Journal of Social Psychology 45: 563-578.

Bull, P. & M. Noordhuizen. 2000. The mistiming of applause in political speeches. Journal of Language and Social Psychology 19: 275-294.

Crawley, A. 2023. Clap, clap, clap – Unsystematic review essay on clapping and applause. Integrative Psychological and Behavioral Science doi: 10.1007/s12124-023-09786-9.

Fitzpatrick, P. et al. 1996. Dynamical patterns in the development of clapping. Child Development 67: 2691-2708-

Kalan, A. K. & H.J. Rainey. 2009. Hand-clapping as a communicative gesture by wild female swamp gorillas. Primates 50: 273-275.

Mouratidis, J. 1985. Nero: The artist, the athlete and his downfall. Journal of Sport History 12: 5-20.

Neda, Z. et al. 2000. The sound of many hands clapping. Nature 403: 849-850.

Sobre el autor: Eduardo Angulo es doctor en biología, profesor de biología celular de la UPV/EHU retirado y divulgador científico. Ha publicado varios libros y es autor de La biología estupenda.

El artículo Aplaudir se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.