Tasa de extinción en porcentaje de géneros de animales marinos. Arriba se simbolizan los periodos geológicos y abajo el tiempo, que corre de izquierda a derecha. Y puede verse un decrecimiento de la tasa de extinción, una mayor estabilidad y continuidad de la vida como si la biosfera se estuviera autoregulando Foto: Wikipedia.

La sucesión de Fibonacci en la naturaleza

Domingo, Noviembre 22nd, 2009 | Author: Jp Neira

Una sucesión matemática es una aplicación definida sobre los números naturales. Esto, en castellano, quiere decir que es una serie de números que se genera aplicando determinadas reglas. De hecho, es muy sencillo imaginar una sucesión de números, y existen infinitas de ellas. Sin embargo, algunas son más “famosas” que otras. Por lo general, se intenta que las leyes que dan lugar a la sucesión sean lo mas simple y claras posibles. Leonardo de Pisa (1170 – 1250), también conocido como Fibonacci, fue un matemático italiano que se hizo famoso al difundir en Europa el sistema de numeración que emplea notación posicional (de base 10, o decimal) y un dígito de valor nulo (el cero) que usamos en la actualidad. Leonardo también ideó una sucesión de números que lleva su nombre, la llamada “sucesión de Fibonacci”.

Flor del girasol, 55 espirales en un sentido y 89 en el otro, o bien 89 y 144 respectivamente.

Se trata de una sucesión muy simple, en la que cada término es la suma de los dos anteriores. La sucesión comienza por el número 1, y continua con 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377, 610, 987, 1597, 2584…, ya que 1 = 0+1; 2=1+1; 3= 1+2; 5=2+3; 8=3+5; 13=5+8=; 21=8+13… etc. Los números de Fibonacci, otro de los nombres que recibe este grupo de  valores, poseen varias propiedades interesantes. Quizás una de las más curiosas, es que el cociente de dos números consecutivos de la serie se aproxima a la denominada “razón dorada”, “sección áurea” o “divina proporción”. Este número, descubierto por los renacentistas, tiene un valor de (1+ raíz de 5)/2 = 1.61803…, y se lo nombra con la letra griega Phi. La sucesión formada por los cocientes (resultados de la división) de números de Fibonacci consecutivos converge, rápidamente, hacia el número áureo. Los griegos y renacentistas estaban fascinados con este número, ya que lo consideraban el ideal de la belleza. Un objeto que tuviese una proporción (por ejemplo, entre el alto y el ancho) que se ajustase a la  sección áurea era estéticamente más agradable que uno que no lo hiciese.

Si. El largo de tus falanges también respeta la sucesión de Fibonacci.

¿Como es posible que el cociente de dos números de una secuencia inventada por el hombre se relacionase con la belleza? La razón es simple:  la sucesión de Fibonacci está estrechamente emparentada con la naturaleza. Algunos aseguran que Leonardo encontró estos números cuando estudiaba el crecimiento de las poblaciones de conejos, y es muy posible que así sea. Imaginemos que una pareja de conejos tarda un mes en alcanzar la edad fértil, y a partir de ese momento cada vez engendra otra pareja de conejos, que a su vez (tras llegar a la edad de la fertilidad) engendrarán cada mes una pareja de conejos. ¿Cuántos conejos habrá al cabo de un determinado número de meses? Acertaste: cada mes habrá un numero de conejos que coincide con cada uno de los términos de la sucesión de Fibonacci. ¿Asombroso, verdad? Pero hay más.

El numero de conejos coincide con cada uno de los términos de la sucesión de Fibonacci.

Las ramas y las hojas de las plantas son más o menos eficientes para atrapar el máximo de luz solar posible de acuerdo a la forma en que se distribuyen alrededor del tallo. Si miras un poco en tu jardín, verás que no hay plantas en que las hojas se encuentren una justo en la vertical de la otra. En general, las hojas nacen siguiendo una espiral alrededor del tallo. Fijemos nuestra atención en una hoja de la base del tallo y asignémosle el número cero. Luego, contemos cuántas hojas hay en el tallo hasta encontrarnos directamente sobre la hoja “cero”. Veremos que en la mayoría de las plantas este número pertenece la sucesión de Fibonacci. Además,  si contamos cuántas vueltas dimos antes de obtener la superposición de las hojas, nuevamente se obtiene un número de la sucesión de Fibonacci.

Las piñas poseen un número de espirales que coincide con dos términos de la sucesión de los números de Fibonacci.

El número de espirales que pueden verse en numerosas variedades de flores y frutos también se ajusta a parejas consecutivas de términos de esta sucesión. El ejemplo más frecuentemente citado es la de la flor del girasol, cuya gran mayoría posee 55 espirales en un sentido y 89 en el otro, o bien 89 y 144 respectivamente.

Las hojas nacen siguiendo una espiral alrededor del tallo.

Las margaritas también obedecen a esta secuencia, y acomodan sus semillas en forma de 21 y 34 espirales. Las piñas, prácticamente cualquier variedad que encuentres, también presentan  un número de espirales que coincide con dos términos de la sucesión de los números de Fibonacci, por lo general 8 y 13  o 5 y 8. Cuando uno comienza a bucear un poco en la forma en que los vegetales crecen o acomodan sus semillas, pareciera que se han programado en sus códigos genéticos los términos de la sucesión de Fibonacci. Sin embargo, solo se trata de los resultados de la evolución, una cuestión meramente práctica que coincide con los números de Leonardo.

Las margaritas acomodan sus semillas en forma de 21 y 34 espirales.

Simplemente, las plantas que acomodan sus semillas de esta forma logran “meter” una mayor cantidad de ellas en el mismo espacio, “economizando” valiosos recursos. A lo largo de los milenios, la selección natural las ha premiado con la proliferación, a la vez que ha extinguido a las menos eficientes. La razón por la que los números de Fibonacci pueden encontrarse en tantos ejemplos de la naturaleza, también se relaciona estrechamente con el nexo que existe entre esta sucesión y el número áureo, motivo por el cual los griegos encontraban “tan naturales y agradables” las obras que se basaban en él. Como lo explica el profesor y matemático inglés, Dr. Ron Knott (Universidad de Surrey, Reino Unido):

“¿Por qué encontramos el número Phi tantas veces, al estudiar el crecimiento de los vegetales? La respuesta está en los empaques: encontrar la mejor manera de ordenar los objetos para minimizar espacio perdido. Si te preguntasen cuál es la mejor forma de empacar objetos, seguramente responderías que depende de la forma de los objetos, ya que los objetos cuadrados quedarían mejor en estructuras cuadradas, mientras que los redondos se ordenan mejor en una estructura hexagonal. (…) Pero, ¿cómo ordenar las hojas alrededor de un tallo, o las semillas en una flor, cuando ambas siguen creciendo? Al parecer, la Naturaleza usa el mismo patrón para disponer las semillas en una flor, los pétalos en sus bordes, y el lugar de las hojas en un tallo. Aún más, todos estos ordenamientos siguen siendo eficaces a medida que la planta crece. Este patrón corresponde a un ángulo de rotación a partir del punto central, mediante el cual los nuevos elementos (hojas, pétalos) se van organizando a medida que crecen.

Los botánicos han demostrado que las plantas crecen a partir de un pequeño grupo de células situado en la punta de cada sección que crece: ramas, brotes, pétalos y otras. Este grupo se llama meristema. Las células crecen y se ordenan en espiral: cada una se “dirige” a una dirección manteniendo un cierto ángulo en relación al punto central. Lo asombroso es que un solo ángulo puede producir el diseño de organización óptimo, sin que importe cuánto más va a crecer la planta. De modo que, por ejemplo, una hoja situada en el inicio de un tallo será tapada lo menos posible por las que crecen después, y recibirá la necesaria cantidad de luz solar. Y ese ángulo de rotación corresponde a una fracción decimal del número áureo: 0.618034″.

Las galaxias tambien creen en Fibonacci.

A una escala mucho mayor, los brazos en espiral de las galaxias también se acomodan según los números de  Fibonacci. Sin dudas, es sorprendente la relación que existe entre la matemática y la naturaleza, pero no se trata en absoluto de una casualidad. ¿Qué te parece?

Via | Neoteo

VIDA EN 10 LUGARES INHÓSPITOS, IMPROBABLES Y ABSURDOS

Lunes, Noviembre 30th, 2009 | Author: Jp Neira

Los lugares imposibles para albergar vida, y sus adaptados habitantes son los siguientes:

1. Las heladas tierras árticas de Siberia y Alaska, donde habita el eider de anteojos, Somateria fischeri, una anátida que sobrevive a las bajas temperaturas actuando cooperativamente con el resto de la bandada y removiendo el agua para evitar que se congele.

Varios ejemplares de Somateria fischeri.

Fuente de la imagen: Commons Wikimedia.

2. Los gélidos hielos de Alaska, donde se encontraron ejemplares de la bacteria extremófila Carnobacterium pleistocenium, que resistía este clima extremo en forma de esporas en el permafrost y cuyos ejemplares se consiguieron reactivar en laboratorio después de 32000 años en estado latente.

Carnobacterium pleistocenium, de color verde.

Fuente de la imagen: NASA

3. Los manantiales termales de Yellostone, donde sobrevive a las altas temperaturas del agua, que rondan la ebullición, viven multitud de bacterias, entre las que se encuentra Thermus aquaticus, una termófila bien conocida en los laboratorios de genética.

Thermus aquaticus.

Fuente de la imagen: EHU

4. Los áridos terrenos del Valle de la Muerte en California, hábitat de los peces conocidos como cachorritos del Agujero del diablo, Cyprinodon diabolis, unos pequeños pececitos que aguantan la sequía en un pequeño acuífero subterráneo al que solo se puede llegar por una estrecha grieta.

Cyprinodon diabolis.

Fuente de la imagen: Wikipedia.

5. Las fuentes o fumarolas hidrotermales de los fondos marinos, donde se encuentran ricos y complejos ecosistemas cuya base esta formada por bacterias, como Thermodesulfobacterium hydrogeniphilum, una termófila que proporciona nutrientes a una serie de invertebrados como camarones, percebes, mejillones…

Thermodesulfobacterium hydrogeniphilum.

Fuente de la imagen: Wikipedia.

6. Regiones de la estratósfera a 20.000 metros de altura, donde se encontraron colonias de bacterias, Bacillus sphaericus y hongos, como Penicillium sp.

Bacillus sphaericus.

Fuente de la imagen: Agavebio.

7. Las Islas Galápagos, y muchas otras islas volcánicas, que pese a su origen ardiente y deshabitado, en la actualidad son un vergel donde conviven multidud de especies de plantas y animales. En las Galápagos, por ejemplo, podemos encontrar a las emblemáticas tortugas de las Galápagos, Geochelone nigra, o los pingüinos de las Galápagos, Spheniscus mendiculus, los únicos que viven en una zona ecuatorial.

Dos ejemplares de Spheniscus mendiculus.

Fuente de la imagen: Wikimedia Commons.

Geochelone nigra.

Fuente de la imagen: Wikimedia Commons.

8. Three Mile Island y Chernobil, dos pesadillas nucleares que tras sufrir, sendos accidentes, siguen teniendo altos indices de contaminación radiactiva. En ambos casos había una gran actividad microbiana, y concretamente en Chernóbil, se encontró un hongo, Cryptococcocus neoformans, que utiliza la radiación en beneficio propio.

Ciclo vital de Cryptococcus neoformans.

Fuente de la imagen: The Science Creative Quarterly.

9. Los fríos inviernos de Alaska y Siberia, donde encontramos a un mamífero excepcional, la ardilla ártica, Spermophilus parryii, y un anfibio, la rana de bosque de Canadá, Rana sylvatica, no menos asombroso. La primera sobrevive con una temperatura corporal por debajo de 0º C, mientras que la segunda es capaz de congelarse y descongelarse y seguir viviendo “tan fresca”.

Spermophilus parryii.

Fuente de la imagen: Corbis images.

Rana sylvatica congelada.

Fuente de la imagen: Discover magazine.

10. Una mina de oro sudafricana, donde podemos encontrar el único ecosistema formado por una sola especie, donde esta vive en la más absoluta soledad. Se trata de una bacteria, Candidatus desulforudis audaxviator, llamada la audaz viajera, capaz de vivir aislada, en una completa soledad, a 60º C de temperatura y sin oxígeno.

Candidatus desulforudis.

Fuente de la imagen: Curiosidades de la microbiología.

las bacterias pueden asimilan ADN del medio ambiente

 Los científicos creen que esta resistencia se debe a la adaptación de bacterias como las neumocócicas, capaces de asimilar el ADN de otras bacterias, incluso de otras especies.

El Dr. William Hanage, autor principal del estudio, decía: "Las bacterias tienen una vida sexual muy peculiar. Mientras los seres humanos tienen hijos al mezclar su ADN con el de su pareja, las bacterias pueden asimilan ADN de todo tipo de lugares, incluso de otras especies. Nuestra investigación muestra que las bacterias, al hacer eso, y asimilar junto al propio el de otras especies que son más propensas a desarrollar resistencia a los antibióticos, se protegen de estos medicamentos".

Es más común entre bacterias de la misma especie pero, a diferencia de los animales, las bacterias pueden a veces experimentar la recombinación con diferentes especies de bacterias, lo que significa que las células hijas tendrán el ADN de estas especies.

Algunas combinaciones de ADN ayudan a las bacterias a sobrevivir mejor. Los investigadores examinaron el ADN de 1.930 diferentes cepas de neumococo, hallaron que las bacterias con el ADN mezclado tenían más resistencia a los antibióticos.

- Publicado en PhysOrg.com, 11/06/09
- Fuente: Imperial College London.

Inteligencia microbiana

02/07/2009La gran mayoría de las especies de la Tierra son unicelulares. La mayoría de estas permanecen en la oscuridad, muchas ni siquiera han sido nombradas, pero algunas de las relativamente pocas especies que han sido estudiadas presentan notables habilidades.

Habilidades físicas: algunos microorganismos son increíblemente fuertes, otros pueden hibernar durante cientos de miles de años o prosperar en ambientes tan extremos, que matarían a la mayoría de otras formas de vida en un instante.

Sin embargo, muchas protistas y bacterias, también presentan un comportamiento que denota inteligencia. Este comportamiento no es el resultado de un pensamiento consciente, del tipo que encontramos en los humanos y otros animales complejos, porque los organismos unicelulares no tienen sistema nervioso, ni qué decir de cerebros.

Una mejor explicación es que tienen "ordenadores biológicos", con mecanismos internos que pueden procesar la información. Aquí están algunos de los ejemplos más notables de este comportamiento "inteligente".

Comunicación

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Las bacterias se hablan unas a otras por medio de productos químicos. Lo hacen por una serie de razones, algunas de ellas difíciles de entender a menos que seas una bacteria (o un bacteriólogo dedicado), pero uno de estos sencillos mecanismos lo demuestra la Bacillus subtilis.

Si los individuos de B. subtilis están creciendo en un área pobre de alimentos, liberan entonces unas sustancias químicas en su entorno. Básicamente, dicen a sus vecinos: "No hay mucho alimento aquí, fuera de aquí o pasa hambre".

En respuesta a estos mensajes químicos, las otras bacterias se van más lejos, cambiando completamente la forma de la colonia.

La toma de decisiones

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Muchos organismos unicelulares pueden terminar como muchas otras bacterias de su propia especie que se encuentran en sus cercanías, una habilidad conocida como "quorum sensing".

Cada bacteria libera una pequeña cantidad de una sustancia química en su entorno, un producto químico que pueden detectar a través de receptores en su pared externa. Si hay muchas otras bacterias a su alrededor, todas liberan el mismo producto químico, los niveles pueden llegar a un punto crítico y provocar un cambio de comportamiento.

Las bacterias patógenas (causantes de enfermedades), utilizan con frecuencia el quórum sensing para decidir el momento de lanzar un ataque contra su anfitrión. Una vez que han acumulado el número suficiente para abrumar al sistema inmunológico, entonces colectivamente lanzan un asalto al cuerpo. Bloqueando sus señales puede prepararnos de una forma de defendernos.

La vida en la ciudad

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Las bacterias no sólo pueden ser locuaces y cooperativas, sino que también forman comunidades. Cuando lo hacen, el resultado es una biopelícula, más conocida como la delgada capa de limo que cubre los interiores de las tuberías de agua, o las superficies de cocina en las residencias de estudiantes. También se encuentran en refugios biológicos, como el interior del sistema digestivo humano y en cualquier lugar, de hecho, donde haya mucha agua.

Muchas especies distintas viven en un lado u otro de estas "ciudades bacterianas", masticando los desperdicios de otros, cooperando para aprovechar las fuentes de alimentos, y salvaguardándose unos a otros frente a las amenazas externas, como los antibióticos.

Mutación acelerada

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Muchos microbios pueden acelerar el ritmo en que sus genes mutan. Esto les permite obtener nuevas habilidades que les ayuda cuando las condiciones se ponen difíciles. Esta es una estrategia arriesgada, ya que muchas de las nuevas mutaciones pueden ser nocivas e incluso mortales, en efecto, es el último recurso cuando queda poco por perder.

Los ejemplos son legión: La escherichia coli muta más rápidamente cuando está bajo estrés (Science, DOI: 10.1126/science.1082240), y la levadura también se ha demostrado que realiza el mismo truco (Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology, DOI: 10.1080/10409230701507773) .

Durante los primeros años de la década de 1990, los investigadores sugirieron que las bacterias podrían tener una forma de "elegir" las mutaciones particularmente útiles. Esta idea de la mutación dirigida fue extremadamente controvertida, y en 2001, las pruebas se amontonaban en su contra (Nature Reviews Genetics, DOI: 10.1038/35080556).

La navegación

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Es de común conocimiento que muchos animales pueden navegar a través de grandes distancias, las abejas y las aves migratorias se encuentran entre los ejemplos más conocidos. Pero los microbios son también muy buenos en eso.

Las algas unicelulares, llamadas colectivamente Chlamydomonas, nadan hacia la luz, pero sólo si es de una longitud de onda que puedan utilizar para la fotosíntesis.

Del mismo modo, algunas bacterias se mover de acuerdo a la presencia de sustancias químicas en su medio ambiente, un comportamiento llamado quimiotaxis. Las Echerichia coli, por ejemplo, se mueven como tiburones siguiendo un rastro de sangre, si algunas moléculas de alimentos se reducen en su entorno.

Otro grupo de bacterias se adhieren al campo magnético de la Tierra, lo que les permite direccopnarse al norte o al sur (Science, DOI: 10.1126/science.170679). Conocidas como bacterias magnetotácticas, su especial capacidad viene determinada por unos orgánulos especializados cargados con cristales magnéticos.

Pero tal vez, la más notable hazaña de navegación microbiana, se realiza por la Physarum polycephalum del limo. Esta colonia de organismos similares a las amebas, siempre encuentran el camino más corto a través de un laberinto.

Aprendizaje y memoria

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Cuando la ameba Dictyosteliida busca alimentos en la superficie de una placa de Petri, lo hace en turnos frecuentes. Pero no lo hace totalmente al azar.

Busca hacia la derecha, y vuelta hacia la izquierda, en turnos alternativos. En cierto modo, "recuerda" cuál es la dirección de última vez. El esperma humano tiene la misma capacidad.

La Echerichia coli todavía es mejor. Esta bacteria, dedica parte de su ciclo de vida a viajar por el sistema digestivo humano, encontrando diferentes ambientes allá por donde va. En el curso de su viaje, se encuentra la lactosa antes de que se encuentre relacionada con el azúcar, la maltosa. En su primera degustación de la lactosa, se activa la maquinaria bioquímica para digerirla, pero también se activa, en parte, los mecanismos de la maltosa, de modo que estará lista para una fiesta tan pronto como la alcance.

Para demostrarlo, los investigadores de la Universidad de Tel Aviv alimentaron una E. coli durante varios meses con lactosa, pero sin maltosa. Descubrieron que las bacterias gradualmente cambiaron su comportamiento, de manera que ya no se molestaban en cambiar el sistema para digerir maltosa (Nature, DOI: 10.1038/nature08112).

Es notable que, a pesar de estos comportamientos, probablemente no hayamos hecho más que arañar la superficie de lo que los organismos unicelulares pueden hacer. Con tantas formas de vida microbiana todavía completamente desconocidas para la ciencia, debe de haber muchas más sorpresas esperando.

- Publicado en NewScientist, el 30/06/09 por Michael Marshall

Mientras algunos microbios nos enferman, otros muchos juegan papeles vitales en nuestra fisiología.

Cada uno de nosotros contiene aproximadamente 10 veces más microbios que células en su cuerpo. El estudio demostró que los humanos llevan comunidades "personalizadas" de bacterias a su alrededor que varían ampliamente de la frente a los pies y de nuestras narices al ombligo. Una de las mayores sorpresas fue la variación cuánto había de una persona a otra en un mismo grupo sano de sujetos". Y mientras algunos microbios nos enferman, otros muchos juegan papeles vitales en nuestra fisiología. Nos dan la capacidad para digerir alimentos, cuyos nutrientes de otro modo se perderían para nosotros, y hacen lo que no pueden hacer nuestros cuerpos. Y sin embargo, dado que la gran mayoría de estos microbios mueren cuando no están en su hábitat natural, ha sido imposible estudiarlos y siguen siendo un misterio...La parte posterior de la rodilla, probablemente tiene más microbios que la boca o el intestino, esta es sólo una de las revelaciones sacadas de un estudio publicado en Science. Investigadores de la Universidad de Colorado, Boulder, han desarrollado el mapa más completo de microbios que habitan encima y dentro de nosotros. "Los sitios de mayor diversidad sobre la piel fueron los antebrazos, las palmas, el dedo índice, la parte de atrás de la rodilla y la planta del pie. Las axilas y las plantas de los pies mostraron algunas similitudes, tal vez porque son de ambientes oscuros y húmedos", señalaba Noah Fierer , uno de los autores del estudio.
 Cada una de las comunidades microbianas puede contener cientos o miles de diferentes especies. Por primera vez, los microbiólogos pueden comparar instantáneas genéticas de todos los microbios que habitan en las personas que difieren con la edad, el origen y el estado de salud. Mediante el análisis de las funciones de los genes de estos microbios, pueden descubrir los principales roles que estos organismos desempeñan en nuestros cuerpos.
"Tenemos un inmenso número de preguntas por responder", agregó Fierer, profesor de ecología y biología evolutiva en CU-Boulder, y co-autor del estudio "¿Por qué las personas sanas tienen estas comunidades microbianas? ¿Tenemos cada uno distintas firmas microbiana al nacer o evolucionan a medida que envejecemos? ¿Y qué cantidad es razonable tener? Simplemente no lo sé todavía".

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- Adaptado de Technology Review, de 05/11/09 por Emily Singer

La resonancia magnética de la memoria sigue existiendo pese al olvido 12/09/2009

Supongamos que una mujer le resulta familiar, pero no puede recordar su nombre o dónde la conoció. Una nueva investigación de los neurólogos de la UC Irvine, sugiere que la resonancia magnética de la memoria sigue existiendo, simplemente no puedes recuperarla.

Utilizando avanzadas técnicas de imagen cerebral, descubrieron que la actividad cerebral de una persona, mientras recuerda un evento es muy similar a cuando la experimenta por primera vez, aunque el sujeto no pueda recuperar lo específico.

"Si los datos siguen estando ahí, esperamos poder encontrar la manera de tener acceso a ellos", comentaba Jeff Johnson, investigador del Centro de Neurobiología del Aprendizaje y la Memoria de UCI, y autor principal del estudio publicado el 10 de septiembre en la revista Neuron.

"Al entender cómo funciona esto en adultos jóvenes y sanos, potencialmente podemos ganar penetración en situaciones en las que nuestra memoria falla más notablemente, por ejemplo, cuando nos hacemos mayores", añadió; "también podría arrojar luz sobre el destino de esos recuerdos vívidos de acontecimientos traumáticos que no podemos olvidar". En colaboración con científicos de la Universidad de Princeton, Johnson y su colega Michael Rugg, director del CNLM, utilizaron imágenes de resonancia magnética para estudiar la actividad cerebral de unos estudiantes. Ya dentro del escáner fMRI, a los estudiantes se le muestran palabras y se les pide que realicen diversas tareas: Imaginar cómo un artista dibujaría el objeto nombrado, pensar en cómo se utiliza el objeto, o pronunciar al revés la palabra en sus mentes. Así, el escáner capturó las imágenes de su actividad cerebral durante estos ejercicios. Unos 20 minutos más tarde, los estudiantes vieron las palabras por segunda vez y se les pidió que recordaran todos los detalles que pudieran relacionar con ellas. Y una vez más, se registró la actividad cerebral.

Utilizando un método matemático llamado análisis de patrones, los científicos asociaron las diferentes tareas con distintos patrones de actividad cerebral. Cuando un estudiante tenía una fuerte remembranza de la palabra que señalaba una tarea determinada, el patrón era muy similar a la generada durante la tarea. Cuando el recuerdo era débil o inexistente, el patrón no era tan destacado, pero todavía era reconocible como perteneciente a esa tarea en particular. "El analizador de patrones, podía identificar con precisión las tareas basadas en los patrones generados, independientemente de si el sujeto recuerdaba los detalles específicos", afirmó Johnson. "Esto nos dice, que el cerebro conoce algo acerca de lo que ha ocurrido, aunque no es consciente de la información".

- Adaptado de UC Irvine, de 09/09/09 por Jennifer Fitzenberger

¿Sienten dolor los peces? 18/09/2009

Existe una idea popular de que los peces y los crustáceos no sienten dolor. Pero nuevas investigaciones sugieren que su sistema nervioso puede ser más complejo de lo que pensamos y que nuestra propia conciencia del dolor puede ser, evolutivamente, mucho más antigua de lo que sospechábamos.

Joseph Garner, de la Universidad de Purdue y sus colegas de Noruega, informaron que la forma de responder al dolor de los peces de colores se muestra que estos animales experimentan dolor conscientemente, en lugar de limitarse a reaccionar de manera refleja, como cuando una persona retrocede tras pisar una tachuela. En el estudio, los biólogos hallaron que un pez de color, inyectado con una solución salina y expuesto a un nivel doloroso de calor, en un tanque de prueba, "flotaba" en un solo punto cuando regresaba de nuevo a su tanque original.

Garner etiquetó esto como "miedo y conducta de evasión". Esta conducta, dice, es cognitiva, no reflexiva. Otro pez, después de recibir una inyección de morfina que bloqueaba el impacto del dolor, no mostraba un comportamiento así de temeroso.

- Adapado de Scientific American, de 17/09/09 por Harvey Black
- Nota: Artículo publicado bajo el título "Underwater Suffering: Do Fish Feel Pain?"
- Imagen del blog Desde el Sekano .

La diversificación de especies, coincide con los grandes eventos tectónicos

"Los épocas de mayor diversificación de las especies, coinciden directamente con las épocas de los grandes eventos tectónicos", afirma Catherine Badgley, paleontóloga de la Universidad de Michigan en Ann Arbor.

Se sabe que las regiones montañosas son lugares con niveles más altos de riqueza de especies que otras zonas. Según los ecologistas, esto se debe a que las montañas ofrecen muy diferentes hábitats en un área geográfica relativamente pequeña. Por ejemplo, mientras que diez km² de llanuras ofrecen sólo un hábitat, la misma área de paisaje de montaña puede proporcionar praderas inclinadas, cumbres y acantilados, y todas con diferentes temperaturas, precipitaciones y vegetación.

En una prolongada observación, se ha visto que las zonas montañosas actúan como refugios para especies que han sido expulsadas de su hábitat normal por las difíciles condiciones ambientales. Un ejemplo típico podría ser las que habitan en las llanuras cercanas a la base de las montañas, un cambio en las condiciones de las llanuras podría significar que las zonas de montaña comiencen a adaptarse mejor a las necesidades de las especies, haciéndolas emigrar. "Las montañas siempre han sido consideradas como lugares de supervivencia por las especies, porque ofrecen terrenos muy diversos", señala Russell Graham, palaeoecologist Universidad Estatal de Pennsylvania en University Park. Intrigados por los mecanismos responsables que hacen de las montañas lugares tan ricos en diversidad, Badgley y su colaborador John Finarelli, también de la Universidad de Michigan, estudiaron las tasas de especiación de las tierras bajas y la riqueza de especies, usaron el registro fósil de las Montañas Rocosas y de las Grandes Llanuras de Norte América. Los fósiles que inspeccionaron databan del período del Mioceno, que comenzó hace alrededor de 23 millones de años y terminó hace unos 5 millones de años. Hallaron que hubo ráfagas de especiación que se desarrollaban sólo en las montañas durante los períodos de actividad tectónica. Descubrieron que durante el resto del tiempo, las tasas de especiación en las dos regiones eran moderadas y similares.

Incidentes aislados Aunque el terreno altamente variado de las montañas ayuda a explicar por qué tantas especies distintas pueden vivir allí, la cuestión de dónde viene tal riqueza de especies nunca se han abordado, explica Badgley. Ella y Finarelli proponen ahora que, como las montañas se levantan por procesos tectónicos de la corteza de la Tierra, las especies que habitan en las montañas quedan aisladas de los demás miembros de la misma especie que viven en más bajas altitudes. En última instancia, este aislamiento conduce a los dos grupos separados de especies. "Nunca habíamos pensado antes en las montañas, como los lugares de nacimiento de las especies", señaló Graham. Sin embargo, las montañas no pueden ser las únicas zonas donde la especiación tiene lugar, explica Elizabeth Hadly, palaeoecologista de la Universidad de Stanford en California. También es posible que las montañas se hayan levantado a partir de las llanuras, y donde había sólo, por ejemplo, 10 especies, la división creada por las recien formadas montañas podría dar lugar a 20 especies únicas en las llanuras, 10 en cada lado de las montañas. Algunas de estas especies, podrán encontrar su camino entre las montañas para contribuir a la mayor diversidad que se observa después de la actividad tectónica. De hecho, añade Hadly, es difícil saber si la evolución de estas nuevas especies sucede en las llanuras, en las montañas, o en ambos a la vez.

- Adaptado del artículo de Nature.News, de 25/09/09 por Matt Kaplan
- Society of Vertebrate Paleontology UK.

03/10/2009

En 1980, Luis Álvarez y sus colaboradores sorprendieron al mundo con su descubrimiento de que el impacto de un asteroide hace 65 millones de años, probablemente acabó con los dinosaurios y gran parte de los organismos vivos del mundo. Pero desde entonces, se abrió un debate acerca de cuánto tiempo le llevó a la vida volver al planeta devastado y a los ecosistemas recuperarse, ahora sabemos que tardo mucho menos que lo esperado y que la dificultad no estaba en la falta de alimentos sino en la ruptura del ecosistema.

Ahora, investigadores del MIT y colaboradores, han descubierto que al menos algunas formas de vida marina microscópica, los llamados "productores primarios", u organismos fotosintéticos como las algas y las cianobacterias del mar, se recuperaron en menos de un siglo después del impacto de un asteroide. En investigaciones anteriores habían señalado que el proceso podría haber llevado millones de años. Esto parece descartar la teoría acerca de que el ecosistema mundial quedara 'muerto' durante más de un millón de años.

El análisis clarifica la secuencia de eventos después del gran impacto. Inmediatamente después del impacto, algunas zonas del océano carecían de oxígeno y eran hostiles a la mayoría de las algas, pero cerca del continente, la vida microbiana fue inhibida solamente por un período relativamente corto, menos de 100 años, la productividad de algas mostró los primeros signos de recuperación. Debido a la recuperación de los productores primarios, dice Sepúlveda, "muy pronto después del impacto, el suministro de alimentos probablemente no era una limitación" para otros organismos "El ambiente debió haberse aclarado rápidamente", añade. "Mucha gente tendrá que replantearse la cuestión de la recuperación de los ecosistemas. No puede ser sólo la falta de suministro de alimentos" lo que lleve tanto tiempo para recuperarse.

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- Adaptado del artículo de ScienceDaily, de 03/10/09
- De materiales de Massachusetts Institute of Technology. Artículo original escrito por David Chandler.
- Además de Sepúlveda y Summons, el trabajo fue realizado por Jens Wendler de la Universidad Friedrich-Schiller en Jena, Alemania, y Kai-Uwe Hinrichs, de la Universidad de Bremen. Fue financiado por la DFG, European Graduate College Europrox y la NASA Astrobiology and Exobiology Programs.
- Referencia: Julio Sepúlveda, Jens E. Wendler, Roger E. Summons, y Kai-Uwe Hinrichs. Science, 2009; DOI: 10.1126/science.1176233 .

Se organizaron los organismos multicelulares con el aumento del calcio marino

Novedades en la Teoría de la Evolución sobre la explosión de vida del Cámbrico

28/10/2009

La explosión del Cámbrico es ampliamente considerado como uno de los episodios más relevantes de la historia de la vida en la Tierra, cuando la gran mayoría de los phyla animales aparecieron por primera vez en el registro fósil. Sin embargo, las causas de su origen han sido objeto de debate desde hace décadas, y la cuestión de cuál fue el detonante, para que los microorganismos unicelulares se reunieran y organizaran en organismos multicelulares, ha permanecido sin respuesta hasta ahora.

Los investigadores lograron demostrar que con el gran aumento y repentino surgir de la concentración de calcio en las aguas del Cámbrico (que se cree que es el resultado de la actividad volcánica de las placas tectónicas oceánicas), no sólo se inició la acumulación de depósitos calcificados, sino que también hizo posible la agregación y la estabilización de estructuras multicelulares de la esponja primitiva. Fruto de una larga colaboración investigadora entre el Instituto de Bioingeniería de Cataluña y la Universidad de Bielefeld, junto con el Friedrich-Miescher-Institute de Basilea y el Laboratorio Biológico Marino de Woods Hole (Massachusetts), Javier Fernández-Busquets (Barcelona) y Darío Anselmetti (Bielefeld) y sus colegas, publicaron en la revista Molecular Biology and Evolution sus resultados biofísicos en una sola molécula sobre el efecto del calcio en las interacciones de las moléculas de adhesión celular de las esponjas marinas. Estos simples organismos organizados no tienen músculos especializados o células nerviosas, y sin embargo han sobrevivido los últimos 500 millones años practicamente sin cambios, y se consideran un puente entre los unicelulares dominados precambrianos y los posteriores organismos multicelulares.

Esto nos permitió, por otra parte, formular una nueva teoría donde el incremento inducido geológicamente de calcio marino podría ser la clave para entender la explosión cámbrica de la vida.

El universo entero es energía.

por Emilio Silvera

El universo entero es energía. En sus formas diferentes la energía cambia continuamente y lo mismo hace que brillen las estrellas del cielo, que los planetas giren, que los estables átomos formen moléculas y materia, que las plantas crezcan o que las civilizaciones evolucionen.

La ciencia del siglo XIX reconoció la universalidad de la energía y supo ver que la Humanidad sin energía que hiciera el trabajo más duro, no evolucionarían en el bienestar social y el saber.

De todas maneras, aún hoy día, a comienzos del siglo XXI, no tenemos un conocimiento unificado de todos los ámbitos y disciplinas, que relacionados de una u otra manera con la energía, nos presente una visión global y completa de este problema. Los estudios energéticos modernos se presentan fragmentados, divididos en disciplinas, y los científicos que trabajan en cada una de ellas están muy ocupados para leer el resultado obtenido en los otros estudios.

Los geólogos, por ejemplo, al tratar de entender las grandes fuerzas que transforman la superficie del planeta por el movimiento de las placas tectónicas, rara vez están al día de los descubrimientos en las otras ramas de la energética moderna, donde se estudia desde el esfuerzo de un corredor de élite hasta el vuelo de un colibrí.

Los ingenieros se preocupan por las plantas generadoras de electricidad y piensan poco en las constantes fundamentales de la energía o en los cambios que determinaron la evolución de las sociedades antes de la llegada de la civilización de los combustibles fósiles.

Energía es todo, desde el Sol hasta un embarazo; desde el pan que comemos hasta un microchip. Sin embargo, es difícil que un técnico pueda pensar en ello cuando está centrado en resolver el problema del momento.

La progresión lógica se realiza siguiendo una secuencia progresiva desde los flujos de energía planetarios a la vida de las plantas y los animales, siguiendo con la energía humana, la energía en el desarrollo de las sociedades preindustriales y modernas, y concluyendo con el transporte y los flujos de información, que son las dos características más importantes de la civilización de los combustibles fósiles.

Los que han leído algunos de mis trabajos saben que aquí podrán encontrarse con datos y materias diversas, y aunque el tema central, como he reseñado por título, es la evolución por la energía, también podrán leer sobre la entropía, las fuerzas de la naturaleza, el átomo, o incluso, del Sol, los vientos, radiación solar o cualquier dato que, en realidad, pueda estar conectado con el concepto de energía.

Operamos con unidades

El conocimiento, las peculiaridades y las complejidades de las diferentes formas de energías, así como su almacenamiento y transformación, requiere que cuantifiquemos esas cualidades y procesos. Para ello debemos introducir cierto número de conceptos científicos y medidas, así como sus unidades correspondientes.

Al hablar sobre energía nos encontramos con el problema de que el uso en el habla común de muchos términos científicos está equivocado. Como dice Henk Tennekes, “hemos creado una terrible confusión con los conceptos físicos simples en la vida ordinaria”. Pocos de esos malentendidos son tan generales y molestos como los relacionados con los términos energía, potencia y fuerza.

Definimos fuerza como la intensidad con la que intentamos desplazar – empujar, tirar, levantar, golpear… – un objeto. Podemos ejercer una fuerza enorme sobre la roca que sobresale en una montaña incluso si ésta permanece inmóvil. Sin embargo, sólo realizamos trabajo cuando el objeto que empujamos se mueve en la dirección de la fuerza aplicada. De hecho, se define el trabajo realizado como el producto de la fuerza aplicada por la distancia recorrida. La energía, como se define en los libros de texto, es “la capacidad de hacer trabajo”, y así, ésta se medirá con las mismas unidades que el trabajo.

Si medimos la fuerza en unidades denominadas newton (N), llamada así en honor de Isaac Newton, y la distancia en metros (m), el trabajo se mide en la malsonante unidad de newton-metro. Para simplificar, los científicos llaman al newton-metro julio (J), en honor de James Prescot Joule (1818 – 1889), quien publicó el primer cálculo preciso de la equivalencia entre trabajo y energía. El julio es la unidad estándar de trabajo y energía.

La potencia es simplemente la tasa de trabajo, es decir, un flujo de energía por unidad de tiempo. A un julio por segundo lo llamamos vatio (W) en honor de James Watt (1736 – 1819), inventor de la máquina de vapor mejorada y el hombre que estableció la primera unidad de potencia, que no fue el vatio sino el caballo de vapor (CV), una unidad aproximadamente igual a 750 W.

Seguimos con algunas tablas para documentarnos:

Almacenamiento de energía
Energía de	Magnitud
Reservas mundiales de carbón	200.000 EJ
Reservas mundiales de masa vegetal	10.000 EJ
Calor latente de un tormenta	5 PJ
Carga de carbón de un camión de 100 t	2 TJ
Barril de petróleo crudo	6 GJ
Botella de vino de mesa blanco	3 MJ
Garbanzo pequeño	5 KJ
Mosca en la mesa de la cocina	9 mJ
Gota de agua de 2 mm en una hoja de árbol	4 μJ

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Flujos de energía
Energía de	Magnitud
Radiación solar	5.500.000 EJ
Fotosíntesis mundial neta	2.000 EJ
Producción mundial de combustibles fósiles	300 EJ
Huracán típico en el Caribe	38 EJ
La mayor explosión de bomba H en 1961	240 PJ
Calor latente de un tormenta	5 PJ
Bomba de Hiroshima en 1945	84 TJ
Metabolismo basal de un caballo grande	100 MJ
Ingesta diaria de un adulto	10 MJ
Pulsación de una tecla del ordenador	20 mJ
Salto de una pulga	100 nJ

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Para avanzar un poco más tenemos que pasar de empujar y tirar (lo que llamamos energía mecánica o energía cinética) a calentar (energía térmica). Definimos una unidad llamada caloría como la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de un gramo de agua desde 14’5 a 15’5 ºC. Usando esta unidad podemos comparar energías térmicas, pero una vez más, esta unidad no nos permite comparar todas las clases diferentes de energías.

Si nos preguntamos ¿qué es la energía?, esta pregunta no es fácil de contestar. Incluso uno de los más grandes físicos modernos resulta de poca ayuda: “es importante darse cuenta de que en física, en realidad, no se sabe muy bien qué es la energía. No tenemos una idea de por qué la energía está formada por pequeños pulsos de una cantidad definida”, decía Richard Feynman en su libro Lectures on Physics.

David Rose, para definir la energía, decía: “es un concepto abstracto inventado por los físicos en el siglo XIX para describir cuantitativamente una amplia variedad de fenómenos naturales”.

El conocimiento moderno de la energía incluye un número de descubrimientos fundamentales: la masa y la energía son equivalente; los diferentes tipos de energía están relacionados por muchas transformaciones; durante esas transformaciones, la energía no se destruye (primer principio de la termodinámica) y esta conservación de la energía está inexorablemente acompañada por una pérdida de utilidad (segundo principio de la termodinámica).

El primer descubrimiento, descrito en una carta de Einstein a un amigo suyo como una “idea atrevida, divertida y atractiva”, se resume en su ecuación m = E/c², que en su versión más famosa se escribe como E = mc²; la ecuación más conocida de la física.

El segundo descubrimiento se demuestra continuamente en miles de trasformaciones energéticas que se producen en el universo. La energía gravitatoria mantiene las galaxias en movimiento, a la Tierra girando alrededor del Sol y confinada la atmósfera que hace nuestro planeta habitable. La transformación de la energía nuclear en el interior del Sol produce el continuo flujo de energía electromagnética, llamada radiación solar. Una pequeña parte de esa energía llega al planeta Tierra que, a su vez, libera energía geotérmica. El calor producido en ambos procesos pone en movimiento la atmósfera, los océanos y las gigantescas placas tectónicas terrestres.Una pequeña parte de la energía radiante del Sol se transforma, a través de la fotosíntesis, en reservas de energía química, que son utilizadas por muchas clases de bacterias y plantas. Los seres heterótrofos (organismos que van desde las bacterias, los protozoos y los hongos hasta los mamíferos), ingieren y reorganizan vegetales de las plantas en nuevos enlaces químicos y los utilizan para crear energía mecánica (cinética).

La energía química almacenada durante millones de años en los combustibles fósiles se libera por combustión en calderas y máquinas como energía termal (térmica), la cual, a través de muchos procesos se convierte en energía mecánica, química o electromagnética.

Potencia de fenómenos de corta duración
Flujos de energía	Duración	Potencia
Terremoto de magnitud 8 en la E. Richter	30 s	1’6 PW
Gran erupción volcánica	10 h	100 TW
Energía cinética de una tormenta	20 min	100 GW
Gran bombardeo de la 2ª Guerra Mundial	1 h	20 GW
Tornado medio en EE.UU.	3 min	1’7 GW
Los cuatro motores del Boeing 747	10 h	60 MW
La mayor máquina de vapor de Watt	10 h	100 KW
Carrera de 100 m	10 s	1’3 KW
Lavadora doméstica	20 min	500 W
Audición de un CD	60 min	25 W
Una vela	2 h	5 W
El vuelo de un colibrí	3 min	0’7 W

El segundo principio de la termodinámica se refiere a la inevitable realidad de que a lo largo de la cadena de transformación de la energía se va perdiendo la capacidad de realizar un trabajo útil. Hay una magnitud asociada con esta pérdida de utilidad de la energía que se llama entropía; en cada transformación la energía se conserva, pero la entropía del sistema en su conjunto sólo puede aumentar. No hay nada que podamos hacer contra esta disminución de utilidad. Un barril de petróleo es un almacén de energía muy útil y de baja entropía que se puede transformar en calor, electricidad, movimiento y luz. Las moléculas calientes de aire emitidas por el tubo de escape de un motor o la luz que rodea una bombilla representan un estado de alta entropía en el que se producen irrecuperables pérdidas de utilidad.

En un sistema cerrado, este proceso unidireccional de disipación entrópica tiene la inevitable consecuencia de una pérdida de la complejidad y un aumento de la homogeneidad. Esto se puede ver si usted compara la multitud de moléculas orgánicas que componen el petróleo con la monotonía de unos pocos tipos de moléculas sencillas que forman los gases del tubo de escape.

Por el contrario, todos los organismos vivos (desde las bacterias hasta las civilizaciones humanas) son sistemas abiertos, que están importando y exportando energía constantemente; son capaces de mantenerse en estado de desequilibrio químico y termodinámico, creciendo y evolucionando hasta una mayor heterogeneidad y complejidad. Desafían temporalmente la tendencia entrópica.

No conviene utilizar unidades inadecuadas para medir esta gran variedad de procesos, porque casi siempre las cifras estarían seguidas o precedidas de muchos ceros. Tanto el julio como el vatio representan respectivamente cantidades muy pequeñas de energía y potencia. Aproximadamente 30 microgramos de carbon o 2 segundos de metabolismo de un raton equivalen a 1 julio. un vatio es la potencia de una pequeña vela encendida.

La luz solar suministra la energía necesaria para la vida

Mientras  en el núcleo del Sol quede suficiente hidrógeno para mantener las reacciones termonucleares, la estrella que nos alumbra inundará la Tierra con radiación solar, que suministra la energía necesaria para mantener la mayoría de los procesosfísicos y químicos que se producen en nuestro planeta.

Esta radiación calienta la atmósfera y el océano, genera vientos y lluvias y sostiene el inexorable proceso de la denudación. De todas las conversiones generadas de las energías globales que se producen en la Tierra, las geotectónicas (la lenta modificación del fondo oceánico y de los continentes, acompañada de terremotos y las espectaculares liberaciones energéticas de los volcanes), son las únicas que no proceden de la radiación solar, sino de la gravedad y de la liberación gradual del calor terrestre.

La luz solar también suministra la energía necesaria para la fotosíntesis, la más importante transformación bioquímica, creando nueva biomasa en bacterias, fitoplancton, plantas superiores y, sobre todo, en bosques y praderas. Esta síntesis es el fundamento de la cadena alimenticia necesaria para el metabolismo heterótrofo de animales y personas, a los cuales la nutrición les permite desarrollar actividades que van desde una simple carrera a trabajos más elaborados, como la ocupación laboral y el ocio.

Así de importante es la luz. Las sociedades humanas, desde los pequeños grupos de cazadores o pastores hasta las sociedades más complejas que dependen de los enormes flujos de combustibles fósiles y electricidad, han estado ineludiblemente ligadas al continuo flujo de energía solar y a los almacenamientos energéticos procedentes de la misma.

El proceso de formación de carbón a partir de restos vegetales acumulados en zonas acuáticas y sumergidos, de tal manera que estaban aislados de la atmósfera, sufrieron una transformación por efecto de las bacterias anaeróbicas, que aumentan la concentración de carbono de los azúcares y desprenden gases, como metano y anhídrido carbónico. Así se forma una masa gelatinosa de turba. Posteriormente, ésta se hunde y sobre ella se van depositando nuevas capas. Las más inferiores pueden sufrir transformaciones metamórficas debido a la elevada presión y temperatura que soportan, convirtiéndose en grafito. Las condiciones biológicas, climáticas y estructurales más favorables para que tenga lugar esta serie de transformaciones se dieron durante el periodo carbonífero, que en Eurasia y Norteamérica se encontraban situadas en posición tropical y cubiertas de grandes bosques próximos al mar, que se inundaron debido a los movimientos verticales causados por la orogenia hercínica. Los yacimientos de carbón de mayor antigüedad proceden del devónico y los más modernos del cuaternario inferior.

El proceso de formación del petróleo se origina a partir de acumulaciones de plancton marino que sufre transformaciones, semejantes a la carbonización, por bacterias anaeróbicas, y que dan lugar a una materia denominada sapropel y posteriormente a la mezcla de hidrocarburos típica del petróleo. Esta transformación de hidrocarburos suele tener lugar al mismo tiempo que el proceso de sedimentación de arenas y arcillas que se transformarán en areniscas y margas, y quedarán impregnadas por el petróleo, dando lugar a las rocas madre de éste. Cuando éstas sufren presiones orogénicas o simplemente quedan sometidas a una mayor presión al hundirse los sedimentos, el petróleo migra hasta encontrarse con rocas impermeables que impiden su avance y se acumula en el subsuelo, generando los verdaderos yacimientos petrolíferos.

Los hidrocarburos gaseosos están acumulados en la parte superior de estos yacimientos de petróleo (aceites de roca: del latín petram, “piedra” y oleum, “aceite”), que es un aceite mineral hidrocarbonato, oleaginoso, inflamable, de olor acre, densidad inferior a la del agua y cuyo color varía desde el negro al incoloro. Consta principalmente de hidrocarburos líquidos, en los que se encuentran disueltos hidrocarburos sólidos (asfaltos y betunes) y gaseosos (metano, butano y acetileno); también contiene pequeñas porciones de nitrógeno, azufre, oxígeno, colesterina, porfirinas, vanadio, níquel, cobalto y molibdeno. De todo esto, mediante procesos industriales de refinado, se obtienen los productos de todos conocidos como la gasolina, nafta, queroseno, gasóleo, etc.

Su combustión es una de las fuentes más importantes de contaminación por los elevados porcentajes de azufre y otras materias que contiene. Sin embargo, por obtener esta fuente de contaminación y “riqueza” se crean conflictos que desembocan en las guerras que azotan nuestro mundo.

Ahora, después de esta breve explicación, sabemos un poco más sobre esta materia prima que ha servido, y continuará aún algún tiempo sirviendo de base a muchas generaciones pasadas y alguna menos futura: civilizaciones del combustible sólido, con su profesión de servicios energéticos, transporte generalizado y exceso de información (no siempre deseable, ya que si elimináramos el 80% de las programaciones televisivas, el mundo sería algo más culto y estaría menos embrutecido).

Un observador extraterrestre no podría encontrar nada extraordinario que le permitiera distinguir el Sol entre las millones de estrellas similares que existen en la nuestra y otras galaxias, y que a su vez representan una fracción de cientos de miles de millones de cuerpos radiantes que las forman. Como se ha dicho otras veces, nuestro Sol pertenece a una clase común de estrella localizada aproximadamente en el centro de la secuencia principal* del esquema de clasificación conocido como de Herzsprung-Russell, denominada enana G2, que posee un característico color amarillo y una magnitud estelar poco importante (+4’83). Así que, después de 4.500 millones de años, el Sol está a la mitad de su vida y va camino de transformarse de enana en gigante roja. Cuando esto ocurra, su luminosidad será mil veces mayor que la actual, y su diámetro, enormemente expandido, alcanzará (probablemente) la Tierra. Durante algún tiempo el planeta girará dentro de una órbita en el interior de la ligera cubierta de la estrella, pero final e inevitablemente caerá describiendo una espiral hasta ser engullida por el núcleo de la gigante roja.

Mucho antes de que el Sol se transforme en una gigante roja la vida en la Tierra desaparecerá. Según se contraiga el núcleo solar, las reacciones termonucleares calentarán su capa externa; el diámetro de la estrella se expandirá unas diez mil veces y la radiación de la subgigante roja evaporará los océanos y mares de la Tierra generando fortísimos vientos calientes en la convulsa atmósfera del planeta.

Sin embargo, mientras haya hidrógeno en el núcleo de la estrella, los inexorables cambios de su luminosidad serán graduales y el Sol continuará suministrando la energía necesaria, tanto para la vida en la Tierra como para la mayoría de las transformaciones físicas que ocurren en ella.

Las primeras explicaciones científicas de la radiación solar, cálculo basado en la gravitación de Hermann Helmholtz, conducen a una estimación de la vida de la estrella de unos treinta millones de años. La famosa ecuación de Einstein relacionando la materia y la energía abrió el camino hacia un modelo más preciso que, por sí sólo, tampoco nos ofrece una solución completamente satisfactoria. Por otra parte, no parece probable que la transformación total de materia solar, convirtiendo los núcleos atómicos y los electrones en radiación (según teorizaba Sir Arthur Eddington), pueda producirse ni siquiera a temperaturas superiores a los diez mil millones de grados Kelvin (K). La idea hoy aceptada de que la producción de la energía en el núcleo del Sol obedece a reacciones nucleares fue propuesta a finales de los años treinta por Hans Bethe, Charles Critchfield y Carl Friedrich von Weizsäcker.

La fusión de hidrógeno en helio, en el ciclo protón-protón, se inicia cuando la temperatura alcanza los trece millones de grados Kelvin. Justo por encima de los 16 millones Kelvin empieza a dominar el ciclo carbono-nitrógeno que genera C¹². No podemos estar seguros, pero de acuerdo con los mejores modelos, el ciclo C-N genera solamente un 1’5% de la energía total del Sol.

Las reacciones en el núcleo solar consumen entre 4’3 y 4’6 millones de toneladas de materia cada segundo, de manera que de 4.654.000 t de hidrógeno, 4.650.000 se transforman en helio, y las 4.000 toneladas que faltan son lanzadas al espacio en forma de radiación termonuclear (luz y calor) de la que una pequeña parte nos llega a la Tierra para hacer posible la vida.

De acuerdo a la relación masa-energía de Einstein, liberan 3’89×10²⁶ J de energía nuclear. Este inmenso flujo de energía es rápidamente transformado en energía térmica, que es transportado, isotrópicamente, hacia el exterior, primero por irradiación aleatoria y luego más rápidamente por convección direccional.

Suponiendo (como antes apuntaba) que la radiación es isótropa, la potencia de la luz visible que atraviesa cada metro cuadrado de la capa emisora de la fotosfera es aproximadamente de 64 MW. Como en el espacio no hay prácticamente atenuación de la radiación solar, cuando ésta alcanza la órbita de la Tierra tiene una densidad de potencia igual al cociente entre la luminosidad total del Sol (3’89×1026 W) y el área de una esfera de radio orbital (que, como promedio, es de unos 150 millones de kilómetros).

Este flujo, tradicionalmente conocido como la constante solar, es la tasa máxima de energía que llega a la parte superior de la atmósfera terrestre. A principios de los años setenta, la NASA utilizó para el diseño de las naves espaciales un valor de la constante solar igual a 1.353 W/m². El flujo ha sido medido directamente en el espacio desde 1979, cuando el satélite Nimbus 7 obtuvo un valor de 1.371 W/m². En el más reciente satélite de la Solar Maximum Mission lanzado en 1980 se obtuvo una media ponderada de 1.368’3 W/m².

Las observaciones continuadas desde el espacio han revelado la existencia de una compleja regularidad de pequeñas fluctuaciones de corta duración que, debido a la interferencia de la atmósfera, no habían podido ser observadas anteriormente. Estas fluctuaciones de poca duración (del orden de días a semanas) y de hasta un 0’2 por ciento son debidas al paso de manchas oscuras y fáculas brillantes que arrastra el Sol en su rotación; el ciclo medido es de 11 años, en el que la radiación solar disminuye en un 0’1 por ciento entre el valor máxima y el mínimo.

La longitud de onda de la energía electromagnética emitida por el Sol y que llega a la Tierra varía en más de diez órdenes de magnitud. Va desde la longitud de onda más corta, que corresponde a los rayos gamma y rayos X de menos de 10^-10 m, hasta la longitud de ondas de radio que superan el metro.

El aspecto del espectro de la radiación solar es similar al de un cuerpo negro a 6.000º K. Ambos espectros son especialmente parecidos en el rango de la longitud de onda mayor que la del amarillo, pero para longitudes de onda menores, el espectro solar cae notablemente por debajo de la línea de los 6.000º K. De acuerdo con la ley de desplazamiento de Wien, la emisión máxima a esta temperatura es de 483 nm, cerca del final de la zona azul del espectro visible y próximo al verde.

El flujo de energía se reparte desigualmente entre las tres grandes categorías espectrales: radiación ultravioleta (UV), cuya longitud de onda va desde las más cortas hasta los 400 nm y contribuye con menos del 9 por ciento de la radiación total; la luz visible, que va desde los 400 nm del violeta más lejano hasta los 700 nm del rojo más oscuro y representa un 39 por ciento; y la radiación infrarroja (IR), que representa cerca del 52 por ciento.

La radiación que llega a la superficie de la Tierra es muy diferente de la radiación extraterrestre, tanto cualitativa como cuantitativamente. Las razones físicas de esta diferencia son varias: que la órbita de la Tierra es elíptica, la propia forma del planeta, la inclinación del eje de rotación, la composición de la atmósfera y la reflectividad (albedo) de las nubes y superficies terrestres. Consecuentemente, la radiación solar que llega a la superficie de la Tierra presenta una compleja pauta espacial y temporal. La media anual global es ligeramente inferior a 170 W/m² en los océanos y de unos 180 W/m² en los continentes. La diferencia más importante del valor esperado, según la latitud de la zona, se encuentra en la disminución que se presenta en los trópicos y durante los monzones subtropicales, debido a la alta nubosidad. Grandes regiones de Brasil, Nigeria y el sur de China reciben menos insolación que Nueva Inglaterra o las regiones de Europa occidental. Es aún más sorprendente que no haya diferencia entre el flujo máximo que se recibe al mediodía durante el verano en Yakarta, situada en el ecuador, y el que se recibe en ciudades subárticas como Edmonton en Canadá o Yakutsk en Liberia. Quizás el mejor ejemplo sea el de Oahu, donde la casi siempre nublada cordillera Koolau, que intercepta las nubes y las lluvias arrastran los alisios, tiene una media anual de radiación de 150 W/m², mientras que en Pearl Harbor, a 15 Km de distancia en la dirección del viento, la media es de 250 W/m².

La radiación solar media de 170 W/m² representa anualmente una energía de 2’7×10²⁴ J, que equivale a 87 PW. Esta cantidad es casi 8.000 veces mayor que el consumo mundial de combustibles sólidos y electricidad durante los primeros años noventa. Sólo una pequeña fracción de este inmenso flujo es absorbida por los pigmentos de las plantas para realizar la fotosíntesis, y una parte algo mayor, pero también pequeña, se utiliza para calentar las plantas, los cuerpos de los animales y las personas, así como sus refugios.

La radiación también sustenta la vida porque al calentar los océanos, las rocas y los suelos, impulsa funciones fundamentales en la biosfera, tales como el ciclo del agua, la formación de los vientos, el mantenimiento de la temperatura adecuada para que funcionen los procesos metabólicos y la descomposición orgánica. Además, es la causante de la erosión que transporta los nutrientes minerales para la producción primaria de materia orgánica.

Sección transversal del Sol

A la larga, para mantener el equilibrio térmico del planeta, la radiación solar absorbida debe emitirse al espacio, pero la longitud de onda está drásticamente desplazada hacia el infrarrojo. A diferencia de la radiación de longitud de onda corta emitida por el Sol, que está determinada por la temperatura de la fotosfera (5.800º K), la radiación terrestre corresponde muy aproximadamente a las emisiones electromagnéticas de un cuerpo negro a 300º K (27ª C). El máximo de emisión de esa esfera caliente está en la zona del IR a 966 μm. Como el 99% de la radiación solar llega en longitudes de onda menores de 4 μm y el espectro terrestre apenas alcanza los 3 μm, el solapamiento de frecuencias entre estos dos grandes flujos de energías es mínimo.

Reacción protón-protón para formar helio 4 liberando energía

emilio silvera