Revista de la Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales

Nobel Prize in Physiology or Medicine in 2022: a revalidation of molecular evidence for the most recent kinship of Homo sapiens in the tree of life

Paracoccidioides restrepiensis has undergone a severe population bottleneck

Abstract Genus Paracoccidioides now encompasses five species, P. lutzii, P. brasiliensis sensu stricto, P. americana, P. venezuelensis, and P. restrepiensis. All the paracoccidioidomycosis (PCM) cases reported in Colombia have been classified as P. restrepiensis, which was named in honor of Angela Restrepo, a leading researcher in the field of the biology of the fungus. Previous assessments of genetic diversity have suggested that Paracoccidioides species have differences in their level of polymorphism. To infer changes in effective population size, we used the Pairwise sequentially Markovian coalescent (PSMC) by generating two pseudodiploids for P. restrepiensis and one for P. brasiliensis sensu stricto. We found that P. restrepiensis diverged from its sister species recently, the divergence time from P. venezuelensis being 125,000 (± 42,000) years. The analyses using PSMC show a systematic reduction in the effective population size of P. restrepiensis with a rapid decrease in genetic variability compared to P. brasiliensis sensu stricto, which indicates that P. restrepiensis has undergone a systematic population bottleneck. None of the other two species show the dramatic effective population size reduction observed in P. restrepiensis. These comparisons suggest that the trajectory of P. restrepiensis is somehow different from the other Paracoccidioides species and poses the question regarding the biogeographic events that have led to such a dramatic population pattern.

Resumen El género Paracoccidioides hoy abarca cinco especies: P. lutzii, P. brasiliensis sensu stricto, P. americana, P. venezuelensis y P. restrepiensis. Todos los casos de paracoccidioidomicosis reportados en Colombia han sido causados por P. restrepiensis, denominado así en honor de Ángela Restrepo, líder en el estudio de este hongo. Las evaluaciones previas de la diversidad genética han sugerido que las especies de Paracoccidioides difieren en su polimorfismo. Para inferir cambios en el tamaño efectivo de la población, se utilizó el método del coalescente markoviano secuencial por pares (pairwise sequentially Markovian coalescent, PSMC) mediante la generación de dos pseudodiploides para P. restrepiensis y uno para P. brasiliensis sensu stricto. Se encontró que P. restrepiensis divergió de sus especies hermanas recientemente, con un tiempo de divergencia en relación con P. venezuelensis de 125.000 (± 42.000) años. Los análisis que utilizan el PSMC muestran una reducción sistemática en el tamaño efectivo de la población de P. restrepiensis, con una rápida disminución de la variabilidad genética en comparación con P. brasiliensis sensu stricto, lo que indica que P. restrepiensis se ha visto expuesto a un cuello de botella poblacional sistemático. Ninguna de las otras dos especies muestra la drástica reducción efectiva del tamaño de la población observada en P. restrepiensis. Estas comparaciones sugieren que la trayectoria de P. restrepiensis es, de alguna manera, diferente de las otras especies de Paracoccidioides y llevan a preguntarse cuáles han sido los eventos biogeográficos que han producido cambios tan dramáticos en el patrón poblacional.

Spin-selective insulators

Abstract Spin-selective insulators emerge in systems composed of fermions with two internal degrees of freedom and another carrier, which could be fermionic or bosonic. These insulators are characterized by a gapless state for one kind of fermion and an insulator state for the other, with the latter satisfying a commensurability relation that involves the other carrier. We review the different scenarios where these unique insulators arise, focusing on Bose-Fermi mixtures, the most recent and promising scenario for observing these insulators in cold atom setups.

Resumen Estados aislantes de espín selectivo surgen en sistemas compuestos de fermiones con dos grados de libertad internos y otro tipo de portador, que puede ser femenino o bosónico. Estos aislantes se caracterizan por un estado sin gap para un tipo de fermiones y un estado aislante para los otros, donde los últimos santisfacen una relación tae conmensurabilidad eue involucra al otro tipo de portador. Nosotros revisamos los diferentes escenarios donde estos particulares allantes surgen, enfocándonos en los mezclas Bose-Fermi, que son el más reciente y promisor escenario para observar estos aislantes en los montan es de asomos fríos.

Regarding the Physics Nobel Prize 2022: Is nature understanding a matter of reason, intuition or technology?

Confinement and spatial entanglement: phenomenology of a new interference principle

Abstract Recently, the novel confinement principle in spatially-structured Lorentzian wells was reported to describe in a unified way the interference of classical waves and singular quantum particles in a causal framework in ordinary space. The phenomenology derived from this principle offers significant advantages over the conventional classical and quantum formalisms of interference founded on wave superposition. This paper presents a conceptual analysis of such a principle and its main implications indicating its fundamental differences from the standard descriptions.

Resumen Recientemente se reportó el novedoso principio de confinamiento en pozos lorentzianos espacial-mente estructurados para describir, de manera unificada, la interferencia de ondas clásicas y partículas cuánticas singulares en un marco causal en el espacio ordinario. La fenomenología derivada de este principio ofrece ventajas significativas frente a las formulaciones clásica y cuántica convencionales de la interferencia fundadas en la superposición de ondas. En este artículo se presenta un análisis conceptual de dicho principio y sus principales implicaciones, indicando sus diferencias fundamentales con la descripción estándar.

Optics and photonics: Light science and light technology

Resumen Este artículo de revisión presenta el panorama actual de las múltiples tecnologías basadas en la luz que se han hecho indispensables en nuestra vida diaria y que seguirán teniendo impacto en ella y en la economía mundial. Con el objetivo de motivar la formulación de un plan nacional de desarrollo de la investigación y apropiación de la tecnología fotónica en Colombia, se presentan los propósitos generales de algunas iniciativas regionales y nacionales de investigación y desarrollo en óptica y fotónica.

Abstract This review article presents an overview of the many light-based technologies that have become indispensable in our daily lives and will continue to impact them, as well as the world economy. To motivate the formulation of a national plan for the development of the research and appropriation of photonics technology in Colombia, the general purposes of some regional and national research and development initiatives in optics and photonics are presented.

Electric Vector Potential and the Biot-Savart like law in Electrostatics

Resumen En este documento se presenta una formulación de potencial vectorial asociado al campo eléctrico para estudiar electrodos de superficie embebidos en un plano. Se muestra que el problema se puede abordar mediante la solución de la ecuación de Laplace en el espacio libre, bajo condiciones de frontera de Neumann sobre las placas cuando la separación entre ellas tiende a cero. Se obtiene que campo eléctrico matemáticamente guarda una analogía con la ley de Biot-Savart de magneto tatica. La estrategia permite generalizar dicho resultado analítico para su aplicación en la descripción de electrodos de superficie con separación entre las placas.

Abstract A vector potential formulation is shown in this article to compute the electric field of planar surface electrodes. The electric field is derived from from the solution of the Laplace’s equation in the free-charge space. Neumann-boundary conditions must be set on the region between planar metallic sheets as the separation goes to zero. It is shown that the electric field can be written via a Biot-Savart-like integral. The strategy enables to generalize the analytical result for its application in the gaped surface electrodes description.

Comparison of insect richness with two collection methods in a coastal wetland of the South American Pacific

Resumen Se comparó la capacidad de captura de trampas de caída y bandejas amarillas para así determinar si el esfuerzo de muestreo empleado sería el adecuado al emplear las dos metodologías a la vez. El muestreo se hizo en los humedales del distrito de Ventanilla, provincia constitucional del Callao, departamento de Lima, Perú, donde se establecieron ocho estaciones en febrero, julio y diciembre del 2016. En cada estación se ubicaron diez trampas de caída sin cebo y cinco bandejas amarillas. Se recolectaron 160 morfoespecies, distribuidas en 68 familias y ocho órdenes, de las que 138 se recolectaron en bandejas amarillas y 78 en trampas de caída, con una similitud de 0,31 según el índice de Jaccard. Hubo una diferencia significativa en la riqueza entre los dos métodos y la diversidad de Shannon-Wiener fue superior a 3,5 utilizando las bandejas amarillas en febrero y diciembre; no hubo una diferencia significativa entre los métodos en los índices de diversidad y dominancia, excepto en diciembre. Según los estimadores no paramétricos, la riqueza de la recolección en las bandejas amarillas fluctuó entre el 62,7 y el 72,3 %, y en las trampas de caída, entre el 63,9 y el 74,3 %. La curva de acumulación reflejó un mejor desempeño con las bandejas amarillas. El uso de una menor cantidad de bandejas amarillas que de trampas de caída permitió recolectar una cantidad mayor de insectos. Su empleo combinado es fundamental para obtener una muestra representativa de la riqueza al mantenerse la proporción mencionada para evitar un registro muy elevado de algunos taxones.

Abstract The capture capacity of pitfall traps and yellow pan traps was compared to determine if the sampling effort used would be suitable using both methods at the same time. The sampling was carried out in the coastal wetlands of Ventanilla district, constitutional province of Callao, Lima department, Perú, where eight sampling stations were evaluated in February, July, and December 2016. Ten unbaited pitfall traps and five yellow pan traps were placed at each station; 160 morphospecies distributed in 68 families and eight orders were collected, 138 from yellow pan traps and 78 in pitfall traps with a similarity of 0.31 in the Jaccard index. There was a significant difference in richness between both methods and the diversity was over 3.5 in the yellow pan traps in February and December; there was no significant difference between traps in the diversity and dominance indices except in December. According to non-parametric estimators, the richness in yellow pan traps was between 62.7% and 72.3% of the estimated value while in pitfall traps it ranged between 63.9% and 74.3%. The accumulation curve showed a better performance with pan traps. The use of fewer yellow pan traps than pitfall traps resulted in a higher number of insects collected. Their combined use was essential to obtain a representative sample of richness and maintain the proportion to avoid a very high registration of some taxa.

New records of the introduced gecko Lepidodactylus lugubris (Duméril & Bibron, 1836) (Squamata: Gekkonidae) in Colombia and update of its geographic range in the country

Abstract The mourning gecko (Lepidodactylus lugubris) is one of the most widely distributed lizard species in the world due to the frequent expansion of its range through accidental translocation by humans. The increased ability of L. lugubris to disperse by anthropic means is facilitated by its unisexual reproduction (parthenogenesis) and saltwater-resistant eggs. The species has been currently reported from several localities in western and central Colombia, extending over 12 of the 32 departments of the country. In this study, we summarize and update the distribution of L. lugubris in Colombia based on both published records and new localities supported by photographic evidence that we obtained or was previously deposited in the iNaturalist database. We also obtained additional records after the revision of several herpetological collections. Our new localities fill distribution gaps and extend the range of the species to the western slopes of the Cordillera Oriental and the northwestern limit of the country's Amazon region. The new records also represent the first for L. lugubris in five departments of Colombia. We discuss the possible dispersal routes and present anecdotal observations on its interaction with other introduced gecko species. Our work highlights the importance of platforms such as iNaturalist to pinpoint the distribution of introduced species, especially for lesser-known taxa and geographical regions.

Resumen El geco enlutado (Lepidodactylus lugubris) es una de las especies de lagartijas más ampliamente distribuidas en el mundo por la frecuente expansión de su área de distribución debida a su translocación accidental por parte del ser humano. La mayor capacidad de dispersión de L. lugubris por medios antrópicos se ve facilitada por su reproducción unisexual (partenogénesis) y sus huevos resistentes al agua salada. La especie ha sido registrada en varias localidades del occidente y centro de Colombia, extendiéndose a 12 de los 32 departamentos del país. En este estudio resumimos y actualizamos la distribución de L. lugubris en Colombia basándonos tanto en registros publicados como en las nuevas localidades determinadas a partir de evidencias fotográficas que obtuvimos o que fueron depositadas previamente en la base de datos de iNaturalist. Además, obtuvimos registros adicionales tras la revisión de varias colecciones herpetológicas. Nuestras nuevas localidades llenan vacíos en la distribución de la especie y la amplían a las laderas occidentales de la cordillera Oriental y el límite noroeste de la región amazónica del país. Asimismo, los nuevos registros representan los primeros de L. lugubris en cinco departamentos de Colombia. Discutimos sus posibles rutas de dispersión y presentamos observaciones anecdóticas sobre su interacción con otras especies de gecos introducidos. Nuestro trabajo también pone de manifiesto la importancia de plataformas como iNaturalist para precisar la distribución de las especies introducidas, especialmente para taxones y regiones geográficas menos conocidas.

Carbon storage on an ecosystem of the South American desert: The case of Lomas de Amancaes (Lima-Perú)

Resumen La captura de carbono es un proceso fundamental que regula el clima y permite contrarrestar el calentamiento global. En este estudio se estimaron las reservas de carbono en Lomas de Amancaes, un ecosistema estacional propio del desierto suramericano en Lima, Perú. Se tomaron muestras de la biomasa vegetal aérea y del suelo (entre los 0 y 20 cm de profundidad), y se midió el carbono almacenado en ambos compartimentos. Los resultados indicaron que la cantidad de carbono almacenado era de 8.593,97 tC (39,29 tC/ha) y que era mayor en el suelo (37,85 tC/ha) que en la biomasa aérea (1,44 tC/ha); al comparar el carbono almacenado en los diferentes rangos altitudinales (300 - 750 m s.n.m.), no se encontraron diferencias significativas (p>0,05). Al compararlo con otros ecosistemas del desierto costero peruano, el de Lomas de Amancaes fue mayor a lo encontrado en tillandsiales (3,6 tC/ha), pero menor a lo reportado en algunos humedales (38,47-305,37 tC/ha). El carbono almacenado del área de estudio se asemeja a las reservas de varios ecosistemas desérticos del mundo (el valor oscila entre 0,15 y 45,55 tC/ha en desiertos de África, la zona de transición del Sahel, el desierto de Néguev, algunos desiertos de China, el Mojave, la cuenca de La Paz y Los Planes), con algunas excepciones como los desiertos templados de Asia Central, la sabana de acacias del Sahel y Túnez, en donde fluctúa entre 40,40 y 159,2 tC/ha. Nuestros resultados representan una de las primeras estimaciones de las reservas de carbono en las lomas del desierto del Pacífico suramericano y brindan datos valiosos para su conservación.

Abstract Carbon capture is a fundamental process in climate regulation that counteracts global warming. This study estimated the carbon stocks in Lomas de Amancaes, an ecosystem of the South American desert in Lima (Peru). Soil (0 - 20 cm deep) and aerial plant biomass samples were taken to measure the stored carbon in both compartments subsequently. The results indicated that the amount of stored carbon in this ecosystem was 8,593.97 tC (39,29 tC/ha) and it was higher in the soil (37.85 tC/ha) than in the aerial biomass (1.44 tC/ha); when comparing the storage in different altitudinal ranges (300 -750 m.a.s.l), no significant differences were found (p>0.05). Compared with other ecosystems on the Peruvian Coast it was higher than that found in the Tillandsia areas (3.6 tC/ha) but lower than many wetland plant communities (38.47 - 305.37 tC/ha). Stored carbon amounts in the study area were similar to the reserves found in several desert ecosystems in the world (with values ranging between 0.15 and 55.99 tC/ha in African deserts, the Sahel transition zone, the Negev Desert, Chinese deserts, the Mojave Desert, La Paz watershed and Los Planes basin) with exceptions such as the temperate deserts of Central Asia, the Acacia Savannah Woodlands and Tunisia (40.40 - 159.20 tC/ha). These results represent one of the first estimates of carbon stocks in the South American Pacific desert and provide valuable data for their conservation.

Are the wetlands on the Pacific coast of South America shrinking? The case of Lima wetlands

Resumen Los humedales costeros se ven amenazados por las actividades antropogénicas, lo que ha ocasionado cambios en su área. En este estudio se evaluaron los cambios en las áreas totales y la cobertura vegetal de seis humedales costeros de Lima entre el 2002 y el 2019. Para ello, se utilizaron imágenes satelitales, teledetección y un sistema de información geográfica (SIG). Los resultados evidenciaron un incremento en el área de los humedales Albufera de Medio Mundo (+37,51 %) y Laguna El Paraíso (+6,40 %), en tanto que el área de los humedales de Ventanilla (-21,88 %), Puerto Viejo (-7,37 %) y Santa Rosa (-3,17 %) disminuyó. La tasa de cambio promedio del área de estudio (+0,14 % anual) fue mayor al cambio promedio mundial (-1,08 % anual). En cuanto a la cobertura vegetal, tres humedales presentaron un aumento: Albufera de Medio Mundo (+51,54 %), Laguna El Paraíso (+26,03 %) y Humedal Santa Rosa (+12,36 %), pero se apreció una disminución en los humedales de Puerto Viejo (-1,34 %), Ventanilla (-6,62 %) y Los Pantanos de Villa (-18,13 %). Las reducciones pueden deberse a las actividades antropogénicas (agricultura, desecho del desmonte o ganadería) reportadas en estudios previos en las áreas evaluadas, en tanto que el aumento en la cobertura y en el área estaría relacionado con el desarrollo propio de estos ecosistemas cuando están alejados de la población o cuando la vegetación aumenta en los espejos de agua producto de procesos de eutrofización. Sugerimos evaluar la evolución de estos humedales por separado para que no se pierda información sobre el aumento o reducción de sus áreas.

Abstract Coastal wetlands are threatened by anthropogenic activities that cause changes in the area. The present study evaluated the potential changes in the total areas and the vegetation cover of six coastal wetlands of Lima from 2002 to 2019 using remote sensing and GIS. The results showed an increase in the area of two wetlands: Albufera de Medio Mundo (+ 37.51%) and Laguna El Paraíso (+ 6.40%). On the other hand, the wetlands of Ventanilla (-21.88%), Puerto Viejo (-7.37%), and Santa Rosa (-3.17%) showed a decrease. The average exchange rate of the area (+ 0.14% per year) was higher than the world average change (-1.08% per year). Regarding vegetation cover, three wetlands showed an increase: Albufera de Medio Mundo (+ 51.54%), Laguna El Paraíso (+ 26.03%), and Humedal Santa Rosa (+ 12.36%). On the contrary, a decrease was registered in the wetlands of Puerto Viejo (-1.34%), Ventanilla (-6.62%), and Los Pantanos de Villa (-18.13%). The reductions may be due to anthropogenic activities (agriculture, dumping of construction waste, or livestock) reported in previous studies for these areas. The increases in the coverage and the area may be related to the expected development of ecosystems when they are far from the population while vegetation increases in water bodies may respond to eutrophication processes. We suggest evaluating the evolution of these wetlands independently to avoid losing information about their increase or decrease.

The "click" and "bioorthogonal" chemical synthesis win the Nobel Prize 2022

Chemical composition and antimicrobial activity of essential oil from Piper marginatum leaves obtained by hydrodistillation in pH4, pH7 and pH10

Abstract The present study aimed to evaluate possible variations in the chemical composition and antimicrobial activity of essential oils extracted from Piper marginatum leaves obtained by hydrodistillation at pH4, pH7, and pH10. When compared, the chemical profiles of the three oils were different. A reduction of major phenylpropanoids Z-asarone, dillapiole, and E-asarone was observed for samples pH4-EO and pH10-EO as compared to sample pH7-EO. Sesquiterpenes macrocarpene (10.8%), viridiflorene (9.1%), caryophyllene (7.7%), and E-nerolidol (6.5%) were the major compounds identified in the pH10-EO sample. Compound α-santonin (36.1%) was identified as a major constituent of the essential oil obtained at pH4. The antimicrobial activity of the essential oils also showed variations in their minimum inhibitory concentration values (MIC). The oil obtained at pH4 exhibited strong activity with an MIC of 78.1 µg/ml for both Escherichia coli and Candida utilis microorganisms. We evidenced the influence of water pH on the chemical composition of essential oils obtained by hydrodistillation, as well as its importance as a parameter in studies using the hydrodistillation method.

Resumen El presente estudio tuvo como objetivo evaluar posibles variaciones en la composición química y la actividad antimicrobiana de los aceites esenciales de hojas de Piper marginatum obtenidos por hidrodestilación con pH4, pH7 y pH10. La comparación indicó que los perfiles químicos de los tres aceites eran diferentes. Se observó una reducción de los principales fenilpropanoides, Z-Asarona, dilapiol y E-asarona, en las muestras pH4-EO y pH10-EO comparadas con la muestra pH7-EO. Los sesquiterpenos macrocarpeno (10,8 %), viridiflorene (9,1 %), cariofileno (7,7 %) y E-nerolidol (6,5 %) fueron los principales compuestos detectados en la muestra pH10-EO. El compuesto α -santonina (36,1 %) fue el componente principal del aceite esencial obtenido con pH 4. La actividad antimicrobiana de los aceites esenciales también mostró variaciones en los valores de la concentración mínima inhibitoria (CMI). El aceite obtenido con pH4 exhibió una fuerte actividad, con una CMI de 78,1 µg/ml tanto para Escherichia coli como para Candida utilis. El estudio mostró la influencia del pH del agua en la composición química de los aceites esenciales obtenidos por hidrodestilación y la importancia del pH del agua como un parámetro que debe especificarse en los estudios que utilizan el método de hidrodestilación.

The pioneering scientific endeavor and contributions of José María González Benito (1843-1903), the first Colombian modern astronomer

Abstract Astronomical interest within the current Colombian territory has its roots in the Botanical Expedition of the New Kingdom of Granada (1783-1813), which stimulated the creation of an astronomical observatory in 1803, the first one established in the New World to pursue systematic observations and meteorological studies. After the death in 1816 of its first director, Francisco José de Caldas (1768-1816), during the convulsive independence period, no major astronomical observations were made for decades, with few exceptions. In this work, we delve into the contributions of the astronomer José María González Benito (1843-1903), the main reactivator of the Observatorio Astronómico Nacional de Colombia in the second half of the 19th century focusing on his pioneering efforts that draw worldwide attention to the national observatory and to his own private observatory. González Benito stands out as one of the figures most committed to the development of astronomy in the country and the most renowned Colombian in the international astronomical research scene of his time.

Resumen El interés astronómico en el actual territorio colombiano tiene sus raíces en la Expedición Botánica del Nuevo Reino de Granada (1783-1813), en cuyo marco se impulsó la creación de un observatorio astronómico en 1803, el primero establecido en el Nuevo Mundo para realizar observaciones sistemáticas y estudios meteorológicos. Tras la muerte en 1816 de su primer director, Francisco José de Caldas (1768-1816), en medio del convulso período independentista, no hubo grandes observaciones astronómicas durante décadas, salvo contadas excepciones. En este ensayo profundizamos en los aportes del astrónomo colombiano José María González Benito (1843-1903), principal reactivador del Observatorio Astronómico Nacional de Colombia en la segunda mitad del siglo XIX, destacando sus esfuerzos pioneros, los cuales volcaron la atención mundial sobre esta instalación astronómica y sobre su observatorio privado. González Benito sobresale como una de las figuras más comprometidas con el desarrollo de la astronomía en el país por su impulso a un campo hasta entonces considerado localmente apenas como una herramienta práctica en tareas de ingeniería como la cartografía. Exponemos, así, las razones para considerar a González Benito como el colombiano más destacado en el panorama de la investigación astronómica internacional de su época.

What's in a name?

What is the evolutionary cost of surviving a pandemic?

Findings and recommendations of the Lancet Commission for COVID-19: A critical look