domingo, 9 de septiembre de 2007

Sexo, mitos y videojuegos: el caso de la cognición espacial.


Hubo un tiempo en el que las únicas explicaciones políticamente correctas de las diferencias mentales entre varones y mujeres eran culturales. Cualquier biólogo que se atreviese a sugerir en público que quizás la evolución había operado cambios y adaptaciones diferentes en cada sexo, y que éstas podrían traducirse en diferencias a nivel neurológico, se arriesgaba a un linchamiento público.

La situación hoy es la opuesta, la biología suele ser la primera instancia a la hora de explicar cualquier asunto relacionado con el sexo. En otras palabras, lo genético predomina sobre lo cultural. Pero la realidad es obstinada y nos recuerda que, si bien lo primero es importante, no nos podemos olvidar de la influencia del ambiente.

Un equipo de la Universidad de Toronto liderado por el doctor Ian Spence acaba de publicar un artículo en el que explica los resultados de un experimento en el que lo que se esperaba que fuera consecuencia del determinismo biológico, resultara no serlo en absoluto.

El experimento en cuestión trata de determinar la habilidad de la gente para detectar objetos inusuales en su campo de visión (del estilo de “Encuentra las 7 diferencias”). El éxito en las tareas espaciales como ésta difiere entre los sexos (los varones son mejores a la hora de recordar y localizar referencias generales; las mujeres son mejores a la hora de recordar y localizar comida), por lo que los experimentadores no se sorprendieron al encontrar diferencias entre los dos sexos en un ensayo consistente en identificar un objeto diferente colocado entre otros doce idénticos entre sí, que se mostraban al sujeto durante un breve espacio de tiempo. Los varones tuvieron un 68% de aciertos. Las mujeres un 55%.

Si lo hubieran dejado ahí, el Dr. Spence y sus colegas podrían habar concluido que habían descubierto otra diferencia evolutiva más entre varones y mujeres, la habrían explicado por medio de la división del trabajo en la sabana africana de nuestros antecesores, y se hubieran quedado tan panchos.

En vez de eso, les pidieron a algunos de sus voluntarios que se pasaran 10 horas jugando a “Medal of Honor: Paciffic Assault”, un videojuego de acción del estilo dispárale a lo que se mueva. Como control, el resto de voluntarios pasó al mismo tiempo jugando a “Ballance”, un rompecabezas. Después repitieron el ensayo.

Entre los que habían jugado a “Ballance”, no hubo cambio en la capacidad de detectar lo inusual. Entre los que jugaron a “Medal of Honor”, ambos sexos mejoraron sus resultados.

Esto no es sorprendente, habida cuenta de la diferente naturaleza de los juegos. Sin embargo, la mejora en las mujeres fue mayor que la de los varones; tanto, que ya no había una diferencia significativa entre mujeres y varones. No sólo eso, sino que la ausencia de diferencias significativas se mantuvo durante un período prolongado. Cuando los voluntarios volvieron a repetir el ensayo cinco meses después, tanto la mejora como la falta de diferencia entre los sexos se mantenían. Aunque es demasiado pronto para afirmarlo con rotundidad, parece probable que el cambio en agudeza espacial, y la eliminación de diferencias sexuales en esa agudeza, inducida por jugar a “Medal of Honor”, es permanente.

Esto tiene varias implicaciones. Una es que jugar a videojuegos violentos puede tener efectos beneficiosos. Otra es que los videojuegos pueden constituir un medio para mejorar rápidamente las habilidades espaciales de conductores o soldados, por ejemplo. Otra es que, aunque los genes son importantes, la crianza, la educación, también importa. Ahora bien, para decir cuánto, hace falta mucha más investigación. Cualquier explicación que se aventure ahora es como las leyendas de la sabana.

Medal of Honor: http://www.mohes.ea.com/
Ballance: http://www.ballance.org/
Original: Playing an Action Video Game Reduces Gender Differences in Spatial Cognition

jueves, 6 de septiembre de 2007

Ultracongelados, pero vivos.

Los psicrófilos o criófilos son una clase de organismos extremófilos capaces de crecer y reproducirse a bajas temperaturas. Otras clases, no excluyentes entre sí, de extremófilos, son los termófilos (capaces de vivir a altas temperaturas), los acidófilos (capaces de vivir en ambientes con pH menor que 3 ) o los xerófilos (capaces de vivir prácticamente sin agua o humedad), entre otros.

Los psicrófilos se caracterizan por membranas celulares lipídicas capaces de oponerse a la rigidez que impone el frío extremo, y por crear proteínas “anticongelantes” para mantener su interior líquido y proteger su ADN a temperaturas por debajo de la de congelación del agua.

Los psicrófilos están presentes en los suelos alpinos o árticos, en aguas cercanas a los polos o en el fondo de los océanos, en el hielo ártico o de los glaciares. Donde no se esperaba encontrar psicrófilos es en lagos bajo el hielo antártico a kilómetros de profundidad (el hecho de que se hayan detectado lagos, unos 150, ya es en sí un descubrimiento importante).

Brent Christner, de la Universidad Estatal de Lousiana, ya había demostrado en el laboratorio que algunos tipos de microbios son capaces de mantener su metabolismo a temperaturas inferiores a -20ºC, aunque aún no se han encontrado en la naturaleza. Sin embargo, los que se han encontrado en los lagos bajo la Antártida son viables.

Aparte del intenso frío que puede hacer que la cadena de ADN se rompa, también está el efecto de la radiación procedente del hielo, que a lo largo de tanto tiempo puede alcanzar niveles letales. Se han propuesto dos posibles explicaciones a cómo su ADN permanece inalterado, es decir, a cómo pueden sobrevivir congelados durante milenios. La primera es que existan mecanismos de autorreparación que entran en acción cuando la célula se encuentra en un ambiente propicio para el crecimiento; la segunda que se mantenga metabólicamente activa y reparando continuamente (con un aporte de energía continuo, esto significaría…¡la inmortalidad!).

Sea cual sea la explicación, este descubrimiento hace mucho más interesante la investigación de las masas de agua congelada de otros mundos, como Marte y Europa, por poner dos ejemplos.

miércoles, 5 de septiembre de 2007

Redefiniendo el kilo.

¿Qué es un kilo? Sí, me refiero al kilogramo, al de “me pones un kilo de peras” o “he cogido unos kilos”. Una palabra que usamos a menudo pero que no es tan fácil de definir. Sin embargo, la definición de las unidades en ciencia es algo básico, en el sentido de que sienta las bases de toda medida posterior y que permite la comunicación entre los científicos. Yo puedo decir que peso 1.544 plúmbeos pero, como no defina exactamente qué es un “plúmbeo”, nadie sabrá expresarlo en otras unidades (kilos, libras) ni saber si es mucho o poco. Así pues, ¿qué es un kilo?

El Sistema Internacional (SI) de unidades tiene 7 unidades básicas, a saber: el metro para la longitud, el segundo para el tiempo, el kilo para la masa, el amperio para la intensidad de corriente, el kelvin para la temperatura termodinámica, el mol para la cantidad de sustancia y la candela para la intensidad luminosa. Las definiciones de mol, amperio y candela dependen en último término de la definición de kilo, por lo que ésta es central en la ciencia actual. Y la definición no puede ser más anticuada.

En efecto, data de 1901. Como no encontraron mejor forma de definirlo, se hizo lo que muchos harían instintivamente: coger un paquete de garbanzos, ponérselo en las manos al preguntón y decirle “eso es un kilo”. En este caso, la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (BIPM, por sus siglas en francés, porque está en París) decidió que un kilo es “la masa del prototipo internacional del kilogramo” que se conserva en una cámara especial de la sede central de la BIPM.

Esta definición acarrea dos problemas evidentes. El primero es que, el prototipo, por muy de platino iridiado (una aleación 90% Pt y 10% Ir) que sea, se degrada con el tiempo a un ritmo desconocido; el segundo es que, si alguien necesita realizar un experimento de mucha precisión, se ve en la obligación de calibrar previamente su propio patrón enviándolo a París. Sinceramente, no veo esto muy viable para los científicos que dentro de 100 años estén trabajando en Marte.

El primer requisito que tiene que tener una unidad es que esté basada en una invariante de la naturaleza (una constante es otra cosa); que siga siendo invariante, además, ante las traslaciones en el tiempo y el espacio. Es decir, un valor que sea igual se mida donde se mida y se haga cuando se haga la medición. Así, por ejemplo, el segundo se define en términos del período de la frecuencia de transición hiperfina en el estado base del átomo de cesio 133. Sin embargo, lo ideal es que las unidades dependiesen de constantes de la naturaleza.

Este es el objetivo del BIMP (para el 2011), redefinir el SI en términos de constantes universales. La cosa no es tan sencilla como pudiera parecer y los aspectos experimentales son críticos. Tanto es así que ya se habla de una nueva disciplina, la metrología cuántica.

Las primeras propuestas de nuevas definiciones para el kilo quedan ideales para enseñárselas a los niños de primaria o al tendero de la esquina:

Propuesta a): El kilogramo es la masa de un cuerpo cuya energía equivalente es igual a la de un número de fotones cuyas frecuencias suman exactamente
[(299.792.458)2/66.260.693] · 10^41 hertz.
Aquí se emplean dos constantes, a saber, la velocidad de la luz y la constante de Planck, y las expresiones para la energía E = mc^2 = hv

Propuesta b): El kilogramo es la masa de un cuerpo cuya frecuencia de de Broglie-Compton es igual exactamente a [(299.792.458)^2/(6,6260693·10^-34] hertz.
Esta definición es muy similar a la anterior. Se emplean las mismas constantes y la frecuencia de de Broglie –Compton no es otra cosa que vm = (mc^2)/h.

Estas dos definiciones tienen como principal punto débil el que los valores de las constantes no son números exactos. Me explico. Al ser estas definiciones consistentes con la definición actual, el cálculo de las constantes en función del patrón-masa hace que su valor no sea exacto, porque lo que se considera exacto es la definición de la unidad. Por ello, la forma correcta de dar el valor de la constante de Planck sería:

h = 6,6260693(11) · 10^-34 Js [1,7 · 10^-7]

Donde el número entre paréntesis es el valor numérico de la incertidumbre estándar referida a los dos últimos dígitos del valor citado y el número entre corchetes el valor de la incertidumbre estándar relativa.

Se pueden matar dos pájaros de un tiro, simplificando la definición y haciendo exacta la constante de Planck. Habría que recalcular algunas cosillas, pero creo que merece la pena. Nuestra definición preferida para el kilo es sencilla y elegante a la par que útil:

Propuesta c): El kilogramo, unidad de masa, es tal que la constante de Planck vale exactamente 6,6260693 · 10^-34 Js

El conjunto del SI podría definirse en términos semejantes, asignando valores exactos a determinadas invariantes y constantes. Ya veremos qué se decide en la reunión del BIMP de 2011 (pista: la propuesta b es francesa).

Para saber más: http://www.iop.org/EJ/abstract/0026-1394/43/3/006/

martes, 4 de septiembre de 2007

Los tres cerditos y la cosmología actual.

Hemos comentado en varias ocasiones en este blog lo artificioso y poco elegante que nos parece el recurso que la cosmología moderna, al igual que en el pasado la física o la química, hace a sustancias o energías exóticas para explicar las nuevas observaciones. Efectivamente, el modelo estándar de la cosmología va a remolque de los datos empíricos, siendo su capacidad de predicción, una de las características de las teorías que verdaderamente se asemejan a la realidad, muy limitada, por no decir nula.

Analizamos, después de una somera descripción, el estado de la estructura de este edificio que es el modelo preponderante de la cosmología moderna: el lego lo conoce como Big Bang, los demás como “Lambda- Materia oscura fría”.

Lo primero que hemos de hacer notar es que la cosmología del Big Bang no es una sola teoría/hipótesis, sino cinco, cada una construida sobre la anterior a modo de edificio. La planta baja, el fundamento, es una teoría que se formuló para poder explicar un hecho observado: los corrimientos hacia el rojo. Esta teoría es la de la Expansión del universo que explica, asimismo, el hecho de que exista una radiación de fondo de microondas.

Sobre la planta baja se construyó el primer piso, la Inflación, para explicar el hecho de que observamos un universo plano y que sus extremos se parezcan tanto.

El segundo piso lo forma la Materia Oscura, que se introdujo para explicar las estructuras visibles, como galaxias y cúmulos, que de otra forma no condensarían en la bola de fuego en expansión.

El tercer piso les resultará familiar a los que sepan algo de química. Para que se inicie la precipitación de un compuesto son necesarias “semillas” del mismo en la disolución. De igual manera se hacen necesarias unas “semillas” sobre las que condensarán las galaxias. Se introduce de esta manera el concepto de “Materia Oscura Fría”.

El cuarto y último piso fue construido para explicar la aceleración en la expansión cósmica que se deduce a partir de la observación de las supernovas [ver “¿El universo es un queso de Gruyère?”, enlace abajo]. Este piso está ocupado por la misteriosa Energía Oscura que puede que esté relacionada con la constante cosmológica (Lambda), o no.

Cada teoría está basada en la anterior, por lo que la fortaleza del edificio depende de lo sólida que sea la teoría de la Expansión. Esta teoría está moderadamente bien fundada ya que es consistente con la radiación de fondo, con la abundancia de helio y con las edades calculadas para las estrellas y cúmulos cercanos. Sin embargo, aún es necesario encontrar más evidencias directas para terminar de confirmarla.

Este modelo/edificio tiene 18 parámetros, 17 de ellos independientes. 13 de éstos tienen fundamento observacional, los otros cuatro flotan por ahí. Parece que podemos ascender por el edificio con cierta seguridad hasta la segunda planta, donde la Materia Oscura dice residir [ver “Luz sobre la materia oscura”, enlace abajo] pero más allá los pisos parecen construidos por los dos primeros cerditos del cuento.

Pues a eso recuerda este modelo, al cuento que por las noches leo para mis hijas y que adapto en función de sus observaciones.


“Modern Cosmology: Science or Folktale? ” de Michael J. Disney: http://www.americanscientist.org/template/AssetDetail/assetid/55839;jsessionid=aaa9dCTXDNq19q
“¿El Universo es un queso de Gruyère?”: http://cesartomelopez.blogspot.com/2007/09/la-historia-de-la-energa-oscura.html
“Luz sobre la materia oscura”: http://cesartomelopez.blogspot.com/2007/06/luz-sobre-la-materia-oscura.html

lunes, 3 de septiembre de 2007

Mujeres jóvenes + hombres mayores = mujeres mayores + más hijos

Decíamos hace poco que el objetivo de la evolución no es la supervivencia sino la reproducción [ver “Asumiendo riesgos”, enlace abajo]. Dado que aquellos que no pueden procrear están, desde el punto de vista de la evolución, ya muertos, la selección natural usualmente no moldea cuerpos que sobrevivan a su propia fertilidad. Pero algunas veces lo hace. Y una de esas veces corresponde a los humanos, ya que las mujeres, que habitualmente dejan de ser fértiles a los cuarentaitantos, viven hasta los 70 u 80.

Parte de la explicación es que la mujer no ha terminado realmente su trabajo reproductivo hasta que su último hijo alcanza una edad en la que puede valerse por sí mismo. Esto puede llevar a la mujer promedio en una sociedad con libre acceso a los anticonceptivos hasta sus 60 años. Pero después de eso, algo ocurre claramente. Y dos artículos aparecidos la semana pasada sugieren qué puede ser. El primero de estos artículos, publicado por Shripad Tuljapurkar de la Universidad de Stanford y sus colegas, muestra que podría ser una consecuencia de la pauta universal según la cual los hombres más mayores se casan con mujeres más jóvenes. El segundo, publicado por Martin Fieder de la Universidad de Viena y Susanne Huber de la Universidad de Medicina Veterinaria de la misma ciudad, muestra que esta pauta universal es, desde el punto de vista evolutivo, la de más éxito entre las que la gente puede adoptar.

La observación de que las mujeres alcanzan el “muro de la muerte” después de que la menopausia las haya dejado infértiles se debe a Bill Hamilton, un biólogo evolutivo británico que lo afirmó en 1966. Claramente no lo hacen. Pero Hamilton no fue capaz de comprender porqué.

Desde entonces, lo que ha venido en llamarse la “hipótesis de la abuela” se ha hecho popular. Según esta hipótesis la muerte de la mujer se pospone porque puede realizar servicios para sus nietos similares a los que realizó para sus hijos. Esto es plausible. De hecho está apoyado por los hechos. Pero puede que no sea la única causa, y el Dr. Tuljapurkar ha venido a dar una explicación adicional puramente genética.

Al contrario que las mujeres, los hombres no ven cortada su fertilidad repentinamente. Vistos como un sexo aislado, entonces, no deberían afrontar el muro de la muerte. En vez de eso, se enfrentarían con la “pendiente de la muerte” que se eleva según su fertilidad cae. Pero hacen falta dos para procrear. Un hombre emparejado con una mujer estéril es, infidelidades aparte, evolutivamente tan irrelevante como si él mismo fuese estéril. Él, por lo tanto, también se enfrenta al muro.

Pero, y esto es crucial, como los hombres casi siempre se casan con mujeres más jóvenes que ellos mismos, la irrelevancia reproductiva les llega más tarde en la vida. No sólo eso, si vuelven a casarse pueden posponerla casi indefinidamente (caso del Dr. Iglesias Puga). Esto significa que mutaciones dañinas cuyos efectos aparecen a edad avanzada todavía pueden ser eliminadas, ya que un hombre maduro que posee una mutación dañina es menos probable que se reproduzca. Y como un gen que se hereda a través de las generaciones pasa la mitad del tiempo en las mujeres, éstas se benefician también de la eliminación. Por lo tanto no hay muro de la muerte para nadie.

La cuestión permanece, ¿por qué en las parejas humanas el hombre es casi siempre mayor? La explicación habitual viene a ser: los hombres prefieren mujeres que son jóvenes y por lo tanto máximamente fértiles, mientras que las mujeres prefieren hombres que han probado ser genéticamente aptos (al sobrevivir) y ser “buenos proveedores” (al acumular status y posesiones materiales). Ambas cosas toman su tiempo.

Si esta explicación es correcta, una consecuencia debería ser un incremento de la fecundidad relacionado con la diferencia de edad. Fieder y Huber han encontrado que esto es así.

Lo hicieron estudiando los registros de 11.000 suecos adultos. Compararon el número de hijos que un individuo tenía con la diferencia de edad entre él/ella y su pareja.

Entre aquellos que habían permanecido con una pareja durante sus vidas reproductivas, encontraron que el pico de hijos correspondía a mujeres cuyas parejas eran cuatro años mayores que ellas. Los hombres más fecundos eran aquellos con parejas seis años más jóvenes. Claramente, en términos evolutivos, la diferencia de edad es realmente buena para ambas partes.

Asumiendo riesgos: http://cesartomelopez.blogspot.com/2007/08/asumiendo-riesgos.html
Original (Tuljapurkar et al.) [PDF]: http://www.plos.org/press/pone-02-08-tuljapurkar.pdf
Original (Fieder/Huber): http://www.journals.royalsoc.ac.uk/content/85414mj102443333/

domingo, 2 de septiembre de 2007

¿El Universo es un queso de Gruyère?

La historia de la energía oscura comienza en 1998, cuando dos equipos independientes de astrónomos estaban buscando supernovas lejanas con la esperanza de medir el ritmo al que la expansión del universo estaba disminuyendo. Su sorpresa fue mayúscula: los datos mostraban que la expansión se estaba acelerando. De hecho, el universo comenzó a acelerarse hace mucho tiempo, en algún momento en los últimos 10.000 millones de años.

Como detectives, los cosmólogos a lo largo y ancho del mundo han construido una descripción del culpable responsable de la aceleración: explica el 73% de la densidad de energía del universo; es repulsivo desde el punto de vista gravitacional; no parece acumularse en las galaxias; fue visto por última vez estirando el espaciotiempo; y responde al nombre de energía oscura. Muchos teóricos tienen un sospechoso en mente: la constante cosmológica. De hecho, encaja en la situación de un universo en expansión. Pero, ¿es el caso de la energía oscura sólido?

Un análisis del marco en el que se propone la existencia de la energía oscura revela que se parte de una hipótesis que no tiene porqué ser verdadera: el universo es homogéneo a gran escala (modelo FRW, Friedmann-Robertson-Walker). Este mismo verano han salido a la luz datos experimentales que indicarían más bien todo lo contrario. Por una parte está el descubrimiento de presuntas hetereogeneidades en la radiación de fondo de microondas [ver “El eje del mal (cosmológico)”, enlace abajo] y, por otra, la detección de un inmenso volumen vacío de 1.000 millones de años luz de diámetro.

Independientemente de estos descubrimientos un equipo de teóricos ha presentado un modelo en el que se puede explicar la aceleración de la expansión del universo sin necesidad de recurrir a la energía oscura. Curiosamente, la hipótesis de partida del estudio es que el universo se parece al queso de Gruyère, es decir, tiene inmensos espacios de densidad muy próxima a cero. El queso sigue el modelo FRW y los agujeros el LTB (Lemaître-Tolman-Bondi). Pues bien, el modelo predice que al atravesar los fotones los espacios vacíos sufren un estiramiento similar al que se atribuye a la energía oscura.

Desde nuestro personal punto de vista, el recurso a algo tan extraño como la energía oscura es demasiado prematuro. Nos recuerda a otras “sustancias” introducidas a lo largo de la historia de la ciencia para explicar los fenómenos observados y que la investigación posterior demostró que eran innecesarias; me estoy refiriendo al éter, el flogisto o el calórico. La discusión ya ha comenzado. Ahora a esperar que las observaciones dicten sentencia.

sábado, 1 de septiembre de 2007

Cuando las almejas dominaban la Tierra

La importancia que, para la comprensión de la evolución de la vida en nuestro planeta, tiene el estudio de las extinciones masivas de especies es manifiesta. Conforme se obtienen más datos, las teorías se van refinando y ya empiezan los intentos de encontrar una periodicidad a las extinciones [ver “Extinciones masivas”, enlace abajo].

Desconocemos si la hipótesis para explicar la enorme extinción masiva del final del Pérmico ha surgido por la presión de la moda (no sería la primera vez que esto ocurre en la historia de la ciencia), pero, en cualquier caso, proporciona claves para vislumbrar qué podía ocurrir en los océanos de aquí a no mucho tiempo.

La extinción del Pérmico tuvo lugar al final de este período (por eso también se llama Pérmico –Triásico), hace 252 millones de años, y dejó paso a unas condiciones de la Tierra tales que permitieron la aparición de los dinosaurios en el Triásico. Este fenómeno supuso la extinción del 70% de la vida terrestre y el 95% de la marina; en el mar sólo sobrevivieron algunos bivalvos y gasterópodos según se desprende de los estudios llevados a cabo por la doctora Fraiser, de la Universidad de Wisconsin en Milwakee,. Recuperarse de lo que ocurrió supuso 5 millones de años.

La hipótesis sería la siguiente. Las estimaciones de los niveles de CO2 atmosférico al final del Pérmico dan niveles del orden de 6 a 10 veces mayores que los actuales. El dióxido de carbono provendría de la mayor erupción volcánica continua de la que se tiene noticia, conocida como las Trampas Siberianas, que habría emitido ingentes cantidades de gas durante un millón de años.

Los altos niveles de CO2 habrían incrementado las temperaturas, resultando en un calentamiento global a gran escala. Este calentamiento generalizado derretiría el hielo de los polos, con lo que el reequilibrio de la temperatura del mar haría que no existiese una zona fría en los mismos y por lo tanto cesarían las corrientes. Los océanos se estancarían con lo que bajaría su nivel de oxígeno, matando la vida en las aguas más profundas, donde no llegaba el oxígeno del aire.

La descomposición de los cadáveres proporcionaría un incremento adicional en el nivel de CO2 y también elevaría la cantidad del venenoso sulfuro de hidrógeno. Los océanos se habrían convertido de esta manera en una mezcla inhabitable. Sólo los habitantes de aguas someras, más ricas en oxígeno, y los de menor tamaño, sobrevivieron en estas condiciones: bivalvos (almejas) y gasterópodos (caracoles).

Los niveles de CO2 se mantuvieron altos durante mucho tiempo, lo que explicaría la lenta recuperación de la vida.

Curiosamente el Triásico parece estar marcado por dos fenómenos ligados a incrementos en los niveles de dióxido de carbono. El período termina con la desaparición de los arrecifes de coral y se inicia con los arrecifes creados por los bivalvos.


Extinciones masivas, cómo la órbita solar puede influir en la evolución: http://cesartomelopez.blogspot.com/2007/08/extinciones-masivas-cmo-la-rbita-solar.html
Extinción pérmica, ¿causada por el calentamiento global?: http://www.astroseti.org/imprime.php?codigo=1067