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Los alimentos transgénicos son aquellos que han sido obtenidos a partir de organismos, habitualmente vegetales, en cuyo genoma se ha introducido material genético de otra especie animal o vegetal. De esta manera es posible producir vegetales que presenten propiedades deseables como la resistencia a los herbicidas o a las heladas. Hoy en día existen muchas plantas transgénicas aunque debido a diversas razones, sólo algunas están autorizadas.  Algunas de las más comunes son el maíz y la soja transgénicas.

Existe una gran controversia en torno al uso de alimentos transgénicos, debido a las dudas que surgen sobre los efectos negativos que podrían tener sobre la salud de los seres humanos o sobre el propio ecosistema en el que se cultiven. Una de las posturas más destacadas en contra de este tipo de alimentos es la de muchas organizaciones naturalistas y ecologistas que claman en favor de una agricultura biológica y orgánica, y de una alimentación en la que no haya lugar para los alimentos que hayan sufrido modificaciones o alteraciones genéticas, o que hayan sido tratados químicamente durante su crecimiento.

Según explican sus detractores, los riesgos potenciales de los alimentos transgénicos son graves. Por ejemplo, daños a la salud de las personas que los consuman, como el desarrollo de resistencia a los antibióticos o reacciones alérgicas a los nuevos alimentos en personas susceptibles, sobre todo niños y bebés. También plantean daños medioambientales como la posibilidad de que las plantas y animales modificados puedan tener cambios genéticos inesperados y dañinos, que los organismos modificados se puedan cruzar con organismos naturales y esto desencadene daños ambientales graves e impredecibles, o que el polen de los campos de transgénicos pueda desencadenar episodios de contaminación biológica en otros cultivos tradicionales cercanos.

Los defensores de esta tecnología afirman que los enormes controles que existen sobre este tipo de productos garantizan la seguridad. Además, hacen hincapié en los grandes beneficios que los alimentos transgénicos pueden ofrecer. Entre ellos tenemos la mejora de las cualidades nutricionales de los alimentos y de su preservación, el mejor aprovechamiento de las tierras de cultivo y la disminución del uso de pesticidas, la producción de plantas resistentes a sequías y enfermedades y que requieren menos recursos ambientales, la obtención de animales y plantas que crecen más rápidamente y la producción de alimentos medicinales que se podrían utilizar, por ejemplo, como vacunas.

Lo cierto es que la legislación actual existente en Europa obliga a que toda aplicación de la biotecnología en la alimentación pase por rigurosos controles que evalúan científicamente todos los riesgos potenciales, incluso aquellos que sólo se han considerado en un plano teórico. Todos estos procesos de control, que se aplican con mucha más rigurosidad en esta industria que en ninguna otra, nos garantizan la seguridad de los alimentos transgénicos que los superan y llegan al mercado, pero sin embargo, en muchos sectores de la población la duda persiste por la incertidumbre que acompaña a toda nueva tecnología y que podría manifestarse en forma de daños “no esperados”.

Hoy se cumplen 50 años desde el primer viaje de un ser humano al espacio. Fue Yuri Gagarin, un cosmonauta soviético de 27 años, el 12 de abril de 1961.

A bordo del Vostok 1, completó una órbita completa alrededor de la Tierra en un viaje que duró 108 minutos. Cuando regresó a la Tierra se convirtió en un auténtico símbolo de orgullo de la Unión Soviética.

Gagarin contaba unas magníficas cualidades que le sirvieron a lo hora de ser elegido para llevar a cabo esa increíble hazaña: su estabilidad psicológica, su alto coeficiente intelectual y su asombrosa capacidad de resistencia física, ya que fue capaz de resistir aceleraciones de hasta 13G durante los entrenamientos.

Yuri Gagarin no regresó al espacio y su vida encontró un trágico final cuando el avión que pilotaba en un vuelo rutinario se estrelló cerca de Moscú en 1968. No se conocen las causas del accidente, pero se cree que su avión pudo verse afectado por la turbulencia de otra nave, lo que provocó su desestabilización.

En 1801, el científico inglés Thomas Young (1773 – 1829) realizó un importante experimento que permitió obtener evidencias de la naturaleza ondulatoria de la luz, e incluso pudo medir longitudes de onda para luz visible. En la imagen podemos ver un dibujo que ilustra el famoso experimento de la doble rendija de Young, en el que el científico pudo comprobar un patrón de interferencias en la luz procedente de una fuente lejana al difractarse en el paso por dos rendijas.

En su experimento, Young empleó como fuente la luz solar que atravesaba una rendija muy estrecha en una persiana S₀. Este haz de luz incidía sobre una pantalla opaca en la que había dos rendijas muy estrechas y cercanas entre sí (S₁ y S₂). Veamos cómo se produce el patrón de interferencia sobre la pantalla:

Suponemos que las ondas que atraviesan las rendijas tienen una longitud de onda λ y están separadas una distancia d. Al atravesar las rendijas S₁ y S₂, las ondas se dispersan en todas direcciones. Las que llegan al centro de la pantalla habrán recorrido la misma distancia, por lo que están en fase: la cresta de una onda llega al mismo tiempo que le cresta de otra onda. Se forma entonces una interferencia constructiva y las amplitudes de ambas ondas se suman. El resultado de esta interferencia constructiva es un área brillante en el centro de la pantalla. La interferencia constructiva también ocurrirá cuando las trayectorias de los dos rayos difieran en una longitud de onda (o en cualquier número entero de longitudes de onda, es decir, nλ, siendo n un número entero).

Las interferencias destructivas ocurrirán cuando un rayo recorre una distancia adicional de media longitud de onda (o n + (1/2)λ siendo n un número entero). En este caso las ondas estarían totalmente fuera de fase al llegar a la pantalla: la cresta de una onda coincidiría con el valle de otra. Entonces, al sumar las amplitudes de onda daría como resultado una amplitud cero. Se forma así una interferencia destructiva y en la pantalla se ve una franja oscura. El patrón de interferencia que se ve en la pantalla de visualización está formado, entonces, por una sucesión de líneas brillantes y oscuras.

Las ondas que provienen de las dos rendijas no viajan distancias iguales para llegar al mismo punto de la pantalla de visualización. Esta diferencia de trayectoria viene dada por la expresión d sin(Θ) siendo Θ el ángulo que forman los haces de luz con la pantalla. Ocurrirá una interferencia constructiva y una franja brillante aparecerá en la pantalla cuando la diferencia de trayectoria sea igual a un número entero de longitudes de onda:

d sin(Θ) = nλ, para n = 0, 1, 2, 3,…

Este valor es el orden de la franja de interferencia. El primer orden, n = 1, es la primera franja a cada lado de la franja central. Las franjas brillantes son picos de máxima intensidad de luz. La intensidad de las franjas brillantes es mayor en la franja central (n = 0) y disminuye para órdenes de franja mayores. La manera en que ocurre esta disminución viene determinada por la anchura de las dos rendijas.

Ocurrirá una interferencia destructiva y aparecerá una franja oscura en la pantalla de visualización cuando la diferencia en trayectoria sea igual a (1/2)λ, (3/2)λ, etc.:

d sin(Θ) = (n + 1/2) λ, para n = 0, 1, 2, 3,…

En la siguiente imagen se muestra cómo se ve el patrón de interferencia del experimento de Young en la pantalla de visualización:

Las interferencias, al igual que la difracción, son otro fenómeno propio de las ondas, ya sean ondas sonoras, electromagnéticas… Son por tanto, un fenómeno propio de la luz. La demostración de que la luz manifestaba este tipo de fenómenos fue un empuje definitivo a la aceptación de su naturaleza ondulatoria.

El científico inglés Thomas Young (1773 – 1829) fue quien, en 1801, realizó un importante experimento que le permitió comprobar un patrón de interferencias procedente de una fuente de luz lejana al difractarse en el paso por dos rendijas. El famoso experimento se conoce como “Experimento de la doble rendija de Young”, y será el tema de un futura entrada del blog. Ahora vamos a explicar brevemente a qué nos referimos al hablar de interferencias de la luz.

Las interferencias de la luz son responsables, por ejemplo, de las coloraciones que pueden observarse en determinadas ocasiones en las burbujas de jabón o en las manchas de aceite. Ocurren cuando dos ondas se combinan al encontrarse en el mismo punto del espacio en el mismo momento. Pueden ser constructivas o destructivas.

• Interferencia constructiva: la suma o superposición de dos ondas que se encuentran en fase produce una onda de la misma frecuencia cuya amplitud es la suma aritmética de las amplitudes de las ondas superpuestas. Se produce un refuerzo.
  

  Interferencia Constructiva

  En la imagen se puede ver el efecto de una interferencia constructiva: La superposición de las ondas verde y roja, que están en fase, da como resultado la onda violeta, de mayor amplitud.
• Interferencia destructiva: cuando las ondas están desfasadas exactamente media longitud de onda, al superponerse se anulan por completo. Si las ondas están fuera de fase en otras cantidades se produce una anulación o un refuerzo parcial.
  
  

  Interferencia Destructiva

  En la imagen se muestra una interferencia destructiva: La superposición de las ondas verde y roja, que se encuentran desfasadas, da como resultado la onda violeta, mucho más atenuada.

La difracción es la cualidad del movimiento de las ondas que les permite, aun cuando se propagan en línea recta, sortear obstáculos, doblar esquinas o difundirse a través de una rendija.

El principio de Huygens predice que cuando una onda plana choca contra un obstáculo con una abertura y los frentes de onda se irrumpen parcialmente, éstos se “doblan hacia atrás”. En consecuencia, los frentes de onda se vuelven curvados o semicirculares. Es la difracción. Hay que tener en cuenta que es preciso que el tamaño de la abertura sea comparable al de la longitud de onda. En la siguiente imagen se muestra un dibujo que representa el fenómeno de la difracción:

El matemático, físico y sacerdote jesuita Francesco Grimaldi (1618-1663) observó, a mediados del siglo XVII, que la luz presenta difracción. Se dio cuenta de que cuando la luz del Sol entraba en un cuarto oscuro a través de un pequeño orificio, la parte iluminada en la pared opuesta era más grande de lo que se podría esperar si la luz estuviera compuesta por rayos de partículas. Además, también se percató de que el borde no era nítido, sino que estaba rodeado por franjas de colores. Grimaldi atribuyó esta observación a la difracción de la luz. Este fue un importante descubrimiento, y sus resultados se utilizaron para sustentar la teoría ondulatoria de la luz.

El caso más sencillo de difracción es la llamada difracción de Fraunhofer. En este caso, el obstáculo es una rendija estrecha y larga. El principio de Huygens indica que cuando una onda plana ilumina una rendija, la onda resultante que pasará través de ella puede construirse considerando que el frente de onda en la rendija está formado por múltiples fuentes puntuales que emiten ondas en fase. La intensidad de la luz difractada dependerá del tamaño de la rendija, de la longitud de onda de la luz y de la distancia del punto de observación a la rendija.

Si el plano de observación o pantalla se encuentra cerca de la rendija, se observará en la pantalla una imagen de la rendija fácilmente reconocible, aunque presentará unas franjas alrededor. A medida que se aleja la pantalla de la rendija, la imagen de la misma se distorsionará cada vez más, aunque seguirá siendo reconocible, y las franjas a su alrededor se realzarán. A este fenómeno se le llama difracción de Fresnel. Si alejamos la pantalla todavía más, llegando a una distancia considerable, la imagen proyectada de la rendija se habrá esparcido en gran medida, y ya poco se parecerá a la imagen real. La luz que atraviesa la rendija está fuertemente difractada. Este fenómeno es la difracción de Fraunhofer.

Se puede medir la intensidad de la difracción teniendo en cuenta la distancia entre el máximo central y la primera franja oscura en el patrón de difracción. A grandes distancias de la rendija, la forma del patrón de difracción de Fraunhofer permanece constante y varía únicamente de tamaño según la distancia a la rendija. La separación entre franjas se expresa en términos del seno del ángulo formado por el máximo central y el centro de la primera franja, que llamaremos θ.

De esta forma se puede calcular que sin θ = l/w , donde w es la anchura de la rendija y l es la longitud de onda de la luz que la atraviesa. Esta ecuación indica que a medida que la anchura de la rendija disminuye, el ángulo de refracción aumenta.

El escocés James Clerk Maxwell (1831-1879) estableció su teoría sobre las ondas electromagnéticas en la segunda mitad del siglo XIX. Fue el primero en fundamentar teóricamente que los campos electromagnéticos eran susceptibles de propagarse en forma de ondas, tanto en el vacío como en un medio material.  El concepto de onda electromagnética le  permitió obtener una descripción matemática adecuada de la interacción entre electricidad y magnetismo. Sus investigaciones en este campo también le llevaron a señalar que la luz visible, la perceptible por el ojo humano, era una forma de onda electromagnética que ocupaba una pequeña porción del espectro electromagnético  global.

Sus ecuaciones, conocidas como ecuaciones de Maxwell, describen y cuantifican completamente los fenómenos electromagnéticos.

Se llama espectro electromagnético a la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas. En orden de mayor a menor longitud de onda, el espectro electromagnético está formado por: ondas de radio, microondas, rayos infrarrojos, luz visible, rayos ultravioleta, rayos X y rayos gamma.

La luz visible se corresponde con un pequeño intervalo de longitudes de onda que oscilan entre los 0,4 y los 0,8 micrómetros.

Frentes de onda

A finales del siglo XVII, momento en el que la teoría más aceptada sobre la luz era la teoría corpuscular de Newton, el físico, matemático y astrónomo holandés Christian Huygens (1629-1695) propuso su hipótesis de que la luz era un fenómeno ondulatorio, de naturaleza casi igual a la del sonido. Enunció el llamado principio de Huygens, basado en el concepto de frente de onda.

Un frente de onda puede definirse como el lugar geométrico en que determinados puntos del medio en el que se propaga una onda (aire, agua…) son alcanzados en un mismo instante por dicha onda. Es por ello que todos los puntos que forman un frente de onda tienen la misma fase, es decir, están en la misma situación instantánea en el ciclo periódico de la onda. En la siguiente imagen vemos una representación de varios frentes de onda.

El principio de Huygens permite predecir la posición futura de un frente de onda cuando se conoce su posición anterior. Establece que los frentes de onda están formados por frentes de onda más pequeños, es decir, que cada punto de un frente de ondas primario se comporta como un emisor de ondas secundarias. Estas ondas secundarias son esféricas, tienen la misma frecuencia y se propagan en todas las direcciones con la misma velocidad que la onda primaria en cada punto. La envolvente de todas esas ondas secundarias es el nuevo frente de onda formado.

El principio de Huygens explica perfectamente la reflexión y refracción de la luz (también fácilmente explicables por la teoría corpuscular de Newton), así como los fenómenos ondulatorios que presenta, esto es, la difracción y las interferencias (hablaremos de difracción e interferencias en un futur post).

De forma genérica podemos definir una onda como la propagación de una perturbación en el espacio y en tiempo.  Esta perturbación transporta energía y precisa de un medio por el que desplazarse, por ejemplo aire, agua o el vacío. En la siguiente imagen podemos ver la representación de una onda:

Matemáticamente, las ondas vienen descritas por una serie de parámetros. Algunos de ellos son:

• Amplitud (A): es el máximo valor que alcanza la perturbación en un punto, es decir, la desviación máxima de una onda con relación a su valor medio.
• Frecuencia (f): es la cantidad de oscilaciones que se producen por unidad de tiempo. Se mide en hertzios (Hz).
• Periodo (T): es el tiempo para un ciclo completo de oscilación de la onda. Es el inverso de la frecuencia:     T = 1/f
• Velocidad de propagación (v): es la distancia recorrida por la onda en una unidad de tiempo. Cuando se habla de la rapidez de propagación de la luz en el vacío, se representa con la letra c.
• Longitud de onda (λ): es la distancia que separa el inicio y el final de una oscilación de la onda. La longitud de onda está relacionada con la frecuencia y la velocidad a la que se desplaza la onda de esta forma:    λ  = v/f

Como se puede comprobar, la frecuencia es inversamente proporcional a la longitud de onda, lo que significa que frecuencias bajas se corresponden con longitudes de onda largas y frecuencias altas con longitudes de onda cortas.

Fenómeno de Reflexión

La reflexión ocurre cuando una onda choca contra una superficie de separación entre dos medios en la que rebota, de manera que regresa al medio inicial. Básicamente, existen dos leyes básicas para el estudio del fenómeno de la reflexión:

1. El rayo de la onda incidente y el rayo correspondiente de la onda reflejada están contenidos en el mismo plano. Este plano es perpendicular a la superficie de separación entre los dos medios en el punto de incidencia.

2. Los ángulos que forman el rayo incidente y el rayo reflejado con la recta perpendicular a la frontera son iguales. Estos ángulos se denominan, respectivamente, ángulo de incidencia (αi) y ángulo de reflexión (αr). Es decir: αi = αr.

Reflexión

Fenómeno de Refracción

La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Se debe al cambio de velocidad que experimenta la onda al cambiar de medio. Se produce cuando la onda incide de forma oblicua sobre la superficie de separación de los dos medios y si éstos tienen diferentes índices de refracción.

El índice de refracción (n) indica la relación entre la velocidad de la onda en un medio de referencia (el vacío para las ondas electromagnéticas) y su velocidad en el medio de que se trate. Concretamente, es el cociente entre la velocidad de la luz (c) en el vacío y la velocidad (v) de la luz en un medio material transparente: n = c/v.

Las dos leyes principales que rigen el fenómeno de la refracción son:

1. El rayo de la onda incidente y el rayo correspondiente de la onda refractada están contenidos en el mismo plano. Este plano es perpendicular a la superficie de separación entre los dos medios en el punto de incidencia.

2. Ley de Snell: el ángulo de refracción (ángulo que forma el rayo refractado con la normal – αr ) se relaciona con el ángulo de incidencia (αi) de la siguiente forma: n₁ sin(αi) = n₁ sin(αr)

Refracción

La diferencia entre los índices de refracción de los dos medios influye en el comportamiento de la luz cuando los atraviesa:

- Para que se produzca la refracción los índices de refracción de los dos medios deben ser distintos. Entonces, n₁ ≠ n₂.

- Si n₂ > n₁, es decir, si el índice de refracción del segundo medio es mayor que el índice de refracción del primer medio, el rayo de luz se acerca a la normal.

- Si n₂ < n₁, es decir, si el índice de refracción del segundo medio es menor que el índice de refracción del primer medio, el rayo de luz se aleja de la normal.

Si queremos dar una definición rápida y sencilla del término “luz”, podemos decir que es un tipo de energía electromagnética radiante perceptible por el ojo humano. En este caso estaríamos hablando de la luz visible. Si queremos extender un poco el concepto, podemos decir que el término “luz” engloba a todo el rango de radiaciones del espectro electromagnético (microondas, rayos infrarrojos, rayos ultravioleta, rayos X,…). La óptica es la disciplina científica encargada del estudio de la luz, sus fenómenos, aplicaciones, control…

Históricamente, el estudio de la luz ha estado rodeado de controversia. Durante siglos, numerosos filósofos y científicos se han esforzado en hallar su verdadera naturaleza. Para dar explicación a los distintos fenómenos que poco a poco se iban descubriendo, en ocasiones ha sido considerada como un conjunto de partículas y otras veces, como una onda. Actualmente se ha comprobado que la luz es, en efecto, las dos cosas. Se manifestará de uno u otro modo dependiendo de la naturaleza del experimento o del fenómeno mediante el cual se la pretende caracterizar o describir. Por ejemplo, se ha comprobado que algunos de los fenómenos propios de la luz, como las interferencias, sólo pueden ser descritos y explicados por la teoría ondulatoria, y otros, como el denominado efecto fotoeléctrico, sólo puede ser explicado considerando la luz como un conjunto de corpúsculos. Es por ello que hoy en día se acepta que ambas teorías, la corpuscular (formulada inicialmente por Isaac Newton) y la ondulatoria (formulada inicialmente por Christian Huygens), son complementarias. Este fenómeno se denomina dualidad onda-corpúsculo (u onda-partícula), un concepto de la mecánica cuántica según el cual no hay diferencias fundamentales entre partículas y ondas: las partículas pueden comportarse como ondas y viceversa.

Leyendo la revista Redes para la ciencia (de Eduard Punset) me he encontrado con un pequeño cuadro que resume 12 claves provenientes de la investigación científica y que Francisco Mora, catedrático de Fisiología Humana de la Facultad de Medicina de la UCM, recomienda para mantener nuestro cerebro sano y en forma.

Además de los hábitos y consejos que podemos imaginar que son saludables para nuestro cerebro, como llevar una alimentación sana, hacer ejercicio físico y mental de forma regular, no fumar y dormir bien, hay otros que me han llamado la atención, aunque comprendo su importancia dado el ritmo de vida actual, el estrés y demás. Estos son: no vivir solos, viajar mucho, no estresarnos perdiendo la esperanza, saber adaptarnos a los cambios sociales, dar sentido a la vida con agradecimiento, saber valorar las pequeñas cosas y evitar el “apagón emocional”.

Tal como aparecen en la revista, las claves que nos da Francisco Mora para tener un cerebro sano son las siguientes:

1. Comer menos y más sano.
2. Hacer ejercicio de forma regular.
3. Hacer ejercicio mental todos los días.
4. Viajar mucho.
5. No vivir solo.
6. Adaptarse a los cambios sociales.
7. No estresarse “con desesperanza”.
8. No fumar.
9. Dormir bien, sin contaminación lumínica.
10. Evitar el “apagón emocional”.
11. Dar sentido a la vida con agradecimiento.
12. Alcanzar la felicidad de las pequeñas cosas.

Estos doce consejos reflejan lo importante que es para el buen estado de nuestro cerebro lograr la estabilidad emocional en todo lo que hacemos además de, por supuesto, llevar un estilo de vida saludable.

“Un hombre debe buscar lo que es y no lo que cree que debería ser”. Albert Einstein.