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Los descubrimientos científicos más destacados del 2017 - Primera Parte

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En el año 2017 los científicos revelaron sorprendentes descubrimientos en diferentes áreas.

Muchos de estas investigaciones fueron ignorados por los medios masivos de comunicación.

Si usted no estuvo al tanto durante este año de los avances más importantes, este es un buen resumen que vale la pena leer. Al final de cada tema podrá encontrar los links (en color verde) para investigar por su propia cuenta. Siga Leyendo.






Se cumple una de las mayores predicciones científicas de todos los tiempos:
científicos logran crear hidrógeno metálico


Hace unos 80 años, la ciencia planteó una de las más grandes predicciones de su historia, al establecer que el hidrógeno podía transformarse en metal, si es sometido a una presión suficiente.

Desde aquel día, los ensayos tendientes a confirmar la predicción se cuentan por miles, aunque las diversas dificultades técnicas impidieron que esto sea posible. Ahora, un equipo científico de la Universidad de Harvard logró finalmente transformar hidrógeno en metal.

El profesor Thomas D. Cabot de Ciencias Naturales Isaac Silvera y el becario postdoctoral Ranga Dias han buscado durante mucho tiempo el material, llamado hidrógeno metálico atómico. Además de ayudar a los científicos a responder algunas preguntas fundamentales sobre la naturaleza de la materia, se teoriza que el material tiene una amplia gama de aplicaciones, incluso como superconductor a temperatura ambiente. Su investigación se describe en un documento publicado hoy en Science.

"Este es el Santo Grial de la física de alta presión", dijo Silvera sobre la búsqueda del material. "Es la primera muestra de hidrógeno metálico en la Tierra, así que cuando lo miras, estás viendo algo que nunca antes existió".

En sus experimentos, Silvera y Dias exprimieron una pequeña muestra de hidrógeno a 495 gigapascales ( GPa), o más de 71.7 millones de libras por pulgada cuadrada, que es mayor que la presión en el centro de la Tierra. A presiones tan extremas, explicó Silvera, el hidrógeno molecular sólido, que consiste en moléculas en los sitios reticulares del sólido, se descompone y las moléculas fuertemente unidas se disocian para transformarse en hidrógeno atómico, que es un metal.

Imagen de una célula de yunque de diamante que comprime
hidrógeno molecular. Con 4,95 millones de atmósferas, la muestra
se convierte en hidrógeno metálico, como se muestra a la derecha.

Si bien el trabajo crea una ventana importante para la comprensión de las propiedades generales del hidrógeno, también ofrece pistas tentadoras sobre nuevos materiales potencialmente revolucionarios. "Una predicción que es muy importante es que el hidrógeno metálico se predice que es metaestable", dijo Silvera.

"Eso significa que si quitas la presión, se mantendrá metálica, similar a la forma en que los diamantes se forman a partir del grafito bajo intensa presión y calor, pero siguen siendo diamantes cuando se eliminan la presión y el calor". Es importante comprender si el material es estable, Silvera dijo, porque las predicciones sugieren que el hidrógeno metálico podría actuar como un superconductor a temperatura ambiente.

"Hasta el 15 por ciento de la energía se pierde por disipación durante la transmisión", dijo, "por lo que si pudieras hacer cables de este material y usarlos en la red eléctrica, podría cambiar esa historia". Un superconductor a temperatura ambiente, Dias dijo, podría cambiar nuestro sistema de transporte, hacer posible la levitación magnética de los trenes de alta velocidad, así como hacer que los autos eléctricos sean más eficientes y mejorar el rendimiento de muchos dispositivos electrónicos. El material también podría proporcionar mejoras importantes en la producción y el almacenamiento de energía. Debido a que los superconductores tienen resistencia cero, las bobinas superconductoras podrían usarse para almacenar el exceso de energía, que luego podría usarse siempre que sea necesario.

El hidrógeno metálico también podría desempeñar un papel clave para ayudar a los humanos a explorar los confines del espacio, como un propulsor de cohetes más potente.

Imágenes microscópicas de las etapas en la creación de
hidrógeno molecular atómico: hidrógeno molecular transparente
(izquierda) a aproximadamente 200 GPa, que se convierte en
hidrógeno molecular negro, y finalmente hidrógeno metálico
atómico reflector a 495 GPa. Cortesía de Isaac Silvera

"Se necesita una gran cantidad de energía para hacer hidrógeno metálico", explicó Silvera. "Y si lo conviertes de nuevo en hidrógeno molecular, toda esa energía se libera, por lo que sería el propulsor de cohetes más poderoso conocido por el hombre, y podría revolucionar la cohetería". Los combustibles más poderosos en uso hoy en día se caracterizan por un "específico impulso "(una medida, en segundos, de qué tan rápido se dispara un propelente desde la parte posterior de un cohete) de 450 segundos. El impulso específico para el hidrógeno metálico, en comparación, se teoriza en 1.700 segundos. "Eso te permitiría explorar los planetas exteriores", dijo Silvera. "Podríamos poner cohetes en órbita con una sola etapa, contra dos, y enviar cargas útiles más grandes, por lo que podría ser muy importante".

En sus experimentos, Silvera y Dias recurrieron a uno de los materiales más difíciles de la Tierra, diamante. Pero en lugar de diamantes naturales, Silvera y Dias usaron dos pequeños pedazos de diamantes sintéticos cuidadosamente pulidos y los trataron para que fueran aún más resistentes. Luego los montaron uno frente al otro en un dispositivo conocido como una celda de yunque de diamante. "Los diamantes están pulidos con polvo de diamante, y eso puede extraer carbono de la superficie", dijo Silvera.

"Cuando miramos el diamante utilizando microscopía de fuerza atómica, encontramos defectos que podrían hacer que se debilitara y se rompiera". La solución, dijo, era usar un proceso de grabado de iones reactivos para afeitar una capa pequeña: solo cinco micrones de grosor. , o aproximadamente un décimo del grosor de un cabello humano, desde la superficie del diamante. El diamante luego se cubrió con una capa delgada de alúmina para evitar que el hidrógeno se difunda en la estructura cristalina y lo fragilice.

Después de más de cuatro décadas de trabajo en hidrógeno metálico, y casi un siglo después de su primera teoría, fue emocionante ver los resultados, dijo Silvera. "Fue realmente emocionante", dijo. "Ranga estaba ejecutando el experimento, y pensamos que podríamos llegar allí, pero cuando me llamó y me dijo: 'La muestra está brillando', corrí por allí, y era hidrógeno metálico". "Inmediatamente dije que teníamos que hacer las mediciones para confirmarlo, por lo que reorganizamos el laboratorio ... y eso es lo que hicimos ".







Crean nuevo estado de la materia: los supersólidos

Esta imagen muestra el equipo utilizado por el grupo Ketterle para crear un supersólido.
Crédito: Instituto Tecnológico de Massachusetts

Investigadores lograron posicionar átomos en un estado de la materia considerado imposible durante más de cinco décadas. Desde que se propuso como una teoría en la época de la Rusia comunista, nadie se había aproximado tanto a crear un súper sólido, un estado donde la materia es rígida, pero aún fluye como si se tratara de un líquido superfluido.

Esencialmente aprendimos que la materia puede pasar por tres estados: sólido, líquido y gaseoso. Existe uno más que acontece en condiciones normales, el plasma. Dentro de los laboratorios, los científicos lograron crear algunos extras, el Bose-Einstein y el tunneling, este último exclusivo del mundo cuántico, que contiene las partículas más pequeñas existentes en el Universo.

Durante más de cinco décadas la ciencia intentó forzar los átomos a asumir el estado de un supersólido. Primero, el material tendría que ser superfluido, es decir, un líquido con nula viscosidad. Supongamos que un jugo tuviera esa propiedad, y supongamos que lo revuelves dentro de una taza con una cuchara, el líquido se mantendría girando eternamente debido a la inercia y a la falta de resistencia.

Ya puedes ver que no son muchos los líquidos que cumplen las condiciones de los superfluidos: un compuesto en estado sólido que también tenga esta característica no sólo es difícil de imaginar, sino extremadamente complicado de poner en práctica. Una taza de jugo congelado que gira eternamente.

Aunque parece que la ciencia logró hacerlo por primera vez: no sólo en un experimento, sino en dos, en diferentes lugares del mundo. Una de estas hazañas se realizó en el MIT y otra, con una metodología totalmente distinta, en Zúrich, Suiza.

Condensados Bose-Einstein

Los dos equipos empezaron usando un compuesto en el quinto estado de la materia, el estado de Bose-Einstein. Emplearon una muestra de rubidio y disminuyeron su temperatura hasta que quedó muy cercana al cero absoluto en la escala de Kelvin, las condiciones más frías posibles en el Universo. Se convirtió en un condensado de Bose-Einstein.

En dicho estado, el frío es tan extremo que los átomos se congelan y les resulta imposible moverse. Acaban agrupándose, como un único súper átomo, pero conservan sus características de superfluidos. Debido a esto, se tiene un óptimo resultado para dar origen a un supersólido.

En Suiza, los investigadores pusieron el condensado en cámaras de resonancia óptica. Usaron los láseres del dispositivo para moldear el súper átomo en una estructura de cristal, completamente regular y rígida, indicando un estado sólido.

En el MIT, en los Estados Unidos, se combinó el láser y otros métodos de congelamiento para alcanzar el condensado – y en lugar del rubidio, emplearon átomos de sodio. Después, también para moldear su “gran átomo” de sodio fluido crearon una diferencia de densidad de átomos en diferentes regiones del condensado.

Aún resta la verificación independiente para corroborar la conclusión de estos dos experimentos, pero el hecho de que investigadores sin ninguna relación lograron resultados parecidos, refuerza la creencia en las evidencias de que creamos los primeros supersólidos de la historia.

Evidentemente el tema seguirá generando polémica – y es que parte de la comunidad científica no ve ningún problema con el método, pero se quejó de que hayan empleado condensados de Bose-Einstein en lugar de helio, como se propuso en la teoría original de los súper sólidos en la década de 1970. Parece que se asoma un Nobel.

phys.org   Nature   






Cassini confirma la presencia de un océano global en la luna Encélado de Saturno

Una obra maestra del tiempo profundo y la gravedad desgarradora,
la superficie torturada de la luna de Saturno Encelado
y su fascinante actividad geológica en curso cuentan la historia
de las luchas antiguas y actuales de un mundo diminuto.

Desde 2005 cuando la sonda Cassini de la NASA encontró restos de vapor de agua escapándose de grietas en el polo sur de Encélado –la luna helada de Saturno–, los investigadores han tratado de comprender mejor el misterioso interior de esta luna, que podría tener las condiciones necesarias para albergar vida extraterrestre.
Varios sobrevuelos por Encélado revelaron grandes sorpresas, como moléculas orgánicas y sales emergiendo en columnas de vapor, indicando actividad hidrotermal en el interior del satélite bajo lo que debe ser un reservorio importante de agua.

A pesar de estos descubrimientos, los investigadores han tenido que esforzarse para determinar la cantidad exacta de agua existente en el subsuelo de Encélado. Las mediciones del campo gravitacional de la luna arrojaron resultados mixtos: algunos teóricos concluyeron que no era más que un pequeño mar en forma de lente debajo del polo sur, como si fuera una fina capa de humedad momentáneamente separada del hielo por la atracción del cercano Saturno. En este proceso, llamado calentamiento por mareas, la atracción gravitatoria de Saturno haría que la corteza de Encélado se doblara ligeramente, generando una fricción que calentaría su interior. En escalas de tiempo geológicas, este mar sería transitorio, descongelándose y congelándose en ciclos de una manera que impediría la formación de vida.

Otros teóricos defendían en cambio que los datos de Cassini sugieren la existencia de un océano completo abarcando todo el subsuelo de la luna. Aunque más favorable para la vida, tal océano sería mucho más difícil de explicar: Encélado es una luna diminuta, del tamaño de Arizona, sin masa suficiente para producir o mantener las grandes cantidades de calor interno necesarias para una extensión tan grande de agua líquida.

Sin embargo, los últimos datos de Cassini han proporcionado la mejor evidencia hasta el momento de que Encélado tiene efectivamente un océano global estable, no un pequeño mar de corta duración. En lugar de hacer más estudios sobre el campo gravitatorio de Encélado, los investigadores utilizaron las imágenes tomadas durante siete años de la superficie de Encélado, para medir su libración (cómo la luna se tambalea a medida que orbita y gira alrededor de Saturno). Aunque leve, el vaivén de la luna es todavía lo suficientemente grande como para descartar una corteza congelada sólida sobre un núcleo rocoso. Los resultados se publican la semana pasada en la revista Ícarus.

Estructura interna de Encélado- NASA/JPL-Caltech

"Si la superficie y el núcleo estuvieran rígidamente conectados, el núcleo proporcionaría tanto peso muerto que el bamboleo sería mucho más pequeño de lo que observamos", dice Matthew Tiscareno, científico de la misión Cassini y coautor del artículo, quien labora en el Instituto SETI en California. "Esto demuestra que debe haber una capa global de líquido que separa la superficie del núcleo".

La mejor estimación de los investigadores es que la oscilación procede del chapoteo de un océano global de entre 26 y 31 kilómetros de profundidad; un vasto abismo que ofrece abundantes oportunidades para la aparición y evolución de la vida tal y como la conocemos. En comparación, los océanos de la Tierra tienen una profundidad media de 3,7 kilómetros –aunque nuestro océano sea mayor ya que se extiende por un área mucho más grande–.

"Antes de la exploración con naves espaciales de los planetas, la noción de que la mayoría de los océanos en el sistema solar podrían estar en los satélites de los planetas exteriores, y bajo tierra, habría sido absurda", dice Peter Thomas, miembro del equipo de imágenes de Cassini y autor principal del artículo en la Universidad de Cornell en Ithaca, Nueva York. "Antes de esto había recelo y escepticismo sobre la existencia de un océano global [en Encélado]. Hemos proporcionado un estudio a largo plazo que ofrece a la comunidad una buena prueba de su existencia”.

Con la existencia de un océano global atravesando Encélado ya confirmada, los científicos planetarios están dirigiéndose a investigar el misterio más profundo de la procedencia exacta de todo el calor necesario para mantener el océano dentro de la pequeña luna. Una idea tentadora es que la atracción gravitacional de Saturno está generando mucho más calentamiento por mareas dentro de Encélado del que se pensaba; una posibilidad que podría implicar revisiones sobre nuestros modelos del interior de Encélado y Saturno. Mediante el estudio de las profundidades de esta luna helada, también podríamos aumentar los conocimientos sobre el funcionamiento interno del planeta anillado.

Chorros de vapor de agua y partículas de hielo salen del océano subterráneo
 de Encelado a través de profundas grietas heladas llamadas rayas de tigre
cerca del polo sur de la luna, proporcionando pistas sobre su interior.

Más allá de eso, queda todavía la gran pregunta de si algo está nadando en las profundidades de Encélado. Cassini está programada para hacer un sobrevuelo final por la luna este octubre, olfateando las columnas de vapor para obtener más pistas en un sobrevuelo a menos de 50 kilómetros de la superficie. La misión terminará en 2017 con la caída controlada de la nave en la atmósfera de Saturno; una medida cautelar para evitar cualquier posibilidad de contaminación de Encélado con cualquier microbio proveniente de la Tierra.

Por el momento no hay más visitas planeadas y financiadas a Saturno. Podría tardar décadas hasta que otra nave espacial viaje de nuevo al sistema. Aún así, debido a que la luna posee un océano estable en lugar de un mar temporal, podemos estar seguros de que si elegimos regresar, cualquier tipo de vida oculta en Encélado estará todavía allí, esperándonos.








El detector de neutrinos más pequeño del mundo


Un equipo internacional de científicos ha logrado confirmar una predicción sobre los neutrinos realizada hace casi medio siglo. El experimento COHERENT ha observado por primera vez la colisión de estas partículas contra el núcleo de un átomo, tal y como postuló de forma teórica en 1973 un investigador del Fermilab. Sus resultados, publicados hoy en la revista Science, han sido obtenidos gracias al detector de neutrinos más pequeño del mundo, situado en el Laboratorio Nacional Oak Ridge de Estados Unidos.

Los neutrinos, también conocidos como partículas fantasma, han traído de cabeza a la comunidad científica por su naturaleza esquiva. Al contrario que otras partículas del Modelo Estándar, los neutrinos sólo experimentan la interacción nuclear débil, además de la fuerza de la gravedad, lo que dificulta mucho las posibilidades que tienen los físicos de 'cazar' estas partículas. Los neutrinos típicamente interaccionan con protones individuales o neutrones dentro del núcleo de un átomo. Sin embargo, la denominada colisión coherente neutrino-núcleo que se ha observado ahora es una interacción diferente, ya que la partícula 've' la carga débil completa del núcleo como un todo y 'choca' contra él.

Juan Collar, profesor en la Universidad de Chicago y autor del estudio, muestra un prototipo del detector.

Hasta la fecha había resultado imposible observar la colisión de los neutrinos contra los núcleos de los átomos. Uno de los múltiples motivos que habían impedido confirmar la predicción era la dificultad tecnológica que representa la detección de la energía extremadamente baja del retroceso (recoil) del núcleo, único resultado de la interacción. "Imagine que los neutrinos son bolas de ping-pong golpeando una bola en los bolos. Las partículas van a provocar solo un pequeño impulso extra a esta pelota", explica Juan Collar, uno de los autores del estudio en Science, para divulgar las dificultades técnicas que afrontó el experimento. La colaboración COHERENT está formada por noventa investigadores de dieciocho países diferentes.

El hecho de haber determinado la dispersión elástica coherente neutrino-núcleo es un gran avance para la física, ya que puede servir para comprobar algunas de las propiedades de estas partículas, que cuentan con una masa particularmente pequeña con respecto a otras. Además, la detección de la primera colisión de neutrinos contra el núcleo de los átomos puede presentar aplicaciones científicas y tecnológicas muy interesantes, como la monitorización de reactores nucleares de forma no invasiva o el análisis de la dinámica de los neutrinos durante la formación de las estrellas o en la explosión de supernovas.

El estudio de estas partículas, que protagonizaron el premio Nobel de Física de 2015, ha sido realizado en el detector de neutrinos más pequeño del mundo. Los científicos utilizaron un ala especializada localizada en el sotano de la Fuente de Neutrones por Espalación, ubicada a su vez en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge. Este pasillo fue aislado con más de doce metros de materiales como hormigón y grava, con el fin de bloquear la posible interferencia de otras partículas. Posteriormente, los investigadores expusieron los neutrinos a una muestra de yoduro de cesio dopado con sodio en el detector, ya que contiene núcleos del tamaño ideal y genera un destello de luz suficiente como para observar su retroceso tras el impacto. Los datos presentados hoy, que fueron recopilados durante quince meses, demuestran que la colisión entre los neutrinos y el núcleo de los átomos se comporta tal y como los físicos sospechaban desde hace más de cuatro décadas.







NASA rompe récord con motor de iones que podría llevar a los humanos a Marte


Los científicos anunciaron haber hecho un gran avance con un propulsor de iones que algún día podría llevar a los humanos a Marte.

Se llama propulsor X3, basado en un tipo de propulsión de iones conocido como propulsor Hall.
Esta tecnología es atractiva porque teóricamente puede alcanzar velocidades más altas que la propulsión química convencional.

En una serie de pruebas en el Centro de Investigación Glenn de la NASA, los investigadores dijeron que han logrado una potencia récord para un propulsor Hall, abriendo nuevas vías de investigación.

Generó 5,4 Newtons de empuje, que es el nivel de empuje más alto alcanzado por cualquier propulsor de plasma hasta la fecha". (El registro anterior había sido de 3,3 Newtons.) Con esto se alcanzarían velocidades de unos 40km/s, unas ocho veces la velocidad más rápida que permite hasta hoy la propulsión química.

Los propulsores de iones son además atractivos porque prometen un alto empuje con poco consumo de combustible. Otro punto a favor es que al necesitar menos propulsión, en teoría pueden funcionar durante mucho más tiempo que los propulsores convencionales, logrando velocidades mucho más altas.


Hemos probado muchos también. El más grande hasta ahora está en la nave espacial Dawn de la NASA, que actualmente se encuentra en órbita alrededor del planeta enano Ceres y se lanzó en 2007. Sin embargo, tiene un empuje de tan solo 90 microNewtons (0.00009 Newtons). Los propulsores Hall ofrecen un empuje mucho más alto.

Implica acelerar el plasma a velocidades extremadamente altas. Los electrones se usan para que choquen con átomos, normalmente de gas de xenón. Esto destruye más átomos, produciendo iones positivos y empuje. Lentamente esto va aumentando de manera continua la velocidad de la nave.

Por lo tanto, son muy adecuados para vuelos espaciales. Si se usa en misiones tripuladas a Marte, por ejemplo, la nave espacial podría requerir menos propulsión y, por lo tanto, podría lanzarse más fácilmente a la órbita. No obstante, Gallimore destacó que los motores en base a este tipo de tecnología necesitan mucha potencia, por lo que este nuevo propulsor X3 se vuelve muy prometedor.

Corte Transversal del propulsor Dawn orbitando actualmente el asteroide Ceres.

Al usar un propulsor más grande, el equipo dijo que se logró usar un sistema de múltiples canales de plasma en lugar de uno solo un solo, llamado canales anidados. Es lo que podría permitir que se alcancen esas altas velocidades.

Esta no es la única investigación de propulsores de iones que se están realizando. La NASA tiene otros varios proyectos en marcha para tratar de mejorar los métodos de vuelo espacial. Tal vez los primeros humanos que vayan a Marte tendrán que agradecerle a este revolucionario tipo de propulsor de iones.







Detección de ondas gravitacionales procedentes de la fusión de dos estrellas de neutrones.


El descubrimiento del año es, según Science, la detección de ondas gravitacionales procedentes de la fusión de dos estrellas de neutrones. La historia de este importante avance se remonta, como mínimo, a 2016, cuando se logró la primera detección directa de ondas gravitacionales. Estas son unas perturbaciones predichas por la Relatividad de Einstein, e insinuadas experimentalmente en 1978, que recorren el espacio-tiempo a la velocidad de la luz y que se generan cuando masas muy importantes giran a gran velocidad. Al igual que una piedra arrojada sobre un estanque genera ondas, la masa acelerada a grandes velocidades perturba el espacio-tiempo y genera unas distorsiones que pueden ser detectadas lejos de la fuente. De hecho, 2016 fue el año en que, después de décadas de trabajo, el observatorio de ondas gravitacionales por interferometría de láser (LIGO) fue capaz de medir un ínfimo cambio en el espacio-tiempo en la Tierra provocado por la fusión de dos agujeros negros estelares lejanos.


Por entonces, muchos científicos pronosticaron que se acababa de inaugurar una nueva era en la Astrofísica en la que iba a ser posible usar un «nuevo sentido» para asomarse al Universo: desde aquel momento, no solo se podía observar la radiación electromagnética procedente de estrellas o galaxias, aparte de medir la llegada de ciertas partículas, también se iba a poder «escuchar» la huella gravitacional de ciertos eventos poco conocidos o que resultan inaccesibles para los telescopios convencionales. Así, y ya entrado 2017, LIGO, y su contraparte europea, Virgo, colaboraron en la detección de hasta cuatro eventos de fusión de agujeros negros. Estas enormes masas, que atrapan la luz y que no la dejan salir a partir de un horizonte de sucesos, a veces viven en parejas y se fusionan, acercándose y acelerando a velocidades relativistas hasta generar auténticos «rugidos» que llegan a la Tierra en forma de ondas gravitacionales. Poder «escuchar» estos «sonidos» es un modo de comprobar si se cumple lo predicho por la Relatividad y de averiguar nuevas cosas sobre la materia y el Universo.

Pero lo mejor estaba por llegar, porque solo un año después de la primera detección de ondas gravitacionales iba a llegar el momento de la consolidación de la nueva Astrofísica que estudia este fenómeno. En primer lugar, porque las figuras clave que permitieron su detección directa, Barry Barish, Kip Thorne y Rainer Weiss, recibieron el Premio Nobel de Física. Aunque no se puede saber si la Real Academia Sueca de las Ciencias lo tuvo en cuenta, por entonces era un secreto a voces que astrónomos de todo el mundo acababan de hacer una observación alucinante en el campo de las ondas gravitacionales.

El evento astrofísico más observado[/size]

Hasta aquel momento se había captado las ondas gravitacionales procedentes de agujeros negros, pero estos objetos, por definición, se caracterizan por no dejar escapar a la luz y por resultar invisibles para los telescopios. Así que, los científicos se preguntaba qué supondría poder captar las ondas gravitacionales de algo que sí se pudiera observar: ¿Cuántas cosas se podrían descubrir sobre el Universo al usar a la vez la «vista» y el «oído»? La respuesta llegó a partir del 17 de agosto de 2017. LIGO y Virgo detectaron una posible señal de ondas gravitacionales. Dos segundos después, el telescopio espacial Fermi, de la NASA, captó un estallido de rayos gamma, una potente emisión de energía cuyo origen es desconocido pero que se sospecha que se origina en la fusión de estrellas de neutrones. Los sistemas automáticos de alerta respondieron, y en cuestión de minutos pusieron en alerta a astrónomos de todo el mundo. Gracias a esto, este fenómeno se convirtió en el evento astrofísico más estudiado de la historia: 70 observatorios del globo y 3.674 científicos de 953 instituciones lo observaron.

Con el paso de las horas y los días, el evento de fusión, conocido como GW170817 y situado a 130 años luz de distancia, hizo llegar a la Tierra radiación electromagnética de muchas longitudes de onda (visible, gamma, ultravioleta o radio), lo que permitió estudiarlo con gran detalle. Esto inauguró la Astrofísica de múltiples mensajeros, una nueva disciplina de la ciencia que se encarga de observar el Universo a través de telescopios y «escuchar» a través de ondas gravitacionales. Gracias a esta importante observación, se hicieron varios avances que seguirán alimentando investigaciones durante los próximos años: se reforzó la hipótesis de que los estallidos breves de rayos gamma se originan en estrellas de neutrones, se mejoró el modelo de las kilonovas, la comprensión sobre el proceso r, un conjunto de reacciones nucleares que generan átomos más pesados que el hierro (como el oro) en el Universo, y se volvieron a confirmar las predicciones de la Relatividad de Einstein, entre otras cosas.

Los próximos años verán cómo los detectores LIGO y Virgo cooperan para observar más eventos de este tipo y otros distintos, como la fusión de estrellas de neutrones con agujeros negros, púlsares o explosiones de supernovas, o quizás incluso algunos totalmente desconocidos. Además, pasado un tiempo podrán hacerlo con más precisión, lo que permitirá comprender mejor, por ejemplo, cómo son los agujeros negros o las estrellas de neutrones. En unas décadas, es posible que se ponga en órbita un observatorio espacial de ondas gravitacionales, que permitiría «escuchar» las perturbaciones procedentes de los agujeros negros supermasivos del centro de las galaxias, o quizás los ecos gravitacionales procedentes de las etapas en las que el Universo era más joven. El horizonte parece muy prometedor. Por ahora resulta imposible predecir adónde llegará todo esto.








Crean embriones mitad humanos y mitad cerdos

Las células iPS humanas (verdes) contribuyeron al desarrollo
de un corazón de embrión de cerdo de 4 semanas de edad.

Un equipo internacional de científicos del Instituto Salk de California asegura haber creado una «quimera» entre un ser humano y un cerdo gracias a un experimento cuyos resultados han sido publicados en la revista Cell. Juan Carlos Izpisua Belmonte, que encabeza el equipo de investigadores, asegura que el objetivo de la investigación pasa por crear «tejidos u órganos funcionales que podrían ser trasplantados en humanos».

Para llevar a cabo su experimento, los científicos introdujeron células madre humanas en embriones de un cerdo en una fase temprana del desarrollo, lo que les permitió crear unos 2.000 híbridos que luego introdujeron en el organismo de una cerda, convirtiéndose 186 de ellos en «quimeras». Allí permanecieron durante 28 días, período se corresponde al primer trimestre del embarazo de estos animales, después de lo cual extrajeron el feto, poniendo así fin al proceso.

Proceso por el cual se logra la combinación embrionaria.

Juan Carlos Izpisua Belmonte, jefe de la investigación comentó: “Hemos demostrado que una tecnología de alta precisión permite que un organismo de una especie produzca un órgano concreto compuesto de células de otra especie; esto nos aporta una herramienta importante para estudiar la evolución de las especies, su biología y sus enfermedades, y al final puede conducir a la capacidad de cultivar órganos humanos para trasplantes”.

El objetivo final de los científicos es obtener órganos funcionales y tejidos que puedan ser usados en trasplantes. Además, dichas “quimeras” podrían ser utilizadas en pruebas de drogas, aprovechando que reaccionarían de la misma manera que un humano.

Una "quimera" es un organismo formado por células de diferentes especies. La palabra "quimera" originalmente describía criaturas mitológicas o deidades en las religiones politeístas. En ciencia, las quimeras interespecíficas se están convirtiendo en potentes herramientas de investigación para el desarrollo de aplicaciones clínicas.

Jun Wu (front) y Juan Carlos Izpisua Belmonte

Los expertos explicaron en un paper que la crianza de embriones de humanos/cerdos ha resultado más complicada de lo esperado.

Después de décadas de intentos aún se trabaja con esmero para que las células madres en las placas de Petri se conviertan en células adultas completamente funcionales. “Creemos que criar células humanas en un animal puede ser mucho más fructífero. Todavía tenemos muchas cosas que aprender sobre el desarrollo temprano de las medidas”, dijo el profesor Juan Carlos Izpisua Belmonte.









Desarrollan bacteria con ADN de seis letras

A, T, G y C. Toda la vida en la Tierra está escrita (o codificada) usando sólo estas cuatro letras que representan a cada uno de los componentes básicos del ADN —los nucleótidos Adenina, Timina, Guanina y Citosina.

Replicación de ADN en función a la complementariedad de las bases.

El ADN es una larga cadena de nucleótidos en forma de una escalera de caracol. Presenta dos hebras que se unen de manera complementaria: A:T y C:G. La longitud y la secuencia de la cadena (…TAGCATGACAAA…) es específica de cada especie, con ligeras variaciones entre un individuo y otro. Básicamente, el ADN almacena la información requerida para generar un determinado ser vivo. Y, gracias a la complementariedad entre los nucleótidos, la información puede ser transmitida de generación en generación de manera fidedigna, utilizando una de las hebras como molde.

Se dice que el ADN almacena y transmite información codificada porque la lectura de la secuencia se hace en tripletes (…TAG-CAT-GAC-AAA-…), donde cada combinación cifra para un aminoácido específico, de acuerdo a la siguiente tabla:

El código genético. Las Timinas (T) son reemplazadas por
Uracilo (U) al momento de transcribir la información del ADN a ARN.

Las 64 combinaciones posibles codifican los 20 aminoácidos escenciales para la vida. Con ellos se construyen todas las proteínas que permiten el desarrollo de un ser vivo, pues cumplen con importantes funciones: forman la estructura y soporte de las células, y facilitan la síntesis de todos los componentes esenciales para su funcionamiento.

¿Qué pasaría si introducimos dos letras más —X e Y— al alfabeto de la vida? Ampliaríamos el número de combinaciones de tripletes disponibles, pasando de 64 a 216. Esto —en teoría— abriría la posibilidad de incorporar nuevos aminoácidos al lenguaje de la vida para generar proteínas con funciones biológicas que no existen en la naturaleza. Incluso, se podrían generar nuevas formas de vida.

Las posibilidades que abriría la incorporación de un nuevo par de nucleótidos en el ADN.

Hace un par de años, un grupo de investigadores del The Scripps Research Institute, liderados por el Dr. Floyd Romesberg, lo lograron. Incorporaron los nucleótidos d5SICS y dNaM (X e Y) en el ADN de una bacteria, la cual pudo vivir y transferir dicho material genético a sus descendientes. No obstante, el microorganismo “enfermaba”. Tardaba más tiempo en dividirse y perdía los nucleótidos X e Y después de unas pocas generaciones.

Es así que Romesberg y su equipo investigaron qué era lo que pasaba. Su objetivo ahora era lograr la estabilidad de los nuevos nucleótidos en el ADN para que se mantengan de forma indefinida.

Lo primero que descubrieron fue que una porción de la proteína encargada de transportar los nucleótidos X e Y hacia el interior de la bacteria, era la responsable de su intoxicación. Al rediseñar la proteína sin dicha porción, la bacteria recuperaba su viabilidad original —ya no tardaba tanto en dividirse.

También observaron que los nucleótidos sintéticos X e Y se perdían porque las enzimas responsables de replicarlas (polimerasas) cometían errores: o bien los reemplazaban por nucleótidos naturales (ATCG) o bien los eliminaban. Para ello, cambiaron el d5SICS por dTPT3. Ahora la replicación era óptima porque los nuevos nucleótidos eran reconocidos de manera más eficiente por las polimerasas.

Arriba: Los primeros nucleótidos X e Y utilizados en el 2014.
Abajo: los nucleótidos X e Y optimizados en el presente trabajo.

Finalmente, diseñaron un sistema CRISPR-Cas9 que reconocía y degradaba los fragmentos de ADN que perdían o cambiaban los nucleótidos sintéticos X e Y, para quedarse solo con aquellos que los poseían.

Con todos estos pequeños ajustes, Romesberg y su equipo lograron retener los nucléotidos sintéticos en el 100% de los descendientes hasta por 60 generaciones. Además las bacterias mejoraron su viabilidad y su tasa de multiplicación solo se redujo en un 17%.

Los investigadores dejan en claro que todavía no hay ninguna aplicación para este tipo de bacterias con ADN semisintético. El siguiente paso es lograr que un triplete con el nucleótido X o Y codifique uno de los 20 aminoácidos esenciales. De esta manera, sentar las bases para expandir el código genético y generar proteínas que incorporen otros aminoácidos sintéticos, con funciones biológicas novedosas y diversas aplicaciones.







Identifican nuevos tipos de neuronas humanas

Los resultados abren la puerta a una comprensión más profunda de lo que distingue a los cerebros humanos de los de otros animales.


Científicos de Instituto Salk y de la Universidad de California en San Diego han descrito por primera vez las modificaciones químicas de las moléculas de ADN en neuronas individuales, dando la información más detallada sobre qué hace que una célula cerebral sea diferente de su vecino. Este supone un paso crítico para comenzar a identificar cuántos tipos de neuronas existen, lo que siempre ha sido un misterio oculto para los neurocientíficos, y que podría conducir a una mejor comprensión sobre el desarrollo y la disfunción del cerebro. El metiloma de cada célula -un patrón de marcadores químicos- dio una lectura distinta, que ayudó al equipo de Salk a clasificar las neuronas en subtipos.

"Creemos que es bastante sorprendente que podamos separar un cerebro en células individuales, secuenciar sus metilomas e identificar muchos nuevos tipos de células junto con sus elementos reguladores de genes, los interruptores genéticos que hacen que estas neuronas sean distintas entre sí", según uno de los autores principales del estudio, Joseph Ecker, profesor y director del Laboratorio de Análisis Genómico de Salk y un investigador del Instituto Médico Howard Hughes.

Hasta el momento, para identificar lo que distingue diferentes tipos de neuronas aparte unos de otros, los investigadores estudiaban los niveles de moléculas de ARN dentro de las células cerebrales individuales. Pero los niveles de ARN pueden cambiar rápidamente cuando una célula se expone a nuevas condiciones, o incluso durante un mismo día. Así que el equipo de Salk se centró en los metilomas de las células, que son generalmente estables a lo largo de la edad adulta.

Looking beyond shape: the DNA methylome reveals neuronal identity.
Human cortical neuron types are identified by their cytosine methylation signatures.
 Each type of human neuron has a distinct cytosine methylation profile.
Luo et al. used a newly developed single-cell methylome sequencing method
to survey both mouse and human cortical neuron diversity
(colored dots in distinct clusters), extending the legendary studies
of neuronal morphology (background image)
Credit: Salk Institute/Jamie Simon

"Nuestra investigación demuestra que podemos definir claramente los tipos neuronales basados ​​en sus metilomas", afirma Margarita Behrens, del Instituto Salk y otras de las autoras principales del nuevo documento. "El hallazgo abre la posibilidad de entender lo que hace que dos neuronas -que se sientan en la misma región del cerebro y de otra manera similar-  se comportan de manera diferente."

El equipo comenzó su trabajo tanto en el ratón como en el cerebro humano, centrándose en la corteza frontal, el área del cerebro responsable del pensamiento complejo, la personalidad, los comportamientos sociales y la toma de decisiones, entre otras cosas. Se aislaron 3.377 neuronas de la corteza frontal de ratones y 2.784 neuronas de la corteza frontal de un humano fallecido de 25 años de edad.

Los investigadores utilizaron entonces un nuevo método que desarrollaron recientemente llamado snmC-seq para secuenciar los metilomas de cada célula. A diferencia de otras células en el cuerpo, las neuronas tienen dos tipos de metilación.

Las neuronas de la corteza frontal del ratón se encontraron agrupadas en 16 subtipos basados ​​en patrones de metilación, mientras que las neuronas de la corteza frontal humana eran más diversas y formaron 21 subtipos. El estudio también identificó subtipos únicos de neuronas humanas que nunca se habían definido antes. Estos resultados abren la puerta a una comprensión más profunda de lo que distingue a los cerebros humanos de los de otros animales.

Salk and UC San Diego scientists identified neuron
types predicted by epigenomic signatures. The image shows
neuron populations expressing marker genes for specific
neuron subtypes: Tle4 (red), Sulf1 (green) or both (yellow).
Credit: Salk Institute




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