2008 Ig Nobel, Ciencias cognitivas: Hasta una protozoo puede encontrar el camino más corto en un laberinto

El hambre agudiza el ingenio. Incluso para un protozoo o un hongo (pues el Physarum polycephalum fue considerado hongo y ahora se le considera protozoo). A vista, es una especie de moho de color amarillo, con forma de ameba grande con una red de estructuras tubulares parecidas a dendritas (psuedópodos).

Su ciclo de vida pasa por diferentes fases (desde estados unicelulares ameboides, tipo ameba, a estados multicelulares, tipo moho). Durante la mayor parte de su vida es un “moho” móvil, una masa de protoplasma con numerosos núcleos que se desliza por el suelo buscando las partículas de alimento. Si las condiciones ambientales hacen que el plasmodio se deshidrate, se formará un tejido endurecido multinucleado que sirve como etapa latente durante largos períodos de tiempo. Una vez que las condiciones favorables se reanudan, el plasmodio reaparece para continuar con su búsqueda de alimento.

Cuando falta el alimento, el plasmodio finaliza la fase de alimentación y comienza con su fase reproductiva. A partir del plasmodio se forman tallos de esporangios y dentro de estas estructuras se produce la meiosis y se forman esporas. Los esporangios suelen formarse en espacios abiertos para que las esporas se propaguen por medio del viento. Cuando las esporas germinan, liberan células flageladas o ameboides (etapa móvil). Las células se fusionan para formar una nuevo plasmodio.

El plasmodio tiene una curiosa habilidad. Si se encuentra dos fuentes de alimento, utiliza sus dendritas para estar conectado a ambas. ¿Qué pasará si ambas fuentes de alimento se encuentra en dos lugares alejados en un laberinto? Sorprendentemente, el plasmodio es capaz de encontrar el camino de longitud mínima en dicho laberinto, es decir, una protozoo es capaz de resolver el problema de encontrar el camino más corto entre dos puntos de un laberinto. Lo han demostrado Toshiyuki Nakagaki, Hiroyasu Yamada, and Ágota Tóth, “Intelligence: Maze-Solving by an Amoeboid Organism,” , Nature, 407: 470, 2000 (interesante artículo que ha fecha de hoy ha sido citado 56 veces). 

Hombre, el tema tiene algo de truco. Según como se mire. Los investigadores rellenaron todo un laberinto con “trozitos” de plasmodio. Luego pusieron comida (terrones de azúcar en las posiciones AG de la figura derecha) en dos lugares alejados. Dejaron evolucionar el sistema y el plasmodio se fue retrayendo por el laberinto, abandonando los lugares “más alejados” a los dos focos de comida, resultando que a las 4 horas, sólo se observa plasmodio en el camino más corto que une los dos focos de comida (como muestran las figuras de la derecha).

¿Por qué el plasmodio decide cambiar su forma para acercarse a la del camino de longitud mínima entre las dos fuentes de alimento? Para maximizar su capacidad de alimentarse. El plasmodio es un sistema formado por muchos núcleos celulares conectados por dendritas (tentáculos) por lo que su forma óptima en el laberinto facilita que la llegada de alimento a todas los núcleos sea lo más eficaz posible. Para ello, el plasmodio utiliza ondas de contracción a todo su largo. Por poner un ejemplo “casero” esto es como los movimientos peristálticos de nuestro esófago para engullir cuando nos alimentamos.

La inteligencia del Physarum polycephalum va más allá, e incluso si no hay ningún laberinto, es capaz de buscar el camino más corto que una serie de puntos de comida, es decir, resuelve el problema de Steiner. Como mostraron por primera vez Nakagaki, T., Kobayashi, R., Nishiura, Y., Ueda, T., “Obtaining multiple separate food sources: Behavioural intelligence in the Physarum plasmodium,” Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 271: 2305-2310, 2004. Los autores afirman en dicho artículo que esta solución demuestra claramente la inteligencia del plasmodio. Sin embargo, a mí me recuerda a las pompas de jabón. Los árboles (grafos) de Steiner son también la solución que encuentran las pompas de jabón para el problema de encontrar el camino (área de película de jabón) mínimo entre una serie de pivotes. ¿Alguien afirmaría que las películas de jabón tienen inteligencia?

La inteligencia de los investigadores no tiene límites y se ha propuesto el uso del Physarum polycephalum como computador analógico (también se propuso el uso de las pompas de jabón). En el artículo A. Adamatzky, “Physarum machine: Implementation of a Kolmogorov-Uspensky machine on a biological substrate,” Parallel Processing Letters, 17: 455-467, December 2007, se propone un modelo de máquina de Turing universal (en realidad una máquina de Kolmogorov-Uspensky) basada en este plasmodio. El plasmodio es tan inteligente como el ordenador en el que estás leyendo esta entrada. ¿Es inteligente tu ordenador?

Hablando de laberintos, me ha venido a la memoria David Bowie. Así que lo siento, no puedo resistir la tentación.

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Para qué sirven las políticas de reducción de emisiones de dióxido de carbono (o alguien me puede explicar qué es el cambio climático)

A la pregunta del título de esta entrada (retórica) sobre las políticas de reducción de las emisiones he de contestar ¿las hay? El último estudio del Global Carbon Project estima que las emisiones de carbono han crecido un 3.5% anual entre los años 2000 y 2007, dato a comparar con el crecimiento estimado por el Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) de sólo un 2.7% y con las emisiones durante los 1990s, de sólo un 0.9% de crecimiento anual. Actualmente, China ha pasado a ser el mayor emisor del mundo de CO2, contribuyendo con un 21% a las emisiones totales, relegando a EEUU a un “honroso” segundo puesto con sólo el 19% del total. Rusia es el tercero, pero seguido de cerca por India. Datos publicados en “Carbon dioxide emissions rise to record levels,” Nature 455, 581, 1 October 2008 .

Los modelos de cambio climático predicen que las concentraciones atmosféricas de CO2 alcanzarán niveles no “vistos” en los últimos 25 millones de años (Ma.); de hecho, los datos paleoclimatológicos indican que la concentración de CO2 empezó a descender hace 45 Ma. y estuvo descendiendo hasta hace 25 Ma., momento en que se ha mantenido, más o menos constantes, hasta la actualidad (salvo el último siglo). Como nos recuerda Stephen F. Pekar, “Climate change: When did the icehouse cometh?,” Nature 455, 602-603, 2 October 2008 . Los modelos climáticos (que pueden estar equivocados) predicen que la concentración de CO2 se encontrará a finales del s. XXI entre 500 y 900 partes por millión (p.p.m.), niveles similares a los que hubo hace 45 Ma. En esta época la Tierra dejó de ser un mundo “verde” libre de hielo para convertirse en un mundo “helado” que sufre periodos glaciares.

¿Alguien sabe cuál es el impacto “real” de la concentración de CO2 en el clima terrestre o en el hielo de los polos? Pekar nos recuerda que los geólogos normalmente usan los datos de hoy para predecir el pasado, pero el pasado es la clave para predecir el futuro. ¿No es un círculo vicioso? Dado el enorme interés en los efectos del CO2 en el clima tando de los científicos como de la opinión pública, sorprende la gran incertidumbre actual sobre los efectos reales del CO2 en los casquete polares. El último estudio sobre el tema, Robert M. DeConto et al. , “Thresholds for Cenozoic bipolar glaciation,” Nature, 455: 652-656, 2 October 2008, trata de aclarar el tema utilizando modelos por ordenador, pero sus conclusiones son, para un lego como yo, cuando menos, discutibles. Su conclusión es que la Antártida se heló hace unos 33.6 Ma. mientras que el polo norte lo hizo más tarde, cuando los niveles de CO2 hace 25 Ma. alcanzaron los niveles de hace un siglo. Quizás porque se dieron circunstancias favorables de la órbita terrestre. Sin embargo, se necesitan nuevos datos experimentales para contrastar o refutar las tesis de DeConto et al.

Las predicciones hacia el pasado de los modelos de DeConto et al. dependen de las reconstrucciones de los niveles atmosféricos de CO2. Los datos más fiables se tienen en el hemisferio sur, en la Antártida, por ejemplo, los recientemente obtenidos por Jinho Ahn y Edward J. Brook, “Atmospheric CO2 and Climate on Millennial Time Scales During the Last Glacial Period,” Science, 322: 83-85, 3 October 2008 , quienes han reconstruido estos datos en el periodo que hace de 90 a 20 mil años. También se requieren datos fiables del nivel mar en el pasado, como los obtenidos por Bilal U. Haq y Stephen R. Schutter, “A Chronology of Paleozoic Sea-Level Changes,” Science, 322: 64-68, 3 October 2008 , para la era paleozoica desde hace 542 a 251 Ma. Han encontrado 172 eventos en los que el nivel del mar ha cambiado significativamente (evento eustático) con variaciones entre unas decenas de metros y hasta 125 metros (de altura respecto al nivel del mar actual, tanto hacia arriba como hacia abajo).

Pero, ¿cuál es la causa real del deshielo de glaciares en Groenlandia y en el casquete antártico oeste? ¿Realmente es el cambio climático? ¿Tiene algo que ver el régimen de viento? Parece ser que sí, como nos comenta Richard A. Kerr, “Winds, Not Just Global Warming, Eating Away at the Ice Sheets,” Science, 322: 33, 3 october 2008 . Cambios aleatorios en la circulación de los vientos que producen cambios en la circulación del agua en los océanos pueden ser los causantes del deshielo, en lugar del cambio climático. En Groenlandia parece que es así.

Lo dicho antes, el tema está que “arde” pero todavía queda muchísimo por conocer y científicamente, de forma fiable, es imposible predecir en la actualidad que va a pasar y se tienen muchas dudas sobre qué ha pasado. Lo que está claro es que todo está conectado, son muchísimos los factores que hay que tener en cuenta. El cambio climático es un hecho pero sus causas una gran incógnita. ¿Cómo se pueden hacer políticas efectivas para evitarlo si no se pueden evitar estas (ya que no se conocen)? Afortunadamente, “la ciencia avanza que es una barbaridad.”

2008 Ig Nobel, Economía: las bailarinas topless deberían evitar la píldora para lograr mayores propinas

¿Son las mujeres más guapas (atractivas sexualmente) para los hombres durante el momento más fértil de su ciclo menstrual? La mayoría de los mamíferos muestra este tipo de comportamiento, a los machos les apetece más reproducirse cuando las hembras son más fértiles (incluyendo los primates). Algunos investigadores creen que en la especie humana la evolución ha llevado a que este comportamiento se haya “perdido” o esté “oculto”. Otros, por el contrario, han encontrado ciertas “pruebas” del mismo, en laboratorio. Por ejemplo, se han realizado estudios basados en encuestas a hombres que indican que las mujeres en su momento más fértil tienen rasgos faciales más atractivos, su cuerpo parece más simétrico, o tienen mayor fluidez y creatividad verbal (en opinión de los hombres).

Los estudios en laboratorio son interesantes. ¿Pero estos efectos también se observan en la vida diaria? Hay varios estudios de este tipo, pero uno de los más interesantes es el de Geoffrey Miller, Joshua M. Tybur, y Brent D. Jordan, “Ovulatory Cycle Effects on Tip Earnings by Lap Dancers: Economic Evidence for Human Estrus?,”  Evolution and Human Behavior, 28: 375-81, 2007, que presenta la primera evidencia económica en el mundo real de la sensibilidad de los hombres a los cambios en el ciclo menstrual de las mujeres y en concreto en su atractivo sexual. Para ello han medido (durante dos meses) las propinas diarias que reciben las bailarinas de clubs nocturnos (donde bailan en topless) en función del día de su ciclo menstrual (las bailarinas utilizan tampones durante la menstruación que se cambian cuando retornan al camerino entre coreografía y coreografía). Estas bailarinas están muy motivadas para comportarse de la forma más atractiva posible todos los días, ya que sus propinas dependen de ello.

El resultado es sorprendente. Las bailarinas en los días de mayor fertilidad reciben muchas más propinas que el resto de sus competidoras (entre 5 y 30 según el club) que están bailando con ellas durante la misma noche. Destaca la comparación con las bailarinas que utilizan la píldora, como muesra la figura de más arriba. Os recuerdo que la división estándar del ciclo menstrual es: fase folicular (días 1 a 8), fase fértil (días 8 a 16) y fase luteal (días 16-28). Las bailarinas estudiadas tenían un ciclo menstrual de 28 o 29 días bastante regular (se les realizó una encuesta previa). Claramente, las bailarinas reciben muchas más propinas los días fértiles de donde los autores del estudio concluyen que son más atractivas para los hombres.

Aunque el estudio se ha realizado con sólo 18 mujeres (bailarinas), lo que limita la validez estadística de los resultados, el impacto del ciclo de ovulación de una bailarina topless sobre las propinas que recibe parece muy claro (como indica la figura de arriba). Ahora los autores deben encontrar las causas (qué es lo que un hombre ve diferente en una mujer fértil o qué señales muestra el cuerpo femenino de forma acentuada en dichos momentos).

VI ENCUENTROS CON LA CIENCIA (Universidad de Málaga)

Otro año más para los Encuentros con la Ciencia, coordinado por el Dr. Viguera y varios colaboradores, ofrece una serie de conferencias en la Sala del Ámbito Cultural de El Corte Inglés de Málaga de aquí a finales de año (a las 19:30 horas). Podrás disfrutar de las siguientes conferencias:

Lunes 6-X-2008: ‘Simbiosis: aprendiendo a vivir juntos’ Amparo Latorre Castillo, del Instituto Cavanilles de Biodiversidad y Biología Evolutiva (Universidad de Valencia)

Lunes 20-X-2008: ‘Mundo RNA y origen de la vida’ Carlos Briones Llorente, Centro de Astrobiología (Madrid)

Viernes 3-XI-2008: ‘La oncología en el siglo XXI: Hacia un tratamiento personalizado’ Emilio Alba Conejo, del Hospital Clínico Virgen de la Victoria (Málaga)

Lunes 17-XI-2008: ‘Ciencia a la cazuela’ Carmen Cambón, Marisol Martín y Eduardo Rodríguez (SEK-Ciudalcampo de Madrid)

Lunes 1-XII-2008: ‘Determinismo y azar en el comportamiento humano’ Marcos Ruiz, de la Facultad de Psicología de la Universidad de Málaga

Viernes 5-XII-2008: ‘Insectos en Ámbar: atrapados en el tiempo’, Enrique Peñalver, del Museo Geominero, Instituto geológico y Minero de España (Madrid)

Lunes 15-XII-2008: ‘La revolución biotecnológia: ¿una amenaza o una oportunidad para el desarrollo de la humanidad’, Luis Ángel Fernández, Centro Nacional de Biotecnología (Madrid)

Como afirman los coordinadores su misión es “facilitar el entendimiento de los temas científicos a todos los ciudadanos.” Estas jornadas están coordinadas por los doctores de la UMA Ana Grande, Enrique Viguera y José Lozano. También han participado Carmen Iñiguez (Cis Arqueología) y Julia Tova (Sociedad Malagueña de Astronomía). Todas las conferencias se desarrollarán en la sala del Ámbito Cultural a las 19:30 horas.