Colorín colorado II

    Bueno, en el anterior post se vió qué son los colores y como los vemos. Para ampliar un poco el tema, he aquí unas curiosidades:

¿Qué es el daltonismo?

     Es la dificultad o imposibilidad de distinguir colores. En la mayoría de los casos tiene su origen en un fallo en el desarrollo de los conos L y M, y es una afección ligada al sexo: los genes que codifican la producción de estos fotopigmentos se encuentran en el cromosoma X, por lo que si estos genes están dañados o simplemente no están, el daltonismo se expresará en hombres con mayor probabilidad que en mujeres, ya que los hombres solo tienen un cromosoma X (XY) y las mujeres tienen dos(XX): si una mujer hereda un cromosoma X normal además del cromosoma X mutado, la mutación no se manifiesta, sin embargo, si un hombre hereda un cromosoma X mutado, no tiene un segundo cromosoma X para anularlo. 

    El daltonismo heredado puede ser congénito (desde nacimiento) o puede aparecer en la infancia o en la edad adulta, además, puede ser estacionario, es decir, que no empeora con el tiempo o degenerativo. También puede aparecer a causa de un daño físico o químico en el ojo, el nervio óptico o partes del cerebro.

    Hay varios tipos de daltonismo hereditario, como se puede ver en el siguiente esquema.

Tipos de altonismo hereditario

Monocromático: La gente que sufre daltonismo monocromático no puede distinguir ningún color. Puede que no tengan conos para distinguir colores (acromatopsia) o solo tengan un tipo de cono (daltonismo total). En cualquier caso, el resultado es el mismo: visión en blanco y negro.



Dicromático: Su origen está en la falta total de un tipo de cono. En el primer grupo, los que sufren protanopia, no tiene conos tipo L, es decir, no pueden detectar los colores que se encuentran en la sección verde-amarillo-rojo del espectro. Pueden aprender a distinguir estos colores por su intensidad o brillo; además también tendrán problemas con los colores violetas, rosas y lavandas por su componente rojo: verán estos colores en escala azul. La deuteranopia es la falta de conos M, y tiene consecuencias similares a la anterior, además de no distinguir algunos verdes. La tritanopia se distingue por la ausencia de conos S, y los que la sufren no pueden detectar la sección azul-amarillo. Esta afección hereditaria no está ligada al sexo.  [Los espectros de absorción de los conos se puede ver en el anterior post, Colorín Colorado}

Tricromático: La visión es tricromática, pero los conos no absorben exactamente donde deberían; las personas que lo sufren ven todos o casi todos los colores. Son los casos más leves, y mucha gente con esta afección ni siquiera es consciente de que es daltónico.  El primer caso, la gente que sufre protonomalía, tiene los conos L ligeramente modificados, de forma que absorben la luz a longitudes de onda un poco más bajas. Tienen problemas para ver algunos rojos, los que responden a longitudes de onda más bajas. La deuteranomalía es una alteración en los conos M: su absorción se desplaza a zonas de ondas rojas, y dificulta o impide la detección de algunos verdes; este es el daltonismo más común de todos. Finalmente, la tritanomalía responde a una alteración en los conos S, cuya curba de absorción se desplaza una vez más hacia longitudes de onda más largas, lo que causa dificultad en distinguir azules.

Carta de Ishihara.

    Para detectar el daltonismo existen las llamadas "Cartas de Ishihara". Estas son una serie de cartas en las cuales hay una composición de circulos de distintos colores y tamaños, que forman números y letras para aquellos con visión normal. Los daltonicos pueden no ver o tener dificultades para ver algunos de las formas. Hay muchas variantes de esta prueba, pero todas tienen el mismo fundamento. Aqui os dejo un link donde hacer el test clásico, y otro más completo que dice el tipo de daltonismo, identificando los puntos fuertes de los colores que vemos. La imagen de la derecha es un ejemplo de las Cartas de Ishihara, y alguien con visión del color normal debe ver un 57. De todas formas, la forma más apropiada de hacer estos test no es en un ordenador (no al menos el de casa) porque los colores pueden variar de unas pantallas a otras. Cuando se hacen estos test en casa solo deben de hacerse de forma orientativa, y en caso de duda, acudir a un oftalmólogo.

   

¿Es verdad que las mujeres vemos más colores que los hombres?  

    Parece ser que algunas mujeres si pueden ver más colores: Los fotopigmentos presentes en los conos L y M se codifican en el cromosoma X. Mientras que las variaciones del gen que codifica el pigmento del cono M, OPN1MW, parecen ser poco comunes y no tienen consecuencias en la detección del color, el gen OPN1LW, que codifica el pigmento presente en los conos L, es altamente polimórfico; esto quiere decir que hay muchas variantes de este gen. Cierto porcentaje de mujeres (algunos autores dicen que muchas otros que pocas) tienen un receptor de color extra (un cono extra), porque tienen diferentes alelos (variantes) del gen que codifica el cono L en cada uno de los cromosomas X. Es decir, hay mujeres que tienen visión tetracromática, ya que tienen un cono extra, cuya curba de asbsorción se situaría entre las curbas de los conos L y M, haciendo que estas mujeres distingan una gama mayor  de colores.

    He intentado buscar un test para detectar la visión tetracromática, pero el problema de las pantallas se multiplica cuando hablamos de colores que la mayoría de gente no puede ver,  y solo puede hacerse en sitios especializados.

¿Qué colores ven los animales?

    Una vez que la ciencia ha explicado que es el color y que hace posible que lo veamos, se han podido utilizar estos conocimientos para saber que colores distinguen los animales estudiando las células fotoreceptoras de sus ojos mediante microespectrofotometría, electrofisiología, análisis del comportamiento y secuenciación de genes. En contra de lo que se creía antes de que se hicieran estos estudios, los animales ven en color, y muchos de ellos ven más colores que los humanos. De hecho, en términos generales los mamíferos somos los que menos variedad de colores vemos, en comparación con los reptiles, las aves, los peces, los insectos.... Por ejemplo...

Mamíferos: los primates (como nosotros) presentan todos visión tricromática y ven más o menos los mismos colores que nosotros. La mayoría del resto de los mamíferos tienen visión dicromática, solo tienen dos tipos de cono, y por lo tanto distinguen menos colores. Por ejemplo, los perros tienen dos conos, y su capacidad de distinguir colores es similar a alguien que sufre de deuteranopia. Los gatos, también dotados de visión dicromática, tienen los conos optimizados para ver los azules y los verde-amarillos, aunque también pueden diferenciar ligeramente los rojos y otros verdes.

www.reptilechannel.com

Reptiles y aves: La mayoría de las especies de aves y reptiles tienen visión tetracromática (algunos incluso pentacromatica), es decir, ven una gama mucho mayor de colores de la que vemos nosotros. El cono "extra" se sitúa casi siempre en la región ultravioleta, así que estos animales pueden distinguir también estas ondas, además del espectro visible. En la imagen de la derecha vemos la comparación de tres tipos de visión: arriba, la visión tricromática de un humano; el espectro del medio nos muestra el ejemplo de un gecko, que tiene visión tricromática. Los reptiles con este tipo de visión, tienden a distinguir peor el rojo, y mejor los UV, ya que como se ve en la imagen los picos de absorción de los tres conos están desplazados hacia longitudes de ondas más cortas. Sin embargo, el caso más habitual se parece más al espectro de abajo, que representa la absorción de los cuatro conos de una tortuga de orejas rojas, visión tetracromática que incluye parte de la franja de UV. 

    La mayoría de las aves, al igual que los reptiles, tienen cuatro tipos de cono. En la imagen inferior vemos la comparación de los conos de un humano (abajo) con los de el estornino europeo (arriba). 

www.glimpsejournal.com

    Además, tanto los reptiles como las aves tienen algo que los diferencia: sus conos son algo más complejos que los nuestros. Tienen lo que se llama "gota de aceite" al lado del pigmento. Esta gota de aceite suele ser a su vez fotosensible, en cada especie a uno p varios colores, y al parecer ayuda a matizar aún más los colores.



Insectos: los hay tanto los que tienen visión tricromática como dicromática. En los dos casos, casi siempre pueden ver parte del ultravioleta; esto tiene mucho que ver con su adaptación a las flores, ya que así pueden ver diferencias importante donde nosotros no las vemos. Además algunos insectos, como las abejas, pueden también distinguir la luz polarizada. Aún así, aunque tienen los receptores necesarios, su sistema nervioso es muy simple y por lo tanto su capacidad de interpretar la información es limitada así que es difícil saber hasta que punto pueden distinguir los colores en la forma en la que nosotros entendemos este concepto.

Peces: al igual que los reptiles y las aves, su vista está increíblemente desarrollada. Hay incluso algunos peces con visión pentacromática y que distinguen además la luz polarizada, algo muy difícil de imaginar con nuestra limitada capacidad de percibir el espectro de la luz. Hay una serie de tres documentales que habla de cómo los peces y otros animales marinos como los pulpos (monocromos) perciben su entorno, muy interesantes: Los colores del mar. Aquí debajo dejo los links para la serie; a mi personalmente  me gustaron mucho los tres. Es  muy interesante ver como por ejemplo las presas han desarrollado poderes visuales diferentes a los de los depredadores para poder enviarse señales (moviendo las escamas por ejemplo) sin que estos se den cuenta.

Colores del mar 1: Ilusión Ojo de pez

Colores del mar 2: El lenguaje colorido

Colores del mar 3: Un toque de fluorescencia

Saludos!!

Colorín colorado

     La percepción que tenemos de nuestro alrededor depende en gran medida de los colores y esto hace que la capacidad de discernirlos nos haya condicionado y nos condicione de muchas formas. Desde lo más cotidiano: el cielo es azul, la hierba es verde... hasta el arte, la ciencia, la moda... los colores definen el mundo en el que vivimos. Tanto es así que los en la mayoría de las culturas los colores tienen significados parecidos: el rojo para la sangre, la pasión y la vitalidad; el azul para la serenidad y el espacio ; el blanco para la pureza... etc. Y si tan importante es el color para nosotros... ¿qué es el color? ¿qué hace posible que veamos los colores?

    La visión es el más especializado y complejo de los sentidos, resultado de la recepción sensorial y la percepción. Es decir, los rayos de luz entran en las pupilas, se registran en las retinas (recepción sensorial) y los fotoreceptores situados en estas envían señales nerviosas al cerebro, donde finalmente interprete esa señal (percepción). Es decir, detectamos la luz, y la interpretamos. 

    Respecto a lo que detectamos...   Los humanos detectamos solo algunas longitudes de onda, las que comprenden lo que llamamos el espectro visible. Así pues, cada longitud de onda es percibida por el cerebro como un color diferente, como vemos en la imagen que aparece debajo.

Espectro visible. www.rinconsolidario.org

¿que hace que los objetos tengan color?

Circulo crómatico. www.artistikool.com

Los objetos, tienen color por la reflexion y absorción de la luz. Cuando la luz incide sobre un objeto, este absorbe algunas longitudes de onda, y refleja otras. Las longitudes de onda que refleje, serán las que lleguen a nuestros ojos y detectemos. Así, cuando un objeto absorbe la luz correspondiente al color verde, nosotros veremos este objeto de color rojo, su color complementario, es decir, el que aparece en frente suyo en el circulo cromático que vemos en la imagen de la derecha.

   A la izquierda tenemos un ejemplo práctico, de un experimento que hicimos durante la carrera: tenemos los espectros de absorción en visible (medimos cuanta luz absorbe la muestra en el espectro visible, desde 350 hasta 700 nm) de tres muestras. La muestra A tiene su máximo de absorción en aproximadamente 430nm, la longitud correspondiente al azul-violeta, y la vemos amarilla, que es su color complementario como vemos en el circulo cromático. La muestra C, que es azul, tiene dos picos, siendo el mayor de ellos con diferencia el que está alrededor de los 620 nm, que corresponden al amarillo, complementario del azul. La muestra B, tiene dos máximos de absorción de intensidad parecida. Uno al rededor de los 620 nm (amarillo), y el otro alrededor de los 420 nm (azul-violeta), y la muestra es de color verde. Si vamos al circulo cromático otra vez, vemos que estos tres colores forman un triangulo entre sí. 

   Estos son los colores sustractivos, entre los cuales los primarios son el azul, el rojo y el amarillo, con estos podemos conseguir todos los demás, mezclandolos entre sí, mediante lo que se denomina síntesis sustractiva, es decir, mezclar colores como hacen los artístas en un cuadro: mezclamos pintura roja y amarilla y tenemos naranja. Sin embargo, cuando mezclamos luces de colores, le llamamos síntesis aditiva, y los colores primarios serían entonces el verde, el azul y el rojo; los colores que se utilizan por ejemplo en los televisores para obtener el resto de los colores, como vemos en la imagen de abajo a la derecha.

Síntesis aditiva. www.wikipedia.org

    Como vemos, los colores no tienen color en sí, sino que es una percepción. Pues bien, ¿como ocurre esta percepción?

     Las ondas que reflejan los objetos llegan a nuestros ojos y se topan con las neuronas fotoreceptivas, los bastones y los conos. Los conos son los responsables de que podamos percibir el color. Como vemos en el esquma inferior, la luz llega a nuestros ojos, los atraviesa e incide en la retina, donde se encuentran estos fotoreceptores, que a su vez están conectados a las células pigmentarias, que sirven (entre otras cosas) para conectar los fotoreceptores al nervio óptico, que llega hasta el cerebro.

Esquma simple de la visión. www.ocularis.es

   

    Cuando la cantidad de luz es pequeña, la vision es escotópica: la recepción de la luz corre a cargo principalmente de los bastones, los cuales son solo sensibles al color azul, por lo tanto, la visión es monocromática, y no podemos distinguir los colores. Cuando hay suficiente luz, como la luz del dia, la visión es fotópica: la luz se detecta principalmente por los conos, de los cuales tenemos tres tipos, unos sensibles al rojo, otros al verde, y otros al azul, y es así, por acción combinada de los tres tipos de cono somos capaces de ver en color. Esto ocurre así porque los conos son mucho menos sensibles a la luz, y necesitan más luminosidad para ser activos. En niveles intermedios de luz, nuestra visión es mesópica: entran en juego tanto los bastones como los conos, de forma que reducen el resplandor que percibimos y mejora nuestra visión en estas condiciones (por ejemplo, de noche en una zona poco iluminada pero con farolas).

     ¿Cómo funcionan los conos? Como he dicho antes, existen tres tipos de conos, y cada uno es sensible a un color, siendo el resultado la visión tricromática del color. Cada tipo de cono tiene un pigmento que lo hace sensible a unas longitudes de onda concretas, y se catalogan según el donde presenten el maximo de absorción en el espectro de la luz: S (short), M (medium) y L (long). Aunque se también les llamamos, rojos azules y verdes, esta es solo una forma más sencilla de nombrarles, porque no corresponden a colores particulares y concretos, como vemos en la imagen.

 

    Existen dos teorias complementarias para explicar la visión del color: la teoría tricromática, y la teoría del proceso oponente. La primera de ellas señala que cada tipo de cono es sensible prefereblemente a un color, mientras que la teoria del proceso oponente dice que el color se interpreta de forma antagonica: rojo vs verde, azul vs amarillo, negro vs blanco. Es decir, al igual que un numero positivo no puede ser un poco negativo, algo verde no puede ser un poco rojo. Ahora se sabe que ambas teorias son ciertas y se complementan. De hecho, la teoría tricromática opera a nivel de los receptores (cada receptor detecta unos colores), y la teoría del proceso oponente al nivel de las células ganglionares de la retina y más allá: estas células no se conectan a los conos S y L a la vez (por ejemplo) y así, no podemos ver algo azul un poco amarillo.

    Finalmente, las células ganglionares, que están conectadas al nervio óptico, envían la señal al cerebro donde se interpreta la señal enviada.

    Bueno, esto podría alargarse hasta el infinito, pero lo voy a dejar aquí. Y en el próximo post... ¿es verdad que las mujeres vemos más colores?, ¿que es el daltonismo?, ¿que colores ven los animales?...

  

 

La Partícula de Dios

    En el anteúltimo post, hablé sobre como funcionan los aceleradores de partículas, y para que sirven. Pues bien, este pasado 4 de julio el CERN comunico  que había detectado, mediante el colisionador de hadrones,  un bosón con características similares a lo que se esperaría del Bosón de Higgs. Rolf Heuer, director del CERN, dice textualmente en el video: "Tenemos un descubrimiento. Hemos observado una nueva partícula que concuerda con un bosón de Higgs" y "Concuerda con un bosón de Higgs como se requiere para el modelo estándar".

 
Pero, ¿que es el bosón de Higgs?

   Las partículas elementales, se dividen en dos tipos: bosones y fermiones. Y se distinguen entre sí por tener los primeros un espín entero (0, 1 o 2) y los otros semientero. Los fermiones, que se dividen de nuevo en dos tipos (quarks y leptones) son los constituyentes básicos de la materia, y interacctúan entre ellos mediante bosones gauge. Los bosones tienen el papel de mediadores de fuerza o partículas portadoras porque se relacionan con los campos eléctromagnético, electrodébil, fuerte y gravitatorio. Así, la descripción cuántica de las reacciones o interacciones fundamentales, se explican con el intercambio de un bosón virtual con un fermión real (como veiamos en el post sobre láseres, una molécula absorbiendo o emitiendo un fotón, por ejemplo).

Modelo estandar. www.fas.org

     A los bosones que toman parte en estas interacciones se les denomina bosones gauge, y se relacionan con las cuatro fuerzas elementales de la naturaleza: la fuerza electromagnética y el fotón, la fuerza electrodébil y los bosones W y Z, la interacción fuerte y los gluones y la fuerza gravitatoria y el gravitón (hipotético). Por lo tanto, el bosón de Higgs es la partícula portadora del campo de Higgs.


    Y... ¿qué es el campo de Higgs?

   En 1964, Higgs (el hombre que se enjuaga las lagrimas en el video) propuso la existencia de una energía que abarcaba todo el universo. A esta energía es a la que llamamos hoy en día el campo de Higgs.  La creación de este campo hipotético respondía a la necesidad de explicar el por qué algunas partículas subatómicas tienen mucha masa (el top quark es la partículas subatómica mas pesada), otras poca (el electrón es la mas ligera) y otras ninguna (como el fotón). Este campo propuesto por Higgs interactúa con las partículas subatómicas y les da su masa: las partículas muy masivas interactuarían fuertemente con este campo, y las que no tienen masa, no interactuan en absoluto. La importancia de su descubrimiento reside en que así se completa el modelo estandar de las partículas elementales.

Interacciones del bosón de Higgs. www.theatlantic.com

    Las propiedades del bosón de Higgs se explican mediante el mecanismo de Higgs. Este mecanismo desvela como los bosones vectoriales pueden adquirir masa invariante (invariante se refiere a que es independiente del observador), utilizando un lenguaje matemático muy complejo en el cual se incluye geometría diferencial, simetría de grupos....etc. Entre otras cosas, mediante el mecanismo en cuestión se sabe que el bosón tiene un espín 0, y que no tiene carga (ni eléctrica ni de color), así, no interacciona ni con los fotones ni con los gluones, pero sí con las partículas masivas como los quarks, los leptones cargados y los bosones W y Z de la interacción débil. También predice las constantes de acoplamiento de estas interacciones, que es mayor cuanto mayor es la masa de partícula con la que interacciona. Además el bosón de Higgs  es su propia antipartícula.

   Bueno, ya se que el post es cortito, pero creo que es lo máximo que puedo explicar sin meterme en teoría cuántica de campos...matemática y física muy complejas ... y prefiero no intentarlo no vaya a ser que meta la pata...

Saludos!!!!!
    

Así se acabó el mundo

    A lo largo de la historia, la vida en la Tierra ha estado a punto de desaparecer varias veces. Han ocurrido 5 extinciones masivas, durante las cuales han desaparecido para siempre grán número de especies. Las causas han sido distintas en cada ocasión: periodos glaciares, impactos de asteroides, inversión del campo magnético de la tierra, o grandes explosiones volcánicas, y combinaciones de estos fenómenos. Algunos biólogos creen que estamos a las puertas de otra extinción masiva, en esta ocasión, por nuestra culpa. Desde el mamut, el dodo, y la megafauna australiana que cazaron nuestros ancestros hasta su extinción, hasta las especies que desaparecen ahora cada año por cambios medioambientales introducidos por el ser humano.

    Pero si hubo un momento en el que la vida en la Tierra estuvo a punto de desaparecer, fue durante la extinción masiva ocurrida en el pérmico superior; en este periodo desaparecieron alrededor del 90% de todas las especies. Ocurrió hace 250 millones de años, y la causa más probable fue el vulcanismo extremo.

   En el pérmico superior, todavia faltaban millones de años para que los dinosaurios dominaran la tierra. Toda la superficie terrestre se concentraba en un solo continenete llamado Pangea, que estaba poblado por reptiles semejantes a mamíferos. Así, todos las especies vivían en todas partes, y la vida era sencilla.

Pangea. www.scotese.com

    Todo comenzó en Siberia. A cien kilometros de la corteza terrestre, la presión volcánica empezó a sobrepasar el límite. Probablemente, los animales que vivían en esa zona ya comenzaron a notar que algo raro pasaba. Desde el interior de la Tierra, miles de litros de roca de basalto fundida empezaron a salir, y se abrió una grieta  de más de 30Km de largo, la tierra prácticamente se abrió en dos, y cientos de animales murieron incinerados de forma instantánea. 

    Un año después, la lava siguió fluyendo. A esto se lo conoce como El Suceso de las Trampas Siberianas, durante el cual se emitieron a través de la corteza unos 1,5 millones de km³ de lava, y duró miles de años.  Con los continentes unidos, la reacción en cadena no pudo detenerse, y comenzó un exodo desde Siberia. 

   

    Unos 10 años después de que todo comenzara, los gases volcánicos comenzaron a acumularse en la atmósfera, provocando un cambio climático. CO2 y SO2 se emitían de forma constante de las grietas de la tierra. Mientras que el dióxido de carbono actuaba como bloqueador de la luz del Sol, el dióxido de azufre atrapaba el calor, de forma que el clima sufrió varios cambios, pasando de un enfriamiento global a un calentamiento global extremo. Además, según la concentración de estos gases aumentaba, los niveles de oxígeno descendían, y los animales comenzaron a morir por asfixia a lo largo de todo el planeta. 

    

    Los animales más pequeños como el Thrinaxodon, sobrevivieron mejor a este desastre. En concreto este pequeño reptil, predecesor de los mamíferos, tenía además la facultad de poder masticar y respirar a la vez gracias a su tabique óseo, lo que resultó les resultó muy ventajoso. Si no hubiese sido por este pequeño detalle, es posible que ahora no estubiesemos aqui. En estas condiciones extremas de calor, tener sangre fría también era una ventaja, ya que los animales que tienen sangre fría necesitan comer menos, y soportan mejor las altas temperaturas. Gracias a esto sobrevivió el Proteosucus, predecesor de los dinosaurios.

Trhynaxodon. National Geographic.

 Se calcula que unas tres décadas después de que comenzara el desastre, la cosa empezó a empeorar. El basalto se endurecía en ciertas zonas impidiendo que la vegetación volviera a crecer... además, el dióxido de azufre reaccionaría con el vapor de agua de la atmósfera, creando ácido sulfúrico, dando así comienzo a las lluvias ácidas. Posiblemente la vegetación desapareció por completo en varias zonas por las lluvias, y desde luego para los animales que no encontraran refugio debió de ser un auténtico suplicio (otra vez los animales pequeños se ven aventajados).

    Pero la cosa no ababó ahí, ni mucho menos. Las trampas siberianas están situadas encima de placas de carbono que tienen atrapado miles de litros de metano, que empiezó a liberarse. Este es un gas de efecto invernadero 25 veces más potente que el dióxido de carbono, así que el calentamiento global se aceleró de forma exponencial. Normalmente, las plantas ayudan a neutralizar estos efectos regulando el nivel de los gases que los causan... pero la vegetación se estaba viendo diezmada y el efecto invernadero se descontroló. La temperatura media en la Tierra subió varios grados más haciendo que los árboles y plantas murieran en masa; al ser la base de la cadena alimentaria, el hambre se extendería con rapidez...

    En los océanos, donde vivía el 70% de las especies, tampoco se libraron. En el monzón estival, las inundaciones llevarían al mar millones de toneladas de tierra y desechos, convirtiendo el mar en un pozo séptico. Además, al hacer tanto calor en todas partes, las corrientes de aire y las corrientes oceánicas se detubieron; cuando esto sucede, se pierde oxígeno, ya que el agua caliente retiene menos oxígeno que la fría... con todo esto, los animales marinos morirían por millones. El lecho marino se llenó de cadaveres y la acción bacteriana hizo que se liberara ácido sulfhídrico a la atmósfera... un gas altamente venenoso. 

Extinción masiva. www.sciencephoto.com

   Así pues, entre el bajo nivel de oxígeno, rios de lava, gases venenosos, un calor insoportable, falta de vegetación... la vida tuvo que ser insoportable durante milenios. Finalmente, solo sobrevivirían los más fuertes, los que pudieran sobrevivir más tiempo sin comer ni beber, soportaran mejor el calor, y tubieran un sentido de la supervivencia agudizado... y todo esto para vivir en un inmenso paisaje rocoso. Este circulo vicioso de muerte duró milenios. Finalmente, unos 500.000 años después del inicio del desastre, las trampas siberianas ya se habian detenido, el 90% de la vida en la Tierra había desaparecido, y el entorno empezó a mejorar poco a poco.

   Sabiendo que esto ocurrió, y que podría volver a ocurrir, la pregunta es inevitable... ¿seríamos capaces nosotros, como especie, de sobrevivir a una catástrofe así?

   Otro día, plantearé como ocurrieron otras extinciones masivas, como la de los dinosaurios y otras hipotéticas, como un desastre nuclear. 

Saludos!!!!!!!

 

Qué es y cómo funciona un acelerador de partículas

  A pesar de que el término acelerador de partículas nos haga pensar en física avanzada y grandes centro de investigación,  en realidad el funcionamiento de estos cacharros se basa en un concepto muy simple. De hecho, las televisiones antiguas (cuando digo antiguas quiero decir esas que eran como cubos), funcionaban con aceleradores de partículas de muy poca energía. 

   El funcionamiento de estos aparatos se basa en acelerar partículas cargadas e impactarlas contra algún objeto, todo esto valiendose de campos electromagnéticos. En este post, explicaré el funcionamiento de los dos tipos de acelerador más sencillos, para así acercarnos un poco a este tipo de tecnología.

    

    La clase más sencilla de acelerador de partículas son los del tipo de tubo de rayos catódicos   o CRT (Cathode Ray Tube), que son los que encontraríamos por ejemplo en las televisiones. En primer lugar, tenemos una fuente de electrónes que se consiguen gracias al efecto termoiónico: los electrones del metal, a una temperatura elevada, se agitan tanto que son capaces de escapar de él. Así que el emisor de electrones suele ser un metal que está conectado a corriente eléctrica y se calienta. También se pueden acelerar otras partículas que no sean electrones, pero estos son los más fáciles de obtener.

    

Foto del SLAC.  www.slac.stanford.edu

    Estos electrones libres, se "sueltan" dentro de un tubo. Este tubo tiene en sus extremos un par de electrodos, uno positivo y otro negativo, y en su interior se ha creado vacío. Así, los electrones se repelen por el electrodo cercano a ellos y se atraen por el opuesto, de modo que empiezan a moverse hacia el electrodo positivo, cada vez más rápido. Cuanto mayor sea el voltaje entre los dos electrodos, y más larga la distancia entre ellos, más se acelerarán los electrones. Este simple sistema es el que se utiliza en lo televisores tradicionales, donde los electrones acelerados son dirigidos hacia la pantalla mediante imanes. También se utilizan para generar rayos X mediante el efecto fotoeléctrico (los electrones, chocando contra un metal, liberan la energía que les sobra emitiendo ondas em, en este caso rayos X). El acelerador más grande del mundo de este tipo es el SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) de la Universidad de Stanford (California), que tiene más de 3 Km de largo.

    Sin embargo, en los aceleradores que interesan a los  físicos para observar fenómenos relacionados con partículas subatómicas se necesitan cantidades más grandes de energía, que no se pueden conseguir con los aceleradores lineales, entre otras cosas porque no podemos construir un acelerador lo suficientemente largo. La solución, es un acelerador circular, es decir, un ciclotrón. Estos aceleradores combinan campos eléctricos y magnéticos, consiguiendo así mayores aceleraciones.

Ciclotrón. UPV-EHU webpage

   Este aparato está formado por dos placas semicirculares (como dos "D"s), que están puestas de forma perpendicular a un campo magnético. Estas dos placas estan separadas por una pequeña distancia, en la cual se crea diferencia de potencial; este potencial está cambiando continuamente de polaridad. En el centro de las dos "D"s hay una fuente de iones; estos, al entrar en ciclotrón,  empiezan a girar por su interacción con un campo magnético perpendicular a la dirección en la que se mueven. Al cumplir cada media circunferencia, llegan al espacio entre "D"s en el que hay diferencia de potencial y así se vuelven a acelerar, entrando en la siguiente "D" con un radio mayor, ya que el radio de con el que gira una partícula cargada en un campo magnético (perpendicular a su dirección), es proporcional a la diferencia de potencial que la acelera.

   Con estos aceleradores ya se consigue energía suficiente como para producir radioisótopos de uso médico, y se pueden también utilizar en análisis químico (espectrometría de masas por ejemplo). Para conseguir todavía más energía y acelerar protones, necesitariamos un sincrotrón. El fundamento de estos aparatos es el mismo que el de los ciclotrones, pero para conseguir más energía, utilizan campos magnéticos y eléctricos mas potentes. Esto se traduce en cambiar los dipolos eléctricos y magnéticos a configuraciones más complejas de cuadrupolos, sextupolos, octupolos... Es decir, se utilizan materiales superconductores, sistemas complejos de vacío...etc.

Acelerador del CERN. CERN webpage

   El mayor acelerador del mundo se encuentra en Suiza, y pertenece al instituto CERN, el mayor y más sofisticado laboratorio de física de partículas del mundo, en el cual colaboran unos 50 paises, un buen ejemplo de colaboración científica mundial. Con este juguetito (situado a 100m bajo tierra), se pretende dar solución a enigmas tales como la exitencia del  bosón de Higgs (esto lo dejo para otro día) o las teorías de tecnicolor, y nos ayudaría a entender mejor el origen y composición del universo.

   

   Desde luego se puede decir muchísimo más sobre este tema (mucho de ello fuera del  alcanzce de mis conocimientos), pero espero que esto haya servido para entender y acercarnos un poco a este tipo de tecnología.

Saludos!!!!

    

Ozono malvado en Catalunya

    Esta misma semana, Protección Civil ha alertado a la población por exceso de ozono en varias comarcas catalanas, donde desde el lunes se viene superando la concentración máxima de este contaminante, y advierte a la población de que sean prudentes con las actividades al aire libre. Puede resultar extraño hablar del ozono como "contaminante", pero la realidad es que es peligroso para el medio ambiente y la salud, cuando no se encuentra en el sitio adecuado. Es decir...

   La atmósfera  de la tierra no es homogenea, cambia con la altura, latitud, época del año, la actividad solar...Aunque en principio la concentración de los gases, la presión y la temperatura deberían cambiar de forma uniforme con la altura, no ocurre así. Estos cambios en el perfil de la atmósfera, hace que se divida en capas. En la imagen están reflejadas las

Capas de la atmósfera. NASA webpage.

primeras capas: la primera es la troposfera, es el aire que respiramos y donde ocurren los fenómenos meteorológicos; esta capa llega hasta los 14Km y en ella la temperatura disminuye de forma lineal al aumentar la altura. Aqui ocurre una inversión de temperatura, y nos topamos con la tropopausa, la capa que divide la troposfera de la estratosfera. La estratosfera se extiende desde los 15Km hasta los 50Km de altura, y es donde se encuentra la capa de ozono. En esta región, la temperatura aumenta con la altitud (por eso lo de la inversión de temperatura que he comentado antes), precisamente porque el ozono absorbe la radiación electromagnetica ultravioleta proveniente del Sol, calentandose. Esto ocurre a través del ciclo de Champan, un balance de creación y destrucción del ozono en el cual es necesaria la absorción UV:

Ciclo de Chapman. http://oceanworld.tamu.edu

Creación:O₂ + UV –> 2 O                   
               2 O + 2 O₂+ M –> 2 O₃+ M

Destrucción: O₃ + luz solar –> O₂ + O                     O + O + M –> O₂+ M

                     O + O₃ –> 2 O₂

_{M: otra molécula, que absorberá la energía sobrante de la reacción, calentandose, o excitandose para dar lugar a otra reacción ajena a este proceso.}

    Así es, mediante este equilibrio tan frágil, cómo nos protege el ozono de la radiación ultravioleta, altamente perjudicial para la vida terrestre. Además, también ayuda a la transmisión de calor entre las capas.

    Sin embargo, en la estratosfera sólo se encuentra el 80% del ozono total de la atmósfera. Otro 10% del ozono restante se encuentra en la troposfera, donde está el aire que respiramos. El ozono que se encuentra aqui tiene su origen en las plantas y la tierra, además de una parte que desciende de la estratosfera. Pero aunque se encuentra de forma natural en pequeñas concentraciones, cuando la cantidad del ozono aumenta en el ambiente puede ser altamente perjudicial para la salud, principalmente porque es un compuesto altamente oxidante; entre otras cosas degrada las membranas del los pulmones al ser respirado, también provoca daños en otros tipos de membrana y problemas  derivados de la oxidación celular. Por lo tanto, cuando la concentración excede de cierto límite, las autoridades advierten a la población, ya que sobre todo para personas con problemas respiratorios puede ser peligroso.

    Pero, ¿de donde viene este exceso de ozono? este se forma en la troposfera por la reacción de la luz ultravioleta que no ha sido absorbida, el nitrógeno y los óxidos de hidrocarburo. El nitógeno se encuentra de forma natural en el aire, pero los óxidos de hidrocarburo (los cuales a su vez son contaminantes y prejudiciales para la salud) provienen de los coches, vapores de gasolina, combustibles fósiles y otras industrias. El ozono también se forma en fotocopiadoras (porque utilizan luz UV) y otras maquinas; de hecho, en salas con muchas fotocopiadoras se puede notar la presencia del ozono por su característico olor metálico.

    La concentración de ozono suele alcanzar su punto máximo en los días calurosos de verano y al final del día, cuando el Sol ha tenido tiempo suficiente para reaccionar con los gases emitidos. Al llegar la noche, la intensidad de la luz disminuye y la producción de ozono decae.

    Así pues, en zonas con mucha industria y en grandes ciudades, suelen darse este tipo de alertas sobre todo cuando llega el verano. Esta vez le ha tocado a Catalunya, pero lamentablemente es un problema bastante común y estas alertas aunque no tienen mucha repercusión el los medios están a la orden del día. De hecho en las grandes ciudades americanas como Lima (Perú) o Los Angeles (EEUU) las altas concentraciones de ozono  plantean ya serios problemas, llegando al punto de que, por su carácter oxidante, está causando daños incluso en las cubiertas de coches (por desgaste) y otros materiales.


   Como conclusión, voy a decir que una alerta de ozono troposférico indica que el aire que respiramos es de mala calidad... antes incluso de que aparezca el ozono...

    Espero que os haya parecido interesante,

Saludos!!!!

Halos y coronas del Sol y la Luna

   La sabiduría popular nos dice que podemos pronosticar el tiempo, por la aparición de estos fenómenos tan bonitos que a veces adornan el cielo... pues parte de razón tiene...

Halo. http://www.microplagio.com

    En primer lugar, aunque sean parecidos no son iguales: Los halos, como se ve en la foto, son bandas o anillos al rededor de la Luna o el Sol, que suelen tener cierta coloración rosácea en la parte interior, y violácea en el exterior. Estos cercos tienen su origen en la refracción y reflexión de la luz en los cristales de hielo de la atmósfera. Los cristales se hallan en los cirros, a gran altura. El hielo cristaliza de forma hexagonal, creando prismas de seis lados con secciones hexagonales y caras rectangulares iguales. Por lo tanto, los rayos del Sol al atravesar los cristales se desvían según los ángulos 22 y 46 grados, y los halos que se forman tienen siempre uno u otro radio; si el radio es de 22º, se llama halo menor, y si es de 46º, halo mayor. A veces incluso pueden aparecer ambos elementos. 

    Como he dicho, para que veamos un halo ha de haber nubosidad a gran altura, en las capas altas de la troposfera. Aún así, la cantidad de nubosidad necesaria para que se de este fenómeno es muy variada. Aunque los cirros no son nubes de lluvia, su aparición indica la existencia de corrientes de aire en la troposfera, sobre todo si vemos que se concentran con rapidez, y esto podría indicar el paso de un frente de lluvia.

Las coronas, a diferencia de los halos, no son anillos de luz, si no más bien discos luminosos de diámetro bastante más pequeño que un halo menor. A veces en su parte externa puede tener un borde de color morado pardusco, como en la foto, y condiciones de poca visibilidad, puede resultar dificil distinguirlo de un halo. También pueden presentar otros colores, sobre todo las coronas solares (recordemos no mirar directamente al Sol, mejor asomarse por la esquina de un edificio o algo que nos proteja la vista). Además, los planetas (por ejeplo Venus) y estrellas brillantes (Sirio) también pueden aparecer con corona.

Corona. http://www.cloudynights.com

    Las coronas aparecen debido a la difracción que sufre la luz en las gotas de agua presentes en estratos a media altura. las gotas de agua actúan como obstaculo para la propagación de la luz de la Luna, el Sol, planetas o estrellas. Como en el caso del agua se trata de partículas pequeñas, también observamos colores. 
    La aparición de coronas es más probable con altostratos (capas de nubes finas formadas por gotas de agua y cristales de hielo) y altocúmulos (son las que parecen nubes de algodón y están formadas casi únicamente por gotas de agua). Este tipo de nubes se asocian a bajas presiones (mal tiempo) Una corona puede indicar un cambio rápido en el tiempo, ya que su aparición nos habla de un aire saturado de humedad en capas bajas de la atmósfera. Si hay un frente cálido a la altura idónea, hay que esperar precipitaciones a corto plazo.  

    Total, aunque con estos efectos tan lucidos no podamos hacer pronósticos seguros solo por su presencia, proporcionan bastante información sobre las condiciones atmosféricas del momento; así que la sabiduría popular no anda desencaminada, como suele pasar muchas veces.


     Ahora mismo desde mi casa no se ve la Luna, así que dejo los pronósticos pa otro día. :P 


Saludos!!!!!!!!!!!!!

El ocio de los sanos; Santiago Egido.

    El ocio de los sanos es el título de una novela corta ganadora de  un premio UPC en 2004. La novela se desarrolla en un futuro donde la terapia génica ha evolucionado lo suficiente como para que las "drogas" de la época sean virus modificados geneticamente. Los virus se toman en forma de pastilla, y se distribuyen por todo el cuerpo; una vez localizada la célula a infectar, el virus inyecta dentro su ADN y modifica el metabolismo de la célula, como un virus normal y corriente de los de hoy en día, pero con unos efectos mucho más interesantes. El tipo de virus de diseño que nos econtramos son, por ejemplo, Pechonastrón, que hace que las celulas de los pechos se hinchen de agua, aumentando su tamaño o Herodes, un virus anticonceptivo... además de otros que cambian el color de la piel, los labios...etc. Por supuesto, para dejar de sentir los efectos, también se venden antivirus.

Virus. Fotógrafo: Sebastian Kaulitzki;
Agencia: Dreamstime.com

    El paralelismo con  la piratería y los virus informáticos es total. Para empezar, a los que diseñan estos virus fuera del marco legal los llaman hackers, y en un momento de la historia el autor compara directamente las tostadoras de cd-s con los sintetizadores de ADN; instrumento que utilizan para reproducir los virus.

   La verdad es que la historia me resultó original y con muy buenas descripciones de los procesos, los virus etc. Cuando la leí me pareció ficción absoluta y no imaginaba que un par años más tarde estudiaría en clase de biología molecular un método para tratar enfermedades bien parecido. 

    El principio es una forma de apagar genes. Moléculas de RNA (son aquellas de las que se vale el ADN para transferir la información para la síntesis de proteínas) son utilizadas para inhibir la expresión de ciertos genes; a este tipo de RNA se le denomina RNA de interferencia. Hoy en día ya se tiene una buena idea de como se desarrolla el proceso de inhibición de genes, y las investigaciones de terapia génica que incluyen pruebas con RNA de interferencia son numerosas. Ya es posible sintetizar en un tubo de ensayo los RNAs pequeños analogos a los que se producen de forma natural e introducirlos en células blanco, pero el objetivo es diseñar una estrategia eficiente para generar los RNAi dentro de la célula, construyendo genes que codifiquen los RNAi que bloquean el gen dañino que se quiere apagar. Así pues, las investigaciones se dirigen a conseguir virus modificados geneticamente para que produzcan estos RNA de interferencia dentro de la célula.     

    Es decir, que en un futuro próximo, es posible que nos inoculen virus modificados geneticamente, y estos inyecten dentro su ADN y modifique el metabolismo de nuestras células para cambiar su funcionamiento... aunque de momento parece que los que se dedican a este tema se están centrando más en terapias eficientes de enfermedades que en investigar sobre aumentos de pechos y demás.

   Igual a los biólogos, genetistas, bioquímicos... esto no les sorprende en absoluto, pero a mi me pareció ciencia ficción imposible cuando lo leí en la novela, y me quede alucinada cuando me enteré de que estas cosas se hacen ya (cosas más o menos parecidas)... Tengo que decir que aunque el premio se lo dieron en 2004, no se cuando se escribió ni si el autor tenía conocimiento del tema (el RNA de interferencia se descubrió en 2002).

   Seguramente seguiré haciendo comparaciones entre novelas-comics-películas de ciencia ficción y realidad, que es un tema que siempre sorprende y a mi personalmente me encanta. :)

Saludos!!!

Qué es y cómo funciona un láser

   Hace apenas 40 años que se consiguió poner en marcha el primer láser. Desde aquella primera toma de contacto hasta hoy, la tecnología láser ha evolucionado lo suficiente como para que forme parte de nuestras vidas sin que apenas nos demos cuenta. Desde los punteros que tanto nos divierten y que vuelven locos a los gatos, hasta las puertas de los supermercados que detectan nuestra presencia y hacen abrir las puertas mágicamente, pasando por cirugía, medición sin contacto, técnicas de defensa y un largo etc. 

   Pero... ¿qué es un láser?. Láser es el acrónimo en inglés de Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, es decir, amplificación de luz mediante emisión estimulada de radiación. Básicamente, aprobechamos la capacidad de algunos átomos de emitir radiación cuando los estimulamos, y luego amplificamos esta emisión.  Además, esta radiación que conseguimos tiene unas características (explicadas más adelante en este mismo post) que la hace realmente única.

Sí, lo he hecho yo en paint

    Para poder describir el fenómeno láser, tenemos que empezar entendiendo uno de los principios de la mecánica cuántica: todas las moléculas de una muestra no están en el mismo nivel energético, como vemos en la imagen: siendo las bolitas moléculas y E1 y E2 estados energéticos distintos. Así, las moléculas pueden sufrir distintos procesos de absorción y emisión de energía y pasar de un estado energético a otro. Explicaré los tres más básicos para poder entender como funciona un láser:

Absorción: cuando una molécula que está en un estado de energía E1 absorbe un fotón, esta asimila la energía del susodicho fotón, sube a un nivel de energía superior; decimos entonces que la molécula esta excitada. Para que esto ocurra, la energia del foton debe ser igual a la diferencia energética entre los dos estados entre los que se mueve la molécula: E(foton)= E2-E1. Así, tendríamos tres moléculas (bolitas) en el estado E2 y dos en el E1.

Absorción de un fotón.

Emisión espontánea (fluorescencia): es el fenómeno contrario a la absorción; una molécula excitada, desprende su energía en forma de fotón, y vuelve a su estado inicial. el fotón emitido tendra la energía sobrante, es decir, igual que en el caso anterior E(foton)= E2-E1.

Emisión de un fotón.

Emisión estimulada: es la suma de los dos fenómenos anteriores; una molécula absorbe la energía de un fotón , se excita (esto también se puede conseguir por otra vía, por ejemplo mediante una reacción química), y se relaja emitiendo un fotón. Como es natural, estos dos pasos deben cumplir la misma condición respecto a la energía del fotón. Como vemos en la imagen, así conseguimos el efecto de amplificación que hace que este fenómeno sea útil en un láser, ya que todos los fotones emitidos tienen la misma fase, está es la característca más importante de la emisión estimulada.

Emisión estimulada.

 Pero... ¿la suma de estos dos procesos no es acaso cero? Efectivamente, y mantener en un sistema así la suficiente población de moléculas en un estado excitado es complicado, por eso este sistema en los que solo están implicados dos niveles energéticos no es el más adecuado. 

Sistema de tres niveles energéticos.

En un sistema útil de 3 niveles las moléculas absorberían un fotón y pasaría al nivel excitado E3. Después, se relajarían eliminando parte de su energía sobrante (mediante un proceso que no implique emisión fotónica, para que no interfiera con la señal láser) pasando así al nivel energético intermedio E2. Ahora sí, las moléculas se relajarían emitiendo fotones. Los fotones emitidos tendrán serán obviamente menos energéticos que que aquellos con los que hemos excitado la muestra, su energía será igual a E2-E1.


   Así es (en esencia) como se consigue radiación láser. Debajo tenemos el esquema (muy simplificado) de cómo es la estructura de un láser. Básicamente, el medio activo será un gas, líquido, o sólido capaz de crear radicación, que estará en la "caja" que se ve en la imagen. Por fuera de este, tendremos en primer lugar una fuente de excitación, que bien podría ser radición em, descarga eléctrica, o un reactivo químico, como he dicho antes. Para que la amplificación de la señal sea efectiva, fuera del resonador (la "caja" en la que se encuentra el medio activo) tenemos dos espejos: uno de ellos será un espejo perfecto que refleje el 100% de la radiación que le llega (espejo 1), y otro que deje escapar parte de la radiación, es decir, que refleje por ejemplo el 90% (espejo 2); así, los fotones que se emitan en una dirección perpendicular a los espejos, chocaran con estos, se reflejarán, volviendo al medio activo, y repitiendo el proceso de emisión estimulada. Así, la densidad de fotones perpendiculares a los espejos va aumentando. El haz láser finalmente saldrá gracias a el 10% de transmitancia del espejo 2.

Esquema de un láser.

La radiación así conseguida tiene unas propiedades que la hacen única:



1. Monocromaticidad: todos los fotones así conseguidos tienen una misma longitud de onda o frecuencia, que es dependiente de los diferencia energética de los estados implicados en el proceso. Esta característica hace de la luz láser una herramienta muy útil en espectroscopía.

2. Coherencia: todos los fotones tienen la misma dirección y fase. Esto está relacionado con la monocromaticidad, ya que si el haz tubiera ancho de banda (fotones con distinta frecuencia), las ondas que lo forman acabarían desfasandose unas de otras.

3. Direccionalidad: el haz emergente se desplaza el línea recta en la dirección longitudinal de la cavidad resonante; esto ocurre porque los fotones tienen todos la misma frecuencia y fase. consiguiendo así una desviación de pocos centímetros a kilometros del origen del haz. 


4. Intensidad: se refiere a la potencia emitida respecto a superficie emisora, que en los láseres es enorme; la elevada intensidad de la radiación láser se debe en gran medida a su direccionalidad.


   Bueno, creo que de momento he acabado con este tema, pero es posible que otro día profundice un poco más añadiendo ecuaciones, y ejemplos reales. Probablemente llamaré al post,  Qué es y como funciona y láser II: La venganza. ;)

Saludos!!