Acaba septiembre, y con él la undécima edición del Carnaval de la Física. En esta edición han participado 15 bitácoras, dos de ellas por partida doble, así que son 17 colaboraciones sobre física teórica, astrofísica, historia de la física, biofísica e incluso poesía. Agradezco especialmente el homenaje que dos de los participantes han hecho a este blog con sus artículos sobre los neutrinos.
Manu Arregi Biziola escribe en El navegante sobre Dios y la ciencia, en castellano y en euskera.
En 1903, el biólogo alemán Carl Chun, en un viaje de exploración de los fondos marinos a bordo del Valdavia, pescó a una profundidad de 1.400 metros en el golfo de Guinea un extraño cefalópodo gelatinoso, de color rojizo, pico blanco y grandes ojos rojos (aunque en su medio natural, su color es azulado), con dos pequeñas aletas, y con los tentáculos unidos por una membrana de color púrpura negruzco en su interior, al que por su aspecto bautizó con el nombre de Vampyroteuthis infernalis, "el calamar-vampiro infernal".
Vampyroteuthis infernalis es tan diferente de los demás cefalópodos que se clasifica en su propio orden, el de los vampiromorfos, del que es el único representante viviente. Las hembras, que son más grandes que los machos, pueden alcanzar unos cuarenta centímetros de longitud, de los que más de veinticinco corresponden a los ocho tentáculos, que están equipados con ventosas en su mitad distal y con dos filas de cortos filamentos carnosos llamados cirros. Además, Vampyroteuthis tiene dos filamentos retráctiles sensoriales situados entre el primer par de tentáculos, que pueden alcanzar hasta un metro de longitud, y que, desplegados alternativamente, le sirven para detectar movimientos en el agua; cuando no los usa, se recogen en unos sacos situados en la membrana entre los tentáculos. Los ojos de Vampyroteuthis infernalis, en proporción con su tamaño, son los más grandes del reino animal; llegan a medir hasta dos centímetros y medio de diámetro. En la base de las aletas dispone de dos grandes órganos luminiscentes circulares de intensidad variable que puede abrir y cerrar a voluntad; también tiene órganos luminosos más pequeños en el cuerpo y a lo largo de los tentáculos. Gracias a ellos, es capaz de compensar la sombra que produce con la escasa luz que llega desde la superficie del océano y así, volverse prácticamente invisible. Además, puede emitir una nube de partículas mucosas luminiscentes desde la punta de los tentáculos para despistar a los depredadores; esas nubes luminosas, de color azulado, pueden durar hasta diez minutos. Sin embargo, carece de tinta, inútil en la oscuridad perpetua de las profundidades marinas, y sus cromatóforos, los órganos que permiten a los cefalópodos cambiar de color, están muy poco desarrollados. Si se siente amenazado y no puede huir, vuelve del revés la membrana de los tentáculos para esconder su cuerpo, y se convierte en una bola de aspecto espinoso.
Vampyroteuthis infernalis tiene la consistencia gelatinosa de una medusa, y habita en todos los mares tropicales y templados del mundo, entre los 600 y los 1.500 metros de profundidad, donde la temperatura varía entre 2 y 6º C; como el agua en esa zona es muy pobre en oxígeno, las branquias de Vampyroteuthis infernalis tienen una gran superficie; además, su metabolismo es bastante bajo; es el único cefalópodo capaz de sobrevivir en esas condiciones. Se alimenta de pequeños animales del plancton, como medusas, crustáceos y diatomeas; y, a su vez, forma parte de la dieta de varias especies de peces, pinnípedos y cetáceos.
A pesar de su bajo metabolismo, Vampyroteuthis es un nadador bastante rápido en cortas distancias, hasta unos pocos metros; los músculos de las aletas son los más grandes del cuerpo, y puede obtener un impulso adicional con los chorros que lanza con el sifón. Alcanza una velocidad de hasta dos cuerpos por segundo y es capaz de hacer quiebros bruscos para huir de sus depredadores. Pero normalmente se mantiene inerte, flotando horizontalmente. Cuando detecta una presa con sus filamentos sensoriales, se acerca dando un rodeo con impulsos de sus aletas y la envuelve con la membrana que une sus tentáculos.
Para reproducirse, el macho transfiere el esperma a la hembra mediante un pene que normalmente está oculto en el sifón. La hembra almacena los paquetes de esperma, llamados espermatóforos, en unos conductos situados bajo los ojos antes de fertilizar los huevos. Una vez fecundados éstos, puede mantenerlos hasta un año en los oviductos, hasta que los descarga en el agua en pequeños racimos. Se cree que la hembra muere poco después del desove, como ocurre en la mayoría de los cefalópodos.
Los huevos fertilizados tienen un diámetro de tres a cuatro milímetros. Cuando eclosionan, los recién nacidos son transparentes, y se alimentan de las reservas del huevo, que guardan en su interior. Miden unos ocho milímetros y son bastante diferentes de los adultos: la cabeza no está fusionada con el manto, ni los tentáculos unidos por una membrana; viven a mayor profundidad que los adultos, y sólo disponen del sifón para desplazarse; las aletas de las crías son pequeñas y se sitúan en el extremo del manto. Cuando éste alcanza una longitud de unos dos centímetros, esas aletas comienzan a reabsorberse, a la vez que empieza a crecer un segundo par de aletas situadas más cerca de los tentáculos, las que serán las aletas definitivas del adulto. Así, durante un tiempo, el jóven Vampyroteuthis tiene dos pares de aletas.
Para las dataciones con carbono-14 se toma como punto de referencia el año 1950; después de ese año, los ensayos nucleares duplicaron la concentración natural de carbono-14 en la atmósfera; tomar como referencia fechas posteriores complicaría enormemente la calibración de los datos. En el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) de EE.UU. se almacena un patrón de referencia en forma de ácido oxálico cuyo contenido de carbono-14 es equivalente al de un trozo de madera de 1950. Desde la interrupción de esos ensayos nucleares, la disminución de la concentración de carbono-14 en la atmósfera ha sido muy regular, lo que permite fechar con mucha precisión ciertos productos orgánicos recientes, como por ejemplo los vinos.
Además del efecto de las explosiones nucleares en la concentración de carbono-14 en la atmósfera, otros muchos efectos pueden alterar el resultado de una datación mediante el carbono-14:
La interacción de la circulación global de las aguas marinas con la absorción del carbono atmosférico por los océanos hace que el carbono contenido en las aguas superficiales sea unos cuatrocientos años "más viejo" que el de la atmósfera, con grandes variaciones regionales en las que influyen factores como la lluvia, el aporte de agua dulce por ríos... Esto complica, por ejemplo, la datación de huesos humanos en los yacimientos arqueológicos costeros cuando una parte de la alimentación de los individuos procedía del mar. De manera semejante, cada cuenca hidrográfica posee su propio ciclo del carbono, en el que la concentración de carbono-14 se puede ver afectada por la disolución de rocas y otros procesos geoquímicos y bioquímicos.
La datación de un fragmento de carbón vegetal en un yacimiento arqueológico no da la edad del yacimiento, sino la de la madera. En el caso de que ésta procediera del interior del árbol, el duramen, que está formado por células muertas, su antigüedad puede ser mucho mayor que la fecha en la que se cortó el árbol. Del mismo modo, la datación de un objeto arqueológico fabricado con una concha da la edad de la concha, no la del objeto.
Los combustibles fósiles, que han permanecido enterrados durante millones de años, han perdido todo su carbono-14. La emisión a la atmósfera de los gases de combustión del carbón y del petróleo ha reducido desde la revolución industrial la concentración de carbono-14 atmosférico. Los efectos locales pueden ser espectaculares: La datación por carbono-14 de un arbusto vivo que crezca al borde de una autopista le puede atribuir una edad de más de doce mil años. Y lo mismo puede ocurrir en las erupciones volcánicas con la emisión de gases que contengan carbono.
Desde finales de los años 70 del pasado siglo, se han descubierto en el norte de Italia los restos de tres especies de reptiles adaptados a la vida arborícola que vivieron durante el periodo Triásico, hace entre 250 y 200 millones de años, cuando la región era una zona costera salpicada de islas tropicales cubiertas de bosques. Estos reptiles, que han recibido los nombres de Drepanosaurus (“reptil-hoz”), Megalancosaurus (“reptil de largos brazos”) y Vallesaurus (“reptil de Valle”), forman un grupo de difícil clasificación, los simiosaurios o drepanosáuridos...
Los elementos químicos se distinguen unos de otros por su número atómico, el número de protones o de electrones que contienen sus átomos. Como los átomos son neutros, el número de protones, que tienen carga eléctrica positiva, es igual al número de electrones, con carga eléctrica negativa. Así, el átomo de hidrógeno está formado por un protón y un electrón, mientras que el de carbono contiene seis protones y seis electrones. Casi todos los átomos contienen además otras partículas llamadas neutrones, que carecen de carga eléctrica y son necesarias para la estabilidad del núcleo atómico. Para un mismo elemento químico, pueden existir diferentes versiones de sus átomos, con diferente número de neutrones; son los llamados isótopos.
Existen tres isótopos naturales del carbono: el carbono-12, con seis neutrones, el carbono-13, con siete, y el carbono-14, con ocho neutrones. Aunque este último es inestable, se produce de manera natural en las capas altas de la atmósfera por la interacción de los rayos cósmicos con los átomos de nitrógeno del aire. El carbono-14 así producido se esparce por la atmósfera y reacciona con el oxígeno para formar dióxido de carbono. Las plantas, en la fotosíntesis, absorben ese dióxido de carbono radiactivo; de esta manera, el carbono-14 entra en la cadena alimentaria. La proporción de carbono-14 en los seres vivos es similar a la atmosférica: hay aproximadamente un átomo de carbono-14 en cada billón de átomos de carbono. Pero cuando mueren, los seres vivos dejan de incorporar carbono-14 a sus tejidos, y los átomos existentes se van desintegrando.
De acuerdo con las leyes que gobiernan la radiactividad, el tiempo que tarda el número de átomos de un isótopo radiactivo dado en reducirse a la mitad es una constante independiente del tamaño de la muestra; es lo que se llama periodo de semidesintegración o semivida del isótopo. Para el carbono-14, la semivida es de 5.730 años. Dada una muestra con N átomos de carbono-14, al cabo de 5.730 años sólo quedarán N/2; después de otros 5.730 años, el número se habrá reducido a N/4; y así sucesivamente. Como la proporción inicial de carbono-14 es conocida, es posible determinar el tiempo transcurrido desde la muerte de un ser vivo midiendo la proporción de carbono-14 contenido en sus restos. Así se puede medir la antigüedad de todo tipo de materiales orgánicos, como tejidos, maderas, marfiles, etc. Este método de datación fue desarrollado en 1949 por el químico estadounidense Willard Libby, que recibió por ello el Premio Nobel de Química en 1960.
En realidad, la concentración de carbono-14 en la atmósfera no ha sido constante a lo largo del tiempo, pero comparando los resultados con otros métodos de datación, como la dendrocronología (estudio de los anillos de crecimiento de los árboles), se han establecido unas curvas de calibración para el carbono-14 que permiten obtener la edad de una muestra con una precisión de unos cuarenta años.
El método de datación del carbono-14 sólo es aplicable a restos orgánicos de hasta 60.000 años de antigüedad. En restos más antiguos, la cantidad de carbono-14 presente es demasiado pequeña para obtener resultados precisos. Para materiales inorgánicos, y para muestras más antiguas, la datación se realiza con otros isótopos radiactivos, como el uranio-235, el uranio-238, el rubidio-87, el potasio-40, etc.
El astrónomo francés Auguste Charlois nació el 26 de noviembre de 1864 en La Cadière-d'Azur, en el sur de Francia. Trabajó en el observatorio de Niza. Al comienzo de su carrera, la detección de asteroides se realizaba aún visualmente, pero a partir de 1891, el desarrollo de la astrofotografía facilitó enormemente la tarea. A lo largo de su vida, Charlois descubrió 99 asteroides, desde 267 Tirza, el 27 de mayo de 1887, hasta 537 Pauly, el 7 de julio de 1904. Y podrían haber sido cien; de hecho, fotografió el asteroide 433 Eros la misma noche que el astrónomo alemán Carl Gustav Witt, pero fue éste el primero en anunciar el descubrimiento.
El 26 de marzo de 1910, con sólo 46 años, Auguste Charlois fue asesinado por su cuñado, el hermano de su primera esposa, por haber vuelto a casarse tras la muerte de aquélla. (El cuñado fue declarado culpable y condenado a trabajos forzados a perpetuidad en Nueva Caledonia.)
El asteroide 1510 Charlois, descubierto por el astrónomo francés André Patry en 1939, fue bautizado en su honor.
Los seres vivos emplean métodos muy variados para reproducirse, pero todos ellos pueden clasificarse en dos categorías: reproducción sexual y reproducción asexual. En la reproducción asexual cualquier individuo puede producir por sí mismo nuevos individuos, que serán genéticamente idénticos al progenitor. Por el contrario, la reproducción sexual implica la producción y fusión de células sexuales procedentes de dos progenitores para la generación de un nuevo individuo con características genéticas propias, procedentes de la recombinación de los genes de los padres.
La reproducción asexual es más eficiente que la asexual: no requiere producción de células sexuales, ni búsqueda de pareja, cortejo, fecundación…; en igualdad de condiciones produce el doble de descendientes, ya que cada individuo se reproduce por sí mismo, mientras que para la reproducción sexual hacen falta dos. Sin embargo, tiene la desventaja de que un cambio en el medio (un tóxico, un parásito, una enfermedad) puede eliminar una población entera; todos los individuos, genéticamente idénticos, serán igualmente susceptibles a ese cambio. La reproducción sexual, por el contrario, mezcla los genes y mantiene una variabilidad que permite que algunos individuos presenten características genéticas que les permitan adaptarse a los cambios.
Dejando de lado las bacterias, la inmensa mayoría de los seres vivos recurre a la reproducción sexual. Su capacidad para crear variabilidad genética compensa con creces su menor eficiencia. Aunque las especies asexuales son más eficientes en la colonización de nuevos territorios, son también más susceptibles a los parásitos, ya que éstos, que se reproducen sexualmente, evolucionan con más velocidad para explotar las debilidades de sus huéspedes; a la larga, son las especies sexuales las que sobreviven. Además, la recombinación de genes entre los cromosomas que se opera en la reproducción sexual permite a los seres vivos librarse con más facilidad de las mutaciones dañinas; los organismos que se reproducen asexualmente acumulan en su genoma muchas más mutaciones dañinas que los que se reproducen sexualmente.
Está claro que la reproducción sexual, más ventajosa que la asexual, es el resultado de la carrera de armamentos de la evolución. Lo que aún no se sabe es cómo apareció. ¿Cómo se pasó de la simple división celular al complejo mecanismo sexual, que requiere la generación de gametos con la mitad de cromosomas y su posterior fusión para producir un nuevo individuo con el número de cromosomas original? ¿Cómo aparecieron los dos sexos, masculino y femenino, a partir de especies asexuales, en las que todos los individuos eran iguales? Parece que la aparición de la reproducción sexual está ligada a la de la célula eucariota diploide, en la que el material genético está duplicado y se encuentra confinado en un núcleo. Pero tampoco se conoce con certeza el origen de la célula eucariota. Se han propuesto varias teorías, que en general recurren a la fusión de diferentes microorganismos más sencillos: fusión de un organismo con el ADN dañado con otro semejante para reparar los genes del primero; infección de un organismo por un virus, que se convirtió en el núcleo celular y tomó el control de la reproducción; canibalismo incompleto, con incorporación del genoma de la presa al depredador… ¡Qué origen tan prosaico para algo tan sublime!
A finales del siglo XIX, durante la construcción del ferrocarril Trans-Canadiense a través de las Montañas Rocosas, se encontraron varios fósiles de trilobites, esponjas, gusanos, y otros que no pudieron ser identificados inicialmente. Algunos de estos fósiles llegaron a manos del paleontólogo estadounidense Charles Doolittle Walcott, experto en invertebrados, que, interesado, visitó la región a principios del siglo XX y descubrió, en el flanco del monte Stephen, unos ricos yacimientos fosilíferos que hoy se conocen con el nombre de esquistos de Burgess...
Tras el largo descanso veraniego, vuelve El neutrino y, para empezar, tengo el honor de albergar la undécima edición del Carnaval de la Física, una iniciativa de la web Gravedad Cero para divulgar la física en internet.
Para participar no hace falta tener un blog, sólo hay que elaborar una entrada y publicarla, en el propio blog si se tiene, o en la página del Carnaval de la Física.
El formato de la entrada es libre: desde un elaborado artículo científico a una simple imagen, pasando por el comentario de una película, la descripción de un experimento casero o un vídeo. La única condición es que trate sobre la física en cualquiera de sus aspectos.
La entrada debe indicar que es una participación en la XI edición del Carnaval de la Física, enlazar la página del Carnaval y mencionar que lo alberga El neutrino. Una vez publicada es necesario comunicarlo expresamente a través de alguna de las siguientes vías:
"La novela me ha gustado mucho, me ha hecho reír, me ha hecho pensar. Una forma magnífica de pasar un buen rato, una novela que recomiendo a todo el mundo." (www.ficcioncientifica.com) / "una historia interesante y original que nos cautivará desde sus inicios." (www.todoliteratura.es)
El expediente Karnak, recomendado por Me Gusta Leer "[...] tanto la historia, como el ritmo en que es presentada al lector, como el desenlace final, son una pequeña joya [...]"