Música para el domingo – Azzurro (Adriano Celentano)

El domingo es día de asueto y nada mejor que un poco de música para amenizarlo. Por ejemplo, esta enorme canción de Adriano Celentano de 1968 titulada «Azzurro«. Es una canción que ha tenido infinidad de versiones (especialmente gamberra es la de Die Toten Hosen) y que ha sido en ocasiones el himno oficioso de Italia (sobre todo en eventos deportivos). Qué sería además de los karaokes sin esta canción… ¡Que la disfruten!

El mineral clave para que la Tierra sea el Planeta Azul

En más de una ocasión hemos hablado de Marte como un mundo geológicamente muerto, y cómo esto supone una traba importante a la hora de que se pueda desarrollar vida en él. La actividad geológica es fundamental a la hora de reciclar materiales, y juega un papel crucial a la hora de renovar la atmósfera gracias a las emisiones gaseosas del interior planetario. La Tierra es un buen ejemplo de ello. La presencia de agua y oxígeno en la superficie terrestre se produce gracias a la convección del manto, y a un interesante proceso mediante el que el oxígeno presente en el interior de la Tierra emerge al exterior. Dicho proceso ha sido estudiado por Arno Rohrbach y colaboradores, de la Universidad de Bonn y otras cinco instituciones distintas, en un trabajo titulado

• Metal saturation in the upper mantle

publicado en Nature. A grandes rasgos, el proceso que nos interesa comienza cuando el material superficial se hunde en las profundidades terrestres en las zonas de subducción. En su camino hacia el interior de la Tierra arrastran consigo oxígeno en forma de óxido de hierro que representa alrededor de un 8% de la composición del manto. En el interior del manto el óxido de hierro sufre diferentes transformaciones debido a la extrema temperatura y presión (miles de grados y más de 1 millón de atmósferas en el manto inferior). A grandes profundidades el óxido de hierro se transforma en ferropireclasa, pero a profundidades menores -por encima de la zona de transición entre el manto inferior y el superior- se transforma en majorita. Este mineral puede considerarse en cierta medida un almacén de oxígeno, ya que a medida que la convección lo traslada de nuevo hacia la superficie, se vuelve inestable ante la baja presión, y libera el oxígeno. Parte de este oxígeno se incorpora directamente a la atmósfera, y parte se combina con el hidrógeno que emana constantemente del interior de la Tierra, dando lugar a vapor de agua.

Credit: Joseph Smyth, University of Colorado

Sin la existencia de este proceso de renovación atmosférica y reciclado de materiales, la Tierra pronto devendría en un planeta seco y pobre en oxígeno atmosférico como Marte. De hecho, el tamaño comparativo de ambos planetas juega aquí un papel importante, ya que al ser la Tierra un planeta mayor, también lo son las presiones y temperaturas interiores, es posible la formación de este tipo de minerales, y durante más tiempo se puede mantener el proceso de convección. En este sentido, es destacable que mientras el contenido en óxido de hierro del manto terrestre roza el 8%, en Marte llega al 18%. Por las mismas causas se produce otro hecho fundamental: el campo magnético que protege a la Tierra de la radiación cósmica, campo que es originado por la existencia de un núcleo metálico cuya capa externa es líquida. Las características de presión y temperatura en el interior de la Tierra, unidas a la precipitación de hierro desde el manto son responsables de ello.

Micrografías: Arte al Microscopio Electrónico

Al amparo de la International Conference on Electron, Ion, and Photon Beam Technology and Nanofabrication se viene realizando en los últimos años un concurso de micrografías, fotografías tomadas al microscopio y que suelen capturar objetos cuyo tamaño va de unos nanómetros a unas micras. Algunas son realmente espectaculares, como por ejemplo las dos que siguen, un micro-Manhattan con rascacielos de dos micras de alto, y un inodoro en el que con suerte cabría un ejemplar de Escherichia coli.

Claro que aquellos con espíritu más geek encontrarán más atractivas una reproducción del USS Enterprise de 8.8 micras, o una prueba de que el lado oscuro de la fuerza opera en el rango de los 200 nanómetros (ir al final de la página). Como dice el slogan del concurso, una buena micrografía vale más que el megabyte que ocupa.

La chinche del murciélago eleva a nuevas cotas la guerra de sexos

Los derroteros por lo que transita la evolución son a menudo sorprendentes, y si como en el caso que nos ocupa hay además una guerra de sexos de por medio, el resultado es simplemente increíble. La chinche del murciélago –Cimex pilosellus– es un insecto parásito de la misma familia de las chinches de las camas que -como su nombre indica- se alimenta de la sangre de los murciélagos (aunque llegado el caso no le hacen ascos a los humanos). Lo más llamativo de esta especie es su inusual protocolo reproductivo: el macho inyecta unos aguijones en el abdomen de la hembra para introducir el esperma directamente en el flujo sanguíneo. Esto traspasa la frontera de lo molesto para la hembra para convertirse en doloroso e incluso peligroso para la misma. Para darle una vuelta de tuerca adicional a la situación, los machos realizan frecuentemente sus «ataques» sexuales sobre otros miembros de la especie, sin comprobar su sexo, lo que resulta en un gran número de encuentros macho-macho que se saldan con heridas serias para uno de ellos.

Una situación como la descrita es la idónea para que se produzcan adaptaciones evolutivas ad hoc, como efectivamente es el caso: las hembras comenzaron a desarrollar unas estructuras externas a modo de embudo en el abdomen, con el objetivo de atraer hacia las mismas los aguijones del macho; de ese modo las heridas se producen en un lugar controlado, en el que además se han desarrollado unas bolsas de células inmunitarias que minimizan los riesgos de infección. Estas estructuras no son en cualquier caso exclusivas de las hembras, ya que los machos también se atacan entre sí. Los embudos de los machos son no obstante ligeramente diferentes, más abiertos y expuestos, lo que aparentemente actúa de señalización ante otros machos y disminuye el riesgo de ataques.

Sin embargo, la cosa no podía terminar ahí como era previsible. La siguiente adaptación evolutiva que se ha producido es asombrosa, tal como describen Klaus Reinhardt y colaboradores, de la Universidad de Sheffield y del Max-Planck-Institute for Metals Research, en un artículo titulado

• Female-limited polymorphism in the copulatory organ of a traumatically inseminating insect

que será publicado en The American Naturalist. Reinhardt et al. han realizado un estudio en poblaciones africanas de la chinche del murciélago, y han encontrado que algunas hembras están empezando a imitar la morfología de los órganos paragenitales de los machos. De esta manera consiguen una menor atención por parte de éstos, y reducen el número de ataques. Puede parecer sorprendente que las hembras desarrollen una estrategia para evitar tener encuentros sexuales, y realmente lo es en parte. La explicación reside en un compromiso subyacente entre la fertilidad de la hembra, y el coste de la fertilización (muy alto en este caso, dado la forma tan traumática de realizar la cópula). Algunas hembras apuestan por una fertilidad alta, a riesgo de padecer muchos encuentros sexuales potencialmente peligrosos, mientras que otras reducen este riesgo a costa de una menor fertilidad. Este polimorfismo sexual en las hembras puede tener consecuencias de alcance, ya que la estructura de los órganos sexuales es el factor definitorio de muchas especies de insectos. Como apuntan los autores, podemos entonces estar presenciando el nacimiento de una nueva especie.

Música para el domingo – Beds are Burning (Midnight Oil)

El domingo es día de asueto y nada mejor que un poco de música para amenizarlo. Por ejemplo, este gran tema de Midnight Oil de 1987 titulado «Beds are Burning«. Midnight Oil era una banda australiana (hubo quien dijo que fueron los primeros en hacer un rock puramente australiano) con una personalidad muy definida, y que desarrolló un intenso activismo en relación a temas medioambientales y de defensa de los derechos de los aborígenes. Su líder Peter Garrett pasó de hecho a la política (dentro del Partido Laborista, lo qué le granjeó las críticas de los Verdes Australianos, y la guasa de los liberales).

Este tema -contenido en su octavo album Diesel and Dust– es su tema más conocido y su mayor éxito a nivel internacional, y está dedicado precisamente a la defensa de los derechos a la tierra de los aborígenes australianos. Es una muy buena canción, llena de fuerza y con un gran estribillo. El vídeo también merece la pena ser visto, aunque sólo sea por los fantásticos paisajes australianos. ¡Que lo disfruten!

La hipótesis de un antiguo Marte húmedo hace aguas

El último número de Science está dedicado en gran parte al análisis de los datos que la Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) ha proporcionado en los 100 primeros días de estudio de la historia hidrológica de Marte. La posible existencia de agua en estado líquido en la superficie marciana es algo a lo que se viene dando vueltas desde que Percival Lowell creyera descubrir los célebres canales allá por finales del siglo XIX, y una de cuyas últimas vueltas de tuerca fue la detección en 2005 de barrancos recientes, consistentes con flujos líquidos. Sin embargo, los últimos datos proporcionados por la MRO no parecen apoyar esta conclusión. Es interesante a modo de resumen leer la introducción al número especial, titulada

• Water, Water, not Everywhere?

A grandes rasgos, muchas de las evidencias geológicas que se asumían indicadoras de la presencia de agua líquida (fondos oceánicos, lechos fluviales, etc.) pueden ser ahora reinterpretadas como producidas por flujos de lava. Éste es el caso también de los barrancos recientes que tanta expectación levantaron en su momento, y que parecen ahora producidos por corrimientos de materiales sólidos (arena, polvo, rocas, …). No obstante, sí parece que otros barrancos más antiguos hayan podido ser producidos por flujos de agua líquida.

Credit: NASA/JPL/University of Arizona

La imagen superior muestra una imagen de los barrancos cerca del área de Gorgonum Chaos, una zona de terreno caótico. Estos barrancos están en una zona cuya pendiente no permite que se produzcan corrimientos masivos del tipo que ha podido dar lugar a otros barrancos. La existencia de fracturas poligonales en algunos lugares indica a su vez que estos barrancos son más antiguos, ya que han estado sujetos a procesos de erosión por permafrost. Puede econtrarse un análisis de los canales en esta zona en un artículo de A.S. McEwen y colaboradores, de 12 instituciones diferentes, titulado

• A Closer Look at Water-Related Geologic Activity on Mars

publicado en este número especial de Science. La presencia de cráteres de impacto cerca de este tipo de barrancos sugiere una relación causal entre ellos, y que los flujos de agua se originaran debido al calor generado por la colisión de meteoritos contra la corteza rica en hielo.

Aunque estas conclusiones preliminares suponen un jarro de agua fría (congelada) para las expectativas de que en el pasado Marte fuera más acogedor para una vida similar a la terrestre, huelga decir que hay que esperar a que la MRO proporcione más datos sobre la superficie marciana. En particular, sigue siendo factible que bajo la superficie de un joven Marte geológicamente activo se generara el calor necesario para permitir agua líquida. Las evidencias de este hecho -si realmente se produjo- habrá que buscarlas mediante la recuperación de muestras del terreno, así que toca esperar.

Francis Collins vs. Richard Dawkins: ¿Pueden los guantes de Dios parar el golpe de la prueba?

En la Geekipedia de Wired hay una entrada que se titula «Faith smackdown«, y que está planteada como un combate dialéctico a tres asaltos entre Richard Dawkins y Francis Collins sobre la existencia de Dios. El resultado de la confrontación -se puede votar a favor de los argumentos de cada uno de los contendientes- es una clara victoria a favor de Dawkins a los puntos.

Las citas que se resaltan en la página referida han sido extraídas de un debate más extenso que Dawkins y Collins mantuvieron en la revista Time. Merece la pena leer este debate completo, tanto el propio interés del mismo, como para contextualizar las citas entresacadas. La postura de Richard Dawkins es bien conocida, pero quizás no tanto la de Francis Collins -a la sazón líder del Proyecto Genoma Humano, y Premio Príncipe de Asturias a la Investigación Científica y Técnica en 2001- que puede describirse como evolucionismo teísta (BioLogos, como él mismo ha acuñado), alejado del creacionismo y del diseño inteligente. Es una posición que bordea en algunos momentos el deísmo, aunque formalmente Collins parece adscribirse al Protestantismo. En cualquier caso, a pesar de que el debate se plantee en términos de un antagonismo entre las posturas de Dawkins y Collins, la distancia entre ellos no es tan insalvable como pudiera parece en un principio. Una de las grandes diferencias entre sus puntos de vista -e identificada como tal durante el debate- es la existencia de una noción moral del Bien y el Mal independiente del proceso de refuerzo evolutivo (existencia asumida por Collins y rechazada por Dawkins). En términos de la confrontación -recurrentemente planteada- entre ciencia y fe, Dawkins ve a esta última como un defecto fatal que puede echar por tierra el rigor del proceso científico, mientras que para Collins no es así, ya que -afirma- únicamente se trata de una cuestión de qué se cree posible o no a priori. Por lo demás, mi impresión es que las afirmaciones de ambos son en muchas ocasiones ortogonales más que contrapuestas. A modo de resumen global del debate, me quedo con las conclusiones individuales de cada uno:

«I just would like to say that over more than a quarter-century as a scientist and a believer, I find absolutely nothing in conflict between agreeing with Richard in practically all of his conclusions about the natural world, and also saying that I am still able to accept and embrace the possibility that there are answers that science isn’t able to provide about the natural world–the questions about why instead of the questions about how. I’m interested in the whys. I find many of those answers in the spiritual realm. That in no way compromises my ability to think rigorously as a scientist.»

Francis Collins

«My mind is not closed, as you have occasionally suggested, Francis. My mind is open to the most wonderful range of future possibilities, which I cannot even dream about, nor can you, nor can anybody else. What I am skeptical about is the idea that whatever wonderful revelation does come in the science of the future, it will turn out to be one of the particular historical religions that people happen to have dreamed up. When we started out and we were talking about the origins of the universe and the physical constants, I provided what I thought were cogent arguments against a supernatural intelligent designer. But it does seem to me to be a worthy idea. Refutable–but nevertheless grand and big enough to be worthy of respect. I don’t see the Olympian gods or Jesus coming down and dying on the Cross as worthy of that grandeur. They strike me as parochial. If there is a God, it’s going to be a whole lot bigger and a whole lot more incomprehensible than anything that any theologian of any religion has ever proposed.»

Richard Dawkins

(¡Gracias Pablo!)

Computación in fluido: De la lógica de burbujas a los dispositivos microfluídicos inteligentes

Hace unos meses hablábamos de la creación de microjets mediante un haz láser, y cómo éstos se podrían emplear para controlar el flujo de líquido a través de canales microscópicos. Este tipo de procesos caen dentro del ámbito de los microfluidos, cuyas aplicaciones en biotecnología, ingeniería, física, etc. no hacen más que aumentar desde su emergencia en los años 90. Típicamente, los procesos en este área se basan en el empleo de sustancias líquidas que se hacen fluir por canales cuyo tamaño es del orden de micrómetros, usando dispositivos eléctricos o mecánicos para controlar el sistema (hay una presentación -muy interesante- de carácter general sobre el área aquí). De esta manera se pueden realizar reacciones químicas sumamente precisas de manera controlada y a gran velocidad.

De acuerdo con lo anterior, en un sistema como el descrito existe una clara distinción entre los materiales que intervienen en la reacción y los mecanismos de control de la misma. El siguiente paso es eliminar dicha distinción, o al menos minimizarla, haciendo que el propio flujo de los materiales contenga la información de control del proceso. Es lo que se denomina «lógica de burbujas microfluidica», y fue introducida por Manu Prakash y Neil Gershenfeld, ambos del MIT, en un artículo titulado

• Microfluidic Bubble Logic

publicado en Science. La idea básica es construir dispositivos con microcanales por cuyo interior fluye un líquido conductor (por ejemplo agua). En dicho líquido conductor se insertan gotas de otro líquido o burbujas de gas (nitrógeno en el trabajo descrito) cuya escala es de nanolitros. La dinámica del flujo de estas burbujas está determinada por dos cantidades adimensionales, el número de Reynolds y el número capilar. Usualmente la primera cantidad es muy baja, lo que indica que el flujo es laminar y simple. La segunda cantidad indica la relación entre la viscosidad y la tensión superficial, y determina si la burbuja se mantiene estable o se disgrega al llegar a una bifurcación en los canales. A grandes rasgos, cuando se produce una de estas bifurcaciones en los canales una burbuja desplazándose en el interior del fluido elige la rama que ofrece menos resistencia. Lo interesante es que cuando ocurre esto, el propio paso de la burbuja por el canal altera su resistencia (la aumenta), por lo que una burbuja que llegue después puede optar por la otra rama. Esto puede emplearse para construir circuitos lógicos mediante un adecuado diseño de los canales.

Credit: M. Prakash and N. Gershenfeld

Imaginemos por ejemplo el dispositivo ilustrado en la figura superior, en la que el canal inferior izquierdo es más ancho que el derecho, y ofrece por lo tanto menos resistencia. Una burbuja que llegue al punto de bifurcación desde la izquierda (A) o desde la derecha (B) optará por dicha rama, por lo que en la práctica esta rama computa A OR B. En caso de que lleguen burbujas de ambas ramas (dentro de una ventana de tiempo del orden de 0.5 ms en este ejemplo) , el paso de la primera burbuja por la rama inferior izquierda aumenta su resistencia, por lo que la siguiente pasa por la inferior derecha, que en la práctica computa A AND B. De manera análoga pueden diseñarse otras puertas lógicas, e incluso dispositivos más complejos como biestables, contadores, etc. Pueden verse diferentes vídeos (en formato MPG) de estos dispositivos aquí.

Un sistema como el descrito tiene el inconveniente de la velocidad en relación a su equivalente electrónico (1000 veces más rápido, aunque hay que decir que se puede reducir esta diferencia mediante la reducción de la escala de las burbujas), pero sigue siendo 100 veces más rápido que un sistema de control basado en válvulas y dispositivos externos. Pero sobre todo la gran ventaja de este tipo de sistemas es el hecho de que cada gota o burbuja puede llevar una carga química, lo que permite «programar» reacciones químicas muy complejas, y quien sabe si puede abrir la puerta en el futuro a dispositivos inteligentes en los que reacciones químicas internas alteren el flujo de control de manera dirigida. Esto sería de gran interés en química combinatoria o en diseño de fármacos, y ha llegado a hacer que surjan cuestiones de largo alcance, algunas de las cuales las plantea Irving R. Epstein, de la Brandeis University, en un trabajo titulado

• Can Droplets and Bubbles Think?

publicado en el mismo número de Science que el artículo anterior y que otro artículo de Michael J. Fuerstman y colaboradores, de la Universidad de Harvard y de la Academia Polaca de Ciencias, titulado

• Coding/Decoding and Reversibility of Droplet Trains in Microfluidic Networks

en el que muestran como la combinación de la no-linearidad de la dinámica de las burbujas al llegar a las bifurcaciones y la linearidad del flujo de líquido a través de los canales permite codificar y decodificar información (análoga o digital) en una secuencia de burbujas. Las posibilidades de estos dispositivos -en los que como Prakash y Gershenfeld comentan, se une química y computación- son realmente apasionantes.

Música para el domingo – Don’t Answer Me (The Alan Parsons Project)

El domingo es día de asueto y nada mejor que un poco de música para amenizarlo. Por ejemplo, esta gran canción de 1984 de The Alan Parsons Project titulada «Don’t Answer Me«. Se trata de un tema incluido en «Ammonia Avenue«, su séptimo álbum (posiblemente el más conocido junto al inmediatamente anterior «Eye in the Sky«), el cual se organiza alrededor de la idea -explicitada por Eric Woolfson, co-fundador con Alan Parsons de la banda- de la desconexión entre ciencia y sociedad (el propio nombre del álbum corresponde a un lugar real en el interior de una planta química de Birmingham -la cubierta del álbum mostraba de hecho una planta química- que se puede considerar un arquetipo de ciencia industrial deshumanizada).

Esta canción fue un gran éxito con todo merecimiento. La combinación de una gran melodía y un fantástico vídeo que muestra una historia de cómic ambientada en los Estados Unidos de los años 50 (con sus drive-in, sus héroes con sombrero y gabardina, sus matones con corte de pelo a cepillo, y la chica guapa con melena moldeada) es simplemente perfecta. ¡Que lo disfruten!

Negro sobre blanco en Jápeto

Jápeto es la tercera luna más grande de entre las 60 que se conocen de Saturno. Es un satélite peculiar, con un radio medio de 735.6±1.5 km, y una cordillera ecuatorial de unos 20 km de ancho y más de 10 km de altura (como comparación, las mismas proporciones en la Tierra supondrían una cordillera la mitad de ancha que el Himalaya, y unas 10 veces más alta), sobre cuya formación existen varias hipótesis. Esta inusual cordillera le confiere a Jápeto la imagen de una nuez cuyas dos mitades se unen en el ecuador (véase aquí un primer plano de la cordillera). Con todo y con eso, quizás lo más curioso de Jápeto sea su coloración yin-yang, con un hemisferio claro y otro cubierto de un material oscuro. La imagen inferior muestra un primer plano de la transición entre estas dos zonas.

Credit: NASA/JPL/Space Science Institute

Esta imagen se tomó a 5260 km de Jápeto y la escala es de 32 m/pixel. Pueden verse otras espectaculares imágenes de la zona de transición aquí y aquí. No está claro cuál es el motivo de que exista esta diferencia entre los hemisferios de Jápeto. Se sabe que el material oscuro es carbónico, y probablemente incluye cianuro de hidrógeno. Sobre su origen se especula con un origen externo (debido a material expulsado por impactos meteoríticos en otros satélites de Saturno, como Titán), o un origen interno (por ejemplo debido a criovulcanismo, ya que se especula con que en el interior de Jápeto se haya conservado metano y amoniaco primordial de la formación del sistema Solar). Esta última posibilidad cobraría fuerza si se confirmara que el grosor de la superficie oscura (actualmente desconocido) no es elevado, ya que en ese caso la ausencia de cráteres brillantes apuntaría a que el material oscuro se renueva constantemente.

Es de esperar que a medida que la Cassini siga proporcionando datos sobre Jápeto se vayan aclarando algunos de los interrogantes planteados. Mientras tanto, no es de extrañar que con tantos misterios a su alrededor, Jápeto aparezca en numerosas obras de ciencia-ficción.