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Nahúm Méndez

Gure planetako dibertsitate mineralogikoa handia da. Orain arte ia zazpi mila mineral espezie ezagutzen ditugu eta beste planetak aztertzen ditugunean geure buruari honako hauek galdetzen dizkiogu: Eguzki Sistemako beste planetetan edo gorputzetan antzeko kopurua izango dute? Beharbada Lurra muturreko adibidea da mineralen munduan?

Baina jarraitu aurretik, argi dugu zer den mineral bat? Substantzia solidoak dira, konposizio kimiko definitua dute, jatorri naturalekoak dira eta egitura kristalino ordenatua dute. Definizioa apur bat zabala dela iruditu arren, azken bi hamarkadetan nolabaiteko eztabaida dago, izan ere, konposatu organikoak (jatorri biologikokoak edo bat-batean agertzen direnak) mineralek diren eztabaidatzen jarraitzen baita.

1. irudia: Perseveranceko WATSON kamerak Marteko arroka baten gertuko irudia hartu zuen eta ondoren analizatu egingo da osaera jakiteko. Irudian zenbait mineral ikusten dira, zeharrargia da bat eta horrek deitu du zientzialarien arreta. (Irudia: NASA/JPL Caltech-en eskutik)

Geologoentzat mineralak bitxiak edo bilduma egiteko elementuak baino gehiago dira, planetetan 4500 milioi urteko historian gertatutako prozesuak ezagutzeko lagungarriak izan baitaitezke. Seguru asko planeta lurtarrek, Merkuriotik Martera, antzeko eboluzio mineralogikoa izango zuten haurtzaroan, baina pixkanaka desberdindu egin zen bakoitzaren berezitasunen ondorioz.

Barnealdeko planetok antzeko elementu eta mineralak genituen abiapuntuan, eratu ginen disko protoplanetarioan genuen kokapenaren ondorioz. Planetak eratzeko prozesu guztiak amaitu ondoren, seguru asko lau planeta horietan zeuden lehenengo mineralak oso antzekoak izango ziren kopuruan eta osaeran, planeten haurtzaroko lehen etapetan zegoen magma ozeanoa kristalizatzearen ondorioz sortu izango baitziren.

Baina etapa horren ondoren hasitako eboluzio prozesuak oso desberdindu gaitu: atmosfera egotea ala ez, plaken tektonika edo bizitza agertzea dira planetetan mineralen dibertsitate handiagoa edo txikiagoa markatu ahal izan dutenak.

Eta hemen dator gaurko artikuluan aipatu nahi nuen bigarren terminoa: modu paragenetikoak. Mineralak eratzeko abiapuntuko prozesuak sartzen dira hor, hau da, atomo multzo solido edo likido bat nola den gai birkonfiguratu eta mineral bat edo gehiago eratzeko. Modu horiek prozesu natural ugari dira eta mineral berriak eratzen dira ondorioz.

2. irudia: Marteko meteorito baten irudia, mikroskopio elektronikoz lortua; aipatutako mineraletako batzuk ikus daitezke. (Irudia: NASAren eskutik)

Modu paragenetikoen adibideetako batzuk gas edo likido batetik eratzea da -kondentsazioz, prezipitazioz…- eraldaketa fisikoak ere egon daitezke tximistak jo duelako, meteoritoek talka egin dutelako edo eskualde-metamorfismoko fenomenoak izan daiteke, uraren eta arroken elkarreragin edo bizitzaren eraginez ere eratu daitezke mineralak, biomineralizazioak esaterako.

Marte da ongien ezagutzen dugun planetetako bat bi arrazoiren ondorioz: batetik, behatzeko eta analizatzeko gaitasuna duten misio espazialak egin direnez, azaleko mineralak ezagutu ahal izan ditugulako orbitatik, kontakturik izan gabe. Bestetik, gure planetara erori diren meteoritoei esker; horiek zehatz aztertu baititzakegu lurreko laborategietan. Dena dela, guztira 161 mineral baino ezin izan dira identifikatu.

Ikerketa berri batek (Hazen et al. (2023)) iradokitzen du mineral gabezia hori Marten Lurrean baino paragenetiko gutxiago egoteagatik izan daitekeela… Zergatik? Gure planeta besteekin alderatuz gero apur bat berezia delako, orain arte dakiguna kontuan izanda bederen.

3. irudia: Curiosityk Marten hartutako X izpien difrakzio patroia. Irudi hau bezalako har ditzakeen tresnei esker, Marteko arroken eta azaleraren osaera jakin dezakegu azaleko misioekin. (Irudia: NASA/JPL-ren eskutik)

Hasteko, gure planetan isurien –ura, esaterako- eta arroken arteko elkarreraginek eskala handiagoa dute Marten baino plaken tektonikari esker, subdukzioari eta arrokak apurtzeko prozesuen bidez baino eta horren ondorioz gure planetan elkarreragin mota horiek gehiago dira.

Presio altuko metamorfismoa ere bada, kontinenteek talka egitean gertatzen da hori eta plaken tektonika behar da horretarako eta, jakina, biziaren eragina ere bai mineralak sortzean.

Aipatu ditugun hiru prozesu horiek izango lirateke beharbada, artikuluaren egileen esanetan, gure planetako mineralen dibertsitatearen %80aren arduradunak eta modu paragenetiko horiek soilik Lurrean gertatzen dira oraingoz edo esparru mugatuagoa dute beste planetetan.

Marten 161 mineral besterik ez dagoela esan nahi du horrek? Ez, gehiago ere egongo dira beharbada, azalera harramazkatzen baino ez baikara hasi eta baliteke sakonago ere mineralak egotea edo eskuragarri ez egotea prozesu hidrotermalen bidez edo ukipen-metamorfismoko fenomenoen bidez, hala nola sumendien eremuan gerta zitekeena, baina dena dela, ikertzaileek uste dute Lurrean baino askoz mineral gutxiago egongo dela.

Zalantzarik ez da mineralek planeten eta beste gorputz batzuen historia hobeto ezagutzen lagun diezaguketela, baina oraindik bide luzea dugu egiteko horien konposizioa zehar aztertu ahal izan arte. Orduan baino ezingo dugu esan… egiaz hain desberdinak gara?

Erreferentzia bibliografikoa:

Hazen, Robert M.; Downs, Robert T.; Morrison, Shaunna M.; Tutolo, Benjamin M.; Blake, David F.; Bristow, Thomas F.; Chipera, Steve J.; McSween, Harry Y.; Ming, Doug; Morris, Richard V.; Rampe, Elizabeth B.; Thorpe, Michael T.; Treiman, Allan H.; Tu, Valerie M.; Vaniman, David T. (2023). On the diversity and formation modes of martian minerals. Journal of Geophysical Research: Planets, 128, 9. Doi: 10.1029/2023je007865

Egileaz:

Nahúm Méndez Chazarra geologo planetarioa eta zientzia-dibulgatzailea da.

Jatorrizko artikulua Cuaderno de Cultura Científica blogean argitaratu zen 2023ko irailaren 18an: La diversidad mineral en Marte.

Itzulpena: UPV/EHUko Euskara Zerbitzua.

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Algunos vecindarios de la Vía Láctea pueden ser más adecuados que otros para crear planetas habitables.

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

Ilustración: Kristina Armitage / Quanta Magazine

Para albergar vida, al menos tal como la conocemos, un planeta debe orbitar una estrella que sea relativamente tranquila y estable. La órbita del planeta también debe ser casi circular para que el planeta experimente un calor similar durante todo el año. Y no debe estar demasiado caliente, para que el agua de la superficie no hierva; ni demasiado frío, para que el agua no se quede fijada en hielo; sino el adecuado, para que los ríos y los mares permanezcan líquidos.

Estas características definen una “zona habitable” alrededor de las estrellas, lugares tentadores a los que apuntar en la búsqueda de exoplanetas aptos para la vida. Pero los científicos someten cada vez más a toda la galaxia a un escrutinio similar. De la misma manera que los continentes con biosferas distintas albergan flora y fauna distintas, diferentes regiones de la galaxia podrían albergar diferentes poblaciones de estrellas y planetas. La turbulenta historia de la Vía Láctea significa que no todos los rincones de la galaxia son iguales y que solo algunas regiones galácticas podrían ser las adecuadas para crear planetas que creemos que podrían estar habitados.

Conforme los científicos exoplanetarios afinan sus ideas sobre dónde buscar vida extraterrestre, ahora están considerando el origen de la estrella y su vecindario, explica Jesper Nielsen, astrónomo de la Universidad de Copenhague. Nuevas simulaciones, junto con observaciones de satélites que buscan planetas y monitorean millones de estrellas, están pintando una imagen de cómo diferentes vecindarios galácticos (y tal vez incluso diferentes galaxias) forman planetas de manera diferente.

«Esto, a su vez, puede ayudarnos a comprender mejor hacia dónde apuntar nuestros telescopios», afirma Nielsen.

Geografía galáctica

Hoy, la Vía Láctea tiene una estructura complicada. Su agujero negro supermasivo central está rodeado por el «bulbo», una espesa masa de estrellas que contiene a algunos de los ciudadanos más ancianos de la galaxia. El bulbo está rodeado por el “disco delgado”, la estructura que se puede ver serpenteando sobre nuestras cabezas en una noche clara y oscura. La mayoría de las estrellas, incluido el Sol, se encuentran en los brazos en espiral del disco delgado, que están abrazados por un «disco grueso» más ancho que contiene estrellas más viejas. Y un halo difuso, mayoritariamente esférico, de materia oscura, gas caliente y algunas estrellas envuelve toda la arquitectura.

Durante al menos dos décadas, los científicos se han preguntado si las condiciones habitables varían entre esas estructuras. El primer estudio sobre la habitabilidad galáctica data de 2004, cuando los científicos australianos Charles Lineweaver, Yeshe Fenner y Brad Gibson modelaron la historia de la Vía Láctea y la utilizaron para estudiar dónde podrían encontrarse zonas habitables. Querían saber qué estrellas anfitrionas tenían suficientes elementos pesados (como carbono y hierro) para formar planetas rocosos, qué estrellas habían existido el tiempo suficiente para que evolucionara vida compleja y qué estrellas (y cualquier planeta en órbita) estaban a salvo de las supernovas vecinas. Terminaron definiendo una “zona habitable galáctica”, una región en forma de dónut con el agujero centrado en el centro de la galaxia. El límite interior de la región comienza a unos 22.000 años luz del centro galáctico y su límite exterior termina a unos 29.000 años luz.

En las dos décadas posteriores los astrónomos han intentado definir con mayor precisión las variables que controlan la evolución tanto estelar como planetaria dentro de la galaxia, explica Kevin Schlaufman, astrónomo de la Universidad Johns Hopkins. Por ejemplo, continúa, los planetas nacen en discos de polvo que rodean a estrellas recién nacidas y, en pocas palabras, si “un disco protoplanetario tiene mucho material que puede formar rocas, entonces producirá más planetas”.

Algunas regiones de la galaxia pueden estar más densamente sembradas con esos ingredientes formadores de planetas que otras, y los científicos están trabajando ahora para comprender en qué medida los vecindarios galácticos influyen en los planetas que albergan.

Aquí hay exoplanetas

Entre los aproximadamente 4.000 exoplanetas conocidos, hasta ahora existen pocas reglas que rijan qué tipos de planetas están en qué sitio; ningún sistema estelar se parece mucho al nuestro, y la mayoría de ellos ni siquiera se parecen mucho entre sí.

Nielsen y sus colegas querían saber si los planetas podrían formarse de manera diferente en el disco grueso, el disco delgado y el halo de la Vía Láctea. En general, las estrellas del disco delgado contienen más elementos pesados que las del disco grueso, lo que significa que surgieron de nubes que también podrían contener más ingredientes formadores de planetas. Utilizando datos del satélite de seguimiento de estrellas Gaia de la Agencia Espacial Europea, Nielsen y sus colegas primero separaron las estrellas en función de la abundancia de ciertos elementos. Luego simularon la formación de planetas entre esas poblaciones.

Sus simulaciones, que publicaron en octubre, mostraron que los planetas gigantes gaseosos y las supertierras (el tipo más común de exoplaneta) crecen más abundantemente en el disco delgado, probablemente porque (como se esperaba) esas estrellas tienen más material de construcción con el cual trabajar. También descubrieron que las estrellas más jóvenes con elementos más pesados tienden a albergar más planetas en general, y que los planetas gigantes son más comunes que los más pequeños. Por el contrario, los gigantes gaseosos son casi inexistentes en el disco grueso y el halo.

Schlaufman, que no participó en el trabajo, comenta que los resultados tienen sentido. La composición del polvo y el gas a partir del cual nacen las estrellas es crucial para determinar si las estrellas formarán planetas. Y aunque esa composición puede variar según la ubicación, argumenta que si bien la ubicación puede preparar el escenario para la construcción de mundos de una estrella, puede no determinar el resultado final.

Las simulaciones de Nielsen son teóricas, pero algunas observaciones recientes respaldan sus hallazgos.

En junio, un estudio que utilizó datos del telescopio espacial Kepler de la NASA, que busca planetas, encontró que las estrellas en el disco delgado de la Vía Láctea tienen más planetas, especialmente supertierras y mundos de tamaño subneptuno, que las estrellas en el disco grueso. Una explicación, apunta Jessie Christiansen, científica exoplanetaria del Instituto de Tecnología de California y coautora del estudio, es que las estrellas viejas del disco grueso pueden haber nacido cuando los ingredientes para formar planetas eran escasos, antes de que generaciones de estrellas moribundas sembrase el cosmos con los componentes básicos de los mundos. O tal vez las estrellas de disco grueso nacieron en ambientes densos y de alta radiación, donde la turbulencia impide que los planetas nacientes lleguen a fusionarse.

A los planetas les puede ir mejor en áreas abiertas, como los suburbios, en lugar de en áreas “urbanas” densamente pobladas, afirma Christiansen. Nuestro sol se encuentra en una de esas zonas suburbanas escasamente pobladas.

Otras Tierras

Los estudios de Christiansen y las simulaciones de Nielsen se encuentran entre los primeros en estudiar la ocurrencia de planetas en función del vecindario galáctico; Vedant Chandra, astrónomo del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica, se está preparando para ir un paso más allá y estudiar si la formación de planetas podría haber sido diferente en algunas de las galaxias que la Vía Láctea consumió a medida que crecía. En el futuro Nielsen espera que estudios e instrumentos perfeccionados, como el próximo telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA, nos ayuden a comprender la formación de planetas de la misma manera que los demógrafos entienden las poblaciones. ¿Podemos predecir qué tipos de estrellas albergarán qué tipos de planetas? ¿Es más probable que las Tierras se formen en ciertos vecindarios? Y si sabemos dónde mirar, ¿encontraremos algo mirándonos?

Sabemos que vivimos en una zona habitable, en un mundo que orbita alrededor de una estrella tranquila. Pero cómo empezó la vida en la Tierra, y cuándo y por qué, es la pregunta más importante de todos los campos de la ciencia. Quizás los científicos también deberían pensar en la historia del origen de nuestra estrella, e incluso en la de los ancestros estelares que dieron forma a nuestro rincón de la Vía Láctea, hace miles de millones de años.

“¿Era inevitable la vida en la Tierra? ¿Fue especial?” se pregunta Chandra. «Solo una vez que empieces a tener esta imagen global… podrás empezar a responder preguntas como esa».

 

El artículo original, The Best Neighborhoods for Starting a Life in the Galaxy, se publicó el 24 de enero de 2024 en Quanta Magazine.

Traducido por César Tomé López

El artículo Los mejores barrios para empezar una vida en la galaxia se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Juanma Gallego

Idiazabal gaztaren ezaugarriak zehazteko mikrobiotak duen garrantzia aztertu du Gorka Santamarina ikertzaileak. Zaporean, testuran eta aroman funtsezkoak dira bakterioak.

Milurtekoak dituen jarduna da gaztagintza, eta, funtsean, denbora honetan guztian produktua egiteko oinarrizko moduak ez dira asko aldatu. Prozesuari berari dagokionez, tartean dauden faktoreen inguruko ezagutza, ordea, izugarri handitu da. Besteak beste, orain gai gara analisi mikrobiologikoak egiteko, eta, are gehiago, analisi horietan ere hobekuntza handiak egiten ari dira.

Aldaketa horietako batzuk DNAren analisiari dagokie. Izan ere, Idiazabal gaztaren mikrobiota edo bakterioen osaketa aztertzerakoan, orain arte bide tradizionalak erabili izan dira: batez ere, mikrobiologian ohikoak diren agar edo gelatinak izan dira abiapuntu; horietan, mikroorganismoak hazten dituzte, eta, behin hazita, daukaten morfologia, tamaina edo kolorea aztertzen dituzte.

1. irudia: gaztan dagoen mikrobiota aztertzeko ohiko teknikak erabili izan dira, baina gero eta gehiago erabiltzen ari dira teknika metagenomikoak. (Argazkia: Nuria Gonzalez / UPV/EHU)

Metodo horren arazoa da agar batean hazi daitezkeen mikroorganismoak behar bezalako dentsitate eta kopuruetan lortzea ez dela erraza, eta oso zaila dela ere kopuru txikietan dauden mikroorganismoak identifikatzea. Horregatik, azken urteotan teknika metagenomikoen alde egiten ari dira UPV/EHUko Lactiker ikerketa-taldean, Gorka Santamarina doktorego aurreko ikertzailek azaldu duenez. “Bide hau erabilita, laginetatik bakterioen DNA guztia erauzten dugu. Bada, DNA horretan genoma batzuk oso egonkorrak direnez, eta bakterioaren generoari edo espeziari lotuta daudenez, datu baseekin alderatuta, jakin dezakegu zer bakterio ditugun lagin batean”. Horri esker, eskuratzen duten bereizmena izugarri handia da: “Agian 2.000 bat espezie egon daitezke, eta horietako batzuen kopurua laginaren %0,01 edo gutxiagokoa izan daiteke”.

Idiazabal gaztaren bakterioak helburu

Idiazabal gaztan bakterio hauek duten presentzia eta funtzioa ikertzen ari da Santamarina, horretarako produktuaren elaborazioaren prozesu guztia aintzat hartuz: esnean, gazta egiten den bitartean eta merkaturatzeko prest dagoen gazta helduan.

Orain arte egindako ikerketan egiaztatu ahal izan dutenez, esne gordinetik gazta freskorako eboluzioan mikroorganismoen biodibertsitatea txikiagoa da, eta bakterio asko desagertzen dira. Baina ondoren, gazta heltzen den heinean, biodibertsitatea handitzen da, beste bakterio batzuk agertzen direlako, bai genero kopuruan zein ehunekoetan.

Agerikoa denez, bakterio hauek guztiak ezagutzea funtsezkoa izan daiteke Idiazabal gazten kalitatea zein segurtasuna ziurtatzeko. Bakterio horien artean, garrantzitsuenak laktosa hartzitzen duten bakterio azido laktikoak dira. “Gazta egiterakoan gehien erabiltzen den kultibo abiarazlea kategoria horretakoa da”, azaldu du Santamarinak. Baina, horiez gain, laginketetan abiarazle ez diren bakterio azido laktikoak identifikatu dituzte ere. Hirugarren talde garrantzitsuena inguruneko bakterioek osatutakoa da. “Horiek ez dira desiragarriak gazta egiteko; adibidez, patogenizitatea izan dezaketen bakterioak izan daitezkeelako”. Ikertzaileak gogora ekarri du berez listeriosia moduko gaitzak ager daitezkeela gaztak egiterakoan, baina oso argi utzi nahi izan du horrelakorik oso gutxitan gertatzen dela.

Dena dela, segurtasuna bermatu aldera, gizakiarentzat kaltegarri diren halako bakterio ez desiragarrietan ere arreta jarrita daukate. Hala, arazoren bat agertuz gero, gordailua zein den argitu ahalko lukete, gaztagileek eta artzainek horrelako arriskuak are gehiago saihestu ahal izateko. Hala eta guztiz ere, prozesuagatik beragatik, gaztaren bilakaerak aurrera egiten duen heinean, arriskuak gutxitzera jotzen du. “Esne gordinean zein gazta egiteko prozesuan bakterio ez desiragarri hauek egon badaitezke ere, ikusi dugu prozesuaren amaieran gaztan bakterio azido laktikoak gailentzen direla”, nabarmendu du ikertzaileak.

Bakterio horien inguruan ahalik eta mapa osatuena lortzeko, gaztagintzan erabiltzen diren osagaiak ere aztertzen ari dira. “Adibidez, gaztari gatzagia gehitzen zaio, eta produktua gatzunean sartzen da ere. Horiek izan daitezke bakterio iturri”. Bide bera jorratuz, uneotan aztertzen ari dira bakterioek jarraitzen dituzten bideak. “Baten bat aipatzearren, ardiei ematen zaien pentsua desberdina izan daiteke; ikusi nahi dugu horrek gero eragina duen mikrobiotaren osaketan”. Ardiei pentsua ematen baldin bazaie, erdi gordinean topatutako mikrobiotaren %30 pentsu horretan jatorria duela uste dute.

2. irudia: UPV/EHUko Lactiker ikerketa-taldean Idiazabal gaztaren bakterioak eta bakterio osaketa ikertzen ari da Gorka Santamarina doktorego aurreko ikertzailea. (Argazkia: Gorka Santamarina)

Osagaiez harago, gaztandegiak ere aztertzen ari dira, mikrobiomaren jatorria argitu aldera. “Edozein lekutan bezala, bertako gainazaletan ere bakterioak topatzen ditugu”. Adituaren esanetan, bakterio konposaketa oso ezberdina da gazten artean, batez ere bakterio azido laktiko ez abiarazleak direla eta.

Segurtasuna eta kalitatea hobetzeko estrategiak lortzeaz gain, zientzialariak ahalegintzen ari dira produktuaren jatorria bermatzen lagunduko luketen adierazleak aurkitzen. “Hori da gure azken helburua”, adierazi du Santamarinak. Hala, jakin nahi dute ingurunearekin erlazionatuta egon daitekeen nolabaiteko mikrobiota bat ote dagoen. “Trazabilitateari begira, ikusi nahi dugu ea joera edo patroiren bat dagoen, etorkizunean esan ahal izateko Idiazabal gazte diren ala ez” aurreratu du zientzialariak. Baina, modu berean, egiaztatu behar dute epe luzera begira emaitza berdinak mantentzen ote diren.

Bide batetik baino gehiagotik lortu ahalko lukete hau, Lactiker diziplina arteko ikerketa-taldea delako. “Gure taldeko ikertzaile nagusi Luis Javier Rodriguez esnean zein gaztan agertzen diren hainbat konposaturen bitartez mendiko gazta direnak eta ez direnak bereizten ahalegintzen ari da. Ardiak mendian larratu edo ez, horren arabera gero produktuetan zenbait konposatu agertzen direlako”.

Besteak beste, gaztandegietako mikrobiotaren eta amaierako gaztaren kalitatearen edo segurtasunaren artean dagoen lotura aztertzen ari dira.

“Azken finean bakterioak organismo biziak dira, eta gazta heldu bitartean ematen diren hainbat erreakzio biokimikotan aurki daitezke”. Batez ere gaztaren zaporean eta testuan eragiten dituzten erreakzio biokimikoetan parte hartzen dute bakterioek. Horietako bat da lipolisia: esnearen gantza edo triglizeridoen hidrolisi entzimatikoa egitean, gantz azido askeak askatzen dira. Protolisiaren kasuan, aldiz, proteinen hidrolisia gertatzen da, eta, ondorioz, aminoazido askeak eta peptidoak sortzen dira. “Hauek guztiek zuzenean zaporean eragiten dute; aminoazido eta peptidoen kasuan, testuran ere eragiten dute”, argitu du ikertzaileak. Horrez gain, bakterioen metabolismoek konposatu lurrunkorrak sortzen dituzte. “Eta horiek dira, haina justu, aroma zehazten dutenak”.

Aromari lotutako konposatuak aztertuta, ikusi dute alde handiak daudela, eta hori gazta bakoitzean aurkitzen dituzten mikroorganismoekin erlazionatuta dagoela. Kasurako, inguruko bakterio ez desiragarriak sufredun konposatuekin edo hidrokarburoekin erlazionatuta daude, eta horiek ez dira, noski, Idiabazal gaztaren onerako. “Aldiz, bakterio azido laktikoak lotuta daude esterren, alkoholen edo azidoen sintesiarekin, eta horiek, adibidez, interesgarriagoak dira gaztarako”, laburbildu du adituak-

Erreferentzia bibliografikoak:

• Santamarina-Garcia, Gorka;  Hernandez, Igor;  Amores, Gustavo eta Virto, Mailo (2022). Characterization of Microbial Shifts during the Production and Ripening of Raw Ewe Milk-Derived Idiazabal Cheese by High-Throughput Sequencing. Biology, 11(5), 769. DOI: 10.3390/biology11050769
• Santamarina-Garcia, Gorka; Amores, Gustavo;  Lopez de Armentia, Emma; Hernandez, Igor eta Virto, Mailo (2022). Relationship between the Dynamics of Gross Composition, Free Fatty Acids and Biogenic Amines, and Microbial Shifts during the Ripening of Raw Ewe Milk-Derived Idiazabal Cheese. Animals, 12(22), 3224. DOI: 10.3390/ani12223224
• Santamarina-Garcia, Gorka; Amores, Gustavo; Hernandez, Igor; Moran, Lara;  R. Barron, Luis Javier eta Virto, Mailo (2023). Relationship between the dynamics of volatile aroma compounds and microbial succession during the ripening of raw ewe milk-derived Idiazabal cheese. Current Research in Food Science, 6, 100425. DOI: 10.1016/j.crfs.2022.100425

Egileaz:

Juanma Gallego (@juanmagallego) zientzia kazetaria da.

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Pocos olores hay tan desagradables como el del pescado en mal estado. Cuando esa lubina comprada hace varios días que permanece en la nevera empieza a desprender un aroma nauseabundo, no hay vuelta atrás: la trimetilamina ya ha aparecido como producto de descomposición. Esta molécula también es la responsable del mal aliento y del molesto olor de algunas personas con alteraciones en el metabolismo de determinados aminoácidos.

Fuente: Pexels¿Qué es la trimetilamina?

La trimetilamina (TMA), compuesto orgánico de fórmula N(CH3)3, es un gas irritante e incoloro a temperatura ambiente que en contacto con las membranas de las mucosas causa necrosis y corrosión. Se trata de una amina terciaria, fácilmente soluble en el agua y más básica que el amoniaco. La TMA es un producto de degradación microbiana de macromoléculas nitrogenadas tales como la colina, la L-carnitina y la betaína presentes en los tejidos de animales y plantas.

Trimetilamina. Nitrógeno en azul, carbono en negro, hidrógeno en blanco. Fuente: Wikimedia Commons

En el agua salada, los animales marinos presentan sustancias que equilibran y limitan la concentración salina en el interior de sus células. Entre estos compuestos, el óxido de trimetilamina (TMAO) supone alrededor del 5% del tejido muscular de los peces de mar (atún, anchoa, dorada, gallo, pez espada, rodaballo…). Aunque este componente es inodoro y no da sabor, el TMAO se oxida y se transforma en TMA pocos minutos tras la muerte del pez por la acción de las bacterias y enzimas de su cuerpo. A eso hay que sumar la acción del aire, que también contribuye a la degradación de las grasas y de la urea en amoniaco. Todo ello compone una fétida mezcla de compuestos volátiles que son señal inequívoca de que el pescado no está fresco.

El olor a pescado en los humanos

Los seres humanos también sintetizamos TMA como producto de la degradación de aminoácidos como la colina y la carnitina, pero en individuos sanos pasa desapercibido al transformarse a TMAO en el hígado y excretarse en la orina. Existe un trastorno del metabolismo por el cual algunas personas desprenden un intenso olor a pescado en descomposición debido a un fallo de las enzimas que llevan a cabo esta reacción. Aunque es una enfermedad rara, la trimetilaminuria o síndrome del olor a pescado tiene un origen genético y provoca que las personas afectadas expulsen elevadas concentraciones de TMA en la orina, el sudor, el aliento y otros fluidos, como los vaginales en las mujeres.

Los niveles elevados de trimetilamina no son tóxicos para el organismo, pero el olor corporal de las personas con trimetilaminuria puede degenerar en problemas psicosociales por aislamiento y baja autoestima. Actualmente, no existe tratamiento específico y las recomendaciones para mitigar el mal olor pasan por reducir la ingesta de productos ricos en aminoácidos ricos en azufre y nitrógeno (como los pescados azules, las legumbres, la carne y la clara de huevo).

Fuente: PexelsUna delicatessen sueca apestosa

El mal olor que desprende el pescado suele ser un indicador fiable de que no se encuentra en buen estado y nos puede ahorrar una desagradable intoxicación alimentaria. Sin embargo, existe una curiosa excepción: el surströmming. Este producto típico de Suecia consiste en arenques del Mar Báltico fermentados y es considerado uno de los alimentos más hediondos jamás creados por el ser humano. En este caso, el mal olor no se debe a la TMA desprendida por el pescado, sino a los productos de la fermentación que se encuentran en la propia salmuera. El surströmming suele venderse en latas, donde las bacterias del género Haloanaerobium producen dióxido de carbono y varios componentes que provocan su particular olor: ácido propanoico, sulfuro de hidrógeno (huevo podrido), ácido butírico (mantequilla rancia) y ácido acético (vinagre).

Pese a ser un producto tradicional, su consumo está descendiendo y la respuesta parece encontrarse en la genética. Un estudio publicado en la revista Current Biology relacionó la aversión hacia el hedor de este producto con una variante genética del gen TAAR5, responsable de la síntesis de un receptor olfativo encargado de detectar la ya archiconocida TMA. Vamos, que cientos de años de evolución nos han preparado para evitar la comida podrida.

 

En conclusión, el olor desagradable del pescado podrido se debe al compuesto volátil trimetilamina. Esta molécula, formada a partir de la descomposición bacteriana de TMAO presente en el pescado, aumenta a medida que progresa la degradación y su detección olfativa nos alerta de que el producto no se encuentra fresco. Más allá del pescado en mal estado, la trimetilamina también está vinculada al olor penetrante del mal aliento y el sudor de algunas personas que presentan alteraciones en el metabolismo de algunos aminoácidos. Un mal olor que también está presente y nos hace rechazar otros platos típicos, como el sueco surströmming, en el que el repugnante aroma se debe a la fermentación. En conjunto, la trimetilamina ejemplifica la intersección entre la química, la percepción sensorial y la cultura culinaria.

Referencias:

1. Instituto Nacional de Seguridad y Salud en el Trabajo DLEP 142 – Trimetilamina

2. Márquez Moreno (2013) Síndrome del olor a pescado: trimetilaminuria  Formación Activa en Pediatría de Atención Primaria 6, 4

Sobre la autora: Raquel Gómez Molina es química especialista en laboratorio clínico y comunicación científica

El artículo Aquí huele a pescado podrido: la trimetilamina se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Lehortea mundu osoko baso ekosistemei eragiten ari da, modu masiboan, eta ezinbestekoa da lehorteak eragindako heriotzaren aurrean zuhaitzek duten banakako zaurgarritasuna ulertzea. UPV/EHUk parte hartu duen azterlan baten arabera, zuhaitzen hazkundearen eta klimaren arteko desakoplamendu batek eragin dezake heriotza tasa hori. Hala, eskuragarritasun hidrikoaren aurrean zuhaitzen hazkundeak duen sentikortasuna erabil liteke heriotzaren alerta goiztiarrerako seinale gisa. Adierazle mota horiek oso lagungarriak izan daitezke basoko ekosistemetan aldaketa klimatikoa arintzeko eta hari egokitzeko neurriak diseinatzeko orduan.

Lehortearekin lotutako zuhaitzen heriotza masiboak mundu osoan ugaritu dira azken hamarkadetan, eta horrek eragina izan du basoko ekosistemen egituran eta funtzionamenduan. Dena den, lehorteak eragindako heriotzaren aurrean zuhaitzek duten banakako zaurgarritasunari buruzko ezagutza mugatua da oraindik. Orain dela gutxi ikerketa bat argitaratu dute Frontiers in Forests and Global Change aldizkarian arazo hori argitzen laguntzeko. “Espainia erdialdeko baso hedadura zabal batean gertatutako heriotza masiboa eragin zuten faktoreak identifikatzea izan zen azterlanaren helburua; Pinus sylvestris L. espeziea gailentzen zen eremu hartan, oso hedatuta dagoen eta garrantzi ekonomiko eta ekologiko handia duen espezie bat”, aipatu du Asier Herrerok, UPV/EHUko Farmazia Fakultateko Landareen Biologia eta Ekologia saileko irakasle laguntzaile doktoreak.

Irudia: ikusi da lehortearen intentsitatea hazten zioan heinean, zuhaitz hildakoek hazkundearen sinkronia txikiagoa zutela zuhaitz biziek baino. (Argazkia: Masood Aslami – Domeinu publikoko irudia. Iturria: pexels.com)

Horretarako, hazkunde erradialaren patroiak alderatu zituzten bizirik zeuden eta duela gutxi hil ziren banakoen bikoteetan. Oso gertu zeuden eta antzeko adina eta tamaina zuten banakoak aukeratu zituzten azterlanerako. Hala, isolatu egin zituzten tamainarekin eta heriotza prozesuaren ingurunearekin lotutako efektuak. Honako hauek alderatu zituzten zuhaitz bizien eta hilen artean: hazkundearen denborazko dinamika, hazkundearen sinkronia (banakoen artean denboran zehar bat datozen urteroko patroiak) eta hazkundeak uraren eskuragarritasunarekiko duen sentikortasuna (honela kalkulatuta: prezipitazioa ken ebapotranspirazio potentziala).

Azken 50 urteetan ez zen hauteman desberdintasun nabarmenik zuhaitz bizien eta hilen artean. Dena den, lehortearen intentsitatea hazten zioan heinean, zuhaitz guztietan hazkundearen sinkronia ere hazi zela hauteman zen, baita uraren eskuragarritasunarekiko sentikortasuna ere (hau da, balantze hidrikoaren malda hazkunde ereduan). “Hil baino 20 urte lehenago, hildako banakoek hazkundearen sinkronia txikiagoa zuten banako biziek baino, eta uraren eskuragarritasunarekiko sentikortasun txikiagoa”, nabarmendu dute ikertzaileek.

Hazkundearen sinkronia eta uraren eskuragarritasunarekiko hazkundearen sentikortasuna murriztu izanak honako hau iradokitzen du: desakoplamendua dagoela zuhaitzen hazkundearen eta klimaren artean. Horrek handitu egin dezake akats hidrauliko bat gertatzeko eta karbonoa falta izateko arriskua, baldintzak gero eta lehorragoak baitira. Hala, zuhaitzen heriotzaren alerta goiztiarreko seinale gisa erabil liteke hazkundeak eskuragarritasun hidrikoarekiko duen sentikortasuna. Merezi du etorkizunean gai hau sakonago aztertzea; batez ere, sasoiaren araberako lehortea izaten duten eremuetan. Heriotza arriskuaren adierazle mota horiek oso lagungarriak izan daitezke basoko ekosistemetan aldaketa klimatikoa arintzeko eta hari egokitzeko neurriak diseinatzeko orduan.

Iturria:

UPV/EHU prentsa bulegoa: Zuhaitzen heriotza arriskuaren adierazleak.

Erreferentzia bibliografikoa:

Herrero, Asier; González-Gascueña, Raquel; González-Díaz, Patricia; Ruiz-Benito, Paloma; Andivia, Enrique (2023). Reduced growth sensitivity to water availability as potential indicator of drought-induced tree mortality risk in a Mediterranean Pinus sylvestris L. forest. Frontiers in Forests and Global Change, 6. DOI: 10.3389/ffgc.2023.1249246

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Quizás conozca la palabra clina, o quizás no. Expresa la variación gradual de un rasgo. La palabra fue idea de Julian Huxley, quien la usó para referirse a la variación gradual, a lo largo de un espacio geográfico, de rasgos fenotípicos dentro de una misma especie. Proviene del griego cline (κλινειν), que significa «inclinación», un étimo que contiene, a su vez, la raíz indoeuropea klei, que expresa inclinación, pendiente o subida.

Los términos científicos sinclinal y anticlinal también están relacionados con Klei. Pero la presencia de esa raíz no se limita a términos técnicos, ni muchísimo menos. El lenguaje común está plagado de palabras que la contienen: Inclinar, reclinar, declinar, proclive, clínica, cliente y hasta clima, son palabras relacionadas con klei. Y es probable que clítoris también sea una de ellas.

La etimología es una disciplina preciosa. Además de satisfacer la curiosidad acerca del origen de las palabras, el hecho de conocer cómo se han generado significados transfiriendo propiedades de unos objetos a otros o de unos hechos a otros –en otras palabras, cómo se ha recurrido a elaboraciones metafóricas para expresar nuevas nociones– aporta un conocimiento más profundo también de los conceptos a los que dan nombre las palabras.

En “Diccionario del asombro. Una historia de la ciencia a través de las palabras” hay bastante de esto. Antonio Martínez Ron, su autor, ha escogido un término por cada letra del alfabeto y, a la vez que introduce el marco conceptual al que corresponde la palabra, hace un breve recorrido, a medio camino entre temporal y etimológico, por las nociones y términos emparentados con el que da título al capítulo.

A cada uno de los capítulos antecede un calendario en forma de línea vertical de la que salen, en su correspondiente fecha de creación, las diversas palabras que nombran conceptos relacionados con el de la palabra que da nombre al capítulo. Así, el capítulo “G de Gen” viene precedido de un calendario en el que aparece, en primer lugar “eugenesia” y que termina con “CRISPR”. A lo largo del tiempo transcurrido desde la primera a la última han pasado cromosoma, ácido nucleico, clon, genética, gen, epigenética, transhumanismo, meme y LUCA, aunque en el texto se van glosando muchas otras, siempre con la fecha en que se usaron por primera vez. De esa forma se puede trazar la historia de la disciplina, en este caso de la genética.

A lo largo de las sucesivas letras –de los sucesivos capítulos–, Martínez Ron va construyendo de ese modo una historia de la ciencia diferente, en la que, a la dimensión cronológica, se une otra terminológica que redunda en un conocimiento más profundo de las nociones y de la secuencia de hallazgos que jalonaron el desarrollo del campo del saber al que pertenecen esas nociones.

En sendos apéndices, el autor, de propina, nos ofrece dos breves colecciones adicionales de palabras. En la primera incluye términos creados originalmente en idioma español; no son muchos, pero es una colección interesante, con alguna incorporación muy reciente. Y en el segundo apéndice incluye otra relación de palabras que al autor le ha parecido que debían figurar en su diccionario y para las que no había encontrado acomodo en los capítulos regulares.

Hay un apotegma vasco que dice «izena duenak izana du». Literalmente, «lo que tiene nombre, tiene ser» o, lo que es lo mismo, «lo que tiene nombre, existe». En cierto modo, resulta más expresivo en forma negativa, porque igualmente podría decirse que lo que carece de nombre, no existe. El proverbio vasco refleja fielmente una de las ideas que inspiran el “Diccionario del asombro”. El avance del conocimiento científico produce nuevos conceptos. Pero los conceptos no cristalizan, no se pueden compartir, difundir, ni utilizar, si no se nombran. De hecho, en muchas ocasiones ni tan siquiera existen en tanto no se les da un nombre: izena duenak, izana du. La etimología es una fecunda fuente de saber, también en ciencia.

Título: Diccionario del asombro. Una historia de la ciencia a través de las palabras

Autor: Antonio Martínez Ron

Ed. Crítica, 2023.

 

En Editoralia personas lectoras, autoras o editoras presentan libros que por su atractivo, novedad o impacto (personal o general) pueden ser de interés o utilidad para los lectores del Cuaderno de Cultura Científica.

Una versión de este texto de Juan Ignacio Pérez Iglesias apareció anteriormente en Lecturas y Conjeturas (Substack).

 

El artículo Diccionario del asombro se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Irati Diez Virto

Asteon zientzia begi-bistan igandeetako gehigarria da. Astean zehar sarean zientzia euskaraz jorratu duten artikuluak biltzen ditugu. Begi-bistan duguna jaso eta laburbiltzea da gure helburua.

Matematika

Bi ikertzailek Lenstra-Lenstra-Lovász (LLL) estiloko algoritmo kriptografiko bat eguneratu dute. Ikertzaileek sistema horien sendotasuna hobetzeko lan egiten dute, izan ere, gure datuak sekretupean mantentzeko balio dute, baina badaude trikimailu kriptografikoak hauek desegitea lortzen dutela zenbait kasutan. Beraz, algoritmoa eguneratu eta bide berriak ireki dituzte kriptografiaren eta matematikaren arloan. Azalpenak Zientzia Kaieran.

Ingeniaritza

Historian lehen aldiz etengabeko energia sortu dute Antartikan Nafarroako Unibertsitate Publikoko ikertzaileek. Lurraren barruko bero naturaletik lortu dute energia elektrikoa, eta Adventum izena jarri diote asmakizunari. Munduko sumendi gehienak ez daude monitorizatuta hornidura elektrikoaren faltagatik. Teknologia horri esker, behar den energia lortuko litzateke. Azalpenak Berrian: Etengabeko energia Antartikan.

Biologia

Kenyako Ol Pejeta sabanako lehoiek dieta aldatu dute inurri inbaditzaile batengatik. Lehoiek akazia zuhaitzak erabiltzen zituzten zebrak ehizatzerakoan ezkutatzeko, baina geroz eta akazia gutxiago dago parke horretan. Zuhaitz horiek harreman mutualista dute Crematogaster mimosae espezieko inurriekin, elefanteek zuhaitzak birrintzea ekiditen baitute. Baina 2014an Pheidole megacephala inurri inbaditzailea azaldu zen Ol Pejetan, eta ekosistema osoa hankaz gora jarri du. Datu guztiak Berrian: Bizidun txiki bezain baliotsuak.

UPV/EHUko Zientzia- eta Jasangarritasun-Hezkuntzarako ikerketa-taldeko Oier Pedrera ikertzaileak landareekiko itsutasunaren fenomenoa azaldu du Zientzia Kaieran. Fenomeno horrek azaltzen du, oro har, inguruko landareez ohartzea kostatzen zaigula, bai eta haiek identifikatzea eta haien garrantzia balioestea ere. Jatorri ebolutiboa du fenomeno horrek,  gizakion garunak landareak baztertzeko eboluzionatu baitu, animalien siluetak hobeto identifikatzeko. Hala ere, hainbat ikerketen arabera, landareekiko itsutasunaren eragile nagusienetarikoak faktore soziokulturalak dira. Datu guztiak Zientzia Kaieran: Ez da erraza berdea izatea.

Osasun-azterketa baten arabera, basoilar piriniarren % 60 odol-parasitoekin kutsatuta daude. Iberiar Penintsulan bi basoilar espezie ditugu, kantauriarra eta piriniarra, eta biak desagertzeko arriskuan daude. Espezie piriniarrarekin egindako ikerketa batek ikusi du animalien erdia baino gehiago Haemoproteus eta Leucocytozoon generoetako odol-parasitoekin kutsatuta daudela. Emaitzak ezustekoa izan dira ikertzaileentzat, eta uste dute litekeena dela klima-aldaketak erraztu izana parasito horien hedapena. Azalpenak Elhuyar aldizkarian.

Antropologia

The Spinning-Woman by the Spring ipuinaren jatorria aztertu dute genetikaren berezko teknikak erabiliz. Ipuin horren bertsio desberdinak daude Europa osoan zehar eta Asiaren zati batean, eta ikertzaileek 31 talde etnolinguistikori zegozkien 700 aldaera aztertu zituzten.  Hainbat indize kalkulatu ostean, emaitzek erakutsi zuten identitate etnolinguistikoa oztopo handia dela ipuinak eta beste elementu kultural batzuk transmititzeko orduan. Informazio gehiago Zientzia Kaieran: Ipuin baten filogenia.

Osasuna

Ariketa fisikoaren onurak nabarmenagoak dira emakumeetan. Hala ondorioztatu du AEBn egindako ikerketa zabal batek. Ariketa egiten duten emakumeek egiten ez dutenek baino % 24 arrisku txikiagoa dute hiltzeko edozein arrazoirengatik; gizonen kasuan, aldea % 15ekoa da. Horretaz gain, emaitzek erakutsi dute emakumeek kirolarekin onura handiagoa jasotzen dutela, denbora-tarte txikiagoan. Ezaugarri anatomikoei eta fisiologikoei egotzi dizkiete diferentzia horiek. Datu guztiak Elhuyar aldizkarian.

Nazioarteko ikertzaile-talde batek salatu du osasun-konpainiek mezu feministak baliatzen dituztela oinarri zientifikorik gabeko zerbitzuak saltzeko. Saldu nahi dituzten produktuen artean, bularreko minbizia diagnostikatzeko testak, menopausia arintzeko hormona-tratamendua edota disfuntzio sexuala tratatzeko botikak daude. Egileen esanetan, alferrikako kezka sortzen dute, medikalizazioa bultzatzen dute eta indibidualismoa indartzen dute. Informazio gehiago Elhuyar aldizkarian.

Nerabeen buru-osasuna babesteko hirien gakoak zerrendatu ditu ikerketa batek. Hirien 37 ezaugarri aztertu dituzte, 53 herrialdetan, eta hainbat eremu sozioekologikoetan multzokatu dituzte. Emaitzen arabera, espazio komunitario aske eta seguruak izatea da faktore nagusien artean lehenengotakoa. Faktore kaltegarrienen artean, berriz, gutxiengoan dauden taldeekiko aurreiritziak daude. Azalpenak Elhuyar aldizkarian.

Sendabide ala iruzurbide. Medikuntza alternatiboa proban liburua Edzard Ernst eta Simon Singhek publikatu zuten 2008 urtean. Bertan, terapia alternatiboen eraginkortasunari buruzko frogak eta ebidentziak bildu eta aztertu zituzten egileek. Horretarako, mundu osoan hainbat hamarkadetan burututako ikerketa medikoetan oinarritu ziren. Hau da, liburuak begirada zientifikoa ematen dio tratamendu alternatiboei. Liburu honen inguruko informazio gehiago topatu daiteke Zientzia Kaieran.

Egileaz:

Irati Diez Virto (@Iraadivii) Biologian graduatua da, Biodibertsitate, Funtzionamendu eta Ekosistemen Gestioa Masterra egin zuen UPV/EHUn eta Kultura Zientifikoko Katedrako kolaboratzailea da.

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Tras 150 años siendo objeto de estudio, ¿se puede decir algo nuevo sobre los neandertales? ¿Sabemos cómo ha condicionado la visión en la evolución de los seres vivos? Esas son algunas de las preguntas que se van a plantear en la decimoctava edición del Día de Darwin.

Esta nueva edición tuvo lugar el 12 de febrero en la Biblioteca Bidebarrieta de Bilbao, justo cuando se cumplen 215 años del nacimiento del geólogo y biólogo inglés Charles Darwin y contará con la participación de la doctora en Neurociencias y profesora de la Facultad de Biología de Salamanca Conchi Lillo Delgado y el doctor, paleontólogo e investigador de la UPV/EHU, Asier Gómez Olivencia que ofrecerán dos charlas de 40 minutos cada una.

Lillo Delgado ofrece la charla “Una mirada a la evolución” en la que, partiendo desde las curiosidades y características de los vertebrados e invertebrados, explica cómo funciona el sistema visual de los seres vivos que, captando las formas, colores y profundidad del mundo que les rodean han desarrollado ventajas evolutivas para sobrevivir y defenderse.

Gómez Olivencia, por su parte, acerca al público los últimos descubrimientos que se han hecho en torno a los neandertales con la charla titulada “¿Qué tal, neandertal? Nuevos datos sobre un viejo conocido”, en la que profundiza en los nuevos hallazgos gracias a la utilización de nuevas tecnologías y la revisión de yacimientos clásicos.

El Día de Darwin es una iniciativa organizada desde 2007 por la Cátedra de Cultura Científica de la Universidad del País Vasco, el Círculo Escéptico y la Biblioteca Bidebarrieta de Bilbao. Una cita que se ha convertido en ineludible para los y las aficionadas a la ciencia y que cuenta con la ayuda del diario El Correo.

Ponentes

Conchi Lillo Delgado es bióloga y doctora en Neurociencias y profesora en la Facultad de Biología de la Universidad de Salamanca. Su área de investigación es el de la neurobiología de la visión en el Instituto de Neurociencias de Castilla y León. En su faceta de divulgadora científica hay que destacar la publicación del libro ¡Abre los ojos! y la colaboración con distintas plataformas de divulgación como Naukas, The Conversation o una sección quincenal en el programa Hoy por Hoy en Ser Salamanca.

Asier Gómez Olivencia es doctor y paleontólogo especializado en Evolución Humana. Cuenta con una dilatada experiencia de investigación y publicación con más de 90 artículos científicos. Realizó su tesis en el Equipo de Investigación de Atapuerca, ha trabajado en la Universidad de Cambridge y en el Musée de l´Homme de París y en 2014 se incorporó a la Universidad del País Vasco, primero como investigador Ikerbasque y después como investigador Ramón y Cajal. Además de excavar en Atapuerca, dirige la excavación en varios yacimientos de Euskadi.

Edición realizada por César Tomé López

El artículo Día de Darwin 2024: evolución del sistema visual y neandertales se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Gure portaeraren funtsezko determinatzailea genetika da, eta, kultura, berriz, denbora-apaingarri hutsa? Galdera ona kakalardo pilotagile batentzat. Dilemmas TILKUTen eskutik.

Beroak zarata egiten duela? Hori nola izango da? Batzuetan, beroa, energia trukatzeko modu bat dela gogora dezagun, ba, fluido bat bezala jokatzen du, eta fluidoetan uhinak daude. First direct images of second sound, a wave-like heat

Modu zoroan diseinatutako bateria eramangarriak daude, eta planetak baliabide mugatuak dituela kontuan hartuta diseinatutako bateri eramangarriak daude. BCMaterials: Fit-to-purpose power sources: portable batteries ecodesigned within the planetary boundaries

Gutxieneko bideragarritasun ekonomiko erreala izatea nahi bada (dirulaguntzarik gabe), hidrogeno berdearen oinarrizko prozesuaren kimika industriala diseinatu beharko da lehenik. DIPCko jendea horretan ari da: The stabilizing effect of a binder for transition metal oxides to sustain water oxidation in acidic environments

 

Mapping Ignorance bloga lanean diharduten ikertzaileek eta hainbat arlotako profesionalek lantzen dute. Zientziaren edozein arlotako ikerketen azken emaitzen berri ematen duen gunea da. UPV/EHUko Kultura Zientifikoko Katedraren eta Nazioarteko Bikaintasun Campusaren ekimena da eta bertan parte hartu nahi izanez gero, idatzi iezaguzu.

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Una técnica pionera para medir la velocidad de expansión del universo ofrece una visión nueva e independiente sobre un viejo debate y podría ayudar a determinar la edad del universo con mayor precisión. Uno de los miembros del equipo que la ha desarrollado es Tom Broadhurst, profesor de investigación Ikerbasque de la UPV/EHU y asociado del DIPC.

En astronomía hay dos mediciones precisas de la expansión del universo, conocida también como «constante de Hubble». Una se calcula a partir de las observaciones próximas de las supernovas (las enormes explosiones que se producen al finalizar el ciclo de vida de algunas estrellas) y la segunda emplea el «fondo cósmico de microondas» o la radiación que comenzó a fluir libremente por el universo poco después del Big Bang. Pero estas dos mediciones difieren en un 10 % aproximadamente, lo que ha suscitado un amplio debate entre los físicos y los astrónomos. Si ambas mediciones son precisas, ello significa que la teoría actual que sostienen los científicos sobre la composición del universo es incompleta.

Un equipo internacional del que forma parte Tom Broadhurst, profesor de investigación Ikerbasque de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU) y asociado del Donostia International Physics Center (DIPC), ha realizado un nuevo cálculo de la constante de Hubble analizando la luz de múltiples apariciones de una supernova.

Imagen del cúmulo de galaxias MACS J1149 y las localizaciones y el tiempo de las apariciones de la supernova Refsdal. Fuente: Patrick L. Kelly et al (2023) ApJ 948 93

«Si las nuevas mediciones independientes confirman esta discrepancia entre ambas mediciones de la constante de Hubble, ello haría tambalear nuestros conocimientos y comprensión sobre el cosmos», señala Patrick Kelly, autor principal del estudio y profesor adjunto de la Escuela de Física y Astronomía de la Universidad de Minnesota. «La gran pregunta es si hay un posible problema con una o ambas mediciones. Nuestra investigación aborda esto midiendo de manera independiente y completamente diferente la tasa de expansión del universo».

Relación entre materia oscura y energía oscura

El equipo ha calculado esta tasa de expansión utilizando datos de la supernova Refsdal, el primer ejemplo de supernova observada con una imagen multiplicada, es decir, el telescopio capturó cuatro imágenes diferentes del mismo evento cósmico. Tras el descubrimiento, equipos de todo el mundo predijeron que la supernova reaparecería en una nueva posición en 2015 y el equipo de la Universidad de Minnesota detectó esta imagen adicional. Estas imágenes múltiples aparecieron porque la supernova fue distorsionada por la lente gravitacional de un cúmulo de galaxias, un fenómeno por el cual la masa del cúmulo dobla y aumenta la luz. Empleando los retardos entre las apariciones de las imágenes de 2014 y 2015, los investigadores han podido medir la constante de Hubble aplicando una teoría desarrollada en 1964 por el astrónomo noruego Sjur Refsdal y que previamente no se había podido poner en práctica.

La nueva medición de la constante de Hubble coincide más con la del fondo cósmico de microondas «y confirma nuestra tesis de que la velocidad de expansión del universo se ve dominada por la presión exterior de la energía oscura y se compensa con la autogravedad de la materia oscura, de tal manera que actualmente se está acelerando», concluye Tom Broadhurst.

Referencias:

Patrick L. Kelly, Steven Rodney, Tommaso Treu, Masamune Oguri, Wenlei Chen, Adi Zitrin, Simon Birrer, Vivien Bonvin, Luc Dessart, Jose M. Diego, Alexei V. Filippenko, Ryan J. Foley, Daniel Gilman, Jens Hjorth, Mathilde Jauzac, Kaisey Mandel, Martin Millón, Justin Pierel, Keren Sharon, Stephen Thorp, Liliya Williams, Tom Broadhurst, Alan Dressler, Or Graur, Saurabh Jha, Curtis McCully, Marc Postman, Kasper Borello Schmidt, Brad E. Tucker, Anja von der Linden (2023) Constraints on Hubble constant from Supernova Refsdal’s reappearance Science doi: 10.1126/science.abh1322

Patrick L. Kelly, Steven Rodney, Tommaso Treu, Simon Birrer, Vivien Bonvin, Luc Dessart, Ryan J. Foley, Alexei V. Filippenko, Daniel Gilman, Saurabh Jha, Jens Hjorth, Kaisey Mandel, Martin Millon, Justin Pierel, Stephen Thorp, Adi Zitrin, Tom Broadhurst, Wenlei Chen, Jose M. Diego, Alan Dressler, Or Graur, Mathilde Jauzac, Matthew A. Malkan, Curtis McCully, Masamune Oguri, Marc Postman, Kasper Borello Schmidt, Keren Sharon, Brad E. Tucker, Anja von der Linden eta Joachim Wambsganss (2023) The Magnificent Five Images of Supernova Refsdal: Time Delay and Magnification Measurements The Astrophysical Journal doi: 10.3847/1538-4357/ac4ccb

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

El artículo Las cinco imágenes de la supernova Refsdal se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Maddi Astigarraga

Martxoaren 22an Uraren Nazioarteko Eguna ospatuko da. Efemeride horren helburua da uraren garrantziaz eta beharraz kontzientziatzea. Izan ere, ura ezinbestekoa da bizidunentzat.

Ura, koloregabeko likidoa da eta baita, oinarrian, usaingabe eta zaporegabea. Ura lotura kobalentez elkartutako bi hidrogeno atomoz eta oxigeno atomo batez osatuta dago eta bere formula molekularra H2O da. Ura egoera solidoan (izotza), likidoan (ur-likidoa) edo gas-egoeran (lurrina) aurki dezakegu.

Hizkera arruntean Lurrari “planeta urdina” esaten bazaio ere, bertan ur ugari dagoelako, kontsumorako ura oso ondasun urria da. Gure planetan dagoen ur-kantitateari erreparatuz gero ikusiko dugu ur geza, gizakiok zuzenean aprobetxa dezakegun hori (edateko ura), planetako ur guztiaren % 3 baino ez dela.

Kiñu kirikinoak urari buruzko hainbat datu interesgarria emango dizkigu baliabide honen inguruan gehiago jakiteko.

Hilero, azkenengo ostiralean, Kiñuk bisitatuko du Zientzia Kaiera bloga. Kiñuren begirada gure triku txikiaren tartea izango da eta haren eskutik gure egileek argitaratu duten gai zientifikoren bati buruzko daturik bitxienak ekarriko dizkigu fin.

Egileaz:

Maddi Astigarraga Bergara (IG: @xomorro_) Biomedikuntzan graduatua, UPV/EHUko Ilustrazio Zientifikoko masterra egin du eta ilustratzailea da.

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¿Qué es, pues, el tiempo? Si nadie me lo pregunta, lo sé; pero si quiero explicárselo al que me lo pregunta, no lo sé. Lo que sí digo sin vacilación es que sé que si nada pasase no habría tiempo pasado; y si nada sucediese, no habría tiempo futuro; y si nada existiese, no habría tiempo presente.

Esta es una de las citas más populares de San Agustín de Hipona. Aparece en sus Confesiones (397-398 d. C.). Y, aunque él hacía este planteamiento desde el punto de vista de la teología, lo cierto es que también estaba planteando una de las cuestiones más fundamentales de la física.

Foto: zero take / Unsplash

La física trata de desentrañar las leyes que rigen el universo a través, en primer lugar, de la observación de los fenómenos de la naturaleza, pero curiosamente, en estas leyes se manifiesta una propiedad que choca de frente con nuestra experiencia: no determinan ninguna dirección preferente para el transcurrir del tiempo. Las leyes de la mecánica clásica, del electromagnetismo, la relatividad o la mecánica cuántica funcionan «hacia delante» y «hacia atrás», no diferencian entre pasado y futuro; y también da igual cuándo empecemos a medir, se cumplen en cualquier instante. Decimos que presentan simetría temporal.

¿Por qué, entonces, tenemos la sensación de que el tiempo va siempre en la misma dirección? Vivimos en un mundo de causas y efectos que, de hecho, utilizamos para ordenar y explicar el mundo que observamos. No experimentamos regresiones al pasado ni bucles ni saltos temporales ―aunque en ocasiones daríamos cualquier cosa porque fuera así―, sino que todo sucede en una línea ordenada de eventos sucesivos. ¿Cuál es la explicación? ¿Acaso está mal el formalismo de la física? ¿Qué nos estamos perdiendo?

Para responder a todas estas preguntas hay que sumergirse en las matemáticas sobre las que se sostiene el andamiaje de la física. En concreto, en uno de sus principios más conocidos: el de la conservación de la energía.

En 1915, Emmy Noether formuló el que probablemente sea uno de los teoremas más bellos de la física: «A cada simetría continua le corresponde una ley de conservación, y viceversa». Así, la simetría espacial ―traslaciones en el espacio―, estaría relacionada con la conservación del momento lineal; la simetría de rotación, con la conservación del momento angular, y la temporal… con la conservación de la energía. Existen más, pero, de momento, nos quedaremos con estos ejemplos. Todo esto se puede expresar de una manera más sencilla: las leyes de la física son las mismas aquí, a cincuenta metros de aquí y en una galaxia muy, muy lejana; también si miramos nuestro sistema de frente, de espaldas, por arriba, por abajo o de lado. Y, por supuesto, siguen siendo las mismas hoy, que ayer, que en la antigua Mesopotamia, y tampoco esperamos que cambien sustancialmente con el paso de los eones.

La matemática Emmy Noether (1882-1935). Foto: CC BY-SA 2.0/Konrad Jacobs, Erlangen

He aquí la clave: la simetría temporal está relacionada con el teorema de conservación de la energía, así que no existirá simetría temporal en aquellos tipos de fenómenos en los que la energía no se conserve. Y nuestro entorno está lleno de ellos. Sirvan como ejemplo los sistemas que disipan calor.

La flecha del tiempo termodinámica

Fue en el ámbito de la termodinámica donde se encontró por primera vez una ley que parecía explicar por qué vemos que determinados procesos siempre se desarrollan en un sentido y no en otro, y nos da esa percepción de dirección temporal «hacia delante»; el teorema de Clausius: «Es imposible un proceso cuyo único resultado sea transferir energía en forma de calor de un objeto a otro a mayor temperatura». O, dicho de otra forma: la transferencia de calor siempre se produce desde los cuerpos más calientes a los más fríos, salvo que se realice un trabajo externo. Rudolf Clausius definió también la entropía como esa parte de la energía de un sistema que no se puede aprovechar para realizar ningún trabajo, y llegó a la conclusión de que, en sistemas aislados, esta magnitud tendía a incrementarse con el tiempo. Le había otorgado entidad matemática al principio que Nicolás Carnot había planteado en 1834, o segundo principio de la termodinámica.

Seguro que cualquiera ha visto cómo se rompe un huevo al caer al suelo, pero nadie ha observado que, espontáneamente, un huevo roto se vuelva a recomponer. La ley de Clausius establece una dirección preferente para el transcurrir del tiempo, y esa dirección es aquella en la que la entropía de un sistema aumenta. Este sería un ejemplo. Foto: CC BY-SA 4.0/Balise42

Ludwig Boltzmann ampliaría el concepto de entropía de Clausius aplicándolo al ámbito de la mecánica estadística, esto es, la rama de la termodinámica que estudia el comportamiento de sistemas compuestos por un gran número de partículas. A partir del análisis estadístico de los comportamientos microscópicos de átomos y moléculas, se pueden deducir propiedades macroscópicas como la temperatura, el volumen o la presión, así como la entropía. Es por esta visión de Boltzmann por lo que habitualmente se suele definir la entropía como el grado de «desorden» de un sistema, pero no es exactamente eso.

En el mundo de los sistemas termodinámicos formados por muchas partículas existen innumerables, y diferentes, configuraciones microscópicas que pueden dar lugar a las mismas propiedades macroscópicas. Veámoslo con un ejemplo muy fácil: la habitación de un adolescente. ¿Cuántas formas hay de que la habitación de un adolescente esté recogida y cuántas de que esté hecha un desastre? Para el primer caso, seguramente solo unas pocas: la ropa debe estar en el armario, la cama hecha, el escritorio ordenado…, pero para el segundo caso la cosa cambia. Las maneras en que el cuarto de un adolescente puede estar hecho una pocilga son incontables y mucho más numerosas. La forma en la que se pueden distribuir los objetos, enseres, ropa y bolsas vacías de patatas fritas son muchísimas más, sin lugar a dudas. Así que, probablemente, cuando una madre o un padre entren a la habitación de sus hijos por sorpresa se la van a encontrar desordenada.

Esto es lo que, en realidad, nos dice la entropía de Boltzmann sobre la dirección del tiempo: de todas las configuraciones que puede adoptar un sistema microscópico, hay una probabilidad aplastantemente más alta de encontrarlo en un estado desordenado que en uno ordenado. No es que haya una magia oculta que haga que todo fluya irremediablemente hacia el desorden, es que, poniendo un ejemplo, las posibles configuraciones de las moléculas de H₂O para encontrar agua en forma de cubitos de hielo ―sistema ordenado― son muchísimo más bajas que las posibles configuraciones de esas mismas moléculas para encontrar agua líquida o vapor ―sistemas desordenados―. ¿Sería imposible que el huevo que aparecía en la imagen anterior se recompusiera espontáneamente? Bueno… las leyes de la física no lo prohíben, pero la posibilidad es tan remota ―tan, tan, tan extremadamente remota―, que no tiene sentido ni planteársela.

Otras flechas del tiempo

Por supuesto, la flecha del tiempo termodinámica que hemos explicado no es la única que existe. Con el tiempo se han ido descubriendo otro tipo de sistemas que también muestran una asimetría temporal. Esta también se manifiesta en la evolución temporal que ha sufrido nuestro universo tras el big bang, hacia un estado de mayor entropía ―flecha del tiempo cosmológica―; en el proceso de medida de un sistema cuántico ―flecha del tiempo de la mecánica cuántica―, en algunos procesos nucleares, como el decaimiento radiactivo. Pero lo que no sabemos es si esto sucede porque el tiempo es una especie de variable intrínseca del universo o por la manera en la que hemos planteando las leyes físicas. Y esa es la verdadera cuestión.

Todo esto significa, básicamente, que la cuestión de la dirección del tiempo sigue sin resolverse. No sabemos realmente lo que es en un sentido fundamental. Percibimos cómo fluye, observamos sus efectos… mientras, al mismo tiempo, algunas teorías también nos han revelado que no es necesario para entender el mundo que nos rodea.

La gravedad cuántica de bucles, por ejemplo, está intentando nuevas aproximaciones en ese sentido, y plantea el tiempo como una «propiedad emergente» de los sistemas cuánticos, no como una variable fundamental. De esta manera, esta teoría, que busca unificar la física cuántica y la teoría de la relatividad, explica el universo a través de relaciones, de eventos, no de «objetos que se mueven respecto a algo» más rápido o más despacio. Carlo Rovelli lo explica con esta frase: «la cosas no son, acontecen», esto es, cambian unas respecto a otras, pero no necesitan del tiempo para describir cómo se produce ese cambio. No… no se trata de conceptos muy fáciles de entender.

La cuestión de la flecha del tiempo es, probablemente, uno de los mayores enigmas de la física. ¿Cómo se acabará resolviendo? Paradójicamente… seguro que el tiempo lo dirá.

Referencias:

Neuenschwander, Dwight E. (2011). Emmy Noether’s wonderful theorem. The Johns Hopkins University Press.

Rovelli, Carlo (2018). El orden del tiempo. Anagrama.

Zeh, Dieter H. (2007). The physical basis of the direction of time. Springer.

Sobre la autora: Gisela Baños es divulgadora de ciencia, tecnología y ciencia ficción.

El artículo Viendo pasar el tiempo se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Sendabide ala iruzurbide. Medikuntza alternatiboa proban liburua. 2008. urtean publikatu zuten Edzard Ernst eta Simon Singhek. Ernst Medikuntzan doktorea eta dibulgatzailea da eta Singh Partikulen Fisikan doktorea eta zientzia-kazetaria, eta mundu osoko milaka ikertzailek hainbat hamarkadetan burututako ikerketa medikoetan oinarritzen da liburua.

Gaur egun Erresuma Batuko erregea den Charles III.ri eskaini zioten egileek liburua. Izan ere, ezaguna da monarka honen babesa homeopatia bezalako sasizientzia eta terapiei. Izan ere, egileek aipatzen duten bezala, farmaziak horrelako tratamenduz beteta daude, aldizkari eta egunkarietan idazten hauei buruz, Interneten hitz egiten da haietaz eta milaka milioi lagunek erabiltzen dituzte, baina mediku gehientsuenak eszeptizismoa begiratzen diete.

Medikuntza alternatiboen hauspoaren aurrean egileek, besteak beste, akupuntura, homeopatia, aromaterapia, erreflexologia, kiropraktika eta sendabelarren medikuntza aztertzen dituzte. Alde batetik, haien onurak -baldin eta frogatuta badaude- eta, bestetik, balizko arriskuak ikusteko. Horrela, terapia alternatiboen eraginkortasunari buruzko frogak eta ebidentziak bildu eta aztertu zituzten egileek, Koseko Hipokratesek esandako esaldi bat ardatz hartuta:

Berez, bi gauza daude, zientzia eta iritzia: lehenengoak jakintza sortzen du; bigarrenak, ezjakintasuna.

Hipokratesek hitz horiek duela 2.000 urte baino gehiago idatzi zituen arren, denbora asko behar izan da hauek serio hartzeko. Egia da zientziaren emaitzak ez direla inoiz osoak eta perfektuak, baina, urratsez urrats, egiara hurbiltzen gaitu. Zientziak esperimentuak, behaketak, saiakuntzak, arrazoinamendua eta eztabaidak erabiltzen egiaren inguruko adostasun objektibo batera iristeko. Behin ondorio bat erabakita dagoenean ere, zientziak ikertu eta zirikatu egiten du berak aldarrikatu duen horrek akatsen bat ote duen hausnartzeko. Aldiz, iritziak, subjektiboa dira eta arrazoia izan ala ez, harreman eta kanpaina publikoetarako aukera eta bide gehiago duenak ditu aukera gehien bere iritzia bultzatzeko.

Hori dela eta, liburuak begirada zientifikoa ematen dio tratamendu alternatiboei. Zein terapia da baliagarri eta zein ez? Zein da segurua eta zein arriskutsua? Galdera horiei erantzuteko ebidentzian oinarritutako medikuntzaren printzipioak erabili dituzten egileek terapia alternatiboak aztertzeko orduan, hauen eraginkortasunari buruz zer jakin nahi duenarentzat edota honako tratamendu bat hartzea pentsatzen ari den edonorentzat lagungarria izateko asmoz.

Argitalpenaren fitxa:

• Izenburua: Sendabide ala iruzurbide. Medikuntza alternatiboa proban
• Egilea: Edzard Ernst eta Simon Singh
• Itzultzailea: Aiora Odriozola Zendoia
• ISBN: 978-84-92457-54-0
• Hizkuntza: Euskara
• Urtea: 2010
• Orrialdeak: 329 or.

Iturria:

Elhuyar: Sendabide ala iruzurbide. Medikuntza alternatiboa proban

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En noviembre de 2022, la artista donostiarra Esther Ferrer, la directora de Tabakalera, el Centro Internacional de Cultura Contemporánea de Donostia, Edurne Ormazabal, y el alcalde de Donostia/San Sebastián, Eneko Goia, presentaron ante la prensa una intervención artística para la futura plaza de acceso a Tabakalera. Como se pudo leer en diferentes medios de comunicación, se trata de una instalación que forma parte de su serie El poema de los números primos, realizada en cerámica de colores azul y verde, los que para la artista definen la ciudad de San Sebastián, junto con otros dos colores, el gris y el dorado. Este último es un homenaje a la matemática francesa Sophie Germain (1776-1831).

Proyecto del nuevo acceso al Centro Internacional de Cultura Contemporánea de Donostia, Tabakalera, con la instalación donada por la artista Esther FerrerLa matemática Sophie Germain

Nació en París, el 1 de abril de 1776, en una familia burguesa que participó en la revolución francesa. Durante la misma se refugió en su casa y dedicó su tiempo a la lectura de libros de la biblioteca. La impresionó mucho una historia de las matemáticas y la anécdota de la muerte de Arquímedes. Este gran matemático griego, que ya en su época alcanzó cierta fama, murió a manos de un legionario romano mientras se hallaba absorto en la resolución de un problema geométrico, durante el asalto de Siracusa (véase una explicación más extensa sobre su muerte en la entrada Muerte entre las ecuaciones (Historias de muerte y matemáticas 1)). Estudió matemáticas por su cuenta, aunque con la oposición de su familia (por la noche le quitaban la luz, la calefacción y la ropa).

Caricatura de Sophie Germain, realizada por Enrique Morente, para la exposición de la Real Sociedad Matemática Española, El rostro humano de las matemáticas (2008)

Como la Escuela Politécnica de París, que fue fundada en 1794, cuando Sophie tenía 18 años, no admitía a las mujeres como alumnas (de hecho, no las admitiría hasta 1972), ella consiguió hacerse con algunos apuntes, como los de Química del químico francés Antoine François, Conde de Fourcroy (1755-1809) o los de Análisis Matemático del matemático franco-italiano, Joseph-Louis Lagrange (1736-1818). Al final del periodo lectivo los estudiantes solían presentar sus investigaciones, o comentarios, a sus profesores, así que Sophie Germain envió un trabajo a Lagrange, firmándolo como Antoine-Auguste Leblanc, un antiguo alumno de la Escuela Politécnica. Este trabajo impresionó a Lagrange, quien quiso conocer al estudiante. Al averiguar su verdadera identidad la felicitó, la animó a seguir estudiando y predijo que tendría éxito como matemática. Ese encuentro la hizo famosa en la comunidad científica y empezó a relacionarse con científicos de la época. Alcanzó cierta notoriedad. Muchos le enviaban sus trabajos o se querían entrevistar con ella.

Caricatura de Joseph-Louis Lagrange, realizada por Enrique Morente, para la exposición de la Real Sociedad Matemática Española, El rostro humano de las matemáticas (2008)

Cuando Sophie Germain empezó a escribir al gran matemático alemán Carl Friedrich Gauss (1777-1855) para compartir con él sus investigaciones en Teoría de Números (intentaba demostrar el Teorema de Fermat), firmó sus cartas con el seudónimo de “Monsieur Leblanc”. En 1906 con motivo de la campaña de Prusia de Napoleón, Sophie Germain temió que algo le ocurriera a Gauss y le escribió a un militar amigo suyo para que velara por la seguridad del matemático. El militar le escribió a Germain para comunicarle que Gauss estaba bien, que este le agradecía su mediación, pero que no conocía a ninguna Sophie Germain. Entonces la matemática francesa tuvo que escribirle para contarle que ella era Monsieur Leblanc. Gauss sorprendido al conocer su identidad, le escribió una carta alabando su talento, su valor y su genio, y comentando como una mujer encuentra más obstáculos que un hombre para trabajar en matemáticas debido a los prejuicios.

Caricatura de Carl Friedrich Gauss, realizada por Enrique Morente, para la exposición de la Real Sociedad Matemática Española, El rostro humano de las matemáticas (2008)

El resultado que lleva su nombre fue un avance muy importante en la demostración del Teorema de Fermat (que no se demostraría hasta 1995, por Andrew Wiles). Posteriormente se dedicaría al estudio de las superficies elásticas, intentando explicar matemáticamente los experimentos del físico alemán Ernst Florenz Friedrich Chladni (1756- 1827), los patrones geométricos que forma la música sobre las placas metálicas con arena, lo que le valdría el Premio de la Academia de Ciencias. Trabajó en otros temas como la curvatura o incluso en Filosofía de la Ciencia. Su ensayo filosófico Considérations générales sur l’état des Sciences y des Lettres aux différentes époques de leur culture / Consideraciones generales sobre las Ciencias y las Letras en las diferentes épocas de su cultura (1833), para identificar los procesos intelectuales de las “Ciencias” y las “Letras” e incluso de todas las actividades humanas, fue elogiado por el filósofo Augusto Comte.

Si se esparce arena en una placa metálica y se le hace vibrar con música, por ejemplo, un arco de violín, la arena se distribuye formando patrones geométricos. Fotografía de Chris Smith, de su proyecto Pattern 365, en flickr

 

Dedicó toda su vida a las matemáticas, no se casó nunca y murió de cáncer de mama en 1831. Poco antes de su muerte, en 1830, Gauss intentó que la Universidad de Gotinga, en Alemania, le otorgara el título de Doctor Honoris Causa, pero a pesar de su gran influencia en esta universidad, su propuesta fue rechazada.

El último teorema de Fermat

Como se comentaba más arriba el teorema que lleva asociado el nombre de esta matemática francesa, el teorema de Germain, que da lugar al concepto de número primo de Sophie Germain, está relacionado con el famoso último teorema de Fermat.

Empecemos recordando brevemente este importante resultado de la Teoría de Números (para más información sobre el mismo se puede leer la entrada Euler y el último teorema de Fermat o el artículo Avatares literarios del último teorema de Fermat).

Caricatura de Pierre de Fermat, realizada por Gerardo Basabe de Viñaspre, para la exposición de la Real Sociedad Matemática Española, El rostro humano de las matemáticas (2008)

El jurista francés y aficionado a las matemáticas Pierre de Fermat (1601-1665), inspirado en el problema de expresar el cuadrado de un número como la suma de los cuadrados de dos números, es decir, buscar soluciones de números enteros positivos a la ecuación pitagórica x2 + y2 = z2 (existen infinitas soluciones, ternas pitagóricas, como (3,4,5) o (5,12,13)), problema que aparecía en el libro Aritmética del matemático griego Diofanto (alrededor del siglo III o siglo IV), se planteó extender ese problema a cualquier potencia y afirmó tener una demostración (el famoso margen en su ejemplar del libro de Diofanto), del hecho de que no existían soluciones para cualquier potencia, diferente de 2. Sin embargo, esa demostración nunca apareció y fue el inicio de una gran aventura matemática, la búsqueda de una demostración del llamado último teorema de Fermat.

Último teorema de Fermat: No es posible encontrar tres números enteros positivos x, y, z tales que verifiquen la ecuación, xn + yn = zn, para n mayor, o igual, que 3.

El primer avance significativo en los intentos por demostrar el teorema de Fermat, en más de un siglo, se produjo de la mano del matemático suizo Leonhard Euler (1707-1783). Este estaba estudiando los papeles de Pierre de Fermat cuando en mitad de una demostración encontró un razonamiento válido para el teorema de Fermat cuando n = 4, es decir, de que no existen números enteros positivos x, y, z tales que x4 + y4 = z4. La técnica que utilizaba Fermat era la conocida con el nombre de “descenso infinito”.

Euler hizo uso de la técnica del descenso infinito, pero utilizando números complejos en el razonamiento, para demostrar la conjetura de Fermat para el caso n = 3, x3 + y3 = z3. Aunque Euler cometió un error en dicha demostración, el resultado necesario para corregirlo estaba en otro de los trabajos del matemático suizo, por lo que se sigue considerando válida su demostración. Las ideas de la demostración de Euler fueron generalizadas por matemáticos como el alemán Peter Gustav Lejeune Dirichlet (1805-1859), el francés Adrien-Marie Legendre (1752-1833) o el francés Gabriel Lamé (1795-1870) para probar algunos otros casos particulares, como, por ejemplo, n = 5 y 7.

Caricatura de Leonhard Euler, realizada por Enrique Morente, para la exposición de la Real Sociedad Matemática Española, El rostro humano de las matemáticas (2008)

Después del trabajo de Euler quedó claro que bastaba demostrar el último teorema de Fermat para los números primos impares. El argumento es el siguiente. Si un número primo p divide a n, entonces tendremos que n será el producto del número primo p con otro número q, es decir, n = pq. Por lo tanto, la ecuación xn + yn = zn, puede escribirse como

de donde se deduce, que si la ecuación xp + yp = zp, no tiene solución, tampoco la tendrá la anterior. Por otra parte, si ningún número primo impar divide a n, entonces n será una potencia de 2 y entonces 4 divide a n (para n = 2, ya sabemos la solución, son los triples pitagóricos). Por el mismo argumento anterior, si 4 divide a n, basta demostrar que la ecuación x4 + y4 = z4 no tiene solución, como ya sabemos, por el propio Fermat (a través de Euler, claro).

En consecuencia, había que intentar demostrar el último teorema de Fermat para los números primos impares. Pero solo se conocía la demostración para los primeros números primos impares, 3, 5 y 7. Y precisamente el primer resultado general vino de la mano de la matemática francesa Sophie Germain.

Caricatura de Sofía Kovalévskaya (1850-1891), realizada por Gerardo Basabe de Viñaspre, para la exposición de la Real Sociedad Matemática Española, El rostro humano de las matemáticas (2008)Los primos de Sophie Germain

El estudio de la ecuación xp + yp = zp, para p un número primo impar, se dividió en dos casos. El primer caso cuando p no divide a x, y y z (es decir, que x, y y z no son múltiplos de p) y el segundo caso cuando p sí divide a alguno de los tres, x, y o z. El resultado de Germain se refería al estudio del primer caso del último teorema de Fermat y es el siguiente.

Teorema de Germain: Si p es un número primo, tal que 2p + 1 también es primo, entonces no existen números enteros x, y, z, no nulos y no múltiplos de p, tales que xp + yp = zp.

Este resultado de Germain fue el primer resultado general en la demostración del último teorema de Fermat, que establecía una familia de números primos para los cuales no se cumplía el primer caso del último teorema de Fermat.

Debido al resultado anterior, a los números primos p tales que 2p + 1 es también primo se les llama primos de Sophie Germain (o primos de Germain). Por ejemplo, los números 2, 3 o 5 son primos de Sophie Germain, ya que 2 x 2 + 1 = 5, 2 x 3 + 1 = 7 y 2 x 5 + 1 = 11 son también primos. La sucesión de números primos de Sophie Germain es la sucesión A005384 de la Enciclopedia On-line de Sucesiones de Números Enteros – OEIS, y los primeros miembros de la sucesión son:

2, 3, 5, 11, 23, 29, 41, 53, 83, 89, 113, 131, 173, 179, 191, 233, 239, 251, 281, 293, 359, 419, 431, 443, 491, 509, 593, 641, 653, 659, 683, 719, 743, 761, 809, 911, 953, 1013, 1019, 1031, 1049, 1103, 1223, 1229, 1289, 1409, 1439, 1451, 1481, 1499, 1511, 1559, …

A los números primos de la forma 2p + 1, tales que p es un número primo (por lo tanto, p es un primo de Germain), se les llama números primos seguros. El nombre se deriva de la importancia de los números primos de Germain p y los primos seguros 2p + 1 en la criptografía. La sucesión de números primos seguros es la sucesión A005385 de la Enciclopedia On-line de Sucesiones de Números Enteros – OEIS, y los primeros miembros de la sucesión son:

5, 7, 11, 23, 47, 59, 83, 107, 167, 179, 227, 263, 347, 359, 383, 467, 479, 503, 563, 587, 719, 839, 863, 887, 983, 1019, 1187, 1283, 1307, 1319, 1367, 1439, 1487, 1523, 1619, 1823, 1907, 2027, 2039, 2063, 2099, 2207, 2447, 2459, 2579, 2819, 2879, 2903, 2963, …

Se desconoce, al igual que ocurre con los números primos gemelos (véase la entrada Números primos gemelos, parientes y sexis (1)), si existen infinitos números primos de Sophie Germain. Y, de nuevo, como en otros temas, se buscan números primos de Germain lo más grandes posibles. Como puede verse en la página web dedicada a los números primos y sus records, The Prime pages, el número primo de Sophie Germain más grande conocido, a día de hoy, fue obtenido en febrero de 2016, y es el número

que tiene 388.342 dígitos.

Mirando la lista de los números primos de Sophie Germain anterior podemos descubrir cuestiones como la siguiente. Si tomamos el número 2, que es un primo de Germain, resulta que el número primo seguro asociado, 2 x 2 + 1 = 5, también es primo de Germain. Más aún, el número primo seguro asociado al 5, 2 x 5 + 1 = 11, también es primo de Germain. Pero podemos continuar más, ya que 2 x 11 + 1 = 23 también es un primo de Germain. Aunque, este camino se termina aquí, puesto que 2 x 23 + 1 = 47, que ya no lo es. En cualquier caso, observamos que podemos generar cadenas de números de Germain concatenados. De hecho, a las cadenas de números primos de Sophie Germain concatenados, incluido el número primo seguro asociado al último de la cadena, en el caso anterior la cadena 2, 5, 11, 23, 47, se las llama cadenas de Cunningham, que reciben ese nombre en honor al matemático indio-británico Allan J. C. Cunningham (1842-1928). Las cadenas de Cunningham tienen la siguiente forma, si p es el número primo de Germain inicial:

Otro ejemplo de cadena de Cunningham es 89, 179, 359, 719, 1439 y 2879. En 2008, el matemático polaco Jaroslaw Wroblewski descubrió la cadena más larga conocida, a día de hoy, formada por 17 elementos. Esta cadena empieza por el número primo de Sophie Germain (con 22 dígitos):

2.759.832.934.171.386.593.519.

El poema de los números primos

Esther Ferrer es una reconocida artista cuyo arte transita entre el minimalismo y el arte conceptual, así como una pionera del arte de la performance. Su trabajo ha sido reconocido con múltiples galardones como el Premio Nacional de Artes Plásticas, en 2008, el Premio Gure Artea, en 2012, o los siguientes premios en 2014, Premio MAV (Mujeres en las Artes Visuales), Prix Marie Claire pour l’Art Contemporain y Premio Velázquez de las Artes Plásticas. Una recomendación para las personas interesadas en conocer su trayectoria artística es el documental Esther Ferrer: Hilos de Tiempo (Josu Rekalde, 2020).

Cartel del documental Esther Ferrer: Hilos de Tiempo (2020), dirigido por Josu Rekalde

En su arte podemos encontrar muchos elementos relacionados con las matemáticas, tanto como fuente de inspiración, como herramienta de creación artística, desde los números primos con los que trabaja desde la década de los años 1970, hasta el infinito en el número pi, pasando por la combinatoria, el azar, las ilusiones ópticas o la geometría. Algunas de las entradas del Cuaderno de Cultura Científica estudian esta interesante interacción, como Variaciones artísticas del teorema de Napoleón, sobre una serie de obras titulada Triángulo de Napoleón que está relacionada con un resultado clásico de la geometría, el teorema de Napoleón, o la entrada ¿Es normal el número pi?, en la cual se explica la importancia de las matemáticas en la estética de la obra Pi (2009-2010). Pero una de las herramientas de creación artística más importantes en la producción de Esther Ferrer son los números primos. De sus procesos creativos y obras relacionadas con los mismos se ha escrito en las entradas El poema de los números primos, El poema de los números primos (2) o Números primos gemelos, parientes y sexis (1), pero también en el libro La gran familia de los números (Libros de la Catarata – ICMAT – FESPM, 2021).

Boceto de la instalación para la nueva plaza de acceso a Tabakalera, perteneciente a la serie El poema de los números primos, de Esther Ferrer. Mi más sincero agradecimiento a Esther Ferrer por permitirme mostrar este hermoso boceto, cuya realización se podrá disfrutar en breve en Tabakalera (Donostia)

La instalación para la nueva plaza de acceso a Tabakalera, perteneciente a la serie El poema de los números primos, de Esther Ferrer, se construye utilizando la espiral de Ulam (véase la entrada El poema de los números primos, para una lectura más en profundidad de esta estructura geométrica plana numérica) y los números primos de Sophie Germain, que se han explicado en esta misma entrada, mediante un proceso creativo similar al de algunas de las obras de las series El poema de los números primos y Un mar de números primos, que explicaremos a continuación.

La espiral de Ulam es una estructura geométrica plana, de tipo reticular, en la que los números naturales son escritos en espiral, empezando en el 1 y en el sentido contrario a las agujas del reloj, destacando los números primos. En la siguiente imagen se muestra la espiral de Ulam hasta el número 144 (aunque es un número bajo ya se puede percibir la idea de su proceso de construcción), con las casillas de los números primos (como 2, 3, 5, 7 11, etcétera) en gris, lo que permite observar la distribución de los números primos en la misma (sobre todo para grandes retículas, como hizo el matemático polaco Stanislaw Ulam (1909-1984)).

Espiral de Ulam hasta el número 144, con las casillas de los números primos en gris

 

El boceto de la instalación de Esther Ferrer, que luego se trasladará a la obra formada por baldosas ubicada en la nueva entrada de Tabakalera, consiste en una espiral de Ulam de 88 filas y 89 columnas, es decir, 7.832 casillas (desde el número 1, en el centro de la retícula cuadrada, al número 7.832 en la esquina de abajo a la izquierda). En las casillas/baldosas con números compuestos, es decir, no primos, se han borrado los números, mientras que se han dejado escritos los números primos en sus correspondientes casillas, pero además estas casillas, están pintadas de gris (la última casilla gris de la espiral de Ulam, luego de un número primo, es el 7.829), salvo algunas que serán doradas. Estas se corresponden con otro elemento importante en esta obra, como comentábamos más arriba, son los números primos de Sophie Germain. Las casillas que contienen estos números van pintadas de dorado, en lugar de gris, como homenaje a la matemática francesa (la última casilla dorada de la espiral es el número 7.823).

En la siguiente imagen mostramos una reconstrucción de la idea de la instalación de Esther Ferrer, pero para la pequeña retícula de 144 casillas (12 filas y 12 columnas), en la que se recoge lo explicado hasta el momento: espiral de Ulam, casillas doradas con números primos de Sophie Germain, casillas grises con números primos que no son de Germain y, por ahora, casillas blancas para los números compuestos.

Espiral de Ulam en la que se han borrado los números compuestos –no primos-, se han pintado de gris las casillas de los números primos, salvo aquellas que corresponden a números primos de Germain, que están pintadas de dorado

 

El método general de Esther Ferrer, en las obras relacionadas con los números primos, consiste en generar patrones planos utilizando dos estructuras relacionadas con los mismos, la criba de Eratóstenes y la espiral de Ulam, que acabamos de mencionar para la futura instalación. En ambos casos, el patrón geométrico queda establecido de forma objetiva, por la distribución de los números primos, mientras que la artista “actúa” después sobre las zonas de números compuestos, no primos. Normalmente, crea interacciones artísticas cambiantes sobre las “lagunas de números primos”, es decir, las zonas de números compuestos, no primos, entre dos números primos consecutivos. Un ejemplo de interacción artística consiste, por ejemplo, en que, en cada casilla de un número compuesto, no primo, se dibuja una diagonal siguiendo la siguiente regla. Las diagonales tienen dos posiciones (ascendente o descendente, en el sentido del recorrido de los números) y dos colores (por ejemplo, azul y verde), y el sentido y el color de las diagonales cambian de una laguna de números primos a la siguiente. En otras obras, las diagonales van avanzando en zigzag (ascendente/descendente) de una casilla a la siguiente y es el color de las diagonales el que cambia de una laguna a otra, es decir, cambian con cada nuevo número primo. Pueden verse algunos ejemplos en las entradas mencionadas más arriba.

Sin embargo, en esta última obra Esther Ferrer ha incluido un elemento nuevo, como son los números primos de Sophie Germain y la intervención artística cambia en la misma, de diagonales en zigzag verdes a diagonales en zigzag azules, y viceversa, no en los números primos como antes, sino en los números primos de Germain. Por otra parte, las lagunas de números primos se marcan pintando media casilla, inicial y final, del color correspondiente (lo que provoca que para los números primos gemelos la casilla intermedia sea completamente azul o verde, ya que es inicial y final a la vez). En la siguiente imagen se muestra una reconstrucción para la pequeña retícula de 144 casillas.

Reconstrucción del boceto de la instalación para la nueva plaza de acceso a Tabakalera, perteneciente a la serie El poema de los números primos, de Esther Ferrer, para la pequeña retícula de 144 casillas (12 filas y 12 columnas), que se corresponde con la parte central del boceto

Obsérvese que, si nos vamos moviendo en espiral, como ha sido construida la espiral de Ulam, los colores de las diagonales en zigzag cambian entre los números primos de Germain, que son (menores que 144) los siguientes, 2, 3, 5, 11, 23, 29, 41, 53, 83, 89, 113 y 131. Las casillas coloreadas solamente la mitad se corresponden con casillas iniciales y finales de lagunas de números primos (recordemos que son zonas de números no primos, entre un primo y el siguiente), luego las casillas monocolor se corresponden con la única casilla que está entre dos primos gemelos (parejas de números primos con solo un número par entre ellos). Por ejemplo, dos números primos de Germain consecutivos son el 41 y el 53, cuyas casillas son doradas; el color que domina las casillas entre ellos es el azul; entre el 41 y 43 la casilla es completamente azul, ya que son números primos gemelos; la pequeña laguna entre el 43 y el 47, es una pequeña zona en zigzag azul, con la casilla del 44 (inicial) con la mitad azul y la casilla del 46 (final) con la mitad azul; y algo similar en la siguiente laguna entre los números primos 47 y 53. Y entonces, en el primo de Germain 53, cambia el color al verde, hasta el siguiente, el 83.

Poema de los números primos lagunas (2020), de Esther Ferrer, construida mediante una espiral de Ulam –que empieza en un número primo muy alto, el 1.693.182.318.746.371–, teniendo en cuenta las lagunas de números primos y con una gran laguna central, de 1131 números compuestos consecutivos. Tuve el placer de colaborar con Esther Ferrer en la parte matemática de esta obra, y otras relacionadas. Muchas gracias, Esther.

Bibliografía

1.- R. Ibáñez, La gran familia de los números, Libros de la Catarata – ICMAT – FESPM, 2021.

2.- María Molero, Adela Salvador, Sophie Germain (1776-1831), Ed. del Orto, 2007.

3.- Lourdes Figueiras, María Molero, Adela Salvador, Nieves Zuasti, El juego de Ada. Matemáticas en las Matemáticas, Proyecto Sur, Granada. 1988.

4.- Susana Mataix, Matemática es nombre de mujer, Rubes, 2005.

5.- Xaro Nomdedeu, Mujeres, manzanas y matemáticas, Nivola, 2000.

6.- VVAA, El rostro humano de las matemáticas, Nivola, 2008.

7.- Dora Musielak, Sophie Germain, Revolutionary Mathematician, Springer, 2020.

8.- Paulo Ribenboim, The Little Book of Bigger Primes, Springer, 2004.

9.- R. Ibáñez, Las matemáticas como herramienta de creación artística, Libros de la Catarata – FESPM, 2023.

 

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 Los números primos de Sophie Germain se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Juan Ignacio Pérez Iglesias

Hitz gutxitan esan dezakegu zenbat eta antzekoagoa den bi norbanakoren genoma, orduan eta hurbilen ahaidetuta egongo direla. Baieztapen horrek ere balio du birusentzat, ugaztun espezieentzat edo baita espezie bereko norbanakoentzat ere. Horiek horrela, bi bikik (obulu bakarretik sortuak) ez lukete alderik izango beren genoma nuklearrean (baina bai mitokondrialean; hala ere, hori beste egun baterako gaia da), eta khoisan etniako gizabanako baten eta nire genomaren artean alde nabarmenak egongo dira. Genomaren nukleotidoen sekuentziaren antzeko logika aplikatu dakieke proteinen aminoazidoenari.

1. irudia: Gustave Doré artistaren ilustrazioa, Les Contes de Perrault libururako. Paris, J. Hetzel, 1867.

Genetika molekularreko teknikei esker, eta analisi matematiko sofistikatuen bidez, iraganean organismoen leinuek eginiko ibilbidea ezagutu daiteke. Espezie, genero, familia eta antzeko multzoetan ere sailka daitezke, euren arteko hurbiltasun (filo)genetikoaren arabera. Oro har, zenbat eta antza handiagoa duten klado bateko kideen genomen nukleotidoek edo proteinen aminoazidoek (izan espezie bateko, genero baten espezie bateko, familia baten genero bateko edo beste edozein maila taxonomikoko norbanakoak edo populazioak), orduan eta denbora gutxiago igaro da desberdinak diren horiengandik bereizi zenetik. Azken finean, ahaidetasun mailak, hain zuzen ere, denbora hori adierazten du.

Bada, antzeko logika aplikatu dezakegu, organismo batenaren ordez, elementu kultural baten historia aztertu nahi dugunean; hala nola ipuin batena, adibidez, gure garaira iritsi diren bertsio desberdinetan denboran zehar ipuinean mantendu edo galdu diren alderdiak identifika badaitezke. Horiek horrela, organismo biologikoen historia azaltzeko erabiltzen diren metodo matematikoen antzekoak erabil daitezke, baina, kasu honetan, ez da genomaren antzekotasuna edo desberdintasuna aztertuko istorio beraren bi bertsiotan, adierazi berri ditugun elementu horiek baizik. Hau da, SARS-Cov2-ren aldaeren proteina jakin batzuetako aminoazidoen sekuentzia edo zenbait ugaztun espezieren hemoglobinena aztertzen den modu berean, ipuin beraren aldaera edo bertsio desberdinek jasotzen dituzten elementuak azter daitezke, adibidez.

Horixe bera egin zuten The Spinning-Woman by the Spring (edo The Kind and the Unkind Girls) ipuinarekin. Ipuin horren bertsio desberdinak daude Europa osoan zehar eta Asiaren zati batean. Grimm anaien bilduman hiru aldaera jasotzen dira: Los tres enanitos del bosque, San José en el bosque eta Madre Nieve (Frau Holle). Aarne-Thompson-Uther sailkapeneko moten indizearekin bat, 480 motako ipuina da, Europan zehar ehunka aldaera dituena.

700 aldaera aztertu zituzten, 31 talde etnolinguistikori zegozkionak: alemana (61 aldaera), armeniera (3), bulgariera (8), txekiera (11), daniera (48), eskoziera (3), esloveniera (6), espainiera (11), estoniera (16), finlandiera (83), flandriera (6), frantsesa (16), grekoa (11), ingelesa (8), irlandera (22), islandiera (11), italiera (33), letoniera (13), norvegiera (48), poloniera (45), postugesa (2), errumaniera (4), errusiera (32), suediera (101), suediera Finlandian (25), suitzar alemana (3), turkiera (32), fino-ugriarrera Errusian (23), valoniera (3), euskara (2) eta jugoslaviera (13). Egileek 393 ezaugarri binario identifikatu dituzte; hau da, ipuinean egon daitezkeen edo egon ez daitezkeen 393 elementu. Ondoren, aldaera bikoteak aztertuta, bietako bakoitzaren artean dagoen distantzia neurtu dute. Distantzia Jaccard indizearen bidez zehazten da. Antzekotasunaren indize bat da (edo, nahiago bada, aurkakoarena). Indizea kalkulatzeko bi aldaerek partekatzen dituzten elementuak (intersekzioa) zatitzen dira aldaera horiek dituzten elementu guztien artean.

Aldaera bikoteen arteko antzekotasunaz gain, aldaeren jatorrizko herrien arteko distantzia geografikoa ere kalkulatu zuten, edo, datu hori ez bazuten, bi aldaerak sakabanatzen diren eremuetako zentroideen artekoa. Hizkuntzen arteko antzekotasunik ezeko matrize bat ere sortu zuten; horretarako, hizkuntza bikoteen arteko distantziak erabili zituzten, aurretiaz argitaratutako analisi filogenetikoetatik abiatuta zehaztu daitezkeen moduan. Familia berekoen kasuan, prozedura erraza da, baina talde desberdineko hizkuntzen (turkiar hizkuntzak, fino-ugriarrerak eta euskara) antzekotasunik eza zehazteko, familien arteko distantzia jakin bat esleitu zuten nahierara, molde honi jarraikiz: hizkuntza indoeuroparrekiko hain antzekoak ez diren bi hizkuntzen arteko distantzia bider 1,25. Azkenik, identitate entrolinguistikoko matrize bat egin zuten, ipuinaren aldaera indibidualetarako. Bi aldaera komunitate linguistiko berekoak direnean, euren arteko distantzia matrize horretan 0 izango litzateke; bi komunitate desberdineko bi aldaera baldin baditugu, berriz, distantzia matrizean 1 izango litzateke.

Ondorengo analisiak bi prozedura hartu zituen barne. Alde batetik, distantzia desberdinen arteko korrelazioen analisiak erabili zituzten (ipuinen, geografikoen, linguistikoen eta talde entolinguistikoen artean); eta, bestetik, bariantza molekularraren analisiak (AMOVA) aplikatu zituzten. Horri esker, kalkulatu ahal izan zuten aztertutako aldaeraren zer proportzio dagokien populazioen arteko aldeei (komunitate entolinguistikoak, kasu honetan) eta zer proportzio dagokien populazioen barneko aldeei. Ondoren, NeighbourNet bat eraiki zuten (bizilagunen sarea), komunitate etnolinguistikoen arteko taldekatzeak ikusteko, ipuinaren aldaeren arabera, baita euren arteko distantziak ere.

Aztertutako faktoreen artean, populazioen arteko distantzia geografikoa da ipuinaren bertsioen arteko aldakuntzaren frakziorik handiena adierazten duena. Are gehiago, aintzat hartzen bada hizkuntzen arteko aldeen zati handi bat geografiarekin lotuta dagoela, analisia distantzia geografikoa kontuan hartu gabe egiten bada, hizkuntzak ez du adierazten aldaeren aldakuntzaren frakzio nabarmenik.

Ez da gauza bera gertatzen, baina, identitate etnolinguistikoarekin. Izan ere, faktore horrek adierazi egiten du ipuinaren bertsioen aldakuntzaren frakzio nabarmen bat, baita distantzia geografikoaren efektua aintzat hartzen bada ere. Faktore horren efektua hain da garrantzitsua, non muga etnolonguistikoa eraikitzen duen oztopo kulturalaren efektua honen baliokidea baita: ipuinaren aldaeren arteko distantzia geografikoa bider 10eko faktore bat. Horrek esan nahi du kultura bereko baina 100 km-ko distantziara dauden bi ipuinek, bataz beste, bi kultura desberdineko baina 10 km-ko distantziara dauden bi ipuinen arteko antzekotasun maila bera daukatela.

2.irudia: Aztertutako herrien multzorako lortutako NeighbourNet-ak bost taldekatze handi islatzen ditu.

Aztertutako herrien multzorako lortutako NeighbourNet-ak bost taldekatze handi islatzen ditu. Lehenengoak hizkuntza erromanikoak erabiltzen dituzten Europa mendebaldeko herrialdeak barne hartzen ditu (Errumania salbu), baita beste batzuk ere, hala nola populazio euskalduna, flandriarra eta alemanez mintzatzen den populazio suitzarra ere. Bigarrenak hizkuntza eslaviarrak erabiltzen dituzten Europa ekialdeko herrialdeak barne hartzen ditu, baita beste komunitate linguistiko batzuk ere, hala nola errumaniarra eta hizkuntza fino-ugriarrak erabiltzen dituzten Errusiako hiztunak. Hirugarrenak Europa eta Asia artean dauden populazioak barne hartzen ditu (armeniarrak, grekoak eta turkiarrak). Laugarren taldeak populazio eskandinaviarrak barne hartzen ditu, Danimarka izan ezik. Eta bosgarrenak alemanak, daniarrak, letoniarrak eta britainiarrak barne hartzen ditu.

Ikuspegi orokorrak agerian jartzen du ipuinaren aldaerak oso ondo definitutako eremu geografikoekin bat etorriz multzokatzen direla Europan zehar, bosgarren taldean izan ezik. Izan liteke salbuespen hori IX. mendean Britainiako Uharteetan abiarazitako zabalkuntza bikingoaren eta XIII. mendetik aurrera Bretainiako Uharteak Baltikoko itsasertzeko herrialdeekin komunikatu zituzten merkataritza sareen (hala nola Hansako Liga) ondorio izatea.

Faktore geografikoa da, alde handiarekin, diferentziazio faktore garrantzitsuena termino absolutuetan. Nolanahi ere, geografikoaz gain, talde etnolinguistikoaren efektua ere garrantzitsua da. Adierazi dugun moduan, talde desberdineko bi aldaeren arteko 10 km-ko distantzia talde bereko bi aldaeren arteko 100 km-ko distantziaren baliokidea da. Horrek esan nahi du identitate etnolinguistikoa oztopo handia dela ipuinak eta antzeko elementu kulturalak transmititzeko orduan. Leinu kulturalak (herrialdearen hizkuntzak adierazten duena), berriz, ez du efektu oso nabarmenik ipuinaren aldaeren aniztasunean.

Ikerketa hori populazioen genetikaren berezko teknikak erabilita kulturaren bilakaera edo bereizketa prozesu bat aztertu duen ikerketa gutxienetako bat da. Azterlanean ez dira ipuinaren aldaerei dagozkien giza populazioen markatzaile genetikoak aztertu, baina hori egin izan balitz, seguruenik, paralelismo garrantzitsua ikus ahalko litzateke distantzia genetikoen eta distantzia kulturalen artean, Taiwanen eginiko abesti herrikoiei buruzko ikerketa honetan hautemandakoaren antzekoa.

Erreferentzia bibliografikoa:

Ross, Robert M.; Greenhill, Simon J.; Atkinson, Quentin D. (2013). Population structure and cultural geography of a folktale in Europe. Proceedings of the Royal Society B, 280, 1756. DOI: 10.1098/rspb.2012.3065

Egileaz:

Juan Ignacio Pérez (@JIPerezIglesias) UPV/EHUko Fisiologiako katedraduna da eta Kultura Zientifikoko Katedraren arduraduna.

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Puesto en el Mercado de San José de Barcelona (popularmente conocido como La Boquería). Foto: Jacopo Maia / Unsplash

España es uno de los mayores suministradores de frutas y verduras para los países europeos y la agricultura representa uno de los pilares fundamentales de nuestra economía como país. Anticipar el precio futuro de dichos productos permitiría a las cooperativas y agricultores programar la producción, cosecha y comercialización de una manera más eficiente. Esto se traduciría en una remuneración más justa, contribuyendo de paso a disminuir el desperdicio alimentario que supera el 14% de la producción de las frutas y verduras a nivel mundial.

Como en cualquier mercado, conocer de antemano cómo van a evolucionar los precios en el sector no es nada fácil, pero ahí es donde la inteligencia artificial tiene algo que aportar. Un equipo de investigadores ha analizado el potencial del algoritmo de Machine learning Reservoir Computing de cara a anticipar la evolución de los precios en el sector agroalimentario y con ello prevenir, o al menos anticiparse, a posibles crisis.

“Anticipar crisis de precios en el mercado agroalimentario es fundamental para garantizar la sostenibilidad del sector y la seguridad alimentaria, ambos objetivos de la ONU para la Agenda 2030. Sin embargo, esta no es tarea fácil, ya que el problema implica analizar series temporales con pocos datos, muy volátiles y que están influenciadas por factores externos como la producción y demanda, las exportaciones o el clima”, explica Mar Grande, investigadora de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica, Alimentaria y de Biosistemas (ETSIAAB) de la UPM y de la empresa AGrowingData y una de las autoras del trabajo.

Para afrontar este problema, el equipo analizó el rendimiento del algoritmo de Reservoir Computing para predecir series temporales de precios. Además, desarrollaron una arquitectura óptima, basada en la descomposición de la serie temporal, para anticipar la evolución del mercado agroalimentario.

El trabajo pone de manifiesto el potencial de dicho algoritmo a la hora de predecir la evolución de los precios. Además, supera en rendimiento a otros modelos utilizados hasta el momento como los modelos econométricos (SARIMA) o las redes neuronales como LSTM, reduciendo el error absoluto medio y, lo que es más importante, aumentado la precisión al predecir la dirección del mercado.

Crisis de precios y desperdicio de comida

Los resultados obtenidos suponen una importante contribución de cara a garantizar la seguridad alimentaria y crear un sistema agroalimentario sostenible. Además, conocer con la suficiente anticipación los periodos de precios mínimos en los que la producción se tira porque no es rentable su venta, permitiría a gobiernos y ONGs destinar dicha producción a las poblaciones vulnerables.

Y es que, pese a la importancia de los datos, los investigadores subrayan que “no podremos tener un sistema alimentario sostenible si no solventamos el problema del desperdicio de comida” muy relacionado con las crisis de precios.

“Alrededor del 14% de las frutas y verduras que se producen en el mundo se pierden antes de llegar al mercado. Esto ocurre principalmente por las crisis de precios, donde el precio es tan bajo que no sale rentable comercializar los productos. Así, para alcanzar la sostenibilidad del sector agroalimentario es tarea clave anticipar los precios del mercado para que se puedan llevar a cabo acciones adecuadas antes de que se produzca una crisis”, concluyen.

Referencias:

L. Domingo, M. Grande, F. Borondo y J. Borondo (2023) Anticipating food price crises by reservoir computing Chaos, Solitons and Fractals doi: 10.1016/j.chaos.2023.113854

L. Domingo, M. Grande, G. Carlo, F. Borondo y J. Borondo (2023) Optimal quantum reservoir computing for market forecasting: An application to fight food price crises arXiv doi: 10.48550/arXiv.2401.03347

 

Edición realizada por César Tomé López a partir de materiales suministrados por la Universidad Politécnica de Madrid

 

El artículo Anticipando las crisis de precios agroalomentarios usando inteligencia artificial se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Munduko oihan basatienean zein hormigoizko hiri eraldatuenean aurki daitezke landareak. Edonon daude, Lurreko biomasaren % 80 osatzen dute eta ezinbestekoak dira giza biziraupenerako. Hala ere, gutxitan erreparatzen diegu bizidun berde horiei eta, are gutxiago, haien garrantziaz jabetu.

Aurrekoa frogatzeko proba azkar bat. Bota segundo bakarreko begirada azpiko irudiari. Zer ikusi duzu irudian?

1. irudia: Zer ikusten duzu irudian? (Argazkia: Oier Pedrera)

Ziur aski, irakurleen gehiengoak ez du arazorik izango irudiaren erdialdean kokatuta dagoen oreina gogoratzeko. Hala ere, irakurle gehienek nekez berreskuratuko dute basoko zuhaitzen gaineko edota orkatzaren parean dagoen sastrakari buruzko informazioa. Asko jota, nahaspila berde-marroi bat eratzen duen basoaz inguratuta dagoen ugaztunaren irudia etorriko zaie burura. Hala, argazkiaren zati handiena kolore, tamaina eta testura anitzeko landareek estaltzen badute ere, gizakion atentzioa, begirada eta, ondorioz, oroimena animaliara zuzenduko da inkontzienteki.

Landareekiko itsutasunaren fenomenoa

Fenomeno horri “landareekiko itsutasuna” deritzo eta duela hamarkada gutxi batzuk hasi zen haren kausa, adierazle eta soluzio posibleen gaineko ikerketa. 1999. urtean termino berori definitu zuten James H. Wandersee eta Elisabeth E. Schussler botanikarien arabera, “landareekiko itsutasunak inguruko landareez ohartzea, haiek identifikatzea bai eta haien garrantzia balioestea galarazten du”. Egun badakigu, ordea, fenomenoak ez duela soilik kotxearen gainean erortzen zaizkigun hostoak zein zuhaitzetik datozen identifikatzea eta hura izendatzea oztopatzen. Hasiera batean pentsatu zena baino konplexuagoa da. Besteak beste, eragotzi egin dezake landareekiko interesa garatzea, landareak animaliak bezain kontserbazioaren merezidunak direla ulertzea edota etorkizun jasangarri baterako bidean landareen beharrezkotasunaz jabetzea.

Gure eguneroko bizitzan ez gara horrelako fenomenoaz jakitun. Edonola ere, zeharo hedatuta dago landareekiko itsutasuna gizarte modernoetan eta ume zein helduetan ikusi da. Adibidez, 2021. urtean Journal of Biological Education aldizkarian ikerketa bat argitaratu zen Euskal Herriko hainbat gazteren landareekiko itsutasuna aztertzen zuena. Horren arabera, Bigarren Hezkuntzako ikasleek arazoak dituzte landareek betetzen dituzten zerbitzu ekologikoak identifikatzeko. % 60k baino gehiago aspergarri edo interes gabekotzat jotzen ditu. Eta ez dira 7 landare espezie baino gehiago zerrendatzeko gai. Baina, nonahi eta noiznahi ikusi baditzakegu -haien ingurune naturaletik kanpo bederen- eta gizakiok haiekin dugun menpekotasuna erabatekoa bada, zergatik jazotzen da fenomeno hori?

Giza eboluzioa, urbanizazioa eta beste gaitz batzuk

Frank Sinatra-k, Ray Charles-ek eta beste hainbat musikarik bertsio egin duten “Bein’ green” abestiaren arabera “ez da erraza berdea izatea, (…) berde kolorea gauza ordinario gehiegirekin nahas daiteke eta oharkabean pasatu”. Eta badute arrazoi pixka bat, antza. AEBn burututako “Attention ‘blinks’ differently for plants and animals” eta “It’s not easy being green: Student recall of plant and animal images” ikerketek landareekiko itsutasunaren eragiletzat jotzen dute haien morfologia, kolorea eta gizakion atentzio bisuala bereganatzeko ahalmen falta.

Ikerketon autoreen arabera, gizakien garunak landareak baztertzeko eboluzionatu du. Biziraupenaren ikuspuntutik abantailatsua suertatu zaie gure arbasoei animalien siluetak landareek eratzen dituzten paisaia berde homogeneo eta monokromatikoetatik bereizteko ahalmena garatzea. Azken finean, animalia mugikorren detekzio lasterra onuragarria izan daiteke ehizarako, babeserako, beste gizakien kontra lehiatzeko edota ugalketarako. Are gehiago, gizakion mekanismo bisuala ez da landareei erreparatzeko egokiena. Giza begiek hondotik nabarmentzen diren ainguralekuak behar dituzte eroso sentitzeko eta begirada puntu finko batean denbora luzez mantentzeko. Ostera, landareek guztiz kontrakoa eskaintzen dute. Hau da, ertz markaturik ez duen kolore berdineko irudi nahasia.

2. irudia: landareekiko itsutasunaren eragiletzat jotzen dute haien morfologia, (berde) kolorea eta gizakion atentzio bisuala bereganatzeko ahalmen falta. (Argazkia: Oier Pedrera)

Bestalde, arrazoi biologikoak ez dira fenomenoa azaltzen duten bakarrak. Arlo anitzetako ikertzaileen arabera, fenomeno honen eragile nagusienetarikoak dira faktore soziokulturalak ere.

Batetik, bizimodu modernoak naturarekiko alienazioa emendatu du, ingurune hiperurbanizatuetan bizitzeko bultzadak eta aisialdi-denboraren zati handiena gailu elektronikoekin pasatzeko joerak eraginda, besteak beste. Egun, hirietako gazteek naturarekin dituzten kontaktu gehienak esperientzia bikarioen bidezkoak dira (telebista, sare sozialak, etab.). Elkarrekintza zuzenak izateko aukerak murriztu egin dira ingurune naturalak bereiztearekin eta hormigoiarekin ordezkatzearekin batera. Ondorioz, 2022. urtean argitaratutako gizaki-landare erlazioak aztertzen dituen errebisio sistematiko batek salatzen du hirien hedapen eta dentsifikazioak eragin negatiboa duela landareekiko jarreran, ezagutzan eta kontserbatzeko prestutasunean.

Bestetik, gure gizarteak etengabe indartzen du animaliak landareak baino interesgarriagoak eta ikusgarriagoak direlako ideia. Ohikoa da, batez ere gazteei zuzendutako produktu eta zerbitzuetan, animaliei giza ezaugarriak edota izenak egokitzea. Animaliak -eta, bereziki, ugaztun exotiko antropomorfizatuak- gailentzen dira kamisetetan, iragarkietan, pelikuletan bai eta testuliburuetan. Aldiz, landareek espazio kultural horien zati oso txiki bat betetzen dute, eta kontserbazio-kanpainetan ere gutxietsi egiten dira, anfibio edo ornogabeekin batera.

Hortaz, adostasun zientifikoak onartzen duenaren arabera, landareekiko itsutasuna elkarri eragiten dioten faktore anitzek eragindako fenomenoa da. Hala ere, nagusiki mendebaldeko gizarte modernoetako gaitza dela dirudi. Izan ere, oraindik ere naturarekin eguneroko kontaktuari eusten dioten gizarte indigena eta landatarretan ez da horrenbesteko zoozentrismorik eta landareen bazterketarik antzeman.

Benda berdea kentzearen premiaz

Fenomenoaren sintoma, kausa eta konponbideen gaineko ikerketak bide luzea du aurretik. Haatik, argi dagoena da landareekiko itsutasuna arazotsua dela. Arazotsua bezain urgentea. Esaterako, landareen babeserako bideratzen den finantzaketa halako hiru erabiltzen da animalien kontserbaziorako. Horrez gain, oraindik ere ugariak dira ezezagunak diren eta kontserbazio-egoera ebaluatu gabe duten landareak, zientzia ere ez baita gaitz honetatik libratzen.

Gainera, landareekiko itsutasuna ez du soilik landareen kontserbazioa eta ekosistemen osasuna mehatxatzen. Gizateriaren ongizate eta biziraupena ere arriskuan ipintzen du. Alexandros Amprazis ikerlari greziarrak ohartarazten du landareekiko itsutasuna oztopo larria dela etorkizun jasangarri bat lortzeko. Horren ondorioz, Lurreko landareen % 21 desagertzeko arriskuan dagoen momentu zehatz honetan, ezinbestekoa da arazo horri aurre egitea.

Lehenik, azpimarratzekoa da hezkuntza abagune paregabea dela helburu hori lortzeko. Gizakiek erraztasun handiagoz antzematen eta identifikatzen dituzte aurretik ezagutzen dituzten gauzak. Horrela, nazioarteko ikerketa anitzek erakutsi dutenez, emaitza arrakastatsuak lortu dira landareen garrantzia ezagutaraztera eta gertuko ingurunean topa daitezkeen landareak seinalatu eta izendatzera bideratutako hezkuntza esku-hartzeetan.

Hala ere, alfabetatze botanikoa ez da benda berde hori kentzeko erremedio bakarra eta, agian, nahikoa ere ez. Banakoek ere asko egin dezakegu. Adibidez, termino horren asmatzaileen arabera, landareekin ditugun eguneroko kontaktuen maiztasuna eta barietatea emendatu beharko genuke. Hala, landareei buruz gehiago hitz eginez bai eta haiekin dugun kontaktu zuzena emendatuz desberdintasun nabaria egin ahalko genuke gure inguru hurbileko landareen atentzio eta ezagutzari bultzada emateko; eta, aldi berean, gure osasun fisiko zein mentala hobetzearen alde. Azken finean, naturarekin eta landareekin kontaktua handitzeak eragina izan dezakeelako estresean, antsietatean, umorean edota ongizate orokorrean.

3. irudia: bertako eremu urbanizatuetako landareak balioan ipintzeko “More than weeds” proiektuaren adibidea (Argazkia: Jill Mead/The Guardian)

Oro har, oraindik ere ugari dira landareekiko itsutasunaren inguruan ez dakizkigunak. Alabaina, agerikoa dena zera da: gure garunak zangotrabak jartzen badizkigu ere, fenomenoa ez dela ez unibertsala ez saihestezina. Berdea kolore ikusezina izateaz gain itxaropenaren kolorea ere bada. Beraz, artikulu honen esperantza landareen balioa agerian jartzea da. Batetik, landareen tokiko desagerpen-tasak zerora murrizteko aukera potentziala dagoelako oraindik. Eta bestetik, jabetu behar dugulako ez dagoela etorkizun jasangarririk landareekiko itsua den gizarte batentzat.

Egileaz:

Oier Pedrera biologoa da eta zientziaren didaktikaren alorrean doktorego-tesia egiten ari da UPV/EHUko Zientzia- eta Jasangarritasun-Hezkuntzarako Ikerketa Taldean.

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Las misiones planetarias que han visitado nuestro Sistema Solar exterior han supuesto una verdadera revolución en nuestra visión y comprensión de la actividad geológica más allá de la Tierra, especialmente en lo que se refiere a los cuerpos más pequeños donde, a priori, tras la formación del Sistema Solar, habrían tenido tiempo más que suficiente como para enfriarse por completo y ser mundos -en términos coloquiales- muertos a nivel geológico.

Sin la misión Cassini, que estuvo en órbita alrededor de Saturno durante trece años, quizás nuestra visión seguiría siendo, si no la misma, muy parecida a la que teníamos antes. Pero la enorme cantidad de imágenes y datos que nos envió de los distintos y diversos satélites del gigante gaseoso, y que probablemente representen diferentes estadios evolutivos, este cambio habría tardado mucho más.

El caso que vamos a tratar hoy es un poco peculiar porque servirá para darle otra vuelta a los modelos de evolución planetaria, pero también nos podría ayudar a saber como deberíamos seguir explorando otros mundos para obtener una visión más certera sobre estos. Por eso hoy vamos a hablar de Mimas, porque quizás, después de todo, tenga un océano interior.

Mimas visto con las cámaras de la Cassini el 13 de febrero de 2010 a una distancia de unos 9500 kilómetros. Cortesía de NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute.

Mimas es un pequeño satélite de Saturno -apenas tiene un diámetro de 400 kilómetros- y cuando uno mira su superficie, lo primero que salta a la vista es que está completamente cubierta por cráteres, muchas veces superpuestos los unos a los otros, uno de los cuales, Herschel, tiene aproximadamente un tercio del diámetro del satélite. Por cierto, es este cráter el que le da esa apariencia de “estrella de la muerte” que hace que su aspecto sea tan reconocible.

En geología planetaria, normalmente, el número y tamaño de los cráteres nos indica la juventud o la senectud de una superficie, porque cuanto mayor es el grado de actividad geológica, su superficie tendrá una mayor probabilidad de renovarse y, por lo tanto, borrar esos cráteres que han ido acumulándose en su superficie.

Hay otra serie de aspectos que nos podrían indicar una actividad reciente, como la presencia de sistemas de pliegues y fracturas como los que podemos ver en cuerpos como por ejemplo sería el caso de Encélado, otro satélite de Saturno, y cuya actividad es patente en su superficie no solo por zonas muy rejuvenecidas y con una total ausencia de cráteres, sino también por los geiseres activos que emanan de grandes sistemas de fracturas y atestiguan que es un mundo activo todavía hoy.

En el caso de los cuerpos cuya corteza está formada por hielo -la mayor parte de los satélites del Sistema Solar exterior son así- para que exista actividad en su superficie tiene que existir al mismo tiempo un océano interior que sirva como una correa de transmisión de ese calor que todavía queda en su núcleo rocoso o que, incluso, se está generando en estos momentos, bien en el núcleo o incluso en el propio hielo.

Si miramos más de cerca la superficie de Mimas en esta imagen de falso color -hecha para detectar variaciones composicionales- observamos claramente la permeabilidad de los cráteres. Cortesía de NASA/JPL/Space Science Institute.

Si nos fijamos solo en el aspecto de Mimas, a priori no parecería un mundo activo con un océano subterráneo, puesto que debido a su pequeño tamaño y con el tiempo que ha pasado desde su formación habría tenido tiempo más que suficiente para congelarse por completo en el caso de haber existido en algún momento.

Pero los datos de la misión Cassini han permitido en los últimos años detectar una serie de detalles que hacen pensar que podríamos estar muy equivocados. Uno de los datos más importantes consistió en observar las libraciones de Mimas a lo largo de su órbita alrededor de Saturno. ¿Qué son las libraciones? De una manera sencilla es un movimiento oscilante -o un bamboleo- que sufren los cuerpos celestes cuando los observamos desde el mismo punto.

Estas libraciones vienen condicionadas por las interacciones gravitatorias entre los cuerpos y que tiene como consecuencia cambios en su movimiento orbital y de rotación, algo que nos permite que a veces veamos más de la mitad de una luna, y me explico: Nosotros, desde la Tierra, parece que siempre vemos la misma cara de nuestra Luna, pero en realidad vemos algo más del 50% de su superficie gracias a las libraciones.

Más allá de permitirnos ver una mayor parte de la superficie, estas libraciones nos permiten encontrar pistas sobre la estructura interna de los satélites, como, por ejemplo, el tamaño del núcleo rocoso o la presencia de un océano interior. A estos datos hay que sumarles los datos gravitatorios y topográficos que también se tomaron durante la misión Cassini y que ayudan a completar los modelos sobre el interior.

Mimas, frente a los anillos de Saturno. Cortesía de NASA/JPL/Space Science Institute.

Algunos de los modelos iniciales mostraban que Mimas tendría un núcleo rocoso con una forma poco esférica -o dicho de otra manera, alejado del equilibrio hidrostático- y una corteza completamente congelada, con ningún o muy poco margen para la presencia de un océano, aunque es cierto que algunos autores como Rhoden et al. (2022, 2023) sugerían que esta podría ser una posibilidad.

Pero un estudio recién publicado por Lainey et al. (2024) en la revista Nature aporta una nueva pista: la corteza no rota al mismo ritmo que el núcleo, lo que sugiere que, efectivamente, entre ambas existe un océano interior, una estructura interna que casaría mejor con los datos de forma, topografía y campo gravitatorio de Mimas. Este océano ocuparía aproximadamente el 50% del volumen del satélite.

Entonces, ¿Por qué no vemos reflejo de ese océano en la superficie? Pues porque estaríamos ante un océano joven, y que probablemente tenga menos de 25 millones de años, es decir, en términos geológicos, un recién llegado. Este periodo de tiempo no habría sido suficiente para que la actividad del océano haya llegado a propagarse hacia la superficie y, por lo tanto, sea un océano invisible o camuflado.

Estos hallazgos nos hacen replantearnos una serie de cuestiones sobre la geología de los cuerpos más pequeños del Sistema Solar, especialmente en cuanto a la duración de su actividad geológica. Los cuerpos ya no solo podrían enfriarse y estar condenados a carecer casi por completo de esta, sino que podrían tener una segunda vida geológica en el caso de sufrir cambios en sus parámetros orbitales por la interacción con otros satélites del sistema, por poner un ejemplo, abriendo la puerta a un Sistema Solar todavía más vivo de lo que podríamos imaginar e incluso, quien sabe, si también más habitable desde el punto de vista de la astrobiología.

Referencias:

Lainey, V., N. Rambaux, G. Tobie, N. Cooper, Q. Zhang, B. Noyelles, y K. Baillié (2024) A Recently Formed Ocean inside Saturn’s Moon Mimas Nature  doi: 10.1038/s41586-023-06975-9.

Rhoden, Alyssa Rose (2023) Mimas: Frozen Fragment, Ring Relic, or Emerging Ocean World? Annual Review of Earth and Planetary Sciences doi: 10.1146/annurev-earth-031621-061221.

Rhoden, Alyssa Rose, y Matthew E. Walker (2022) The Case for an Ocean-Bearing Mimas from Tidal Heating Analysis Icarus doi: 10.1016/j.icarus.2021.114872.

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

El artículo Un océano para Mimas se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

Bi ikertzailek sareten oinarriak laburtzeko oso ezaguna den teknika bat hobetu dute; eta, horren bidez, bide berriak ireki dituzte kriptografiaren eta matematikaren arloan esperimentu praktikoak egiteko.

Gure bizitzak gero eta digitalagoak dira, eta segurtasuna kriptografiaren menpe dago. Mezu pribatu bat bidaltzean edo faktura bat online ordaintzean, gure datuak sekretupean mantentzeko diseinatutako algoritmoen menpe gaude. Baina jakina, pertsona batzuek sekretu horiek deskubritu nahi dituzte. Hori dela, ikertzaileek sistema horien sendotasuna probatzeko lan egiten dute, erasotzaile adimentsu batek eskua sartzen duenean erori ez daitezen.

1. irudia: ikertzaileentzat oso lagungarria da LLL algoritmoaren jokabidea aztertzea, erasoen aurrean hain ahulak ez diren sistemak diseinatu ahal izateko. (Ilustrazioa: Kristina Armitage. Iturria: Quanta Magazine)

Lan horretarako ezinbesteko tresna da LLL algoritmoa (1982an argitaratu zuten ikertzaileen izena darama: Arjen Lenstra, Hendrik Lenstra Jr. eta László Lovász). LLL eta haren ondoko sistema guztiek trikimailu kriptografikoak desegin ditzakete zenbait kasutan. Hori dela eta, ikertzaileentzat oso lagungarria da sistema horien jokabidea aztertzea, erasoen aurrean hain ahulak ez diren sistemak diseinatu ahal izateko. Algoritmoaren talentuak kriptografiaz harago doaz, baina; izan ere, matematika eremu aurreratu batzuetan ere tresna erabilgarria da, hala nola zenbakien teoria konputazionalean.

Urteetan zehar, ikertzaileek LLLren barianteak hobetu dituzte, ikuspegi praktikoagoa izateko, baina soilik puntu batera arte. Oraingo honetan, berriz, bi kriptografok LLL estiloko algoritmo berri bat sortu dute, eta askoz ere efizienteagoa da. Teknika berri horrek artikulu onenaren saria irabazi zuen 2023ko Kriptologiako Nazioarteko Konferentzian; izan ere, nabarmen areagotu du informatikariek eta matematikariek LLLren antzeko ikuspegiak erabil ditzaketen agertokien zerrenda.

«Benetan hunkigarria izan zen», adierazi zuen Chris Peikertek, Michigango Unibertsitateko kriptografoak (hark ez zuen artikuluan parte hartu). «Tresna hori aztergai izan dugu hamarkadetan zehar», esan zuen. «Oso atsegina da hainbeste urtetan landutako helburua lortu izana… Horrek frogatzen du oraindik ere sorpresa asko daudela deskubritzeko».

LLL motako algoritmoak sareten esparruan erabiltzen dira: erregularki tartekatutako puntuen bilduma infinituak. Ondo irudikatzeko, pentsa dezagun zoruan baldosak jartzen ari garela. Baldosa karratuz estal genezakeen dena eta, orduan, baldosen izkinek sareta bat osatuko lukete. Txandaka, baldosa ezberdinak jar ditzakegu (adibidez, paralelogramo luzanga bat), beste mota bateko sareta bat sortzeko.

Sareta bere «oinarria» erabilita deskriba daiteke. Oinarri hori bektoreen multzo bat da (nagusiki, zenbaki zerrendak); eta horiek hainbat modutan konbina daitezke saretaren puntu bakoitza lortzeko. Imajinatu bi bektore hauek osatutako oinarria duen sareta bat: [3, 2] eta [1, 4]. Sareta bektore horien kopien batuketak eta kenketak eginez lor ditzakegun puntu guztiak dira.

Baina bektore bikote hori ez da saretaren oinarri bakarra. Gutxienez bi dimentsio dituen sareta orok oinarri posible infinituak ditu. Baina oinarri guztiak ez dira berdinak. Oinarriaren bektoreak laburragoak eta haien artean angelu zuzenengandik hurbilagoak direnean, errazagoa da lantzeko, baita erabilgarriagoa ere problema konputazional batzuk ebazteko ere. Hori dela eta, ikertzaileentzat oinarri «onak» dira horiek. Horren adibide da jarraian agertzen den figurako bektore bikote urdina. Aitzitik, bektore luzeagoak eta ez hain ortogonalak dituzten oinarriak (bektore gorriak, adibidez) «txarrak» izango liratekeen.

2. irudia: oinarriaren bektoreak laburragoak eta haien artean angelu zuzenengandik hurbilagoak direnean, errazagoa da lantzeko, baita erabilgarriagoa ere problema konputazional batzuk ebazteko ere. (Ilustrazioa: Merrill Sherman. Iturria: Quanta Magazine)

Azken hori LLL bidez lantzeko kontua da: emaiozu hari (edo haren antzeko sistemaren bati) sareta multidimentsional baten oinarria eta hobeago bat aurkituko du. Prozesu horri sareten oinarria laburtzea esaten zaio.

Eta, zer lotura du horrek guztiak kriptografiarekin? Bada, sistema kriptografiko bat hausteko lana, zenbait kasutan, beste problema baten gisan birformulatu daiteke: sareta batean erlatiboki laburra den bektore bat aurkitzea. Eta, batzuetan, bektore hori LLL estiloko algoritmo batek sortutako oinarri laburtutik atera daiteke. Estrategia horren bidez, ikertzaileek itxuraz saretekin lotura handia ez duten sistemak eraitsi ahal izan dituzte.

Zentzu teorikoan, jatorrizko LLL algoritmoa arin batean exekutatzen da: exekutatzeko behar den denborak ez du esponentzialki eskalatzen sarreraren tamainarekin; hau da, oinarriko bektoreen zenbakien tamaina (bits-etan) eta saretaren dimentsioa. Hala ere, funtzio polinomiko gisa areagotzen da, eta “benetan egin nahi baduzu, denbora polinomikoa ez da beti hain posiblea”, azaldu zuen Léo Ducasek, Herbeheretako CWI ikerketa institutu nazionaleko kriptografoak.

Praktikan, horrek esan nahi du jatorrizko LLL algoritmoak ezin dituela handiegiak diren sarrerak gobernatu. “Matematikari eta kriptografoek gehiago egiteko ahalmena izan nahi zuten”, esan zuen Keegan Ryanek, Kaliforniako Unibertsitateko (San Diego) doktoregoko ikasleak. Ikertzaileak lanean aritu dira LLL estiloko algoritmoak optimizatzeko, sarrera handiagoak erabili ahal izateko; eta, askotan, errendimendu ona lortu dute. Hala ere, eginkizun jakin batzuk lortzeko ezinezkoak ziruditen.

Artikulu berriak, Ryanek eta bere tesi zuzendari Nadia Heningerrek idatzitakoak, askotariko estrategiak konbinatzen ditu LLL estiloko beren algoritmoaren efizientzia hobetzeko. Alde batetik, teknikak egitura errekurtsibo bat erabiltzen du, eginkizuna zati txikiagotan banatzen duena. Bestetik, algoritmoak kontu handiz kudeatzen du tartean dauden zenbakien doitasuna, abiaduraren eta emaitza zuzenaren arteko oreka lortuta. Lan berriari esker, ikertzaileek milaka dimentsiotako sareten oinarriak laburtu ahal dituzte.

Aurreko lan batzuek ere ikuspegi bera izan zuten: 2021eko artikulu batek ere errekurtsibitatea eta doitasunaren kudeaketa konbinatu zituen sareta handiekiko lana arintzeko, baina soilik funtzionatzen du sareta mota zehatzetarako, eta ez kriptografian garrantzitsuak diren guztietarako. Algoritmo berriak ondo funtzionatzen du tarte askoz handiagoan. «Oso pozik nago norbaitek lortu duelako», esan du Thomas Espitauk, PQShield enpresako kriptografiako ikertzaile eta 2021eko bertsioaren egileetako batek. Bere taldeak “kontzeptu proba” bat eskaini zuen; eta emaitza berriak erakutsi du «sareta baten laburpena arin eta modu sendoan egin daitekeela».

Teknika berria erabilgarri suertatu da jada. Aurel Pagek, Frantziako INRIA ikerketa institutu nazionaleko matematikariak, esan du bere taldearekin batera algoritmoaren egokitzapen bat abiarazi duela zenbakien teoriako eginkizun konputazional batzuetan.

LLL estiloko algoritmoek, halaber, rol garrantzitsua bete dezakete seguru mantentzeko diseinatutako saretetan oinarrituta dauden kriptografia sistemekin lotutako ikerketan; baita, etorkizunean, ordenagailu kuantiko handiekin ere. Ez dira horrelako sistementzako mehatxua; izan ere, horiek eraisteko algoritmoek aurkitzen dituztenak baino bektore laburragoak aurkitu behar dira. Alabaina, ikertzaileentzat ezagun diren erasorik onenek LLL estiloko algoritmo bat erabiltzen dute “oinarrizko elementu” gisa. Halaxe azaldu zuen Wessel van Woerdenek, Bordeleko Unibertsitateko kriptografoak. Eraso horiek aztertzeko esperimentu praktikoetan, oinarrizko elementu horrek prozesu osoa motel dezake. Tresna berriarekin, aldiz, ikertzaileek eraso algoritmoekin exekutatu ahal diren esperimentuen sorta zabalduko da, errendimenduaren irudi argiagoa eskuratuta.

Jatorrizko artikulua:

Madison Goldberg (2023). Celebrated Cryptography Algorithm Gets an Upgrade, Quanta Magazine, 2023ko abenduaren 14a. Quanta Magazine aldizkariaren baimenarekin berrinprimatua.

Itzulpena:

UPV/EHUko Euskara Zerbitzua.

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Uno de los pilares sobre los que se sostiene el avance acumulativo del conocimiento científico es el sistema universal de comunicación, publicación y edición científica. Su fundación moderna se remonta al siglo XVII, cuando fueron creados los primeros grupos organizados con el propósito explícito de promover el avance de la ciencia. Algunas de las más antiguas y prestigiosas Sociedades Científicas son la Accademia dei Lincei (Roma, 1603), la Deutsche Akademie der Naturforscher Leopoldina (Halle, 1652), la Royal Society (Londres, 1660) y la Académie des Sciences (Paris, 1666). Todas ellas promovieron la publicación de importantes libros y escritos de sus miembros, y en marzo de 1665 Henry Oldenburg, primer secretario de la Royal Society de Londres lanzó la primera revista científica periódica: las Philosophical Transactions, que hoy día aún sigue activa.

La labor editorial científica se demostró de enorme importancia para la comunicación pública internacional del conocimiento, así como para la colaboración entre las personas dedicadas a la ciencia. Esto supuso una aceleración conjunta para el avance acumulativo en todas las áreas de conocimiento, que fue creciendo durante los sucesivos siglos.

Foto: Bernd Klutsch / Unsplash

Durante todo el siglo XX este sistema de publicación se adaptó a la necesidad de garantizar la calidad de los artículos científicos propuestos para ser publicados. Esto requiere la revisión por especialistas de los contenidos de los que se propone publicar, y estos especialistas son normalmente también autores de otros escritos en temática relacionada, para poder juzgar un texto con verdadero conocimiento de causa. Este procedimiento, llamado peer review (revisión mutua entre personas especialistas dedicadas al mismo campo) es laborioso, pero difícil de sustituir para intentar garantizar la calidad de lo que salga publicado.

Desde el inicio del siglo XXI hemos experimentado un imparable incremento anual de artículos científicos publicados, en buena parte porque los gobiernos de países con o sin tradición científica se dieron cuenta de la importancia del avance nacional e internacional de la ciencia e impulsaron ciertas políticas científicas para ello. A pesar de la loable intención de la mayor parte de los gobiernos, simplistas políticas científicas han llevado a clasificar la importancia de la ciencia y las personas dedicadas a ello en cada país bajo incompletos indicadores como la cantidad de artículos publicados, el “impacto” de las revistas en que se publica o fórmulas fáciles de emplear como el índice h.

Publica o muere

El efecto real de estas políticas para el colectivo de personas dedicadas a la ciencia ha sido reducir la investigación a la idea de publicar lo que sea y como sea, bajo el conocido lema publish or perish – publicad o morid. Esta situación dio lugar a que en el primer cuarto del siglo XXI un gran número de nuevos grupos editoriales privados crearan de la nada en tiempo récord cientos de nuevas revistas científicas, y los grupos editoriales tradicionales también se expandieran en más y más revistas bajo la égida de su marca. Además, estos colectivos de publicación científica fueron fusionándose o comprándose, basándose en las puras leyes del mercado. Esto ha dejado actualmente el sistema de publicación en un enorme negocio editorial donde el objetivo principal no es promover el avance científico, sino los intereses pecuniarios de cualquier mercantil.

Existen actualmente varias decenas de miles de revistas aparentemente dedicadas a la ciencia. Se descubre a menudo que revistas pertenecientes a grandes grupos publican artículos de baja calidad, sin revisión y bajo cierto pago. La punta del iceberg es que miles de estos artículos son finalmente repudiados o retirados. Por ejemplo, el año 2021 la importante editorial Wiley adquirió el grupo científico Hindawi y solamente este último año 2023 mandó retirar más de 8000 artículos. Otros grandes grupos editoriales científicos como MDPI y Frontiers han hecho también surgir muchas dudas sobre la calidad de lo publicado. La inexistencia de procedimientos de revisión rigurosos, así como la promoción de malas prácticas entre los autores, algunos de los cuales “escriben” y publican cerca de 70 artículos de investigación científica al año han creado un colapso. Es evidente que un científico no puede producir una nueva investigación cada 5 días, pero el negocio editorial, junto con las simplistas políticas científicas y la falta de ética de algunos autores, han generado una cacofonía de publicaciones que no ayudan al avance del conocimiento, sino a la seria posibilidad de que lleguemos a perder confianza en la ciencia.

Los más conocidos grupos editoriales científicos -Nature y Science- también han efectuado movimientos para optimizar sus resultados económicos. Decenas de nuevas revistas bajo su marca, pero de muy desigual calidad, se han expandido. El impacto de estas firmas es muy alto, su poder editorial es el más influente y el montante económico que debe pagarse para publicar en ellas es el mayor del mercado, pero su calidad científica no es la mejor, ni siquiera en sus revistas insignia. Muchos ganadores de premios Nobel han denunciado la excesiva influencia de estas revistas, que consideran impropia para la ciencia como empresa colectiva universal.

Por ejemplo, el biólogo Randy Schekman anunció el año en que recibió el Nobel que su laboratorio de la Universidad de California en Berkeley no volvería a mandar más artículos a las todopoderosas Nature, Cell ni Science, cuyas políticas de publicación criticó duramente. También estudios bibliométricos demuestran que en las publicaciones científicas el impacto no es equivalente a la calidad. Respecto a cantidad de artículos, el famoso premio Nobel de física Peter Higgs declaró también que indicadores como el escaso número de sus publicaciones o su bajo índice h le habría hoy día impedido obtener empleo como investigador.

Refundar el sistema actual

Si deseamos que la publicación internacional científica converja en un verdadero avance acumulativo de todas las áreas de conocimiento debemos refundar el sistema actual en múltiples facetas, incluyendo realistas y eficaces políticas científicas, que les competen a los gobiernos del mundo. Con respecto a las distribuciones de artículos, en agosto de 1991 el físico Paul Ginsparg, de la Universidad de Cornell puso en funcionamiento el importante repositorio arXiv, que alberga con acceso abierto millones de pre-artículos científicos si cumplen unos requisitos básicos. Otros repositorios como HAL, bioRxiv, medRxiv o ChemRxiv se han ido sumando a esta misma idea. Este filtro previo permite a miles de autores cada día depositar en público sus trabajos, y de ahí poder enviarlos a revistas especializadas para su revisión y posible futura publicación.

No es nada sencillo reordenar el actual pandemónium editorial. Las Sociedades Científicas pusieron en marcha el sistema hace casi cuatro siglos y los gobiernos mundiales han reconocido su importancia. Existen muchos intereses individuales, mercantiles, nacionales y personales, pero si no ponemos por delante el avance global de la ciencia no es posible corregir la situación. Tenemos un órgano de gobierno universal dedicado a la educación, la ciencia, la cultura, la comunicación y la información como la UNESCO. Un gran repositorio digital de acceso público tipo ArXiv financiado desde las naciones unidas, apoyado por las revisiones especializadas de los trabajos desde las Sociedades Científicas y coordinadas por unas editoriales de revistas científicas supervisadas y financiadas desde la UNESCO puede parecer una utopía, pero merece la pena intentar cuidar verdaderamente la ciencia como bien común para la humanidad.

Para más información:

Los males de la ciencia (serie)

Sobre el autor: Victor Etxebarria Ecenarro es Catedrático de Ingeniería de Sistemas y Automática en la Universidad del País Vasco (UPV/EHU)

El artículo La necesaria refundación del sistema de publicación científica se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.