Regístrate | Conectar
El Tamiz Libros Recursos Series Únete 8 Users Online
Skip to content

¡Hablemos de brújulas animales! IV. La teoría 2: La brújula

En la entrada anterior habíamos iniciado la explicación de la física que puede explicar la “brújula química” que utilizan los animales para orientarse gracias al campo magnético terrestre. Todo quedaba bajo la mano de lo que se conoce como un par de radicales, con unas vibraciones energéticas a nivel hiperfino que quizás pudieran ser influenciadas por el campo magnético terrestre. Las consecuencias de esa interacción podrían hacer posible la tan ansiada brújula. Nos habíamos quedado con una familia de esos pares de radicales, que habíamos imaginado en un tejido orgánico, que habían surgido por la acción de la luz sobre un electrón de los dos que se sitúan en el orbital externo de una molécula, el cual habría saltado a otra molécula. Ese es el par de radicales en el que resuenan superpuestos los estados de singlete -con espines antiparalelos en los dos electrones - y de triplete -espines paralelos-. Un especial objeto físico-químico que, siguiendo las leyes cuánticas, es capaz de permanecer unos pocos μsegundos como un estado cuánticamente coherente. Decíamos también que en ese breve espacio de tiempo podían suceder cosas antes de sucumbir al ruido térmico medioambiente.

¿Qué pueden ser esas cosas? O que las moléculas presentes en el par (i) regresen a su estado inicial, lo que implica que una de ellas vuelva a tener en su orbital externo a dos electrones con espines antiparalelos, o (ii) que tenga la oportunidad de acoplarse a otros actores. Esto último sucede gracias a que los electrones no emparejados de un radical generalmente pueden interactuar con varios núcleos vecinos simultáneamente, en parte porque están deslocalizados, es decir, se extienden sobre una porción de la molécula más allá de su teórico átomo, y en parte porque en su cercanía física hay átomos que pueden generan, gracias a sus características de “imán”,[1] momentos dipolares en la corta distancia suficientemente potentes como para impulsar la interrelación.[2]. Estas interacciones darán como resultado un nuevo producto químico que antes no existía y que, evidentemente, podrá tener sus consecuencias aguas abajo del proceso iniciado por el fotón. Sigue leyendo ›

  1. En la entrada anterior nos tomamos nuestro tiempo para explicar cómo determinadas partículas atómicas se comportan como verdaderos imanes. [↩]
  2. En las moléculas orgánicas nos encontramos con el 1H que genera a 0,1 nm un momento magnético de 2,44 mTeslas; el 17O con 1,13 mTeslas o el 14N con 0,29 mTeslas. Estamos hablando además de que los acoplamientos hiperfinos de los radicales orgánicos se sitúan típicamente en el rango de los 10 a 1.000 μTeslas. Es factible que puedan interactuar entre ellos. [↩]
2020 02 10 jreguart Biología
Divulgación
Física
jreguart Comentarios (0) Permalink

¡Hablemos de brújulas animales! III. La teoría 1: El par de radicales

En esta entrada y la siguiente vamos a completar el desarrollo iniciado en las dos anteriores, “El hecho“  y “La prueba“, en las que estuvimos estudiando uno de los posibles modos de orientación de los que  pueden disponer las aves para no errar en sus largos periplos migratorios. Habilidad que no sólo es patrimonio de esta clase animal. Vamos a analizar la teoría del proceso físico en el que creemos que se basa la particular modalidad de magnetocepción que en la entrada anterior denominamos como “brújula química”. Para ello nos vamos a tener que apoyar en el mundo cuántico y su particular física, en donde lo evidente no lo es tanto y lo contraintuitivo es la realidad. No obstante, dentro de lo teórico voy a intentar ser lo más “simple” que pueda. Siento tener que romper la exposición en dos, a pesar de tener que romper el hilo argumental, pero era eso o un largo debate de 5000 palabras. Opto por lo primero.

¿Va a ser todo un tema cuántico? Diagrama de la transición hiperfina del hidrógeno grabada en la placa de las Pioneer (Dominio público)

Como adelanté en la entrada anterior, todo parece residir en el comportamiento de lo que se conoce como un par de radicales. En química un radical es una molécula que contiene un número impar de electrones. Un par de radicales o par radical consiste en dos radicales que han sido creados simultáneamente, generalmente a través de una reacción química. Pero también pueden generarse gracias a la acción de algún agente independiente, como puede ser un fotón con la energía adecuada. Sigue leyendo ›

2020 01 30 jreguart Biología
Divulgación
Física
jreguart Comentarios (0) Permalink

¡Hablemos de brújulas animales! II. La prueba

Terminábamos la entrada anterior, que nominaba como “El hecho“, diciendo que los animales no sólo “pueden saber” donde está el polo norte o sur, sino que parece que también sacarían provecho del ángulo de inclinación de las líneas del campo magnético terrestre sobre la superficie en el punto geográfico donde se encuentran. Esta inclinación varía según la latitud, ya que las líneas son perpendiculares a la superficie terrestre en los polos y paralelas a la superficie terrestre en el ecuador. Podéis imaginar que a medida que descendemos de latitud el ángulo con respecto al plano del suelo va variando de 90º a 0º. Si en nuestro desplazamiento somos capaces de saber cómo varía esta inclinación, sabremos en qué dirección se encuentra el polo magnético más próximo, indistintamente de si se trata del norte o del sur (esta particular información no la necesitamos para orientarnos). Es decir, que los animales, además de poseer una brújula clásica “magnética”, deben tener otro tipo de brújula que intuimos “química” y que solventaría el problema de la magnética, ya mencionado en la entrada anterior, cuando nos planteábamos la pregunta de cómo podía ser que un campo magnético tan débil como el terrestre pudiera influir en procesos de la fisiología animal.[1]

Líneas del campo magnético terrestre (Imagen de la red, fair use)

Aquí entra la física cuántica aplicada y el especial momento magnético -asimilable a un imán- que la luz condiciona en las molécula de criptocromo de nuestros ojos. La particular arquitectura esférica de la retina, en donde el fotorreceptor criptocromo[2] está instalado a lo largo y ancho de toda ella -lo que dibuja un abanico de orientaciones- permite asegurar una rica variedad en la orientación espacial de esos sensores luminosos. La luz -la energía de los fotones- modifican la configuración electrónica en el criptocromo, confiriéndole un momento magnético particular que no solamente es muy sensible a campos magnéticos débiles, sino que también lo es al ángulo entre los vectores del campo magnético intrínseco a la molécula y el terrestre. Ahora no voy a avanzar más en la explicación física de detalle, que dejo para la siguiente entrada: aún estamos en el momento de “La prueba“, como encabezo el escrito de hoy. Sigue leyendo ›

  1. La energía de un enlace químico suele ser de 10 a 100 veces superior a la energía térmica ambiental. A temperaturas fisiológicas habituales, la energía cinética de las moléculas biológicas es 11 órdenes de magnitud mayor que la energía del campo magnético de la Tierra. La energía con la que una molécula puede interactuar con ese campo puede ser seis órdenes de magnitud menor, o incluso menos, al ruido térmico ambiente. [↩]
  2. Los criptocromos (del griego κρυπτό χρώμα, “color oculto”) son una clase de fotorreceptores de luz azul de plantas y animales. Constituyen una familia de flavoproteínas que regulan ciertas respuestas en plantas y animales. [↩]
2020 01 20 jreguart Biología
Divulgación
jreguart Comentarios (0) Permalink

¡Hablemos de brújulas animales! I. El hecho

Todo el mundo sabe que muchas especies animales se mueven por nuestro planeta como por el pasillo de su casa. La necesidad, y su historia evolutiva, les obliga a grandes desplazamientos desde un punto a otro del orbe. Actividad que realizan con asombrosa puntualidad y exactitud, año tras año. O incluso, sin esperar tanto, lo hacen en cualquier momento, como la paloma mensajera o el perro alejado de su “manada” humana. Uno vuelve a su palomar, el otro al hogar de su familia. En este contexto, no me resisto a dejar de compartir una singular experiencia que viví en primera persona.

Típica formación en V de gansos en plena migración. Fuente: Wiki Commons

Hubo una temporada en que la mascota de mis hijos fueron los patos, animales que necesitan su propio y particular hábitat difícilmente reproducible en una vivienda urbana. Efectivamente, con los calores veraniegos los animales se estresaban, ya que necesitaban un ambiente con abundante agua. Llegado este momento los trasladábamos a algún estanque de un parque cercano a nuestra vivienda. Un año le tocó a “Juanito”, así le llamábamos, que fue solícitamente devuelto a la naturaleza a unos cinco kilómetros de casa. Sorprendentemente, a los pocos días le vi que volvía ¡andando! por nuestra calle, de vuelta a su hogar. Puedo llegar a entender su querencia, pero ¿cómo lograría orientarse a través de un circuito prácticamente urbano en su totalidad? Sin referencias visuales, ya que le habíamos llevado al estanque en un coche. No recuerdo si Juanito había nacido en casa o nos lo habían regalado… De cualquier forma ¡sorprendente! Sigue leyendo ›

2020 01 10 jreguart Biología
Divulgación
jreguart Comentarios (0) Permalink

El Conectoma cerebral. 14. Epílogo con el pdf.

“La mejor manera de darse cuenta de lo que uno sabe -y de lo que no sabe- acerca de su campo de conocimiento es escribir acerca de él“

Joseph LeDoux, neurólogo y divulgador.

m

Por casualidad hoy es día 1 de enero de 2020. Así que es un gran placer el poder desearos un ¡¡muy buen y feliz año nuevo!!

Pues sí, llegó el final de esta serie sobre el Conectoma cerebral. A través de ella nos hemos movido por las redes cerebrales en sus vertientes más anatómicas y algo más, hemos visto cómo de sus estructuras iban apareciendo funcionalidades, algunas tan sui géneris como la actividad de la red por defecto o la aparición de una experiencia tan personal como la consciencia. O cómo podemos detectar este estado tan peculiar mediante una serie de marcadores somáticos que lo ponen al descubierto. También hemos visto cómo los neurólogos, y estudiosos de otras ramas de la ciencia se han movido intentando analizar a nuestro cerebro desde un punto de vista topológico, matemático e informático. Buscando cómo de una estructura material anatómica puede surgir la función, ¡difícil tarea! Aunque en su ayuda llegan los más osados intentando encontrar explicaciones alternativas a las más tradicionales. Así, hay un mundo que estudia el conectoma aplicando teorías de redes, otros que intentan bajar al suelo las volatilidades del cerebro intentando buscar parámetros medibles de complejidades neuronales, de interrelaciones dinámicas, de informaciones integradas y… mucho razonamiento lógico matemático. Veremos hasta dónde llegamos los humanos… estoy convencido de que muy lejos. Y estoy también convencido de que para bien de todos. Sigue leyendo ›

2020 01 01 jreguart Divulgación
jreguart
neurología Comentarios (5) Permalink

El Conectoma cerebral. 13. Apéndice. La Teoría de la Información Integrada.

Vamos a cerrar el recorrido sobre el conectoma cerebral, auténtico protagonista de esta serie a lo largo de varias entradas (aquí, la anterior), con una somera inmersión en una teoría que basa el estado de consciencia sobre una determinada estructura de red más que sobre el tipo de proceso que en ella se desarrolla. Estamos refiriéndonos a la Teoría de la Información Integrada (TII), cuyas raíces se extienden a partir de la idea del “núcleo dinámico” de Gerald M. Edelman, del que ya hablamos en las entradas 03 y 04 de la serie, idea que siguió desarrollando, siendo hoy el líder de la misma, el médico psiquiatra italiano Giulio Tononi.[1]

Quiero hacer hincapié en que es “una teoría”, en el sentido que le da el diccionario de la lengua española: “Conocimiento especulativo considerado con independencia de toda aplicación”… por ahora, añadiría yo. Es una teoría que en base a modelizar las redes informativas, lo que permite un estudio y aproximación matemática, intenta poder definir cuáles son más propensas a generar estados de consciencia. Claro, habrá que decidir antes qué entendemos por “estados de consciencia”. Lo que nos lleva a los planteamientos de Edelman acerca de la “consciencia primaria“, aquella que no se enreda en planteamientos metafísicos como la existencia de un Yo o en una capacidad de razonamiento superior. Simplemente, consciencia primaria es aquello que nos permite saber que estamos conectados con nuestro entorno y nuestro cuerpo, lo que recuperamos cuando nos despertamos de un sueño. Y, ¡OJO!, eso hay que tenerlo muy en cuenta a la hora de valorar la conclusión que propongo en el fin de entrada. Sigue leyendo ›

  1. La base de la exposición de esta entrada la podéis encontrar en el siguiente artículo de Tononi, “An information integration theory of consciousness”, BMC Neuroscience, 10 de agosto de 2004. [↩]
2019 12 22 jreguart Divulgación
jreguart
neurología Comentarios (0) Permalink

El Conectoma cerebral. 12. El conectoma funcional II

“El mundo, tal como lo percibimos, es nuestra propia invención.“

Hans von Foerster (1911-2002), filósofo y uno de los padres de la cibernética junto con John von Neumann entre otros.

m

Acabamos la entrada anterior de esta serie sobre el conectoma cerebral con la siguiente afirmación: El análisis del estado en “modo por defecto” de nuestro cerebro nos ha permitido encontrar que tal suigéneris modo operativo se extiende sobre varias regiones. Ya comentamos que en este modo de funcionamiento determinadas zonas cerebrales modulan sus actividades según un patrón de ondas de periodo en el entorno de las pocas decenas de segundo. Dijimos también que estas ondas de actividad pueden ser detectadas mediante técnicas de resonancia magnética siguiendo los patrones de variación del oxígeno sanguíneo (IRMf-BOLD) (ver siguiente figura).

Correlación de las señales ondulantes en estado de reposo de varias zonas cerebrales. Se observa una clara correlación entre las regiones amarilla y naranja y una perfecta anti-correlación de las mismas con la azul (Imagen a partir de “The human brain is intrinsically organized into dinamic, anticorrelated functional networks”, figura 1, Michael D. Fox et al., PNAS julio 2005, fair use)

Sigue leyendo ›

2019 12 11 jreguart Divulgación
jreguart
neurología Comentarios (0) Permalink

Historia de un ignorante, ma non troppo… Gran concierto para cello y orquesta “Militar”, de Jacques Offenbach

El artículo de hoy de esta serie ignorante sobre música clásica trata de una obra que, aunque escrita a mediados del siglo XIX, hace apenas unos años que ha entrado a formar parte del repertorio musical, por ciertas razones que veremos en breve. Y el que un nuevo concierto escrito para violonchelo y orquesta pueda ser interpretado con garantías en una Sala de Conciertos es una buena noticia para los esforzados músicos que tocan este instrumento, pues la lista de conciertos para cello y orquesta es bastante limitado: Además del rutilante concierto de Dvorak al que ya dediqué uno de mis desvaríos hace años, una de las grandes, grandes obras de todos los tiempos, el repertorio habitual incluye el concierto de Elgar, el de Schumann, el de Shostakovich, el de Hindemith… y ya. Muy poco más.[1]

Pues bien, cuando escuchéis este “Concierto Militar” de Offenbach veréis que tiene todas las papeletas para ser incluido con todos los honores en dicho repertorio: es original, tiene pasajes de virtuoso que hacen lucirse al solista, la armonía entre el cello y la orquesta está bien construida… en fin, es un concierto muy bello. Lo que no es de extrañar, habida cuenta de que Jacques Offenbach era, en primer lugar, un virtuoso del violonchelo y, en segundo, un celebérrimo compositor de operetas, óperas bufas, óperas cómicas, etc, el creador y rey indiscutible de la comedia musical parisina de mediados del siglo XIX, la época del can-can que él mismo llevó a su cenit en obras como Orfeo en los Infiernos o La Alegría Parisina (La gaîté parisienne, en francés), o Los Cuentos de Hoffmann, prácticamente su única ópera “seria”, que no llegó a terminar, pues le sorprendió la muerte mientras estaba componiéndola.[2]

Sigue leyendo ›

  1. Hay también un buen número de conciertos barrocos, que suelen tocarse poco y casi siempre por orquestas especializadas, rara vez en Salas Sinfónicas. [↩]
  2. Sí, la famosísima Barcarola que todo el mundo conoce pertenece a esta ópera [↩]
2019 11 29 Macluskey Macluskey
Música Comentarios (3) Permalink

El Conectoma cerebral. 11. El conectoma funcional I

En las dos entradas anteriores, ésta y esta otra, de nuestra serie hemos intentado describir al conectoma físico cerebral bajo el enfoque del análisis que plantea la teoría de redes. Hemos hecho hincapié en lo que nos dice la teoría acerca de la arquitectura estructural, lo que nos llevó de la mano a conceptos y características que se definen como de “mundo pequeño”, de los “concentradores” o “hub’s”, de los “clubs de ricos” y de las relaciones económicas dentro de las redes complejas que se concretaban en algo así como un mercadeo equilibrado entre los recursos constructivos cerebrales y la eficacia en la comunicación neuronal. De la teoría pasamos también a la realidad de los estudios directos anatómicos y funcionales del cerebro que, efectivamente, nos corroboraban la existencia de este tipo de estructuras en el sistema nervioso.

Un marco conceptual que considera a la “dinámica de la comunicación” como el vínculo necesario entre los dominios de la conectividad estructural y de la funcional. (Imagen de“Communication dynamics in complex brain networks”, figura 1, Andrea Avena-Koenigsberger, Bratislav Misic y Olaf Sporns, Reviews Neuroscience, diciembre 2017, fair use)

Sigue leyendo ›

2019 11 19 jreguart Divulgación
jreguart
neurología Comentarios (2) Permalink

Explorando el álgebra geométrica 16 – Rotaciones en el espacio euclídeo tridimensional (I)

En esta nueva entrada de la serie dedicada al álgebra geométrica veremos las rotaciones en el espacio euclídeo tridimensional. Como vimos en la entrada anterior, todas las rotaciones en este espacio son simples. De ahí resulta que todos los operadores de rotación, o rotores, del álgebra \mathcal{G}_3 se pueden expresar como cuaterniones unitarios. Componer rotaciones en tres dimensiones viene a ser multiplicar cuaterniones unitarios. Reconocer en esos cuaterniones unitarios los ángulos y ejes de rotación es muy sencillo. De hecho, el uso de cuaterniones es el método más simple de obtener el ángulo y el eje resultante de la composición de rotaciones en tres dimensiones.

Sigue leyendo ›

2019 11 09 jlese jlese
Matemáticas Comentarios (0) Permalink