Frisbees moleculares podrían potenciar la proliferación nuclear

Una nueva técnica para controlar las trayectorias de moléculas giratorias podría tener importantes implicaciones internacionales.

Cualquiera que haya jugado con un frisbee tendrá una idea intuitiva de cómo el ángulo al que tiras el disco determina el amino que siguen.

A medida que los frisbees son más pequeños, sin embargo, la física se modifica. En una escala diminuta, el aire es más denso, como la miel, y la inercia juega un papel mucho más pequeño. Por lo tanto, es fácil pensar que hay un tamaño mínimo al que puedes construir un frisbee.

Ref: Technology Review

No es así, dice Johannes Floss  y sus compañeros del Instituto Weizmann de Israel. Es, de hecho, bastante simple controlar la trayectoria de una molécula que gira de forma similar a un frisbee.

En los últimos años, una gran cantidad de técnicas se han desarrollado para alinear de forma precisa las moléculas dentro de un gas giratorio, como una matriz tridimensional de tableros. Estas técnicas mueven las moléculas con un láser muy preciso que las hacer girar de la forma correcta.

¿Pero cómo convertir un tablero giratorio en un frisbee? Después de todo, el movimiento de los frisbees es esencialmente el resultado de la interacción entre el cuerpo giratorio y el aire, pero la aerodinámica no influye a nivel molecular.

La respuesta, según Floss y sus compañeros, pasa por disparar las moléculas a través de un campo eléctrico producido por otro láser. Dado que el campo tiene un gradiente de intensidad, jugará el mismo papel que el aire en el frisbee. Cuando esto ocurre, la inclinación de las moléculas giratorias deteminará la trayectoria que tomen.

Como Floss apunta: “Una técnica similar la utilizan los jugadores de Frisbee ajustando la inclinación del disco para dirigirlo al objetivo”.

La técnica del frisbee da un gran control sobre el camino que las moléculas toman. La trayectoria depende de factores como la fuerza del campo, la inclinaciónd e la rotación y la masa de la molécula.

Esto tiene importantes consecuencias en un gran número de nuevas técnicas, sobre todo en áreas en las que la ionización no puede utilizarse. Por ejemplo, la nanofabricación de moléculas en las que estructuras diminutas se construyen casi “ladrillo a ladrillo” deben utilizar moléculas neutras porque la acumulación de carga podría distorsionar la forma o incluso destruir la construcción por completo.

Pero quizá la aplicación más relevante, al menos a corto plazo, sea la de la separación isotópica. Dado que la trayectoria depende de la masa de la molécula, la técnica separaría de forma natural las moléculas con isótopos diferentes.

Los científicos nucleares seguro que quieren investigar el potencial de esta técnica para separar el uranio 235, más fisionable, del uranio 238. En los últimos años, los físicos han hecho grandes avances para separar estos isótopos utilizando lasers que ionizan de forma selectiva un isótopo dejando el otro neutro, lo que les permite separarlos con un campo magnético.

Las técnicas de separación convencional se basan en centrifugadoras gigantes que son difíciles y caras de construir y que, por tanto, forman una barrera tecnológica grande que previene que algunos países con aspiraciones nucleares puedan crear su propio uranio enriquecido.

Pero hay un miedo cada vez mayor a que el enriquecimeinto por láser haga este proceso mucho más fácil. Y ahora hay una nueva técnica que lo haría aun más fácil.

Es fácil predecir que los frisbees moleculares serán el centro del interés los próximos años. Pero cuánto oíremos de futuros desarrollos es difícil de precisar.

Ref: arxiv.org/abs/1010.0887: Molecular Frisbee: Motion of Spinning Molecules in Inhomogeneous Fields

Este artículo ha sido traducido de Technology Review y publicado bajo licencia CC by-sa

 

Los dinosaurios eran más altos de lo que se pensaba hasta ahora

Como si los dinosaurios no fuesen suficientemente grandes, una nueva investigación indica que eran incluso más altos de lo que pensábamos hasta ahora.

Aunque los investigadores tenían una buena idea de la altura de los dinosaurios basada en sus esqueletos, según parece algunas partes de sus cuerpos que no se fosilizaron habrían aumentado su altura al menos un 10%.

Los extremos de muchos huesos largos de los dinosaurios, incluyendo huesos de sus patas como el fémur o la tibia, son redondeados y carecen de grandes estructuras articulares. En vez de eso, probablemente fuesen capas muy gruesas de cartílagos las que ayudaban a formar las articulaciones que conectaban los huesos, “y habrían añadido bastante altura a algunos dinosaurios”, explicó Casey Holliday, una anatomista evolutiva de la Universidad de Mossouri. Por otro lado, los mamíferos tienen estructuras articulares óseas y mucho menos tejido cartilaginoso.

Tyranosaurus (Wikipedia)

Tyranosaurus (Wikipedia)

Los científicos llegaron a estas conclusiones investigando ostras y lagartos, los parientes más cercanos de estos gigantes que aún existen. Hicieron moldes de sus huesos con cartílago y luego eliminaron el cartílago y compararon los huesos con los moldes. Encontraron que las longitudes de los miembros de los lagartos y las ostras incluían entre un 6 y un 10% de cartílago.

Luego estudiaron los miembros fosilizados de diferentes dinosaurios, incluyendo el famoso carnívoro T. rex o el Alosaurio, así como gigantes hervíboros como el Braquiosaurio o el Triceratops. En base a esas pruebas, los investigadores concluyeron que algunos dinosaurios poseían una cantidad importante de cartílago en sus articulaciones.

Aunque su análisis sugirió que muchos terópodos no eran mucho más altos, los ornistiquios y los saurópodos podrían ser un 10% más altos o incluso más. Por ejemplo, el braquiosaurio, que se pensaba que medía 42 pies (13 metros), puede haber sido 13 cm más alto.

“Puede parecer irrelevante -sin embargo, es una gran cantidad de cartílago”, dijo Holliday.

El cartílago extra puede haber ayudado a los hervíboros gigantes a absorber las cargas sobre sus piernas debidas a sus enromes alturas, sugirió Holliday, “pero no estamos totalmente seguros”. Añadió que los pájaros, los parientes más cercanos a los terópodos que estudiaron, también tienen menos cartílago en sus articulaciones, y que “menos cartílago podría ser un síntoma de la vida más activa, el mayor metabolismo y el crecimiento más rápido que vemos en los terópodos y los pájaros”.

En el futuro, esta investigación podría ayudar a arrojar luz sobre los movimientos de los dinosaurios y sus posturas, dijo Hollyday. “Podríamos utilizar lo que sabemos sobre el cartílago para hacer modelos tridimensionales para intentar averiguar cómo se movían”, explicó a LiveScience.

“Los huesos no pueden hablar por sí solos”, añadió Lawrence Witmer, un anatomista de la Universidad de Ohio. “Para comprender cómo se mueven, necesitamos analizar los huesos tal y como estaban dentro de sus cuerpos, incluyendo su cartílago”.

Holliday, Witmer y sus colegas detallaron sus descubrimientos online el 30 de septiembre en PLoS ONE.

Más info: Cartilaginous Epiphyses in Extant Archosaurs and Their Implications for Reconstructing Limb Function in Dinosaurs

Este artículo ha sido traducido de LiveScience y publicado bajo licencia CC by-sa

La reonización, por sí sola, no es suficiente para impedir la formación de estrellas en las galaxias enanas

Un equipo de astrónomos ha obtenido evidencias que sugieren que la reonización, por sí sola, no es suficiente para detener la formación de estrellas en galaxias enanas, como se esperaba.

Los resultados se presentaron duratne la European Week of Astronomy and Space Sciences.

Galaxia Cetu dSph

El modelo del Big Bang predice que el Universo comenzó lleno de plasma ionizado, que posteriormente se enfrió y permitió que todos los átomos se recombinasen para formar átomos neutros. La primera generación de estrellas y galaxias se formó a partir de este material neutro y produjo gran cantidad de radiación energética que posteriormente “reionizó” el universo. Este período de reionización duró aproximadamente mil millones de años tras el Big Bang.

El proyecto Local Cosmology from Isolated Dwarfs (LCID), liderado por Carme Gallart del Instituto de Astrofísica de Canarias, utilizó más de 100 órbitas del Telescopio Hubble con la cámara ACS para obtener historiales detallados sobre la formación de estrellas de seis grupos locales de galaxias enanas, que incluyen detalles sobre la formación estelar temprana.

“Todas las galaxias de la muestra, incluyendo esas que terminaron la formación estelar muy pronto, como la Cetus dSph, formaron la mayoría de sus estrellas después de que la reionización se completase. Esto prueba que la reionización por sí sola no puede detener la formación estelar en las galaxias más pequeñas, como se esperaba”, comentó Gallart, que ha estado trabajando con otras 12 personas durante 5 años en este proyecto.

Las galaxias más pequeñas representan condiciones similares a las del universo inicial, dado que en ellas la formación de estrellas puede estar influída por la reionización cósmica. La predicción más común de los modelos de evolución de las galaxias enanas es que la ionización temprana del gas en estas galaxias debida a la radiación ultravioleta de fondo debería haber evitado cualquier formación estelar hace unos 12.5 millones de años.

Más información: The ACS LCID Project. III. The Star Formation History of the Cetus dSph Galaxy: A Post-reionization Fossil. Astrophysical Journal, 2010; DOI: 10.1088/0004-637X/720/2/1225

Este artículo ha sido traducido de Science Daily y publicado bajo licencia CC by-sa

Según un nuevo estudio, las leyes de la física podrían variar a lo largo del Universo

El artículo no ha sido aceptado para su publicación aún pero puede consultarse en Arxiv. Aun así, lo he considerado interesante. Puedes leer comentarios sobre él en reddit. También puedes leer opiniones de otros científicos en Science News.

 

Un equipo de astrofísicos con base en Australia e Inglaterra ha descubierto indicios de que las leyes de la física son diferentes en otras partes del Universo.

El equipo -de la Universidad de Nueva Gales del Sur, la Universidad de Swinburne y la Universidad de Cambridge- ha enviado un artículo sobre el descubrimiento para ser publicado en Physical Review Letters. Una versión preliminar está siendo aun revisada por pares.

El informe describe cómo una de las constantes supuestamente universales de la naturaleza parece no ser tan constante. En vez de eso, este “número mágico” conocido como la constante de estructura fina (α), parece variar a lo largo del Universo.

Ilustración de la variación de la constante. UNSW.

“Tras medir alfa en unas 300 galaxias lejanas, vimos un patrón constante: este número, que nos dice la fuerza del electromagnetismo, no es igual en otras partes que en la Tierra, y parecer variar de forma continua a lo largo de un eje”, comentó John Webb de la Universidad de Nueva Gales del Sur.

“Las implicaciones de nuestra comprensión actual de la ciencia son profundas. Si las leyes de la física resultan ser meramente “locales”, podría ser que mientras nuestra parte observable del Universo favorece la existencia de la vida y de los seres humanos, otra parte alejada podría tener leyes que la impidan, al menos tal y como nosotros la conocemos”.

“Si nuestros resultados son correctos, claramente necesitaríamos nuevas teorías físicas que las describan de forma satisfactoria”. Las conclusiones de los investigadores están basadas en nuevas mediciones tomadas con el VLT (Very Large Telescope) de Chile, junto con mediciones previas de telescopios ópticos mayores, los Keck en Hawaii.

Julian King de la Universidad de Nueva Gales del Sur, explicó cómo, tras combinar dos conjuntos de medidas, los nuevos resultados les “impresionaron”. Los telescopios hawaianos y el VLT están en diferentes hemisferios -observan diferentes direcciones del universo. Mirando al norte con Keck vemos, en media, un alfa más pequeño en galaxias distantes, pero cuando miramos al sur con el VLT vemos un alfa mayor”.

“Varia una cantidad muy pequeña -una parte de 100.000- en la mayoría del universo observable, pero es posible que variaciones mucho más largas puedan ocurrir más allá de nuestro universo observable”, comentó King.

El descubrimiento forzará a los científicos a pensar de nuevo si comprenden bien las leyes de la naturalize. “La constante de estructura fina y otras constantes, son centrales a nuestras actuales teorías de la física. Si realmente varian, necesitaremos una teoría mejor, más profunda”, explicó Michael Murphy de Swinburne.

“Dado que una ‘constante’ variable cambiaría por completo nuestra comprensión del universo se necesitarían pruebas extraordinarias. Lo que hemos encontrado es extraordinario, eso está claro”.

“Es una de las preguntas más grandes de la ciencia moderna: ¿han sido las leyes de la física siempre iguales en todo el universo? Estamos destinados a responder esta pregunta de un modo u otro.

Este artículo ha sido traducido de Science Daily y publicado bajo licencia CC by-sa

Científicos observan iones individuales fluyendo por un canal diminuto de nanotubos

Los nanotubos de carbono -diminutos cilindros cuyas pardes son átomos de carbono- son unas 10.000 veces más delgados que un cabello humano. Desde que se descubrieron hace 20 años, los investigadores experimentaron con ellos como baterías, transistores, sensores y células solares entre otras aplicaciones.

En el número del 10 de septiembre se publicó en Science que unos investigadores del MIT descubrieron que moléculas cargadas, como el sodio y los iones cloro que se forman cuando la sal se disuelve en agua, no pueden fluir a gran velocidad a través de nanotubos de carbono, pero sí que pueden, bajo ciertas condiciones, ir de uno en uno, como personas que cruzan un puente por turnos. La investigación estuvo liderada por el profesor asociado Michale Strano.

Nanotubo de Carbono. Wikipedia.

Nanotubo de Carbono. Wikipedia.

El nuevo sistema permite el paso de moléculas mucho más pequeñas, a través de grandes distancias (hasta medio milímetro), que cualquier nanocanal hasta ahora. Actualmente, el nanocanal más estudiado es el de nanoporos de silicio, que se consigue al realizar agujeros en una membrana de silicio. Sin embargo, estos canales son mucho más cortos que los que se acaban de descubrir (unas 20.000 veces más pequeños), por lo que sólo permiten el paso de grandes moléculas como los polímeros o las moléculas de ADN -cualquier otra cosa se movería demasiado rápido como para poder ser detectado.

Strano y sus compañeros construyeron su nuevo nanocanal haciendo crecer un nanotubo a lo largo de una placa de 1cmx1cm, conectada con dos tanques de agua. Cada tanque contiene un electrodo, uno positivo y otro negativo. Dado que la electricidad sólo fluye si los protones pueden ir de un electrodo a otro, los investigadores pueden determinar fácilmente si los iones están pasando por el nanotubo.

Descubrieron que los protones fluyen de forma estacionaria a través del nanotubo, llevando una corriente eléctrica. Los protones fluyen fácilmente porque son muy pequeños, pero los investigadores observaron que otros iones positivos como el sodio también pueden pasar sólo cuando hay un campo eléctrico. Los iones sodio son protones mucho más grandes, así que tardan el doble en pasar. Mientras pasan por el canal, bloquean el flujo de otros protones, con lo que se interrumpe la corriente por un efecto conocido como efecto Coulter.

Strano cree que los canales sólo permiten pasar iones cargados positivamente porque en los extremos de los tubos hay cargas negativas, que atraen iones positivos. Sin embargo, planea construir canales que atraigan iones negativos añadiendo cargas positivas al tubo.

Una vez que los investigadores tengan estos dos tipos de canales, esperan instalarlos en una membrana que podría utilizarse para desalinizar el agua. Más del 97% del agua de la Tierra está en los océanos, pero ese agua no es bebible a menos que se le elimine la sal. Los métodos actuales de desalinización, destilación y ósmosis inversa son muy caros y requieren grandes cantidades de energía. Por lo tanto, una membrana de nanotubo que permita tanto a los iones de sodio como a los de cloro (cargados negativamente) fluir fuera del agua del mar podría ser una forma muy barata de desalinizar el agua.

El estudio es el primero en el que se consiguen observar iones disueltos a temperatura ambiente. Esto quiere decir que los nanocanales podrían detectar también impurezas, como arsénico o mercurio, en el agua potable. “Si hay un sólo ion de arsenio en la solución podrías detectarlo”, aseguró Stano.

Este artículo ha sido traducido de Physorg y publicado bajo licencia CC by-sa

¿Por qué algunos recuerdos se fijan en nuestro cerebro?

La práctica lleva a la perfección cuando se trata de recordar cosas, pero cómo se consigue eso ha sido un misterio desde hace mucho tiempo. Un estudio publicado en Science esta semana indica que reactivar patrones neuronales una y otra vez puede hacer que las cosas se fijen a la memoria.

Para la gente es más fácil recordar cosas cuando el material se les presenta de forma repetida cada poco tiempo que cuando se le presente todo de una vez. Por ejemplo, es más probable que recuerdes una cara que has visto en numerosas ocasiones en vez de una que has visto una vez en mucho tiempo. Una razón por la que podría ser posible que una cara vinculado a muchos contextos -como el colegio, el trabajo o el hogar- sea más fácil de reconocer que una asociada sólo con un lugar, como una fiesta, podría ser que hubiesen numerosas maneras de acceder a esa memoria. La idea, llamada hipótesis de variabilidad del código, fue propuesta por los psicólogos hace 40 años.

Fuente: Science Photo Library

Cada contexto diferente activa un conjunto diferente de regiones cerebrales; la hipótesis sugiere que son estas diferentes respuestas neuronales las que mejoran la memoria. Pero la investigación con escáneres neuronales liderada por Russell Poldrack, un neurocientífico cognitivo de la Universidad de Texas, sugiere ahora que lo contrario es cierto -los objetos se recuerdan mejor cuando activan el mismo patrón neuronal con cada exposición.

Ensayo neuronal

El equipo de Poldrack midió la actividad cerebral en 24 personas utilizando resonancias magnéticas funcionales (fMRI). Los sujetos vieron 120 caras no familiares, cada una repetida cuatro veces en intervalos variables durante el escáner fMRI. Una hora más tarde, les mostraron las caras de nuevo, mezcladas con otras 120 y se les pidió que valorasen la familiaridad con cada una.

Los investigadores observaron entonces las respuestas cerebrales que habían sido grabadas cuando a los sujetos se les mostraron las caras por primera vez, centrándose en 20 áreas cerebrales asociadas con la percepción visual y la memoria. Las caras que se reconocieron luego evocaron patrones de activación similares en nueve de las regiones, particularmente en aquellas asociadas con la percepción facial y de objetos; las caras que luego fueron olvidadas no evocaron ese patrón del mismo modo.

En un experimento diferente, se mostraron 180 palabras a los sujetos en el escáner fMRI, cada uno repetido tres veces. Seis horas más tarde, realizaron dos tests de memoria. Las palabras recordadas activaron patrones similares en cada repetición en 15 de las 20 regiones que se examinaron.

Explicando nuestro cerebro

Sin embargo, Marvin Chun, un neurocientífico cognitivo de la Universidad de Yale en New Haven, Connecticut, dice que los resultados no invalidan la hipótesis de variabilidad del código porque Poldrack y su equipo estaban en una situación diferente. Para comprobar la hipótesis de forma directa, los autores deberían haber presentado objetos en contextos diferentes, comentó.

Es más, palabras o caras que atractivas pueden provocar más patrones reproducibles de activación cuando se presentan varios objetos que cuando se presentan menos, comentó Rik Henson, un neurocientífico cognitivo de la MRC Cognition and Brain Sciences Unit en Cambridge, Reino Unido. Este efecto podría explicar los resultados sin refutar la hipótesis de variabilidad del código.

“No podemos descartarlo”, dijo Poldrack. Para tratar este problema, tendría que analizar de forma más profunda el cerebro del sujeto y sus respuestas a objetos individuales. “Puede ser que haya una versión de la hipótesis que sea compatible con estos datos”.

“Si exprimimos a los teóricos para que piensen un poco más e intentamos incorporar datos neuronales en estas teorías, creo que es algo bueno, tanto si la hipótesis se refuta como si no”, añadió.

Este artículo ha sido traducido de Nature News y publicado bajo licencia CC by-sa

La sonda Phoenix resuelve dos misterios con un ión

En los años 70, la NASA envió dos sondas a la superficie marciana. Las misiones Viking estaban diseñadas para analizar el material superficial y buscar en él indicios de vida.

Se esperaba que esas misiones detectasen compuestos orgánicos: moléculas basadas en carbono como amino ácidos que son la base para la vida. En vez de eso, los resultados que obtuvieron fueron decepcionantes. En vez de compuestos orgánicos encontraron compuestos de cloro como clorometano y diclorometano, que se interpretaron como contaminacion de los laboratorios de la Tierra (¡de los fluidos de limpieza!).

Sin embargo, en 2008, la Mars Phoenix lander hizo sus propias excavaciones y encontró algo inesperado: perclorato. Esta molécula está compuesta de un átomo de cloro y cuatro de oxígeno y tiene la interesante propiedad de que es muy reactiva con las moléculas orgánicas. Además, también se encuentra con facilidad en la Tierra.

Sonda Phoenix

Sonda Phoenix. NASA.

Lo que es asombroso de todo esto es que recientemente, científicos que analizaron muestras de suelo chileno, al añadirles perclorato y analizarlas de la misma forma que había hecho la sonda Viking, ¿adivináis qué encontraron?

Sí, encontraron clorometano y diclorometano.

¿Qué quiere decir esto? Bueno, ¡podría resolver el misterio de la Viking! Los compuestos químicos que las sondas Viking detectaron hace más de 30 años pueden provenir de restos orgánicos en el suelo marciano que reaccionaron de forma natural con los percloratos. Esto explicaría que no hubiese compuestos orgánicos y los compuestos químicos que encontraron.

Pero tranquilo, esto no implica que haya vida en Marte. sin embargo, sí que significa que si hay moléculas orgánicas en Marte -y creemos que las hay; para empezar porque son bastante comunes en los meteoritos que chocan con la Tierra, que también chocan con Marte, y por otro lado porque los compuestos orgánicos se crean de una forma bastante sencilla en la naturaleza- serán eliminadas por los percloratos.

Por lo tanto, es posible que Marte tuviese precursores de vida en su superficie, pero es improbable que estuviesen en los lugares en los que hay perclorato. Si los percloratos son comunes sería menos probable que pudiésemos encontrar moléculas orgánicas. Pero ¡es importante reseñar que la presencia de clorometano y diclorometano implican que las moléculas orgánicas existieron en algún momento en Marte!

Una vez más, repito que esto no implica vida, pero sí que implica que las condiciones sobre Marte fueron en algún momento adecuadas para sostener la presencia de organismos. La búsqueda de vida, extinta o no, en Marte es un gran puzle, y con esto se ha puesto una pieza más. Pero aún queda mucho camino por recorrer, aunque pasito a pasito nos vamos acercando.

Este artículo ha sido traducido de Discover Magazine y publicado bajo licencia CC by-sa
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