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Los gases ideales y sus leyes

Tubos de descarga de gases nobles

La comprensión de los fenómenos físicos, químicos y biológicos que ocurren a nuestro alrededor es abismal, comparada con la que se tenía en el siglo XVII. Baste decir que un concepto claro de gas no surge hasta en ese siglo de la mano de Jan Baptist van Helmont que lo basutiza así por la palabra griega Χάος, caos, o espacio que se abre. Y el del oxígeno no llegaría hasta finales del siglo XVIII, de la mano de las investigaciones, por separado, de Carl Wilhelm Scheele, Joseph Priestley, y Antoine Lavoisier.

La Ley de Boyle o Ley de Boyle-Mariotte, o ley de Boyle, ya que fue establecida de forma independiente por el físico y químico irlandés Robert Boyle, en 1662, y el físico y botánico francés Edme Mariotte, en 1676, relaciona la presión y el volumen de un gas. Si se presiona un gas, aumentado su presión, disminuye su volumen, y si el volumen se expando disminuye la presión. Esto se comprueba fácilmente cuando se hincha un neumático. Los gases tienen esa capacidad, que los líquidos y sólidos no tienen, de poder modificar su volumen.

La Ley de Charles, establecida por el científico y matemático francés Jacques Charles en la década de 1780 (no publicada, por eso se desconoce la fecha concreta), afirma que, a presión constante, un gas ideal posee un volumen directamente proporcional a su temperatura. Poco después, en 1802, el físico y químico, también francés, Louis Joseph Gay-Lussac, sostenía que la presión que ejerce un gas sobre las paredes del recipiente que lo contiene son proporcionales a su temperatura, a volumen constante. Como se puede ver, ambas leyes relacionan el volumen de un gas con temperatura, por lo que se las ha unido en la llamada Ley de Charles y Gay-Lussac, que establece que el volumen de un gas es directamente proporcional a su temperatura.

Si tenemos varias gráficas presión-temperatura todas convergen en un punto en la coordenada de la temperatura, que es -273,15 ºC, dando origen a la escala Kelvin siendo en esta 0 ºK. El cero absoluto es la temperatura teórica más baja posible, en el que las partículas carecerían de movimiento. Según la tercera Ley de la Termodinámica o Postulado de Nerst es imposible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto por un número finito de procesos físicos. Aunque sea imposible alcanzar, hay lugares en el Universo con temperatura cercana, -272 ºC, y se han conseguido artificialmente -273,144 °C en una cámara frigorífica. En 2003, científicos del MIT obtuvieron una temperatura de 5·10−10 ºK por encima del cero absoluto enfriando un gas en un campo magnético.

Amedeo Avogadro, físico y químico italiano, establece en 1811, que volúmenes iguales de gases distintos bajo las mismas condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de partículas, es la Ley de Avogadro. Este mismo científico también estableció que las moléculas estaban formadas por átomos, términos que hasta entonces se usaban de forma indistinta. En homenaje a su decisivo descubrimiento, el número de partículas elementales, ya sea átomos o moléculas, de un mol, es un número constante que se llama número de Avogadro ( 6,023 × 1023 mol−1), establecido en 1909, con base en trabajos anteriores, tras las investigaciones del físico francés Jean Perrin, por las que recibió el Premio Nobel.

La Ecuación de Estado de los Gases Ideales nos relaciona la presión, el volumen, la temperatura y el numero de moles de un gas. En ella es importante la constante R, la constante de los gases ideales, cuyo valor más utilizado es el de 0,082 atm∙l/ºK∙mol.

Pero los gases reales, ¿se comportan como los gases ideales? Se puede decir que sí en líneas generales, pero los gases reales no son los gases ideales. En los gases ideales los átomos o moléculas que los componen son completamente independientes y no interaccionan entre sí, pero en los gases reales no. La aproximación a los gases ideales es un modelo válido, pero hay ocasiones en que se desvía de la realidad, como ocurre a altas temperaturas y bajas presiones, el oxígeno sí se comportaría como un gas ideal, pero el vapor de agua no.



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Como montar un laboratorio de microscopia de bajo coste (low cost)

Laboratorio casero de microscopía

¿Por qué montar un laboratorio de microscopia de bajo coste?

Las razones pueden ser infinitas y variadas, pero entre tantas, unas de ellas pueden ser las siguientes:

- La microscopia es una actividad fascinante, que nos puede proporcionar momentos maravillosos contemplando lo que se esconde detrás de lo que no vemos a simple vista.

- Es una opción interesante para centros de enseñanza con escasos recursos y pequeñas comunidades rurales.

- Es una opción para pequeñas empresas que necesitan un mínimo control de calidad, o comprobar defectos en materiales y productos, sin elevadas exigencias.

- Se pueden realizar investigaciones o estudios.

- La fotografía microscópica o micrografía es una apasionante afición o hobby que combina ciencia, fotografía y arte.

- Aunque siempre son útiles, no se precisan conocimientos avanzados para iniciarse en la microscopia.

- Puede ser una ayuda en casos de melancolía o depresión, ya que descubre un mundo increíble que ayuda a olvidar los problemas y los agobios de la vida cotidiana.


¿Qué material sería preciso para empezar?

En primer lugar habrá que establecer para que queremos nuestro laboratorio, ya que no es lo mismo un laboratorio microscópico orientado a la biología, que un laboratorio microscópico orientado a la geología o metalurgia que exige una mayor inversión (por la necesidad de un microscopio polarizante y la creación de láminas de rocas).

En principio, orientando nuestro laboratorio a la biología, aunque también se puede usar para otros fines (microquímica, micropalentología, examen de muestras como textiles, etc.), una configuración básica, pero suficiente, podía ser la siguiente:

- Un microscopio, de buena calidad, que sea más que un simple juguete.

- Un microtomo, para realizar secciones y cortes histológicos.

- Una lupa binocular, para poder observar muestras y especímenes que no llegan al tamaño microscópico, y sin necesidad de transparencia para su observación.

- Un equipo de fotografía, para realizar nuestras fotos. Hoy día la fotografía usada es la digital.

- Material y reactivos de laboratorio.


El microscopio

El precio de un microscopio depende fundamentalmente de su óptica. Hace unas décadas, un buen microscopio era muy caro, pero actualmente los precios han caído por la automatización de sus procesos de fabricación.

El problema de una mala óptica es que al aumentar una imagen esta sufre aberración óptica, la imagen se distorsiona y los colores se alteran. De poco nos sirve que el microscopio tenga muchos aumentos si la imagen se ve muy mal. Es preferible elegir uno de menos aumentos, pero que la imagen tenga cierta calidad.

El límite de resolución de un microscopio óptico (por las limitaciones del espectro visible) viene a ser de unos 2000 aumentos. Hay que tener en cuenta que cuando nos vamos acercando a ese límite hay que usar un objetivo de inmersión, que requiere una técnica especial, que requiere una gota de aceite entre el objetivo y el portaobjetos. En la práctica, para un laboratorio de bajo coste, objetivos no muy exigentes, pero con calidad de imagen, un microscopio con unos 1000 aumentos puede ser suficiente.

¿Binocular o monocular? Lo ideal es binocular ya que causa menos fatiga visual, pero su precio se encarece notablemente. Esto tampoco es un fuerte inconveniente. La mayoría de los microscopios del mundo son monoculares y la mayoría de los descubrimientos e investigaciones científicas se han hecho con microscopios monoculares. No obstante, el microscopio se puede modificar o tunear, como veremos posteriormente.


El microtomo

El microtomo permite hacer rebanadas muy finas de material. Básicamente existen de dos tipos, el de mano, en el que se aprisiona la muestra, mediante un tornillo giratorio se asoma un pequeño fragmente sobre una plataforma, deslizando en esta una cuchilla de afeitar, obteniéndose una fina lámina, y el de rotación, en el que mediante un mecanismo rotatorio, la pieza de aproxima a la cuchilla, cortándola en una lámina fina.

Si en el laboratorio queremos hacer nuestras propias preparaciones histológicas necesitaremos un microtomo. Los microtomos nos desequilibran un poco el presupuesto, ya que el más barato cuesta más de 100 euros.

Pero tenemos la opción de hacer un microtomo casero. El procedimiento no es tan complicado, como se puede ver en este artículo. Se puede fabricar uno hasta con piezas de Lego.


En todo caso, el microtomo se puede fácilmente sustituir por un corte fino a mano con una cuchilla afilada y cierta habilidad.


La lupa binocular

Para especímenes grandes podemos usar una lupa de mano o un cuentahilos, pero en ningún modo es comparable con la lupa binocular, siendo esta un accesorio imprescindible, por lo menos a cierto plazo.

Las exigencias de una lupa binocular son menores que las de un microscopio, ya que requiere menores aumentos. Al igual que estos, hace unos años eran muy caras, pero en los últimos tiempos, su precio ha disminuido mucho.

Por supuesto que ha de ser binocular porque, al contrario del microscopio binocular (no hay visión tridimensional y los dos oculares van a una misma trayectoria), en la lupa binocular sí disfrutamos de la visión estereoscópica.

Los aumentos tampoco son una gran exigencia. Con unos simples 20 aumentos y la visión estereoscópica, ya podemos sacar un buen partido a nuestra lupa binocular.


Equipo de fotografía

Si tenemos nuestros microscopio y lupa binocular, pero no podemos hacer fotografías del mundo microscópico, llamadas micrografías, nos faltará algo, la capacidad de hacer fotos científicas y asombrarnos y asombrar a los demás con su belleza.

Aquí las posibilidades son gigantescas, desde instrumentos para los microscopios, adaptaciones para cámaras fotográficas, o adaptaciones para teléfonos móviles o smartphones. Se pueden fabricar muchas de ellas de forma sencilla.

En el siguiente vídeo se puede ver un adaptador para smartphone:



Material y reactivos de laboratorio

Entre el material y reactivos de laboratorio serían imprescindibles:

- Portaobjetos y cubreobjetos.

- Material de microscopia: aguja enmangada, pinzas, lanceta, bisturía, etc.

- Reactivos para microscopia: necesario para realizar tinciones, como azul de metileno, violeta de genciana, etc.

Las opciones para obtenerlos son muy variadas, desde ir comprándolos poco a poco en Internet, tiendas de productos científicos (en algunas ortopedias también los venden) o comprar el material en un lote, que suele salir más barato.


Un ejemplo de laboratorio de altas prestaciones a bajo coste

El microscopio Optus es ideal por su relación calidad/precio:

Microscopio optus

La óptica es excelente, tiene platina con carro móvil y un excelente acabado metálico. Se puede comprar en Amazon, por algo más de 100 euros. Este otro microscopio, también de la casa Bresser, es prácticamente igual y no llega a 90 euros, que es por que hemos optado.

Sus limitaciones son las siguientes: mala regulación de la luz, ausencia de tornillo micrométrico y ser monocular (los microscopios binoculares se van a más de 250 euros).

El tornillo micrométrico no es gran inconveniente, ni mucho menos. Tampoco lo es que sea monocular. Lo de la luz es más interesante de corregir, pero no es difícil.

El microscopio lo hemos mejoramos de esta manera: para transformarlo en binocular es tan simple, como sustituir el objetivo monocular por uno binocular. Se puede comprar en ebay, pero nosotros lo hemos decidido sustituir por objetivo binocular de uno de juguete, pero de buena calidad. Tampoco sería muy difícil conseguirlo de primera o segunda mano. Al fin y al cabo es mucho más importante la óptica de los objetivos que la de los oculares.

Para el tema de la luz, hemos comprado un condensador para microscopio en ebay que no llega 20 €. Otra opción es construir y regular la propia fuente de luz mediante un potenciómetro.

Microscopio modificado
El microscopio Optus modificado, con objetivo binocular y condensador

El tema del microtomo lo hemos resuelto de una manera un poco basta, pero efectiva, comprando un tornillo con una tuerca muy gorda, intruciendo las muestras apretadas con corcho blanco o porexpan. Moviendo un poco el tornillo se pueden hacer cortes finos. Microtomos de este tipo también vienen con algunos microscopios de juguete.

Para la lupa binocular hemos elegido la lupa binocular Bresser:


Es una lupa binocular excelente, que incluso tiene su sistema de iluminación incorporado. Su precio en Amazon es algo más de 70 €.

El equipo de fotografía no nos ha supuesto ningún coste, ya que viene incorporado con el microscopio Optus, para ordenador y puerto USB. Y lo mejor de todo es que es compatible con la lupa binocular, ya que se adapta a ella perfectamente (no dejan de ser del mismo fabricante, Bresser). En la siguiente vemos el microscopio con el accesorio de vídeo fotografía:

Accesorio fotográfico para vídeo

Otra posible opción, es hacer fotos o vídeos con un smartphone, para ello existen adaptadores como este:

Su precio en Amazon no llega a los 20 euros.

En cuanto a los materiales de laboratorio, la opción más económica es comprarles juntos. Vienen parte con el microscopio Optus, pero se se puede comprar. Un opción básica es la de la propia casa Bresser, que cuesta unos 20 euros en Amazon:

En resumen, este ha sido el coste aproximado de nuestro laboratorio de microscopia:

- Microscopio: 90 €

- Mejoras del microscopio: 20 €

- Lupa binocular: 70 €

- Equipo de fotografía: incluído en el microscopio

- Material de laboratorio: 10 € (hemos optado por comprar material suelto, ya que venía parte con el microscopio)

- TOTAL: 190 €

Por menos de 200 €, hemos conseguido montar un laboratorio de microscopia decente.

Laboratorio de microscopía de bajo coste

Es simplemente una posibilidad de infinitas. Habrá personas que prefieran otras opciones, como no tener lupa binocular y gastar más dinero en el microscopio o viceversa, o centrarse más en la fotografía digital. Pero como iniciación general es un buen modelo de laboratorio microscópico para varios usos y actividades.


Fotografía microscópica

Hace unos años, la fotografía microscópica sólo era accesible a laboratorios o a los muy aficionados, ya que tanto el equipo de microscopia, como el de fotografía eran caros, y ya por no hablar de la fotografía en papel.

Pero todo eso ha cambiado hoy en día, gracias a la fotografía y al descenso de precio de microscopios y cámaras digitales. ¡Con un buen teléfono móvil se pueden realizar excelentes fotografías!

Dos aspectos muy importantes para realizar fotografía microscópica: la luz y el equipo fotográfico. Si la calidad del microscopio no es muy buena, se pueden bajar los aumentos o jugar con la luz, pero con una mala cámara es muy difícil obtener una buena fotografía.

Para cualquier tipo de fotografía la luz y su tratamiento es esencial. Cuando se hace una foto con la lupa binocular, la luz es reflejada, por lo que hay que tener especial cuidado que no deslumbre "quemando" la foto, ni que la estropee haciendo sombras. En el microscopio, la muestra es transparente por lo que manejas adecuadamente la abertura de la luz, por esto es muy importante colocar un condensador en el microscopio o al menos controlar la intensidad de la luz.

A veces, con paciencia y malos medios se pueden conseguir fotografías, que ya es algo. Veamos un ejemplo. Se trató de fotografiar la pata de una mosca con la lupa binocular y el microscopio usando el equipo de fotografía que viene con el microscopio Optus. Hay que decir que no es un equipo de buena calidad (si el microscopìo es decente y barato, si además viene con equipo fotográfico no esperemos que sea una maravilla).

Se hizo la siguiente foto con la lupa binocular a 20 aumentos:

Pata de mosca a 20 aumentos

Observando con la lupa binocular se aprecian todos los detalles de la pata (fémur, tibia, tarsos y uñas) y con buena imagen, pero no se obtiene una buena foto. Al ser tridimensional se observan sombras que impiden ver con nitidez los detalles.

Parecería que con el microscopio saldría peor al ser a más aumentos, pero con un adecuado manejo de la luz se obtiene un fotografía mejor a 40 aumentos, el doble:


Lo que indica la importancia de saber manejar bien la luz. Además de ello, una excelente opción, para quien posea un teléfono móvil que tenga una cámara de calidad es un adaptador para el mismo, como hemos visto anteriormente.


Y esto no acaba aquí...

Las opciones de "bricolaje" microscópico son infinitas. Basta rastrear en la Red para darte cuenta de la imaginación y la meticulosidad del trabajo de ciertos entusiastas de las cosas muy diminutas.

Para muestra un botón, César Guazzaroni "tunea" un microscópico creando un condensador de campo oscuro, usa fluorescencia y mejora la iluminación, además de mostrarnos como crea un microtomo casero.


Enlaces interesantes

- Foro de vida invisible: foro dedicado a la microscopia.

Espacio de César (biología): espacio de biología de  César Guazzaroni.

- Científicos aficionados: foro de microscopía.

- Microscopio Mania: tienda online con especificaciones y artículos técnicos.


Enseñanza en la Red

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Interpretación dinámica de las icnitas de dinosaurios

Icnitas en Yacimiento de Valdeté

Icnitas

Una icnita es la huella de la pisada de un vertebrado. Es frecuente hacer referencia a ellas como fósiles, aunque también se emplea el término de icnofósil a una icnita fosilizada. La disciplina que las estudia se denomina icnología y, para el caso de las fosilizadas, Paleoicnología. Las icnitas se dividen en icnotaxones.

Son bastante comunes las icnitas fosilizadas de dinosaurios. En zonas húmedas o pantanosas, estos dejan su huella, a veces con grandes pisadas, y tras su desecación y deposición de sedimentos, estas perduran en el tiempo como fósiles. No se puede deducir con exactitud la especie autora de las mismas.


Velocidad

En la interpretación de las icnitas fósiles, al estimar su velocidad, los científicos creen que algunas de ellas son demasiado rápidas para haber sido hechas por animales de sangre fría.

A la hora de interpretar las icnitas, sobre todo cuando aparecen juntas de distintas especies, hay que tener en cuenta la longitud de las patas. Así, la distancia de las pisadas de una jirafa sería superior a la de una oveja, ya que tiene las patas más largas.

Para determinar la velocidad de cada animal, tenemos que relacionar esfuerzo relativo y la longitud de las patas.

El esfuerzo está relacionado con la longitud relativa de zancada ( en inglés RSL, relative stride length), que es la longitud de la zancada real dividida por la altura de la cadera del animal. Hay que tener en cuenta que la longitud de la zancada se mide desde la parte posterior de una huella a la parte posterior de la siguiente huella del mismo pie.

LRZ (RSL) = L / H

donde,

L = longitud real de la zancada (m)

H = altura de la cadera del animal (m)

Sin material esquelético no podemos conocer la altura de la cadera, pero estimarla a partir de las siguientes fórmulas:
para terópodos: H = 4,9 x LP 

para ornitópodos: H = 4,8 x LP

donde,

LP, longitud del pien (m) (FL, Feet length)

Los terópodos son dinosaurios bipedos y carnívoros (raptores, tiranosaurios, etc.) y los ornitópodos son dinosaurios con pies con tres dedos y herbívoros (iguanodontes, hadrosaurios, etc).

La siguiente ecuación empírica convierte la longitud de zancada relativa a una cantidad más útil, la velocidad adimensional, DS.

DS = RSL 1,5 / 2.7

Esta velocidad adimensional se puede usar entonces para calcular la velocidad real, es:

s = DS√gH

donde:
s = velocidad real (m/s)
DS = velocidad sin dimensiones (Dimensionless Speed)
H = altura de la cadera (m)
g = aceleración de la gravedad = 9,8 m / s 2

Ejemplo: tenemos unas icnitas de un ornitópodo, cuyo pie mide 0,25 m y la longitud de zancada son 5 m.

En primer lugar, calcularemos la altura de la cadera:

4,8 x LP = 4,8 x 0,25 m = 1,2 m

La longitud relativa de la zancada será:

LRZ (RSL) = L / H = 5 m / 1,2 m = 4,17 m

Convertimos a velocidad adimensional:

DS = RSL 1,5 / 2,7 = (4,17)1,5 / 2,7 = 3,15

Y la velocidad real, en m/s, será:

s = DS√gH = 3,15√9,8 x 1,2 = 10,8 m/s

Interacción

Hay que tener en cuenta otros aspectos además de los meros datos. Los carnívoros no pueden mantener su velocidad máxima durante mucho tiempo. ¿Qué ocurre cuando encontramos dos icnitas de dinosaurios distintos que se encuentran y sospechamos que se trata de una cacería? ¿cómo saber qué el depredador alcanzó a su presa?

Icnitas de dinosarios herbívoros mostrando el lugar de descanso


Si dividimos la longitud por la velocidad podemos conocer el tiempo. Superponiendo las dos líneas de tiempo podremos saber si hubo alcance o no lo hubo. Pero no obstante, las cosas no son tan sencillas. Hay que tener en cuenta otros aspectos, el hecho de que un dinosaurio corra más que otro no implica que le pueda cazar.

Los carnívoros grandes no pueden mantener su velocidad durante mucho tiempo, por lo que a veces en un tiempo tras iniciada su persecución, la terminaban abandonando.

Velociraptor cazando

La velocidad de cierre es la diferencia entre las velocidades de los dinosaurios. Y a ello hay que sumarla ventaja inicial de uno de ellos al empezar a correr, que es la distancia de cierre que debe salvar el cazador para obtener su presa.

Dividiendo el espacio por la velocidad de cierre tendríamos el tiempo de finalización del evento: caza o huida.


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Ictiosaurios, reptiles con forma de pez

Ictiosaurio

Ictiosaurios, cuya palabra significa “lagarto pez” fueron animales del orden Ichthyosauria, descrito por Sir Richard Owen en 1840. Aparecieron hace unos 250 millones de años en el Triásico y al menos una especie sobrevivió hasta hace unos noventa millones de años, en el Cretácico.

Evolucionaron a partir de reptiles terrestres que regresaron al mar, algo parecido a los modernos delfines y ballenas. Su forma era similar a los peces y a los delfines por convergencia evolutiva o evolución convergente, que se produce cuando por motivos de utilidad y funcionalidad se crean estructuras biológicas similares con distinto origen y distintos organismos.

Sobrevivieron a la extinción del Triásico, pero fueron desplazados en el Jurásico por otro grupo de reptiles marinos: los plesiosaurios. En el Cretácico se extinguieron por razones que no están del todo claras, aunque se apunta la competencia de los nuevos peces teleosteos y los mosasaurios, otros reptiles con apariencia corporal de peces y cabeza con apariencia de la de cocodrilo.

Se han encontrado numerosos fósiles de esqueletos de adultos, hembras con embriones en su interior y ejemplares jóvenes. La conservación de los embriones es notable y demuestra que eran vivíparos, es decir que parían criaturas vivas, por lo que no tenían necesidad de ir a la tierra a poner los huevos. Shonisaurus medía 17 m de longitud y de él se posee el esqueleto entero, por lo que conocemos por completo su anatomía ósea. Eran carnívoros, con dieta a base de cefalópodos (belemnites) y moluscos, como lo indican sus fuertes dientes para partir conchas, y posiblemente también lo hicieran de peces y de reptiles más pequeños. Eran muy buenos nadadores y buceadores, haciéndolo a gran velocidad, como el atún.

En rocas del Jurásico en Alemania se han encontrado cientos de ejemplares de hembras Stenopterygius con embriones en distintas etapas de desarrollo, por lo que se ha podido estudiar con detalle el desarrollo fetal. El examen de los fósiles parece indicar que daban a luz con la cola saliendo con la cola, para evitar ahogarse, ya que necesitaban respirar aire, como ocurre en los cetáceos.

Ictiosaurios con embriones


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¿Cómo hubieran evolucionado los dinosaurios si no se hubiesen extinguido?


¿Qué hubiera ocurrido si los dinosaurios no se hubieran extinguido? Pregunta con difícil respuesta porque las únicas respuestas son meras conjeturas. ¿Un meteorito pudo cambiar la historia de la Tierra? Evidentemente.

¿Cuánto hubiera durado el reinado de los dinosaurios? Otra pregunta con imposible respuesta. Pero sí podemos especular con su posible evolución, con la ayuda de los escritores de ciencia ficción, muchos de ellos científicos.

Los reptiles humanoides han tenido un papel destacado en la ciencia ficción, así como las teorías de la conspiración y la ufología moderna. La idea de que en la actualidad estos reptiles existen en la Tierra fue popularizada por David Icke, un teórico de la conspiración que afirma que alienígenas reptiles humanoides cambian de forma, controlando la Tierra tomando forma humana y ganando poder político para manipular nuestras sociedades. Icke ha afirmado en varias ocasiones que muchos de los líderes mundiales son, o están poseídos por, reptiles, incluyendo a George W. Bush, ex presidente de los Estados Unidos, y la reina Isabel II del Reino Unido. Las teorías de Icke ahora tienen simpatizantes en 47 países y ha llegado a dar conferencias en las que han participado hasta 6.000 personas. El escritor estadounidense Vicki Santillano lo incluyó en las 10 teorías de la conspiración más populares, describiéndola como una teoría chiflada. Una encuesta de los estadounidenses publicada en 2013 por Public Policy Polling indicaba que el 4% de los votantes registrados creían en las ideas de David Icke.
Recreación de reptil humanoide y Humano
Recreación de reptil humanoide y humano

Otro ejemplo, de pura ficción, fue en la década de los 80, la serie de televisión "V".  Los reptiles con una pseudo piel humana, habiendo preparado su invasión infiltrándose en las instituciones y gobiernos terrestres. Con un coste de un millón de dólares por episodio, V fue la serie televisiva más cara. La lista de reptiloides creados por la imaginación humana es muy amplia.

También hay teorías científicas, además de ciencia ficcion y locas teorías.

Dale Russell, paleontólogo del Museo Nacional de Ciencias Naturales en Ottawa, Canadá, afirma que los dinosaurios del Cretácico tardío iban camino de convertirse en animales intelectuales, y habrían tenido éxito si los dinosaurios no se hubieran extinguido. Stenonychosaurus (o Troodon) tenía un pulgar oponible, tenía visión binocular y caminaba de forma bípeda. Russell dice que tenía todos los ingredientes del éxito que aparecerían más adelante en el desarrollo de los simios. 

Recreación de la hipotética Evolución del Troodon
Recreación de la hipotética evolución del Troodon

¿Cuáles son las probabilidades de que los extraterrestres inteligentes, con sociedades tecnológicamente avanzadas, no pareciéndose demasiado a los de las películas, tengan dedos largos y delgados y una cabeza calva y redonda con grandes ojos almendrados? ¿Cuáles son las probabilidades de que tuvieran aspecto humanoide? En un vídeo de YouTube, producido por Josh Timonen de la Fundación Richard Dawkins para la Razón y la Ciencia, se afirma que esa probabilidad es cercana a cero. El conocido biólogo evolucionista Richard Dawkins hizo esta misma observación.




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La evolución de los artrópodos


Los artrópodos son los grandes triunfadores de los seres vivos. En una anécdota contada por Rodrigo Gámez Lobo, parece ser que en Inglaterra a un naturalista unos clérigos le preguntaron que conclusiones sacaba del Creador estudiando su obra, a lo que contestó que ¡a Dios le gustan los escarabajos! Y no en vano, pues de las 1.500.000 de especies de animales actualmente descritas, 300.000 son escarabajos y 750.000 insectos, lo que indica el gran éxito evolutivo de los artrópodos.

Se estima que los artrópodos tienen 1.170.000 especies descritas, y representan más del 80% de todas las especies animales vivas en la actualidad. Otros estudios estiman que hay entre 5 y 10 millones de especies de artrópodos existentes. No obstante, hay que tener en cuenta que la estimación del número total de especies vivas es extremadamente difícil.

Alienígenas del videojuego Tremolous
Alienígenas del videojuego Tremolous

Frecuentemente se usan los artrópodos como inspiración para
representar a invasores extraterrestres agresivos,
debido a la aversión que suscitan y a su éxito evolutivo

Los embriones de todos los artrópodos están segmentados, hechos a partir de una serie de unidades repetidas. El último ancestro común de los artrópodos actuales probablemente tenía una serie de segmentos no diferenciados, cada uno con un par de apéndices que funcionaban como extremidades. Este ancestro común de todos los artrópodos podría haber sido un organismo con esas unidades blindadas (ese blindaje es el exoesqueleto) y teniendo un par de extremidades en cada una de ellas. Posiblemente, en su parte delantera tuviera boca, antenas y ojos y se alimentaría de sedimentos.

Se sostiene que los animales de Ediacara Parvancorina y Spriggina, con una antigüedad de hace 555 millones de años eran artrópodos. Los primeros fósiles de trilobites del Cámbrico son cerca de 530 millones de años, pero por entonces ya tenían mucha diversidad, lo que significa que ya existían desde hace bastante tiempo. Un nuevo estudio en la década de los 70 del siglo XX sobre los fósiles de Burgess Shale, que datan de hace unos 505 millones años identificó muchos artrópodos, algunos de los cuales no podrían ser asignados a cualquiera de los grupos conocidos.

Anomalocaris
Anomalocaris, un primitivo artrópodo de la fauna de Burguess Shale

Los primeros crustáceos surgieron hace unos 513 millones años en el Cámbrico, y son formas vivas que siguen predominantemente acuáticas.

El paso a la tierra firme se dio en el Silúrico, hace unos 419 millones de años. Estaban bien adaptados para conquistar la tierra firme, ya que sus exoesqueletos articulados daban protección contra la desecación, apoyo para la gravedad y un medio de locomoción que no dependía del agua. En ese tiempo y en el agua, los euriptéridos-escorpiones acuáticos se convirtieron en los más grandes artrópodos conocidos, llegando a medir hasta 2,5 metros.

El arácnido más antiguo conocido es Palaeotarbus jerami, de hace unos 420 millones de años en el período Silúrico. Los períodos Jurásico y Cretácico proporcionan una gran cantidad de arañas fósiles, incluidos los representantes de muchas familias modernas. Los fósiles de escorpiones acuáticos con branquias aparecen en los períodos Silúrico y Devónico, y el primer fósil de un escorpión respirando aire terrestre data del período Carbonífero temprano.

Los primeros insectos aparecieron en el período Silúrico. En el Carbonífero, hace unos 300 millones de años, se conocen unas 200 especies, algunas gigantescas comparadas con las actuales. Termitas y hormigas sociales aparecen por primera vez en el Cretácico Temprano, y las abejas sociales avanzadas se han encontrado en rocas del Cretácico tardío, pero no llegaron a ser abundantes hasta el Cenozoico Medio.

Libélula Meganeura
Libélula Meganeura. Tenía una envergadura de alas de 75 cm

En 1952-1977, el zoólogo Sidnie Manton y varios con él, sostuvieron que los artrópodos son polifiléticos, es decir, que no comparten un ancestro común artrópodo, sino que tres grupos separados de artrópodos evolucionaron por separado a partir de gusanos: los quelicerados, como arañas y escorpiones; los crustáceos; y los unirrámeos, que son los onicóforos, miriápodos y hexápodos.

En la década de 1990, a partir de análisis filogenéticos de secuencias de ADN, se ha sostenido que los artrópodos podían ser un superfilo denominado Ecdysozoa ("animales que mudan"), que incluye a nemátodos, priapulidos y tardígrados. Los anélidos estarían excluidos.


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Análisis de isotopos: una huella digital en la investigación de fósiles sin forma

Estromatolitos

Han pasado millones de años y han actuado las fuerzas de la tierra: orogenia, metamorfismo, volcanes, etc. Si la materia viva blanda, como en los primeros tiempos de la vida es difícil que fosilice, y hay que añadir la destrucción de los fósiles por las fuerzas de la Tierra, entonces ¿qué podemos hacer?

Una alternativa es el análisis químico de isótopos estables.

Son isótopos los átomos de un mismo elemento, cuyos núcleos tienen una cantidad diferente de neutrones, y por lo tanto, difieren en número másico. Es decir, tienen distinta masa atómica.

Por ejemplo, Barberton Greenstone Belt, en el este de África del Sur es un yacimiento de la vida precámbrica. Contiene procariotas fósiles, incluso en rocas tan antiguas como de hace hasta 3,5 millones de años. Yacimientos similares sólo se pueden encontrar en el oeste de Australia.

La Tierra tiene una edad de 4.500 millones de años, hay evidencia que existía vida hace 3.500 millones de años. Se especula que surgió hace 3.800 millones de años.

El metamorfismo y la mineralización han alterado la forma de los fósiles ¿cómo podemos saber que corresponden a seres vivos y no a estructuras minerales?

El fraccionamiento isotópico es una manera muy útil de analizar si el carbono es orgánico o inorgánico. En geoquímica, paleoclimatología y paleoceanografía δ 13 C es una relación isotópica, una medida de la proporción de isótopos estables 13 C/12 C, en partes por mil (por mil, ‰).

La relación δ 13 C para carbono inorgánico nos daría valores de -10 por mil, siendo lo normal -5 y 5 por mil. El carbono orgánico, sin embargo, tiene δ 13 C valores que van desde -20 por mil para bacterias fotoautótrofas a -60 por mil para comunidades microbianas que reciclan metano. El intervalo de valores de carbono orgánico está relacionado con el metabolismo celular . Por ejemplo, un organismo que utiliza la fotosíntesis (fototrofo) tendrá un isótopo diferente δ 13 valor C de un organismo que se basa en las sustancias químicas para la energía (autótrofo).

Es sólo un ejemplo. Pero se abre un campo enorme de investigación. Se han examinado huesos de mamíferos extinguidos para comprobar investigar distintos tipos de vida y de alimentación, así como en investigaciones paleoantropológicas. Esta huella digital representa los los últimos avances en la extensión de estas herramientas geoquímicas a la paleontología.

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Los mejores descubrimientos químicos


En este documental en inglés y subtitulado en español se muestran los descubrimientos químicos que han cambiado la historia de la Humanidad, descubrimientos que han afectado de forma crucial a nuestras vidas. La teoría de los gases, la Tabla Periódica, la Electroquímica, la estructura del átomo, son algunos de los descubrimientos mostrados. Estos descubrimientos conducirían a la industria electrónica, farmaceútica, etc. La creatividad de la Química es algo hermoso que merece la pena conocer.


 


La ciencia Química

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El enigmático género Dendrograma, ¿el eslabón perdido de la evolución?

Dendrogramma enigmatica y Dendrogramma discoides

Un hallazgo insólito

El género Dendrogramma es un género que comprende dos especies: Dendrogramma enigmatica y Dendrogramma discoides, formando parte de la nueva familia Dendrogrammatidae.

Estas especies fueron identificadas en 2014 examinando una colección de 18 especímenes recogidos en 1986. Son claramente animales, pero no se han asignado a ningún phylum existente.

Los especímenes fueron recolectados en la costa sureste de Australia en una expedición científica durante 1986. Fueron tomados a unas profundidades de 400 m y 1000 m. en el talud continental del sureste australiano, cerca de la isla de Tasmania. Fueron recogidos en el fondo marino, con un trineo epibentónico, y conservados en formaldehido, para pasarlos posteriormente a etanol. En 1988 los investigadores volvieron a la zona, pero no encontraron ningún ejemplar similar.

El hallazgo ha sido publicado en la revista PLOS ONE el 3 de septiembre de 2014.


Una posición filogenética incierta

Los investigadores asignaron el nombre del género, Dendrogramma, por su similitud con el tipo de gráfico en forma de árbol (del griego dendron, árbol), usado frecuentemente en Biología para mostrar las relaciones evolutivas entre organismos. En cuento a la especie, enigmatica, de su extraña naturaleza, y discoides, de forma de disco.

Los organismos tienen pocos milímetros de longitud, poseen forma de hongo y no poseen simetría bilateral, pero sí birradial. Constan de un disco aplanado y un tubo, con una boca en su extremo. El estómago está separado de la piel por una capa de material gelatinoso denso.

Ni uno solo de los 18 especímenes mostraba signos de haber sido arrancado, ya sea de un sustrato duro o de una colonia biológica.

En cierta manera, son similares a los animales de los filos Cnidaria, medusas y corales, y Ctenophora, animales que recuerdan a las medusas. Anteriormente, los cnidarios y ctenóforos, formaban el phylum Coelenterata (celentéreos). Sin embargo, su relación con estos grupos no está nada clara.

Podía ser posible que Dendrogramma formase parte de un nuevo phylum de simetria no bilateral, con las características de ser animales multicelulares (metazoos), de simetria no bilateral (birradial) y aparentemente diblásticos. Los animales diblásticos son animales que terminan su desarrollo embrionario en la fase de gástrula, y por lo tanto, tienen solo dos hojas embrionarias, ectodermo y endodermo, careciendo de mesodermo, actualmente son los cnidarios, ctenóforos y poríferos.

Otras características de Dendrogramma es poseer una densa mesoglea (sustancia gelatinosa que poseen los cnidarios, ctenóforos y poríferos) entre una epidermis externa y una gastrodermis interior. Los animales están formados por un cuerpo en un tallo o tubo con un terminal en el que se abre la boca, y un disco aplanado. La boca se encuentra en un campo especializado, lobulado, epidermis, lo que lleva a un canal gastrovascular forrado, gastrodermis (faringe), con numerosos canales que irradian en el disco al que se abre la boca.

No existe ninguna duda de que los animales son multicelulares, pero la identidad estructural de los epitelios que revisten el canal gastrovascular y la externa aún no se ha estudiado con detalle, ni comparado con la de otros metazoos.

Dendrogramma comparte una serie de similitudes en la organización general del cuerpo con los dos filos Ctenophora y Cnidaria, pero no puede ser colocado en ninguno de ellos. Hay una considerable certeza de que los organismos no poseen cnidoblastos (células que producen sustancias urticantes o venenosas, como las medusas), ni tentáculos, ni cilios, ni aberturas de los poros en los canales que irradian, ni órganos de los sentidos conocidos, como el órgano apical de Ctenophora. Tampoco se han encontrado ningún rastro de gónadas, que pudieran indicar la inmadurez o los cambios estacionales.

No existe ninguna evidencia de que las muestras formasen parte de una colonia biológica. Las dos especies parecen incapaces de nadar, ya que en los especímenes conservados el disco es inflexible. Por la apertura bucal simple parece probable que se alimenten de microorganismos, tal vez atrapados por la mucosidad de los lóbulos especializados que rodean la boca.

Una forma certera de estudiar sus afinidades sería examinar su ADN, pero para ello se necesitarían nuevos ejemplares, ya que las muestras originales se conservaron primeramente en formaldehído y luego en alcohol al 80 %, un excelente modo de conservación, pero que imposibilita el análisis del material genético.


La posición filogenética de Dendrogramma

Aunque Dendrogramma no se pueda encuadrar en Ctenophora o Cnidaria, estos dos phyla son más próximo a este género que cualquier otro phylum. Características comunes son el ser diblásticos, con dos capas germinales con una mesoglea en el medio, y la presencia de una única apertura bucal a través de la cual ingieren alimentos y se expulsan los residuos. La posición filognética de Dendrogramma ha de estar estrechamente relacionada con estos filos.

La cuestión de la posición filogenética de Dendrogramma también ha de relacionarse con la relación entre categorías taxonómicas, concretamente con la relación entre Porifera (esponjas), Placozoa (pequeño filo de animales marinos planos y reptantes), Cnidaria, Ctenophora y Bilateria (animales con simetría bilateral).

La visión tradicional es que Porifera es el grupo más primitivo de todos los demás animales, basándose en la falta de organización del tejido, la falta de sistema nervioso, y las similitudes de los coanocitos (células de las esponjas con flagelo) con los coanoflagelados (eucariontes unicelulares próximos a los metazoos). Sin embargo, un hallazgo reciente, apoyado en una gran cantidad de datos moleculares, incluidos genómicos, propone que Ctenophora, en lugar de Porifera, es el grupo más primitivo de todos los metazoos. Por otra parte, Porifera tiene características propias que no poseen otros filos, por lo que probablemente tuviera una evolución paralela sin descendencia, siendo un filo terminal, lo que le resta posibilidades de ser un filo origen de otros.

En todo caso, aunque Porifera sea el grupo más primitivo, según la visión tradicional, o Ctenophora, según visiones más modernas, está claro que Ctenophora y Cnidaria son taxones hermanos (ambos estaban unidos en el filo Coelenterata), que pueden estar relacionados con Dendrogramma, debido a las similitudes generales en la organización del cuerpo. Sin embargo, la mesoglea y el sistema gastrovascular de Dendrogramma son rudimentarios.

En un estudio, Ctenophora sería el filo metazoo más primigenio y los sistemas neuronales en ctenóforos evolucionaron independientemente de los de otros animales, separándose de la línea de Cnidaria. También es probable que la organización general de Ctenophora y Cnidaria hayan evolucionado en paralelo a partir de un antepasado Porifera o Placozoa. Entonces la posición más probable de Dendrogramma sería de un filo origen de Ctenophora o Cnidaria, basándose en las similitudes de su organización general. De esta manera, la falta de organización del tejido y el sistema nervioso en Porifera serían atributos originales. Sin embargo, si las similitudes entre Ctenophora y Cnidaria sobre su organización general son similares, esto amplía significativamente el espectro de posibles posiciones filogenéticas de Dendrogramma. Entonces este género se debe colocar en algún lugar de la zona amarilla del gráfico que aparece a continuación y antes de la aparición de Bilateria. En este escenario, puede estar en una multitud de posiciones posibles, como grupo hermano de alguno de los taxones involucrados, e incluso como grupo hermano de los restantes metazoos.

Posición filogenética de Dendrogramma según sus descubridores

Posición filogenética de Dendrogramma según sus descubridores

Lo que es cierto es que la información que poseemos sobre Dendrogramma no permite una posición más precisa filogenéticamente. Por otra parte, también se necesitaría ampliar los conocimientos sobre filogenia de estos cinco linajes de metazoos (Ctenophora, Placozoa, Porifera, Cnidaria, Bilateria). Además, a partir de material fresco de Dendrogramma habría que realizar estudios moleculares y genómicos, citológicos, histológicos, morfológicos, anatómicos y obtener más información biológica, como forma de vida, hábitat, etc. Esto posibilitaría una colocación filogenética más precisa.

En general se piensa que la simetría bilateral se desarrolló en el ancestro común de Bilateria, pero hace tiempo se sabe que algunos miembros de Cnidaria también exhiben simetría bilateral. Se ha planteado que la simetría bilateral ya evolucionó antes de Cnidaria. La considerable diferencia en la simetría global entre las dos especies de Dendrogramma es una evidencia adicional de que la simetría es muy variable. Ambas especies de Dendrogramma presentan aspectos bilaterales, sobre todo en el campo lobulado que rodea a la boca y en el inicio de la ramificación de los canales radiales. El disco de Dendrogramma enigmatica es claramente bilateral como se indica por la muesca del disco, pero el disco de Dendrogramma discoides es simétrico radial, es decir, birradial. Teniendo en cuenta las diferencias en el patrón de simetría entre las dos especies, incluso en diferentes partes del cuerpo, la cuestión del origen de la bilateralidad puede añadir interés adicional para el estudio de nuevo material de Dendrogramma.


¿El eslabón perdido con la fauna de Ediacara?

Existe una curiosa similitud de entre Dendrogramma y un pequeño grupo de la llamada fauna de Ediacara, del Precámbrico. Los taxones son Albumares, Anfesta y Rugoconites. Los tres poseían canales que irradian en un disco. Es posible que si Dendrogramma fosilizara, tendría un aspecto similar.

Albumares brunsae
Albumares brunsae

La profundidad de donde se recogieron los Dendrogramma es considerable. Por otra parte, la fauna de Ediacara de varios lugares de Canadá, como Terranova y las montañas Mackenzie, indica que parecen haber vivido en una profundidad superior a 1.000 metros. No obstante, las similitudes con algunas de las formas de Ediacara pueden ser respuestas independientes a las mismas necesidades ambientales, una convergencia evolutiva en vez de una relación de proximidad genética. En todo caso, las similitudes entre Dendrogramma y formas de Ediacara como Albumares , Anfesta y Rugoconites indican una estrecha relación, con interesantes implicaciones filogenéticas y puede arrojar luz sobre el origen de estos taxones de Ediacara. Si Dendrogramma se halla fuera del linaje que conducen a Ctenophora o Cnidaria, Albumares, Anfesta y Rugoconites también estarían fuera, por lo que deberían ser considerados un grupo de metazoos aparte, en vez de miembros del grupo monofilético extinguido Vendozoa, considerado como un experimento fallido de la evolución.

En la fauna de Ediacara aparecen metazoos que podían estar emparentados con los actuales poríferos, cnidarios o equinodermos, como Tribrachidium, parecido a una esponja o ctenóforo, Kimberella, parecido a un molusco, o Dickinsonia, que podía ser un placozoo temprano.

Jorgen Olesen, de la Universidad de Copenhague, uno de los científicos que han identificado a Dendrogramma, sostiene que podrían ser una rama muy temprana en el árbol de la vida, o algo intermedio entre dos formas animales diferentes, pero en todo caso representan una rama temprana en el árbol de la vida, con similitudes a la extinta fauna de Ediacara de hace 600 millones de años.

Para el neurobiólogo Leonid Moroz, del Laboratorio Whitney de Biociencias Marinas de la Universidad de la Florida, si el nuevo género resulta ser descendiente directo de los primeros animales, podría cambiar completamente el árbol de la vida, tal y como lo tenemos establecido, e incluso nuestra comprensión de la evolución animal, de la evolución de los neurosistemas y de la evolución de los tejidos.

Está fuera de toda duda, que los taxones de la fauna de Ediacara son auténticos metazoos, algunos pudieron derivar en líneas extinguidas, otros en líneas supervivientes que condujeron a las actuales, pero relacionar a Dendrogramma con la fauna de Ediacara es algo muy coherente.

Recreación de la fauna de Ediacara
Recreación de la fauna de Ediacara

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El origen del hombre

En este documental de National Geographic se trata el tema del origen y la evolución humana. El origen de la especie humana es su historia por conseguir sobrevivir, sobreponiéndose a peligrosos depredadores y en condiciones climáticas extraordinariamente difíciles. Esta historia, la historia de nuestra especie, comienza en el Sur de África.


Temas de Paleontología Humana (Paleoantropología)
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El origen del hombre y su evolución

En 1987 un descubrimiento científico conmocionó al mundo el mundo. Un estudio afirmaba que todos los seres humanos descendemos de una misma línea ancestral. Es la Eva genética o Eva mitocrondial, una mujer africana que vivió hace 150.000 años en África, siendo el ancestro común más reciente femenino que poseía las mitocondrias de las cuales descienden todas las de la población humana actual.

Basándose en la técnica de reloj molecular, investigaciones recientes, en 2009, estiman que este ancestro vivió hace aproximadamente 200.000 años, lo que confirma los primeros cálculos realizados en 1987.


Temas de Paleontología Humana (Paleoantropología)
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La historia de Lucy, la australopithecus más famosa


Este fragmento, correspondiente a La odisea de la especie y presentado por Estudio de Servicios Educativos "LySystem", narra brevemente la historia de Lucy, cuyos restos cuentan su historia. Correspondiente a la especie Australopithecus afarensis, vivió hace más de tres millones de años.


Temas de Paleontología Humana (Paleoantropología)

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Los tesoros de Atapuerca


En este documental de Madrid Scientific Films, de unos diez minutos de duración, se muestran los descubrimientos más emblemáticos, en el campo de la Paleoantropología, del yacimiento burgalés de Atapuerca. El guión y dirección es de Javier Trueba.



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El átomo y el mundo están vacíos



El modelo atómico de Thomson de 1904 establecía que el átomo está compuesto por electrones de carga negativa distribuidos uniformemente en un átomo positivo, como un pastel de pasas.

En 1909, en la Universidad de Manchester, bajo la dirección de Ernest Rutherford, se hizo un experimento para comprobar si el modelo de Thompson era correcto.

El experimento consistió en bombardear una fina lámina de oro con un haz de partículas alfa y comprobar como afecta a la trayectoria de dichos rayos.

La mayor parte de las partículas atravesaron el átomo teniendo en cuenta que había muchos átomos en la lámina de oro.

Una de cada 20.000 rebotaron. Luego existía un núcleo en el átomo y el modelo de Thomson no era correcto

El 99,9 % de la masa del átomo se encuentra en el núcleo. Pero es de 10.000 a 100.000 veces más pequeño que el átomo.

Se le ha comparado con una mosca en una catedral.

Una mosca mide 5-8 mm. La catedral de Colonia, que fue uno de los monumentos más altos del mundo, mide 157 m 157 m / 0,005 m = 31.400.  El símil es acertado.

El átomo está vacío. Por tanto, el mundo está vacío.

En el Universo, como en el átomo, reina el vacío.

Si el átomo y el Universo están vacíos, ¿qué ocurriría si se concentrara la masa?

Un agujero negro es una región finita del espacio en cuyo interior existe una concentración de masa lo suficientemente elevada para generar un campo gravitatorio tal que ninguna partícula material, ni siquiera la luz, puede escapar de ella.

Cuando la masa de la materia se comprime tanto, llega a absorber todo, hasta la luz, pues los fotones poseen masa.

La gravedad de un agujero negro, o curvatura del espacio-tiempo, provoca una singularidad envuelta por una superficie cerrada, llamada horizonte de sucesos. El horizonte de sucesos separa la región del agujero negro del resto del universo y es la superficie límite del espacio a partir de la cual ninguna partícula puede salir, incluyendo los fotones.

Es un vídeo de Ciudad Universitaria Virtual de San Isidoro:



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Una revolución en paleoantropología: los sorprendentes resultados del análisis del genoma de la Sima de los Huesos


El artículo científico A mitochondrial genome sequence of a hominin from Sima de los Huesos (Secuencia del genoma mitrocondrial de la Sima de los Huesos), publicado en la revista Nature, supone una revolución en el mundo de la paleoantropología y ha sido ampliamente recogido por la prensa y los medios, comentado en redes sociales y blogs de científicos y divulgadores.

El logro supone la obtención de ADN mitocondrial humano de 400.000 años de antiguedad. Este ADN se ha obtenido a partir de un fémur de un homínido fósil de la Sierra de Atapuerca, España, con la implicación de los investigadores españoles que llevan trabajando años en este lugar.

Esto se ha llevado a cabo por el Departamento de Genética Evolutiva, del Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva, con la colaboración de los investigadores españoles. Este mismo departamenteo cintífico en 2011 descubrió la existencia de una población humana genéticamente distinta, la de los homínidos de Denisova. Además de obtener ADN de oso de las cavernas de hace 300.000 años, procedente también de la Sierra de Atapuerca.

El hecho es notable, ya que este ADN está contaminado por el ADN de microorganismos, que en este tipo de muestras puede superar el 90% y también por el propio ADN humano.

También es notable el trabajo de los paleontropólogos que trabajan en la Sierra de Atapuerca, ya que su trabajo previo ha posibilitado la recogida y conservación de los fósiles, sin cuyo cuidado, el ADN se habría degradado o contaminado rápidamente.

El estudio se ha basado en la metodología de obtención y procesado del ADN, en particular el ADN mitocondrial. El ADN mitocondrial sólo representa la herencia por vía materna. Los varones lo tienen pero no lo transmiten.

El fémur del que se extrajo la muestra

El fémur del que se extrajo la muestra


La información del ADN mitocondrial

Los investigadores recurrieron a las secuencias de ADN mitocondrial de todos las especies próximas a los homínidos, desde los chimpancés a los humanos actuales, añadiendo los neandertales y la población, aún muy desconocida, representada por el homínido de Denisova.

Aplicando estadísticas bayesianas a las secuencias obtenidas de ADN, han creado un árbol de relaciones que indica las distancias genéticas y temporales que existen entre las distintas secuencias consideradas.   

Genealogía de los homínidos

Genealogía de los homínidos, según la investigación

Los resultados han sido sorprendentes, ya que el ADN mitocondrial de la Sima de los Huesos es muy próximo al de la población representada por los homínidos de Denisova, que vivieron 300.000 años más tarde y a 8.000 Km de distancia. Además, no parece estar tan relacionado este ADN con el de los neandertales, por lo menos de los que se posee información genética, que por otra parte, son más recientes, de 40.000-50.000 años de antigüedad.

Otro aspecto inesperado de esta investigación es que la separación de linajes entre humanos neandertales y humanos completamente modernos fue muy posterior a la separación de los denisovianos respecto a ambos. Por lo tanto, la población ancestral de los neandertales no podría ser la población de la Sima de los Huesos, a no ser que hubiera habido alguna forma de introgresión en el ADN mitocondrial, como mestizajes, hibridaciones, etc. Dado que la visión clásica y actualmente mayoritaria en paleoantropología considera a los neandertales como una especie típicamente europea, que evoluciona por aislamiento y especialización, desde 300.000-400.000 años y de forma progresiva, descendiendo de los Homo heildelbergensis, y en concreto de los representados en Sima de los Huesos, los resultados no dejan de ser sorprendentes.

La Sima de los Huesos es una cavidad en el fondo de una cueva en la que se han hallado unos 5.000 fósiles de por lo menos 28 individuos, que en principio han sido atribuidos a la especie Homo heidelbergensis, antecesora de los neandertales. Aunque en otros yacimientos de Atapuerca se han encontrado fósiles más antiguos, en sedimentos de un millón de años, como los de Homo antecessor, los de la Sima de los Huesos destacan por ser los más abundantes y mejor conservados. La oscuridad y la estabilidad de temperatura del fondo de la cueva han favorecido que se haya podido recuperar ADN humano más antiguo que en cualquier otro yacimiento.


Posibles hipótesis para explicar los resultados

Una primera sería tomar a la población de Sima de los Huesos como un grupo anterior, del que descienden los denisovanos. En este caso, no se sabría de quien descienden los nendertales.

La segunda posibilidad sería considerar que la población de Sima de los Huesos es distinta tanto de los humanos de Denisova como de los neandertales, siendo una población ancestral,pero no relacionada y que si existe herencia genetica de los de Denisova es por mestizaje. Pero sigue teniendo el problema de la anterior: los neandertales siguen sin descendientes.

La tercera hipótesis sería tomar a la población de Sima de los Huesos como ancestral de los neandertales y los denisovanos, por lo que no habría diferencias con lo sostenido hasta ahora por la doctrina científica. El problema es que no explica las divergencias en los genomas mitocondriales.

Una última hipótesis es considerar el cruce con una población euroasiática ancestral, que sería también antepasada de los hominidos de Denisova.


Las opiniones de los especialistas

Según José María Bermúdez de Castro, codirector del Proyecto Atapuerca, se trata de una sorpresa científica la falta de afinidad del especimen de Atapuerca y los Neandertales, a pesar de que, desde la morfología anatómica, parece que estos descenderían de aquella población. Para salvar esta contradicción sostiene que podría tratarse de un linaje heredado en ambos casos (Denisova y Sima de los Huesos), de una especie ancestral como la representada por el Homo antecessor, también presente en Atapuerca, con una cronología de más de 600.000 años. Ese linaje habría llegado en cada caso por distintos eventos de hibridación y emigración.

Este investigador propone además una interesante hipótesis. Los humanos actuales tenemos un ADN con varias fuentes, la principal nos viene de nuestros ancestros africanos, pero también heredamos algo de los neandertales y de los denisovanos. Si estos heredaron su ADN de la Sima de los Huesos y, a su vez, éstos lo tomaron de Homo antecessor, nuestro genoma es una mezcla increíble de pequeñas dosis de ADN de muchos humanos del pasado. 

Para Juan Luis Arsuaga, codirector de las excavaciones de Atapuerca y coautor de la investigación. No es fácil interpretar estos resultados porque siempre se había supuesto que los homínidos de la Sima eran neandertales primitivos porque sus fósiles son parecidos a los de los neandertales. Estos resultados no serán la última palabra, sino la primera pieza de un rompecabezas que se podrá completar a medida que se hagan más análisis de ADN humano prehistórico.

Arsuaga sigue pensando que los nendertales están emparentados con los individuos de la Sima de los Huesos. Sigue siendo posible que aquellos neandertales de los que se ha analizado el ADN desciendan, no directamente de los Homo heidelbergensis de Atapuerca, pero sí de un grupo similar.

Para el paleoantropólogo estadounidense John Hawks, la evolución humana no es a través de líneas rectas en poblaciones divergentes como se creía hasta ahora, sino que implica dinámicas poblacionales nada simples. No es correcto afirmar que el individuo de la Sima de los Huesos sea de la misma población que los denisovanos, ya que sus diferencias genéticas son tan grandes como los nenadertales y los humanos actuales, pero podrían compartir una herencia del Pleistoceno medio de Eurasia occidental. Por otra parte, no ve los resultados tan sorprendentes, sino estimulantes.

Según este investigador, Europa era algo muy distinto de una población que evoluciona lentamente, "juntando" rasgos neandertales a lo largo del tiempo. Los Neandertales que conocemos no sestearon hasta su desaparición; se expandieron rápidamente, múltiples veces, desde sus origenes no europeos. Eran tan dinámicos como los africanos de la MSA, que después se mezclaron con ellos y se expandieron por todo el mundo."

Svante Pääbo, director del Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva en Leipzig, sostiene que la investigación aporta más interrogantes que respuestas. La manera de resolver el enigma será extraer el ADN nuclear de los cromosomas, que técnicamente es más difícil en los huesos fosilizados.

"Nuestros resultados muestran que ahora podemos estudiar el ADN de los ancestros humanos que tienen cientos de miles de años de antigüedad. Esto abre perspectivas para estudiar los genes de los antepasados ​​de los neandertales y los homínidos de Denisova. Es muy emocionante ", dijo el Dr. Pääbo.

El profesor Chris Stringer, del Museo de Historia Natural de Londres, dijo que el hallazgo inusual plantea preguntas intrigantes sobre los primeros orígenes de los neandertales y su relación con otros seres humanos. Destaca la importancia de haber recuperado el material humano genético más antiguo, de 400.000 años.

Matthias Meyer, del Instituto Max Planck, afirma que el resultado es inesperado, ya que los huesos tienen más semejanzas anatómicas con los neandertales, que con los denisovanos.


El problema del origen de los neandertales

El hueso del que se tomó la muestra es de unos ejemplares que presentan una serie de características que comparten con los neandertales y son raros en los humanos recientes. Si embargo, tampoco se pueden calificar como de neandertales puros, sino como sus antecesores. Los rasgos neandertales se irían acumulando en las poblaciones europeas a través del tiempo.

Dalen y colaboradores (2012) demostraron que los neandertales europeos no tienen la misma diversidad que los neandertales de Asia Central. Desde esta perspectiva, la evolución de los neandertales sería un fenómeno europeo. Pero Europa podía haber sido invadida en varias ocasiones por las poblaciones de neandertales que eran mucho más numerosos en otros lugares, como Asia occidental o central. En realidad es una idea antigua, que data de la década de los 50 del siglo XX.

En los últimos 100.000 años, la evolución de los neandertales ha sido compleja y no está centrada en Europa occidental. No hay porque asumir una línea  recta entre la Sima de los Huesos, hace más de 300.000 años, y los neandertales.

Los descubrimientos de Denisova han dejado claro que otras poblaciones existían fuera del registro fósil conocido y la evidencia arqueológica. ¿Por qué debemos suponer que estas poblaciones parecían diferentes de los neandertales? La realidad es que no sabemos prácticamente nada acerca de los homínidos de Asia Central de hace 300.000 años. Asia del Sur y Sudeste de Asia fueron igualmente habitadas a lo largo de este período, pero tenemos sólo conocimientos elementales sobre la morfología de sus habitantes. 

Se ha asumido que los homínidos de Denisova eran algún tipo de población de Asia Oriental, por ejemplo, en China o el sudeste asiático. Esta idea ha sido apoyada por la existencia de los neandertales al oeste, y también por cierta similitud con los denisovanos en los genomas de los los australianos y los melanesios.

Pero puede existir otra alternativa: que los homínidos de Denisova que conocemos fueran en parte descendientes de una población ancestral de Eurasia occidental. Hay que tener en cuenta que la diferencia genética entre la población de la Sima de los Huesos y los denisovanos es tan grande como la de los humanos actuales con los neandertales. No sería justo decir que Denisova y Sima representan una sola población, como tampoco que los neandertales y de las personas actuales lo son. Pero sí se podría decir que comparten un patrimonio genético.

Los neandertales y los denisovanos podrían tener un "homínido misterio" en su ascendencia. Ellos podrían ser una mezcla de cualquier número de poblaciones anteriores. Ninguno de ellos tiene que ser de Asia Oriental y podría ser tan antiguo como la primera morada conocida de Eurasia, hace 1,8 millones de años. Tal vez los homínidos de la Sima de los Huesos sean esta población de "homínido misterio".

Desconocemos como eran genéticamente los neandertales del Sur de Asia, tal vez eran más como Denisovanos. Todo esto es básicamente especulación, lo que indica lo poco que todavía entendemos acerca de la dinámica de estas poblaciones.


Un panorama complejo

Las relaciones entre humanos primitivos no se pueden describir mediante el trazado de líneas rectas entre muestras fósiles. Hubo múltiples líneas de influencia entre ellos, pequeños grados de mezcla y migraciones a gran escala. Europa estaba lejos de ser una población que evoluciona lentamente, como se ha creído que ocurría con los rasgos neandertales. Estos se expandieron rápidamente, en múltiples ocasiones. Eran tan dinámicos como las poblaciones africanas que más tarde se encuentran con ellos.

Investigaciones futuras sobre el ADN nuclear pueden contar una historia algo distinta, y matizar estos resultados del ADN mitocondrial. Pero, por el momento, es innegable esa relación, aparentemente inesperada, entre los humanos arcaicos de Sima de los Huesos y la población de Denisova. Así como la antigüedad relativa de dicho linaje mitocondrial, en comparación con los linajes mitocondriales de los Neandertales y de los humanos modernos.


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Misterios de la Naturaleza


Misterios de la Naturaleza es una publicación científica online de la Universidad Virtual de San Isidoro, en la que participan las Facultades de Ciencias Químicas, Ciencias Naturales y Agronomía, y que pretende divulgar la ciencia y los conocimientos científicos de una manera amena a la vez que didáctica.

La Ciencia por su carácter racional no se basa en una mera exposición de estudios o datos, que sería la información, sino que también requiere discusión y debate, que es lo que la hace precisamente enriquecedora.

Misterios de la Naturaleza no sólo recoge artículos de divulgación científica, sino también aspectos relacionados con el apasionante mundo de la ciencia y la investigación.


Artículos publicados:

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El enigmático género Dendrograma, ¿el eslabón perdido de la evolución?
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- Los tesoros de Atapuerca
- El átomo y el mundo están vacíos
Una revolución en paleoantropología: los sorprendentes resultados del análisis del genoma de la Sima de los Huesos
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La Tierra ya no será habitable dentro de 1.750 millones de años
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El Premio Nobel de Química 2013 y los modelos para sistemas químicos complejos


El Premio Nobel de Química del año 2013 ha ido a parar a Martin Karplus, Michael Levitt y Arieh Warshel, por su contribución al desarrollo de modelos multiescala para sistemas químicos complejos.

Premios Nobel de Química 2013

La Química se ha desarrollado muy rápidamente en los últimos cincuenta años en todos sus campos, pero el de la Bioquímica es quizás el más llamativo.

En estos últimos cincuenta años, en su primera mitad, la determinación de la estructura de la proteínas fue tal vez el campo donde se dieron los esfuerzos más grandes y de mayor avance. Los métodos estándar para analizar la estructura de las proteínas son la cristalografía de rayos X de cristales o la espectroscopía de RMN. Los programas informáticos que se utilizan para analizar el patrón de difracción a partir de una cristalografía de rayos X o los acoplamientos spin-spin obtenidos de un experimento de RMN nos ayudan a conocer la estructura y la interacción entre los átomos en el sistema. Sin embargo, no hay información experimental suficiente para determinar en profundidad la estructura de el sistema estudiado. Por eso, los ordenadores y los modelos teóricos se han convertido en herramientas esenciales para el químico experimental.

Hoy, la investigación química está centrada en la estructura. Los químicos buscan respuestas para preguntas de ¿Cómo sucede esto?, en vez de lo que hacían antes, buscarlas para la pregunta ¿A qué se parece esto?. Técnicas experimentales basadas en los isótopos o la espectroscopia de femtosegundo pueden dar pistas, pero rara presentan pruebas concluyentes para conocer un determinado mecanismo en sistemas con la complejidad que caracteriza muchos procesos químicos catalíticos y casi todos los procesos bioquímicos. Esto hace que los modelos teóricos sean una herramienta importante complementaria a las técnicas experimentales.

Los procesos químicos pasan por un estado de transición, en el que se produce una configuración con la energía libre más baja posible que hace posible la unión del producto con el reactivo. Este estado no es normalmente accesible mediante experimentación, pero hay métodos teóricos para la búsqueda de tales estructuras. Por consiguiente, los modelos teóricos son un complemento para los experimentales.

El trabajo de los galardonados se centra en el desarrollo de métodos utilizando la teoría mecánica clásica y cuántica, que se utilizan para modelar sistemas químicos y reacciones de caracter complejo. En el modelo de química cuántica de los electrones y los atómicos núcleos son las partículas de interés. En los modelos clásicos, son los átomos o grupos de átomos las partículas que centran la atención. Los modelos clásicos contienen mucho menos grados de libertad y que en consecuencia se evalúan mucho más rápido en un ordenador. El uso de los dos modelos ha constituido un gran avance científico.

El primer paso en el desarrollo de modelos multiescala se dio cuando llegó Arieh Warshel fue a visitar Martin Karplus a Harvard a principio de la década de los setenta. Demostrar que es posible crear métodos híbridos que combinan la ventajas de los métodos clásicos y cuánticos para describir los sistemas químicos complejos supone un enorme avance para conocer que es lo que de verdad ocurre a escala atómica y molecular. 

Este modelos teóricos ya se usan en la industria farmaceútica, para investigar sobre nuevos fármacos, y también para conocer  los secretos de la fotosíntesis, transformación química de dióxido de carbono a hidratos de carbono utilizando sólo la energía proporcionada por la luz solar, que posibilita la vida en la Tierra.

Misterios de la Naturaleza

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