lunes, 25 de enero de 2010

Son Galaxias y Fósiles, 1 año y contando

Este pasado 24 de Enero Galaxias y Fósiles cumplió su primer año de existencia. El 24 de enero del 2009 salió la primer entrada "Metano Marciano". En celebración de tal ocasión he preparado una entrada que responderá una de las preguntas mas frecuentes que me hacen: ¿Por qué el nombre de "Galaxias y Fósiles"?


Concepción artística de unas de las primeras estrellas, en el universo antiguo, mas denso y caliente que como es actualmente. Las estrellas solían ser mas calientes y brillantes.

Claro, como ya sabrán los temas principales son astronomía y paleontología, así que esa es la respuesta mas común, pero de igual manera se pudo haber llamado "Estrella y Trilobites" o "Cometas y Dinosaurios" (algo poco conocido es que este blog estuvo a punto de llamarse "El guayabito pernoctado", pero se cambió a "Galaxias y Fósiles" dos segundos antes de escribir el nombre). Pero la realidad es que el nombre esconde mas que solo la relación entre ambas ciencias ya que en astronomía existe un termino para designar a ciertos sistemas estelares, este es el de galaxias fósiles (que también estuvo a punto de ser el nombre del blog). Así que continuando con el mandato del divulgador de "no hablar sin enseñar" veremos que son las galaxias fósiles.

Existe toda una variedad de tipos de galaxias que se designan según su forma, pero un tipo muy particular son algunas galaxias que son muy antiguas "reliquias" que casi no han cambiado. Hemos de recordad que las galaxias son en realidad sistemas dinámicos que cambian con el tiempo, pero las llamadas "fósiles" son las que se han mantenido sin cambios desde las primeras eras del universo y suelen ser ricas en gas y pobres en estrellas en comparación con las mas modernas.

Como es de esperarse, estas galaxias son fundamentales para estudiar las etapas iniciales del universo, en especial los momentos después de la Gran Recombinación, que fue un evento a eso de los 380,000 años después del Big Bang. El Big Bang, como ya habrán oído, fue el evento que originó la expansión del espacio-tiempo y como consecuencia, el universo. Pero originalmente se tenía unicamente energía, poco después (unos cuantos segundos) aparecen las primeras partículas materiales y a los 380,000 años aproximadamente (algunas estimaciones andan en 240,000-310,000 años), el universo se había expandido y enfriado lo suficiente como para permitir la agregación de partículas elementales en los primeros átomos, las primeras estrellas y galaxias aparecen poco después. Es de esta época de cuando datan algunas de las galaxias fósiles. Aunque se han encontrado galaxias de formación reciente con receta "a la antigua".


Grupos fósil, el color azul denota la parte visible en rayos X, es decir, el gas caliente que rodea a la galaxia central, denotada en rojo y blanco.

Y otro aspecto muy relevante son los grupos fósiles. Como se mencionó en la entrada "La Vecindad" y "Juntos y revueltos" los grupos de galaxias son conjuntos de estos sistemas que están unidos gravitatoriamente y que tarde o temprano se funcionarán en un solo cuerpo, una super-galaxia. Pero observaciones hechas en conjunto entre telescopios de rayos X y ópticos han mostrado la existencia de super-galaxias rodeadas de una enorme nube de gas a temperaturas muy altas que se son los remanentes de galaxias devoradas hace millones de años por la galaxias central. Es decir, esos sistemas son grupos fósiles, el remanente de un grupo donde todas las galaxias ya fueron "comidas" por un solo cuerpo central.

Mucho de estos sistemas fósiles aun estan por estudiarse, aunque con los nuevos telescopios orbitales, de seguro saldrán resultados interesante en los próximos años. En cuando al blog, espero que este años se junten al menos otras 26,000 visitas, y seguiremos esperando sus comentarios y propuestas para mas temas.


miércoles, 20 de enero de 2010

Mecánica evolutiva 1

Que la evolución es un hecho es algo que ya no puede estar mas claro, aunque los creacionistas sigan luciendo la ignorancia como si fuera un don, la evolución es inclusive usada con fines industriales. Aplicando presión de selección natural o artificial a diversos organismos para cumplir nuestros propósitos. Sin embargo aun reina una gran confusión sobre la forma de operar de la evolución. En parte esto se debe a que en años recientes se han hecho considerables avances en nuestro entendimiento sobre dicho fenómeno. Para resolver este problema decidimos incluir una serie sobre el funcionamiento de la evolución.


Las cuatro bases que conforman de ADN de todos los seres vivos de la Tierra. Se les idéntifica con su inicial; A, G, T y C.

Por lo general se tiene la idea de que la evolución es simplemente el conflicto entre especies resultando en "la supervivencia del mas fuerte". Pero en realidad es mas complejo. En primer lugar y como tema de esta entrada veamos lo mas esencial en la evolución; la mutación.

Antes de meternos con las mutaciones hablemos sobre el ADN. El ADN es una molécula, es decir un conjunto de átomos unidos por medio de enlaces (los enlaces entre los átomos se suelen formar por que dos átomos comparten un mismo electrón, esto los mantiene físicamente juntos). El ADN es una de las moléculas mas grandes conocidas, esta conformada por miles de átomos que se agregan en grupos llamados bases que en sí son moléculas mas pequeñas, estas bases son solo 4 y se repiten una y otra vez agrupadas en pares. A estas se les idéntifica con la abreviación de sus nombres, las letras A, C, T y G.


Agrupamiento de las bases para formar pares, y de los pares para formar cadenas.

Entonces veamos el escenario general; el ADN no es mas que una larga cadena de miles de pares de bases, y hay dos tipos de pares (por lo tanto 4 bases). Estas cadenas son continuas y cada una conforma un cromosoma. El ser humano por ejemplo tiene 46 cromosomas diferentes. Todo esta contenido en el núcleo de cada una de nuestras células.

La razón para que cada célula contenga todas esas 46 cadenas de ADN es por que ellas contienen toda la información que necesita la célula para hacer sus cosas de célula, desde dividirse en dos hasta procesar azúcar. A cada unidad de información, es decir, al conjunto de bases suficiente como para "decir" algo significativo se le llama gen, y puede ser para contener información sobre como fabricar alguna substancia, como realizar alguna función celular o algo por el estilo.

Cada ser diferentes contiene diferente información y suele necesitar una cantidad diferentes de cromosomas, claro el que dos especies tengan la misma cantidad no implica que sus cromosomas sean iguales. Por ejemplo, los hamsters sirios que son también mamíferos como los humanos pero tienen una morfología(forma y estructura) y conducta diferentes tienen 44 cromosomas.


Segmento de una molécula de ADN, formada como una "escalera de bases".

Al total de material genético (ADN) se le llama genóma de la especie y es lo que nos distingue. Entonces cada ser en el planeta tiene una copia de su genóma, es decir el "plano completo y manual de operación" de nuestro organismo en cada célula. Y como sabemos, al procrear descendientes, se mezclan los genómas de los padres para dar lugar a nuevos genómas que serán los de los hijos. Por eso no podemos ser iguales a uno de nuestros padres, por que tenemos ADN del otro, y no somos idénticos a nuestros hermanos por que somos combinaciones del ADN de nuestros padres, pero diferentes combinaciones. Claro en el caso de gemelos es casi idéntico el genóma, de hecho se suele parecer tanto que solo en algunos aspectos poco notorios existen diferencia, por ejemplo, las huellas dactilares.

Pero consideremos algo, ¿Que pasa si al generar el nuevo genóma se comete un error?¿Que pasa si uno de los genes que se usó para el nuevo genóma tenía una base cambiada por otras? ¿Y si tenía una base de mas?¿O de menos? A estos errores se les llama mutación y pueden ser ocasionados por muchos factores, desde radiación incidiendo sobre el ADN a simples errores en el proceso de copiado (nadie es perfecto), después de todo, al copiar tantos miles de genes con muchísimas bases cada uno, en alguna se puede generar un error.


Árbol filogenético. Es una forma de ilustrar las relaciones entre las especies o grupos de especies. La longitud de las líneas que llevan de una especie a otra esta en función de la cantidad de mutaciones que separa sus genómas, como se puede ver, los animales, hongos(fungi) y plantas estan mas cercanos entre si que a las Cyanobacterias.

Estos errores son muy comunes y la mayoría no tiene efecto apreciable y además el ADN tiene sus medios para encontrar y corregir errores. Pero de cuando en cuando, alguna mutación vagamente significativa se hacer presente en algún individuo. Este proceso, la generación de mutaciones, es el combustible de la evolución. Las mutaciones ocurren aleatoriamente por una gran cantidad de factores en el ambiente, así que nunca podemos saber en que base de que gen en que cromosoma ocurrirá o cuando, y esto nos ayudará a entender algunos fenómenos.

Pero, si el genóma contiene la información necesaria para hacer funcionar el cuerpo, una mutación hará que terminemos con "un poco mas" o "un poco menos" de algo. Ya sea una alteración en la longitud de las extremidades, un poco mas de un neurotransmisor, o alguna otra variación. Así que las mutaciones son las "unidades de cambio" de una generación a otra y de un individuo de otro, yo soy diferentes a cualquier otro ser humano en la Tierra por que nos separan un numero dado de mutaciones que hacen a mi genóma algo particular.




Ejemplo de una mutación, este segmento de ADN fue atacado por una substancia cancerígena. La molécula al izquierda es la "normal" mientras que la de la derecha contiene un error, por el intercambio de dos bases, que lleva al mal funcionamiento de las funciones reproductivas de la célula. Se dibujaron de azul y amarillo las partes intercambiadas.

Así que esta es la primer lección para entender la evolución, las mutaciones suceden de manera aleatoria y no hay nada que se pueda hacer para evitarlo. Y tales mutaciones implican cambios en la estructura y funcionamiento del organismo. En las próximas entradas de la serie hablaremos sobre el mecanismo de la evolución, la selección natural.


martes, 12 de enero de 2010

Cuestion de magnitudes II

Ok, ya hablamos sobre las magnitudes de las estrellas en la entrada pasada. Ya quedó claro que el brillo que se percibe es medido con respecto a otros cuerpos y se les asigna un número. Pero también se mencionó que esas magnitudes de las que hablamos eran algo llamado "magnitud aparente" y que se diferencian de las "magnitudes absolutas". Veamos ahora lo que es la magnitud absoluta.

Como ya saben, los cuerpos en el universo se suelen encontrar a distancias enormes y mas aún que el rango en el que pueden varias esas distancias es impresionante. Por ejemplo para distancia dentro de sistema solar se utiliza la Unidad Astronómica, que equivale a la distancia recorrida por la luz en 8 minutos (por definición es la distancia media entre el Sol y la Tierra o 150 millones de kilómetros) así que para viajar de un planeta a otro la luz toma unos cuantos minutos o a lo mas unas pocas horas, mientras que las distancias entre las estrellas se miden en los famosos años luz y por su puesto, la relación en la distancia es la misma que en las medidas de tiempo, comparen la duración de dos horas con 500 años y se darán cuanta de lo dispares que son distancias típicas entre planetas a distancias típicas entre estrellas. Mas aún, si toman en cuanta que nuestra galaxia mide 100,000 años luz de diámetro y que las distancias entre una galaxia y otra se miden en MegaParsecs (Mp) donde cada Mp es mas de 3 millones de años, entenderán muy bien lo increíblemente variado de las distancias usadas en astronomía.


Campo del cielo con una gran cantidad de estrellas en un rango muy amplio de distancias y magnitudes.

Y todo este asunto sobre la variedad en distancias me es relevante al medir el brillo por que como ya entenderá, si estoy observando el cielo nocturno no sería muy válido comparar el brillo de un planeta a 20 minutos luz con el de una estrella a 1,500 años luz y el de una galaxia a 700 millones de años luz. Aquí es donde introducimos el concepto de "magnitud absoluta", que se define como la magnitud con la que se ve un cuerpo a 10 parsecs (1 Parsec = 3.2615 años luz) de distancia.

Esto de la magnitud absoluta es de utilidad para que sea valido el comparar la luminosidad (es decir la cantidad total de radiación que sale del cuerpo, el total del brillo) de dos cuerpos. Por ejemplo, Alfa Centauri A tiene una magnitud aparente de 0 (bueno en realidad es -0.01 pero se suele dejar en 0) y se encuentra a unos 4.2 años luz, mientras que su magnitud absoluta es de 4.3. Así que este concepto de la Magnitud Absoluta es simple, y nos ayuda a entender un aspecto que puede ser confuso de los datos de las estrellas ya que se les asocian varias magnitudes, dos de ellas la Absoluta y la Aparente. Ya vimos que para comparar de manera válida el brillo entre ellas hemos de usar la Absoluta, pero para saber que tanto brillará en el cielo de la Tierra nos basamos en la Aparente.


Imagen del Cúmulo Abierto "Pléyades" se pueden ver los miembros principales en primer plano y una gran cantidad de estrellas de fondo.

Como pueden ver, entender estos conceptos es fácil, si bien hay mucho mas que considerar para calcular cada una de estas cantidades, basta con lo explicado aquí para formarse una buena idea. En caso de que no quede del todo claro, pueden con confianza hacer sus preguntas en el foro (link arriba a la derecha) y como un comentario.

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domingo, 10 de enero de 2010

Cuestion de magnitudes I

Tratemos un tema que suele ser un poco confuso para quienes se están adentrando en astronomía, las magnitudes. Muchos nos percatamos de la existencia de algo llamado magnitud en astronomía por que vemos en los mapas celestes que en ocasiones se presentan unos numeritos a un lado de las estrellas o que en la leyenda del mapa se aclara que el tamaño con el que se dibujo la estrella esta asociado a un numero, estos números son mas magnitudes.


Ejemplo de mapa estelar, el tamaño de los puntos que indican la posición de las estrellas es representativo de la magnitud que tienen (la leyenda del mapa no se ve en la imagen).

En primer lugar, la magnitud de un cuerpo celeste es una medida de que tanto brilla dicho cuerpo. Todo comenzó cuando a Hipparco se le ocurrió la idea de que las estrellas no eran eternas e inmóviles. Así que creo el primer catálogo estelar conocido con el propósito de que astronomos de generaciones futuras verificaran la posición de las estrellas par aver si se movieron o no. Pero también anotó el brillo que tenían, pero al no existir una forma de medir tal brillo inventó una.

La forma de Hiparco de medir las magnitudes fue declarando a la estrella mas brillante como de magnitud "1" y a la mas tenue de magnitud "6", por lo que todas las demás estrellas quedarían con algún número entre el 1 y el 6 como su respectiva magnitud. Luego en 1856 un astrónomo llamado Pogson redefinió la escala asignando un valor de "0" a la estrella mas brillante que fue Vega (en realidad primero se definió dando un valor de 2 a Polaris, pero al descubrirse que Polaris variaba su brillo periódicamente, es decir, es una "estrella variable" se decidieron mejor por Vega).

Entonces ahora tenemos que la brillante estrella Vega (Alfa Lyrae) es la referencia de magnitud 0, y una estrella de magnitud 6 sería una apenas visible en condiciones de observación perfectas y sin auxilio de ningún aparato. Además (por razones históricas en las cuales no me meteré por cuestión de espacio) la diferencia entre una magnitud y otra es de 2.512, es decir, una estrella de magnitud 5 es 2.512 veces mas brillante que una de magnitud 6 (se suele redondear a 2.5 veces mas brillante) y de la misma manera, una estrella de magnitud 4 es 2.512 veces mas brillante que la de magnitud 5 y 2.512 x 2.512 = 6.31014 veces mas brillante que la de magnitud 6 y así sucesivamente. Entonces, si vemos en un mapa estelar la escala de magnitudes ya sabemos a que se refiere.


Fotografía de un segmento del cielo don de se indican las magnitudes de dos estrellas y un asteroide (65 Cybele), en la imagen se aclara que se trata de la magnitud aparente.

Y hablando de escalas, se dará cuenta que la estrella Sirio que es mas brillante que Vega (magnitud o) lleva una magnitud negativa, que es - 1.47 y Canopus es de -0.7; mientras que algunos planetas pueden llegar a brillar bastante, por ejemplo Saturno puede alcanzar -0.4, Júpiter y Marte -2.9 y Venus inclusive llega a -3.8. Ahora que si quieren magnitudes realmente impresionantes, la Luna llena esta en -12.6 y el Sol en -26.73.

Por lo que ven, no se difícil entender lo que es la magnitud de una estrella, pero aun tenemos mayor complejidad, todas las magnitudes que he mencionado hasta ahora son lo que se llama magnitud aparente, y es una de las dos principales medidas de brillo que se tiene en astronomía, la otra es la magintud absoluta y será el tema de la siguiente entrada en la serie.


martes, 5 de enero de 2010

Parandose el cuello

A mucha gente le parece que lo mas impresionante de la fauna de la Tierra es lo variada que es, se impresionan con la cantidad de especies que en encuentran en lugares ecológicamente mas sanos, como lo es Centro América, el sur de México, las partes mas recónditas del Amazonas y algunos arrecifes de coral. A especialistas y publico en general les impresiona las numerosas diferencias entre, por ejemplo, un elefante y un caracol. Pero un aspecto que encuentro mas interesante son las similitudes entre especies aparentemente muy diferentes.


Esqueleto de la jirafa, si tienen la paciencia adecuada, cuenten las vertebras en el cuello.

Un caso muy interesante de estudio de los mucho sistemas biológicos que se encuentran por las planicies africanas, es el cuello de las jirafas. Como ya sin duda lo habrán notado, el cuello de la jirafa es su característica distintiva, y es una adaptación evolutiva que le llamó mucho la atención a Darwin.

Como parte del animal, el cuello es útil para que el animal, al ser herbívoro, tenga acceso a una gran cantidad de plantas sin tener que moverse mucho ni andar haciendo malabares a la hora de comer. El cuello largo le permite no solo alcanzar las ramas altas, inaccesibles a otros herbívoros, sino también a las hojas en el lado lejano de algún arbusto de pinta deliciosa que se cruce. Así que la jirafa puede comerse el alimento que se consumen los animales terrestres que se limitan a lo no este muy lejos del suelo (y aún mas si consideramos la habilidad de alcanzar las hojas en el extremo lejano y por lo general no son comidas) así como el que sueles ser comido por los animales trepadores, como algunos homínidos. Así que nos queda muy claro que para la jirafa es muy útil su cuello.

Y como adaptación evolutiva es sin duda interesante. Veamos, tenemos un animal que vive en una ambiente y situación donde una serie de mutaciones le llevaron a desarrollar un cuello muy largo y para su buena fortuna tan peculiar modificación le sirvió para sobrevivir con mayor facilidad. Pero bueno preguntemonos ¿como se las arregló la jirafa para tener ese cuello? es decir ¿como se modifica el genoma para dotar al animal de esta estructura? Estas preguntas son las que aparecieron en la mente de Darwin al estudiar el esqueleto de una jirafa en un museo británico.

Como a muchos, a Darwin le fascinó ese esqueleto, y como muchos, le puso toda su atención al enorme cuello, pero como pocos se fijo en un detalle muy curioso, la jirafa tiene 7 vertebras cervicales en el cuello. ¿ Y eso que? Pues que nosotros también tenemos 7 vertebras cervicales. Es decir, el largo cuello de la jirafa tiene la misma estructura ósea, a "grosso modo", que nuestro cuello. Pero ¿no hubiera sido mas fácil que el cuello mas largo sea resultado de tener mas vertebras? Pues tendría sus ventajas y desventajas, pero lo relevante es que en este caso podemos ver una forma muy importante que tiene la evolución de funcionar.


Estructura de la columna vertebral humana, la parte roja es lo que corresponde al cuello. Como pueden ver, son 7 las vertebras que tenemos en dicho lugar.

Es decir, para lograr el cambio, aparentemente tan drástico como lo es el largo del cuello de la jirafa, bastan con pocas mutaciones. Es mas fácil genéticamente alterar el largo de un hueso que el generar huesos nuevos. Así que lo que pasó en el caso de este animal, fue que las mutaciones involucradas fueron únicamente para alterar el largo del hueso (con sus derivados cambios en grosor para soportar el hueso). Curiosamente este fue el mismo método para lograr un cambio también muy importante en la evolución, el paso de la aleta a la pata y luego a los brazos y manos, todo fue alteración en la longitud y forma de los huesos sin requerir de nuevas estructuras o cambios mayores.

Así que como ven, se pueden lograr cambios que parecen ser radicales de forma sencilla. Y las aparentes diferencias entre los múltiples animales que habitan el planeta no son tan marcadas como parece. En sí, genéticamente, las aletas de los peces y nuestras manos son muy similares y el cuello de la jirafa y el nuestro es también casi igual a nivel molecular. Esto no le quita nada de maravilloso a la diversidad animal, al contrario, me parece mas interesante entender lo que uno ve y saber que por mas diferentes que aparentemos ser, en realidad nuestros genomas son muy similares.