Re: FORO-CIENCIA

Los cambios de albedo en bosques ejercen sobre el clima una influencia mayor de lo asumido


Un bosque se muere. (Foto: Oregon State University)


Catástrofes tales como los incendios forestales, las plagas de insectos y los huracanes destruyen enormes porciones de bosque todos los años. La emisión de dióxido de carbono a la atmósfera suele ser un preocupante efecto de algunas de esas catástrofes, pero ahora se está revelando la gran influencia que sobre el clima tienen las modificaciones causadas por esos desastres sobre otro parámetro: el albedo.
El albedo es una medida de la cantidad de radiación que es reflejada por una superficie, en este caso la superficie del planeta. Los colores claros como el de la nieve reflejan más luz y calor de regreso al espacio que los colores oscuros de la cubierta vegetal de un bosque tupido.
Un nuevo estudio, a cargo del equipo de Beverly Law (profesora del Departamento de Ecosistemas Forestales y Sociedad en la Universidad Estatal de Oregón) y Tom O'Halloran (ahora en el Departamento de Estudios Medioambientales del Sweet Briar College), indica que el efecto que tales cambios de albedo tienen sobre el clima es más importante de lo que se creía hasta ahora.
Los aumentos en la capacidad de reflexión tienen un efecto refrigerante, mientras que las disminuciones ejercen un efecto de calentamiento.
Si un incendio elimina la vegetación de una zona, el albedo deja de estar determinado por la cobertura vegetal y pasa a estarlo por el suelo, que puede ser más claro o más oscuro.
Los incendios forestales no son la única perturbación que altera significativamente el albedo de la superficie terrestre, tal como se ha constatado en este estudio. Las plagas de insectos y la defoliación ocasionada por los huracanes también pueden mermar o alterar la cobertura vegetal, con la consecuencia de un cambio considerable en la capacidad de reflexión de la superficie, y con efectos sobre el clima que pueden ser tan grandes como los causados por las emisiones de dióxido de carbono procedentes del área perturbada.
A escala global, el calentamiento causado por la presencia cada vez mayor de dióxido de carbono en la atmósfera supera a todos los demás efectos. Sin embargo, los cambios en el albedo pueden ser bastante importantes a escala local, sobre todo en áreas con cantidades importantes de nieve. Por ejemplo, el derretimiento de la nieve que deja desnudo a un suelo puede a su vez provocar un aumento adicional de la temperatura, sobre todo si ese suelo es muy oscuro.

Primeros resultados en la búsqueda del axión que explique la materia oscura


Igor García Irastorza, a la izquierda, junto a investigadores del experimento CAST. (Imagen: Unizar)


La Universidad de Zaragoza participa en un experimento en el Laboratorio Europeo de Investigación en Física de Partículas (CERN) con sede en Ginebra (Suiza) que busca demostrar la existencia de una nueva partícula, el axión, que explique la materia oscura, uno de los principales misterios en la Física. Diez científicos de esta universidad, liderados por el físico Igor García Irastorza, trabajan en el experimento CAST que trata de detectar el axión, una nueva partícula que sería candidata para formar parte de esa materia oscura que se formó justo después del Big Bang.
De hecho, la materia que compone todo lo que se puede observar representa tan solo un 4% del universo. Un 23% es ‘materia oscura’, un tipo de materia no convencional que es invisible. El resto lo formaría la ‘energía oscura’, aún más desconocida para los científicos.
“La detección del axión supondría una revolución en la física de partículas actual, abriendo una ventana más allá del Modelo Estándar”, asegura Igor Irastorza, responsable del grupo de investigación de la Universidad de Zaragoza que participa en CAST desde su concepción. El axión explicaría de manera natural por qué materia y antimateria tienen propiedades tan parecidas, y podría arrojar luz sobre el hecho de por qué el Universo está lleno de materia y no de antimateria. Por el momento, los primeros resultados obtenidos de este estudio acaban de ser publicados en la revista científica Physical Review Letters.
Uno de los elementos innovadores de CAST es el uso de técnicas de reducción de ‘ruido de fondo’. El grupo de Zaragoza, que participa en este experimento desde su inicio, es experto en estas técnicas, desarrolladas en laboratorios subterráneos como el de Canfranc (Huesca). A pesar de estar situado en superficie, CAST es un experimento de búsqueda de sucesos poco probables, por lo que se beneficia de materiales de baja radioactividad para los detectores, del uso de blindajes y del desarrollo de algoritmos de discriminación de este ruido de fondo.
El investigador responsable, Igor Irastorza, lidera el proyecto de excelencia Starting Grant del programa IDEAS del Consejo Europeo para la Investigación (ERC) concedido en 2009 para el desarrollo de dichos detectores. Para Igor García y su grupo algunas observaciones astrofísicas recientes están poniendo a prueba el conocimiento actual de los ambientes estelares o del medio intergaláctico. Según el investigador, la detección de rayos gamma o rayos cósmicos de orígenes muy distantes, o el ritmo de enfriamiento anormalmente rápido en estrellas enanas blancas, entre otras observaciones, han sido interpretadas como posible indicación de la existencia de axiones.
De existir, el axión se produciría en grandes cantidades en el interior de estrellas por conversión de fotones en el seno de campos electromagnéticos del plasma solar. Por lo tanto, una de las maneras más prometedoras de obtener una evidencia directa de estas partículas es buscar el intenso flujo de axiones que sería emitido por el Sol. Estos axiones pueden ser detectados por medio del mismo principio físico de su producción, su conversión en fotones en un campo magnético intenso producido en el laboratorio.
El Telescopio de Axiones Solares (CAST) se basa en este concepto de detección (denominado helioscopio de axiones) y lleva una década de funcionamiento en la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN). CAST adapta un imán superconductor de los primeros prototipos construidos para el LHC, instalado en una plataforma orientable y equipado en sus extremos con detectores de rayos X. La señal de axiones solares esperada es un exceso de rayos X en los detectores cuando el imán está orientado con el Sol, en comparación con el fondo natural observado cuando el imán no apunta hacia él.
En su segunda fase, CAST inyecta un gas de densidad variable dentro de los tubos del imán donde se produce la conversión axion-fotón, lo que permite explorar el rango de masas en el que se puede encontrar esta partícula. Desde 2008 se utiliza helio-3 para ir a densidades y rangos de masas mayores. La colaboración acaba de publicar en Physical Review Letters los primeros resultados obtenidos con helio-3. La ausencia de señal positiva ha permitido excluir el axión entre las masas 0,39 y 0,64 eV (electronvoltios). El resto de los datos tomados, actualmente en proceso de análisis, permitirán extender esta exploración hasta masas de 1,17 eV.
Hasta ahora no han aparecido señales del axión en CAST, pero se ha mejorado la sensibilidad respecto a experimentos previos. La colaboración planea nuevas tomas de datos con mayor sensibilidad gracias a la mejora de los detectores de rayos X. A largo plazo, se proyecta la construcción de un helioscopio de axiones de nueva generación, el Observatorio Internacional de Axiones (IAXO, International Axion Observatory). IAXO se basa en la construcción de un imán superconductor específicamente concebido para la detección de axiones, junto con el uso de ópticas de rayos X y de detectores de ultra bajo fondo.
Los científicos consieran que esto supondrá un salto cualitativo en la búsqueda del axión, no limitándose solo a axiones solares. Si el axión existe, IAXO tendrá una alta probabilidad de descubrirlo. El Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN), proyecto Consolider-Ingenio 2010, está apoyando la actividad del grupo de Zaragoza tanto en CAST como en los estudios preliminares del futuro helioscopio de axiones. (Fuente: Unizar)

Posible explicación para una intrigante bioluminiscencia azul visible en algunas zonas marítimas


Mecanismo de la bioluminiscencia. (Foto: Zina Deretsky, National Science Foundation)


Se sabe desde hace mucho tiempo que un tipo de bioluminiscencia azul visible durante la noche en algunos entornos marinos está causado por pequeños organismos unicelulares del plancton conocidos como dinoflagelados. Sin embargo, cómo se genera ha carecido de explicación convincente hasta quizás ahora.
Gracias a un nuevo estudio, se ha podido detallar, por primera vez, el posible mecanismo de esta bioluminiscencia.
Un aspecto clave del mecanismo de bioluminiscencia en dinoflagelados propuesto por el equipo de Susan Smith de la Escuela de Medicina en la Universidad Emory y Thomas DeCoursey y John Woodland Hastings de la Universidad de Harvard involucra canales en las membranas que se pueden abrir o cerrar por eventos químicos o eléctricos.
De acuerdo con las conclusiones del estudio, el proceso de generación de luz en los dinoflagelados funciona de este modo: Cuando ellos flotan, la estimulación mecánica generada por el movimiento del agua circundante desencadena impulsos eléctricos hacia un compartimento interno del organismo unicelular, llamado vacuola. Estos impulsos eléctricos abren canales especiales que conectan la vacuola a pequeñas estructuras esparcidas por la membrana vacuolar.
Una vez abiertos, los canales sensibles al voltaje pueden transportar protones de las vacuolas a las citadas estructuras. Los protones que penetran en ellas activan entonces a la luciferasa, una proteína almacenada en esas estructuras y que produce destellos de luz.
Esos destellos de luz producidos por la activación resultante de la luciferasa deben resultar más visibles durante las proliferaciones masivas de dinoflagelados.
Esta investigación ha ayudado a esclarecer los mecanismos que subyacen bajo ese bello fenómeno natural de la bioluminiscencia azul oceánica, y también amplía el conocimiento científico sobre los dinoflagelados, algunos de los cuales pueden producir toxinas dañinas para el medio ambiente.

¿Hacia una segunda y espectacular revolución de los códigos de barras?


Un código de barras y un código QR. (Foto: Scott Morris y Diana Yates)


Imagine que pudiéramos rastrear la historia completa de todo lo que compramos. Usando la cámara del teléfono inteligente (smartphone) podríamos saber qué fábrica produjo los ingredientes del medicamento que tomamos, en qué país se cultivó el maíz del cereal de nuestro desayuno, o incluso de qué modo podríamos reciclar el propio teléfono. El consumidor podría conocer el ciclo de vida completo de un producto y a cualquier entidad e incluso operario implicados en el ciclo de producción. Eso podría servirnos para cerciorarnos de que el medicamento que nos tomamos no es una falsificación y que el alimento que nos comemos es seguro.
Este escenario ya está a la vista en el horizonte tecnológico, según Scott Morris, profesor de ciencia de los alimentos y de nutrición humana en la Universidad de Illinois, experto en la historia y evolución de los envases, y autor de "Food and Package Engineering", un nuevo libro de texto publicado por Wiley Blackwell.
Los códigos de barras, esas familiares etiquetas con barras en blanco y negro en la cubierta de los envases, que sirven para escanear los precios o llevar el inventario, se están convirtiendo en una clase más amplia de identificadores. A medida que avanza la tecnología, estos identificadores electrónicos están comenzando a hacer posible conocer más información sobre el contenido y la historia de los productos, y están abriendo nuevos canales de comunicación entre compradores y vendedores.
El nuevo código QR, una especie de código de barras bidimensional que puede ser escaneado usando un teléfono móvil, proporciona cada vez más a menudo un enlace directo entre el comprador en la tienda y la información oficial disponible online sobre el producto escaneado.
Si es usado adecuadamente, un sistema de identificación global permitiría que las empresas obtuvieran un plano más detallado de la ubicación, preferencias y hábitos de compra de los clientes.
Un sistema lo bastante sofisticado podría ayudar a identificar y aislar medicamentos y alimentos contaminados u otros productos peligrosos en cualquier parte de la cadena de suministro, limitando así los posibles daños a los clientes y reduciendo los eventuales problemas legales para los productores.

Nuevas claves para resolver el misterio de las galaxias elípticas superdensas


Esta foto muestra las imágenes de 9 objetos compactos, superdensos, tal como eran hace 11.000 millones de años. (Foto: UAM)


Las relación entre el tamaño y la densidad de las galaxias elípticas en el universo lejano constituye uno de los problemas actuales más candentes en astrofísica. Una investigación realizada por astrónomos de la Universidad Autónoma de Madrid, la Universidad de Florida, la Universidad Complutense de Madrid y el Instituto de Astrofísica de Canarias, revela importantes datos -relacionados con la dispersión de velocidades de sus estrellas- que podrían descifrar las claves para resolverlo.
Las galaxias elípticas son las más masivas del universo cercano a la Tierra. Tienen formas ovales, regulares y no poseen un disco al modo de las espirales como la Vía Láctea. Usando telescopios de gran tamaño, los astrónomos han identificado galaxias elípticas que son 10 veces más masivas que nuestra galaxia y que se encuentran aproximadamente a 10.000 millones de años luz de la Tierra. Estas galaxias son dos veces más pequeñas que las galaxias elípticas de hoy en día, pero contienen casi el mismo número de estrellas. Comprender cómo éstas galaxias han podido crecer tanto ha pasado a ser uno de los problemas más candentes en la astrofísica.
Imaginemos que recibimos la noticia del nacimiento de un bebé que mide 50 cm y pesa 80 kg. La mayoría de nosotros pensaríamos que es un error de imprenta. Pues bien, algo así les paso a los astrónomos cuando se encontraron con un tipo de galaxias en el Universo lejano con una tamaño muy pequeño, pero con una masa unas 200.000 millones de veces la de nuestro Sol, masa comparable a la de las galaxias más masivas que observamos a nuestro alrededor.
Si las medidas son ciertas, estas galaxias tendrían densidades entre 10 y 100 veces mayores que las densidades de la galaxias  en su madurez. Desde este descubrimiento, los astrónomos han tratado de entender cómo estas galaxias tan compactas han podido expandir sus tamaños para alcanzar el tamaño de las galaxias tal como las vemos en el Universo que nos rodea.
Como en caso del bebé, muchos investigadores dudaron al principio de las mediciones de los tamaños y las masas, realizadas a partir de imágenes profundas en diferentes colores, y por ello se repitieron dichas mediciones para detectar si se trataba de un error en la determinación.
Sin embargo, un equipo internacional de especialistas, conformado por astrónomos de la Universidad Autónoma de Madrid, la Universidad de Florida, la Universidad Complutense de Madrid y el Instituto de Astrofísica de Canarias, decidió obtener una medida diferente: la dispersión de velocidades de sus estrellas, para distinguir el estado de evolución de las galaxias compactas. La velocidad de dispersión es una medida de la rapidez con la que unas estrellas se mueven con respecto a las otras, y es una manera de medir la densidad de las galaxias. Cuanto más pequeño es el tamaño de una galaxia con una masa dada, mas rápido se tienen que mover unas estrellas con respecto de otras para compensar el efecto de la gravedad y no colapsar.
La dispersión de velocidades medida por el equipo revela valores no mucho más altos que los valores medidos en las galaxias cercanas. Para entender esto, es necesario considerar que la velocidad de dispersión que observamos está causada por dos componentes: la materia visible, y la invisible (la llamada materia oscura). Ambas contribuyen a la masa total de la galaxia. En el pasado, la influencia de la materia visible a la velocidad de dispersión era mayor, por estar la luz mas concentrada, pero no así la de la materia oscura, y por ello la dispersión de velocidades no ha variado tanto.
Estos resultados son fundamentales para entender las  causas de crecimiento de estas galaxias y favorecen un escenario en el cual estas galaxias capturan galaxias enanas que pasan a ocupar las partes externas de las mismas, sin apenas variar su configuración central. De esta forma, el tamaño puede aumentar en un factor 2 mientras que la dispersión de velocidades sólo se incrementa en un factor 0.8.
Para realizar estas medidas, el equipo de investigación ha hecho uso del telescopio óptico de mayor tamaño en el mundo, Gran Telescopio de Canarias, con un diámetro de 10 metros. (Fuente: UAM)

Aumentar la longevidad hasta en un 50 por ciento más al potenciar la actividad de un gen


Células de mosca de la fruta. (Foto: Salk Institute for Biological Studies)


Una de las pocas maneras fiables de extender la vida de un organismo, ya sea una mosca de la fruta o un ratón, es restringir la ingesta de calorías. Pero esa estrategia no es fácil de seguir, y si se extrema mucho puede ocasionar efectos secundarios. Ahora, en un nuevo estudio con moscas de la fruta (Drosophila melanogaster) se ha dado con una pieza clave del mecanismo que se pone en marcha al seguir una dieta de esa clase, y se ha conseguido regularla a fin de aumentar la longevidad de las moscas. En los humanos existe un gen similar.
Aunque se sabe poco sobre los mecanismos biológicos que permiten que la citada dieta conduzca a un aumento de la longevidad, algunos estudios han demostrado que las células de los animales sometidos a restricción calórica tienen un mayor número de estructuras generadoras de energía conocidas como mitocondrias. En los mamíferos y las moscas, el gen PCG-1 regula la cantidad de estos generadores de energía celular, que convierten azúcares y grasas de los alimentos en energía para las funciones celulares.
Esta cadena de conexiones entre las mitocondrias y la longevidad inspiró a Leanne Jones (Instituto Salk para Estudios Biológicos) y Christopher L. Koehler (Universidad de California en San Diego) a investigar qué sucede cuando se fuerza al gen PCG-1 a incrementar su actividad. A tal fin, utilizaron técnicas de ingeniería genética encaminadas a reforzar la actividad del gen de la mosca de la fruta equivalente al gen PCG-1
Los investigadores descubrieron que el aumento de la actividad del dPCG-1, la versión del gen propia de la mosca de la fruta, se tradujo en un mayor número de mitocondrias y una mayor producción de energía en las moscas, el mismo fenómeno observado en los organismos sometidos a una dieta baja en calorías. Cuando la actividad del gen se aceleró en las células madre y las células progenitoras del intestino, que sirven para reponer los tejidos intestinales, estos cambios celulares estuvieron acompañados por una mejor salud y una mayor longevidad. Las moscas vivieron entre un 20 y un 50 por ciento más, dependiendo del método y de hasta qué punto los científicos alteraban la actividad del gen.
Frenar el envejecimiento de un único pero importante órgano, en este caso el intestino, puede tener un efecto notable en la salud general y en la longevidad.

La arcilla, una esperanza para detener las filtraciones de plutonio


Un lingote de plutonio-238 iluminado por su propia luz. (Foto        OE)


El plutonio, que tiene un periodo de semidesintegración de 24.000 años, es un peligroso elemento radiactivo, relativamente común entre los residuos nucleares.
Como primera línea de defensa, los barriles de acero enterrados a gran profundidad son diseñados para evitar que los peligrosos residuos de plutonio se filtren en el subsuelo y el lecho rocoso, y puedan acabar contaminando las aguas subterráneas. Pero tras varios miles de años, o quizás menos tiempo, los barriles comenzarán a deshacerse.
El plutonio es el metal más complejo, y se comporta de un modo distinto al de cualquier otro elemento en la naturaleza. Por esas y otras razones es muy difícil trabajar con él, y el resultado es que se sabe muy poco acerca de la química de este elemento.
Por otra parte, el plutonio es muy persistente como contaminante del medio ambiente. Es capaz de extenderse en las aguas subterráneas más allá de lo que hasta hace pocos años se creía posible. Según los resultados de una línea de investigación llevada a cabo en años recientes, una razón de que ese aspecto de su conducta haya resultado imprevisible durante medio siglo es que el plutonio puede adoptar una configuración en racimos de dimensiones nanométricas de óxido de plutonio. Cuando el plutonio forma racimos, su química es muy diferente. Los nanorracimos están formados por 38 átomos de plutonio y no tienen apenas carga. A diferencia de los iones comunes de plutonio que tienen una carga positiva, no son atraídos por los electrones de vegetales, minerales y otros cuerpos que detienen la progresión de los iones en las aguas subterráneas. Los racimos también son un problema para las técnicas destinadas a limpiar los lugares que han sido contaminados por el plutonio. Los iones libres son relativamente fáciles de separar de las aguas subterráneas, pero los racimos son difíciles de retirar.
Para entender mejor cómo el plutonio podría responder a su entorno, el equipo de Moritz Schmidt, del Laboratorio Nacional estadounidense de Argonne, ha examinado las interacciones entre los iones de plutonio disueltos en agua y un mineral llamado moscovita. Este mineral, conocido también como "Vidrio de Moscú", es estructuralmente similar a la arcilla, que a menudo se emplea en los depósitos con residuos nucleares debido a su gran afinidad química por el plutonio. Utilizando diversas técnicas de rayos X, los científicos reconstruyeron imágenes de finas capas de moléculas de plutonio depositadas en la superficie de una losa de moscovita.
Y han descubierto que los "racimos" de plutonio se adhieren mucho más fuertemente a las superficies minerales de lo que cabría esperar. Ello significa que el plutonio tiende a quedar atrapado en la superficie de arcilla, un proceso que podría ayudar a contener la propagación de ese peligroso elemento en el medio ambiente.
Conviene matizar que, tal como advierte Schmidt, esta línea de investigación es por ahora sólo teórica, y que por eso sus eventuales resultados prácticos no serán inmediatos.

Robot parecido a un tanque que puede circular por paredes


El novedoso robot subiendo por una pared. (Foto: IoP)


Se ha presentado un robot que rueda sobre cintas especiales de un modo parecido a como los carros blindados y otros vehículos se desplazan sobre cadenas de oruga. Pero lo singular de este robot es que puede circular por paredes lisas, incluyendo subir en vertical por ellas. Su sistema para adherirse y despegarse de superficies está inspirado en el de ciertos reptiles, los gecónidos, quienes circulan sin dificultad por las paredes y techos de las viviendas donde se cuelan.
El desarrollo de este robot, de 240 gramos, abre el camino hacia una serie de aplicaciones que incluyen inspecciones en el interior de cañerías, en sitios poco accesibles de edificios y de aviones, y en zonas especialmente peligrosas o de difícil acceso en centrales nucleares, así como operaciones de búsqueda y rescate de personas atrapadas entre escombros o en situaciones parecidas.
El robot, TBCP-II, ha sido desarrollado por el equipo de Jeff Krahn de la Universidad Simon Fraser en Burnaby, Canadá, en lo que constituye el primer caso de aplicación del material adherente de inspiración biológica en un robot que se desplaza de modo parecido a como lo hace un tanque.
El TBCP-II es capaz de pasar de una superficie horizontal a otra vertical a la velocidad de 3,4 centímetros por segundo.
El robot también está equipado con una multitud de sensores que pueden efectuar diversos tipos de mediciones de su entorno y que le permiten cambiar su curso de acción dependiendo de las cosas que detecte.
Con un suministro de energía adecuado, este robot es capaz de actuar por su cuenta cuando se encuentra con obstáculos de gran tamaño como por ejemplo paredes.
El sistema de adherencia del robot es una prometedora alternativa a los electroimanes, ventosas, pinzas y hasta púas que han sido presentados como posibles mecanismos para circular por paredes, pero que muestran grandes dificultades para los robots que intentan subir por aquellas con superficies lisas de materiales como por ejemplo el vidrio o el plástico.
Habiendo obtenido su inspiración de los gecónidos, los investigadores han creado estructuras adhesivas que imitan cuidadosamente las almohadillas de los dedos en las patas de esos lagartos y que les dan la asombrosa habilidad de trepar por las paredes.

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