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La Biografía de la Vida 28. El Ordovícico

En las últimas entradas nos habíamos desviado del relato biográfico que estamos intentado hacer. Desde aquella entrada en que compartimos mesa y mantel con la biota del Cámbrico, impresionados por su repentina exuberancia, solamente nos hemos dedicado a estudiar sus avances en habilidades y morfologías. En la última entrada de esta serie sobre la Biografía de la Vida acabamos el recorrido de ese pequeño monográfico con un gran protagonista: el ojo.

Hoy seguimos con el relato retomando su orden cronológico. Vamos a adentrarnos en un nuevo periodo: el Ordovícico. Aunque antes permitidme que tenga una licencia con vosotros, sufridos lectores, ya que comenzaré con una breve historia imaginada que espero nos sirva de enlace y recuerdo de aquel momento cámbrico que se perdió hace ya diez entradas.

Un novelesco adiós al Cámbrico

El día iba declinando tranquilo. La tarde, templada y agradable. Costaba respirar un poco, ya que el nivel de oxígeno era un 30% inferior al actual, pero la atmósfera era clara. Las últimas nubes desaparecían detrás de las nuevas montañas, sinfonía de ocres y grises. Áridas y desnudas, rocosas y polvorientas, arañadas por las escorrentías del agua de las lluvias pasadas. Los torrentes saltaban rápidos y las corrientes sólo se frenaban una vez llegadas a las llanuras sedimentarias. Aquel día no soplaba el viento que lija las tierras desnudas y arremolina el polvo. Se podía oír el crepitar lejano de un volcán. Nada se movía, a excepción del agua del río próximo, remansado de vez en cuando como queriendo competir con las charcas de la lluvia. Su verde fondo daba una alegría a las tonalidades ocres y grises del paisaje. Salpicando los bordes de las charcas, unas manchas marrones, limosas y aterciopeladas, formaban unos tapetes húmedos, colonias bacterianas de las que se alimenta algún lobopodio solitario bajo el agua.

La vista se dirige ahora hacia una playa cercana en donde las olas rompían mansamente, como correspondía a la calma tras la tempestad de primeras horas de la tarde, removiendo las arenas entre las que se veían infinidad de restos de conchas, o así lo parecían. A pesar de los arrastres del río cercano, las aguas permanecían tan claras que nos pareció ver un enjambre que se movía rápidamente, reflejos diminutos y brillantes que contrastaban con la quietud de tierra firme. La atención se desvía hacia estos destellos. El enjambre se acercó curioso: se trataba de un pequeño banco de Haikouitchtys (1) que estaba dando cuenta de algún resto orgánico que las olas habían aproximado a la orilla.

Panteón zoológico del Cámbrico (ilusión artística tras recorta y pega del autor, imágenes de Wikimedia) Podemos curiosear la numeración en el texto que acompaña.

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Computación Cuántica III – Las puertas lógicas de un qubit

En la entrada anterior vimos lo que era un qubit, y que su estado general se podía escribir como a|0>+b|1>; ahora vamos a ver las primeras puertas lógicas que usaremos en los circuitos cuánticos, las que solo tienen un qubit de entrada (y uno de salida). Pero primero vamos a repasar las puertas lógicas clásicas de un bit, aunque J ya nos habló de ellas. Solamente hay cuatro puertas lógicas de un bit, y tres de ellas apenas pueden ganarse el nombre de puerta:

  1. La puerta NO – si a la entrada ponemos un 0, a la salida nos da un 1; si a la entrada ponemos un 1, a la salida nos da un 0.
  2. La puerta  – si a la entrada ponemos un 0, a la salida nos da un 0; si a la entrada ponemos un 1, a la salida nos da un 1.
  3. La puerta UNO – si a la entrada ponemos un 0, a la salida nos da un 1; si a la entrada ponemos un 1, a la salida nos da un 1.
  4. La puerta CERO – si a la entrada ponemos un 0, a la salida nos da un 0; si a la entrada ponemos un 1, a la salida nos da un 0.

Y ya está; no hay más posibles puertas que tengan un bit a la entrada y un bit a la salida. Y como se puede ver, las tres últimas no hacen nada interesante; sólo la puerta NO es una puerta útil. Sin embargo, en computación cuántica no hay cuatro posibles puertas de un bit… hay infinitas. Y hay unas cuantas que son útiles, no solamente una. Sigue leyendo ›

La Biografía de la Vida 27. Evolución del ojo

Con esta entrada vamos a finalizar un breve conjunto de tres en las que hemos desarrollado un tema específico: la evolución de los principales sistemas, órganos y aparatos que utilizan los seres del Reino Animalia para su supervivencia. Puedes repasarlos si no los has leído aquí y aquí.

Continuaremos hoy la serie “la Biografía de la Vida” despiezando un trascendental órgano cuya evolución ha suscitado mucha curiosidad y ha generado infinidad de palabras: el ojo. Antes de seguir leyendo te puede resultar interesante el repasar los estudios teóricos de los biólogos suecos D. E. Nilsson y S. Pelger sobre la evolución de un ojo que ya explicamos en la entrada sobre “La posibilidad real del cambio”.

Recuerdo que en esta entrada no estoy siguiendo el orden cronológico estricto de los acontecimientos, como exigiría una biografía, sino que voy a centrarme en la evolución de este aspecto concreto, la evolución del órgano visual, independientemente de en qué periodo temporal se produjeron los hechos.

Evolución del ojo

Desde nuestra perspectiva de Homo sapiens es fácil imaginar que la capacidad de reaccionar frente a estímulos luminosos ha tenido que ser, obligatoriamente, una habilidad favorecida por la selección natural. Tanto es así que se cree que el ojo o un mecanismo similar se inventó en la naturaleza unas sesenta veces, todas ellas de forma independiente. Los organismos que hubiesen adquirido aquella sensibilidad podían orientarse, nadar hacía la superficie para conseguir alimento y energía, u ocultarse cuando se intuía una sombra amenazadora, por lo que se salvaba de ser predado.

Similitud entre el ojo humano y el del cefalópodo. La gran diferencia es el orden de situación del nervio óptico y la retina. En el humano el nervio va por delante y en el cefalópodo por detrás. Un ejemplo más de evolución convergente.

¿Cómo se pudo desarrollar la capacidad de percibir la luz? Por un lado, observamos que en la naturaleza hay animales de especies muy remotamente relacionadas que tienen ojos muy parecidos, como pueden ser los cefalópodos y los mamíferos. Por otro lado, también es evidente que hay muchas alternativas diferentes, tantas como necesidades: desde una célula fotosensible hasta un complejo ojo semejante a una cámara fotográfica. Se podría pensar que el azar evolutivo ha debido ser actor principal en este reparto. Y siendo esto así, hay evidencias muy consistentes de que, aún manteniendo la diversidad, todo tuvo un primitivo comienzo común. Idénticos genes son los responsables en todos los animales que ven.

Dejando volar un poco la imaginación nos adentramos aún en estas zonas tan profundas en el tiempo. Podemos percibir una gran semejanza entre las células fotorreceptoras de los ojos y las células fotosensibles con las que las plantas realizan su fotosíntesis. En ambos casos un fotón incide sobre una particular molécula excitándola energéticamente, de forma que la deja en una situación inestable. Como no podía ser menos, pues es lo que normalmente le pasa a cualquier molécula que la han arrancado de su nivel más bajo de energía, se desexcita espontáneamente emitiendo un quanto de energía. En la planta se transforma en un hueco por donde se cuela el primer electrón de la cadena de transporte, como ya sabemos, mientras que en los animales inicia la señal química desencadenante de una señal nerviosa. La base del invento no es muy sofisticada; cosa muy distinta es lo que se consiguió hacer más tarde con estos sencillos inicios.

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Computador mágico XXVII – Ordenador C16C: interrupciones

En los últimos capítulos de esta serie nos hemos dedicado a estudiar cómo funciona un ordenador sencillo, sencillísimo, minimalista: el C16A. Luego lo ampliamos, inventando el ordenador C16B, para poder hacer llamadas a subrutinas. En la última entrada hablamos del compilador. Ahora vamos a presentar la última de las modificaciones: el C16C.

La arquitectura de este sistema es la siguiente:

¡Pero si casi no cambia nada!

Pues sí, cambia un montón. Es solamente un concepto nuevo el que vamos a introducir, pero todo el diseño de los sistemas modernos se basa en él. Vamos a introducir el concepto de interrupción.

 

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La biografía de la Vida 26. Evolución de herramientas de sostén y alimentación

En la última entrada de esta serie sobre la Biografía de la Vida hemos estado profundizando en el camino evolutivo del sistema nervioso. Hoy continuaremos la saga dando por sabido al ente director y coordinador para centrarnos en algunos de los “currantes” de los organismos: nos sujetan gracias a los huesos y músculos, nos alimentamos mediante el digestivo y con la ayuda del respiratorio y circulatorio. Ésta es su historia.

Pero antes de entrar en materia, recuerdo que en esta entrada, como en las anteriores, no estoy siguiendo estrictamente el devenir cronológico de los acontecimientos, sino que me centraré en cómo evolucionaron estos órganos concretos, independientemente de en qué periodo temporal se desarrollaron los hechos.

Evolución del sistema óseo

A lo largo de los siguientes párrafos vamos a analizar el sistema óseo propio de los vertebrados, sin hacer mención a otros adminículos de sujeción y soporte propios de otros animales, como pueden ser las espículas de las esponjas, los caparazones de los artrópodos o los osículos de los equinodermos.

La evolución del sistema óseo transcurre paralela a la aparición y evolución del sistema nervioso o del aparato muscular. Es fácil de entender, ya que es imposible imaginar que hayan evolucionado por separado. Por ejemplo, los pares de ganglios del tronco encefálico relacionados con la vista, el olfato y el oído aparecieron como consecuencia de que añadieron un plus de utilidad y eficacia en la supervivencia, y fueron por tanto preservados por la selección natural. Sin embargo, esta utilidad y eficacia no servirían para nada si no tuvieran un propósito: eran útiles para orientarse y desplazarse por el medio, lo que nos lleva a que debieron coevolucionar con los músculos y estructuras óseas de soporte, una columna vertebral o unas extremidades. Como también sería ilógico pensar que estos ganglios hubieran aparecido independientemente de los correspondientes órganos sensoriales. Y a su vez, no se hubieran podido manifestar a no ser que les hubiera acompañado en su camino un soporte rígido craneal, con orificios por donde el sistema nervioso pudiera acceder a la información exterior. Fue un proceso evolutivo cooperante, no estrictamente a golpe de “decreto ley”, sino más bien cada uno a su ritmo, siguiendo las pequeñas ventajas que poco a poco iban apareciendo.

Aunque el uso de minerales como elementos de sostén y protección es muy antiguo, posiblemente del Neoproterozoico, es durante el Cámbrico cuando la biomineralización del CO3Ca se usa como un elemento diferenciador, al emplearse de forma intensa y variada para crear elementos de soporte estructural.

En los fósiles marinos de  Pikaia gracilensHaikouichthys ercaicunensis y Myllokunmingia fengjiaoa, así como en los fósiles de los peces marinos Pteraspidomorphi encontramos los ancestros más antiguos de los actuales vertebrados, y por tanto el origen del sistema óseo actual. Algunos de ellos ya son viejos conocidos.

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Historia de un ignorante, ma non troppo… Cuarteto de Cuerda número 2, de Borodin

A lo largo de esta ya larga e ignorante serie musical han aparecido muchas obras de bastantes compositores de diferentes épocas y diferentes nacionalidades. Asimismo, hemos podido escuchar diferentes tipos de obras musicales, sobre todo sinfónicas, algunas obras para piano solo… pero sólo una obra musical de cámara, el precioso Quinteto de Guitarra número 4, “Fandango”, de Boccherini. Bueno, no, en realidad sí que apareció otra más, hace eones, la Balada si Joc, de Ligeti, para dos violines, basada en dos canciones populares rumanas, pero es una obra tan cortita… y además, es para dos violines solamente.

No nos engañemos, el Rey sin corona de la música de cámara es el Cuarteto de Cuerda, y todavía no ha aparecido ninguno de ellos por aquí. Hoy remediaremos esta grave falta, que ya toca.

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La Biografía de la Vida 25. Evolución de la notocorda y el sistema nervioso.

En las entradas anteriores (ésta, ésta y ésta última) de esta serie sobre la Biografía de la Vida habíamos caminado a lo largo de los diversos pasos que llevó a los animales hasta la variada complejidad de sus fenotipos. A partir de hoy desarrollaremos en sucesivos capítulos la evolución de los principales sistemas, aparatos u órganos de sus cuerpos.

Como en entradas anteriores, recuerdo que en esta entrada no estoy siguiendo fielmente el devenir cronológico de los hechos, sino que me centraré en cómo se formó este aspecto concreto, independientemente de en qué periodo temporal se desarrollaron los acontecimientos.

Evolución de la notocorda y del sistema nervioso

Comenzamos con la aparición de la notocorda, ya que con ella se abrió el complejo y variado mundo de los vertebrados. Es el órgano precursor del esqueleto y del sistema muscular a la vez de ser el inductor del sistema nervioso.

La notocorda o cuerda dorsal es un cuerpo flexible con forma de vara que se encuentra en todos los embriones de todos los cordados y que corre a lo largo de su eje longitudinal. Se compone de células derivadas del mesodermo, de las que definen su eje primitivo de simetría. En los cordados inferiores persiste durante toda la vida como el principal apoyo axial del cuerpo, mientras que en los vertebrados es la columna vertebral la que toma su lugar.

¿Cómo se desarrolla orgánicamente la notocorda?

Todo se inicia durante la fase embrionaria, en el momento ya conocido en que el mesodermo iba creciendo y emigrando a lo largo de la línea central primitiva, como ya se comentó al hablar de la diferenciación celular. Durante este proceso el mesodermo va generando unas células nuevas que ocuparán también la posición del eje antero/posterior, y que poco a poco van invaginando y creando un cordón que será la notocorda, futuro eje vertebral de sostén del organismo. Mientras, por encima de ella, quizás por el estí­mulo solar que llega desde el cenit, se produce un engrosamiento longitudinal del ectodermo que va a formar la placa neural en un movimiento progresivo de crecimiento hacia el polo anterior del embrión. Está demostrado que la aparición de las células “nerviosas” de la placa neural se produce como consecuencia de una inducción química llevada a cabo por las células de la notocorda que se encuentra inmediatamente debajo de ella. Esto significa que es el futuro tejido muscular y óseo quien induce la formación de tejido nervioso. Es curioso que el  sistema encargado de nuestra motricidad siguiendo las órdenes del sistema nervioso sea el que a nivel embrionario induce y sustenta al propio sistema neuronal. Sin mesodermo no sería posible la formación de un sistema nervioso desarrollado.

El camino del sistema nervioso

Acompañando al desarrollo de la notocorda sobre el mesodermo, en el ectodermo la placa neural hace un movimiento semejante, llevando a cabo una invaginación superior que creará el tubo neural precursor del sistema nervioso.

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El euro: Ciudad del Vaticano

Han pasado ya tres años desde que comencé a escribir esta humilde serie, con un artículo sobre la historia del euro y el camino que llevó hasta él. Hoy llegamos al broche final, con el último país que nos queda por visitar. No se acaba del todo, porque todavía escribiré un artículo más como «actualización» —ya que toda esta serie está escrita con el punto de vista de 2011 y han cambiado muchas cosas desde entonces—, pero sí es, en cierto modo, una conclusión. En el artículo anterior visitamos un país diminuto y casi desconocido: la Serenísima República de San Marino. Hoy nos vamos al extremo y entraremos en el país más pequeño del mundo, aunque bastante más conocido que el anterior. Bienvenido al Estado de la Ciudad del Vaticano.[1]

Mapa

Localización del Estado de la Ciudad del Vaticano en Europa. (Bosonic dressing/CC BY-SA 3.0 Unported)

El país

BanderaEscudoEl Vaticano es, como dice la introducción, el país más pequeño del mundo, con solo 0,44 kilómetros cuadrados de superficie. Se trata de una de las tres únicas ciudades-estado que sobreviven en la actualidad, junto con Mónaco y Singapur, pero en este caso es una curiosa especie de «ciudad dentro de una ciudad»: el Vaticano está totalmente rodeado por la capital de Italia, Roma. No obstante, está amurallado en su totalidad, excepto una pequeña fracción: la Plaza de San Pedro, que es la única porción abierta de la frontera ítalo-vaticana. El jefe del Estado es, desde 2013, Su Santidad el papa Francisco,[2] originario de Argentina, mientras que el jefe de Gobierno recibe el nombre de gobernador del Estado Vaticano y es, desde 2011, Giuseppe Bertello.

El hecho de que el Vaticano sea la «sede central» de la religión católica, y que su jefe de Estado sea el papa, hace que la organización de este país sea muy curiosa. Para comenzar, se considera que la Ciudad del Vaticano es una monarquía electiva, la única del mundo que sobrevive hoy en día: al contrario que en las democracias, sólo se realizan elecciones, mediante cónclave, cuando el puesto queda vacante —circunstancia que se conoce como sede vacante— por renuncia o fallecimiento del titular. Además se trata de una monarquía absoluta: el jefe de Estado tiene plenos poderes en los ámbitos ejecutivo, legislativo y judicial, según la Ley Fundamental del Estado de la Ciudad del Vaticano —la «constitución» del Vaticano—. Por último, se considera que el Vaticano es una teocracia, la única de Europa: el líder gubernamental es, además, líder religioso, y las políticas del gobierno están en línea con los mandatos del catolicismo. Otra curiosidad más: junto con el italiano, el idioma oficial de la Ciudad del Vaticano es el latín. ¿Quién dijo que el latín era una lengua muerta?

Debido al carácter tan especial de este país, la Ciudad del Vaticano no pertenece a ninguna organización supranacional. No solamente no pertenece a la Unión Europea, sino que ni siquiera pertenece a la ONU: en esta organización tiene un estatus de observador, lo que significa, aproximadamente, que tiene voz pero no voto.

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  1. En latín: Status Civitatis Vaticanæ; en italiano: Stato della Città del Vaticano. []
  2. Su nombre real es Jorge Mario Bergoglio. []

La Biografía de la Vida 24. Dos nuevas habilidades: Bilateralidad y segmentación

En las entradas anteriores de esta serie sobre la Biografía de la Vida comenzamos a desarrollar lo que llamaba la evolución de la complejidad. Cómo los seres del reino Animalia fueron evolucionando sus organismos hasta los fenotipos habituales para nosotros, habitantes del siglo XXI. En la entrada 22 hablamos del concepto de la diferenciación celular, y en la siguiente, la número 23, desarrollamos un curioso caso particular, el caso de la célula que decide diferenciarse por la vía del “altruismo”.

Hoy continuaremos con la tarea tratando brevemente la conquista de la simetría bilateral para seguir con el sorprendente proceso de la segmentación corporal.

Recuerdo una vez más que en esta entrada no estoy siguiendo estrictamente el orden cronológico de los acontecimientos, sino que voy a centrarme en cómo fue la evolución de estos dos aspectos, independientemente de en qué periodo temporal se produjeron los hechos de autos.

El camino de la simetría bilateral

Estamos situados en el planeta Tierra de hace 600 millones de años. Nos tenemos que adentrar en el periodo ediacárico, época de donde tenemos datados fósiles de los que se duda si son de la biota ediacara o bien formas aún más  primitivas de seres vivientes. El fósil más antiguo de este tipo, ya bilateral, es Vernanimalcula descubierto en la formación Doushantuo en China. Su identificación está en discusión, ya que algunos especialistas lo consideran la parte interior de un saco de huevos o quizás un acritarco. Ejemplos más recientes, aceptados casi universalmente como bilaterales, incluyen a Kimberella (de la que ya hablamos en la entrada del Cámbrico), parecido a un molusco, Spriggina (¿anélido o artrópodo?) y Parvancorina, con forma de escudo  y parecido a un trilobites del Cámbrico.

Spriggina flounensis (Wikimedia GNU FDL 1.2)

A la vista de la gran cantidad de animales, vivos o extintos, que desarrollan una simetría bilateral en sus organismos, hay que afirmar que este tipo de morfología debe presentar una serie de ventajas evolutivas de gran éxito. Intentaremos imaginar cuál fue el camino y el porqué del paso desde la forma ameboide a la estructura corporal bilateral.

Cuando estudiamos el mecanismo de especialización celular hablamos de que el sistema de expresión de los genes maternos había seleccionado una proteína que fijaba el inicio de la simetría de su embrión. ¿Por qué pasó eso? Una consecuencia más del poder evolutivo de la selección natural. Dejemos que nos lo cuente el magistral zoólogo Richard Dawkins  que en su libro “El cuento del antepasado” nos da una magnífica explicación casi cinematográfica del porqué:

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Computador mágico XXVI – El compilador

En el último capítulo de esta serie presentamos el ordenador C16B y el concepto de subrutina, y escribimos un programa que calculaba el factorial de un número. Pero vimos que el programa empezaba a ser demasiado grande y que nos iba resultando útil describir su funcionamiento con algún tipo de pseudolenguaje, así que describíamos nuestro programa tal que así:

numero = 6
resultado = 1
mientras (numero != 0) {
  resultado = multiplicar(resultado,numero)
  numero = numero -1
}
# El resultado está en resultado
subrutina multiplicar(p, q) {
  res = 0
  mientras (p != 0) {
    p = p -1
    res = res + q
  }
  devolver res
}
 

Supongo que te resulta mucho más sencillo de entender, ¿verdad?

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