Publicado en Science: Un juego por ordenador y un premio de 10000 euros demuestran que el aprendizaje social es óptimo a la hora de enfrentarse a un entorno cambiante

El secreto del éxito demográfico de nuestra especie, que ocupa prácticamente todos lo hábitats de la Tierra, se piensa que es la cultura humana. El secreto de la cultura es el aprendizaje social, el aprendizaje gracias a la influencia de la observación o la interacción con otros individuos. El aprendizaje social parece ventajoso evolutivamente porque permite evitar el coste, en términos de esfuerzo y riesgo, del aprendizaje por ensayo y error. Sin embargo, el aprendizaje social también puede llegar a costar tiempo y esfuerzo. Los individuos deben ser selectivos en cuándo y cómo utilizar el aprendizaje social a fin de equilibrar sus ventajas frente a sus riesgos. Cuáles son los mecanismos psicológicos que especifican cuándo un individuo copia de otro y cómo selecciona a de quien aprender. L. Rendell et al. han organizado un torneo por computador para equipos de informáticos en el que los participantes deben desarrollar estrategias ganadoras que pueden utilizar el aprendizaje social o varias alternativas asociales (como el aprendizaje por ensayo y error). Para motivarlos el premio eran 10000 €. El resultado sería un programa de ordenador capaz de vencer a los demás. El objetivo del juego es ganar, pero el entorno del juego es complejo y el software del vencedor ha de aprender a adaptarse a dicho entorno si quiere ganar. En teoría, por ejemplo utilizando conceptos de teoría de juegos, los autores predijeron que las mejores estrategias serían mixtas, combinando ambos tipos de aprendizaje. Sorprende, sin embargo, que en el torneo las estrategias que dependían en gran medida del aprendizaje social han tenido un éxito notable. En opinión de los autores, el aprendizaje social resultó ventajoso porque las personas se portaron racionalmente: los competidores supusieron que los otros competidores se portarían de forma racional. Las estrategias de aprendizaje social puedan ser algo más costosas que las estrategias de prueba y error, pero entre seres racionales las primeras conducen a mejores resultados en promedio. Los interesados en estos temas, que gracias a Punset se han popularizado mucho en España, disfrutarán del artículo, “Why Copy Others? Insights from the Social Learning Strategies Tournament,” Science 328: 208-213, 9 April 2010. También de Laura Sanders, “Copycats prevail in computerized survival game. ‘Information scroungers’ have the most successful strategy, study suggests,” ScienceNews, April 8th, 2010.

Más sobre aprendizaje social en Science: Michael Balter, “Evolution of Behavior. Did Working Memory Spark Creative Culture?,” Science 328: 160-163, 9 April 2010; Elizabeth Culotta, “Archaeology. Did Modern Humans Get Smart Or Just Get Together?,” Science 328: 164, 9 April 2010; Elizabeth Pennisi, “Cultural Evolution. A Winning Combination,” Science 328: 166, 9 April 2010.

Publicado en Science: Zewail y el seguimiento paso a paso de la ruptura de enlaces en una reacción química

El egipcio Ahmed H. Zewail, afincado en EEUU, recibió el Premio Nobel de Química 1999 por sus estudios mediante espectroscopía de femtosegundos de cómo ocurren paso a paso las reacciones químicas, determinando todos los estados de transición intermedios. Hoy en Science publica un largo (7 páginas) e interesante artículo de revisión del estado actual del arte de la microscopía electrónica ultrarrápida (UEM), también llamada 4D, por que usa 4 dimensiones, donde la cuarta dimensión es el tiempo. Los microscopios electrónicos utilizan electrones para lograr ver detalles que son imposibles de ver con los microscopios ópticos que utilizan fotones ultravioletas, cuya longitud de onda es de unos cientos de nanómetros. Tradicionalmente los microscopios electrónicos han sido estáticos ya que los electrones se repelen los unos a los otros lo que impide comprimirlos en tiempo tanto como a los fotones en un pulso de luz. Zewail nos revisa los avances tecnológicos recientes que han permitido superar esta barrera y lograr resoluciones temporales de billonésimas de segundo (hasta 0’1 picosegundos) sin menoscabo de su precisión espacial. Según afirma en su artículo, actualmente la única limitación de estas técnicas es la velocidad e la vídeo cámara que ha de grabar las imágenes. Ahmed H. Zewail, “Four-Dimensional Electron Microscopy,” Review, Science 328: 187-193, 9 April 2010.

Las técnicas desarrolladas por Zewail permiten hacer un seguimiento de una reacción química hasta el extremo de determinar la secuencia de enlaces químicos que se rompen durante la misma, que depende del acoplamiento entre la dinámica electrónica y nuclear de cada átomo de las moléculas involucradas. Leonid Sheps et al. estudian en el mismo número de Science la fotodisociación del segundo estado electrónico excitado (llamado A’) de un complejo molecular formado por un anión de monobromuro de iodo con dióxido de carbono [IBr(CO2)]. Estudios anteriores han mostrado que la disociación del anión IBr desnudo tiene como productos finales solamente I + Br. Sin embargo, la espectroscopía fotoelectrónica ultrarrápida revela que en la fotodisociación del complejo IBr(CO2) un subconjunto de las moléculas sufre una transferencia de electrones del iodo al bromo tras sólo 350 femtosegundos tras la excitación inicial. El estudio de este proceso ha requerido simulaciones por ordenador de dinámica molecular que han permitido elucidar el mecanismo de esta transferencia de carga en la que la molécula de dióxido de carbono juega un papel crucial. La molécula de CO2 actúa como un “catalizador” para una transferencia de electrones a través de una distancia de sólo 7 angstroms. La figura muestra la participación de los cuatro estados electrónicos de menor energía (llamados X, A, A’, y a) durante la fotodisociación del IBr (curvas sólidas marcadas 1, 2 y 3) medida por el dióxido de carbono. Realmente es curioso cómo podemos seguir paso a paso la ruptura de enlaces en una reacción química y ver la película de los hechos en escalas de los femtosegundos. El artículo técnico es Leonid Sheps et al., “Solvent-Mediated Electron Hopping: Long-Range Charge Transfer in IBr(CO2) Photodissociation,” Science 328: 220-224, 9 April 2010 (originally published in Science Express on 4 March 2010).

El artículo incluye tres películas que muestran los tres modos de fotodisociación observados experimentalmente mediante simulaciones de dinámica molecular: Movie s1, ruptura en tres del estado excitado del IBr(CO2), en concreto en I, CO2, y Br; Movie s2, ruptura en dos del IBr(CO2), en concreto en Br y I(CO2); y Movie s3, ruptura en tres con transferencia de un electrón del ión I al Br. Desde que conocí el trabajo de Zewail, cuando le concedieron el Nobel, todavía me sorprende cuando leo artículos como este en el que es observa en escalas de (cientos de) femtosegundos el proceso detallado de una reacción química. La química reducida a física.

OJ 287, un par de agujeros negros en rotación mutua

No es una noticia nueva que OJ 287 es un sistema binario en el que dos agujeros negros orbitan el uno alrededor del otro , pero a veces conviene recordar el pasado [1]. El cuásar OJ 287 presenta picos de luminosidad óptica cuasiperiódicos en intervalos de unos 12 años y muestra una pérdida de energía orbital compatible con una fuerte radiación de ondas gravitatorias. Se sabe que son dos agujeros en rotación mutua porque algunos de estos picos son dobles y es difícil explicar esta duplicidad suponiendo que existe un único agujero negro. El agujero negro más masivo tiene 1’84 × 1010 MS (masas solares) y el secundario sólo 1’46 × 108 MS, con una excentricidad de la órbita de 0’70. El parámetro de rotación (o espín) adimensional es igual a 0’28 ± 0’01  (1 sigma). El próximo pico de luminosidad se espera para finales de 2015, en concreto para el 15 de diciembre de 2015 si el parámetro de espín vale 0’28, para el 3 de enero de 2016 si vale 0’25 y para el 26 de noviembre de 2015 si vale 0’31. La pérdida de energía por radiación gravitatoria de este agujero negro binario coincide con la relatividad general de Einstein en un 2% (1 sigma). Todos estos valores se han publicado en enero de 2010 [2]. A mí me sorprende la gran exactitud de la predicción y que el agujero central del par sea el agujero negro más masivo que se conoce hasta la fecha (18 400 millones de masas solares) [3]. Esto me recuerda al descubrimiento del planeta Neptuno y del planeta enano Plutón. Más información en español en Observatorio de Calar Alto, “OJ 287: Agujero binario en el centro de una galaxia,” InfoAstro.com, 17 de Abril 2008.

[1] Se sabe desde 1988 (A. Sillanpää et al., “OJ 287 – Binary pair of supermassive black holes,” Astrophysical Journal 325: 628-634, 1988; versión gratis), aunque yo me enteré cuando saltó a la fama (M. J. Valtonen et al., “A massive binary black-hole system in OJ 287 and a test of general relativity,” Nature 452: 851-853, 17 April 2008; gratis en ArXiv). Ahora lo recuerdo al releer sobre él en Bee, “OJ 287,” Backreaction,April 08, 2010.

[2] M. Valtonen et al., “Measuring Black Hole Spin in OJ287,” ArXiv, 8 Jan 2010 [ApJ, Feb. 2010].

[3] Muchas fuentes lo indican, he decidido buscar en Menéame. Han sido portada “Colosal agujero negro destroza las escalas y todos los records,” Ciencia Kanija, 10-01-2008; y “El agujero negro más grande descubierto hasta la fecha,” NeoTeo.com, 11-05-2009.” No llegó a portada “Calculan la masa del objeto más grande posible en el universo [ENG],” Daily Galaxy, 14-07-2009.