Artículos sobre ciencia y tecnología de Mauricio-José Schwarz publicados originalmente en El Correo y otros diarios del Grupo Vocento

julio 30, 2011

La invención del color

Indian pigmentsa
Pigmentos a la venta en un mercado de
la India.
(Foto CC de Dan Brady,
vía Wikimedia Commons
Nuestro mundo de colores, tintes, pigmentos y variedad nace de una mezcla de química, accidente y evolución técnica de milenios.

Las pinturas rupestres, incluso las más famosas como las de la cueva de Altamira, fueron realizadas con muy pocos colores: amarillos, marrones, rojos, negros y blancos.

Nada más.

Estos pigmentos o colores estaban naturalmente al alcance de los hombres que, hace 32.000 años, comenzaron a dejar testimonio simbólico en las paredes y techos de las cuevas aunque, por cierto, no en la zona en la que habitaban (el vestíbulo de las cavernas) sino en las profundidades de las mismas. En el mundo que rodeaba al hombre del paleolítico superior no ofrecía más oportunidades coloristas.

Los amarillos y los rojos se encontraban en el suelo, como arcillas con minerales de óxido de hierro como la goetita y la hematita. El ocre oscuro es la mezcla natural de óxidos de hierro y manganeso en la tierra. El negro procedía del carbón vegetal o de huesos quemados. Finalmente, el blanco, se obtiene del yeso.

Durante miles de años éstos fueron los únicos colores disponibles para los artistas y para la pintura corporal, aplicados directamente con los dedos y utilizando como base agua o grasas animales. Los demás colores que el ser humano podía apreciar en la naturaleza quedaban fuera de su alcance en su labor artística.

Fueron los egipcios los que, hace alrededor de 4.000 años, iniciaron la industria de los pigmentos sintéticos al inventar el llamado “azul egipcio”, un silicato de calcio y cobre. Se producía moliendo arena, calcio y la natrón (la sal empleada para desecar los cuerpos en el proceso de momificación). Además, los egipcios consiguieron mejorar y estabilizar los colores naturales del pasado lavando las arcillas para eliminar las impurezas de los pigmentos y aprendieron también a usar la malaquita, un mineral formado de carbonato de cobre, como pigmento verde, ampliando la paleta de colores que utilizaron para la decoración de sus edificaciones y tumbas. Su rojo, mucho más vivo se obtenía como un extracto de la raíz de la planta Rubia tintorum, y se utilizó también para teñir textiles.

Los colores más vivos, más atractivos y más apreciados en la historia solían ser además los más escasos y los más costosos, por lo que con frecuencia fueron monopolizados por el poder político, religioso o económico.

Tal es el caso del púrpura, pigmento que produjeron primero los antiguos fenicios a partir de la secreción de los caracoles marinos de la especie Bolinus brandaris. Su nombre original, “púrpura tirio”, proviene del puerto de Tiro, hoy en Líbano. Su característica más notable era que, a diferencia de otros tintes de textiles disponibles entonces, no perdía su color al paso del tiempo o con la exposición al sol, sino que de hecho se veía más brillante e intenso. La realeza de la antigüedad clásica, lo asumió como símbolo de su poder y estatus en la sociedad. Y por ello este mismo púrpura fue tomado para su vestimenta por los obispos católicos como símbolo de la realeza.

La evolución de los colores también marcó las relaciones de Asia con Europa. El índigo, ese azul rojizo tan apreciado en los textiles, era producido masivamente, como su nombre lo indica, en la India, a partir de la planta Indigofera tinctoria, y era importado ya por la antigua Grecia.

Los pigmentos mismos determinaban, en algunos casos, el significado que se les daba en la iconografía, esa en ocasiones misteriosa colección de aspectos simbólicos de la pintura que muchas veces queda oculta a ojos de los espectadores comunes.

Así, por ejemplo, los pintores medievales decidieron que el manto de la virgen María debería ser azul no por ninguna referencia histórica, sino porque el azul se relacionaba con la pureza de modo simbólico y el azul ultramarino, un pigmento intenso que se obtiene moliendo el lapislázuli, una piedra semipreciosa, era por tanto muy costoso y escaso, algo adecuado para un personaje tan singular.

El estallido artístico del renacimiento fue en gran medida producto de las nuevas técnicas de extracción de pigmentos más variados, así como las empleadas para su aplicación. Rojos mucho más intensos, como el carmín obtenido de la cochinilla, el bermellón o el “amarillo de Nápoles” un mineral de plomo brillante, estable y potente que se usaba desde los egipcios pero que se popularizó en el Renacimiento.

Pocos pigmentos se añadieron a la paleta de los artistas en los siglos XVII y XVIII, principalmente el azul de Prusia, un azul muy oscuro con base de hierro, y el verde cobalto, un compuesto de cobalto muy permanente. Pero en el siglo XIX, con el desarrollo acelerado de la química y la revolución industrial que aceleró la industria textil, gran consumidora de tintes y colores para vender telas más atractivas al consumidor, el mundo del color emprendió un desarrollo igualmente acelerado.

Pronto, los artistas tuvieron un flujo continuo de numerosas nuevas opciones: azul cobalto, amarillo cadmio, azul cerúleo… y además la democratización de muchos productos antes demasiado costosos o escasos y que la industria empezó a producir en masa, sintetizándolos en el laboratorio para ya no tener que obtenerlos de minerales naturales que era necesario minar y beneficiar.

Si miramos hoy la enorme variedad de colores, tonalidades y acabados que nos ofrece la industria del color, por ejemplo la de los sistemas de igualado de color industriales, tenemos a nuestra disposición más de 2.000 colores, todos ellos obtenidos a partir de 15 pigmentos base, combinados en dosificaciones precisas para cubrir, prácticamente, cualquier necesidad, y todos ellos sintéticos.

La industria del color actual tiene exigencias singulares e inimaginadas hace pocas décadas. Los brillantes colores obtenidos del plomo, como el minio rojo tan apreciado por los romanos y tan común en los códices medievales (de él se deriva precisamente la palabra “miniatura”), el amarillo de cromato de plomo o el blanco de carbonato de plomo, han debido ser abandonados por la toxicidad de este metal y sustituidos por otros. Igualmente, hoy se exige que los pigmentos sean “ecológicos” por cuanto que sus desechos no causen daños evitables al medio ambiente. Aún así, la paleta de colores disponible para los artistas, artesanos y productores industriales hoy en día está muy lejos de los colores básicos con los que se empezó a contar la historia humana.

El color que se desvanece

Todos sabemos que la luz del sol provoca que se desvanezcan los colores, sean de los muebles o de pinturas o impresos. Esto se debe a que los rayos ultravioleta del sol (los mismos UV que nos ponen en peligro al broncearnos), con su gran energía, rompen las uniones químicas de las moléculas que producen el color. Los colores minerales suelen ser más resistentes que los orgánicos.

julio 23, 2011

Sagan: pasión por la ciencia

Carl Sagan Viking
Carl Sagan con un modelo de la sonda
Viking enviada a Marte.
(Foto D.P. JPL/NASA, vía
Wikimedia Commons)
Carl Sagan es recordado masivamente por su serie ‘Cosmos’, pero en su vida como científico y divulgador tocó muchos otros asuntos.

Fue en ‘Cosmos’, en los escasos 13 episodios de la serie (media temporada, de acuerdo al canon de la televisión estadounidense) donde muchos oyeron por primera vez de agujeros negros y del Big Bang, de los mecanismos de la evolución, del ADN, de Eratóstenes, que calculó con admirable aproximación la circunferencia de la Tierra en el siglo II antes de la Era Común, o de Hipatia, la profesora de matemáticas y filosofía en la Biblioteca de Alejandría.

Pero muchos que no vieron esa serie de 1980 escrita y presentada por Carl Sagan, han oído hablar de éstas y otras maravillas gracias a los hombres y mujeres, jóvenes en 1980, que se vieron atraídos al conocimiento científico gracias a ella.

El hombre detrás de la serie había nacido en Brooklyn, Nueva York, en la proverbial familia judía rica únicamente en carencias, con un padre que había huído de la Rusia zarista y trabajaba como obrero textil para darle a su hijo el lujo de una educación universitaria. La universidad del joven Carl fue la de Chicago, donde estudió ciencias hasta conseguir un posgrado en física y un doctorado en astronomia y astrofísica con apenas 26 años.

La historia posterior de Carl Sagan siguió como la de muchos científicos, investigando e impartiendo clases en institutos y universidades como el Observatorio Astrofísico Smithsoniano o la Universidad de Harvard. Su interés por el espacio lo llevó además a ser asesor de la NASA, con tareas como la preparación previa al vuelo de los astronautas del programa Apolo.

Pero al tiempo que analizaba las temperaturas de la superficie de Venus o la posibilidad de que Europa, una luna de Júpiter, tuviera océanos bajo su superficie, Sagan ampliaba sus intereses.

Uno de ellos era la posibilidad de la existencia de inteligencia extraterrestre, que enfrentaba con la seriedad del científico que también señalaba por qué eran dudosos los testimonios sobre visitas extraterrestres. Así, propuso que las sondas Pioneer 10 y 11 y Voyager, destinadas a investigar las zonas externas del sistema solar para luego salir de él, y para las que diseñó algunos de sus experimentos, llevaran un mensaje que pudiera ser comprendido por alguna inteligencia extraterrestre que las hallara cuando salieran.

Las Pioneer 10 y 11 de 1972 y 1973 llevaron placas metálicas con las figuras de un hombre y una mujer, y símbolos que pretendían explicar de dónde habían salido las sondas. Las dos Voyager de 1977 llevaron discos similares a los vinilos (el CD aún no existía) con sonidos característicos de nuestro planeta (el canto de las ballenas, tormentas, viento), imágenes, música de varias culturas, saludos en 55 idiomas y mensajes impresos.

Estos intentos por comunicarse con hipotéticos extraterrestres llamaron la atención del público sobre Sagan que a partir de 1972 empezó a publicar libros sobre la comunicación con inteligencias extraterrestres, para después entregarse a la divulgación científica con libros que siguen vigentes, como “Los dragones del Edén”, sobre la evolución de la inteligencia humana o “El cerebro de Broca”, sobre la historia de los avances científicos.

Para fines de los 70, Sagan se había convencido de que la sociedad en general, y la estadounidense en particular, tenían un problema que resumió así: “Vivimos en una sociedad profundamente dependiente de la ciencia y la tecnología, en la cual prácticamente nadie sabe nada de ciencia y tecnología”.

Carl Sagan se convirtió entonces en el prototipo del gran divulgador científico. No era el primero. Tenía modelos como David Attenborough, naturalista y documentalista de la BBC y Premio Príncipe de Asturias 2009, o Jacob Bronowski, biólogo y matemático que en 1973 escribió y presentó la serie de la BBC “El ascenso del hombre”, inspiradora directa de “Cosmos”. Lo que tenía en común con ellos era la pasión por la ciencia, el conocimiento y el universo, pero tenía además una cercanía especial y una calidez que cautivó al público de televisión, una actitud de humildad ante el universo que chocaba contra el estereotipo, ciertamente injusto, del científico frío, deshumanizado, lejano, no muy de fiar.

Las preocupaciones de Carl Sagan lo llevaron a ser cofundador de dos organizaciones únicas. La primera fue el Comité para la Investigación de las Afirmaciones sobre lo Paranormal, CSICOP por sus siglas en inglés, que creó en 1976 junto con el filósofo Paul Kurtz, el escritor y divulgador Isaac Asimov, el psicólogo conductista B.F. Skinner y el periodista científico Philip J. Klass. El objetivo de esta organización, hoy llamada simplemente CSI (Comité para la Investigación Escéptica) con el propósito de promover el pensamiento cuestionador y crítico ante las afirmaciones paranormales, pseudocientíficas e irracionales que inundan los medios de comunicación en todo el mundo.

La segunda fue el Instituto SETI, siglas en inglés de “Búsqueda de Inteligencia Extraterrestre”, nacido en 1984. Con la premisa de que mucho antes de que los extraterrestres aterrizaran en nuestro planeta para visitarnos –en el caso de que pudieran encontrarnos en la inmensidad del universo– nos llegarían sus emisiones de radiofrecuencias, el más conocido proyecto del SETI es el uso de radiotelescopios como el de Arecibo en Puerto Rico para recoger grandes cantidades de emisiones de radio de distintas zonas del universo y analizarlos en busca de alguna indicación de una emisión controlada y modulada por una inteligencia, algo claramente distinto del ruido de fondo.

Dejando un legado impresionante en la ciencia, la sociedad y la comprensión del público en general por la ciencia, Carl Sagan murió a los 62 años de una pulmonía provocada por su larga lucha contra la deficiencia sanguínea llamada mielodisplasia. Inspiración de científicos de las más diversas áreas, periodistas, escritores, especialistas de los medios, divulgadores y ciudadanos en general, la mejor forma de homenajearlo sigue siendo, por supuesto, leer sus libros y hacer de nuevo el “viaje personal” que era como llamaba a la serie que lo convirtió en icono de la cultura popular.

Sagan, en sus propias palabras

“Los seres humanos pueden desear intensamente la certeza absoluta, pueden aspirar a ella, pueden fingir, como partidarios de ciertas religiones, que la han alcanzado. Pero la historia de la ciencia, que es con mucho la más exitosa reivindicación del conocimiento accesible a los seres humanos, nos enseña que lo más que podemos esperar es tener una mejora sucesiva de nuestra comprensión, aprender de nuestros errores, una aproximación asintótica al universo, pero con la salvedad de que la certeza absoluta siempre nos eludirá”, Carl Sagan, en ‘El mundo y sus demonios’.

julio 16, 2011

¡Vino desde el espacio!

Leonid Meteor
Lluvia de las oriónidas en 2009
(Foto CC de Navicore,
vía Wikimedia Commons)
El espacio que rodea a nuestro planeta no es un vacío absoluto. Contiene núcleos atómicos, partículas subatómicas, viento solar, gas y objetos de diversos tamaños, desde polvo fino hasta grandes cuerpos de varios kilómetros de largo..

Cuando alguno de estos objetos entra en la atmósfera de nuestro planeta o la roza, produce una estela visible que llamamos “estrella fugaz” aunque ahora sepamos que no son estrellas. Todas las estelas luminosas de estos objetos son llamadas meteoros por los astrónomos, palabra que viene del griego ‘meteoros’, lo que ocurre en las alturas, de las raíces ‘meta’, que significa encima o más allá y ‘aoros’, algo que está elevado o flotando en el aire.

En una noche común, es posible ver en el cielo unos siete meteoros cada hora, repartidos uniformemente por el cielo. Son unos pocos de los millones de pequeños objetos que entran diariamente en nuestra atmósfera sumando entre 40.000 y 80.000 mil toneladas al año.

Los meteoros más conocidos son los que se presentan periódicamente en la forma de lluvias de meteoros, o lluvias de estrellas, acontecimientos en las cuales se puede ver una gran cantidad de meteoros aparecer cada pocos segundos o minutos y que parecen provenir todos de un mismo punto radiante del cielo. Las lluvias de meteoros ocurren cuando la Tierra, en su órbita, cruza la estela de partículas sólidas dejadas a su paso por un cometa. Como esto ocurre cada año en el recorrido de la Tierra alrededor del sol, las lluvias de meteoros son predecibles.

Se pueden observar más de 30 lluvias de estrellas a lo largo del año. Los astrónomos les dan nombre con base en la constelación en la cual parece estar el punto radiante. Las más conocidas son las Perseidas, que ocurren a fines de julio y durante la mayor parte de agosto; las más espectaculares, las Leónidas, visibles durante casi todo el mes de noviembre, y las Gemínidas, en la segunda semana de diciembre. Una excursión nocturna a un lugar alejado de las luces de las poblaciones permite disfrutar un espectáculo majestuoso en esas fechas.

La mayoría de los meteoros que podemos ver, en lluvia o individualmente, son muy pequeños y se desintegran totalmente en la atmósfera terrestre, convertidos en polvo. Pero unos pocos, los de mayor tamaño y por tanto más escasos, llegan intactos a la superficie de nuestro planeta, y entonces los astrónomos los llaman meteoritos.

Los entre 20.000 y 85.000 meteoritos que caen a la superficie de la Tierra cada año se pueden clasificar de varias maneras. La forma tradicional tiene tres clasificaciones principales: meteoritos rocosos, metálicos o mixtos, cada una de ellas con distintos subgrupos y variantes. El estudio de la composición de los meteoritos nos permite conocer muchos datos sobre nuestro sistema solar que no podríamos obtener de otra forma.

El uso de sistemas de datación nos permite saber mucho acerca de la edad y evolución del sistema solar y la composición de la nube de gases y polvo que se condensó para formarlo. Así, por ejemplo, el meteorito Allende, que cayó en México en 1969, es la roca más antigua que hemos podido estudiar, ya que tiene fragmentos que se han datado en 4.567 millones de años, es decir, que se cristalizaron cuando el sistema solar aún estaba en proceso de formación.

Muchos meteoritos proceden del cinturón de asteroides que se encuentra en órbita entre Marte y Júpiter, cuya potente atracción gravitacional altera la órbita de los asteroides y puede lanzarlos hacia otras regiones del espacio, incluido nuestro planeta. Pero algunos meteoritos proceden de la Luna o, incluso, de Marte.

Si en la Tierra podemos ver enormes cráteres dejados por el impacto de meteoritos, como el de Vredefort, en Sudáfrica, que tiene 300 kilómetros de diámetro, estos impactos son mucho más evidentes en Marte, con su atmósfera mucho menos densa, o en la Luna, donde dicha atmósfera es virtualmente inexistente y no hay nada que impida a cuerpos de todos los tamaños llegar a su superficie. Cuando algún gran asteroide choca contra Marte o la Luna, puede arrancar de ellos trozos de su superficie que salen volando hacia el espacio, y algunos de ellos han llegado a la Tierra en forma de meteoritos.

Estos meteoritos son mucho más jóvenes que los que proceden de asteroides, de menos de 165 millones de años, según los métodos de datación disponibles. Esto quiere decir que proceden de cuerpos que ya estaban formados mucho después de la consolidación de nuestro sistema solar. Estos meteoritos pueden compararse con las muestras de suelo lunar traídas a la Tierra por las misiones Apolo de Estados Unidos y Luna de la antigua Unión Soviética, lo cual nos permite identificar a los que proceden de nuestro satélite. Una vez eliminados los meteoritos de materia lunar, un proceso de eliminación que considera las probabilidades de que estos cuerpos procedan de otros planetas como Venus o Mercurio, ha permitido a los científicos identificar hasta hoy al menos 25 meteoritos que son probablemente de Marte. Como evidencia adicional, los gases atrapados en uno de estos meteoritos son idénticos a la atmósfera de Marte, la cual conocemos gracias a las mediciones de las sondas robóticas Viking en 1976.

Toda caída de un objeto puede causar daños en la Tierra. Existen anécdotas de meteoritos que han caído en casas , que han matado ganado o incluso que han golpeado autos o buzones de correos, e incluso a alguna persona.

Pero si las dimensiones del objeto son lo bastante grandes, sus efectos pueden ser devastadores. Tal es el caso del que cayó en lo que hoy es Chixculub, en la península de Yucatán, México, hace alrededor de 65 millones de años. El objeto, de unos 10 kilómetros de diámetro, chocó con la tierra con una fuerza de 96 billones de toneladas de TNT (96 seguido de 12 ceros), lo que equivale a 50 millones de bombas atómicas como la que estalló en Hiroshima. El impacto dejó un cráter de 70 kilómetros de diámetro. La fuerza del impacto pudo haber oscurecido el cielo durante mucho tiempo en gran parte del planeta.

Para muchos paleontólogos, aunque hay algunos que aún esperan tener más pruebas, el impacto de Chixculub fue responsable, al menos en gran parte, de la extinción masiva de los dinosaurios que, a su vez, dejó libre el camino para que se desarrollaran los mamíferos. Sin ese catastrófico evento cósmico, quizás no estaría usted leyendo esto.

El cielo se cae en España

El mayor meteorito encontrado en España de hecho fue visto en su caída por quienes celebraban la Nochebuena de 1858. Conocido como “meteorito de Molina Segura” por el municipio de Murcia donde cayó, su peso se calcula en 144 kilos, aunque al caer se rompió en varios fragmentos. El trozo más grande, de 112 kilos, se puede ver actualmente en el Museo Nacional de Ciencias Naturales de Madrid.

julio 09, 2011

Cuando la evolución inventó el sexo

Tulip - floriade canberra
Las flores no son sino los órganos sexuales
de las plantas.
(Foto GFDL o CC de By John O'Neill,
vía Wikimedia Commons)
Todos tenemos la imagen a partir de algún punto de nuestra educación: una célula, para reproducirse, se divide, duplicando su carga genética y sus organelos para dar origen a dos células esencialmente idénticas.

Este sistema de reproducción, con algunas variantes, fue el único que utilizó la vida en nuestro planeta durante la mayor parte de la historia. La Tierra se formó hace unos 4.500 millones de años y la vida surgió hace sólo 3.800 millones de años, según los más antiguos fósiles de seres unicelulares que conocemos. A lo largo de los siguientes 1.800 millones de años, estas células evolucionaron, se modificaron y se desarrollaron, siempre reproduciéndose por división celular simple y empleando mecanismos, como el aprovechamiento de las mutaciones y ciertas formas de intercambio genético entre distintos individuos para conseguir alguna variación genética.

Un ser unicelular que se reproduce asexualmente puede refrescar su acervo genético mediante la transferencia genética, como las bacterias que transfieren material genético a otra, o absorbiendo trozos de ADN que hallan libres en su medio, o bien cuando un virus toma un trozo de ADN de una célula y, al infectar otra, se lo inyecta.

La supervivencia y la evolución de las especies dependen de la riqueza genética. Mil sujetos genéticamente idénticos producidos asexualmente por un sujeto original tienen todos las mismas fortalezas y las mismas debilidades, y reaccionarán casi igual a los cambios del entorno: temperatura, salinidad, irradiación solar, competencia por los recursos o enfermedades. Un virus exitoso puede acabar con los mil sujetos de modo bastante eficiente y rápido.

Pero si el sujeto original mezcla sus genes con los de otro sujeto de modo aleatorio y tiene mil descendientes con distinta carga genética, algunos de estos descendientes serán más resistentes que otros en ciertos aspectos ante ciertos cambios y tendrán mejores oportunidades de sobrevivir y reproducirse, transmitiendo sus genes a las generaciones posteriores.

El mecanismo de la reproducción sexual requiere que la célula se divida sin reproducir su ADN, sino separando los pares de cromosomas en dos paquetes, un cromosoma de cada par en cada uno. En el ser humano, nuestra carga genética es de 23 pares de cromosomas, y cada una de nuestras células germinales (espermatozoides u óvulos) tiene sólo 23 cromosomas, repartidos aleatoriamente. Esos 23 cromosomas a los de la otra célula germinal cuando se da la fertilización, es decir, cuando un espermatozoide se une a un óvulo. El individuo resultante será parecido a sus dos progenitores, pero distinto de ellos.

Y ésa es precisamente la esencia de la reproducción: una variación aleatoria seleccionada por el medio ambiente.

No es extraño que al aparecer la reproducción sexual hace unos 1.200 millones de años hubiera una verdadera sacudida que abrió horizontes de cambio y adaptación antes insospechados. La variedad de la vida se multiplicó, como lo demuestra el hecho de que hay más especies de seres con reproducción sexual que de seres con reproducción asexual.

Así aparecieron primero seres multicelulares como las algas, y hace 600 millones de años surgen los animales simples. Les siguieron variaciones verdaderamente asombrosas, construyendo posibilidades con base a unos pocos temas, como en una obra de Bach: artrópodos (de donde vienen todos los insectos, los arácnidos y los crustáceos marinos), animales complejos, peces, anfibios, reptiles, mamíferos y aves.

Y las plantas también hicieron su parte en la variación de la vida: esporas, tallos, raíces, hojas, semillas y, el más reciente desarrollo, las flores (que llevan con nosotros sólo 130 millones de años, de modo que no las conocieron los dinosaurios durante la mayor parte de su reinado sobre el planeta).

Sin embargo, la reproducción sexual que ha sido responsible de esta enorme variedad no parece una ventaja para el individuo. En lugar de una reproducción asexual, segura y rápida, la existencia del sexo implica encontrar a una pareja que satisfaga nuestras expectativas y cuyas expectativas a su vez se vean satisfechas por nosotros. Los requisitos pueden ser sencillísimos o complicados, que impliquen una ventaja obvia (como salud, fuerza o habilidad) o ser simplemente cuestión de estética, como las plumas del pavorreal o los colores de muchos peces.

Ante este problema, junto a la complejidad de la reproducción sexual evolucionó el comportamiento sexual, es decir, la enorme variedad de estrategias que hacen que uno de los sexos fertilice al otro. Desde la sencilla polinización aérea de algunas plantas hasta los complejos rituales y danzas de apareamiento de especies como las de las aves del paraíso (por no mencionar el cortejo humano, complicado además por asuntos culturales), pasando por el singular fenómeno de satisfacción placentera que es el orgasmo, la evolución nos ofrece satisfacciones individuales inmediatas para el sexo ante el hecho de que la ventaja es de especie y a largo plazo.

El surgimiento de la reproducción sexual no canceló otras posibilidades, por supuesto. Para muchos animales, las variaciones son la excepción y no la regla, como es el caso de las especies que pueden reproducirse sexual o asexualmente según las condiciones de su entorno.

Una de las formas más comunes de reproducción asexual es la partenogénesis, un proceso común entre las hembras de algunos gusanos nemátodos, artrópodos (como abejas o escorpiones), reptiles, peces e incluso algunas aves. En esta forma de reproducción, el óvulo conserva la totalidad de sus pares de cromosomas y se reproduce dando como resultado un clon, es decir, un animal genéticamente idéntico a su progenitor.

Para esas especies, la reproducción asexual es una opción que permite la supervivencia de la especie aún en condiciones difíciles.

La pregunta que, sin embargo, sigue enfrentando la ciencia mientras estudia la sexualidad de las más diversas especies, es exactamente por qué existe la reproducción sexual, cómo surgió y por qué ha triunfado. Material de estudio para muchas generaciones de investigadores que siguen multiplicándose… mediante la reproducción sexual.

¿Cuántos sexos?

Nos resulta natural pensar en términos de gametos macho o hembra, donde el macho es un célula pequeña o esperma que determina el sexo del descendiente y el hembra es una gran célula o huevo. Pero hay muchas otras posibilidades. Hay algas verdes con gametos iguales diferenciados sólo por algunas características, y se llaman “más” y “menos”, seres hermafroditas como la lombriz de jardín que son machos y hembras a la vez, seres que determinan su sexo con cromosomas Z y W en lugar de X e Y, y, el gran campeón, un lagarto llamado uta que tien tres formas de machos y dos de hembras. Variedad no falta.

julio 02, 2011

Las posibilidades del vidrio metálico

Metalic Glas Vitreloy4
Trozos del vidrio metálico llamado "vitreloy"
(Foto CC de Björn Gojdka
vía Wikimedia Commons
“Vidrio metálico”, la sola idea desafía nuestro sentido común. Se trata de metales con una estructura distinta de la que conocemos habitualmente y que ofrece importantes expectativas para productos que van desde piezas de motores hasta carcasas casi indestructibles para nuestros teléfonos móviles. Es una más de las muchas áreas en las que trabaja hoy la ciencia de los materiales, disciplina que se ocupa de la relación entre la estructura y las propiedades de todo aquello de lo que está hecho nuestro universo.

El ser humano utilizó primero los materiales de la naturaleza tal y como los hallaba y fue avanzando en las modificaciones que les practicaba para servirse de ellos: la piedra simple fue luego tallada para formar el hacha de mano o la punta de lanza que se fijaba en un palo largo con tendones de animales o cuerdas vegetales trenzadas.

Los avances en el uso y transformación de los materiales fueron parte esencial del progreso humano. La cerámica, con el asombroso proceso de cocción que daba al barro resistencia y dureza, surgió hace más de 27.000 años, mientras que el curtido de las pieles para evitar su descomposición apareció entre el 7000 y el 3000 antes de la Era Común.

El uso de los metales, que apareció hace al menos 8.000 años, marcó profundamente a las sociedades humanas que, a través de la edad del cobre, del bronce y del hierro, aprendieron a extraer, producir y dar forma a distintos productos, herramientas, armas o estructuras de metales cada vez más duros y resistentes.

Esos metales que utilizamos habitualmente tienen una estructura cristalina. Lo que define a un cristal es que sus átomos o moléculas están ordenados mediante un patrón que se repite en tres dimensiones, una forma de enrejado.

El vidrio, por su parte, tiene una estructura radicalmente distinta: si las moléculas de un cristal son ordenadas y repetitivas, las del vidrio están desordenadas y en agrupaciones aleatorias, del mismo modo en que estarían en un líquido. Es esa estructura la que da sus características al vidrio común de sílice que conocemos desde hace unos 5.500 años, pero no es privativa de él. En la ciencia de los materiales, vidrio es cualquier sustancia sólida con una estructura no cristalina o amorfa.

Así, el dióxido de silicio puede formar cristales como el cuarzo, con una forma de prisma de seis lados, o vidrio, que es el mismo dióxido de silicio pero con una estructura radicalmente distinta y, por tanto, con propiedades físicas muy diferentes. Y esto se puede hacer con muchas otras materias primas para conseguir características innovadoras. Al hacerlo con sustancias metálicas obtenemos el vidrio metálico o metal amorfo.

El primer vidrio metálico fue producido en 1960 por tres investigadores de la División de Ingeniería del Instituto de Tecnología de California, con una aleación de oro y silicio. Lo que hicieron fue tomar la aleación fundida y enfriarla a una gran velocidad (equivalente a millones de grados por segundo) para que las moléculas de los metales componentes no tuvieran tiempo de organizarse en una estructura cristalina, sino que mantuvieran su desorden interno. Este rápido enfriamiento al principio sólo podía lograrse en capas de espesores menores a un milímetro.

Desde entonces se ha avanzado en técnicas para la producción de vidrio metálico de espesores mayores, en grandes volúmenes que resulten eficientes en cuanto a coste-beneficio, y con mejores características. Dado que los vidrios metálicos están formados por aleaciones de dos o más metales, una tarea importante ha sido determinar cuáles metales, en qué combinaciones y con qué proporciones, son idóneos para obtener vidrios metálicos con la dureza, resistencia, ductilidad y densidad que se necesita para diversas aplicaciones. Así, uno de los primeros usos prácticos de estos materiales fue en cabezas de palos de golf que aprovechaban su singular elasticidad.

La característica principal de los vidrios metálicos es su combinación ideal de resistencia y fuerza, dos conceptos que suelen ser en gran medida excluyentes. Un vaso de vidrio común de cuarzo es sin duda fuerte, pero no tiene elasticidad y por tanto es poco resistente a un golpe, como sabemos al momento de ver un vaso cayendo hacia el suelo. En cambio, una lata de aluminio es muy resistente, pero no es fuerte y podemos deformarla y romperla con las manos.

Los vidrios metálicos son más fuertes que los metales puesto que carecen de los defectos que caracterizan a los cristales y son por tanto menos frágiles ante el desgaste y la corrosión, pero al mismo tiempo son más resistentes que el vidrio de cuarzo. Además tienen una alta resistencia eléctrica y exhiben una enorme facilidad para cambiar su orientación magnética, algo que los hace ideales para utilizarse en los núcleos magnéticos de transformadores eléctricos.

Algunos vidrios metálicos pueden ser hasta tres veces más fuertes que los mejores aceros que se producen en la actualidad y pueden reemplazar el titanio en muchas aplicaciones, como piezas de aviones y autos, instrumental médico y placas y tornillos para reparar fracturas óseas. Algunas aleaciones prometedoras de magnesio incluso pueden disolverse al paso del tiempo, eliminando así la necesidad de la cirugía para retirar las piezas metálicas una vez que las fracturas han soldado.

Uno de los más recientes descubrimientos sobre los vidrios metálicos podría abrir toda una nueva área de investigación. Investigadores del Departamento de Energía de los EE.UU. y de la Universidad de Stanford sometieron a una muestra de vidrio metálico de cerio y aluminio a una presión de 250.000 veces la presión atmosférica al nivel del mar utilizando dos “yunques” de diamante. Los átomos de toda la muestra de vidrio metálico se alinearon súbitamente formando un solo cristal.

La pregunta que este experimento plantea es si todos los vidrios tienen, oculto en su estructura aparentemente amorfa y desordenada, un cristal y, de ser así, qué características lo diferenciarían de las formas de cristal conocidas hasta hoy. Mientras empezamos a utilizar más ampliamente el vidrio metálico, éste a su vez puede llevarnos a otras estructuras que satisfagan necesidades diversas en el campo de los materiales que usamos para nuestra vida, bienestar, salud y estudio.

El vidrio metálico en la tienda

El vidrio metálico está presente en las etiquetas antirrobo de muchísimos de los productos que compramos, como DVD o libros. Esas etiquetas están magnetizadas aprovechando las características del vidrio metálico y son las que provocan que suenen los detectores que están a las puertas de muchas tiendas, si no las desmagnetiza previamente el dependiente cuando pasamos por caja. Basta abrir una de esas etiquetas para ver directamente un vidrio metálico.