Re: FORO-CIENCIA

El hidrógeno como fuente de energía para organismos vivos


Chimenea hidrotermal. (Foto: IFE, URI-IAO, UW, Lost City Science Party; NOAA / OAR / OER; The Lost City 2005 Expedition)


En las profundidades oceánicas, algunos organismos pueden prosperar en un tipo de ecosistema supuestamente hostil: el existente en torno a las fumarolas hidrotermales. Éstas han sido objeto de una amplia labor de investigación desde que se las descubrió hace más de 30 años.
Ahora, un estudio internacional revela por primera vez que las bacterias que viven en asociación con los mejillones de esos ecosistemas hidrotermales son capaces de usar el hidrógeno como fuente de energía para producir materia orgánica.
Este descubrimiento también abre nuevas y prometedoras perspectivas en la biotecnología.
El descubrimiento de las fumarolas hidrotermales del fondo oceánico en 1977 rompió muchos dogmas sobre la vida. En la oscuridad perpetua del fondo del mar, hay organismos vivos que proliferan en torno a estas fumarolas. Estos ecosistemas están dominados por animales que viven en simbiosis con bacterias que son capaces de usar la energía química para producir materia orgánica, en vez de la energía de la luz solar utilizada por la mayoría de los vegetales.
Un equipo internacional dirigido por investigadores alemanes, principalmente del Instituto Max Planck, en colaboración con científicos del CNRS y CEA-Genoscope en Francia, y la Universidad de Harvard en Estados Unidos, ha explorado la zona hidrotermal de Logatchev, una serie de fumarolas situadas a 3.200 metros por debajo de la superficie marítima, a 14 grados de latitud norte en la Dorsal del Atlántico Medio.
Se sabía con anterioridad que las bacterias que viven cerca de fumarolas hidrotermales utilizan dos fuentes de energía química: el metano y algunos compuestos de azufre.
Ahora, los autores del nuevo estudio han determinado que las bacterias simbióticas de los mejillones de las fumarolas hidrotermales en la Dorsal del Atlántico Medio son también capaces de usar el hidrógeno como fuente de energía para fijar el carbono y producir materia orgánica.
Lo descubierto podría conducir al desarrollo biotecnológico de métodos baratos para producir hidrógeno en el marco de las energías renovables. Y también abre fascinantes perspectivas sobre las probabilidades de existencia de vida en otros mundos, ya que el hidrógeno es el elemento más simple y más abundante del universo.

¿Neutrinos más rápidos que la luz?


El experimento OPERA en el laboratorio subterráneo de Gran Sasso (Italia). (Foto: Marco Pinarelli.)


Los resultados del experimento internacional OPERA, en el que participan más de 150 investigadores, parecen indicar que neutrinos enviados desde el CERN en Ginebra (Suiza) hasta el laboratorio Gran Sasso (Italia) han viajado a una velocidad ligeramente superior a la de la luz. La confirmación de los datos supondría un reto a las leyes de la Física establecidas por Einstein, por lo que los investigadores han solicitado a la comunidad científica que corrobore el experimento y verifique si las mediciones son correctas.
El experimento OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus), donde participan 160 investigadores de 11 países, ha detectado anomalías en la velocidad de desplazamiento de los neutrinos, partículas cuyas enigmáticas características les permiten atravesar la materia ordinaria prácticamente sin interaccionar. Los resultados se han presentado este viernes en el CERN durante un seminario que ha sido retransmitido por internet.
Los datos obtenidos de la medición del tiempo en el que realizan el viaje de 730 kilómetros que separan la sede de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) y el laboratorio subterráneo de Gran Sasso (Italia) parecen indicar que los neutrinos viajan a una velocidad ligeramente superior a la velocidad de la luz. De confirmarse estos resultados supondría un cambio en la perspectiva de la física actual, ya que la velocidad de la luz es el “límite de velocidad” impuesto -de momento- por la naturaleza.
Los resultados de OPERA están basados en la observación de más de 15.000 sucesos de neutrinos medidos en el laboratorio de Gran Sasso, y parecen indicar que los neutrinos viajan a una velocidad de 20 partes por millón por encima de la velocidad de la luz, superando el “límite de velocidad” establecido, ya que se supone que nada puede viajar a una velocidad mayor.
Dado el potencial de consecuencias de gran alcance de este resultado, son necesarias mediciones independientes antes de que el efecto pueda ser refutado o establecido firmemente. Por estas razones, la colaboración OPERA ha decidido exponer sus resultados al público a través del servidor arxiv.org.
"Este resultado aparece como una completa sorpresa", destaca el portavoz de OPERA, Antonio Ereditato, de la Universidad de Berna (Suiza). "Después de muchos meses de estudios y controles cruzados no hemos encontrado ningún efecto producido por los instrumentos que explique el resultado de la medición. Los investigadores de OPERA continuarán sus estudios mientras esperamos mediciones independientes para evaluar la naturaleza de esta observación".
"Cuando un experimento encuentra un resultado aparentemente increíble y no puede encontrar defectos de la medición para explicarlo, el procedimiento habitual es invitar al resto de la comunidad de físicos a estudiarlo con un mayor escrutinio, y esto es exactamente lo que la colaboración OPERA está haciendo, es una buena práctica científica", dice el director de Investigación del CERN, Sergio Bertolucci.
"Si esta medida se confirma podría cambiar nuestro punto de vista de la física, pero tenemos que estar seguros de que no hay otras explicaciones más mundanas -añade el científico-. Esto requiere mediciones independientes”.
Para llevar a cabo este estudio, la colaboración OPERA ha unido a expertos en materia de metrología del CERN y otras instituciones para llevar a cabo una serie de mediciones de alta precisión de la distancia entre la fuente de neutrinos y el detector, así como del “tiempo de vuelo” de los neutrinos. La distancia entre el origen del haz de neutrinos y OPERA fue medido con un margen de error de 20 centímetros sobre la ruta de 730 kilómetros que separa ambos puntos.
El tiempo de vuelo de los neutrinos se determinó con una precisión de menos de 10 nanosegundos (10-8 segundos) mediante el uso de instrumentos sofisticados como sistemas avanzados de GPS y relojes atómicos. El tiempo de respuesta de todos los elementos de la línea del haz de neutrinos y del detector de OPERA también se ha medido con gran precisión.
"Hemos establecido una sincronización entre el CERN y Gran Sasso que nos da una precisión de nanosegundos, y hemos medido la distancia entre los dos sitios a 20 centímetros", señala Dario Autiero, el investigador del experimento que ha explicado los resultados durante el seminario. "Aunque nuestras mediciones tienen una baja incertidumbre sistemática y alta precisión estadística, y tenemos gran confianza en nuestros resultados, esperamos compararlos con los de otros experimentos".
"El impacto potencial en la física es demasiado grande como para sacar conclusiones o intentar interpretaciones inmediatas. Mi primera reacción es que el neutrino nos sigue sorprendiendo con sus misterios", dice Ereditato. "El seminario de hoy tiene la intención de invitar a un escrutinio de la comunidad de física de partículas más amplio".
El experimento OPERA observa un haz de neutrinos emitido desde el CERN a 730 kilómetros de distancia en Laboratorio Nacional de Gran Sasso (Italia). Fue inaugurado en 2006 con el objetivo principal de estudiar la transformación (oscilación) entre dos tipos de neutrinos (del muón y del tau), un fenómeno que se observó por primera vez en 2010. (Fuente: CPAN/SINC)

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Los Desert RATS en acción


(Foto: ESA - F. Didot)


A principios de este mes un equipo de científicos europeos ayudó a los Desert RATS a explorar la superficie de un asteroide. Es la primera vez que este programa de simulaciones realistas de la NASA cuenta con una fuerte participación europea.
El equipo de exploradores no viajó a un asteroide real, sino a un desierto cerca de Flagstaff, en Arizona, Estados Unidos. Desde el año 1999, científicos, astronautas e ingenieros de distintas universidades y centros de la NASA se dan cita una vez al año en este lugar para simular misiones tripuladas a la Luna y a Marte.
Los Desert RATS – un juego de palabras en inglés entre el acrónimo de ‘Estudios de Investigación y Tecnología en el Desierto’ y ‘Ratas del Desierto’ – han permitido probar en un entorno realista un gran número de vehículos, hábitats, trajes espaciales, instrumentos, robots, sistemas de comunicaciones, métodos de investigación y otros aspectos científicos, técnicos y operacionales de las futuras misiones de exploración tripulada.
Estas simulaciones realistas en entornos extremos ayudan a planificar mejor las futuras misiones de exploración espacial y a adquirir experiencia en el control de operaciones complejas. 
Este año la tripulación de astronautas y geólogos ‘aterrizó’ en un asteroide para explorar su superficie en una serie de actividades extravehiculares – a pie y con la ayuda de dos Vehículos de Exploración Espacial.
Durante las dos semanas que duró la simulación, la tripulación vivió en el interior de un Hábitat de Espacio Profundo, en el que también se simulaban las comunicaciones con su nave nodriza y con el centro de control de la misión en la Tierra.
Para simular la distancia que los separaba de nuestro planeta, se introdujo un retardo artificial en las comunicaciones de 100 segundos. La tripulación también se las tenía que arreglar con un ancho de banda bastante limitado.
Aunque todavía resulte imposible simular la reducida gravedad de un asteroide, los miembros de la expedición se tenían que comportar como si estuviesen sobre un pequeño cuerpo celeste.
Por ejemplo, tenían que anclarse al suelo cada vez que utilizaban sus martillos para tomar muestras geológicas, para evitar que el retroceso del golpe los lanzase de vuelta al espacio profundo.
En las anteriores ediciones de DRATS, William Carey, un especialista de la ESA en la planificación de estrategias para las futuras operaciones de exploración, era el único europeo de la expedición. Este año, por primera vez, contó con el apoyo de todo un equipo de científicos que supervisaban su misión desde Europa.
“Estas simulaciones se parecen mucho a un partido de cricket: una larga espera interrumpida de vez en cuando por momentos de intensa concentración”, comenta William, en referencia a los largos preparativos para la misión.
“Cuando comenzamos las actividades extravehiculares, nuestros corazones empezaron a latir más rápido”.
La tensión también se podía sentir en las dos ‘salas de control científico’, cada una con un equipo de científicos e ingenieros que controlaban uno de los vehículos y a su tripulación. Los científicos europeos siguieron la misión desde la sala de control ‘Erasmus’ en ESTEC, el centro tecnológico de la ESA en Noordwijk, Países Bajos, que normalmente se utiliza para controlar las operaciones científicas a bordo de la ISS.
 El equipo de 11 científicos e ingenieros de Francia, Italia, Países Bajos, ESA y NASA se comunicaban con la tripulación de Arizona como si se tratase del centro de control de una misión real a un asteroide.
“Estos científicos fueron como otro cerebro y un nuevo par de ojos para la tripulación”, explica Sylvie Espinasse, coordinadora del proyecto para la ESA.
“Al recibir el audio y el vídeo de la tripulación en tiempo real, podíamos monitorizar su trabajo de campo, y comunicarnos con ellos teniendo en cuenta el retardo en las comunicaciones”.
Durante los dos intensos días en los que se controló la misión desde ESTEC, el equipo europeo estudió todo lo que sucedía en la superficie del asteroide, observando qué hacía la tripulación, intentando maximizar el retorno científico de las muestras que recogían y ayudando a los exploradores a aprovechar al máximo el poco tiempo disponible para las actividades extravehiculares.
“Me divertí mucho con esta nueva forma de exploración”, confiesa Goro Komatsu, un geólogo de campo de la Escuela Internacional de Investigación de Ciencias Planetarias, en Italia.
Goro estaba muy emocionado cuando una tormenta obligó a suspender las actividades del segundo día de su misión: “¡Fue muy útil para aprender a enfrentarse a un imprevisto!”.
En una misión real a un asteroide, los exploradores tendrán que enfrentarse a las temibles tormentas solares, que interrumpirán las comunicaciones por radio y les obligarán a buscar refugio. (Fuente: ESA)

Mejora del sentido del tacto mediante un guante que ejerce vibraciones en las puntas de los dedos


Jun Ueda y Minoru Shinohara. (Foto: GIT)


Una pequeña vibración podría ser útil para las personas que necesitan un tacto sensible.
Unos investigadores han desarrollado un guante con las puntas de los dedos especialmente diseñadas para mejorar la percepción táctil del usuario.
La aplicación de una pequeña vibración a la yema del dedo mejora la sensibilidad táctil y el rendimiento motor, según los resultados de los experimentos llevados a cabo por el equipo de investigación.
En estudios anteriores, ya se demostró que la adición de una cantidad adecuada de "ruido blanco", lo que en este caso se denomina Resonancia Estocástica, puede mejorar, hasta cierto punto, la agudeza visual, la capacidad auditiva, el control del equilibrio y la sensibilidad táctil.
Sin embargo, hasta ahora, el ruido blanco no había sido incorporado a un dispositivo portátil para una función como la descrita.
El prototipo, desarrollado en el Instituto Tecnológico de Georgia, Estados Unidos, se considera el primer dispositivo portátil de resonancia estocástica, aplicable a las yemas de los dedos para mejorar el sentido del tacto.
El equipo de Jun Ueda, Minoru Shinohara y Yuichi Kurita diseñó el dispositivo y ha comprobado su funcionamiento en un pequeño grupo de individuos sanos.
Este dispositivo podría usarse algún día para ayudar a personas cuyos trabajos requieren de una destreza manual de muy alta precisión, o a quienes padecen de afecciones que reduzcan su sentido del tacto.

La vida útil de las baterías en los “teléfonos inteligentes” podría aumentar de modo espectacular


(Foto: U. Michigan)


Una nueva “modalidad subconsciente” para los teléfonos inteligentes y otros artefactos móviles que operan en Wi-Fi podría extender la vida útil de las baterías en hasta un 54 por ciento para los usuarios en las redes con más tráfico.
El profesor de ciencia de computadoras e ingeniería de la Universidad de Michigan, Kang Shin, y el estudiante de doctorado Xinyu Zhang presentaron su nuevo enfoque de la gestión de energía el 21 de septiembre en la Conferencia Internacional ACM sobre Computación Móvil y Redes en Las Vegas. Este enfoque se encuentra todavía en la etapa de prueba del concepto y no está disponible comercialmente.
Los teléfonos inteligentes, aún cuando están en la modalidad de economía de energía y no envían o reciben activamente mensajes, siguen en alerta a la espera de información. Y se mantienen en la búsqueda de un canal de comunicación abierto. Los investigadores determinaron que este tipo de “escucha ociosa” y que consume energía ocurre durante una porción grande del tiempo que los teléfonos pasan en la modalidad de ahorro de energía, que puede llegar al 80 por ciento en las redes con mucha actividad.
Su nuevo enfoque podría hacer que los teléfonos inteligentes continúen esa escucha ociosa de manera más eficiente. El concepto se llama E-Mi-Li, que representa las palabras en inglés para escucha ociosa que minimiza el uso de energía (Energy-Minimizing Idle Listening).
Para determinar cuánto tiempo pasan los teléfonos manteniendo una oreja abierta Shing y Zhang llevaron a cabo un extenso análisis del volumen de tráfico en la red sobre la base del rastreo y en redes Wi-Fi reales. Así descubrieron que, dependiendo del volumen de tráfico en la red, los aparatos en la modalidad de ahorro de energía pasan del 60 al 80 por ciento de su tiempo en escucha ociosa. En un trabajo anterior, estos investigadores habían demostrado que los teléfonos en la modalidad de escucha ociosa gastan aproximadamente la misma cantidad de energía que usan cuando están totalmente “despiertos”.
“Mi teléfono, ahora, no está enviando o recibiendo algo”, dijo Shin levantando su iPhone, “pero está escuchando para percibir si llega información de manera que yo pueda recibirla de inmediato. Esta escucha ociosa a menudo consume tanta energía como la actividad de envío y recepción de mensajes todo el día”.
Así es como funciona E-MiLi: frena el reloj de la tarjeta de Wi-Fi a 1/16 de su frecuencia normal pero lo devuelve rápidamente a su velocidad plena cuando el teléfono nota que viene información. Es bien sabido que se puede aminorar el ritmo del reloj de un artefacto para ahorrar energía. La parte difícil, dijo Shin, era lograr que el teléfono reconociera un mensaje que llega mientras el teléfono está en esa modalidad.
“Y se nos ocurrió una idea astuta”, dijo Shin. “Habitualmente los mensajes llegan con un encabezamiento, y pensamos que se podía lograr que el teléfono detectara ese encabezamiento, tal como uno reconoce si alguien le llama por su nombre y usted está un 90 por ciento dormido”.
Cuando se utiliza en la modalidad de ahorro de energía, los investigadores descubrieron que E-MiLi es capaz de reducir el consumo de energía a casi la mitad en un 92 por ciento de artefactos móviles de redes inalámbricas en el mundo real.
Además de un nuevo programa que hace más lento el procesador en los teléfonos inteligentes, E-MiLi requiere nuevo firmware para los teléfonos y computadoras que envían los mensajes. (NT: en los sistemas electrónicos y computación firmware es un término que se usa para los programas fijos, habitualmente pequeños y/o las estructuras de datos que controlan, internamente, varios aparatos electrónicos). Se necesita la capacidad de codificar el encabezamiento del mensaje –la dirección del recipiente- de una forma nueva y detectable. Los investigadores han creado ese firmware pero para que se generalice el uso del E-MiLi los fabricantes de microprocesadores de WiFi tendrían que adoptar estas modificaciones del firmware y luego las compañías que hacen los teléfonos inteligentes y computadoras deberían incorporar los nuevos procesadores en sus productos.
Shin señala que el E-MiLi es compatible con los modelos actuales de manera que los mensajes enviados con aparatos futuros que usen la codificación de E-MiLi se recibirán de la manera habitual en los teléfonos inteligentes sin E-MiLi. Asimismo puede usarse E-MiLi con otros protocolos de comunicaciones inalámbricas que requieran escucha ociosa, como por ejemplo ZigBee.
Shin es titular de la cátedra Kevin y Nancy O’Connor de profesor de Ciencias de Computación. Esta investigación la financió la Fundación Nacional de Ciencias. El artículo se titula “E-MiLi: Energy-Minimizing Idle Listening in Wireless Networks”. La universidad gesiona la protección de patente sobre la propiedad intelectual y busca socios para la comercialización que ayuden a llevar la tecnología al mercado. (Fuente. U. Michigan)

Superior mortalidad de las aves en los parques eólicos


Un aerogenerador. Foto: NCYT/JMC.


Un estudio analiza el índice de accidentes con aves en los aerogeneradores durante tres años en 20 parques andaluces. La mortalidad, una vez los parques están operativos, está muy por encima de las estimaciones en los exámenes previos a la obtención de licencias.
El impacto estimado de mortalidad de aves en los parques eólicos, estimado en los informes ambientales previos a la concesión de licencias, no se corresponde con las cifras reales. La investigación internacional, liderada por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), sugiere que las administraciones públicas podrían haber concedido permisos de construcción de parques de aerogeneradores basándose en criterios erróneos.
“Este trabajo demuestra por primera vez que la metodología para estimar el impacto de los parques eólicos empleada en España, que es similar a la de Europa y Estados Unidos, es inadecuada”, explica el investigador del CSIC Miguel Ferrer, de la Estación Biológica de Doñana. La investigación compara los datos recopilados durante tres años en 20 parques eólicos con las cifras estimadas para estas instalaciones en el estudio de impacto ambiental previo a su construcción, así como con otros 33 proyectos de campos eólicos que no obtuvieron la aprobación por parte de la Administración.
Todos los emplazamientos estudiados se situaban en la región andaluza de Tarifa. Según Ferrer, “los datos del estudio indican que durante los últimos años se han autorizado parques eólicos que según los estudios previos eran seguros cuando, en realidad, su mortalidad ha resultado ser muy elevada una vez operativos. Del mismo modo, es muy posible que siguiendo esos criterios erróneos se haya denegado la autorización a parques eólicos que hubiesen sido seguros para las aves”.
En la actualidad, los estudios de impacto previos a la construcción se hacen midiendo los parámetros del parque eólico como conjunto. Los parques suele tener más de 20 turbinas y los resultados de la investigación demuestran que la cifra de mortalidad de aves y su distribución varía mucho entre turbinas contiguas. Esto es debido a que las corrientes de viento y la orografía de la zona determinan el comportamiento de las aves.
Por ello, los investigadores proponen en este estudio que la evaluación y la autorización para el emplazamiento de los futuros parques eólicos se base en el análisis de los parámetros de cada aerogenerador de forma individual y no en el conjunto del parque. Además, la investigación sugiere el uso de tecnologías, como las simulaciones previas en túneles de viento, que permitan incrementar la calidad de las estimaciones de riesgo. De esta manera, se compatibilizaría la generación de energía no contaminante y la conservación de la biodiversidad.
Los parques eólicos apenas generan contaminación. Sin embargo, la mortalidad de aves por colisiones con los rotores de las turbinas es uno de sus principales impactos adversos.
Según esta investigación, la mortalidad de las aves varía mucho de un parque a otro y algunas especies se ven más afectadas que otras. Uno de los datos más alamartes es el de las rapaces: se ha registrado la tasa más alta hasta el momento de este tipo de aves estrelladas contra las turbinas. El buitre leonado es la especie más afectada, con un 23% de las muertes. (Fuente: SINC)

El origen de las uñas en los primates


Un hueso de un dedo del T. brandti. (Foto: Zachary Randall/ Florida Museum of Natural History)

El hallazgo de los restos más antiguos de uñas de primates confirma la idea de que éstas se desarrollaron en primates de pequeño tamaño, y refuta la teoría de que surgieron sólo cuando la evolución hizo aumentar el tamaño corporal de los primates.
Los restos de más de 25 nuevos especímenes de Teilhardina brandti, un primate extinto, incluyendo fragmentos de dientes superiores y huesos de tobillo, muestran que el mamífero vivió en los árboles. Sus uñas permitieron al animal, parecido a un lémur, sujetarse a las ramas y desplazarse por los árboles con más agilidad.
El estudio lo ha llevado a cabo el equipo de Jonathan Bloch, conservador de paleontología de vertebrados en el Museo de Historia Natural de Florida, ubicado en el campus de la Universidad de Florida, Stephen Chester (Universidad de Yale) y Ken Rose (Universidad Johns Hopkins).
Lo descubierto proporciona un mejor conocimiento sobre las relaciones evolutivas de uno de los más antiguos primates anatómicamente modernos de los que se tiene conocimiento, así como sobre el marco temporal y las condiciones medioambientales que permitieron el desarrollo de las uñas en los dedos de manos y pies, unas uñas anatómicamente exclusivas de los primates.
Los especímenes de T. brandti fueron recolectados durante los últimos siete años en la cuenca de Bighorn, en Wyoming. Los fósiles corresponden al Periodo Eoceno temprano, hace unos 55,8 millones de años, una etapa que coincide con un episodio de calentamiento global de 200.000 años conocido como el Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno. Los mamíferos evolucionaron hacia un menor tamaño corporal durante esa época.
La aparición de los primeros primates modernos en América del Norte coincidió en el tiempo con la aparición de otros mamíferos modernos, como por ejemplo los caballos.
Con menos de 15 cm de largo, el T. brandti era omnívoro. Mientras que los primates arcaicos mayormente tenían garras, algunas de las características de los primates anatómicamente modernos incluyen ojos orientados hacia adelante en vez de ubicados a los lados, un cerebro más grande, y uñas en todos los dedos.
Las uñas descubiertas son las más pequeñas conocidas de su tipo, tanto entre animales extintos como aún existentes.