La visión en los animales (II): adaptación a la luz y oscuridad

Nos vamos a concentrar en los ojos simples de los vertebrados, y dejaremos los ojos compuestos de insectos, arácnidos, etc, para otro artículo.

Primero hablaremos de las diferencias estructurales que han ido adquiriendo los ojos gracias a la evolución, adaptándose al entorno diurno o nocturno. Luego veremos cómo se adapta cada ojo dinámicamente a los cambios de luz.

Ojos diurnosEsto nos sonará más, porque el ser humano posee ojos diurnos. 

Existen dos tipos de receptores en la retina: conos y bastones. Los conos permiten la visión de colores y suelen ofrecer mejor resolución de imagen, pero necesitan más luz para funcionar. Por el contrario, los bastones funcionan bien con poca luz, pero no ofrecen información de colores, y normalmente dan una resolución de imagen más pobre. Los ojos diurnos poseen ambos tipos de receptores, pero en la zona central de la retina se concentran los conos. 

Con esta abundancia (relativa) de conos, sacrificamos sensibilidad de luz (o sea, funcionaremos peor en la oscuridad) a cambio de tener una resolución de imagen mejor.

Como tenemos abundancia de luz no necesitamos tener una retina (y por tanto un ojo) muy grande; la luz llegará correctamente.

Ojos nocturnosAhora veremos las diferencias que más nos llamarán la atención.

Primeramente, con luz escasa, los conos apenas funcionan, así que estos animales tienen muy pocos conos, o simplemente ninguno. La práctica totalidad de la retina está tapizada de bastones, una célula que es capaz de estimularse con muy poca luz. El sistema neuronal de la retina está adaptado a percibir el máximo número de estímulos aun sacrificando resolución de imagen, así que se suelen concentrar varios bastones que dependen de una sola fibra nerviosa. Es decir, queda un “pixel más grande”, perdemos resolución, pero ese pixel se activará con muy poca luz, sólo con que uno de los bastones del grupo sea estimulado.

Por otra parte, tenemos que recoger el máximo número posible de rayos de luz. Como hay muy poca, nos interesa que sean ojos grandes. Así, los animales nocturnos tienen los ojos proporcionalmente más grandes con relación al tamaño del cráneo. Un ejemplo de ojos proporcionalmente grandes: este pequeño primate llamado lemur:


Aunque quede quizás más claro si contemplamos su cráneo:


Vemos que la cuenca del ojo (que se llama órbita) ocupa un espacio muy grande en comparación con otras estructuras (el hueco que hay para ambos ojos es de un tamaño similar al que hay para el cerebro). Hay otros muchos ejemplo, como la lechuza:



En resumen: ojos grandes, con córneas grandes y pupilas grandes.

Tapetum lucidum
Este término latino hace referencia a una estructura de la que carecemos los humanos, pero realmente es bastante familiar ya que los perros y los gatos lo tienen, y le dan ese reflejo característico al fondo de ojo. Consiste en un tejido reflectante en la parte posterior de la retina. Así, los rayos de luz que atraviesan la retina sin estimular los receptores se reflejan en el tapetum y vuelven a atravesar la retina, de forma que existe el doble de posibilidades de que los receptores se vean estimulados.

Los ojos brillantes de muchos animales se deben a este tapetum lucidum:


Y eso hace que en su fondo de ojo, en vez del anaranjado habitual que tiene el ser humano, tengan colores más vivos y reflectantes. En el caso del gato podemos apreciar esa tonalidad amarilla y verde:


Aquí hago un inciso: El reflejo de los animales con tapetum lucidum no tiene nada que ver con el reflejo rojo que tiene el ser humano en las fotografías con flash:


Nosotros no tenemos tapetum. Ese reflejo rojo sólo lo vemos en las fotografías y en otros mecanismos artificiales de visión. Ante una luz normal y a simple vista, la pupila humana es negra y no roja. Al contrario que los animales que tienen tapetum, que depende de la iluminación (sobre todo con iluminación directa y alto contraste de luz), el reflejo brilla a simple vista:

Dipticos

Generación 2015-2016 aquí pueden encontrar los dípticos de las materias de biología y temas selectos, su misión, si deciden aceptarla, es descargarlos, imprimirlos, y pegarlos en su cuaderno para que lo tengan presente todo el año, recuerden que se revisarán en los primeros días de clase. 

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Primera clase

Bienvenidos generación 2015-2016, como primera actividades recuerden revisar la clase del día de hoy y publicar un comentario sobre los objetivos planteados del curso de biología y temas selectos en el foro, comencemos!!!

1a. clase biol 2015 from Miguel Angel Verde Valadez

Crónica de un desastre anunciado (2)

Daños del petróleo en el mar
¿Qué daño causaron los 4.9 millones de barriles de petróleo derramados?

Según algunos titulares en la prensa, lo más afectado por este desastre fueron las empresas que participaron en la perforación del pozo, cuyas acciones se desplomaron (aunque algunas ya se recuperaron). No obstante, la conciencia mundial carga como una culpa propia el grave daño ocasionado al ecosistema. Entre las plantas, los animales, las bacterias y los hongos que habitan en el Golfo de México existe una interdependencia de energía y materiales, y debido a esto, el equilibrio del ecosistema es muy frágil.

La televisión nos muestra dramáticas escenas de tortugas muertas y pelícanos cubiertos de petróleo. Sin embargo, la mayor parte del ecosistema del golfo no se ve porque habita en las profundidades del mar. En la zona del derrame viven 1 728 especies marinas. Aún no se ha podido cuantificar el daño. Un equipo de biólogos y ecologistas dirigidos por Larry Mac- Kinney, de la Universidad Texas A&M se ha desplazado a la zona del desastre para realizar un cálculo de los daños. Por lo pronto sólo se tiene como referencia los ocasionados por los derrames del buque petrolero Exxon-Valdez en 1989 y el pozo Ixtoc I en aguas mexicanas en 1979.

Se sabe que el petróleo disminuirá las tasas de reproducción y aumentará las de enfermedades y mortalidad en todos los organismos marinos; sin embargo, cinco especies de animales grandes preocupan en especial por su importancia en el equilibrio del ecosistema: el atún de aleta azul, que es la especie de mayor importancia comercial, la tortuga golfina, los cachalotes, el tiburón ballena y el tarpón.

El petróleo obstruye las branquias de los peces y les dificulta o impide la respiración; en las tortugas, el contacto, la inhalación y la ingestión de los hidrocarburos produce quemaduras en los sistemas digestivo, respiratorio y reproductor. El petróleo deforma a las crías de todos ellos y el plancton, del cual se alimentan, se vuelve tóxico y las mata. El pronóstico es muy grave.
Mientras tanto en la costa…

Los habitantes de los estados de Luisiana, Misisipi, Alabama y Florida vieron con angustia llegar la nata de petróleo a sus playas a mediados de mayo. Lo más vulnerable en este caso son los humedales, pantanos y manglares de la costa. Una vez que el petróleo llega ahí, el daño es irreversible para la gran biodiversidad que albergan. Para evitarlo había que impedir que el petróleo llegara a la superficie del mar, pues una vez ahí, el oleaje produce una emulsión, que es una mezcla homogénea de agua y petróleo muy difícil de limpiar.

Por primera vez en este tipo de desastres, se aplicó una tecnología conocida comodispersión con tensoactivos a profundidad. Unos robots submarinos descienden hasta la fuente de petróleo con el fin de inyectar un compuesto formado por una molécula con las siguientes características: por uno de sus extremos tiene afinidad con el agua y por el otro con el petróleo. De esta manera, forma microgotas de agua-tensoactivo- petróleo que se dispersan y tienden a irse al fondo, donde los microorganismos las consumen.

Según estudios previos, el dispersante no daña ni a los peces ni a los crustáceos comestibles. Sin embargo, las investigaciones recientes han encontrado que el exceso de dispersante que se aplicó afecta a los corales, impidiendo que las larvas flotantes de estos animales se adhieran a la colonia para formar los arrecifes. Aunque esto parece ser un daño menor, hay que recordar que las colonias de coral constan de millones de pólipos de unos milímetros de diámetro que fijan en sus tejidos el calcio disuelto en el mar y forman la estructura rígida del arrecife, que es el hogar de más de 500 especies diferentes que ahí encuentran alimento y protección contra los depredadores. El dispersante desvistió a un santo para vestir a otro.

El petróleo derramado
El 4 de agosto los científicos de la Oficina de la Atmósfera y el Océano de Estados Unidos (NOAA, por sus siglas en inglés), después de realizar análisis exhaustivos en toda la región afectada, emitieron un comunicado sobre el balance del petróleo alrededor de la zona de perforación Macondo. Calculan que un 17% del petróleo derramado fue recuperado; se quemó el 5%; sólo un 3% fue retirado por las espumaderas y el 25% se evaporó o se disolvió. El 16% se dispersó por fenómenos naturales como vientos y mareas y el 8% mediante dispersión química. Queda aún un 26% de petróleo residual que se espera sea biodegradado por bacterias. Sin embargo, a finales del mes de junio, Richard Camilli y Christopher Reddy, científicos del Instituto Oceanográfico de Woods Hole, realizaron una expedición a la zona para evaluar los daños y se muestran menos optimistas. En una exploración con robots submarinos, encontraron una estela de petróleo de 35 kilómetros de longitud y un espesor de 200 metros a una profundidad de 1 100 metros.

El análisis de las muestras tomadas de esta enorme franja de petróleo mostró que son hidrocarburos que no han sido contabilizados por la NOAA. La proporción de oxígeno disuelto en estas muestras no está por debajo de lo normal. Esto indica que hasta esa fecha no ha habido biodegradación, pues las bacterias que degradan el petróleo consumen gran cantidad de oxígeno. Según los científicos, este proceso puede tardar aún muchos meses. Las bacterias que degradan el petróleo metabolizan los hidrocarburos de cadena lineal de hasta 30 átomos de carbono con mayor facilidad que los compuestos aromáticos y los de cadenas ramificadas. Las bacterias más eficientes son de los géneros Bacillus y Marinococcus. Sin embargo, la biodegradación en zonas profundas es un arma de dos filos porque, si bien elimina los hidrocarburos que son tóxicos para el ecosistema, consumen tal cantidad de oxígeno que pueden dejar una zona muerta por la falta de este gas.

Epílogo
Después de la pesadilla del derrame en Macondo, pensaríamos que la exploración en aguas profundas se suspendería hasta que se dominara la tecnología para evitar accidentes como éste, pero no es así. Al agotarse las reservas en los yacimientos en tierra y los de aguas someras (menos de 400 metros de profundidad), el único recurso —y además económicamente muy productivo para las economías de los países que se pueden dar el lujo de hacer la exploración— está en aguas profundas, no obstante los riesgos. Según el Servicio para la Administración de Minerales de Estados Unidos, en el Golfo de México actualmente hay 31 perforaciones activas, mientras que en 1992 sólo había tres.

Las alternativas de energía limpia son muchas, pero aún están muy lejos de abastecer al mundo. Mientras más avanzado es el desarrollo de un país, mayor es su consumo de energía: hay más industrias, así como más gente con automóviles y aparatos que requieren energía.

En la actualidad nuestro planeta enfrenta dos problemas enormes que requieren solución urgente: la necesidad de fuentes de energía y el calentamiento global. El interés de las compañías petroleras del mundo es extraer enormes cantidades de petróleo. La combustión de éste producirá una cantidad de dióxido de carbono que desencadenará un calentamiento irreversible del planeta. Sólo gestiones políticas de gran envergadura y una conciencia mundial sobre el consumo exagerado de energía podrían desviar los recursos destinados a extraer petróleo hacia la investigación y desarrollo de fuentes de energía limpias y renovables.

29 de septiembre, 2010
Un comité nombrado por la Academia Nacional de Ingenieros de Estados Unidos realizó un estudio de los procedimientos y acciones realizados antes y durante el derrame para conocer sus causas. Los resultados revelan que hubo error humano: los datos de pruebas de presión en la perforación fueron erróneamente interpretados por el personal de la plataforma. En tres ocasiones, los datos de los instrumentos que vigilan el pozo en tiempo real indicaron que la presión había aumentado cuando tendría que haber disminuido. El reporte revela que no se tomaron en cuenta factores como la fatiga de los trabajadores por jornadas excesivas de trabajo. Hace también mención de una cultura de seguridad deficiente. Lo demás ya es historia.

La visión en los animales (I): Halcones

¿Es cierto que las águilas y los halcones tienen tan buena visión, o es sólo una leyenda urbana?. Pues es totalmente cierto, su agudeza visual es superior a la del ser humano (entre dos y cuatro veces más, según la especie); de hecho son los animales con la mejor calidad de imagen de todos. Eso quiere decir que presentan una gran resolución de la parte central de la imagen. Y que cuando sobrevuelan una presa, la ven con mucha más nitidez que si nosotros estuviéramos mirando a esa distancia. ¿Cómo lo consiguen?

La “superretina”
La retina es el fino tejido de la parte posterior del ojo que recoge la imagen. Hay unos receptores de luz que convierten la imagen proyectada en estímulos nerviosos. Cuanto más juntos están estos receptores, más pequeños son los “pixeles” de la imagen. Por tanto, cuantos más receptores hay en ese área determinada, mejor. Y así, de esa densidad de receptores se deriva (en condiciones ópticas óptimas) la resolución de imagen.

Pongamos unos números: en el ojo humano, la parte central de la retina (fóvea) tiene unos 150 mil o 200 mil receptores de luz. La fóvea de una rapaz, con un tamaño parecido, hay millón y medio de células receptoras. Un incremento muy importante. Tanta densidad de receptores trae unas importantes “necesidades logísticas”. Son células muy “caras” desde el punto de vista energético, necesitan mucho aporte sanguíneo y la anatomía del ojo humano no podría soportar tanta densidad de receptores.

A este efecto, estas aves poseen un tejido llamado pecten, una estructura vascular en forma de peine que se ancla en la retina y la pared del ojo y se proyecta hacia el interior. Además de función “alimenticia”, tiene otras funciones que favorecen la gran resolución de imagen de estos animales.

Ya que es más fácil ver el pecten (que no hace falta microscopio) que averiguar la densidad de conos, podemos afirmar que las aves con el pecten más desarrollado tienen mejor visión.

Un aparato óptico excepcional
Para que la imagen se proyecte en la retina, las lentes del ojo tienen que conseguir una imagen lo más nítida posible. Por muy buena que sea la retina, si la imagen llega borrosa, poco podremos hacer. Estas rapaces tienen un sistema excepcional de enfoque. Y no sólo por la precisión de las lentes: hay una característica especial de la que la mayoría de los demás animales carecemos. Para el enfoque de la retina periférica, el sistema funciona igual: la córnea y el cristalino son las lentes encargadas de hacer converger la imagen en la retina. Pero justo en la parte central (en la fóvea), las rapaces poseen una “lente nueva”. En su caso, la separación entre el vítreo (el gel transparente que rellena el ojo) y la retina tiene cierto poder de refracción. Al resto de animales no nos pasa: la interfase entre vítreo y retina no tienen importancia en la refracción, y la luz lo atraviesa sin modificación. Pero en estas aves, esta separación sí que induce una refracción, actuando como lente negativa y magnificando la imagen. Es decir, es como si tuvieran, justo delante de la fóvea, un “zoom”, un sistema que magnifica la imagen (que sería 1,45 veces el tamaño real).

…. y más cosas
La visión de estos animales es apasionante. De los sistemas que le dan mejor resolución de imagen, sólo he puesto los dos más importantes, pero hay más:
- La pupila juega un importante papel. Su pupila es más grande y entra más luz. Lo que en otros animales es una desventaja (porque entra luz por la córnea periférica, peor enfocada) en las rapaces significa mejor contraste.
- Además de la fóvea central, con la que tienen mejor resolución de imagen, estos ojos tienen una segunda fóvea, para la visión periférica. Algo totalmente inimaginable en el sistema visual humano: dos fóveas en cada ojo.

Exoplanetas (2)

El satélite Kepler
Si bien la técnica más utilizada para detectar exoplanetas era buscar el leve bamboleo inducido en su estrella, otros métodos se fueron desarrollando con el tiempo. En 1999, se confirmó la existencia de un exoplaneta girando alrededor de la estrella HD 209458. El exoplaneta ya se había detectado con el método del bamboleo (conocido como método de velocidad radial). La confirmación por otro método fue posible porque, por un golpe de suerte, su órbita está orientada de tal manera que desde la Tierra lo vemos pasar (o transitar) frente a su estrella. Cada vez que lo hace, obstruye levemente la luz de la estrella y la disminución de la luminosidad se puede medir. El método que consiste en medir pequeñas disminuciones de la luz de la estrella se llama método del tránsito.

Los cálculos indicaban que el método del tránsito era mejor para detectar planetas similares a la Tierra y que lo óptimo sería realizar las observaciones desde un observatorio espacial. En 2006, la Agencia Espacial Francesa puso en órbita el satélite COROT, el cual detectó un exoplaneta que era el más parecido a la Tierra hasta entonces. Se llama COROT-7b y se le determinó un diámetro 1.7 veces mayor que el de la Tierra y una masa unas ocho veces más grande. Desafortunadamente, el planeta está muy cerca de su estrella (a solo 0.02 UA) y tiene una temperatura de aproximadamente 2 300 ºC, demasiado alta para la vida.

Pero el satélite que fue determinante en la búsqueda de exoplanetas de tipo terrestre fue elKepler, bautizado así en honor de Johannes Kepler, astrónomo que encontró las tres leyes del movimiento planetario en el siglo XVII. El satélite fue puesto en órbita por la NASA en 2009, y no tardó en comenzar a reportar exoplanetas descubiertos por el método del tránsito. Contaba con una cámara digital de 95 millones de pixeles que le permitía medir simultáneamente el brillo de alrededor de 145 000 estrellas de una amplia región del cielo que incluye partes de las constelaciones del Cisne, la Lira y el Dragón.

¿Por qué observar tantas estrellas? Es muy poco probable que, por casualidad, la órbita de un exoplaneta esté orientada de modo que pase entre nosotros y la estrella. Como las órbitas están orientadas al azar, la mayoría de las estrellas no presentarán tránsitos. Por cada exoplaneta detectado por el método del tránsito debe de haber cientos más cuya órbita no está alineada adecuadamente. El satélite Kepler no tardó en empezar a reportar nuevos exoplanetas, la mayoría como Júpiter, pero entre ellos algunos de dimensiones similares a la Tierra.

Exoplanetas terrestres
Por desgracia, el Kepler dejó de funcionar en 2013. No fue posible repararlo porque, a diferencia de la mayoría de los satélites que están en órbita alrededor de la Tierra, el Keplerestá en su propia órbita alrededor del Sol y muy lejos de la Tierra, pero para entonces la misión ya había transformado nuestra visión de los exoplanetas. Del análisis de sus datos han salido más de 1 000 exoplanetas. Y éstos son sólo los que presentan tránsitos vistos desde nuestra perspectiva. Estadísticamente se puede inferir que la mayoría de las estrellas tienen exoplanetas.

Además, se estima que una de cada cinco estrellas tiene un exoplaneta de tipo terrestre situado en la zona habitable. Si bien la inmensa mayoría no han sido detectados directamente —y los argumentos a favor de su existencia son estadísticos—, el Universo se ve más hospitalario a la vida que nunca. Además de los métodos de velocidad radial y de tránsito, se utiliza tambien la técnica de imagen directa, que consiste en obstruir la luz de la estrella y buscar el tenue brillo reflejado de los posibles exoplanetas. Con este método se han detectado unos 25 exoplanetas.

Otra manera de buscarlos es el método de microlentes gravitacionales. La gravedad desvía la luz como las lentes. Si una estrella cercana con exoplaneta pasa enfrente de una estrella lejana, la luz de ésta última se amplifica y es posible distinguir la contribución del exoplaneta. Como con la técnica anterior, se han descubierto así una veintena de casos.

Océano lunar

El campo de la búsqueda de vida extraterrestre está en continua evolución, aunque hay quien dice que es una ciencia sin materia de estudio. El concepto de zona habitable, originalmente aplicado a los planetas situados a cierta distancia de sus estrellas, se ha extendido a las lunas que giran alrededor de algunos planetas. Un caso especial es Europa, satélite de Júpiter. Europa no está en lo que se consideraría la zona de habitabilidad del planeta, pero pensamos que bajo su superficie de hielo podría haber un océano de agua líquida. La fuente de calor que mantiene fundido el hielo serían las fuerzas de marea producidas por Júpiter, que comprimen y expanden el satélite conforme éste recorre su órbita (la gravedad decrece con la distancia, y por lo tanto actúa más intensamente sobre la parte del satélite que está más cerca del planeta que sobre la que está más lejos; esta diferencia se manifiesta como fuerza de marea).

¿Qué sigue?
Los exoplanetas de tipo terrestre que además están en la zona de habitabilidad de su estrella y cuentan con una atmósfera aunque sea tenue son los mejores candidatos a ser habitables, o incluso a estar ya habitados. Visitarlos queda descartado: aún no está disponible la tecnología para atravesar las enormes distancias que hay entre las estrellas, pero desde un telescopio en la Tierra o un satélite en órbita podemos estudiar la radiación electromagnética que refleja o emite el exoplaneta. La vida afectaría la composición quimica de la atmósfera del exoplaneta, lo que podríamos detectar desde aquí. Entre los gases que se consideran como indicadores de vida está el oxígeno molecular, el óxido nitroso y el metano. Sin embargo, se reconoce que la presencia de uno solo de estos gases, aun el oxígeno molecular, no basta para concluir que el planeta alberga vida. Habrá que estudiar los otros gases presentes, así como las características de la superficie planetaria. Recientemente, el Congreso de Estados Unidos aprobó un presupuesto de 18 500 millones de dólares para la búsqueda de vida en nuestro Sistema Solar (hasta ahora sólo se ha encontrado en la Tierra) y para enviar una misión no tripulada a estudiar el satélite Europa. Se espera que el Telescopio Espacial James Webb, que se pondrá en órbita en 2018 a un costo aproximado de 10 000 millones de dólares, determine la composición química de muchos exoplanetas, lo cual será el siguiente paso para determinar su habitabilidad. Quizá en el transcurso de nuestras vidas se pueda establecer que hay otros ejemplos de vida en el Universo.

Proyecto Brain (2)

Quién participará: Dirigido por los Institutos Nacionales de la Salud (NIH) y la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada para la Defensa (DARPA), dependiente del Pentágono, también participarán el Allen Institute, creado por el millonario cofundador de Microsoft Paul Allen, que destinará 60 millones de dólares anuales; el Howard Hughes Medical Institute, la mayor institución privada de investigación médica (60 millones); el Salk Institute (28 millones) y la fundación Kavli (4 millones). 

El Dr. Francis Collins, director de los Institutos Nacionales de Salud, también hizo hincapié en la colaboración: "su objetivo es reunir a la ingeniería nanociencia y neurología para dar sentido a cómo funciona el cerebro y cómo esos circuitos en el cerebro nos permite hacer todas esas cosas complicadas, que en la actualidad nosotros no entendemos". 

A largo plazo: Según dijeron a The New York Times científicos involucrados en el proyecto, la investigación requerirá de fondos federales de 300 millones de dólares anuales, es decir, 3,000 millones de dólares en una década. 

Otras iniciativas: Esta iniciativa de Obama no es la única sobre el cerebro anunciada este año. En enero se lanzó un proyecto europeo con un presupuesto de 1,000 millones de euros (1,283 millones de dólares) para una investigación dirigida por un grupo suizo destinada a producir un modelo del cerebro basado en una simulación hecha por una supercomputadora, utilizando todas las investigaciones realizadas hasta ahora sobre las funciones cerebrales.

Por qué es necesaria: Con cerca de 100 mil millones de neuronas, el cerebro humano sigue siendo uno de los más grandes misterios de la ciencia y uno de los mayores retos de la medicina. Trastornos neurológicos y psiquiátricos, como la enfermedad de Alzheimer, enfermedad de Parkinson, el autismo, la epilepsia, la esquizofrenia, la depresión, y la lesión cerebral traumática, exigen un gasto económico, social y emocional enorme en los individuos, las familias y la sociedad.

A pesar de los muchos avances en neurociencia en los últimos años, las causas subyacentes de la mayoría de enfermedades neurológicas y psiquiátricas siguen siendo en gran parte desconocida, debido a la gran complejidad del cerebro humano. Si alguna vez vamos a desarrollar medios efectivos para ayudar a las personas que sufren de estas enfermedades devastadoras, los investigadores primero tendrá un arsenal más completo de herramientas y la información para la comprensión de cómo funciona el cerebro, tanto en la salud y la enfermedad. 

Coyuntura: En el Día Mundial de Concienciación sobre el Autismo, Obama aprovechó para lanzar su mensaje a la ciudadanía, pero sobre todo al Congreso que debe aprobar el presupuesto y tendrá la presión de organizaciones civiles: "Las inversiones en la investigación del cerebro como este proyecto son esenciales para entender y desarrollar mejores tratamientos para el autismo", afirmó en un comunicado la presidente de la agrupación Autism Speaks, Liz Feld. 

Dos informes divulgados el mes pasado mostraron que las muertes y el riesgo de morir por Alzheimer han aumentado significativamente en Estados Unidos durante la última década. Los investigadores dijeron en febrero que la cantidad de personas que viven en Estados Unidos mayores de 65 años que padecen el mal se triplicará a 13.8 millones al 2050, lo que llamó la atención sobre la necesidad de más estudios, publicó la agencia Reuters.

Crónica de un desastre anunciado (1)

El derrame petrolero más grave de los últimos tiempos provocó daños que aún no se han podido cuantificar.

El 17 de abril de 2010 la plataforma petrolera bautizada con el sugestivo nombre de Horizonte de Aguas Profundas (Deepwater Horizon) se encontraba en la fase final de su tarea, a 80 kilómetros de la costa sureste de Luisiana, Estados Unidos. Se trataba de una plataforma flotante operada por la compañia British Petroleum que había iniciado sus operaciones en febrero de 2010. Estaba equipada para perforar pozos de 9 100 metros a partir de profundidades de hasta 2 400 metros. Una vez terminada la perforación, la plataforma sería retirada para que ocupara su lugar una torre de extracción de petróleo.

A medida que se perfora un pozo, el lodo desalojado se extrae por el tiro de la perforación, el cual se forra con tubos de acero y cemento. Los ingenieros de las empresas responsables discutían la manera de sellar el extremo superior del pozo, pues se esperaba que el petróleo saliera con mucha presión. En la discusión hubo discrepancia en puntos clave.

El 20 de abril a las 9:45 p.m., sin ningún aviso de alarma, los trabajadores de la plataforma sintieron un violento estremecimiento seguido de una explosión y un incendio. De 126 personas que se encontraban ahí, 11 desaparecieron y 17 sufrieron quemaduras y traumatismos graves y fueron trasladadas a hospitales en la costa mientras por el tubo de la plataforma se derramaban miles de barriles de petróleo.

¿Qué fue lo que falló?
Cada una de las empresas participantes tiene su hipótesis, pero no se sabe nada a ciencia cierta. Lo que sí es un hecho es que un dispositivo imprescindible y obligatorio de prevención de explosiones no funcionó. Éste tiene una serie de válvulas que modulan la presión de los fluidos que emanan del pozo cuando éstos son expulsados en forma violenta para impedir una explosión. Treinta y seis horas después, la plataforma se hundía en el Golfo de México.

Cadena de calamidades
Extraer el petróleo de los primeros pozos que se perforaron en suelo continental en la segunda mitad del siglo XIX y principios del XX requería tecnología muy simple, pues, aunque el petróleo se encontraba a unos 500 metros de profundidad, era tal su abundancia, que casi fluía solo. Con el paso del tiempo, a medida que aumentó el volumen extraído, el petróleo dejó de brotar espontáneamente. Surge así la necesidad de perforar el lecho marino, primero a profundidades de hasta 400 metros (distancia entre la superficie y el lecho marino).

Se construyeron plataformas y se perfeccionó la tecnología para extraer a mayores profundidades.

Sin embargo, este petróleo fácil está por agotarse. Las fuentes alternativas de energía renovable, si bien van por buen camino, aún tienen un costo más elevado que el del petróleo y por ahora no pueden saciar nuestras necesidades energéticas. Esto —aunado a las ambiciones financieras igualmente insaciables de las empresas y los países que tienen yacimientos— ha propiciado una carrera para exprimir la corteza terrestre y sacarle todo lo que pueda dar. Para eso las compañías petroleras se han lanzado a perforar en aguas profundas; es decir, en lechos marinos que se encuentran a más de 500 metros de profundidad, donde hoy se sabe que hay cantidades exorbitantes de petróleo. Extraerlo, además de requerir tecnología muy costosa, conlleva graves riesgos que no eran desconocidos por las empresas que estaban trabajando en la zona de perforación llamada Macondo, donde ocurrió el accidente de la plataforma Horizonte de Aguas Profundas.

La perforación empezó a una profundidad de 1 524 metros. A profundidades menores a 400 metros las operaciones pueden ser vigiladas por buzos con equipo especial. Sin embargo, en aguas profundas, con presiones de 354 kilogramos sobre cada centímetro cuadrado, el trabajo de supervisión lo realizan robots y la realidad de lo que ocurre abajo llega a ser bastante incierta.

Debido a las diferencias de temperatura entre la superficie y el lecho marino el bombeo del fluido de perforación es complicado, además de que las bajas temperaturas alteran las propiedades del cemento que se emplea para fijar las tuberías de revestimiento del pozo. El agua helada de la profundidad puede provocar que el metano, que a temperatura ambiente es un gas, se congele, y esto bloquea el flujo. Las fuertes corrientes marinas sacuden las estructuras, hacen vibrar las tuberías y fatigan los componentes del equipo de perforación.

Todo lo malo que podía pasar, pasó en el pozo de Macondo y durante 85 días se derramaron diariamente unos 50 000 barriles de petróleo.
Intentos de resarcir el daño

La experiencia muestra que la mejor solución para este tipo de problemas son los pozos de alivio. Éstos son perforaciones que hacen intersección con el pozo principal para desfogar presión de fluidos cuando hay alguna contingencia. Otras veces los pozos de alivio sirven para introducir cemento o sustancias que puedan disminuir el daño. El 2 de mayo se empezaron a perforar dos de estos pozos, pero esta operación toma entre dos y tres meses. Las petroleras noruegas son las únicas que exigen perforar los pozos de alivio al mismo tiempo que el principal.

Se introdujeron en el área barreras flotantes para impedir que el petróleo llegara a las costas; se emplearon buques que llevan mecanismos llamados skimmers ("espumaderas") que recogen el petróleo de la superfice del mar para evitar el daño al ecosistema y recuperar lo derramado.

En el mes de mayo se diseñó primero un domo y luego un embudo, obras de ingeniería monumentales con las que se intentaba tapar el pozo, pero fue en vano: la presión del petróleo al surgir era mayor que el peso que se le aplicaba. Se intentó tapar el embudo con lodo y toneladas de llantas y pelotas de golf despedazadas, pero fue contraproducente porque esto acabó de estropear el dispositivo de prevención de explosiones. A fines de julio el primer pozo de alivio interceptó al pozo principal. Al mismo tiempo, los ingenieros colocaron una pesadísima carga de lodo sobre un domo de 70 toneladas que fue sellado con cemento. Después de 85 días de derrarmarse entre 40 000 y 70 000 barriles de petróleo diariamente, el flujo cesó.

Así se procesa el miedo en el cerebro

Un novedoso estudio muestra la reacción emocional que el miedo provoca en las personas, ya sea positiva o negativa. Se trata de la primera vez que un trabajo de investigación identifica un marcador electrofisiológico del miedo en el cerebro, esto es, la manera en la que nuestro cerebro procesa esta emoción.

El experimento, llevado a cabo por científicos del Centro de Salud Mental de la Universidad de Texas en Dallas (EEUU), contó con la participación de 26 adultos (19 mujeres y 7 hombres) con edades comprendidas entre los 19 y los 30 años. A todos ellos les mostraron 224 imágenes al azar, entre las que se encontraban imágenes reales (divididas en imágenes de peligro y situaciones agradables) e imágenes irreales sin ningún elemento distinguible.

Utilizando la electroencefalografía en el transcurso del experimento, se pidió a los participantes que apretaran un botón con el dedo índice derecho cuando vieran una foto real y que presionaran otro botón con el dedo medio derecho cuando vieran fotos irreales.

“Sabemos que los grupos de neuronas se disparan dentro y fuera para crear una frecuencia y el patrón que diga a otras áreas del cerebro qué hacer. Mediante la identificación de estos ritmos, podemos correlacionarlos con una unidad cognitiva como el miedo”, afirma John Hart, Jr., coautor del estudio.

Los resultados del electroencefalograma revelaron que las imágenes amenazantes provocaban un aumento precoz de actividad de ondas theta del lóbulo occipital (el área del cerebro donde se procesa la información visual), seguido de un aumento posterior de actividad theta en el lóbulo frontal (donde se producen las funciones mentales superiores tales como la toma de decisiones y la planificación). De la misma forma, también se identificó un aumento en las ondas beta relacionadas con el comportamiento motor.

“Hemos sabido durante mucho tiempo que el cerebro da prioridad a la información amenazante sobre otros procesos cognitivos. Estos resultados nos muestran cómo sucede esto. La actividad de las ondas theta se inicia en la parte posterior del cerebro, en el centro del control emocional, en este caso el miedo - la amígdala, - y luego interactúa con el centro de memoria del cerebro - el hipocampo - antes de viajar al lóbulo frontal, donde se encuentran las áreas de procesamiento de pensamientos. Al mismo tiempo, la actividad de ondas beta indica que la corteza motora calienta motores en el caso de que las piernas, por ejemplo, necesiten moverse para evitar la amenaza percibida”, resume Bambi DeLaRosa, líder del estudio publicado en la revista Brain and Cognition.

Exoplanetas (1)

Los avances en materia de exploración de exoplanetas en el mundo de la radio astronomía son mas que espectaculares en nuestros tiempos... los últimos hallazgos no rivalidan la posibilidad de hallar planetas semejantes al nuestro... una maravilla de la humanidad que esta abriendo nuevas historias para el futuro...

Para cuando leas este artículo, el número de planetas descubiertos fuera de nuestro Sistema Solar podría haber rebasado los 2 000 (el 15 de junio era de 1 932). Nos referimos a estos planetas externos a nuestro Sistema como exoplanetas. Hace poco más de 20 años no sabíamos con certeza de la existencia de ningún exoplaneta. Pero la ciencia es muy poderosa: una vez que se encuentra la manera correcta de hacer las cosas (en este caso, cómo descubrir exoplanetas), muchos grupos comienzan a utilizar el método y los descubrimientos crecen de manera, podríamos decir, industrial.

¿Por qué a los astrónomos nos interesan los exoplanetas? Desde un punto de vista estrictamente astronómico, son cuerpos insignificantes que pesan típicamente entre una milésima y una millonésima de lo que pesa una estrella como el Sol. Más aún, no producen energía propia de manera importante y son sumamente difíciles de distinguir entre la radiación deslumbrante de sus estrellas. Por mucho tiempo los astrónomos nos conformamos con estudiar las estrellas, que son los cuerpos que producen energía e iluminan el Universo. Las estrellas son mucho más fáciles de estudiar que los oscuros y diminutos planetas, pero sospechábamos que, como nuestro Sol, las otras estrellas iban acompañadas de planetas, o mejor dicho, exoplanetas.

La vida necesita un planeta
Sabemos que la vida, al menos como la entendemos, se tiene que dar en un planeta. Esta condición viene de que para la vida es esencial que haya agua líquida. Sin ésta, los organismos no podrían metabolizar los alimentos ni eliminar las toxinas. Ahora bien, el espacio que hay entre las estrellas es demasiado frío y el agua sólo existiría en forma de hielo; mientras que en la superficie de una estrella la temperatura es demasiado elevada y el agua sólo existiría en forma de vapor. Así, para obtener las temperaturas intermedias que requiere el agua líquida es necesario un planeta que gire alrededor de una estrella y que, por lo tanto, no esté tan frío como el espacio, ni tan caliente como una estrella. De hecho, hay una zona alrededor de la estrella que se conoce como la zona de habitabilidad: la región donde puede haber agua líquida en los planetas. En nuestro Sistema Solar la zona de habitabilidad va de la órbita de Venus a la de Marte, con la Tierra convenientemente ubicada en medio. Estudiar exoplanetas es importante porque podrían albergar vida.

La búsqueda de exoplanetas tiene una larga historia pero hasta hace poco los telescopios e instrumentos utilizados no tenían la sensibilidad necesaria para detectarlos. De hecho, los primeros exoplanetas conocidos se detectaron indirectamente: no se observó el planeta, sino su débil influencia gravitacional sobre su estrella. La gravedad de una estrella es mucho más grande que la de los planetas, pero éstos, en su movimiento alrededor de la estrella, le imprimen un leve bamboleo. Técnicamente hablando, el exoplaneta y la estrella orbitan alrededor de un punto situado entre ambos, el centro de masa, que está mucho más cerca de la estrella que de los posibles planetas, por eso el bamboleo de la estrella es pequeño. Este movimiento puede medirse estudiando la luz que emite la estrella. Lo que buscamos en la radiación es el llamado efecto Doppler: cuando la estrella se aleja, la longitud de las ondas electromagnéticas que emite se hace más larga, mientras que cuando la estrella se acerca la longitud de onda se hace más corta (como ocurre con el ruido de un vehículo que nos rebasa: cuando se acerca se oye más agudo y cuando se aleja más grave).

Los primeros exoplanetas
Como ocurre frecuentemente en las ciencias los primeros descubrimientos ocurrieron de manera fortuita cuando se estudiaba otra cosa. En 1992, mientras observaban en ondas de radio el pulsar llamado PSR1257 +12, Aleksander Wolszczcan, del Observatorio de Arecibo, Puerto Rico, y Dale Frail, del Observatorio Nacional de Radioastronomía, en Socorro, Nuevo México, encontraron que el pulsar se bamboleaba periódicamente, lo que sólo se podía explicar si lo orbitaban dos planetas con masas de unas cuatro veces la de la Tierra. Desde entonces se ha encontrado un solo ejemplo más de pulsar con exoplanetas. Los pulsares son lo que queda de la explosión de estrellas 10 o más veces más masivas que el Sol. Esta explosión, conocida como supernova, es tan violenta que los planetas que giran alrededor de la estrella deberían evaporarse. No se sabe bien por qué existen estos exoplanetas (hay varias teorías en competencia). En vista de la escasez de casos y de que la radiación del pulsar debe dejar estos exoplanetas más estériles que un bisturí antes de la operación, no se ha hecho mayor esfuerzo para encontrar más ejemplos.

La primera detección de exoplanetas girando alrededor de una estrella normal ocurrió en 1995, cuando los astrónomos suizos Didier Queloz y Michel Mayor detectaron un exoplaneta en órbita alrededor de la estrella 51 Pegasi, una estrella bastante parecida al Sol y situada a 50 años-luz de la Tierra. Queloz y Mayor en realidad estaban buscando una pequeña estrella en órbita alrededor de 51 Pegasi, pero su método era tan sensible, que les permitió detectar un cuerpo mucho más pequeño. Como en el caso de los pulsares, la detección se hizo de manera indirecta, a partir del bamboleo de la estrella.

Por supuesto, en aquella época todos los astrónomos pensábamos que los sistemas de exoplanetas serían parecidos a nuestro Sistema Solar, con planetas pequeños y rocosos (como la Tierra) cerca de la estrella y planetas grandes y gaseosos (como Júpiter) lejos de la estrella. Pero desde el primer descubrimiento se hizo evidente que esta suposición no era válida. El planeta de 51 Pegasi tenía una masa como de la mitad de la de Júpiter (así pues, era grande), pero completaba una órbita alrededor de su estrella en 4.2 días mientras que Júpiter la completa en 11.9 años. Esto implica que el exoplaneta está sumamente cerca de su estrella, a sólo una centésima de la distancia entre la Tierra y el Sol (los astrónomos llamamos unidad astronómica, UA, a la distancia entre la Tierra y el Sol). En contraste con el exoplaneta de 51 Pegasi, Júpiter está a cinco UA del Sol, o sea, unas 500 veces más lejos de su estrella.

A partir del descubrimiento de Queloz y Mayor, rápidamente se empezaron a descubrir más y más exoplanetas. La mayoría de los primeros exoplanetas tienen una masa parecida a la de Júpiter, pero orbitan muy cerca de sus estrellas, y por lo tanto están muy calientes. Se les conoce como “Júpiteres calientes”.

Estos resultados fueron algo decepcionantes para los astrónomos interesados en la posibilidad de vida extraterrestre. Aquellos exoplanetas no tenían superficie sólida, sino que, como Júpiter, eran bolas gigantescas de gas que además estaban muy calientes. Sin embargo, fue fácil entender que se trataba de lo que en la ciencia se conoce como un sesgo observacional. La técnica que estábamos empleando hasta ese momento favorecía la detección de planetas que fueran 1) grandes —para que su gravedad afectara lo más posible a su estrella—, y 2) cercanos a su estrella —porque la gravedad disminuye con la distancia—. Júpiter pesa unas 300 veces lo que pesa la Tierra, y era de esperarse que se detectaran primero exoplanetas similares a él, pero cercanos a su estrella. Supongamos que arrojamos al mar una red con huecos de 20 cm. Al final de la pesca descubrimos que sólo sacamos peces de más de 20 cm, lo que no quiere decir que no haya peces más pequeños, sino que para sacarlos necesitamos una red más fina. Para encontrar exoplanetas más pequeños y más alejados de su estrella —más parecidos a la Tierra— hacía falta desarrollar otro método de detección.