sábado, 20 de febrero de 2010

Lenta pero segura

Desde hace tiempo me pidieron una entrada sobre tortugas. En parte es un poco difícil por que con cada animal se pueden escribir muchas cosas o tratarlos desde diferentes puntos de vista. Y tratándose de tortugas que son criaturas que han estado en el planeta durante tantos millones de años se aún mas difícil. Pero considerando esto, hablaré sobre las tortugas para ilustrar un detalle que me será de utilidad en las entradas sobre mecánica evolutiva. Veremos lo poco que han cambiado en la historia.


Tortuga Galápagos, endémicas de las islas del mismo nombre. Estos enormes animales están entre las mas longevos del planeta. Imágen e Matthew Field.

En sí las tortugas son un tipo de reptiles que evolucionaron hace unos 215 millones de años lo que los hace de los reptiles mas antiguos (comparadas por ejemplo con las víboras y lagartijas). Las tortugas son animales muy longevos para su tamaño, lo cual esta ligado, entre otras cosas, a su metabolismo. Si comparamos la cantidad de alimento necesario para mantener viva una tortuga con el necesario para alimentar un mamífero del mismo peso, veremos lo práctico que es ser de sangre fría, pero esto impone algunas restricciones, por ejemplo el relativamente bajo nivel de actividad que tienen (especialmente las variedades terrestres). Aparte de lo lentas que suelen ser (aunque algunas pueden nadar a considerable velocidad) lo característico de ellas es su caparazón formado por hueso o cartílago que sale desde las costillas. También es conocida su habilidad de meter la cabeza dentro del caparazón.


Fósil de Proganochelys quenstedti, la especie de tortuga con el caparazón completo mas antigua conocida. Imágen de Claire Houck.

Esa habilidad el poder meter la cabeza dentro del caparazón no la tenían las primeras tortugas. Fue una adaptación muy favorable que les permitía contar con una protección completa dentro de su fuerte caparazón. Pero lo que mas me interesa de la evolución de las tortugas es lo poco que han cambiado. Es decir, lo mucho que ha durado la misma forma básica. En los últimos 215 millones de años han pasado muchas cosas y muchas especies se han extinto y aparecido, el clima ha cambiado y los continentes se han movido. Pero las tortugas siguen igual. Este es un excelente de lo que Stephen Jay Gould ha llamado "equilibrio puntual".


Comparación entre las tortugas del periodo Tríasico Proganochelys quenstedti y una especie extánte (aún viva). Noten las vertebras del cuello y su adaptación para permitir la retracción de la cabeza dentro del caparazón. Imágen de Gaffney (1990).

El equilibrio puntual se da cuando en el curso de la historia una especie evoluciona de manera que llega a una combinación de conducta y forma que es tan eficiente que se dificulta que la especie se aleje de ese punto. Por ejemplo, con las tortugas, se tiene la combinación de la conducta de ser poco activas y alimentarse de una gran variedad de fuentes con la forma de estar cubiertas de un caparazón fuerte. Esta situación es tan buena para la especie que cualquier línea de descendientes que acumule mutaciones para alejarse de ella tardará bastante en lograr cualquier cosa mejor y mientras tanto será menos adaptable que las otras tortugas que preservaron su forma. Al estar tanto tiempo en una situación de desventaja, esos descendientes tendrán menor probabilidad de sobrevivir. Así se preserva la forma y conducta de una especie. No es que el animal "no evolucione", es que la evolución, el proceso de adaptación lo obliga a mantener esa combinación, es decir, lo pone en un "punto de equilibrio" de donde es muy difícil salir.

Entonces tenemos que las tortugas, cucarachas y esos animalitos que se anuncian como "los que no han evolucionado" no es que no evolucionen, simplemente no cambian. La evolución no implica cambios, implica adaptación. Si ya eres notablemente eficiente sobreviviendo, no cambiaras ya que cualquier cambio te hará menos eficiente. En la historia, los cambios suelen ser respuestas a problemas que no se pueden enfrentar con formas y estilos pasados. Pero si ya te puedes enfrentar a extinciones masivas, glaciaciones, sequías, terremotos, movimiento de continentes, alteraciones en el clima, etc etc etc ¿que vas a cambiar?

Y estoy seguro, de que dentro de millones de años, alguna tortuga seguirá tranquila y apaciblemente comiendo hierbas sin preocuparse mucho por el futuro.

Las tortugas serán lentas, pero seguras.


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martes, 16 de febrero de 2010

Primera Luz

El pasado 15 de Febrero fue la Primera Luz (así se le llama a la inauguración de un observatorio o primer uso de un telescopio) de un observatorio muy especial. Se trata del Prototipo Estelar del proyecto "Observatorio Carl Sagan" ubicado en los terrenos de la Escuela de Agricultura de la UNISON. Como ya sabrán, soy miembro del Área de Astronomía del Departamento de Investigación en Física de la Universidad de Sonora (el nombre es mas grande que el edificio) y el observatorio del que estoy hablando es nuestro primer observatorio estelar.


El observatorio a punto de concluirse a principios de febrero 2010.

Como todo observatorio astronómico, este cuenta con un telescopio (Meade 16") con una serie de instrumentos (CCDs SBIG ST-9, ST-402, filtros LRGB y fotométricos y espectrógrafo DSS-7) colocado todo sobre una buena montura (Paramount ME). Y se procuró un lugar que cumpla con las condiciones balanceadas de observación, seguridad y prácticidad ideales. Pero lo que este observatorio tiene de particular, es su origen.



Como idea, el proyecto tiene ya 10 años, cuando se planteó que la Universidad de Sonora contara con un observatorio propio, pero debido a problema burocráticos y presupuestales (prometían mucho dinero y no entregaban ni un cinco) el proyecto se fue quedando rezagado. Pero a finales de agosto del 2009 decidimos iniciar la construcción nosotros mismos siendo el primer paso ir a limpiar el terreno. Pero para no hacerles el cuento largo, basta con decirles que desde el momento en que pedimos ayuda de la comunidad, de la gente que asiste a nuestros programas de divulgación y que esta interesada a en la astronomía(ver A punta de Sombrerazos), el proyecto avanzó a paso muy acelerado. En particular gracias a la intervención de Arnoldo Arias, que sin ser empleado de la Universidad, ni ser contratado para ello y por el puro amor al cielo de la noche decidió adueñarse del proyecto y se dedico al observatorio prácticamente todos los días.



Arnoldo lo que quería es que se disponga de un observatorio donde se logre continuar la investigación sobre los temas que tanto le interesan. Y así, el pasado 15 de Febrero, el Observatorio fue oficialmente inaugurado, ocasión en la cuál se le reconoció a Arnoldo su contribución, pero estoy seguro de que lo que mas le gustará será ver estas primeras imágenes que salen del observatorio que construyó.



Como pueden ver las fotografías aun son toscas, pero en cuanto termine la fase de ajustes y afinamiento del control la calidad aumentará considerablemente. En estos próximos meses continuaremos trabajando para ajustar los detalles, y espero estar reportando las imágenes que vayan saliendo.


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domingo, 14 de febrero de 2010

San Valentin

Este 14 de Febrero, Día Internacional de la Comercialización de Cursilerías, De Galaxias y Fósiles les ofrece un especial del día de los enamorados. Pero como es evidente que hemos de respetar la tradición de estudiar lo primero que se nos cruce por enfrente, aprovecharemos la ocasión para presentar algunos hechos referentes a la naturaleza del amor.


Regiones activas del cerebro de una persona que ha estado bajo la influencia del "amor romántico" durante dos años, las zonas indicadas son susceptibles a la acción de la serotonina y la vasopresina. Mientras que los cerebro bajo "amor físico" son dominados por la dopamina.

En primer lugar, hemos de entender cuál es nuestro tema de estudio. Es decir, hemos de dejar claro que es el amor. Para tal fin aclaremos algunos aspectos sobre el funcionamiento del cerebro y la conducta; el cerebro es un sistema electro-químico y nuestra conducta es el resultado del funcionamiento de tal sistema. Desde los recuerdos que tenemos almacenados en forma de circuitos neuronales hasta los niveles de neurotransmisores que afectan la intensidad de la actividad cerebral, nuestra persona es en sí el producto del cerebro, el resultado de la combinación de la actividad eléctrica, estado químico y morfología de la cantidad y estructura de las conexiones neuronales. Y por su puesto que hemos de tomar en cuanta el efecto del medio ambiente en nuestra conducta y sobre todo en el cerebro, ya que los estímulos externos se transforman en actividad cerebral que puede alterar la estructura física y proporción de neurotransmisores.

Así, el amor, o mejor dicho, el "estado de enamoramiento" (definiendo tal como el estado en el cual se afirma amar a alguien de cualquier forma) es el resultado de un estado dado del cerebro. Este estado es una generalización de un conjunto de tres estados que dan una conducta similar. Estos son los estados correspondientes a tres variantes de amor, el maternal, el romántico y el físico.

El amor físico es al que llamaré mas "elemental" en el sentido que es el que es mas fácil de alterar y de "prender" o "apagar". Este se manifiesta como una atracción que suele llegar a alterar la conducta de manera que se trasgredan los cánones sociales. Pero esto no es el tipo de amor que encuentro mas interesante, por razones que luego veremos serán los tipos "maternal" y "romántico".

Como ya quedó claro, el amor es el resultado de un conjunto de parámetros que definen el funcionamiento cerebral, pero entonces, ¿como aparecen estas condiciones? ¿todos los animales los tienen al igual que los humanos? Para responder esto hemos de entender que las partes del cerebro mas asociadas con dicha actividad son de gran relevancia sobre todo me mamíferos, es decir, el amor parece ser una conducta que evolucionó en los mamíferos. Pero ¿que posible utilidad puede tener? ¿que ventaja evolutiva da el amar? Si estudiamos primero el amor "maternal" entendamos que se trata de algo innato a cualquier especie de mamíferos, se le llama "maternal" ya que son las hembras las que siempre lo manifiestan al tener crías, sin importar la especie. Y en algunos casos de especies de seres de gran tamaño y que consumen grandes cantidades de energía, también los machos.


Zonas "desactivadas" en el cerebro de personas bajo "amor maternal" y "amor romántico", lo que se inhibe suelen ser las partes del cerebro relaciones con la moral y la auto-restricción aprendida al vivir en sociedad, es decir, el efecto es favorece al objeto del amor sobre otros miembros de la sociedad.

Como se comentó que las entradas sobre la evolución de las madres y los padres (especiales del día de la madre y del día del padre del 2009) una característica fundamental de los mamíferos es la estructura de familia, de esta manera se consigue dar a las crías una mayor probabilidad de sobrevivir, y en especies como el Homo Sapiens, la participación de los padres da una gran ventaja adicional, sobre todo para criaturas que viven en sociedades y maneja tecnología cada vez mas compleja. Pero ¿como lograr mantener la familia unida y funcional? ¿Como hacer la que las madres mantengan con vida a las crías aún a consta de su propia existencia, de manera que se perpetúen sus genes? ¿Como hacer que los machos adultos sacrifiquen prácticidad y sencillez para alimentar y cuidar a una hembra y su cría? Para eso se requiere de inhibir ciertas partes de la actividad cerebral. Es necesario que no se siga la opción inmediatamente lógica.

Por lo tanto si consigues una combinación de neurotransmisores que permita dicha conducta tendrás tanto hembras que se "obsesiónen" con el bienestar de sus crías y machos dispuestos a cuidar a la cría y hembra durante años. En sí la propénsidad de ciertas partes del cerebro a verse afectado de maneras especiales ante estímulos definidos es una adaptación evolutiva que permitió la formación de familias y preparar crías en tareas complejas.

Bién, ahora ya sabemos que es lo que pasa en el cerebro al amar a alguien, y como pueden ver el análisis racional no esta peleado con el romanticismo. Así, siguiendo las convenciones sociales y de acuerdo al efecto de la vasopresina (entiéndace, con un cerebro tranquilo y calculador alejado del efecto de la dopamina) le dedico esta entrada a Julia. :)

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miércoles, 10 de febrero de 2010

Tips para aficionados: Observando Marte

En estas fechas el planeta Marte se empieza a ver sobre el horizonte Este ya entrada la noche y es una buena oportunidad para verlo por telescopio. Pero para no conformarnos con simplemente ver, hemos de observar el planeta rojo.


Imagen de alta resolución de Marte. Se puede ver el Valle Marineris, Una gran depresión en el terrenos de dicho planeta.

En primer lugar aclaremos que Marte es muy fácil de encontrar, basta con ver hacia la constelación de Cancer, la estrella roja y muy brillante es Marte.

Mapa del relieve topográfico del Valle Marineris. Se muestra la altura en metros del terreno.

Una vez tenemos Marte localizado, y asumiendo que dispongamos de un telescopio tendríamos oportunidad de estudiar algunos aspectos interesantes del planeta. En primer lugar, y como sabe cualquier persona que ha usado un telescopio para ver planetas, no hemos de esperar ver por el ocular una imagen similar a las que se ven por internet. Pero si podemos apreciar algunas de las características mas relevantes de la superficie marciana.

El monte Olimpo, el volcán mas grande del sistema solar se encuentra en Marte, es difícil de observar con telescopios comerciales.

Iniciamos con los casquetes polares. Dentro de las posibilidades de un telescopio comercial, estos son de las estructuras mas difíciles de ver en Marte. Por lo general, se logra ver uno de los dos casquetes utilizando algún filtro que realce el detalle. Algunos observadores experimentados optan por realzar los tonos azules y verdes (la luz blanca de los casquetes tiene un componente de estos tonos mas marcado que la luz roja del suelo marciano). Recuerden que para lograr ver alguna estructura en la superficie de un planeta se requiere mucha paciencia, y aunque se tengan condiciones de observación muy buenas, por lo general uno se ha de esperar unos minutos para que le toque uno de esos muy breves momentos en que la atmósfera se estabiliza para poder ver algo de detalle.


Luego de los casquetes polares y si contamos con una cámara (de preferencia electrónica) podemos tomar imágenes y resaltar el Valle Marineris (que se vería como una leve marquita oscura).


Imagen típica de Marte por un telescopio. Se unieron varias fotografías a color para lograr la animación.

Pero lo mas fácil de ver es la diferencia entre las zonas oscuras y claras del planeta, correspondientes a los hemisferios norte y sur que como se ve en la figura inferior implica variaciones en la altura del terreno.


Mapa topográfico de Marte. Se nota la diferencia entre los hemisferios norte y sur.

En fin, la observación de Marte puede ser un buen pasatiempo nocturno. Recuerden tomarlo con calma y ser muy pacientes. Y si quieren pueden escribir para compartir alguna observación que hayan hecho o imagen que hayan tomado.


viernes, 5 de febrero de 2010

Mecánica evolutiva 2

Muy bien ya quedó establecido y comprendido, en la entrada "Dinámica Evolutiva 1" lo que es una mutación y que esta es la unidad básica de cambio en el código genético. También vimos que es un sucedo que ocurre de manera aleatoria. Así que ahora hablemos sobre el efecto acumulativo de estos cambios.

Como dijimos, las mutaciones suceden de manera aleatoria, pero si las vemos en un periodo suficientemente largo, podremos obtener un estimado de cada cuando ocurren en promedio, o mejor aún, cuanto tiempo se requiere para modificar una cierta cantidad de ADN. Este tiempo es práctico medirlo en "generaciones" en lugar de años ya que cada generación representa una cierta combinación de genes y las mutaciones que acumulen se pasarán a la siguiente. Puesto que cada especie tiene diferente estructura, para cada grupo de seres se tendrán ritmos de mutación diferentes. Por ejemplo para alguna especie de bacterias se suelen requerir 100,000,000 generaciones para cambiar un par de bases (un "eslabón" en la cadena de ADN) , mientras que en los humanos se toman 250,000,000 generaciones.


Una adaptación que fue muy importante, cuando las condiciones en el agua no fueron favorables algunos seres descendientes de peces y dotados con mutaciones que les deformaban las aletas aprovecharon y comenzaron a explorar tierra firme (luego de aprovechar mas mutaciones que modificaron el sistema respiratorio).

Así, cada especie va acumulando modificaciones en su genoma con el paso del tiempo lo que tiende a cambiar la especie. Estos cambios pueden ser tanto en forma ( morfología ) como en la conducta ( ser carnívoros, herbívoros, cazadores, carroñeros, etc ). Pero algo que debemos recordar y que es fundamental para entender la evolución es que el adaptarse a un ambiente no necesariamente implica cambio. Por esto, es posible que los procesos que típicamente se

La noción que se tiene sobre la evolución ha cambiado mucho desde los tiempos de Darwin. Hoy se usa un modelo evolutivo llamado "equilibrio puntual" ideado por S. J. Gould bajo el cual las especies de distinguen no solo por su estructura física sino por la combinación de morfología-conducta que muestran. Pero tanto los procesos de involucrados como los detalles del equilibro puntual serán vistos en otras entradas. Ahorita lo relevante es entender que las organismos pueden ir acumulando cambios poco a poco a lo largo de los milenios y que esta tendencia del ADN a sufrir mutaciones es constante se den o no cambios en las especies.


Otra curiosa adaptación curiosa, ante la presencia de grandes depredadores, algunos dinosaurios con mutaciones que deformaban la columna obtuvieron una mejor protección.

Y algo muy importante, las mutaciones son las que permiten los cambios que afectan la forma en la que interactúan las especies con el ambiente, y no al revés. El ambiente no "muta" a la especies para que cambie. Así que un cambio dado en el ambiente puede o no ser favorecido en el sentido de que si ayuda a sobrevivir es mas probable que en la siguiente generación nazcan seres con esa misma mutación, pero no por el hecho de que se presente un cambio en el ambiente NO implica que mágicamente aparezca una mutación oportuna.

Por ejemplo, imaginemos una especie de animalitos muy parecido a nosotros, solo que se alimentan de los frutos de los arboles. Durante mucho tiempo los frutos se encontraban a su alcance pues los arboles eran bajitos, así que no se requerían cambios para poder alimentarse. Por lo tanto el que alguien nazca con brazos mas largos no implicaba una ventaja, al contrario, un brazo mas largo implica tener que comer mas para alimentar huesos y músculos mas grandes. Pero en eso, los arboles comenzaron a crecer (por mayor abundancia de agua, mutaciones, fertilizante, o el factor que gusten) y después de unos miles de años, los frutos ya se alcanzaban tan fácilmente.


Ancestros del caballo, del tamaño de un gato y con dedos. En su caso el trotar grandes distancias favoreció a los individuos con patas mas largas (obtenidas al crecer el animal entero) y pezuñas en un solo dedo de gran tamaño.

Ahora es cuando se pueden aprovechar las mutaciones. Si sucede, por ejemplo que de nuevo aparecen mutaciones que dan como resultado el tener brazos largos, ahora ya podrían ser de utilidad y el costo adicional que representan se vería justificado por la mayor facilidad a la hora de conseguir frutas de los arboles. Esto daría lugar a un proceso de selección, aquellos seres con brazos mas largos tendrán mayor probabilidad de sobrevivir suficiente tiempo como para pasar sus genes a una nueva generación que al ser parecidos a sus papás tendrán brazos largos. En caso de que la longitud de los brazos no sea suficiente o que los arboles sigan creciendo, se puede continuar con ente proceso, aquellos de los hijos que tengan brazos mas largos que sus hermanos tendrán cierta ventaja. Con el paso de muchas generaciones los brazos largos serán tan comunes que los ancestros de extremidades normales se verían extraños. Así se van generando nuevas especies. Alterando características paulatinamente. Dejando que se de la competencia y pasando algunos genes.

Pero podemos aprovechar nuestro ejemplo de la evolución de las criaturitas de brazos largos. Como mencioné antes, el tener este tipo de brazos es UNA de las posibilidades, y en el juego de la supervivencia casi cualquier cosa se vale. ¿Que tal si otra población de estas criaturas se vio beneficiada por piernas largas, en lugar de brazos? ¿O por un crecimiento de todo el cuerpo? Estas son también soluciones al problema de encontrar comida en arboles mas grandes, he inclusive se pueden ir por soluciones mas radicales, cambiar de fuente de alimento, desarrollar formas de robarle la comida a otros, etc etc. Siempre que a una especie se le presenta un problema se suelen tener diferentes soluciones, y las soluciones de dos poblaciones separadas por lo general son diferentes.


lunes, 1 de febrero de 2010

O vs C

El elemento químico mas abundante en el sistema solar es el hidrógeno, ocupando un 70.6% de la masa, luego le sigue el Helio con 27.5% en figuras aproximadas. Estas proporciones son algo conocido en astronomía, y casi cualquier astrónomo amateur las ha oído mencionar (notar que las típicas 75% de Hidrógeno y un 25% de Helio con una cantidad mínima del resto, es la mezcla asociada a todo el universo, aquí estoy hablando solo del sistema solar). Pero lo que casi no se sabe es cuales son los otros dos elementos mas abundantes, son el Oxigeno y el Carbono.


Concepción artística de un planeta donde se encuentra mas Carbono que Oxigeno. Se asumen condiciones atmosféricas para permitir mares de brea.

Bien, ya que entre el Hidrógeno y el Helio se llevan el 98.1% de la masa del sistema solar, ¿cuanto le toca a los otros dos? Pues son casi 0.6% para el Oxigeno y 0.3% para el Carbono. Esto es poco en comparación con la impresionante cantidad de los dos principales, pero la abundancia del Carbono y el Oxigeno son fundamentales para determinar que tipo de planetas se forman en un sistema solar dado.

En el caso del nuestro, donde el Oxigeno es abundante se han formado compuesto que contienen importantes cantidades de este elemento. Adicionalmente la química del planeta esta regulada por estos compuestos. Pero es la estructura misma del planeta lo que mas se ve afectado. Por ejemplo, la Tierra y los planetas tarraqueos (pequeños y sólidos) del sistema solar (así como asteroides y algunas lunas) están hechos de compuestos de Silicio con Oxigeno lo que constituye la litosfera.

Pero ¿que pasaría que la química del sistema solar estuviera dominada por el Carbono?¿Como serían los planetas?

En primer lugar, la litosfera estaría, obviamente, formada por compuestos basados en Carbono con posibles cuerpos de líquidos similares a la brea (si se dan las condiciones de temperatura) y en las profundidades del planeta se podrían encontrar formas del Carbono tales como diamante. Y muy probablemente la atmósfera estaría dominada por monóxido o bióxido de Carbono, metano, butano y otros gases orgánicos. Lo que queda en duda en como sería la conducta de la magnetósfera y demás sistemas que tiene un planeta.


Otra imagen hipotética de un planeta con mas Carbono que Oxigeno, esta es imaginado mas lejos de su estrella y suficientemente frío como para permitir líquidos en su superficie.

Pero bueno, a fin de cuentas estas y otras preguntas serán respondidas en cuanto las nuevas misiones para buscar planetas obtengan resultados, en particular la misión Kepler. Lo importante a recordar es que sin duda encontraremos planetas que, siguiendo todas las leyes científicas conocidas, serán tan diferentes a cualquier cosa que hayamos imaginado que harían a los planetas imaginarios de la ciencia ficción verse casi iguales a la Tierra.


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