Autor: techieguys

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El fósforo es un recurso no renovable; Se estima que con el ritmo actual de extracción y uso de fósforo, nos quedaremos sin fósforo en 50 a 100 años.

¿Sabías que el fósforo es un recurso no renovable? Sólo hay una cantidad finita de fósforo en este planeta, y una vez que usamos esta cantidad, no podemos reemplazarla.

Sin embargo, el fósforo es un nutriente crítico para la agricultura y la seguridad alimentaria. Las plantas necesitan tres nutrientes principales: nitrógeno, fósforo y potasio. La producción sostenida de alimentos requiere un suministro sostenido de estos nutrientes clave (junto con algunos otros).

El fósforo es un nutriente esencial para las plantas (Créditos: mikeygl/Freepik)

El fertilizante nitrogenado se elabora a partir del nitrógeno atmosférico, del cual existe una cantidad abundante. El potasio proviene de reservas de potasa, de las cuales hay cantidades finitas, pero todavía nos queda bastante. Se estima que al ritmo actual de uso, nos quedan unos 600 años de potasio para nuestro uso.

Sin embargo, estamos agotando rápidamente nuestros limitados suministros de fósforo, ya que continuamos fertilizando en exceso nuestros campos y perdemos aún más ese fósforo a través de nuestros sistemas de alcantarillado.

Garantizar un suministro de fósforo a largo plazo es clave para la seguridad alimentaria mundial. ¿Qué pasará cuando agotemos todo el fósforo de la Tierra? ¿Existen formas de hacer que nuestros suministros de fósforo duren más?

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¿Por qué las plantas necesitan fósforo y cómo lo obtienen?

El fósforo constituye algunas biomoléculas muy importantes. Es parte del ADN, el ARN y las moléculas que componen la membrana celular. También es una parte esencial de la respiración y la transferencia de energía en toda vida, ya que forma parte de la moneda energética de la célula: ATP (trifosfato de adenosina).

Las plantas necesitan fósforo para formar nuevas células vegetales mediante la división celular, lo que significa que lo necesitan para crecer. La deficiencia de fósforo provoca retraso en el crecimiento y hojas decoloradas.

Las plantas obtienen su fósforo del suelo. El fósforo regresa al suelo cuando la planta muere y se descompone. Esto es parte de un ciclo natural llamado ciclo del fósforo, que equilibra los niveles de fósforo en la Tierra.

Ahora, cuando cultivamos, es un poco diferente.

Las plantas utilizan el fósforo del suelo cuando cultivamos, pero cada vez que cosechamos, el fósforo que la planta había utilizado y asimilado en sí misma se elimina de forma eficaz. Transportamos esos cultivos a los consumidores en algún lugar lejano. Este fósforo que se elimina del suelo debe reponerse.

Los consumidores comen los alimentos y el fósforo se excreta de sus cuerpos. En ese momento, el fósforo ingresa al sistema de alcantarillado urbano junto con los excrementos.

Los agricultores prefieren los fertilizantes minerales con fósforo, que contienen una mayor concentración de fósforo (Créditos: vitalii-petrushenko/Freepik)

Tradicionalmente, los agricultores utilizaban estiércol y excrementos humanos para complementar el fósforo disponible naturalmente en el suelo. También se utilizaron fertilizantes elaborados a partir de desechos orgánicos (humanos e industriales), excrementos animales, subproductos de mataderos y fuentes relacionadas. Sin embargo, con el aumento de la población, la urbanización y una demanda cada vez mayor de alimentos, a mediados del siglo XIX, los agricultores cambiaron a fertilizantes minerales de fósforo, que contienen una mayor concentración de fósforo.

A nivel mundial, utilizamos 148 millones de toneladas de fósforo cada año.

El fósforo es un recurso no renovable

El fósforo no se puede sintetizar en el laboratorio. Proviene del mineral fosforita o roca fosfato. Se estima que hay 68 mil millones de toneladas de reservas de fosfato en el mundo, pero estas reservas no están distribuidas de manera uniforme. Tampoco son igualmente (y fácilmente) accesibles debido a las tensiones geopolíticas.

El fertilizante de fósforo se produce después de extraer fosforita o roca de fosfato y luego tratarlo con ácido sulfúrico o ácido fosfórico. El fosfato de roca triturado también se utiliza como fertilizante, pero el fósforo del fosfato de roca es muy insoluble.

Marruecos tiene la mayoría (>70%) de las reservas mundiales de fosforita. Otros países con reservas de fosforita son China (5%), Siria (3%), Argelia (3%) y Estados Unidos, Rusia, Sudáfrica, Jordania y Egipto (3% cada uno).

Aunque Marruecos tiene las mayores reservas, no es el mayor productor de fósforo, principalmente debido a las tensiones políticas. China es el mayor productor de fosfato y se estima que, al ritmo actual, sus reservas de fosfato se agotarán en 35 años. China también ha limitado la exportación de fósforo para asegurar su suministro interno. A Estados Unidos le quedan reservas de fósforo (estimadas en 2009).

Pico de fósforo: ¿qué es?

El concepto de pico de fósforo se introdujo en 2009 y estima el punto en el que la producción de fósforo de buena calidad alcanzará un nivel máximo. Las investigaciones estiman que esto sucederá en 2033.

Más allá de este punto, la calidad del fósforo disminuirá y el costo de producir más fósforo será mayor que las ganancias. Como resultado, la producción disminuirá o el precio aumentará significativamente.

El 90% de la roca fosfórica que se extrae se utiliza para la producción de alimentos (alimentos humanos y piensos para animales).

Se estima que con el ritmo actual de extracción y uso de fósforo, nos quedaremos sin fósforo en 50 a 100 años. Sin embargo, con el aumento de la población mundial y los cambios en los hábitos alimentarios que llevan a la necesidad de producir más alimentos, la demanda de fósforo aumentará y es posible que nos quedemos sin fósforo incluso antes.

¿Existe alguna solución?

Necesitamos fósforo para la seguridad alimentaria. Esto significa que debemos encontrar una manera de seguir manteniendo un suministro constante de fósforo en el suelo agrícola. La solución puede estar por el lado de la oferta o por el lado de la demanda.

Por el lado de la oferta, la exploración de más reservas, así como las innovaciones en la forma de extraer fósforo, pueden proporcionar formas de ampliar este recurso finito.

Por otro lado, existe un importante margen de mejora en el lado de la demanda.

Actualmente, existe un gran problema con el uso excesivo de fertilizantes, que genera muchos residuos. Sólo alrededor del 20% del fósforo que utilizamos en la agricultura se utiliza realmente en la producción de alimentos. El resto se desperdicia por el agua de escorrentía de los campos y provoca la eutrofización de los sistemas de aguas subterráneas.

El exceso de fertilizante provoca la eutrofización de los sistemas de agua subterránea (Créditos: Dimitrios Karamitros/Shutterstock)

Comprender la genética del uso eficiente del fósforo por parte de las plantas puede conducir al desarrollo de variedades de cultivos que utilicen el fósforo de manera más eficiente y necesitarán menos fertilizantes con fósforo para obtener un rendimiento óptimo.

Además, las elecciones dietéticas también influyen en la cantidad de fósforo que se utiliza. Una dieta vegetariana utiliza significativamente menos fósforo que una dieta basada en carne.

Reciclaje de fósforo

Al mismo tiempo, existen importantes oportunidades para reciclar el fósforo que utilizamos. Ejemplos de reciclaje de fósforo incluyen la recuperación de fósforo del estiércol y los excrementos humanos.

Cuando los agricultores utilizan estiércol, parte del fósforo consumido por los cultivos destinados a convertirse en alimento para animales regresa al suelo. Sin embargo, el suministro de estiércol en regiones con suelos enriquecidos en fósforo suele ser elevado, y en zonas con suelos deficientes en fósforo, es limitado.

Necesitamos encontrar una manera de mantener un suministro constante de fósforo para la agricultura. (Créditos: pixel-shot-com/Freepik)

Los seres humanos excretan casi el 100% del fósforo consumido en los alimentos y la mayor concentración de este fósforo se encuentra en la orina. Los excrementos humanos a menudo terminan en los sistemas de eliminación de aguas residuales y vías fluviales urbanas. Actualmente, sólo el 10% de los excrementos humanos regresan al sistema agrícola.

Otras formas de reciclar el fósforo incluyen arar los residuos de cultivos en el campo, así como convertir en abono los desechos de los hogares, las plantas procesadoras de alimentos y los minoristas de alimentos.

Conclusión

Actualmente no existe ningún sustituto viable para los fertilizantes de fósforo.

Dada la importancia del fósforo para garantizar la seguridad alimentaria, necesitamos un esfuerzo más centrado para reducir el desperdicio, optimizar el uso y reciclar el fósforo de manera eficiente. Aunque existen ensayos a pequeña escala para recuperar fósforo de desechos y excrementos, se necesitarán muchos años para hacerlo a una escala lo suficientemente grande como para sustentar la producción agrícola mundial.

Referencias (haga clic para ampliar)

1. (2022, 15 de septiembre). Acercándose al pico de fósforo. Plantas de la naturaleza. Springer Science y Business Media LLC.
2. Cordell, D., Drangert, J.-O. y White, S. (mayo de 2009). La historia del fósforo: seguridad alimentaria mundial y motivos de reflexión. Cambio ambiental global. Elsevier BV.
3. Países con mayores reservas de fosfato.
4. Por qué el fósforo es importante.
5. Conceptos básicos del fósforo | Manejo Integrado de Cultivos.

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Descubra el cautivador mundo de la sincronización, donde pequeños osciladores crean armonía en la naturaleza y la vida cotidiana. Sumérgete en el ritmo intrigante que convierte el caos en orden.

¿Alguna vez te has preguntado por qué las luciérnagas se iluminan juntas durante la noche o cómo tu corazón mantiene un ritmo constante? Estos fenómenos intrigantes se basan en la sincronización, un concepto cautivador que exploraremos de maneras simples y relacionables.

El término «sincronización» proviene de las palabras griegas antiguas «syn» (que significa «juntos») y «Chronos» (que significa «tiempo»). En términos comunes, significa que las cosas funcionan juntas en el tiempo perfecto, como un baile bien coordinado.

Aprendamos más sobre el ritmo oculto que transforma el caos en la sinfonía bellamente coordinada de la vida que nos rodea.

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La maravilla de la sincronización

Imagine la sincronización como una forma de que las cosas se muevan juntas en perfecta armonía, casi como si bailaran al mismo ritmo. Es como si todos siguieran los mismos pasos en una rutina de baile. Piense en ello como un equipo bien coordinado que trabaja hacia un objetivo común, guiado por el ritmo de pequeños osciladores.

Pero, ¿por qué las cosas se sincronizan? La sincronización ocurre cuando diferentes partes o entidades se influyen entre sí, haciendo que se muevan al unísono. Es como si todos reconocieran un ritmo oculto creado por estos osciladores que guía sus acciones, convirtiendo lo que podría parecer una actividad aleatoria y caótica en una actuación sincronizada con un ritmo claro y compartido.

Sincronizaciones espectaculares de la naturaleza

La naturaleza proporciona algunos de los ejemplos más encantadores de sincronización en nuestras vidas, algunos de los cuales se explican a continuación:

Luciérnagas

Imagínese una cálida tarde de verano con luciérnagas iluminando la noche. Estos pequeños insectos crean una exhibición mágica, cada uno sigue un ritmo interno y observa a los demás de cerca para mantenerse sincronizados.

Las luciérnagas iluminan el cielo. (Créditos: anake/Shutterstock)

Es como si todos estuvieran leyendo el mismo guión, creando un fenómeno fascinante en perfecta armonía. Esta increíble sincronización es posible gracias a sus relojes biológicos internos, que son como cronómetros finamente sintonizados que orquestan sus increíbles espectáculos de luces.

El giro y la órbita de la luna

Mire el cielo nocturno y notará que el mismo lado de la Luna siempre mira a la Tierra. Esto se llama bloqueo de mareas, mediante el cual la Luna ha aprendido a moverse con gracia con nuestro planeta, mostrando sincronización celestial.

Una visión artística del bloqueo de mareas. Puedes ver que un lado de la luna siempre mira hacia nuestra Tierra. (Créditos: Smurrayinchester/Wikimedia Commons)

La mayoría de las lunas grandes de nuestro sistema solar están bloqueadas por mareas con sus planetas, un fenómeno que ocurre dentro de unos pocos cientos de miles de órbitas.

Sincronización en nuestro cuerpo

Dentro de su cuerpo, la sincronización es fundamental para mantener la salud y el equilibrio. Tu funcionamiento interno es una sinfonía de actividades orquestadas por tu reloj biológico y pequeños osciladores:

Ondas cerebrales

Dentro del cerebro, las neuronas se comunican turnándose para enviar señales guiadas por osciladores neuronales. Piense en ello como un grupo de amigos que trabajan juntos para resolver un rompecabezas. Cuando las neuronas se sincronizan, su cerebro funciona de manera eficiente. Esta sincronización es crucial para pensar, recordar y aprender, transformando una maraña de pensamientos en patrones organizados sobre los que se puede actuar.

Una imagen artística de la sincronización de ondas cerebrales. (Créditos: usuario19987712/Freepik)

Vale la pena señalar que ciertas afecciones médicas, como la epilepsia, pueden estar relacionadas con un nivel excesivo de sincronización en la actividad cerebral, lo que resalta que la sincronización no siempre tiene efectos positivos.

ritmo cardíaco

Las células especializadas del corazón, conocidas como células marcapasos, envían señales que crean un ritmo constante, similar al ritmo oportuno de un tambor en la música. Cuando estas células trabajan juntas, su corazón funciona sin problemas, asegurando una circulación sanguínea adecuada. Sin embargo, si pierden el ritmo, es como si una banda tocara fuera de sincronía, lo que no es bueno para la salud del corazón. Esta sincronización es vital, ya que convierte una acción de bombeo potencialmente caótica en un latido cardíaco confiable y organizado.

Sincronización en la vida cotidiana

Piense en su rutina diaria (desde despertarse hasta acostarse) y se dará cuenta de que la sincronización está a su alrededor. Es como el director invisible de una sinfonía, asegurando que los diferentes elementos trabajen juntos a la perfección. A continuación se muestran algunos ejemplos cotidianos:

Relojes de péndulo

Los relojes de péndulo son ejemplos clásicos de sincronización en la vida cotidiana. Los péndulos oscilantes de estos relojes se mueven hacia adelante y hacia atrás de manera coordinada. Logran la sincronización mediante el acoplamiento mecánico de sus péndulos, y esta sincronización garantiza que mantengan la hora exacta.

Un reloj de péndulo. (Créditos: AZ-BLT/Envato Elements)

Música y movimiento

¿Alguna vez has notado cómo, naturalmente, mueves el pie al ritmo cuando escuchas tu canción favorita? Eso es sincronización en acción. La música marca el ritmo y casi inconscientemente lo sigues. Es como mover el cuerpo al ritmo de una melodía familiar, convirtiendo pasos aleatorios en un baile coordinado.

Dispositivos electricos

Sus dispositivos, como los teléfonos inteligentes y las computadoras, están llenos de pequeños componentes que trabajan juntos, como un equipo que colabora en un proyecto. Se sincronizan para realizar tareas como enviar mensajes o jugar juegos sin problemas.

Peatones en un puente

Imagínese cruzar un puente transitado con otras personas. Puede parecer que todos bailan al mismo ritmo mientras se mueven todos juntos, pero evite chocar entre sí. Esta coordinación tácita es sincronización en acción.

Aplausos en conciertos

Cuando asistes a un concierto y aplaudes, puedes notar que tus aplausos comienzan a alinearse con los que te rodean. Es como una alegría comunitaria que naturalmente entra en armonía, creando un sonido unificado.

Público aplaudiendo en un concierto. (Créditos: natali_brill/Freepik)

La sincronización, guiada por osciladores, es un concepto esencial que pone orden en nuestro mundo. Muestra cómo elementos aparentemente no relacionados pueden armonizar cuando están influenciados por ritmos compartidos y sistemas oscilatorios en nuestras experiencias cotidianas.

La ciencia detrás de la sincronización: osciladores y acoplamientos

Ahora, salgamos de la naturaleza y entremos en nuestra vida diaria para ver cómo la sincronización está a nuestro alrededor, a menudo guiada por osciladores.

Osciladores son los actores clave en la sincronización. Son elementos que se repiten, como el balanceo de un péndulo, el disparo de una neurona o incluso el destello de las luciérnagas. Cada oscilador tiene su ritmo o frecuencia natural.

Un ejemplo de movimiento oscilatorio de nuestra vida diaria. Un niño balanceándose en un columpio. (Créditos: lunamarina/Freepik)

Acoplamientospor otro lado, representan las interacciones entre estos osciladores. Los acoplamientos son la forma en que los osciladores se influyen entre sí. Por ejemplo, péndulos en una superficie compartida o neuronas conectadas en red.

La magia ocurre cuando los osciladores interactúan mediante acoplamientos. Esta interacción se puede describir con precisión utilizando modelos matemáticos, como el modelo de Kuramoto.

El modelo Kuramoto: descubriendo los secretos de la sincronización

En el ámbito de las matemáticas, el modelo Kuramoto, desarrollado por Yoshiki Kuramoto en la década de 1970, constituye un marco fundamental para comprender la sincronización. Este modelo considera dos factores críticos: la fuerza del acoplamiento entre osciladores y la diversidad de sus frecuencias innatas.

Aquí está la parte intrigante: cuando los osciladores tienen frecuencias innatas variables, requieren fuertes acoplamientos para sincronizarse. Básicamente, deben prestarse mucha atención unos a otros. Sin embargo, si los osciladores tienen frecuencias cercanas entre sí, incluso los acoplamientos débiles pueden conducir a una sincronización.

El modelo Kuramoto también revela un fascinante fenómeno de transición de fase. A medida que aumenta la fuerza de acoplamiento entre osciladores, pasan repentinamente de un comportamiento caótico y no sincronizado a una sincronización armoniosa. Es como si alguien hubiera accionado un interruptor del desorden al orden, guiado por los principios de osciladores y acoplamientos.

Metrónomos cayendo en sincronización

La sincronización, guiada por osciladores y acoplamientos, no es sólo una curiosidad científica; tiene profundas implicaciones. Los investigadores ahora están utilizando este conocimiento para explorar la teoría de la información semántica, comprendiendo cómo la vida y el universo obtienen significado de la armonía y la sincronización.

Ahora has explorado el cautivador mundo de la sincronización, donde pequeños osciladores orquestan el ritmo oculto que transforma el caos en una danza de orden bellamente coreografiada. Ya sean luciérnagas iluminando la noche, neuronas de tu cerebro trabajando juntas o los osciladores de tu canción favorita, la sincronización, guiada por estos notables sistemas oscilatorios, es un concepto esencial que pone orden en nuestro mundo aparentemente caótico.

Has dado un paso hacia el intrigante mundo de los ritmos ocultos, pero si te sientes sincronizado con este tema, ¡hay mucho más que aprender sobre los secretos de la sincronización!

Referencias (haga clic para ampliar)

1. Conceptos fundamentales de sincronización.
2. ¿Cómo parpadean las luciérnagas sincronizadas? Los estudios sugieren una nueva…
3. Las ondas cerebrales sincronizadas permiten un aprendizaje rápido.

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El GPS de los teléfonos móviles se basa en satélites, pero se mueven mucho más rápido y experimentan mucha menos gravedad que los propios teléfonos. Por tanto, surgen errores en la medición del tiempo y la distancia, que deben corregirse con base en las teorías de la relatividad.

Hoy en día, es fácil orientarse en las ciudades con un teléfono o un automóvil con GPS. También es igual de sencillo subir una foto a las redes sociales con una etiqueta de ubicación. Sin embargo, ¿sabías que se necesitan tanto la teoría de la relatividad especial como la general para determinar que estás dentro de un café específico, en lugar de simplemente en algún lugar de una ciudad?

La teoría especial de la relatividad es la que dice que la luz se mueve a una velocidad constante, lo que hace que las cosas se acorten mientras que el tiempo pase más lento a gran velocidad. Fue presentado por Einstein en 1905 y se utiliza para determinar cosas como la edad de las estrellas y de qué están hechas.

Pero para algo tan mundano como decirle a la gente que estás en una cafetería, ¿por qué tendríamos que utilizar la legendaria teoría especial de la relatividad?

¿Y por qué necesitaríamos también la teoría de la relatividad general?

Esa teoría corrigió la ley de gravedad de Newton que la mayoría de nosotros aprendimos en la escuela secundaria y le dio un cambio de imagen moderno.

La teoría general se utiliza para diversos fines, desde determinar la órbita de Mercurio hasta la evolución del universo y la energía oscura.

¿No parece excesivo utilizar armas tan enormes de nuestro arsenal intelectual para determinar que estás tomando un café en una cafetería?

El sistema GPS se puede utilizar para localizar con precisión la propia posición, por lo que ha encontrado una gran utilidad en nuestro día a día. (Créditos: usuario6613750/Freepik)

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¿Cómo funciona el GPS?

El Sistema de Posicionamiento Global o GPS comienza cuando su teléfono recibe una señal de 4 de los 24 satélites que orbitan la Tierra. ¿Por qué 4? Bueno, tres de ellos se utilizan para determinar tu posición y el cuarto se utiliza para corregir la posición determinada. Pero, ¿cómo determina exactamente su ubicación la recepción de señales de estos satélites?

El tiempo que tarda una señal emitida por el satélite en llegar a su teléfono definirá su distancia desde ese satélite. Ahora se sabe que su posición está a cierta distancia de ese satélite; de hecho, podrías estar en cualquier lugar de la superficie de una esfera con el satélite en el centro.

Cuando se conoce la distancia entre usted y el segundo satélite, ahora se conoce su posición dentro de la intersección de dos esferas. Una vez que el tercer satélite se conecte al teléfono, habrás sido localizado. Así es como los satélites pueden determinar exactamente dónde te encuentras.

Las señales de tres satélites pueden utilizarse para señalar con precisión dónde nos encontramos en la superficie de la Tierra. (Créditos: Macrovector/Freepik)

¿Cómo afecta la relatividad especial a la ubicación GPS?

Hasta ahora, podríamos haber utilizado las matemáticas básicas presentes en la época de Euclides para obtener estos puntos de datos. Donde entra en juego la teoría de la relatividad de Einstein es que el reloj del satélite no marca exactamente al mismo ritmo que un reloj de la Tierra. De hecho, las teorías general y especial de la relatividad afectan las velocidades del reloj, pero veamos la teoría especial para empezar de manera simple, antes de pasar a los efectos de la teoría general.

La teoría especial de la relatividad de Einstein dice que dado que el satélite se mueve a unos 4000 m/s, mientras que los relojes en el ecuador de la Tierra se mueven debido a la rotación planetaria a unos 465 m/s, los relojes del satélite debería corren un poco más lento que los relojes ecuatoriales.

Si bien en realidad no corren más lento debido a los efectos de la teoría general de la relatividad, sí tiene un efecto general en cómo se experimenta el tiempo.

No son sólo los relojes los que cambian de frecuencia; todo en el satélite, desde la vibración de un átomo hasta la frecuencia de la electricidad, cambia debido a una mayor velocidad. Si este efecto no se corrige artificialmente, se produciría un error de navegación de 2,13 km/día.

Esto significa que si escalaras el Monte Everest durante 3 días con la ayuda del GPS, alcanzarías el glaciar Ronghuk al tercer día, ¡que está a unos 6 km de la cima!

Corrigiendo los errores

Los errores que se producen en el tiempo y la distancia son retransmitidos por el satélite y las correcciones necesarias las calcula el software utilizando la relatividad especial, de modo que cuando intentes subir al Monte Everest, en realidad llegarás a la cima y no a un glaciar a seis kilómetros de distancia. Sin embargo, ese no es el único efecto relativista que se produce cuando se trata del GPS.

El tejido espacio-temporal que rodea la Tierra está distorsionado debido a su masa. Los relojes corren más rápido en los lugares donde hay más distorsión. (Crédito de la foto: vchal/Shutterstock)

Existe una segunda teoría de la relatividad, llamada teoría de la relatividad general, que renovó la teoría de la gravedad. Ésta es la teoría en la que se basa nuestra comprensión actual del cosmos.

Entra en juego la teoría general de la relatividad

Debido a los efectos de esta relatividad general, los relojes del satélite, que están bajo mucha menos gravedad que los relojes del ecuador, funcionarán más rápido. La teoría anterior de la relatividad especial tuvo el efecto opuesto, por lo que si este aumento y disminución fueran de igual magnitud, simplemente se cancelarían entre sí.

Desafortunadamente, la frecuencia del reloj aumenta mucho más de lo que se compensaría con la disminución que comentamos anteriormente. Una vez más, no se trata sólo de relojes; Incluso si una persona fuera y permaneciera en un lugar con mucha menos gravedad, como la luna, parecería vivir más que sus contrapartes en la Tierra. En ese caso, sin embargo, la diferencia de gravedad no es lo suficientemente significativa como para marcar una diferencia notable en la edad o apariencia humana.

Sin embargo, como todo se ralentizaría, desde su movimiento y su metabolismo hasta sus procesos celulares y atómicos, no vivirían más tiempo que nosotros. De manera similar, estos relojes funcionarían más lento como resultado del cambio de frecuencia gravitacional, lo que básicamente significa que funcionarían a un ritmo diferente con una intensidad de gravedad diferente.

El error de sincronización causado por este efecto es mucho mayor que el causado por el movimiento del satélite. De hecho, supondría un error de navegación de unos 13,7 km/día. Esta vez estarías a 40 km dentro del Tíbet 3 días después de partir hacia la cima del Monte Everest.

Estos errores gravitacionales se corrigen de la misma forma que los anteriores. Si bien hay otros efectos en juego, es simplemente sorprendente que necesitemos usar la misma teoría para determinar la masa de una estrella a billones de kilómetros de distancia y encontrar un buen restaurante en una nueva ciudad.

Referencias (haga clic para ampliar)

1. IS-GPS-200H.
2. La teoría de la relatividad de Einstein, vital para el GPS, vista en….
3. Efectos relativistas en el sistema de posicionamiento global.
4. LA RELATIVIDAD Y EL SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL.

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Investigaciones recientes sugieren que las luces artificiales interfieren con el sentido de orientación espacial de los insectos. Esto refuta la hipótesis popular de que los insectos confunden las luces con señales de navegación celestes.

La frase «Atraída como una polilla por la llama» deriva del hábito de las polillas (y la mayoría de los otros insectos) de volar hacia cualquier fuente de luz. Todos hemos visto insectos agruparse alrededor de farolas brillantemente iluminadas por la noche y nos preguntamos qué les resulta tan atractivo en la luz.

Los brillantes eliminadores de insectos atraen a los insectos a su resplandor y luego matan a las pobres plagas.

Este fenómeno es bien conocido, pero los científicos sólo pueden ofrecer sus mejores conjeturas sobre por qué sucede. Hubo poca investigación experimental que respaldara las afirmaciones populares, y parecía que este comportamiento seguiría siendo un misterio…

…¡hasta ahora!

En enero de 2024, investigadores del Reino Unido, Estados Unidos y Costa Rica publicaron un estudio innovador en Nature sobre por qué las fuentes de luz atraen y atrapan a los insectos. Desafían las hipótesis populares sobre el fenómeno y sugieren algo completamente nuevo.

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Hipótesis de por qué los insectos vuelan hacia la luz

La luz es importante para casi todas las formas de vida. Determina cuándo estás despierto o dormido, si puedes producir alimentos (plantas) e incluso proporcionarte nutrientes (vitamina D).

Para los insectos, la luz dicta varios de sus comportamientos. Los científicos utilizan estos comportamientos para explicar el comportamiento aparentemente ilógico del insecto.

Una hipótesis sugiere que los insectos vuelan hacia la luz como mecanismo de escape, de forma similar a como volarían hacia un punto brillante entre un matorral de hojas. Una segunda hipótesis sugirió que el calor de la luz atraía a los insectos, en lugar de la luz misma.

Sin embargo, la hipótesis más popular fue que los insectos confundían la luz con la luna.

Así como usamos la Estrella Polar como guía de navegación, muchos insectos nocturnos usan objetos celestes, como la luna, las estrellas y la Vía Láctea como brújula para ayudarse a navegar en la oscuridad de la noche. Los científicos han propuesto que las luces artificiales, al ser más brillantes que los objetos celestes, confundieron sus sistemas de navegación y los hicieron flotar alrededor de la luz.

Un enjambre de insectos alrededor de una farola. Una hipótesis popular sugiere que los insectos confunden las luces con señales de navegación. (Créditos: variaapigu/Envato Elements)

La mayoría de estas explicaciones tienen pocos datos que las respalden.

Para estudiar el comportamiento del insecto, los investigadores Samuel T. Fabian del Imperial College London y Yash Sondhi de la Universidad Internacional de Florida, junto con sus colegas del Consejo de Intercambio Educativo Internacional de Costa Rica y la Universidad Internacional de Florida, utilizaron la última tecnología de cámara para rastrear el las trayectorias de vuelo de los insectos y crear un modelo 3D de su movimiento.

Los datos que recopilaron sorprendieron incluso a los investigadores. Indicó que todas las hipótesis anteriores eran incorrectas. Mientras los insectos volaban alrededor de la luz, sus trayectorias de vuelo revelaron comportamientos inesperados.

Los insectos usan la luz para orientarse en el espacio

Imagina que eres un pequeño insecto volador. Puedes volar con tus delicadas pero poderosas alas, ya que la gravedad es menos problemática para ti que para un elefante. Sin embargo, además de ser pequeño y (relativamente) liviano, surge el problema de conocer su orientación en el espacio. Junto con la gravedad, estos insectos utilizan señales visuales para determinar en qué dirección está “arriba”.

Durante la mayor parte de la historia de la Tierra, el cielo ha sido más brillante que cualquier objeto del planeta, lo que lo convierte en una señal confiable de dónde está «arriba». Los insectos y muchos otros animales orientan su espalda o sus lados dorsales hacia el cielo mientras vuelan. Este comportamiento se llama respuesta a la luz dorsal.

Los investigadores rastrearon el vuelo de 30 insectos de cuatro especies diferentes: el dardo común (Sympetrum striolatum), las libélulas ambulantes migratorias (Aeshna mixta), la gran ala amarilla (Noctua pronuba) y la polilla del Atlas de Lorquin (Attacus lorquinii).

Los insectos mostraron tres comportamientos de vuelo distintos: orbitaron alrededor de la luz, volaron hacia arriba y sobre la luz en un ascenso empinado (llamado pérdida) y se invirtieron sobre la luz mientras descendían. Durante cada comportamiento, los insectos permanecieron de espaldas a la luz.

Los insectos que vuelan alrededor de una fuente de luz en el campo muestran tres motivos de comportamiento comunes que no se ven en el vuelo normal. (Créditos: Fabian, ST, Sondhi, Y., Allen, PE et al. Por qué los insectos voladores se reúnen con luz artificial. Nat Commun 15, 689 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-44785 -3)

Los investigadores también llevaron a cabo una segunda serie de experimentos para confirmar sus hallazgos.

Crean condiciones de iluminación difusa reflejando la luz hacia abajo o hacia arriba sobre una sábana blanca. Cuando se expusieron a las luces orientadas hacia abajo, los insectos volaron hacia la luz y luego se lanzaron hacia la parte reflejada. Sin embargo, los insectos mantuvieron un camino relativamente estable hacia adelante cuando las luces se reflejaron hacia arriba en el dosel blanco.

Insectos que se mueven hacia arriba con la luz orientada hacia arriba y chocan con la luz orientada hacia abajo (Créditos: Fabian, ST, Sondhi, Y., Allen, PE et al. Why Flying Insects Collect at Artificial Light. Nat Commun 15, 689 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-44785-3)

Realizaron la segunda serie de experimentos con abejas y moscas (insectos que eran demasiado pequeños para capturar el movimiento) y encontraron resultados similares.

Pero ¿qué pasa con la otra hipótesis? ¿Podemos descartarlo por completo o también podrían explicar el comportamiento?

Los patrones de vuelo del estudio dicen que no.

La respuesta de escape no puede explicar el comportamiento porque en lugar de volar directamente hacia la luz, los insectos volaron en ángulo recto con respecto a ella.

La explicación de la fuente de calor falla ya que los investigadores encontraron que los insectos se sentían atraídos por las luces LED, que emiten muy poco calor.

Por último, la popular hipótesis de la navegación celeste también fracasa. Para que la hipótesis de la navegación celeste funcione, los insectos deberían mantener la luz como una fuente constante en su campo visual. Los insectos tendrían que girar en espiral alrededor de la luz mientras estaban de cara a ella, pero los investigadores no observaron esto.

Proponiendo una mejor iluminación para los insectos

El artículo proporciona la primera explicación concreta de por qué los insectos se sienten atraídos por la luz artificial, pero quedan muchas preguntas sin respuesta.

Las polillas de la adelfa y las moscas del vinagre se vieron menos afectadas por las luces artificiales que los otros insectos. Estos insectos deben usar una combinación de sentidos para saber en qué dirección está arriba.

Su trabajo podría resultar importante para las ciudades. En los últimos años, la iluminación artificial y la contaminación lumínica se han convertido en grandes preocupaciones para los ecologistas. La evidencia muestra que las luces artificiales en las ciudades pueden alterar el comportamiento y las poblaciones de insectos, sobre todo en las polillas, el ejemplo de este fenómeno.

Esta nueva evidencia podría conducir a mejores recomendaciones para la iluminación en las ciudades. «Reducir las luces brillantes, sin protección y orientadas hacia arriba mitigará el impacto sobre los insectos voladores durante la noche», señalaron los investigadores.

Referencias (haga clic para ampliar)

1. Fabián, ST, Sondhi, Y., Allen, PE, Theobald, JC y Lin, H.-T. (2024, 30 de enero). Por qué los insectos voladores se reúnen ante la luz artificial. Comunicaciones de la naturaleza. Springer Science y Business Media LLC.
2. Goulard, R., Verbe, A., Vercher, J.-L. y Viollet, S. (mayo de 2018). Papel de la posición de la fuente de luz en el desempeño de estabilización de los sírfidos en caída libre. Cartas de biología. La Sociedad Real.
3. Degen, J., Storms, M., Lee, CB, Jechow, A., Stöckl, AL, Hölker, F.,… Degen, T. (8 de octubre de 2022). Las farolas afectan la orientación de las polillas más allá del comportamiento de vuelo hacia la luz. []. Laboratorio Cold Spring Harbor.

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La col rizada y el repollo son la misma planta. Una planta de mostaza silvestre (Brassica oleracea) fue la fuente original de las diversas formas de Brassica que conocemos hoy.

¿Qué tienen en común el brócoli, el repollo, la coliflor, las coles de Bruselas, la col rizada, el colinabo y la col rizada? La respuesta es… ¡su especie! Todas estas hortalizas pertenecen a la misma especie, Brassica oleracea, que evolucionó hasta convertirse en hortalizas diferentes como resultado de miles de años de selección y reproducción artificial por parte de agricultores y fitomejoradores.

El brócoli, el repollo, la coliflor, las coles de Bruselas, la col rizada, el colinabo y la col rizada son de la misma especie (Créditos: usuario32601828/Freepik)

Las Brassicas se originaron en Asia Central y la región mediterránea y son miembros de la familia Brassicaceae, que también incluye la mostaza. Las civilizaciones antiguas experimentaron criando y domesticando las diferentes partes comestibles de esta resistente planta. Aprovecharon el fenómeno de la plasticidad fenotípica, que básicamente significa que plantas con la misma genética pueden desarrollarse en formas muy diversas. Como resultado, se desarrollaron diversas formas de vegetales Brassica de forma independiente y en paralelo para convertirse en formas modernas de repollo (incluido el repollo rizado y el repollo rojo), coliflor, brócoli, brócoli chino, col rizada, coles, coles de Bruselas y colinabo.

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Las muchas formas de mostaza silvestre

Los diferentes tipos de Brassica surgen de la selección ya sea de las partes vegetativas, como las hojas, brotes o tallos, o de las partes reproductivas, como las flores. Dado que todos son de la misma especie, potencialmente pueden cruzarse.

Órganos vegetativos modificados

• Las plantas con yemas foliares agrandadas se convirtieron en repollo (B. oleracea var. capitata). Las hojas del repollo tienen pecíolos muy cortos y una copa hacia adentro para formar una cabeza.
• Se formaron plantas con muchos cogollos agrandados en las axilas de las hojas. coles de Bruselas (B. oleracea var. gemmifera)
• Las plantas con tallos agrandados justo por encima del suelo se convirtieron en colinabo (B. oleracea var. gongylodes)
• Las plantas de mostaza silvestre que producían más hojas y hojas más grandes evolucionaron hasta convertirse en col rizada y col rizada (B. oleracea var. acephala), así como la col rizada china (Kle china (var. alboglabra). Las hojas de berza tienen hojas lisas que forman una roseta en la punta del tallo, mientras que la col rizada tiene hojas arrugadas que se forman a lo largo de todo el provenir.

La coliflor, el brócoli, las coles de Bruselas, el repollo, el colinabo y la col rizada son todos de la misma especie (Créditos: udaix/Shutterstock)

Órganos reproductivos modificados

Las variaciones en los racimos florales (inflorescencias) llevaron al desarrollo de brócoli (B. oleracea var. italica) y coliflor (B. oleracea variedad botrytis). Ambos tienen grandes cabezas compuestas por botones florales funcionales. coliflor romanesco también pertenece a este grupo. Es un tipo de coliflor (B. oleracea var. botrytis) con patrones geométricos (fractales) simétricos únicos en la cabeza.

Curiosamente, Brassica oleracea también es una planta madre de la colza o canola (B. napus) y de la mostaza etíope (B. carinata).

Selección natural versus selección artificial

Todas estas formas de Brassica oleracea fueron el resultado de la selección artificial realizada por los primeros agricultores y fitomejoradores.

En la selección natural, los organismos desarrollan variantes aleatorias en respuesta a su entorno. Por ejemplo, si hay escasez de agua, puede desarrollarse una variante que se adapte mejor a crecer con menos agua. Esto lo hace más adecuado para prosperar en el medio ambiente, mientras que las otras no variantes pueden desaparecer. Ahora, esta variante tolerante a la sequía comienza a reproducirse y, a lo largo de varias generaciones, se establece una nueva variedad de la especie. Este proceso, sin embargo, es muy lento y puede tardar decenas de miles de años.

La selección artificial funciona de manera muy similar, excepto que es facilitada por los humanos y puede ocurrir más rápidamente. Para ello, se necesita un agricultor o un fitomejorador observador e innovador. Mientras caminan por su campo, pueden notar una variante rara o única de una planta. Esto podría ser algo así como una textura diferente de las hojas, cogollos muy grandes o frutas con diferentes sabores. Luego, el agricultor o criador puede cosechar las semillas de esta planta y hacerlas crecer para seleccionar nuevamente esos rasgos únicos. Repetirán esto durante algunas generaciones hasta que el rasgo sea consistente y esté bien caracterizado. ¡Así nace una nueva variedad!

Coliflor romanesco (Créditos: CarveBit/Freepik)

La diferencia entre selección natural y selección artificial es que la nueva variedad que surge de la selección natural es más adecuada para sobrevivir en el medio ambiente. Por otro lado, la variedad obtenida mediante selección artificial ahora tiene una característica, como un fruto único, mayor rendimiento o mejor sabor, que el agricultor considera económicamente viable.

La selección natural también lleva mucho más tiempo. La selección artificial sólo tarda entre 10 y 20 años (más tiempo para árboles perennes, menos tiempo para plantas anuales) porque la selección deseada se realiza de forma sistemática y agresiva.

Variedades más nuevas de Brassica Oleracea

Los agricultores, criadores y científicos todavía están identificando y desarrollando nuevas variedades de Brassica oleracea. Dado que todas las variedades anteriores pertenecen a la misma especie, pueden cruzarse para desarrollar nuevas variedades.

Un ejemplo de ello es el broccolini, un híbrido de brócoli y brócoli chino (gai lan), en el que se consumen los tiernos capullos de flores en tallos largos y delgados, en lugar de la gran cabeza de la flor.

Caulini es una variedad más nueva de coliflor con tallos tiernos y se consume popularmente cuando los botones florales están tiernos, al igual que el broccolini.

Conclusión

Brassica oleracea es una especie que se presenta en diversas formas, cada una con su propia morfología, sabor y uso culinario únicos. La especie se ha desarrollado y diversificado durante miles de años mediante la selección artificial realizada por los primeros agricultores, ¡pero su trabajo de desarrollar nuevas variedades de Brassica oleracea continúa hasta el día de hoy!

Referencias (haga clic para ampliar)

1. Wang, Y., Ji, J., Fang, Z., Yang, L., Zhuang, M., Zhang, Y. y Lv, H. (24 de agosto de 2022). BoGDB: una base de datos genómica integradora de Brassica oleracea L. Frontiers in Plant Science. Fronteras Media SA.
2. Saban, JM, Romero, AJ, Ezard, THG y Chapman, MA (22 de febrero de 2023). Hibridación extensiva entre cultivos y especies silvestres durante la evolución y selección de Brassica durante la domesticación y diversificación de los cultivos de Brassica. (A. Sweigart, Ed.), Genética. Prensa de la Universidad de Oxford (OUP).
3. Treccarichi, S., Ben Ammar, H., Amari, M., Cali, R., Tribulato, A. y Branca, F. (2023, 15 de enero). Marcadores moleculares para detectar el tamaño de la inflorescencia de cultivos de Brassica oleracea L. y especies complejas de B. oleracea (n = 9) Útiles para el mejoramiento genético de brócoli (B. oleracea var. italica) y coliflor (B. oleracea var. botrytis). Plantas. MDPI AG.
4. Brassicas » Jardín Botánico de Nueva York.
5. Brassica oleracea (Brócoli, Coles de Bruselas, Colinabo, Mar….
6. Delahaut, K. A., Newenhouse, AC (1997). Cultivo de brócoli, coliflor, repollo y otros cultivos de col en Wisconsin: una guía para productores de productos frescos. Estados Unidos: Universidad de Wisconsin–Extensión, Extensión Cooperativa.

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Las flores de hortensias son como el papel tornasol de la naturaleza. Cambian de color en presencia de suelo ácido o alcalino, así como en presencia de iones de aluminio. Los jardineros utilizan este conocimiento para cambiar el color de sus flores de hortensias según sus preferencias personales o del mercado.

Las hortensias normalmente vienen con flores rojas o azules, pero también se pueden encontrar en todos los tonos intermedios. Las flores esféricas grandes y vistosas tienen una propiedad única: pueden leer y reaccionar ante el pH del suelo.

Hay otras especies de hortensias, pero el rasgo de cambio de color es exclusivo de Hydrangea macrophylla.

Los jardineros y paisajistas utilizan este conocimiento para agregar productos químicos, e incluso algunas recetas caseras, al suelo para cambiar el color según sus preferencias.

Las hortensias pueden ser rojas o azules, dependiendo del pH del suelo y la presencia de iones de aluminio (Créditos: Alya_Ro/Shutterstock)
Hydrangea macrophylla (familia Hydrangeaceae) es un arbusto con flores originario de Japón. Estas plantas se utilizan ampliamente para paisajismo y jardines domésticos. Aunque las hortensias son conocidas por sus grandes y coloridas flores, estas no son flores reales. En realidad, son hojas modificadas de colores llamadas sépalos, mientras que las flores verdaderas son pequeñas y discretas.

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¿Qué causa este cambio de color?

Las flores de hortensia actúan como papel tornasol, que se vuelve rojo en presencia de ácidos y azul en presencia de bases. Del mismo modo, los sépalos de las hortensias también cambian de color dependiendo del pH del suelo.

Cuando el pH es ácido (pH 7), las flores se vuelven rojas.

El ingrediente clave aquí son los iones de aluminio. El pH del suelo ayuda a que los iones de aluminio se muevan por todo el suelo, y son estos iones los responsables del cambio en el color de la floración.

Incluso la misma planta puede tener flores de diferentes colores si las raíces se extienden por un suelo con un pH variable.

El ingrediente clave aquí son los iones de aluminio

El aluminio forma aproximadamente el 8% de la corteza terrestre y es un componente importante de las partículas inorgánicas del suelo. Sin embargo, no basta con tener aluminio en el suelo. El suelo también debe ser lo suficientemente ácido para que la planta pueda absorber los iones de aluminio.

Una misma planta puede tener flores de diferentes colores si las raíces se extienden sobre un suelo con diferente pH (Créditos: tawatchai07/Freepik)

El suelo puede ser naturalmente ácido debido a la lixiviación de la capa superior del suelo, junto con el agua de lluvia, la presencia de materia orgánica en descomposición o debido a la nitrificación del amonio por el exceso de fertilizante.

Cuando los iones de aluminio están presentes en suelos ácidos, pueden moverse más libremente. En particular, las raíces de hortensias también exudan ácido cítrico. Los iones de aluminio se mueven hacia las raíces y forman un complejo con iones citrato que luego es absorbido por la planta. Este complejo de citrato-aluminio finalmente llega a los sépalos, donde reaccionan con los pigmentos y los vuelven azules.

Por lo tanto, para que las flores sean azules, necesitamos que el suelo tenga iones de aluminio y que el suelo sea ácido. El pH del suelo facilita el movimiento de los iones de aluminio, pero son estos iones los que realmente provocan el cambio de color.

Si el suelo no es ácido, o si no hay suficiente aluminio, agregar sulfato de aluminio al suelo puede hacer que las flores se vuelvan azules porque agrega iones de aluminio y vuelve ácido el suelo. Sin embargo, el exceso de iones de aluminio puede matar la planta.

Cuando estos mismos iones de aluminio están presentes en un suelo neutro a básico (el suelo puede ser alcalino debido a la presencia de ciertos minerales, como calcio y magnesio), se combinan con iones de hidróxido para formar hidróxido de aluminio, que no puede moverse. Esto significa que la planta no podrá absorber el aluminio, por lo que los sépalos conservarán su color rojizo.

Agregar hidróxido de calcio al suelo puede cambiar el color de las flores a rosa rojizo, ya que el hidróxido de calcio agrega iones de hidróxido, que se unen al aluminio.

Este efecto de cambio de color, sin embargo, no es instantáneo. Se necesitan 1 o 2 temporadas de crecimiento para observar el cambio de color.

Las flores se vuelven rojas cuando el suelo es alcalino y no hay iones de aluminio disponibles. (Créditos: usuario28176656/Freepik)

Los jardineros añaden productos químicos al suelo para manipular el pH. Por ejemplo, los jardineros domésticos utilizan varias recetas caseras para manipular el pH, que incluyen “verter vinagre o jugo de limón en la tierra; cubrir la planta con posos de café, cáscaras de cítricos o agujas de pino; o enterrar clavos oxidados, latas viejas o monedas de cobre junto al arbusto”.

Rociar las flores con una solución de iones de aluminio en citrato tamponado también puede cambiar su color.

¿Qué hay detrás de este cambio de color?

El pigmento vegetal que da a las flores de hortensia su color rojo es una antocianina llamada delfinidina-3-glucósido. Los iones de aluminio se adhieren a este pigmento y cambian su color a azul. El mecanismo bioquímico exacto por el cual se produce el cambio de color sigue siendo objeto de investigación.

Cantidades mayores de delfinidin-3-glucósido en los sépalos, junto con cantidades mayores de iones de aluminio, dan como resultado un color azul más intenso. Los sépalos pueden tener hasta 700 microgramos de delfinidina-3-glucósido por gramo de sépalo fresco. También hay otros copigmentos presentes en los sépalos que dan como resultado una gama de colores, desde el azul hasta el morado y el rojo.

Las flores se vuelven azules cuando el suelo es ácido y hay iones de aluminio disponibles (Créditos: wirestock/Freepik)

Conclusión

Las flores de hortensias son como el papel tornasol de la naturaleza. Cambian de color en presencia de suelo ácido o alcalino, en combinación con la presencia de iones de aluminio. Los jardineros utilizan este conocimiento para cambiar el color de sus flores de hortensias según sus preferencias o las demandas de los mercados de flores locales.

Referencias (haga clic para ampliar)

1. Schreiber, H. (2014). Guías curiosas de química sobre los colores de las hortensias. Científico americano. Sigma Xi.
2. YOSHIDA, K., OYAMA, K.-. ichi., & KONDO, T. (2021, 10 de febrero). Conocimiento de los mecanismos químicos del desarrollo y variación del color del sépalo en las hortensias. Actas de la Academia de Japón, Serie B. Academia de Japón.
3. Schreiber, HD, Jones, AH, Lariviere, CM, Mayhew, KM y Cain, JB (2011, 17 de mayo). Papel del aluminio en los cambios de color de rojo a azul en los sépalos de Hydrangea macrophylla. Biometales. Springer Science y Business Media LLC.
4. Cómo cambiar el color de las hortensias – Centro del condado de Wayne.