martes, 13 de enero de 2009

Foto: F.R. Turner, E.C. Raff, y R.A. Raff
La acción bacteriana sobre los restos de animales y vegetales ha sido vista muchas veces como un enemigo mortal de la fosilización, pero una nueva investigación sugiere que los biofilms bacterianos podrían en realidad haber ayudado a preservar el material más vulnerable de los registros fósiles: los embriones y los tejidos blandos de los animales.


Un equipo de 13 científicos liderados por los biólogos Rudolf y Elizabeth Raff de la Universidad de Indiana en Bloomington ha descubierto que la invasión de las células embrionarias moribundas por bacterias, y la subsiguiente formación de biofilms bacterianos muy compactos dentro de las células embrionarias, pueden conducir a un reemplazo completo de la estructura de estas células, generándose con ello una réplica fiel del embrión. Los científicos llaman a esta formación un "pseudomorfo", y se trata de un modelo del embrión hecho por bacterias. En otras palabras, las bacterias consumen y reemplazan todo el citoplasma en las células, generando una pequeña escultura del embrión.

Los investigadores han comprobado, sin embargo, que deben estar presentes ciertas condiciones para que la bacteria ayude al proceso de preservación.

Entre estas condiciones, Elizabeth Raff, la autora principal del informe, señala que en el momento de su muerte, el embrión debe estar en un ambiente pobre en oxígeno, o reductor, como el fondo de un océano profundo o el que se experimenta al estar enterrado en barro anóxico de la orilla de un lago. Si hay disponible suficiente oxígeno, el embrión sufrirá la autolisis, o autodestrucción, a medida que las enzimas digestivas se liberan y causan graves estragos. Sin oxígeno, las enzimas autolíticas permanecen encerradas dentro de sus "jaulas" en las organelas.
El próximo paso, según consideran los investigadores, es que las bacterias capaces de sobrevivir en condiciones de poco oxígeno deben infectar entonces a las células del embrión moribundo.

Las bacterias forman biofilms, congregaciones muy densas de células bacterianas en las que éstas son mantenidas juntas por fibras pegajosas compuestas de proteínas y azúcares. A medida que el biofilm llena la célula embrionaria, las pequeñas bacterias se posicionan de tal modo que forman una representación fiel del interior de las células invadidas.

Como resultado, las bacterias deben dejar un registro permanente. En el caso de embriones fósiles bien preservados, las bacterias probablemente excretan diminutos cristales de fosfato de calcio, los cuales acaban reemplazando a las esculturas bacterianas. Son estos cristales los que proporcionan el soporte para la fosilización de embriones y tejidos blandos.

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lunes, 12 de enero de 2009

Un Posible Camino Hacia Formas Exóticas de Superconductividad

Foto: LANLUnos investigadores del Laboratorio Nacional de Los Álamos han presentado una explicación para la superconductividad que puede abrir la puerta al descubrimiento de formas nuevas y no convencionales de este fenómeno.

Una investigación dirigida por Tuson Park y Joe D. Thompson ofrece una nueva explicación para la superconductividad en materiales no convencionales, que describe un estado potencialmente nuevo de la materia, en el cual el material superconductor se comporta simultáneamente como un material magnético y no magnético.



Los materiales superconductores conducen sin resistencia la corriente, usualmente cuando se enfrían a temperaturas muy bajas. Los superconductores son materiales extremadamente importantes porque podrían conducir la electricidad de un sitio a otro sin pérdida de corriente o proporcionar una capacidad de almacenamiento eléctrico formidable. Sin embargo, el costo de enfriar los materiales a temperaturas tan bajas actualmente limita el uso práctico de los superconductores. Si se pudieran diseñar superconductores que funcionaran a temperaturas más cercanas a la temperatura ambiente, los resultados serían revolucionarios.

Las teorías tradicionales de la superconductividad sostienen que los electrones dentro de ciertos materiales no magnéticos pueden formar parejas cuando son forzados a ello por vibraciones atómicas conocidas como fonones. En otras palabras, los fonones proporcionan el "pegamento" que hace posible la superconductividad.

Park y sus colegas ahora describen un tipo diferente de "pegamento" que genera un comportamiento de superconductor.

En unos experimentos con un material enfriado hasta la temperatura de superconducción, sometieron a éste a cambios de presión y a un campo magnético para perturbar la alineación de los electrones dentro del material.

Esto desestimularía la formación de parejas de electrones promovida por los fonones; sin embargo, el material continuó exhibiendo un comportamiento de superconductor.
Basándose en el comportamiento del material bajo presiones y temperaturas diferentes, los investigadores consideran que el material alcanza un punto crítico cuántico cerca del cero absoluto. En este punto crítico cuántico, el material mantuvo propiedades de un metal con electrones sumamente ordenados y con otros sumamente desordenados, un estado de la materia no descrito previamente.

Park y sus colegas consideran que este punto crítico cuántico proporciona un mecanismo para formar parejas de electrones dentro de un estado cuántico que genera un comportamiento de superconductor. En otras palabras, la investigación ayuda a explicar un mecanismo para la superconductividad sin fonones.

Este punto crítico cuántico podría ser análogo a un agujero negro, en el sentido de que es posible ver lo que sucede en el horizonte de eventos que envuelve al agujero negro, pero no lo que ocurre en este último.

Un nuevo mecanismo para la formación de parejas de electrones que lleva a superconductividad podría permitir a los investigadores diseñar materiales que exhiban un comportamiento de superconductor a mayores temperaturas, quizá incluso abriendo la puerta al "Santo Grial" de los materiales superconductores: un material que sea superconductor a temperatura ambiente.

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domingo, 11 de enero de 2009

Secuestro Artificial de CO2 Con Autosellado Dentro de Rocas

Foto: PNNLUnos científicos han obtenido un indicio bastante firme de que el dióxido de carbono puede ser almacenado de forma segura y permanente en las formaciones subterráneas profundas de rocas basálticas, sin riesgo de que escape a la atmósfera en el futuro. Los hallazgos hechos en este estudio apuntan también a la posibilidad de secuestrar carbono en otros depósitos naturales.




Los investigadores, del Laboratorio Nacional del Pacífico Noroeste (PNNL), han descubierto que el CO2 líquido saturado de agua, bajo condiciones que imitan las condiciones geológicas naturales en las profundidades, rellenará y taponará las grietas de las rocas que, de permanecer intactas, permitirían escapar a este peligroso gas de efecto invernadero.

"Las implicaciones de este descubrimiento son de gran alcance", señala el científico Pete McGrail del PNNL. "Aparentemente hay suficiente agua molecular presente en el CO2 en fase supercrítica para llevar a cabo reacciones de múltiples pasos directamente con los minerales en el basalto. En esencia, el dióxido de carbono puede provocar el autosellado de las grietas o hendiduras no detectadas que podrían permitir al CO2 emigrar verticalmente a través de ellas hacia profundidades menores".

Recientemente, McGrail expuso muestras de roca basáltica bajo presión elevada a las fases de CO2 que existirían después de inyectarlo en el subsuelo profundo. Se trabajó con el agua saturada de CO2, y con CO2 líquido saturado de agua (o CO2 gaseoso en fase supercrítica).

La esperanza de los científicos era que los experimentos esclarecieran cómo ambas formas del CO2 podrían reaccionar con los minerales existentes en las capas de basalto a miles de metros bajo la superficie de la Tierra, y si esa reacción afectaría a la velocidad con la que el CO2 se mineraliza, y por tanto a su estabilidad.

La investigación de McGrail ha revelado que el CO2 líquido saturado de agua (CO2 gaseoso en fase supercrítica) muestra una reactividad similar o incluso mayor que la del agua saturada de CO2. La rápida reacción química detectada en superficies de metal y óxido, así como en superficies de silicato de las capas basálticas, fue sorprendente e impresionante, según McGrail.

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sábado, 10 de enero de 2009

Un Obstáculo en el Uso de Células Madre Adultas Para Reemplazar Neuronas

Foto: Donna CoveneyEl empleo de las células madre adultas para reemplazar neuronas perdidas a causa de lesiones y enfermedades cerebrales podría ser más difícil de lo que se creía con anterioridad, según unos investigadores del MIT, porque añadir nuevas neuronas a los circuitos neuronales existentes y operativos sería como intentar integrar un nuevo hardware en un ordenador en marcha, sin apagarlo al hacer la operación.



Este trabajo tiene importantes implicaciones para el tratamiento de enfermedades como la de Parkinson y la de Alzheimer.

Desde hace tiempo, los científicos han venido especulando acerca de que el reemplazo con nuevas neuronas de las dañadas a causa de enfermedades neurológicas, lesiones cerebrales o daños en la médula espinal, podría ser una forma eficiente de combatir los efectos negativos de estos trastornos. Pero Carlos E. Lois, del Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria, ha encontrado que la inserción de nuevas neuronas en circuitos neuronales ya existentes podía ser similar a intentar insertar una tarjeta de memoria RAM a un ordenador encendido.

"Con toda probabilidad, el software del ordenador se colapsará a causa del nuevo hardware añadido," señala Lois. Aunque se pueden añadir nuevos componentes a un ordenador apagado, el cerebro nunca se puede apagar por completo. "La adición y la eliminación de conexiones de las nuevas neuronas podrían ser operaciones perjudiciales para los circuitos neuronales existentes".

En teoría, las células cerebrales recién creadas pueden ser recolectadas y trasplantadas allá donde se necesitan para reemplazar células dañadas. Estas neuronas nuevas crecen a partir de células madre sólo en dos pequeñas regiones del cerebro humano adulto: el bulbo olfatorio, involucrado en el sentido del olfato, y el hipocampo, involucrado en la memoria.

Las dos técnicas que los teóricos han propuesto para trasplantar neuronas se enfrentan a un problema: Cuando se incorporan las nuevas neuronas a un circuito cerebral de un animal adulto, tienen que conectarse a neuronas preexistentes, que ya están haciendo su trabajo.

Sin embargo, las neuronas nuevas son inmaduras y no están preparadas para funcionar. Necesitan ser "entrenadas", eliminando conexiones inapropiadas y afianzando las adecuadas.


Lois, Wolfgang Kelsch y Chia-Wei Lin encontraron que las nuevas neuronas añadidas al cerebro de animales adultos desarrollaban conexiones de entrada antes de desarrollar cualquier conexión de salida. Descrito de manera simple, esto significa que durante este período de entrenamiento, las nuevas neuronas no "hablan", limitándose a "escuchar".

Posteriormente, una vez que la nueva neurona comienza a establecer conexiones de salida hacia otras neuronas, sería un elemento ruidoso. Estaría comunicando información a otras neuronas antes de poder sintonizarse apropiadamente.

Los resultados de este nuevo estudio sugieren que cualquier intento de reemplazo neuronal empleando células madre tendrá que resolver primero el problema de cómo las conexiones formadas durante su período de entrenamiento por las neuronas nuevas alterarán el funcionamiento de las neuronas veteranas en servicio activo.

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viernes, 9 de enero de 2009

Extraña Superconductividad Bidimensional en un Material

Foto: BNLUnos científicos que han estado estudiando un material que parecía perder su capacidad de conducir sin resistencia la corriente eléctrica revelan ahora que sus nuevas mediciones demuestran que el material mantiene en realidad dicha capacidad, pero pasando a ser un superconductor sólo en dos dimensiones.


Parte de la investigación ha sido llevada a cabo en el Laboratorio Nacional de Brookhaven.

La meta de la línea de investigación que este estudio ha abierto es averiguar por qué y cómo estos materiales actúan como superconductores. El objetivo práctico final sería usar ese conocimiento para desarrollar superconductores que operen a temperaturas lo bastante altas como para hacerlos útiles para aplicaciones tales como líneas de conducción eléctrica de alta eficiencia.

El concepto básico sobre el que se sustenta la superconductividad es que los electrones, que normalmente se repelen entre sí debido a que tienen cargas iguales, forman parejas para conducir sin resistencia la corriente eléctrica. Los superconductores metálicos convencionales hacen esto a temperaturas cercanas al cero absoluto (0 grados Kelvin ó 273 grados Celsius bajo cero), requiriendo de costosos sistemas de enfriamiento. Más recientemente, los científicos han descubierto materiales que se vuelven superconductores a temperaturas superiores, dando ello esperanzas sobre la posibilidad futura de crear dispositivos que operen a temperatura ambiente.

El físico John Tranquada del Laboratorio de Brookhaven, quien dirigió la investigación, y sus colegas, han estado estudiando un material estratificado compuesto por lantano, bario, cobre y oxígeno (LBCO, por las siglas de estos elementos) donde la proporción de átomos de bario con respecto a los átomos de cobre es exactamente de 1 a 8. En una gama de composiciones con niveles superiores e inferiores de bario, el LBCO actúa como un superconductor de "alta temperatura". Pero con la misteriosa proporción de 1 a 8, la temperatura de transición en la que se activa la superconductividad desciende hacia el cero absoluto.
Este material exhibe otra propiedad interesante: un patrón inusual de carga y magnetismo que numerosos teóricos habían considerado durante mucho tiempo que era incompatible con la superconductividad.

Combinando los resultados de los experimentos recientes realizados por el equipo de investigación con otras mediciones, los autores del estudio ahora consideran que existe una forma sutil de superconductividad confinada al plano bidimensional del óxido de cobre en el LBCO con la proporción antes citada de 1 a 8.

Por alguna razón, el material es incapaz de acoplar coherentemente esa superconductividad entre los planos. Es como si usted estuviera en un rascacielos donde los ascensores se hubieran averiado y no existiera escalera alguna. Podría moverse dentro del mismo piso, pero no de un piso a otro. Ese es el caso de las parejas de electrones en este material; no pueden moverse de un estrato al siguiente.

Los científicos están particularmente intrigados por esta singular forma de superconductividad bidimensional debido a que se activa a una temperatura superior a aquella en la que se activa la superconductividad tridimensional normal en otras formas del LBCO.

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