01 septiembre 2008

Cómo funciona la selección natural

Para que los creacionistas se enteren de una vez, hoy traigo dos ejemplos de cómo funciona la selección natural a la hora de promocionar o penalizar conductas más o menos ventajosas adaptativamente. Aquí les ilustro uno de plantas y otro de animales.

Plantas

Hace mucho, muucho tiempo, las manzanas de los manzanos se dispersaban en todas direcciones. Sin embargo, sólo las que caían hacia abajo llegaban a tierra, germinaban y hacían que el árbol se reprodujese. Lógicamente, la selección natural favoreció a estos últimos y poco a poco acabaron imponiéndose mientras los demás no conseguían reproducirse y las semillas, en muchos casos, acababan en órbita. Hoy todos los manzanos envían su fruta hacia el suelo.

Viñeta ilustrativa en The Scientific Cartoonist.

Animales

Los conejos, hace mucho tiempo, se apareaban con todo lo que pillaban (de aquí su fama de promiscuos, que aún perdura en el inconsciente colectivo). Sólo se salvaron de sus instintos algunas especies de gran talla a pesar de que los conejos desarrollaron una buena capacidad para el salto de la que aún quedan vestigios. Sin embargo, esa desaforada conducta no era buena y sólo aquellos que elegían con precisión a una coneja eran capaces de perpetuarse. Hoy, mucho tiempo después, sólo se observan conejos con conejas aunque aún aparece algún residuo atávico de promiscuidad interespecífica. Por el camino quedaron tirados otrora poderosas estirpes conejiles como aquella que prefería a los pandas gigantes y de la cual aún queda algún fósil viviente (el de delante de la foto, no el otro). Otras desaparecieron completamente, como las que se lo hacían con erizos.

LISA y las arrugas en el espacio-tiempo

LISA es el acrónimo de Laser Interferometer Space Antenna. Y ha salido a buscar lo que aún se nos escapa, aunque deberíamos estar inmersos en ellas: ondas gravitacionales o, más poéticamente si cabe, arrugas en el espacio-tiempo. LISA es, en buena medida, el experimento complementario del LHC. Ambos buscan comprobar algunas predicciones que las teorías hacen sobre nuestro universo. El LHC en lo minúsculo, Lisa en lo gigantesco. El LHC implica unas decenas de km de túneles y miles de toneladas de material para examinar los resultados del choque de protones. Lisa es aún más sorprendente como veremos luego.

Ambos experimentos indagan sobre los primeros instantes del universo, sobre su evolución posterior, sobre su estructura íntima a escalas difíciles de entender. Todo ello para satisfacer nuestro instinto de conocer, para aportar algo más conocimiento y que todo lo que vamos aprendiendo, poco a poco, se acabe integrando en una teoría coherente y verificada.

LISA está diseñada para la detección de ondas gravitacionales. Estas ondas se predicen en la Teoría de la Relatividad General pero hasta el presente no han sido detectadas directamente por los instrumentos terrestres. La TRG señala que los objetos masivos deforman el espacio-tiempo y, consecuentemente, alteran el camino que la luz u otros objetos siguen al pasar cerca de ellos. Esta desviación de la luz predicha por la teoría ya fue observada hace décadas. Pero también se predice que la perturbación del espacio-tiempo por objetos muy masivos en movimiento generará cambios en el tejido del espacio-tiempo que se propagarán por el espacio como ondas en un estanque. El paso de esas ondas es lo que LISA buscará.

LISA está formada por una trinidad de pequeñas naves espaciales. Son iguales, con la forma de pastilla cilíndrica, apenas 1.8 m de diámetro por 50 cm de altura, nada que ver con los modelos de las películas de moda. Estas tres naves formarán un triángulo equilátero cuyos lados medirán 5 millones de km y seguirá a la Tierra en su órbita alrededor del Sol a unos 50 millones de km de distancia. Rotarán lentamente en un plano inclinado 60º respecto a la eclíptica. Las tres estarán en comunicación entre sí y la Tierra. Lo primero mediante láseres que medirán la distancia y detectarán cualquier posible modificación en sus posiciones, lo segundo mediante una más convencional comunicación de radio que permitirá conocer los datos y enviar órdenes para, por ejemplo, corregir las trayectorias.

Dentro de esos cilindros habrá dos peculiares objetos: dos cubos de una aleación de oro y platino de 4 cm de arista y con sus caras perfectamente pulidas. Estos cubos flotarán libremente en el interior de cada nave, aislados y protegidos por su "envoltorio" de cualquier otra fuerza que no sea la gravedad. Su posición estará permanentemente determinada con exactitud y precisión enormes mediante interferómetros láser montados en cada nave. Si las ondas de gravedad existen podrán ser medidas por los cambios en las posiciones de los seis cubos. Para mí es un prodigio de imaginación y sencillez: cubos flotando en el vacío que se moverán levísimamente al paso de las ondas de gravitación.

Para detectar estas ondas LISA observará tanto dentro de nuestra galaxia como en galaxias lejanas: sistemas binarios de estrellas de neutrones, estrellas en caída hacia agujeros negros o fusiones de estos son fenómenos que deberían emitir grandes cantidades de energía en forma de ondas gravitacionales. Todo esto lo sabremos dentro de pocos años ya que los tres componentes de LISA, ya en construcción por la Agencia Espacial Europea y la NASA, serán lanzados conjuntamente en el año 2015.

Nota: sólo porque suenan parecido, si quieren conocer a la algo más terrenal Lena pasen por aquí.

LISA en su periplo alrededor del SOL. Se prevé que dure cinco años desde su lanzamiento.

29 agosto 2008

Libros, grutas y arqueólogos (actualización)

A finales del 2006 escribí un post sobre las grutas de Mogao, un complejo sin interés espeleológico pero de enorme valor cultural. Comentaba en ese momento lo siguiente (corregido en detalles a partir de los comentarios).

Al misal de Constanza (1450) y a la famosa biblia de Gutenberg les corresponde el honor de ser los primeros libros impresos con el sistema de tipos móviles, mientras que anteriormente era necesario esculpir, generalmente en madera, las planchas que se usarían para imprimir en serie cada página. Pero eso fue en Europa. Como en todas estas cosas, en el continente asiático todo se había hecho antes. Parece que los tipos móviles habían sido inventados por un tal 畢昇 (pronúnciese ) allá a mediados del siglo XI y que eran de arcilla endurecida al fuego.

Pero hoy quería hablarles del libro impreso más antiguo que se conoce y de su peculiar aventura. Se trata, cómo no, de un libro chino y ha podido datarse con exactitud: año 868, hace 1138 años.
Donde cuento la aventura desde descubrimiento por Occidente de las grutas de Mogao y su contenido, hoy amenazadas por el viento, la arena y el turismo
La historia comienza en un lugar perdido en medio del desierto del Gobi, a cuatro días de camello de Dunhuang, una población del Norte de China donde confluían los caminos norte y sur de la Ruta de la Seda (8000 km de nada para conectar todo el Sur del continente asiático). Ese lugar se ha llamado de varias formas; entre ellas las Grutas de los Diez Mil Budas o, con algo menos de espectáculo, las grutas de Mogao. Se trata de un gran complejo de santuarios excavados en un cortado rocoso de algo más de 1.5 km de longitud. Fue un lugar estratégico donde los viajeros invocaban protección ante el incierto futuro que suponía internarse en el desierto de Taklamakan o, para los que hacían la ruta de Oeste a Este, para agradecer el regalo de haber sobrevivido.
El origen de los santuarios se remonta a mediados del siglo IV, cuando al monje Lo-tsun se le aparecieron mil Budas simultáneamente convenciéndole, supongo que por abrumadora mayoría, de la oportunidad de decorar las grutas con imágenes y textos sagrados. Poco a poco las grutas existentes fueron decoradas hasta alcanzar más de mil, de las cuales quedan actualmente algo menos de la mitad.

Este lugar atesoró pinturas y esculturas durante más de un milenio, circunstancia desconocida para los europeos hasta primeros del siglo XX. Antes había estado allí algún aventurero y explorador como el ruso Nikolai Mikhaylovich Przhevalsky, o el húngaro Lajos Loczy, ambos pioneros en la exploración de las remotas regiones del Tibet e Himalayas (remotas para nosotros, claro).

Una pequeña parte de las grutas en una foto antigua
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El caso es que un 12 de marzo de 1907 apareció en Dunhuang un notable personaje llamado Marc Aurel Stein. Stein fue un explorador sobresaliente que acabó siendo nombrado Sir por el gobierno británico (aunque era húngaro de nacimiento) y doctor honoris causa por Oxford y Cambridge, además de obtener la medalla de oro de la Royal Geographic Society. Nada raro porque Stein abasteció durante décadas al Museo Británico con tesoros traidos de sus expediciones al Taklamakan, en viajes imposibles donde lo mismo atravesaba el Karakorum que excavaba en invierno con temperaturas glaciales.

Stein con su perro y su peculiar equipo arqueológico
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Stein quería ver las grutas poco menos que en plan turista porque acababa de descubrir en las profundidades del desierto de Lob lo que parecían ser restos del extremo occidental de la Gran Muralla (y que, por cierto, lo eran, con 2000 años de antigüedad y 500 km de longitud).
Allá le cotillearon que había un monje llamado Wang Yuanlu que ejercía de guardián de las grutas y que había encontrado una biblioteca en una cueva antes desconocida. Al oir la historia, a Stein se le pusieron las orejas como a un perro perdiguero y se acercó a las cuevas para encontrar que el monje estaba ausente y que la gruta en cuestión estaba cerrada a cal y canto con una sólida puerta.
Mientras esperaba al monje taoísta, le contaron que había miles de manuscritos y que la puerta había sido puesta por orden del gobernador de la provincia, al que había llegado la noticia.

Stein se dedicó en las semanas siguientes a engañar al monje. Primero le ofreció dinero (donaciones para restaurar el lugar), intentó halagarle fingiendo lo interesado que estaba en las restauraciones (parece que horribles) y finalmente logró interesarle hablandole de un santo que reverenciaba, Con esta última estrategia consiguió ganar su confianza hablándole de los lugares que había visitado en pos del santo (muy viajero al parecer). Wang acabó enseñándole algunas pinturas donde el santo salvaba libros sagrados sacándolos de India y llevándolos a China lo que sirvió para convencerle de que Stein había llegado en el momento justo de examinar los antiguos textos y sacarlos del olvido. El momento en el que Wang abre la cueva a Stein queda reflejado en su relato: “una apretada masa de manuscritos enrollados y apilados en estratos sin orden surgió bajo la luz de la pequeña lámpara del monje. Alcanzaban los tres metros de altura y llenaban ciento cincuenta metros cúbicos como pude medir posteriormente” (luego se supo que contenía unos 40000 documentos).

Wang no le dejó sacar los manuscritos aunque sí examinarlos uno a uno en una pequeña cueva vecina. A eso se dedicó Stein durante meses, encontrando que los rollos estaban en un perfecto estado de conservación. Seleccionaron cientos de ellos convenciendo a Wang de que los llevarían a un “templo del saber” en Inglaterra a cambio de una donación al santuario. Al cabo de un año y medio, una pequeña caravana con 24 cajas llenas de manuscritos y 5 más con pinturas sobre seda llegaron a la British Museum Library (luego British Library).

Entre estas riquezas estaba el Sutra del Diamante, el libro impreso más antiguo que se conoce. La datación se debe a que la fecha está escrita en el rollo de casi cuatro metros de largo: “décimotercer día del cuarto mes del noveno año de Xiantong” que, con la misma velocidad que yo, habrán identificado sin dificultad como el 11 de mayo del 868.
El rollo está impreso a partir de 7 bloques de madera. La técnica era, al parecer, pintar los caracteres sobre papel. Este se superponía a un bloque de madera con lo que se transfería la imagen especular de lo escrito. Sólo quedaba rebajar a mano la tabla para poder imprimir cientos o miles de copias. Actualmente, el Sutra del Diamante se expone en el Museo Británico muy cerca de la biblia de Gutenberg. Lógicamente, mientras Stein fue un arqueólogo heroico para Occidente, en China se le considera un vulgar saqueador.

Pero no se retiren aún. Rebuscando por internet encuentro un par de maravillas. La primera es el Digital Archive of Toyo Bunko Rare Books, donde encontramos el original escaneado y pasado por OCR de The Thousand Buddhas de Stein con magníficas imágenes. La otra es el Sutra del Diamante también escaneado y que podemos desenrollar a voluntad en Turning the pages de la British Library junto con otros 14 libros excepcionales. Finalmente, la Biblia de Gutenberg no ha sido menos y ha sido digitalizada por la Universidad de Texas.Actualmente The International Dunhuang Project está en proceso de digitalización de miles de documentos dispersos por varios países. Piérdanse un rato por sus páginas.

Al día de hoy

Hubo que esperar hasta 1987 para que el complejo de Mogao fuera declarado World Heritage Site por parte de la UNESCO. Ahora me entero por Science de que las grutas, con sus 45000 metros cuadrados de murales, deben ser protegidas, no sólo de los turistas y depredadores varios (lo cual no es sorprendente) sino del propio entorno que las conservó durante siglos. Este mismo año 2008, se han aprobado 38 M$ para protegerlas de tres amenazas: las sales que cristalizan sobre la superficie de las pinturas murales, el calor y respiración de las hordas de visitantes y la arena del desierto que las rodea.

Las grutas han sido dañadas por personas y por filtraciones de agua pero ahora la mayor amenaza es la arena. Mogao está al borde del desierto de Kuntag y le llegan continuamente vientos cargados de arena desde la "montaña" de Mingska, una gigantesca duna de 170 m de altura situada a pocos km al Oeste. Esta arena transportada por el viento ya había tapado en las últimas décadas una parte de las cuevas que fueron recuperadas con dificultad en los años 60. Aparte de esto, la gran duna se está moviendo y lo hace hacia las grutas.

Para detener o al menos reducir el aporte de arena, a finales de los 80 se tendió una tupida malla de casi 5 km de longitud al borde del acantilado sobre las grutas. El éxito fue importante ya que se estima que detiene un 60% de la arena que antes caía sobre las paredes donde están las cuevas. Posteriormente se ha intentado detener el avance de la gran duna mediante la plantación de una barrera vegetal, comenzada a mitad de los 90. Actualmente se prueban barreras de piedras en un intento de frenar los flujos de arena sobre las planicies sobre la garganta, también por encima de las cuevas. Se espera que estas medidas consigan frenar la erosión y el relleno permitiendo su conservación. Si la duna sigue su camino será necesaria una enorme intervención pero por el momento parece que lo realizado es suficiente a medio plazo.

27 agosto 2008

Kamchatka

Aprovechando que Jacob (el colega con el que hicimos el último trabajo de vientos y pardelas) ha estado en la península de Kamchatka trabajando, cómo no, con pájaros, os pongo sólo tres de sus fotos para que sirvan de anzuelo y visiteis la colección en su album web. Yo estuve viendo frailecillos este domingo en el Oceanario de Lisboa pero temo que no sea lo mismo.
Nota: las fotos son grandes y con buena definición, pinchad encima para ampliar, especialmente en la primera.

Fratercula cirrhata o aterriza como puedas

Problemas de vivienda

La historia de Arthur Gordon Pym (los que hayan leído a Poe sabrán la razón)

20 agosto 2008

Cómo se hizo "Las pardelas tienen GPS pero no le hacen caso" (3): el tiempo

Saludos desde las Azores, aqui va la última entrada de la serie


Los ángulos de vuelo

Durante la realización del trabajo encontramos otros datos menos espectaculares pero también interesantes. Por ejemplo, que las pardelas vuelan preferentemente a 45º respecto a la dirección del viento. No les gusta volar con viento de cola, posiblemente por falta de sustentación. Para llegar a este resultado (en realidad, lo primero que hicimos) se realizó lo siguiente:

  • se individualizaron todas las trayectorias de las pardelas día a día.
  • en cada posición diaria se calculó el coste de volar en todas direcciones con el viento que hubo ese día concreto.
  • se calculó el ángulo entre la trayectoria de vuelo real y la de mínimo coste

El cálculo individual de cada ángulo puede representarse gráficamente como en el figura de abajo donde ese ángulo es de unos infrecuentes 90º.

TDT

Fig. 1. Cálculo de los ángulos de vuelo respecto a la dirección de mínimo coste. Los tonos representan el coste de viajar estando en el punto central azul en ese día concreto. Lo más económico en este caso sería viajar hacia el Oeste (penacho claro).

De aquí, por cierto, viene la expresión "surfear" sobre el viento ya que el movimiento de los surferos es similar: la ola avanza en una dirección y ellos se mueven lateralmente sobre su frente. Si su velocidad es similar a la del frente de la ola la resultante es también de unos 45º.

Puertas temporales

Durante sus viajes hacia el Sur, las pardelas cruzan una zona tan especial como el triángulo de las Bermudas, sólo que ésta existe. Se llama Zona de Convergencia Intertropical (ITCZ en inglés). Se trata de un cinturón de bajas presiones que las aves deben atravesar en su primer movimiento desde África al NE de Brasil.

Encontramos que en la ITCZ Atlántica hay una zona donde se producen unos vientos del Oeste estacionales que suelen llamarse westerlies. En la figura de abajo aparecen justo por debajo de la zona azul (vientos flojos y calmas).

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Fig. 2. Época de westerlies en la ITCZ.

Las calmas y los westerlies pueden suponer una barrera al tránsito de estas aves. Las primeras porque su forma de vuelo se beneficia de vientos moderados y los segundos porque se oponen frontalmente a su dirección de desplazamiento.

En algún momento en los meses de otoño estos vientos desaparecen y las calmas dejan huecos por donde las aves pueden pasar.

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Fig. 3. Un par de semanas más tarde los westerlies han desaparecido y las calmas se fragmentan.

¿Qué ocurre en ese momento? Abajo tienen la respuesta. Las barras negras son la frecuencia de westerlies y las rojas las de paso de las pardelas por la ITCZ.

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Fig. 4. Histograma donde se superponen los westerlies y los pasos de las pardelas por la ITCZ.

Observarán que las pardelas comienzan a pasar justo cuando los westerlies se debilitan y desaparecen. Ese gráfico es de sólo un año y ahora estamos analizando todos los disponibles (desde 1999) y todo encaja aunque, lamentablemente, no hay datos de paso de pardelas en todos los años.

Por este motivo hemos hablado de "puertas temporales", una expresión tan periodística como la de "autopistas del viento" pero que tienen una sólida realidad detrás.

¿Y ahora qué?

Bueno, pues ahora estamos redactando dos trabajos de ampliación. Uno ha sido presentado en un congreso que se celebra estos días en Sudáfrica. El otro lo terminaremos en septiembre y va dirigido a una revista que quiere sacar un monográfico sobre migración pajaril. Nuestra intención es seguir con este tema afinando los modelos que, aunque funcionan bien, no contemplan variables que penalizan el vieja como el tiempo o la distancia.

Tareas de difusión

El trabajo ha sido ampliamente recogido en los medios de prensa, tanto digital como convencional, el miércoles pasado. También nos han hecho una docena de entrevistas de radio. Todo es efímero y, por supuesto, no contribuye a nuestro curriculum académico. Creemos, sin embargo, que la traducción de este trabajo para su difusión en medios no científicos es importante y por eso invertimos cierto esfuerzo en ello ayudados por los gabinetes de difusión del CSIC. Las conclusiones a las que llegamos son que un trabajo como este puede interesar como tema periodístico y tal vez contribuir a mejorar eso que hemos llamado ya alguna vez percepción social de la ciencia.

15 agosto 2008

[NC] Hongos y Parkinson

NC significará "noticias de ciencia" que pretendo salgan periódicamente a partir de ahora. Traduciré/adaptaré brevemente noticias que considero de relevancia para darles, en mis minúsculas posibilidades, algo más de eco y difusión.

El artículo de hoy se publica en el Journal of Clinical Investigation del 14 de agosto y habla de algo muy importante: la enfermedad de Parkinson (EP) y su tratamiento.

Se comprueba que una proteína exclusiva de los hongos elimina los agregados proteicos propios de la enfermedad de Parkinson en ratas.

La EP es una afección neurodegenerativa y letal que actualmente no tiene cura. Se produce por una pérdida progresiva de células nerviosas productoras de dopamina y se caracteriza por la aparición de agregados de una proteína llamada alfa-syn en el interior de esas células. En otros trabajos previos se ha planteado que estos agregados proteicos contribuyen al desarrollo de la EP por lo que un producto que inhibiera o revirtiera su formación podría hacerlo con la propia enfermedad.

Un grupo de investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Lausanne y la Universidad de Pennsylvania ha encontrado que una proteína exclusiva de los hongos, la Hsp104, reduce espectacularmente tanto la formación de agregados alfa-syn como la degeneración neuronal. Esta proteína no tiene equivalente en otros organismos y los autores consideran que puede ser un buen candidato para el tratamiento de la EP y otros trastornos similares en humanos. Lógicamente será necesario aún realizar los estudios clínicos que garanticen que su introducción en el cerebro no tiene riesgos sanitarios secundarios a largo plazo.

Las perspectivas son buenas ya que la Hsp104 se tolera excepcionalmente bien tanto en cultivos in vitro de neuronas como en los cerebros de las ratas transgénicas usadas en los estudios.

El trabajo original está disponible en PDF:

Lo Bianco, C. et al., 2008, Hsp104 antagonizes alfa-synuclein aggregation and reduces dopaminaergic aggregation in a rat model of Parkinson disease. The Journal of Clinical Investigation, 11 p.

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