Autor Tema: FORO-CIENCIA (Leído 867318 veces)

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Exótica simbiosis entre bacterias y arqueas

MICROBIOLOGÍA

Jennifer Glass trabajando con una cámara en la que puede controlar los niveles de oxígeno a fin de recrear mejor las condiciones reinantes a gran profundidad bajo el mar. (Foto: Rob Felt)

En los márgenes continentales, donde los suelos marinos se hunden cientos de metros por debajo de la superficie del agua, las bajas temperaturas y las altas presiones mantienen aprisionado al metano dentro de ciertos cristales de hielo, conocidos como hidratos de metano. Estos cristales constituyen una fuente potencial de energía, pero también a la vez son una fuente potencial de calentamiento global en caso de que cantidades enormes de metano fuesen liberadas durante un terremoto o por el aumento de la temperatura del mar.
Un par de especies microbianas que cooperan en el suelo oceánico "comen" este metano de una manera singular, y un nuevo estudio aporta ahora nuevos y reveladores datos sobre sus sorprendentes requerimientos nutricionales.
Ya se tenía una idea general sobre cómo consumen el metano estos dos organismos, pero los detalles del proceso estaban sumidos en el misterio. Ahora, el equipo de Jennifer Glass, profesora en la Escuela de Ciencias de la Tierra y de la Atmósfera del Instituto Tecnológico de Georgia (Georgia Tech), ubicado en la ciudad estadounidense de Atlanta, ha averiguado que un metal, el tungsteno, usado para los filamentos de bombillas, podría ser importante en el procesamiento del metano.
Los organismos examinados en este estudio, los cuales viven en simbiosis, consumen metano y expulsan dióxido de carbono.
Uno de los socios microbianos es una bacteria y el otro una arquea, es decir que pertenecen a dos dominios distintos de la vida. La arquea se llama ANME, por las siglas del inglés ANaerobic MEthanotrophic archaea (arquea metanotrófica anaerobia), y el otro es una deltaproteobacteria que utiliza sulfato.
Para estudiar más de cerca su acción en el fondo del mar, el equipo de investigación utilizó al robot sumergible Jason. A este robot se le puede dirigir a distancia, y es capaz de permanecer bajo el agua varios días durante cada inmersión. La expedición de investigación en la cual participó Glass incluyó el viaje subacuático continuo más largo de Jason hasta la fecha, con cuatro días consecutivos sumergido.
El dióxido de carbono expulsado por los microbios reacciona con minerales presentes en el agua y como resultado se forma carbonato de calcio. Tal como los investigadores pudieron ver a través de las cámaras de Jason, el carbonato de calcio ha formado un paisaje exótico en el fondo del océano a lo largo de cientos de años. Hay verdaderas montañas de carbonato de calcio en el fondo marino, tal como subraya Glass, y el aspecto de esas zonas tiene un notable parecido con el de las zonas montañosas de la superficie terrestre.
Mientras Jason estuvo en el fondo del mar, su brazo robótico recolectó muestras de sedimento del suelo marino. De vuelta al laboratorio, los investigadores secuenciaron los genes y las proteínas presentes en esas muestras. Esta colección de genes constituye el metagenoma del sedimento, es decir los genes presentes en ese sitio. Del mismo modo, las proteínas existentes ahí constituyen el metaproteoma del lugar. El equipo de investigación descubrió evidencias de que una enzima utilizada por los microbios para consumir el metano puede necesitar de tungsteno para funcionar.
La enzima (formilmetanofurano deshidrogenasa) es la última en la vía que convierte el metano en dióxido de carbono, un paso esencial para la oxidación del metano.

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Un "espejismo" cósmico

ASTROFÍSICA

Las dos galaxias que parecían una sola. (Imagen: VLA/NASA/JPL-Caltech/SDSS/NOAO/Universidad de Manitoba)

Lo que podría parecer un chorro colosal disparado hacia afuera de una galaxia, como los que emanan a veces de las inmediaciones de agujeros negros supermasivos en el centro de galaxias, ha resultado ser una ilusión.
El análisis reciente de las observaciones hechas desde el observatorio Karl G. Jansky VLA en Socorro, Nuevo México, Estados Unidos, revela que en la dirección examinada hay en realidad dos galaxias, una detrás de la otra, y separadas por una enorme distancia que demuestra que no hay ninguna interacción entre ambas.
En las imágenes confeccionadas a partir de ondas de radio de observaciones anteriores de ambas galaxias, éstas aparecieron como una única mancha borrosa, de un modo que indujo a los astrónomos a creer que estaban viendo una sola galaxia. Gracias al observatorio Karl G. Jansky VLA, el equipo de Jayanne English, de la Universidad de Manitoba en Winnipeg, y Judith Irwin, de la Queen's University, ambas instituciones en Canadá, ha tenido una oportunidad única para discernir detalles de la galaxia más cercana, imposibles de percibir de otro modo.
La galaxia más cercana, llamada UGC 10288, se encuentra a 100 millones de años-luz de distancia de la Tierra. Tiene forma de espiral, pero desde nuestra perspectiva visual en la Tierra, estamos viéndola de canto. La galaxia más lejana está a casi 7.000 millones de años-luz de distancia. Dos chorros gigantes surgen de esta galaxia, uno de los cuales, desde la perspectiva visual de la Tierra, se ve por encima del plano del disco de la galaxia más cercana.
El análisis de observaciones adicionales hechas desde el satélite astronómico WISE (por las siglas de Wide-field Infrared Survey Explorer) de la NASA, y el telescopio espacial Spitzer, también de la NASA, ha ayudado a revelar nuevas estructuras por encima y por debajo del plano del disco de la galaxia más cercana. Por ejemplo, el Spitzer ayudó a confirmar la existencia de una estructura similar a un arco que se eleva a más de 11.000 años-luz por encima del disco.

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Lanzado el satélite SES-8

ASTRONÁUTICA

La compañía SpaceX llevó a cabo con éxito su primera misión comercial geoestacionaria. Su potente cohete Falcon-9 v.1.1 despegó a las 22:41 UTC del 3 de diciembre y situó en la órbita de transferencia supersincrónica prevista a su carga, el satélite de comunicaciones SES-8.
Después de varios días de retrasos por motivos técnicos, el vehículo estuvo por fin a punto, y demostró que puede ser competitivo en el mercado de los vuelos comerciales hacia dicha órbita, hasta ahora dominado por cohetes como el Ariane-5 o el Proton.
Tras partir desde Cabo Cañaveral, en Florida, el vector se situó primero en una órbita baja, y después reencendió su etapa superior para alcanzar el apogeo esperado (unos 80.000 Km). En un vuelo anterior no relacionado, se intentó dicho reencendido durante una prueba, sin éxito, debido a las bajas temperaturas. La solución técnica diseñada ha funcionado perfectamente.
El satélite que llevó a bordo es propiedad de la compañía SES World Skies. El SES-8 ha sido construido por OSC sobre una plataforma Star-2.4, y pesa 3.170 Kg. Transporta 33 repetidores en banda Ku, que utilizará para dar servicio de televisión directa desde la posición geoestacionaria 95 grados Este, sobre Asia.

[youtube]http://www.youtube.com/watch?v=Dzj60dC2Nd4[/youtube]

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Crean redes nanométricas de transporte controladas mediante ADN

NANOTECNOLOGÍA

Una red de transporte de las creadas por el equipo de las universidades de Oxford y Warwick, definida por algunos como un "nanoferrocarril". Los transbordadores, que transportan un cargamento de tinte verde después de "reabastecerse de combustible" gracias al ATP, viajan hacia el centro de la red. (Imagen: Adam Wollman / Universidad de Oxford)

Se ha conseguido crear redes diminutas de transporte autoensamblables, accionadas por motores de tamaño nanométrico y controlables por ADN.
El logro es obra de científicos de la Universidad de Oxford y de la de Warwick, en el Reino Unido.
El sistema es capaz de construir su propia red de vías que se extienden por decenas de micrómetros de largo, puede transportar cargas a lo largo de la red, e incluso desmantelar las vías.
Los investigadores se inspiraron en el melanóforo, utilizado por células de peces para controlar su coloración. Las vías de la red parten todas de un punto central, como los rayos de una rueda de bicicleta. Las proteínas motoras transportan pigmento por la red, ya sea concentrándolo en el centro o diseminándolo por toda ella. Concentrar el pigmento en el centro hace que la célula se vuelva más clara, ya que el espacio que rodea a la red queda vacío y es transparente.
El sistema desarrollado por el equipo de la Universidad de Oxford y la de Warwick es muy similar, y está construido con ADN y una proteína motora llamada kinesina. Energizadas por trifosfato de adenosina (o ATP, definido a menudo como la "batería química recargable" para la vida), las kinesinas se mueven a lo largo de las microvías transportando módulos de control hechos de cadenas cortas de ADN. Los "nanorrobots ensambladores" están hechos de dos proteínas kinesinas, que les permiten mover las vías para ensamblar la red, mientras que los "transbordadores" sólo necesitan una proteína kinesina para viajar a lo largo de las vías. Los transbordadores que llevan sondas fluorescentes de color verde se detienen en las vías antes de volver a reabastecerse de combustible.
Los transbordadores pueden ser utilizados tanto para llevar una carga como para enviar señales que les digan a otros transbordadores lo que deben hacer.
El ADN es un excelente bloque de construcción para fabricar sistemas moleculares sintéticos, ya que se le puede programar para hacer casi cualquier cosa, tal como destaca Adam Wollman, del equipo de investigación.

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El ADN humano más antiguo aparece en Atapuerca

PALEONTOLOGÍA

En la imagen, la muestra de la que se ha extraído el ADN. (Foto: Madrid Scientific Films

Investigadores del Equipo de Atapuerca (España) y el Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva (Alemania) han secuenciado el genoma mitocondrial casi completo de un resto humano, el Fémur XIII de la Sima de los Huesos en Atapuerca (Burgos), datado en unos 400.000 años (Pleistoceno Medio).
El ADN mitocondrial se encuentra en múltiples copias en las mitocondrias de las células y se transmite exclusivamente por línea materna. Solo en el permafrost, o suelo helado, se ha recuperado ADN de esta antigüedad, pero no humano.
“Encontrar un genoma mitocondrial prácticamente completo de un fósil humano de hace más de 400.000 años es en sí mismo un éxito sin precedentes. El más antiguo hasta este tiene menos de 100.000 años. Supone un salto gigantesco”, declara a SINC el paleontólogo Juan Luis Arsuaga, director del Centro Mixto de Evolución y Comportamiento Humanos, director científico del Museo de la Evolución Humana de Burgos y coautor del estudio.
Para ello, ha sido necesario que los científicos desarrollaran una nueva y avanzada tecnología. Desde el punto de vista metodológico, esta técnica ha abierto la puerta a futuros descubrimientos.
“Hemos aplicado tecnicas que antes nos parecían impensables. En concreto, esta nueva metodología permite trabajar con segmentos ultracortos de ADN, porque este material genético se degrada y las cadenas se van rompiendo. La Sima de los Huesos es un caso límite por su antigüedad, ya que los segmentos encontrados eran muy pequeños”, añade Arsuaga.
Esta metodología hace posible recuperar, investigar y ensamblar segmentos pequeñísimos para construir cadenas de ADN muy largas.
El equipo de Matthias Meyer del Instituto Max Planck ya había secuenciado el genoma mitocondrial completo de un oso precedente del mismo yacimiento y encontrado junto con los fósiles humanos.
Los investigadores procedieron a continuación a comparar el genoma mitocondrial extraído del Fémur XIII de la Sima de los Huesos con el de las especies más cercanas, tanto vivas (humanos actuales y grandes simios) como fósiles: neandertales y denisovanos.
A partir de los datos genéticos, los investigadores calcularon una edad aproximada para el fósil de la Sima de los Huesos de unos 400.000 años, muy parecida a la estimada por el mismo procedimiento para el oso: 430.000 años.
La comparación de las secuencias del genoma mitocondrial ha revelado una mayor proximidad del fósil de la Sima con los denisovanos que con los neandertales, en contra de lo esperado.
“Hemos concluido que el pariente más cercano de esta especie de la Sima de los Huesos se encuentra en Siberia, pero eso no implica que se parezcan mucho, de hecho se calcula que llevarían evolucionando por separado 700.000 años. Son muy diferentes pero con un antepasado común que debía de ser una especie que vivió en Europa y en Asia en esa antigüedad de vértigo”, añade Arsuaga.
Los denisovanos se consideran unos parientes muy lejanos de los neandertales. Apenas se tiene información morfológica de estos individuos encontrados en la cueva Denisova, en Siberia meridional, por lo que no es posible establecer comparaciones anatómicas con los fósiles de la Sima de los Huesos.
Según el director del Museo de la Evolución Humana, posteriormente en Europa evolucionarían los neandertales, pero en esa época en la Sima de los Huesos su ADN mitocondrial todavía no estaba presente, o no lo tenían todos los individuos.
Como apunta Meyer, "no se esperaba que el ADN mitocondrial de la Sima de los Huesos compartiera un antepasado común con el de los denisovanos en lugar de con el de los neandertales, dado que los fósiles de la Sima muestran rasgos neandertales".
Teniendo en cuenta la antigüedad del yacimiento, un escenario posible es que los humanos de la Sima estén relacionados con la población ancestral a partir de la cual evolucionaron por separado neandertales y denisovanos.
Otra posibilidad, apuntan los investigadores, es que otros homininos distintos transmitieran el ADN mitocondrial de tipo denisovano a los homininos de la Sima, o a sus antepasados.
"Este trabajo muestra que ahora podemos estudiar el ADN de fósiles con varios cientos de miles de años de antigüedad, abriéndose la posibilidad de conocer genes de los antepasados de neandertales y denisovanos. Es tremendamente emocionante”, afirma Svante Päabo, director del Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva.
El descubrimiento apunta a una complejidad mayor de lo que se suponía en el Pleistoceno medio. Hasta ahora se utilizaban esquemas muy simples en los que Europa evolucionaba hacia los neandertales y, efectivamente, a gran escala es lo que pasó.
“Cuando tienes la posibilidad de entrar en detalles se observa que cada población europea tiene su propia historia y que las diferentes líneas se entrecruzan, a veces se mezclan y otras se separan. Unas de ellas se extinguen y otras continúan. Digamos que los neandertales son la única línea superviviente que llega casi hasta nuestros días, de todo el conjunto de especies que había en la antigüedad”, añade el científico.
Los investigadores comienzan a asomarse a esa complejidad ahora que tienen disponible información genética. "Esperemos que futuras investigaciones aclaren las relaciones entre los fósiles de la Sima, los neandertales y los denisovanos".
El equipo conjunto se propone ahora secuenciar ADN mitocondrial de otros individuos de la Sima, e incluso recuperar algunas secuencias del ADN nuclear.
La Sima de los Huesos es el yacimiento que ha proporcionado, en un solo lugar, más fósiles de una especie fósil de hominino. Desde el año 1976 se trabaja en la recuperación de los restos óseos de por lo menos 28 individuos.
Los esqueletos están completos, pero sus huesos se encuentran muy fragmentados, dispersos y mezclados, lo que dificulta la reconstrucción de los mismos.
La especie representada en la Sima de los Huesos muestra una combinación de rasgos arcaicos junto con otros incipientemente neandertales, por lo que se la considera relacionada evolutivamente con estos últimos.
Las particulares condiciones del yacimiento, aislado desde hace cientos de miles de años en las profundidades de un sistema cárstico, han permitido una conservación excepcional de los huesos humanos.
Las investigaciones y excavaciones en Atapuerca están financiadas por el Ministerio de Economía y Competitividad, la Junta de Castilla y León y la Fundación Atapuerca.
En esta investigación han participado por parte española científicos del Centro Mixto (Universidad Complutense de Madrid-Instituto de Salud Carlos III) de Evolución y Comportamiento Humanos, de la Universidad de Alcalá de Henares, del Centro Nacional de Investigación sobre la Evolución Humana de Burgos y del Instituto Catalán de Paleoecología Humana y Evolución Social de Tarragona.

Fuente: SINC

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Las variedades enanas en la planta Arabidopsis

BOTÁNICA

Imagen de la planta Arabidopsis thaliana (variedad enana y normal). (Foto: Rubén Alcázar, UB)

Durante la llamada revolución verde de los años 60, un movimiento que cambió las prácticas agrarias en muchas explotaciones de todo el mundo, se aplicaron técnicas de mejora genética para obtener variedades de cereales de talla reducida, más resistentes y productivos. Algunas mutaciones similares a las que se obtuvieron artificialmente durante la revolución verde también se transmiten de manera natural en poblaciones de la planta Arabidopsis thaliana, según un artículo publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), y firmado por el profesor Rubén Alcázar, de la Facultad de Farmacia de la Universitat de Barcelona (España), y Maarten Koornneef, del Instituto Max Planck de Investigación Fitogenética (Alemania), entre otros expertos.
Las técnicas de mejora genética de cultivos de la revolución verde contribuyeron a incrementar la producción agrícola en países en vías de desarrollo. En 1970, el científico Norman Borlaug, pionero en la producción de variedades semienanas e icono de la revolución verde, recibía el premio Nobel de la Paz por su lucha para reforzar la producción agrícola en el mundo mediante la biotecnología.
El nuevo estudio publicado en PNAS determina que la especie Arabidopsis thaliana —modelo de estudio en biología vegetal que se distribuye de manera natural por todo el hemisferio norte— presenta entre un 1 y un 5% de individuos semienanos en poblaciones de Europa y Asia.
«La distribución geográfica no es el resultado de la expansión de poblaciones, puesto que los individuos semienanos presentan diferentes mutaciones que demuestran un origen independiente», explica Rubén Alcázar, investigador Ramón y Cajal en el Departamento de Productos Naturales, Biología Vegetal y Edafología de la Facultad de Farmacia. «Es interesante —continúa el experto— que este fenotipo sea tan recurrente, porque esto indica algún tipo de ventaja evolutiva».
En muchas variedades de arroz y cebada que son semienanas, la talla baja está causada por un déficit en giberelinas, unas hormonas vegetales que potencian el crecimiento en altura. Estas variedades semienanas presentan un gen alterado que afecta a una enzima que participa en la etapa final de la biosíntesis de giberelinas. Esta deficiencia, sin embargo, no afecta a otros procesos del desarrollo vegetal que son dependientes de esta hormona. Esto se explica por la existencia de otros genes funcionales que permiten suplir las giberelinas en el resto de procesos donde son necesarias. «Podríamos decir que esta mutación afecta principalmente a la altura de las plantas», indican los autores del trabajo.
El nuevo estudio sugiere que las mutaciones que producen individuos semienanos por el déficit en giberelinas son favorecidas en algunas poblaciones locales. «Es un caso donde una mutación aislada por el hombre para aumentar la productividad agrícola es seleccionada por la naturaleza en respuesta a un factor ambiental que todavía no hemos podido determinar», remarca Rubén Alcázar. «Esto nos demuestra que podemos anticipar soluciones a los retos de la agricultura, estudiando la evolución natural de las poblaciones, incluso en plantas modelo como la Arabidopsis», concluye Alcázar.

Fuente: U. Barcelona

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Escudriñando a un antiquísimo y misterioso cúmulo de estrellas

ASTRONOMÍA

Messier 15. (Foto: NASA / ESA)

El Telescopio Espacial Hubble ha captado la mejor imagen obtenida hasta ahora del cúmulo globular Messier 15, un grupo de estrellas muy antiguas que orbita alrededor del centro de nuestra galaxia la Vía Láctea. Este cúmulo contiene más de 100.000 estrellas y también podría esconder un raro tipo de agujero negro en su centro.
Messier 15, o M15, se encuentra a unos 35.000 años-luz de distancia en la constelación de Pegaso (el caballo alado). Es uno de los cúmulos globulares más viejos conocidos, con una edad de alrededor de 12.000 millones de años. Un cúmulo globular es un grupo más o menos esférico de estrellas que gira alrededor del centro de una galaxia. La Vía Láctea tiene más de 150 de estos satélites estrellados, incluyendo a Messier 15. Los cúmulos globulares contienen algunas de las estrellas más antiguas del universo.
Estrellas azules muy calientes coexisten en M15 junto a estrellas doradas más frías, concentrándose más hacia la región central del cúmulo. Messier 15 es uno de los cúmulos globulares más densos conocidos.
En 2002, unos astrónomos que estudiaban este cúmulo mediante el Telescopio Espacial Hubble, de la NASA y la ESA, encontraron que hay algo oscuro y misterioso en el corazón de M15. Podría ser un conjunto de estrellas de neutrones oscuras, o bien un agujero negro de masa intermedia. De las dos posibilidades, la más probable es que Messier 15 albergue un agujero de masa mediana en su centro.
Una estrella de neutrones es el núcleo muerto de una estrella que previamente estalló como supernova pero, pese a comprimirse mucho, no se ha convertido en un agujero negro. Aunque no esté tan prensada como un agujero negro, su densidad es formidable. Una masa que en promedio es del doble de la del Sol, se concentra en una esfera cuyo diámetro se mide en decenas de kilómetros. La materia de una estrella de neutrones alcanza densidades que no existen de forma natural en la Tierra: Una simple cucharada de la materia de la que está hecha una estrella de neutrones pesa más que las montañas del Himalaya. De hecho, la composición química de una estrella de neutrones tiene muy poco que ver con la de la materia de cualquier astro formado por materia menos comprimida. La compresión que reina en una estrella de neutrones es tan brutal que en los átomos fuerza a los electrones a "incrustarse" contra los protones, dando lugar a neutrones. De ahí que a esta clase de objetos se les llame estrellas de neutrones.
Un agujero negro es similar a una estrella de neutrones excepto por el hecho de que está aún más comprimido, hasta el punto de que su gravedad es tan potente que hace caer incluso a la luz que pasa cerca. Como no puede salir nada de luz de un agujero negro, ese es su color. La presencia de un agujero negro se detecta por las perturbaciones gravitatorias que genera en su entorno, y que suelen incluir un remolino de materia a su alrededor.
Se conocen dos clases de agujeros negros. Una es la de los que tienen una masa de tan solo varias veces la del Sol. Estos agujeros negros son simplemente cadáveres de antiguas estrellas masivas. Los agujeros negros del otro tipo se caracterizan por poseer una masa colosal, capaz de llegar a ser de varios miles de millones de veces la del Sol, y acostumbran a residir en el centro de las galaxias. No está claro cómo se forman, pero es plausible que su fuerza de gravedad sea lo que les haya permitido tragar más y más materia de su vecindario, incluyendo fusiones con otros agujeros negros cercanos, aumentando así su masa hasta los valores detectados.
Pero el verdadero misterio corresponde a los agujeros negros de masa intermedia entre la de esos dos tipos. Si los agujeros negros supermasivos comenzaron siendo agujeros de masa similar a la de una estrella, creciendo paulatinamente hasta convertirse en lo que son hoy en día, ¿por qué no hay una cantidad apreciable de agujeros negros de masa intermedia en el universo? Extrañamente, son contados los casos de aparentes detecciones de agujeros negros de masa intermedia.
Los agujeros negros de masa intermedia se cree que se forman a partir de la fusión de varios más pequeños de masa estelar, o bien como resultado de una colisión entre estrellas masivas en cúmulos estelares densos. Una tercera y fascinante posibilidad es que se formaron durante el Big Bang.

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Descubrimiento de una nueva especie de escorpión en Turquía

ZOOLOGÍA

Una hembra de escorpión Euscorpius lycius. (Foto: Ersen Aydin Yagmur. CC-BY 3.0.)

Se ha descubierto y descrito científicamente una nueva especie de escorpión, Euscorpius lycius, procedente de la zona de la antigua Licia, hoy en día parte de las provincias de Antalya y Mugla en el sudoeste de Turquía. Con el nuevo descubrimiento, los escorpiones de este género hallados en dicho país llegan a un total de cinco especies conocidas.
Los escorpiones del género Euscorpius no impresionan por su gran tamaño; el representante más grande mide unos 5 centímetros de largo.
El grupo está diseminado por el norte de África y por Europa.
Los escorpiones Euscorpius son relativamente inofensivos, con un veneno que causa efectos similares a los de la picadura de un mosquito.
El nombre de la nueva especie deriva del de la región histórica de la antigua Licia. Estos escorpiones se pueden ver mayormente en bosques de pinos.
Todos los sitios donde los escorpiones de esta especie fueron encontrados por el equipo de Ersen Aydin Yagmur de la Universidad Celal Bayar en Manisa, Turquía, eran húmedos y frescos, con piedras calcáreas cubiertas de musgo.
El nuevo escorpión es un miembro relativamente pequeño de su género, ya que alcanza un tamaño de tan solo entre 2 y 2,5 centímetros. El color de los ejemplares adultos es marrón rojizo, con pedipalpos, o pinzas, usualmente de color más oscuro que el resto del cuerpo.
En el estudio también han trabajado Gioele Tropea de la Sociedad Romana de Ciencias Naturales en Roma, Italia, y Fatih Yesilyurt de la Universidad de Kirikkale en Turquía.

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La superconductividad de altas temperaturas es más exótica de lo creído

FÍSICA

Mathieu Le Tacon, en primer plano, y Alexei Bosak, al fondo, en los preparativos de un experimento. (Foto: ESRF / Blascha Faust)

Los superconductores convencionales sólo conducen la electricidad de ese modo (sin resistencia eléctrica) a temperaturas cercanas al cero absoluto. Los superconductores de altas temperaturas lo hacen a temperaturas bastante más altas, aunque todavía muy frías si las comparamos con la temperatura ambiente que nos resulta confortable.
La diferencia más visible entre los superconductores clásicos y los de altas temperaturas es el valor de la temperatura crítica a la que pierden toda su resistencia eléctrica. Ahora, sin embargo, hay que agregarle otra de igual magnitud. Un equipo de científicos, encabezado por Mathieu Le Tacon y Bernhard Keimer del Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido en Stuttgart (Alemania), ha usado rayos X de muy alta potencia para establecer otra gran diferencia: El mecanismo o proceso físico que causa la superconductividad de altas temperaturas no es en absoluto el mismo que causa la superconductividad convencional a muy bajas temperaturas. El mecanismo convencional, conocido como acoplamiento electrón-fonón, sólo contribuye marginalmente a la pérdida de resistencia eléctrica en los superconductores de altas temperaturas. Por tanto, ahora debe desarrollarse otra hipótesis que explique debidamente la superconductividad de altas temperaturas.
La superconductividad de altas temperaturas fue descubierta hace casi treinta años y está encontrando cada vez más aplicaciones prácticas, aunque buena parte de su potencial sigue aún sin ser aprovechado. Estos materiales han fascinado a los científicos desde su descubrimiento, pero para sacarles el máximo partido hay que conocer a fondo el origen de sus asombrosas propiedades, y saber a la perfección cómo calcular su temperatura crítica de superconducción. Un actor esencial es el fenómeno que causa que los electrones conformen lo que se conoce como Pares de Cooper cuando el material se enfría por debajo de la temperatura crítica. En los superconductores clásicos, estos pares de Cooper se forman gracias al acoplamiento electrón-fonón, una interacción entre los electrones, portadores de la corriente eléctrica, y las vibraciones colectivas de átomos en la retícula del material.
En la investigación también han trabajado expertos del ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) en Grenoble (Francia), el Instituto Tecnológico de Karlsruhe (KIT) en Alemania, y el Politécnico de Milán en Italia.

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Crean película anti-radiación para casas y autos

NANOTECNOLOGÍA

El doctor Alejandro Montesinos y Luciano Gerling, trabajan con nanopartículas para desarrollar recubrimientos para casas y carros. (Foto: TEC de Monterrey)

Un grupo de investigadores del Tecnológico de Monterrey, Campus Monterrey (México) desarrolló un recubrimiento que, adherido a los vidrios de las ventanas, permitirá reducir o aumentar la temperatura hasta cinco grados centígrados dentro de una habitación o un vehículo.
Luciano Gerling, alumno del Doctorado en Ciencias de Ingeniería (DCI) y el doctor Alejandro Montesinos, Director de la Cátedra de Investigación en Microprocesos, crearon la empresa Agnano, que con el apoyo de la Incubadora de Empresas se encuentra desarrollando un modelo de negocio que les permitirá comercializar el producto.
El recubrimiento, desarrollado con nanotecnología de vanguardia, consiste en una pasta integrada por nanopartículas que al adherirse a los vidrios en forma de forro, como un plástico transparente crea una barrera que podría ahorrar hasta un 30 por ciento en el consumo energético.
El doctor Montesino mencionó que este producto tiene varios objetivos. Uno de ellos es frenar la radiación infrarroja y la ultravioleta, pero dejando pasar la mayor parte de la luz visible. De esta forma se beneficia no sólo la tapicería y los interiores de vehículos y hogares, sino que también se protege la salud de la piel al disminuir su exposición a los rayos del Sol.
"La mayor parte de la energía solar entra por las ventanas. Si un conductor tiene vidrios transparentes y sin ningún recubrimiento, todo lo que está adentro de su carro se puede deteriorar, ya que los rayos infrarrojos calientan y modifican la superficie de plásticos, telas y pieles", aseguró el profesor.
"La idea con este recubrimiento es que cuando uno entre a su carro, lo sienta más confortable, además de conservar por más tiempo las tapicerías. Con la detención de las longitudes de onda se logrará que la temperatura no aumente mucho dentro de la casa o de los carros, por lo tanto, habrá menos necesidad de encender el aire acondicionado, que también consume combustible", explicó.
Advirtió que la radiación ultravioleta es muy dañina y está asociada con el cáncer de piel, y cuando una persona maneja más de media hora al día se expone a ella.
El alumno Luciano Gerling mencionó que la mayoría de los carros que circulan en México son de clase media, de gama económica, que no traen ningún tipo de recubrimiento. Por ello, el propósito de la empresa Agnano es generar un recubrimiento con tecnología hecha en México, que sea fácil de aplicar y que se pueda comercializar a un precio accesible.
"La idea de esta tecnología es difundirla a un precio mucho más accesible. Si actualmente un recubrimiento cuesta 2 mil pesos el metro cuadrado, nuestro recubrimiento tendría un precio en el mercado de 300 pesos el metro cuadrado. Lo que queremos es hacerlo muy accesible para todos", explicó.

Fuente: TEC DE MONTERREY/DICYT

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¿Enfriar con agua superficies muy calientes?

INGENIERÍA

Gotitas de agua aterrizando en superficies de silicio especialmente diseñadas y a distintas temperaturas. (Imagen: Cortesía del equipo de investigación)

Cuando en 2011 un terremoto y un tsunami asolaron la central nuclear de Fukushima Daiichi en Japón, los estragos incluyeron cortes en el abastecimiento eléctrico de urgencia de la propia central, con lo que se dio la inquietante paradoja de una central eléctrica incapaz de disponer de la electricidad necesaria para alimentar a algunos de sus sistemas de seguridad más vitales. Sin poder usar debidamente los sistemas de refrigeración, se recurrió a rociar agua de mar sobre los reactores para enfriarlos, una medida extrema ya que el agua salada es capaz de corroer maquinaria no preparada. Sin embargo, este intento desesperado de refrigeración no tuvo el éxito que se deseaba.
Uno de los factores que pudieron ser decisivos en el fracaso de esa forma de refrigerar es que las gotitas de agua no pueden posarse sobre superficies tan calientes. En vez de eso, empiezan instantáneamente a evaporarse, formando una capa delgada de vapor y rebotando así a lo largo de la superficie, de un modo no muy distinto a lo que ocurre cuando se rocía agua sobre una sartén con aceite hirviendo.
Ahora, unos investigadores han encontrado una manera de enfriar con agua más eficientemente superficies calientes, al evitar que las gotitas reboten. Su solución: "Decorar" la superficie con diminutas estructuras de diseño especial y luego recubrirlas con partículas que son unas 100 veces más pequeñas. Utilizando esa estrategia, el equipo de Kripa Varanasi, del Departamento de Ingeniería Mecánica en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge, Estados Unidos, ha producido superficies texturadas que pueden ser calentadas a temperaturas hasta por lo menos 100 grados centígrados más altas que las superficies lisas antes de que las gotitas de agua comiencen a rebotar en ellas.
Lo descubierto en esta investigación podría ayudar a mitigar la gravedad de accidentes nucleares, en los que la tendencia a calentarse del combustible nuclear desempeña un papel destacado. Y también puede conducir a mejoras significativas en la seguridad o la eficiencia de calderas industriales, motores de inyección de combustible y hasta extintores para apagar incendios.
En el trabajo de investigación y desarrollo también han intervenido Hyuk-Min Kwon y J.C. Bird.

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Nueva vía para crear polímeros degradables para la industria

QUÍMICA

Representación de la preparación de poli(sililéteres). (Foto: Catalysis Science & Technology)

La revista Catalysis Science and Technology destaca, como uno de sus tres artículos más relevantes o hot articles del mes de noviembre, el trabajo realizado por el equipo de investigación, dirigido por los profesores Francisco J. Fernández-Álvarez y Luis A. Oro del Instituto de Síntesis Química y Catálisis Homogénea (ISQCH) (España). La publicación destaca la trascendencia de este trabajo que abre una nueva vía para el desarrollo de nuevos tipos de polímeros degradables y su aplicación industrial.
Los polímeros son materiales de origen natural o sintético, formados por cadenas de moléculas de gran tamaño. Entre los polímeros de origen natural destacan las proteínas, la celulosa o el caucho natural mientras que de las aplicaciones de los polímeros sintéticos sobresale la producción de plásticos tan esencial en la vida moderna.
Los investigadores buscan polímeros que sean resistentes y que a la vez sean degradables, lo que permitiría, por ejemplo, la liberación de fármacos en el organismo. El mayor problema con el que se enfrentan los investigadores a la hora de desarrollar estos polímeros degradables es encontrar un polímero resistente, es decir, que no se hidrolice con facilidad, para lo que es necesario que sean de alto peso molecular.
La investigación demuestra se pueden obtener polímeros (poli(sililéteres)) de alto peso molecular, que facilitan el paso a la preparación de polímeros degradables de amplia aplicación en la industria.
Hasta la fecha los poli(sililéteres) de mayor peso molecular no superaban los 20.000 g/mol y en circunstancias extraordinarias era posible alcanzar los 150.000 g/mol. Gracias a este estudio se ha conseguido desarrollar una metodología que permite preparar poli(sililéteres) de pesos moleculares superiores a los dos millones y medio de gramos por mol, casi 18 veces más de lo conocido hasta la fecha.
El proyecto ha sido desarrollado en el ISQCH, centro mixto de la Universidad de Zaragoza y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). Este trabajo ha contado con financiación del Ministerio de Competitividad y Fomento y de la Diputación General de Aragón-Fondo Social Europeo.

Fuente: ISQCH

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Desarrollan hidrogeles y criogeles de quitosano para tratar aguas contaminadas

QUÍMICA

José Luz González Chávez, profesor e investigador de la FQ de la UNAM. (Foto: UNAM)

Con el uso del quitosano, el segundo polímero más abundante en la naturaleza, que forma parte del recubrimiento de camarones, cangrejos, arañas e insectos, José Luz González Chávez, profesor e investigador de la Facultad de Química (FQ) de la UNAM (México), desarrolla un método eficiente, biodegradable y no tóxico para tratar aguas contaminadas y efluentes industriales.
El quitosano es sorbente, es decir, tiene la capacidad de captar contaminantes, especialmente iones metálicos, por lo que es adecuado para retirar metales pesados del agua, como plomo y cobre, explicó.
En la conferencia Remoción de contaminantes metálicos utilizando biosorbentes a base de quitosano, en el auditorio del Centro de Ciencias de la Atmósfera (CCA), el doctor en química analítica explicó que, a nivel experimental, ha probado con éxito el uso de hidrogeles y criogeles de ese polímero para tratar aguas residuales.
Los sorbentes –entre los que se incluyen los hidrogeles y criogeles que son polímeros entrecruzados– son elementos con capacidad para captar contaminantes y, con base en ellos, se desarrollan técnicas en colaboración con el Instituto Tecnológico de Toluca, a fin de tratar distintos elementos presentes en el agua.
Con resultados competitivos respecto a resinas de intercambio comerciales que se utilizan actualmente, los productos de quitosano tienen la ventaja de ser biodegradables y también reutilizables, señaló el investigador adscrito al Departamento de Química Analítica de la FQ.
El tratamiento de aguas residuales es un reto que aumenta de forma gradual en complejidad, pues el líquido se contamina con agentes tóxicos de diversos orígenes como hidrocarburos, colorantes, metales pesados, plaguicidas, materia orgánica, productos químicos domésticos y desechos radiactivos. Por ello, el uso de materiales biodegradables y de bajo costo representa una alternativa para atender esta problemática, apuntó.
Para construir los hidrogeles y criogeles, ese polímero se obtiene del exoesqueleto del camarón, residuo de la industria del crustáceo.
“Uno de los procesos que probamos para eliminar metales es la biosorción, donde esos materiales poliméricos de origen natural son empleados como adsorbentes para remover algunos iones metálicos en agua y efluentes industriales”, detalló.
González Chávez estudia la biosorción desde 1997 y ha colaborado con las universidades Complutense de Madrid y Autónoma del Estado de México, además de su actual trabajo con el Instituto Tecnológico de Toluca.
“Para la síntesis de biosorbentes hemos utilizado diferentes biomasas, de desechos agrícolas y lodos activados, entre otras. El quitosano se ha convertido en un material ampliamente estudiado para ese fin”, detalló.
Solo o combinado con otros polímeros naturales o sintéticos, ya ha sido utilizado como materia prima para la síntesis de hidrogeles en forma de esferas, polvos y películas, y su uso como sorbente de metales ha mostrado ser eficiente.
El grupo de trabajo ha realizado investigaciones con éste y otros materiales a fin de sintetizar hidrogeles en forma de esferas para la sorción de iones metálicos como el cobre y el cadmio, con buenos resultados. Avances similares se han obtenido con estos materiales sorbentes, pero en forma de criogeles.
González Chávez refirió que los métodos convencionales para el tratamiento de efluentes incluyen procedimientos como precipitación, electrodepositación, intercambio iónico, ósmosis inversa, filtración, sedimentación, flotación iónica y, en los últimos años, la sorción.
Esta última, abundó, es una propiedad mediante la cual ciertos sólidos captan determinados contaminantes de una disolución y los concentra en su superficie. Incluye procesos como adsorción, absorción, intercambio iónico, microprecipitación, interacción electrostática, formación de complejos y atrapamiento mecánico.
Hay diferentes tipos de sorbentes (elementos con capacidad para la sorción), como carbón activado, minerales, zeolitas, resinas de intercambio iónico, biosorbentes (biomasas) y polímeros entrecruzados, entre otros.

Fuente: UNAM/DICYT

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Un extraño asteroide retrógrado capaz de pasar cerca de la Tierra

ASTRONOMÍA

Estimaciones de las órbitas de los tres astros recientemente descubiertos. (Imagen: NASA/JPL-Caltech)

El reciente hallazgo de un gran asteroide capaz de pasar cerca de la Tierra, llamado 2013 UQ4, se ha topado con muchas incógnitas. Este objeto de aproximadamente 19 kilómetros (12 millas), fue divisado por el equipo de observación astronómica Catalina Sky Survey, dependiente de la Universidad de Arizona en Tucson, y respaldado por la NASA. El avistamiento se produjo el 23 de octubre cuando el asteroide estaba a 435 millones de kilómetros de distancia de la Tierra (270 millones de millas). No sólo es un objeto inusualmente grande, sino que también sigue una órbita muy inusual y altamente inclinada, alrededor del Sol. Esta órbita es además retrógrada, lo que significa que gira alrededor del Sol en la dirección opuesta que siguen todos los planetas y la gran mayoría de asteroides.
Los únicos objetos en los que no resulta raro que sigan órbitas retrógradas son cometas. Esto sugiere que 2013 UQ4 puede ser el remanente de un antiguo cometa que ya no posee el hielo necesario cerca de la superficie para que se active cerca del Sol y le dé al pequeño astro el aspecto característico de los cometas.
Los cometas que han perdido la mayor parte o la totalidad de sus hielos volátiles no expulsan polvo al espacio durante su paso a través del sistema solar interior, a diferencia de lo que sí hacen sus hiperactivos parientes espaciales. Sin sus "atmósferas" ni sus "colas" delatadoras, los cometas muertos como tales pasan a parecerse a asteroides y, de hecho, a todos los efectos prácticos, lo son.
Richard Binzel, David Polishook y Rachel Bowens-Rubin, del MIT, observaron este objeto el 31 de octubre, en el Complejo del Telescopio Infrarrojo de 3 metros de la NASA en Hawái, y se determinó que este objeto no muestra una actividad cometaria obvia, y que pertenece a la clase espectral X. Esto implica que su reflectividad es de alrededor de un 4 por ciento.
El objeto 2013 UQ4 proviene de más allá de Plutón, de la región conocida como el Cinturón de Kuiper. Casi todos los aproximadamente mil objetos hoy conocidos en el Cinturón de Kuiper siguen órbitas que en todo momento los mantienen a una distancia que no es inferior a la que separa a Neptuno del Sol.
Sin embargo, este nuevo objeto, 2013 UQ4, está en una órbita que lo lleva más cerca del Sol que Marte, y puede pasar relativamente cerca de la Tierra. A partir de las mediciones espectrales, se estima que es probable que su composición sea rica en carbono.
¿Por qué 2013 UQ4, pese a su tamaño notable, no se ha descubierto antes? El motivo es fácil de entender: Tiene un periodo orbital muy largo, lo cual lo ha mantenido alejado durante siglos de la región del sistema solar en la cual circula la Tierra.
Otro hallazgo reciente es el del asteroide 2013 UP8, de aproximadamente 2 kilómetros de diámetro y capaz de pasar cerca de la Tierra. Este astro ha sido descubierto por el observatorio Pan-STARRS, en Hawái. Este asteroide puede aproximarse mucho a la órbita de la Tierra, unos 5,5 millones de kilómetros (3,4 millones de millas), lo que lo hace ser de una categoría especial, la de los PHAs. Los asteroides potencialmente peligrosos, o PHAs (por sus siglas en inglés), son un subconjunto de un grupo más grande, el de los asteroides que en su recorrido orbital pasan cerca de la Tierra. Los PHAs tienen las órbitas más cercanas a la Tierra y son lo bastante grandes y densos como para atravesar la atmósfera terrestre y causar daños a escala regional o incluso mayor.
La mayoría de los PHAs más grandes fueron encontrados en una etapa muy anterior del programa de reconocimiento de asteroides de la NASA. Como otros asteroides descubiertos recientemente, 2013 UP8 ha permanecido sin ser detectado hasta ahora debido a que no se ha acercado a la Tierra durante décadas. Sin embargo, el aumento de las capacidades de detección en las campañas sucesivas de rastreo del firmamento impulsadas por la NASA para buscar asteroides finalmente ha permitido que se haya descubierto a este objeto mientras aún estaba a una gran distancia de la Tierra, mucho más allá de la órbita de Marte.
Un objeto capaz de pasar cerca de la Tierra y también descubierto en fechas recientes es el que se catalogó como 2013 US10. Inicialmente se le consideró un asteroide muy grande, pero las últimas observaciones realizadas en el momento de escribir estas líneas indican que es en realidad un cometa de período largo y ahora se le ha catalogado con el nombre de C/2013 US10 (Catalina). El cometa fue descubierto por el equipo de observación astronómica Catalina Sky Survey.

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Lanzado el primer satélite Inmarsat-5

ASTRONÁUTICA

Un cohete ruso Proton-M/Briz-M situó en órbita de transferencia geoestacionaria, el 8 de diciembre, a un satélite de comunicaciones móviles para el consorcio internacional Inmarsat. Se trata del primer Inmarsat-5, un ingenio de 6090 Kg fabricado por la compañía estadounidense Boeing sobre una plataforma BSS-702HP.
Plenamente recuperado de sus problemas anteriores, el cohete despegó desde Baikonur a las 12:12 UTC, llevando a su carga hasta una trayectoria supersincrónica, que el motor del satélite se ocupará de convertir en circular y geoestacionaria.
Los satélites de la nueva generación (de los cuales se han construido tres, más uno de reserva) disponen de 89 huellas en banda Ka (Global Xpress), fijas y orientables, lo que permitirá que los clientes puedan usar sus sistemas de comunicaciones móviles con gran flexibilidad, en función de la demanda. Sus usuarios principales son buques y líneas aéreas.Los satélites Inmarsat anteriores usaban la banda de frecuencia L. Su sustitución por la banda Ka ofrecerá mayores velocidades de transmisión de datos, si bien algunas de las antiguas unidades siguen operativas.
El cohete Proton cumplió su tarea sin dificultades, a lo largo de más de 15 horas, incluyendo cinco encendidos de su etapa superior Briz-M. El Inmarsat-5 F1 quedará finalmente situado sobre la posición 63 grados Este, en la zona del océano Índico.

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