César Tomé López

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Experientia docet
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  • October 23, 2009
  • 08:16 AM
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La función evolutiva del apéndice.

by César Tomé López in Experientia docet

En muchos textos puede encontrarse la afirmación de que el apéndice vermiforme o cecal no tiene función conocida y que se trata de un vestigio de cuando era necesario digerir celulosa. Una investigación llevada a cabo por un equipo de investigadores encabezados por H.F. Smith de la Universidad de Arizona en Phoenix (EE.UU.) afirma, sin embargo, que el apéndice es un órgano especializado en albergar bacterias simbióticas esenciales para la salud. El estudio, basado en una comparativa anatómica y filogenética, se ha publicado en el Journal of Evolutionary Biology. Para los humanos, la utilidad de tener un apéndice parece despreciable y, dada la prevalencia de la apendicitis, tener apéndice podría considerarse hasta peligroso. Este accesorio del intestino ha sido considerado durante mucho tiempo un vestigio de la época en la que los homínidos comían una alta proporción de vegetales que necesitaban una fermentación antes de poder ser digeridos. Más recientemente se ha propuesto que el apéndice juega un papel en el mantenimiento, mediado por el sistema inmune, de bacterias simbióticas en el intestino. Efectivamente, el mejor conocimiento adquirido recientemente sobre la inmunidad en el intestino apunta a que la función aparente del apéndice en los mamíferos sería la de refugio de los microbios simbióticos del intestino, preservando la flora durante los momentos de infección gastrointestinal. Esta función favorecería la evolución y mantenimiento del apéndice, y esta es la idea que Smith et ál. intentan probar en su estudio en el que analizan la evolución del apéndice en los mamíferos. El análisis anatómico comparativo llevado a cabo por el equipo de investigadores revela la presencia de tres morfotipos (variantes) de apéndice en los mamíferos, así como estructuras parecidas a apéndices en algunas especies que carecen de un apéndice verdadero. Los análisis cladísticos indican, por otra parte, que el apéndice ha evolucionado independientemente al menos dos veces: al menos una vez en los marsupiales diprodontes (canguros, koalas, etc.) y al menos otra en los Euarchontoglires (lo que incluye a los primates). No sólo eso, el apéndice además tiene una marcada señal filogenética en su distribución y ha sido mantenido en la evolución de los mamíferos durante, por lo menos, 80 millones de años. Todos estos datos indican que el apéndice cumple una función. La diarrea era un peligro habitual durante la evolución de la humanidad. Dado que la apertura del apéndice es estrecha, puede escapar de la colonización por patógenos bacterianos. La reconstitución de las colonias de bacterias simbiontes, lo que conocemos como flora intestinal, después de una diarrea se produciría rápidamente a través de las poblaciones refugiadas en el apéndice. Por tanto, lejos de ser inútil, la selección positiva habría demostrado la utilidad del apéndice actuando para mantenerlo.Referencia: SMITH, H., FISHER, R., EVERETT, M., THOMAS, A., RANDAL BOLLINGER, R., & PARKER, W. (2009). Comparative anatomy and phylogenetic distribution of the mammalian cecal appendix Journal of Evolutionary Biology, 22 (10), 1984-1999 DOI: 10.1111/j.1420-9101.2009.01809.x

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SMITH, H., FISHER, R., EVERETT, M., THOMAS, A., RANDAL BOLLINGER, R., & PARKER, W. (2009) Comparative anatomy and phylogenetic distribution of the mammalian cecal appendix. Journal of Evolutionary Biology, 22(10), 1984-1999. DOI: 10.1111/j.1420-9101.2009.01809.x  

  • October 22, 2009
  • 09:18 AM
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Astronomía de rayos X en el laboratorio: cómo reproducir las condiciones del disco de acreción de un agujero negro.

by César Tomé López in Experientia docet

Un grupo de investigadores, encabezados por Shinsuke Fujioka de la Universidad de Osaka (Japón), ha creado en el laboratorio unas condiciones análogas a las que se encuentran en el disco de acreción de un agujero negro. Sus resultados se publican en Nature Physics. Los astrónomos no pueden observar loa agujeros negros directamente porque su enorme gravedad impide que la luz escape de ellos (por eso son negros). El equipo de investigadores se ha centrado en lo que sí pueden ver, a saber, la nube de materia arremolinada que los rodea, el llamado disco de acreción. Cuando estos discos se ven triturados y calentados por la energía gravitacional del agujero negro brillan en rayos X. Analizando los espectros de estos rayos X se puede descubrir qué puede estar ocurriendo en las proximidades del agujero negro. Sin embargo, no se sabe con precisión cuánta energía es necesaria para producir estos rayos X. Parte de la dificultad estriba en un proceso llamado fotoionización, por el que los fotones de rayos X, muy energéticos, arrancan electrones de los átomos del disco de acreción. La fotoionización supone una pérdida de energía de los rayos X que altera las características de sus espectros, lo que dificulta la medición precisa de la energía total que se está emitiendo. Para tener una apreciación mejor de cuánta energía consumen estos átomos fotoionizados, el equipo de Fujioka ha recreado las condiciones del disco de acreción en la región más próxima al agujero negro. Para ello volatilizaron una bolita de plástico con la ayuda de 12 láseres, disparados simultáneamente, con una potencia de 0,3 TW (3·1011 vatios). Una parte de la radiación resultante (la que pasaba a través de una rendija) incidía sobre una cantidad de silicio, elemento muy común en los discos de acreción. Lo que ocurre en el experimento es que, al incidir los láseres simultáneamente con tanta potencia, hacen que la bolita de plástico implosione, creando una masa gaseosa caliente, densa y fuertemente ionizada, lo que conocemos como plasma. Lo que era la bolita de plástico se ha convertido ahora en una poderosa fuente de emisión de rayos X parecida a la de un disco de acreción de un agujero negro. Estos rayos X fotoionizan el silicio, y la radiación resultante debería ser parecida a la detectada en la observación astronómica de los discos de acreción. Efectivamente, la radiación obtenida en los experimentos es parecida a la medida procedente de Cygnus X-3 y Vela X-1. Cygnus X-3 es un sistema binario, constituido por un agujero negro y una estrella convencional de alta masa [en la imagen representación de un sistema de este tipo, cortesía de Dana Berry – CfA/NASA, con la zona emisora de rayos X representada como el anillo central amarillo en el disco de acreción, en rojo]. Por su parte Vela X-1 es otro sistema binario pero esta vez constituido por un púlsar y una estrella convencional masiva. Con este método, midiendo la energía perdida por la fotoionización, los investigadores podrían medir la energía total emitida en la implosión y usarla para mejorar nuestra comprensión del comportamiento de los rayos X emitidos por los discos de acreción y, en general, del comportamiento de la materia y la energía en condiciones extremas. Referencias: Fujioka, S., Takabe, H., Yamamoto, N., Salzmann, D., Wang, F., Nishimura, H., Li, Y., Dong, Q., Wang, S., Zhang, Y., Rhee, Y., Lee, Y., Han, J., Tanabe, M., Fujiwara, T., Nakabayashi, Y., Zhao, G., Zhang, J., & Mima, K. (2009). X-ray astronomy in the laboratory with a miniature compact object produced by laser-driven implosion Nature Physics DOI: 10.1038/nphys1402

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Fujioka, S., Takabe, H., Yamamoto, N., Salzmann, D., Wang, F., Nishimura, H., Li, Y., Dong, Q., Wang, S., Zhang, Y.... (2009) X-ray astronomy in the laboratory with a miniature compact object produced by laser-driven implosion. Nature Physics. DOI: 10.1038/nphys1402  

  • October 20, 2009
  • 10:20 AM
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De cómo el área de Broca procesa el lenguaje .

by César Tomé López in Experientia docet

Un método invasivo, usado por primera vez en humanos, demuestra que una pequeña parte del cerebro puede procesar tres tipos de datos diferentes, en tres momentos distintos, en un cuarto de segundo. Además revela que el área de Broca realiza más de una función en el procesamiento del lenguaje. El trabajo, encabezado por Ned T. Sahin de la Universidad de California en San Diego, se ha publicado en Science. Este interesantísimo trabajo aborda dos cuestiones importantes: una, la forma en que los procesos cognitivos superiores, como el lenguaje, se implementan en el cerebro y, otra, la naturaleza de la que es, quizás, la región más estudiada de la corteza cerebral, el área de Broca. La primera prueba de que partes del cerebro se correspondían con partes de la mente fue el descubrimiento, por parte de Broca hace 150 años, de que pacientes con una parte concreta del cerebro dañada, lo que hoy se conoce como área de Broca, eran incapaces de hablar, pero el resto de sus funciones cognitivas no estaban afectadas aparentemente. En todos estos años no se ha avanzado demasiado en el conocimiento de cómo el área de Broca contribuye al lenguaje. Los resultados del estudio que nos ocupa sugieren que el área de Broca consiste realmente se distintas partes superpuestas, que desarrollan distintos pasos de procesamiento con un ajuste temporal en una fracción de segundo. Esta forma de funcionamiento ha podido pasar desapercibida hasta ahora debido al nivel de resolución de los métodos empleados. Los resultados de Sahin et ál. se han conseguido mediante el uso de electrodos colocados en los cerebros de los pacientes [véase la imagen, tomada por rayos X, cortesía del Dr. Sahin]. Esta técnica permite a los cirujanos conocer qué pequeña porción del cerebro deben extirpar para aliviar los ataques que sufren los pacientes a la vez que salvaguardan la integridad de las partes sanas necesarias para el lenguaje. Los registros para la investigación se pudieron hacer, pues, mientras los pacientes estaban despiertos y receptivos. Este procedimiento, llamado electrofisiología intracraneal (ICE, por sus siglas en inglés), permitió al equipo de investigadores terner una resolución en la actividad del cerebro relacionada con el lenguaje con una precisión de un milímetro, espacialmente, y un milisegundo, temporalmente. Este ha sido el primer experimento que emplea la ICE para documentar cómo el cerebro humano procesa la gramática y produce palabras. Dado que el lenguaje complejo es una característica humana, ha sido muy difícil investigar sus mecanismos neuronales. Los métodos de imágenes del cerebro, como los escáneres de resonancia magnética funcional (fMRI, por sus siglas en inglés) son, en la práctica, todo lo que es posible usar en humanos, pero emborronan la actividad de miles de millones de neuronas en períodos de exposición largos. Como consecuencia, no se ha podido determinar en detalle si los mecanismos usados por los modelos lingüísticos o computacionales para producir un discurso gramaticalmente correcto se corresponden con el mecanismo que el cerebro usa realmente. Para este estudio, los investigadores registraron la actividad de los cerebros de los pacientes mientras repetían palabras al pie de la letra o las producían en formas gramaticales (plural, pasado, etc.), una tarea que los humanos hacemos sin esfuerzo cada vez que pronunciamos una frase.. La ICE permitió a los autores estudiar tres componentes del procesamiento del lenguaje en tiempo real, determinar si actividades neuronales relacionadas se ponían en ejecución en serie o en paralelo, y si los patrones de actividad eran locales o distribuidos. Los resultados muestran que procesos lingüísticos diferenciados se procesan en pequeñas regiones al área de Broca, separados en el tiempo y coincidiendo parcialmente en el espacio. Específicamente, los investigadores encontraron patrones de actividad neuronal que indicaban procesamiento léxico, gramatical y articulatorio (fonológico) a, aproximadamente, 200, 320 y 450 milisegundos después de la presentación de la palabra. Estos patrones eran idénticos independientemente de las palabras, ya fuesen sustantivos o verbos, y eran consistentes entre los distintos pacientes. Se pudo comprobar que la identidad de una palabra impresa llega al área de Broca muy rápidamente después de haber sido vista, en paralelo a su llegada al área de Wernicke. Por lo tanto, los resultados contribuyen a descartar por incorrecta una idea que aparece en muchos libros de texto: que el área de Broca se encarga del lenguaje expresivo (hablar) mientras que el área de Wernicke se encarga del lenguaje receptivo (leer y escuchar). El área de Broca juega, pues, diferentes papeles, tanto en el lenguaje expresivo como en el receptivo.Referencia: Sahin, N., Pinker, S., Cash, S., Schomer, D., & Halgren, E. (2009). Sequential Processing of Lexical, Grammatical, and Phonological Information Within Broca's Area Science, 326 (5951), 445-449 DOI: 10.1126/science.1174481

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  • October 19, 2009
  • 07:33 AM
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Los neutrinos del Big Bang tienen un origen más cercano que la radiación de fondo de microondas.

by César Tomé López in Experientia docet

Las observaciones del fondo de microondas de 380.000 años después del Big Bang han sido esenciales para la cosmología moderna, pero los neutrinos originados justo después del Big Bang llevarían información sobre el estado del universo cuando tenía menos de un segundo. En el número del 23 de octubre de Physical Review Letters (aunque ya disponible en arXiv) un par de investigadores apunta un hecho curioso, pero hasta ahora ignorado, acerca de estos neutrinos residuales: debido a sus masas, viajan más lentamente que la luz y, de hecho, tienen como origen una región del universo más cercana que la radiación de fondo de microondas (CMB, por sus siglas en inglés). Aunque para la detección de estos neutrinos residuales todavía falta mucho (suponiendo que sea posible), el artículo publicado por Mika Vesterinen de la Universidad de Manchester (Reino Unido) y Scott Dodelson del Laboratorio Nacional del Acelerador Fermi (EE.UU.) clarifica el tipo de información que se puede extraer de esos neutrinos. Justo después del Big Bang el universo era una sopa caliente en ebullición de partículas elementales interactuando constantemente unas con otras. Conforme el universo se expandía y enfriaba, algunas partículas podían propagarse libremente largas distancias sin interactuar. Los neutrinos, a los que sólo afecta la fuerza nuclear débil que actúa a distancias muy cortas, se libraron de las interacciones pronto, menos de un segundo después del Big Bang, y viajan libres desde entonces (en el tiempo que lees esto unos cuantos billones han atravesado la pantalla de tu ordenador y a ti). La CMB está compuesta de fotones, partículas que dejaron de interactuar mucho más tarde, en el momento en que los protones y los electrones empezaron a combinarse para formar átomos neutros, cuando el universo tenía 380.000 años. Este tiempo permite calcular que la CMB se origina a una distancia de la Tierra de más de 40.000 millones de años luz, teniendo en cuenta la expansión del universo. Dado que los neutrinos se “liberaron” mucho antes, estaba asumido que debían originarse en rincones del universo más lejanos que los de la CMB. Pero los fotones no tienen masa, mientras que los neutrinos tienen una pequeña cantidad de masa, lo que hace que viajen más lentamente que la luz. Dodelson y Vesterinen han calculado cómo afectaría esta masa de los neutrinos a la distancia que estos neutrinos residuales han viajado desde la última vez que interactuaron. Sus resultados son sorprendentes: si bien los neutrinos residuales han estado viajando durante más tiempo que la CMB, su velocidad menor significa que han cubierto una distancia mucho menor. El fondo de neutrinos (CNB, por sus siglas en inglés) se origina a una distancia de unos mil a diez mil millones de años luz, mucho más cerca que los 40 mil millones de años luz de la CMB. Si esto parece difícil de imaginar, recordemos que la “sopa de partículas” del universo primitivo estaba en todas partes, y los neutrinos residuales que llegan a nosotros hoy simplemente vienen de diferentes localizaciones en ese universo que los fotones más rápidos del CMB. Dodelson llega a decir que este cálculo debería haber estado en los libros de texto hace tiempo, pero que es algo que nadie se había parado a calcular. Los cálculos indican que los neutrinos residuales se originan en un rango de distancias en el que las búsquedas astronómicas están dando muchísima información. El Sloan Digital Sky Survey (Rastreo digital del cielo Sloan) está llevando a cabo observaciones detalladas de las galaxias y cúmulos de galaxias que habitan estas regiones, y los próximos Dark Energy Survey (Rastreo de materia oscura) y Large Synoptic Survey Telescope (Gran telescopio de rastreo sinóptico) añadirán muchos más datos. Si se consigue medir con precisión la CNB alguna vez esto permitiría a los cosmólogos unir los puntos entre las mismísimas “semillas” primitivas de estas regiones (tal y como aparezcan en el CNB) y las galaxias y cúmulos de galaxias que se formaron después. Una comparación como esta ayudaría muchísimo a comprender algunas propiedades del universo primitivo, como su contenido en materia y energía oscuras. [En la imagen, primera observación de un neutrino]Referencia: Scott Dodelson, & Mika Vesterinen (2009). Cosmic Neutrino Last Scattering Surface Physical Review Letters arXiv: 0907.2887v1

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Scott Dodelson, & Mika Vesterinen. (2009) Cosmic Neutrino Last Scattering Surface. Physical Review Letters. arXiv: 0907.2887v1

  • October 18, 2009
  • 08:32 AM
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Einstein y ...Alexander Friedmann.

by César Tomé López in Experientia docet

El meteorólogo ruso Alexander Friedmann fue uno de los primeros científicos en aplicar las ecuaciones de la relatividad de Einstein a un modelo del universo. Friedmann creó un modelo que mostraba un universo en expansión, un modelo que más tarde se probó que es correcto. Pero Einstein rechazó el modelo de Friedmann, llegando a publicar que los cálculos estaban mal hechos. Tuvo que rectificar. Alexander Friedmann [mantenemos esta grafía por ser la más extendida; firmó sus publicaciones en alemán como Friedman; la transcripción del cirílico al latino de su apellido es Fridman] fue testigo de las primeras semillas de una revolución en la cosmología mientras vivía la revolución en Rusia. Nació en San Petersburgo en 16 de junio de 1888 y murió en la misma ciudad con tan sólo 37 años, pero ahora la ciudad se llamaba Leningrado. Friedmann, por formación, era meteorólogo y, en sus últimos años bromeaba de vez en cuando diciendo que los matemáticos malos se hacen físicos, y que los físicos malos se hacen meteorólogos. Pero Friedmann tenía poco de mal físico y siempre estuvo a la última en los avances de su ciencia. Su apertura a nuevas ideas se la debió en parte a Paul Ehrenfest, que estableció un seminario de física en San Petersburgo en 1906 al que asistió Friedmann, y con quien desde entonces mantuvo una correspondencia fluida. En 1920, Friedmann, tras un periodo en la Universidad de Perm, vuelve a su ciudad, entonces llamada Petrogrado, para enseñar matemáticas y física en la Universidad de Petrogrado y en el Instituto Politécnico. La Primera Guerra Mundial (1914-1918) había dejado aislada a Rusia de los últimos adelantos en la física, sobre todo alemana. Friedmann descubre en esta época la teoría general de la relatividad que Einstein había publicado en 1915. Se enseñó a sí mismo relatividad general leyendo directamente los artículos de Einstein, a pesar de que la mayoría de los físicos rusos ignoraron el asunto, y pronto empezó a sacar sus propias conclusiones que fue avanzando por carta a Ehrenfest. Usando la relatividad general, Friedmann propuso un nuevo modelo del universo. Creyendo en la belleza y simplicidad perfectas de las matemáticas de Einstein, Friedmann se negó a ajustar las ecuaciones de la relatividad, como hiciese el propio Einstein, para incorporar una arbitraria “constante cosmológica” que permitiese garantizar la estabilidad del tamaño del universo. En vez de eso, el modelo de Friedmann tiene una distribución uniforme de materia. Este universo podría cambiar de tamaño ya sea expandiéndose o, posiblemente, expandiéndose para luego contraerse para expandirse otra vez, cíclicamente. Un universo que se expande implica un universo que era más pequeño. Llevando esto a su conclusión lógica el universo debió haber comenzado como un puntito minúsculo que se hizo mayor con el paso del tiempo. La idea de que el universo comenzó en un solo punto fue lo que más tarde evolucionaría hasta conocerse como teoría del Big Bang, Friedmann fue una de las primeras personas que consideró esta idea [el primero en proponerlo formalmente, sin embargo, fue Georges Lemaître en 1927 basándose, no en las ecuaciones de Einstein, sino en las leyes de la termodinámica]. Friedmann sabía que su modelo era una representación simplificada del universo y que no era la única solución a las ecuaciones de Einstein (de Sitter había publicado uno en el que universo no tenía materia, por ejemplo). Hasta qué punto creía realmente Friedmann que el universo había comenzado en un momento dado no está claro, pero sí es evidente que creía que su modelo era matemáticamente consistente y científicamente interesante, una herramienta más para ayudar a interpretar nuestro mundo. Friedmann publicó su modelo (“Sobre la curvatura del espacio”) en Zeitschrift für Physik en 1922 [1]. Einstein respondió en la misma revista tres meses más tarde con un sólo párrafo: “Los resultados concernientes al mundo no-estacionario, contenido en el trabajo [de Friedmann], me parecen sospechosos. En realidad resulta que la solución dada en él no satisface las ecuaciones de campo”. Friedmann escribió una carta muy cortés a Einstein en la que probaba las bases matemáticas de su trabajo: “Considerando que la posible existencia de un mundo no-estacionario tiene un cierto interés, me permitiré presentarle aquí los cálculos que he hecho...para verificación y evaluación crítica. [Da los cálculos]...Si encontrase los cálculos presentados en mi carta correctos, por favor sea tan amable de informar a los editores de Zeitschrift für Physik acerca de ello; quizás en este caso publicará usted una corrección a su afirmación o dará la oportunidad de que una parte de esta carta se publique”. Sin embargo, para cuando llegó la carta a Berlín, Einstein ya se había marchado de viaje a Japón. No volvería a Berlín hasta marzo, pero no parece que leyese la carta de Friedmann. Sólo cuando Krutkov, un colega de Friedmann en Petrogrado, se encontró con Einstein en la casa de Ehrenfest en Leiden en mayo de 1923 y le contó los detalles de la carta de Friedmann, reconoció Einstein su error. Escribió inmediatamente a Zeitschrift für Physik: “En mi nota previa he criticado [el trabajo de Friedmann sobre la curvatura del espacio]. Sin embargo, mi crítica, al convencerme por la carta de Friedmann que me comunicó el señor Krutkov, estaba basada en un error en mis cálculos. Considero que los cálculos del señor Friedmann son correctos y arrojan nueva luz”. A pesar de ello, Einstein siguió rechazando la validez del modelo de Friedmann basándose en aspectos más efímeros. Einstein simplemente no estaba cómodo con la idea de un universo que cambiase con el tiempo. Y no estaba solo; la mayoría de los científicos contemporáneos tenía unas opiniones igual de enraizadas sobre la eternidad del universo, de que sólo podía ser estático y de que sólo podía haber existido durante eones en la forma y tamaño que tenía en ese momento. En 1924, Friedmann publicó otro artículo (“Sobre la posibilidad de un mundo con una curvatura negativa constante del espacio”) [2] que completaba el de 1922 y con el que demostraba que tenía un dominio de las tres posibles curvaturas del modelo (positiva, nula y negativa) una década antes de que Robertson y Walker publicasen su análisis. En 1929, cuando Edwin Hubble demostró que el universo de verdad se estaba expandiendo, Einstein aceptó por fin la posibilidad de que el modelo de Friedmann, y el de otros como el suyo, pudiesen ser interpretaciones razonables de la relatividad. Friedmann no viviría para verlo: había muerto en 1925 de fiebre tifoidea. Lo que se conoce hoy día como modelo estándar de la cosmología se llama métrica de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker.Referencias:[1] Friedman, A. (1922). Über die Krümmung des Raumes Zeitschrift für Physik, 10 (1), 377-386 DOI: 10.1007/BF01332580[2] ... Read more »

  • October 17, 2009
  • 01:24 PM
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Me fío de ti porque soy guapo.

by César Tomé López in Experientia docet

Una buena apariencia te puede ser muy útil. Los extraños evalúan a la gente atractiva como más digna de confianza y más honesta. Las estadísticas afirman, por si esto fuese poco, que los guapos ganan más dinero. Ahora, el equipo de Lisa DeBruine de la Universidad de Aberdeen (Reino Unido) informa en un artículo en Evolution and Human Behavior que este tratamiento deferencial hacia los guapos puede hacer que éstos se sientan más confiados cuando saben que los demás los pueden ver Los psicólogos y los economistas saben desde hace mucho que la gente actúa de forma distinta cuando se la observa. En los juegos económicos que piden a los participantes que repartan una cantidad de dinero, los sujetos tienden a ser más generosos cuando los experimentadores simplemente colocan fotografías de ojos en la sala de experimentación. Dado que la sociedad trata a la gente atractiva de forma diferente, el equipo de investigadores intentó determinar si el efecto de ser observado dependía de la apariencia de una persona. Para averiguarlo, los investigadores reclutaron 78 estudiantes de psicología de su universidad para que participaran en un juego. A los estudiantes se les presentaba una alternativa: dividir una suma de dinero en dos o confiar en un oponente que iba a dividir una suma mayor. Un jugador podía ganar más dinero confiando en el oponente. Para provocar el efecto de estar siendo observado, los investigadores hicieron fotografías de los estudiantes y les dijeron que en algunas rondas los oponentes verían su foto y en otras no. Pero los investigadores estaban engañando a los sujetos: no existían oponentes. DeBruine y sus colegas se centraban únicamente en la decisión de los estudiantes sobre cuándo tenían que fiarse. El equipo necesitaba una medida objetiva del atractivo de los participantes por lo que se eligió un jurado de 10 personas, no relacionadas con los participantes, para que les diesen una puntuación de 1 (feo) a 7 (guapísimo). Por otra parte los participantes también tenían que evaluarse a sí mismos según la misma escala. Los estudiantes que el jurado consideró que eran más atractivos confiaban más en el oponente cuando se les decía que los oponentes podían ver su foto que cuando no. ¿Cuánto más numéricamente? El tercio considerado más atractivo confió un 69% más cuando suponían que podían ser vistos que cuando se les decía que los oponentes no los podían ver. ¿Y los feos? El tercio considerado menos atractivo confiaba en el oponente un 31% menos cuando suponían que les podían ver. Esto por lo que respecta a las evaluaciones del jurado, porque no se apreciaba correlación estadísticamente significativa entre las autoevaluaciones y los aumentos o disminuciones de confianza. ¿Cómo es esto posible? Es algo aprendido: la gente considerada atractiva, aunque ellos no se estimen en tanto, termina dándose cuenta que le va mejor en las interacciones cara a cara que por teléfono. Así, aunque no estén pensando explícitamente en su atractivo, deciden concertar una cita para negociar algo que perfectamente pueden resolver por teléfono. Porque lo importante no es cómo yo piense que soy, sino cómo pienso que los demás creen que soy. Referencia: Smith, F., Debruine, L., Jones, B., Krupp, D., Welling, L., & Conway, C. (2009). Attractiveness qualifies the effect of observation on trusting behavior in an economic game Evolution and Human Behavior, 30 (6), 393-397 DOI: 10.1016/j.evolhumbehav.2009.06.003

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  • October 16, 2009
  • 08:01 AM
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Un nuevo efecto cuántico confirmado: los electrones fluyen eternamente en anillos de metal ordinario.

by César Tomé López in Experientia docet

Es conocido, y muchos habremos oído hablar de ello, que en los superconductores una corriente eléctrica puede circular sin resistencia. Los mejores conductores normales, como el cobre o el oro, tienen resistencia eléctrica, por lo que para que fluya una corriente tenemos que aportar energía (una pila, por ejemplo). Así las cosas, en una anillo superconductor podríamos tener una corriente persistente sin necesidad de una pila y esto sería imposible en un anillo conductor normal. ¿Correcto? No, al menos no siempre. El grupo de J.G.E. Harris de la Universidad de Yale (EE.UU.), en colaboración con Felix von Oppen de la Universidad Libre de Berlín (Alemania), ha comprobado experimentalmente la existencia de corrientes persistentes en anillos conductores a mesoescala (con un tamaño medido en micras), lo que confirma las predicciones hechas en 1983 por Ymri et.al. Su trabajo se publica en Science. Si un anillo metálico es muy pequeño (alrededor de 1 micra de diámetro) la mecánica cuántica dice que sus electrones deberían comportarse de manera similar a como se comportan los electrones alrededor de un núcleo atómico. Y de la misma manera que los electrones se mantienen en las configuraciones de menor energía de un átomo sin necesidad de un suministro de energía, los electrones en estos anillos mesoscópicos deberían fluir eternamente. Numéricamente: en un anillo de 1 micra de diámetro enfriado a 1 Kelvin debería haber una corriente de 1 nanoamperio. Las corrientes de un nanoamperio de magnitud pueden medirse con un amperímetro, pero esto implicaría romper el anillo para incluir el amperímetro en el circuito. El circuito resultante tendría unas dimensiones muy superiores a 1 micra y no pasaría corriente. La alternativa al amperímetro era el uso de dispisitivos superconductores de interferencia cuántica (más conocidos por sus siglas en inglés, SQUIDs) para medir los campos magnéticos creados por las corrientes persistentes. Pero esto se hace muy complicado debido a la propia sensibilidad de los SQUIDs, cuyas mediciones se ven alteradas por la presencia de impurezas en los anillos. Además, se hace necesario aplicar un campo magnético a lo largo del eje del anillo para hacer que la corriente persistente fluya en una dirección. Este campo hace que sea muy difícil operar con el SQUID, pero sin él unos electrones irían en un sentido y otros en otro lo que resultaría una corriente neta de cero. Debido a todas estas dificultades los resultados experimentales han sido inconsistentes y no se parecían a las predicciones teóricas. Lo que ha conseguido el equipo de Harris es un sistema de medición de corrientes persistentes que es 100 veces más sensible que un SQUID. El equipo fabricó anillos de aluminio sobre una pastilla de silicio y empleó un proceso litográfico para crear micro vigas (como si fueran trampolines de una piscina) de 300 nanometros de grosor con uno o más anillos en las puntas. Para medir la corriente en los anillos se coloca una micro viga a unos 45º con respecto a un fuerte campo magnético de varios Tesla de intensidad. El componente del vector del campo magnético aplicado perpendicular a la micro viga hace que la corriente persistente del anillo fluya en una dirección solamente. Esta corriente persistente unidireccional lleva asociada un campo magnético que es perpendicular a la micro viga. El componente paralelo a la micro viga del vector del campo magnético aplicado está en ángulo recto con el que crea la corriente persistente, lo que crea un par sobre la micro viga. La micro viga tiene una frecuencia natural de oscilación, que cambia como resultado de este par. Comparando las frecuencias con y sin el campo aplicado, Harris et al. pueden calcular el valor de la corriente persistente en el anillo (o anillos). El equipo estudió varias micro vigas con un anillo o con series de cientos o miles de anillos idénticos. Midiendo el tamaño de la corriente persistente cambiando el campo magnético, el equipo confirmó, en primer lugar, que la corriente persistente existe y, en segundo, que su valor es una función del cuanto de flujo magnético (h/2e), tal y como predijeron Ymry y sus colegas en 1983. Quedaría sólo por confirmar que las teorías son válidas a bajos valores de flujo magnético. Harris y compañía ya trabajan en ello.[En la imagen, anillos de aluminio producidos por Harris et al.]Referencia: Bleszynski-Jayich, A., Shanks, W., Peaudecerf, B., Ginossar, E., von Oppen, F., Glazman, L., & Harris, J. (2009). Persistent Currents in Normal Metal Rings Science, 326 (5950), 272-275 DOI: 10.1126/science.1178139

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Bleszynski-Jayich, A., Shanks, W., Peaudecerf, B., Ginossar, E., von Oppen, F., Glazman, L., & Harris, J. (2009) Persistent Currents in Normal Metal Rings. Science, 326(5950), 272-275. DOI: 10.1126/science.1178139  

  • October 15, 2009
  • 02:02 PM
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De cómo cambia el cerebro cuando se aprende a leer.

by César Tomé López in Experientia docet

Un estudio publicado en Nature por un equipo internacional dirigido por Manuel Carreiras de la Universidad de la Laguna (España) pone de manifiesto por primera vez qué cambia en el cerebro cuando se aprende a leer. El lenguaje hablado es una capacidad característica de los humanos que evolucionó en algún momento de los seis millones de años que han transcurrido desde que nos separamos evolutivamente de los chimpancés. Incluso sin que se les enseñe, o sin tener adultos a los que imitar, los niños desarrollan sistemas lingüísticos sofisticados. Por el contrario, leer es una habilidad aprendida que no se aprehende sin una enseñanza y una práctica intensivas. Comprender cómo cambia el cerebro cuando se aprende a leer no es tarea fácil. La mayor parte de las personas aprende a leer siendo niños, a la vez que aprende muchas otras habilidades. Separar esos cambios causados por la lectura de los causados por el aprendizaje de las habilidades sociales, o de cómo jugar al fútbol, es casi imposible. El estudio de los que aprenden de adultos también es complicado porque en la mayor parte de las sociedades cultas el analfabetismo total adulto es resultado de dificultades de aprendizaje o de problemas de salud. Es fácilmente comprensible, pues, que el equipo aprovechase una oportunidad única: grupos de guerrilleros colombianos que, como parte de su programa de reintegración a la sociedad, asistieron a cursos de alfabetización, algunos para aprender a leer por primera vez en su vida. Los investigadores examinaron imágenes de escáneres por resonancia magnética (MRI, por sus siglas en inglés) de los cerebros de 20 guerrilleros que habían completado un programa de alfabetización de adultos en español. Compararon estas imágenes con los de otros 22 guerrilleros adultos, similares en edad y capacidades mentales, antes de comenzar el mismo programa de alfabetización. Los resultados muestran que en aquellos participantes que habían aprendido a leer, la densidad de la materia gris (donde se hace el “procesamiento”) era mayor en cinco áreas del cerebro. Estas áreas son responsables de reconocer las formas de las letras y de traducir las letras en los sonidos del discurso y su significado. La lectura también incrementó la fuerza de las conexiones de la materia blanca entre las distintas regiones de procesamiento. Usando una técnica llamada imágenes por tensor de difusión (una variante de la MRI de difusión) que mide las conexiones entre las diferentes partes del cerebro, el equipo de Carreiras demuestra que las áreas de materia gris a ambos lados del cerebro (especialmente el giro angular y el giro dorsal occipital) están unidas entre sí a través del esplenio (la parte posterior del cuerpo calloso) [arriba, imagen por tensor de difusión del esplenio]. El aprender a leer implica reforzar estas conexiones. Los investigadores llegaron a esta conclusión tras comparar la actividad cerebral de 20 adultos (que sabían leer) cuando leían nombres de varios objetos y cuando nombraban cosas a partir de fotografías. El estudio mostró que leer, comparado con simplemente nombrar, implicaba conexiones más fuertes entre las cinco áreas de materia gris identificadas previamente, particularmente el giro dorsal occipital (implicado en el procesamiento de imágenes) y el giro supramarginal (implicado en el procesamiento de los sonidos) Las conexiones que parten y llegan al giro angular demostraron ser especialmente importantes. Desde hace más de 150 años se sabe que esta región del cerebro es importante para la lectura, pero esta investigación muestra que su papel era distinto del que se creía. Anteriormente, se pensaba que el giro angular reconocía las formas de las palabras antes de encontrar sus sonidos y significados. El equipo de Carreiras ha demostrado que el giro angular no está implicado en traducir las palabras escritas en sus sonidos y significados. En vez de eso, apoyaría este proceso suministrando predicciones de lo que el cerebro espera ver. Estos hallazgos es probable que resulten útiles para los investigadores que tratan de entender la dislexia. Varios estudios de la dislexia indican que existen zonas con materias gris y blanca reducidas y estas zonas están localizadas en regiones que crecen tras aprender a leer. Este estudio sugiere, por tanto, que algunas de las diferencias vistas en la dislexia podrían ser una consecuencia de dificultades lectoras más que la causa. Referencia: Carreiras, M., Seghier, M., Baquero, S., Estévez, A., Lozano, A., Devlin, J., & Price, C. (2009). An anatomical signature for literacy Nature, 461 (7266), 983-986 DOI: 10.1038/nature08461

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Carreiras, M., Seghier, M., Baquero, S., Estévez, A., Lozano, A., Devlin, J., & Price, C. (2009) An anatomical signature for literacy. Nature, 461(7266), 983-986. DOI: 10.1038/nature08461  

  • October 14, 2009
  • 03:14 PM
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Los macacos también caen en el valle inquietante.

by César Tomé López in Experientia docet

La gente que suele ver cine lo más probable es que no conozca el término, pero sí sabe que es mucho más fácil emocionarse con los dibujos desproporcionados de humanos de “Los Increíbles”, por ejemplo, que con los casi realistas de The Polar Express [en la imagen; cortesía de Warner Bros.]. Los espectadores se sienten emocionalmente desestabilizados por las imágenes de humanos artificiales que se han diseñado para que parezcan lo más humanas posible y que parecen realistas y no-realistas al mismo tiempo. Esta sensación es lo que se llama el “valle inquietante”. Los investigadores de la Universidad de Princeton (EE.UU.) Asif Ghazanfar y Shawn Steckenfinger han descubierto que los macacos también lo sienten. Es la primera vez que se descubre en un animal no humano. Sus resultados aparecen publicados en los Proceedings of the National Academy of Sciences. La hipótesis del valle inquietante fue propuesta por el especialista en robótica japonés Masahiro Mori en 1970. Lo de “valle” se refiere a un brusco descenso en la gráfica que representa la reacción positiva de un humano como respuesta a una imagen (“familiaridad”) en un eje y el antropomorfismo (“parecido humano”) de un robot en el otro. A las personas nos gusta estudiar otras caras humanas así como los rostros que son claramente no humanos, como el de una muñeca o un dibujo animado. Pero cuando la imagen no es una cosa ni la otra (cerca de lo humano pero claramente sin serlo) causa una sensación de repugnancia. Así, por ejemplo, hubo críticos que calificaron The Polar Express como “escalofriante” o “inquietante”. En los experimentos, los monos, que normalmente arrullan y se relamen los labios para llamar la atención de los otros monos, apartan rápidamente la mirada y se muestran asustados cuando se enfrentan a las imágenes casi reales. Cuando se les induce a que miren detenidamente tanto a las caras reales como a las casi reales, sin embargo, miran éstas más a menudo y durante más tiempo. El trabajo es importante porque indica que existe una base biológica para el valle inquietante y apoya las teorías que proponen que los mecanismos cerebrales tras el valle inquietante son adaptaciones evolutivas. A pesar del amplio reconocimiento del valle inquietante como un fenómeno real, no existe una explicación convincente del mismo. Una teoría sugiere que es el resultado de un mecanismo de “respuesta de asco” que permite a los humanos evitar la enfermedad. Otra idea sostiene que el fenómeno es un indicador de las capacidades altamente evolucionadas para el reconocimiento de caras que tenemos los humanos. Otros han sugerido que la apariencia de cadáver de algunas imágenes provoca un miedo innato a la muerte. Y hay quien afirma que la respuesta ilustra lo que se percibe como una amenaza a la identidad humana. Por otra parte, el resultado tiene implicaciones prácticas inmediatas para etólogos, psicólogos cognitivos que estudien la percepción humana, neurocientíficos cognitivos que estudien el comportamiento social de los primates, diseñadores de robots humanoides y, por supuesto, diseñadores de personajes humanos de dibujos animados. Referencia: Steckenfinger, S., & Ghazanfar, A. (2009). Monkey visual behavior falls into the uncanny valley Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.0910063106

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Steckenfinger, S., & Ghazanfar, A. (2009) Monkey visual behavior falls into the uncanny valley. Proceedings of the National Academy of Sciences. DOI: 10.1073/pnas.0910063106  

  • October 13, 2009
  • 01:37 PM
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De cómo los humanos perdimos la diversidad genética.

by César Tomé López in Experientia docet

Los humanos actuales se parecen muchísimo entre sí, al menos a nivel genético, en comparación con otros primates. Si se comparan dos personas cualesquiera de rincones opuestos del planeta sus genomas serán mucho más similares que los de cualquier par de chimpancés, gorilas u otro simio de poblaciones diferentes. William Amos y Joseph Hoffman, de la Universidad de Cambridge (Reino Unido), demuestran en un artículo [1] publicado en los Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, que nuestros antepasados perdieron mucha de su diversidad genética en dos cuellos de botella dramáticos que diezmaron terriblemente la población de humanos en el momento en el que salía de África, hace entre 50.000 y 60.000 años. Se sabe desde los años 90 del siglo pasado que los africanos son el grupo más diverso genéticamente del mundo. Los humanos no africanos carecen de muchas variantes genéticas que se encuentran sólo en africanos y, llamativamente, cuanto más lejos de África vive un grupo, menos diversidad tiene en sus genes y en sus rasgos morfológicos, incluyendo la forma del cráneo [2]. La diversidad genética se suele considerar como algo deseable: cuanta más tiene una población, más probabilidad tendrán los individuos de poseer variantes genéticas que les ayudarán a adaptarse mejor a nuevos climas, dietas, y enfermedades potencialmente mortales, como la malaria o la viruela. Muchos científicos son de la opinión de que los humanos que abandonaron África pasaron por un cuello de botella, en el que sólo un pequeño número de individuos tuvo descendencia, reduciendo de esta manera la diversidad genética. Pero, hasta ahora, poca investigación se había hecho para determinar cómo se había perdido la diversidad. Las nuevas y grandes bases de datos genéticos de diversas poblaciones han sido las nuevas herramientas de las que han dispuesto los investigadores para estudiar este problema pero, hasta ahora, su uso ha arrojado resultados poco concluyentes. Un modelo propone que la diversidad genética se perdió en dos cuellos de botella diferentes, en los que grupos de humanos emigrantes de centenares o miles de individuos se vieron diezmados rápidamente por la enfermedad, el hambre, la guerra o alguna otra causa, reduciéndose drásticamente el número de adultos que consiguió tener hijos que sobreviviesen. Otro sugiere que la diversidad genética se redujo paulatinamente como consecuencia de que un grupo inicial de alrededor de 100.000 personas se desplazó alrededor del planeta, dejando atrás gradualmente más y más personas a lo largo del camino. Con la reciente publicación de un gran conjunto de datos de 763 microsatélites (fragmentos de ADN de 1 a 6 nucleótidos que se repiten en el genoma; la variación en el número de repeticiones crea diferentes alelos; se usan como marcadores moleculares en el estudio de poblaciones) de 53 poblaciones del Proyecto Diversidad del Genoma Humano, Amos y Hoffman tenían suficiente número de datos genómicos para comprobar ambos modelos. Usando un programa informático llamado “Bottleneck” (cuello de botella), buscaron la firma de cuellos de botella o efectos fundador en cada población para ver si la pérdida de diversidad ocurrió de forma repentina o gradualmente conforme poblaciones adyacentes se alejaban de África. Los diferentes marcadores genéticos de diversidad disminuyen a diferentes velocidades, creando un desequilibrio. Cuanto mayor el desequilibrio, mayor es la evidencia de un cuello de botella. El equipo descubrió fuertes signos de este desequilibrio entre los alelos poco comunes y la heterocigosis (el hecho de que haya alelos distintos en cromosomas homólogos) en dos poblaciones: una, la que habita hoy en Oriente Medio, y la otra la que vive en Yakutia, en las proximidades del Estrecho de Bering. Esto llevó a los investigadores a postular que el primer cuello de botella tuvo lugar cuando la gente migró de África a Oriente Medio hace entre 50.000 y 60.000 años, y el segundo, a 19.000 kilómetros de distancia, cuando cruzaron el antiguo puente de tierra en lo que ahora es el Estrecho de Bering en su camino hacia las Américas. ¿Qué causó los cuellos de botella? Amos sugiere que obstáculos de cualquier especie (mares, glaciares, montañas) en la ruta desde África a través de Oriente Medio, atravesando los Himalayas y más allá hasta el Estrecho de Bering, que frenasen el avance de muchos migrantes, de tal manera que grupos más pequeños eran los que continuaban para producir la descendencia que habitaría las nuevas partes del planeta. Los cambios en el clima también habrían abierto y cerrado nuevas rutas fuera de África, creando nuevas barreras. Referencias:[1]Amos, W., & Hoffman, J. (2009). Evidence that two main bottleneck events shaped modern human genetic diversity Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences DOI: 10.1098/rspb.2009.1473[2] Gibbons, A. (1995). The mystery of humanity's missing mutations Science, 267 (5194), 35-36 DOI: 10.1126/science.7809607

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  • October 8, 2009
  • 09:33 AM
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La actividad cerebral se incrementa en el momento de la muerte.

by César Tomé López in Experientia docet

Las lecturas eléctricas de siete pacientes que murieron en la unidad de cuidados intensivos del Centro Médico de la Universidad George Washington (EE.UU.) sugieren que el cerebro sufre un aumento acusado de actividad en el momento de la muerte, según un estudio publicado en el Journal of Palliative Medicine por el equipo médico que les atendió, dirigido por Lakhmir S. Chawla. Este resultado sugiere una posible explicación de las llamadas experiencias cercanas a la muerte. El principal objetivo de los cuidados paliativos es hacer el fallecimiento de los pacientes lo menos doloroso y angustioso posible. Dentro de los cuidados paliativos que se estaban dando a los pacientes del estudio, el equipo médico usó para monitorizar su estado monitores de alerta. Estos monitores son dispositivos comerciales diseñados para ayudar a los anestesistas a controlar lo “despiertos” que están los pacientes, y combinan las lecturas electroencefálicas de los lóbulos centrales en una sola señal que refleja el estado de alerta del paciente. En cada uno de los siete pacientes, neurológicamente intactos, el equipo médico se dio cuenta de que en el momento en el que la presión sanguínea caía a cero había un incremento repentino de la actividad cerebral. Esta no es la primera vez que este fenómeno se detecta, pero los informes anteriores eran casos aislados en los que el incremento de actividad podría haber sido debido a una interferencia eléctrica de otras fuentes. En los casos que nos ocupan, los médicos adoptaron las medidas oportunas para garantizar que las fuentes mencionadas como origen de las interferencias no estuviesen presentes. Como explicación del fenómeno sugieren que el incremento repentino fue debido a una despolarización anóxica: un proceso en el que la falta de oxígeno desestabiliza el equilibrio químico a ambos lados de las membranas de las neuronas, lo que conlleva un último estallido de actividad. En este punto es a lo mejor conveniente recalcar que estamos hablando de siete casos, y que no se han empleado equipos de medición neuroeléctrica de un nivel suficiente como para hacer mediciones de precisión, aunque, claro está, tampoco era este el objetivo en una unidad de cuidados intensivos. Es necesaria pues una investigación planificada, con instrumentos adecuados, para poder conocer mejor el fenómeno antes de dar ninguna explicación como totalmente válida. No obstante lo anterior, los investigadores sí se atreven a lanzar una hipótesis sobre las “experiencias cercanas a la muerte”: “Especulamos que aquellos pacientes que sufren un paro cardiaco y que son resucitados con éxito podrían recordar las imágenes y recuerdos provocados por esta cascada [la despolarización anóxica]. Ofrecemos esto como una explicación potencial de la claridad con la que muchos pacientes tienen 'experiencias fuera del cuerpo' cuando se les resucita con éxito de un suceso cercano a la muerte”. Referencia: Chawla, L., Akst, S., Junker, C., Jacobs, B., & Seneff, M. (2009). Surges of Electroencephalogram Activity at the Time of Death: A Case Series Journal of Palliative Medicine DOI: 10.1089/jpm.2009.0159

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Chawla, L., Akst, S., Junker, C., Jacobs, B., & Seneff, M. (2009) Surges of Electroencephalogram Activity at the Time of Death: A Case Series. Journal of Palliative Medicine, 2147483647. DOI: 10.1089/jpm.2009.0159  

  • October 6, 2009
  • 04:40 PM
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De cómo lo absurdo agudiza el ingenio.

by César Tomé López in Experientia docet

¿Has mirado con detalle la imagen escheriana que abre este artículo? ¿Cómo te has sentido nada más verla? Es posible que un poco desorientado, habrá incluso alguien que haya sentido un breve escalofrío. Esta sensación, que Kierkegaard llamó la “sensación del absurdo” y que Freud relacionó con el miedo a la muerte, aparece cuando nos enfrentamos a algo que viola toda lógica y aparece contra toda expectativa. Ahora un estudio sugiere que, paradójicamente, esta misma sensación podría preparar el cerebro para percibir pautas que normalmente no percibiría, ya sea en ecuaciones matemáticas, en el lenguaje, o en el mundo en su conjunto. El trabajo de investigación ha sido publicado en Psychological Science por Travis Proulx, de la Universidad de California en Santa Bárbara (EE.UU.), y Steven Heine, de la Universidad de la Columbia Británica (Canadá). Se sabe desde hace tiempo que las personas nos aferramos a nuestros prejuicios con más fuerza cuando nos sentimos amenazados. Varios estudios han puesto de manifiesto que, tras pensar sobre la inevitabilidad de la propia muerte, la gente se vuelve más nacionalista, más religiosa y menos tolerante con los extraños; que cuando insultan a sus amigos las personas hacen públicas declaraciones de lealtad hacia ellos; que cuando se les dice que han obtenido un mal resultado en un test de cultura general se identifican aún más con su equipo (ganador) favorito. En una serie de artículos Proulx y Heine argumentan que todos estos comportamientos no son más que variaciones de un mismo proceso: el mantenimiento del significado o, por llamarlo con una sola palabra, coherencia. El cerebro evolucionó para predecir, y lo hace identificando pautas. Cuando esas pautas se rompen (como en la imagen de arriba) el cerebro busca a tientas algo, lo que sea, que tenga sentido. La urgencia por encontrar una pauta coherente hace que sea más probable que el cerebro encuentre una. Veamos un ejemplo. Imaginemos un excursionista que está atravesando un bosque espeso, sin caminos, alejado de la civilización decenas de kilómetros, cuando, en mitad de un claro se encuentra un sillón de cuero rojo en perfecto estado. Tras la sorpresa inicial que lleva asociada la “sensación de absurdo”, su primera reacción puede que sea volverse hacia dentro y centrarse en un ritual familiar, como la comprobación de su equipo. Pero también puede dirigir su atención hacia fuera y darse cuenta, por ejemplo, de una pauta en las huellas de animales que hasta ese momento había permanecido oculta. En el último artículo de la serie, Proulx y Heine describen cómo hicieron que 20 estudiantes universitarios leyesen un relato corto de Kafka llamado “El médico rural”. El médico del título acude a una casa porque un niño tiene un dolor de muelas terrible. Una vez que llega a la casa se da cuenta de que el niño no tiene dientes. Los caballos que han tirado de su carruaje empiezan a dar guerra; la familia del niño se enfada; entonces el médico descubre que el niño sí tiene dientes después de todo...y así sigue. La historia es vívida, urgente, absurda: kafkiana. Tras la historia, los estudiantes estudiaron un conjunto de 45 series de 6 a 9 letras, como “X, M, X, R, T, V”. Tras ello se examinaron sobre las series de letras, eligiendo las que creían haber visto entre 60 posibilidades. De hecho las letras estaban relacionadas entre sí, de una manera muy sutil, con mayor probabilidad de que una concreta apareciera antes o después que otra. Este test es una medida estandarizada de lo que los investigadores llaman aprendizaje implícito: el conocimiento que se adquiere sin que nos demos cuenta. Los estudiantes no tenían ni idea de qué pautas su cerebro estaba percibiendo o de lo bien o mal que lo estaban haciendo. Pero realmente lo hicieron bien. Eligieron un 30% más de series de letras y tuvieron casi el doble de acierto en sus elecciones, que un grupo de control que había leído una historia coherente. Según los autores, el hecho de que el grupo que leyó la historia absurda identificase más series de letras sugiere que estaba más motivado para buscar pautas que el otro. Y el hecho de que tuviesen más acierto significaría que están percibiendo nuevas pautas que no serían normalmente percibidas. Dos puntualizaciones se nos antojan oportunas. La primera, nadie sabe si la exposición a lo absurdo puede ayudar con el conocimiento explícito, como memorizar el derecho romano. La segunda, la “sensación del absurdo” puede hacer que determinadas personas vean pautas donde no las hay, lo que las haría más inclinadas a formular teorías conspiratorias, por ejemplo. El ansia por el orden se satisface a sí misma, por lo que parece, independientemente de la calidad de las pruebas. Referencia: Proulx, T., & Heine, S. (2009). Connections From Kafka: Exposure to Meaning Threats Improves Implicit Learning of an Artificial Grammar Psychological Science, 20 (9), 1125-1131 DOI: 10.1111/j.1467-9280.2009.02414.x

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  • October 5, 2009
  • 08:58 AM
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El universo tiene más entropía de lo que se pensaba.

by César Tomé López in Experientia docet

A pesar de lo que pueda parecer con todas esas estrellas que estallan, galaxias que chocan y agujeros negros, el universo es un lugar sorprendentemente ordenado. Los cálculos teóricos hace mucho que muestran que la entropía del universo, una medida de su desorden, no es más que una pequeña fracción de la cantidad máxima que podría llegar a tener. Un nuevo cálculo de la entropía, realizado por Chas Egan de la Universidad Nacional de Australia en Canberra y Charles Lineweaver de la Universidad de Nueva Gales del Sur en Sidney (Australia), mantiene este resultado general pero sugiere que el universo está más desordenado de lo que se pensaba y, por lo tanto, más cerca de su muerte térmica. Los resultados, remitidos al Astrophysical Journal, se publican en arXiv. El análisis de los investigadores australianos indica que la entropía conjunta de todos los agujeros negros supermasivos [en la imagen] en los centros de las galaxias es alrededor de 100 veces mayor de lo que se había calculado anteriormente. Dado que los agujeros negros son los mayores contribuyentes a la entropía universal, el hallazgo sugiere que la entropía del universo es también del orden de 100 veces mayor que las estimaciones anteriores. La entropía cuantifica el número de diferentes estados microscópicos que un sistema físico puede tener a la vez que parece el mismo macroscópicamente. Por ejemplo, una tortilla tiene más entropía que un huevo porque hay más formas en las que las moléculas de una tortilla se pueden disponer y la tortilla seguir siendo una tortilla. Un agujero negro es el campeón de la entropía ya que hay una miríada de formas en las que se puede disponer microscópicamente la materia que ha caído en él, mientras que el agujero negro mantiene los mismos valores numéricos de sus propiedades observables: carga, masa y espín. Los investigadores que habían calculado previamente la suma de la entropía de los agujeros negros habían asumido que, en promedio, cada galaxia alberga un agujero negro de 10 millones de masas solares en su centro. Con este supuesto, habían determinado que los agujeros negros supermasivos aportan una entropía de alrededor de 10102 julios/kelvin. Por contra, Egan y Lineweaver se basaron en nuevos datos que incluían un rango más completo de las masas de los agujeros negros supermasivos en vez de usar simplemente una media. Encontraron que la entropía que aportaba una población pequeña de agujeros negros gigantescos, de 1.000 millones de masas solares, era mucho mayor. El nuevo valor de Egan y Lineweaver para la entropía del universo (10104J/K) es todavía una milbillonésima (10-18) parte de la estimación de entropía máxima. En cualquier caso el nuevo valor indica que el universo está un poco más cerca de la muerte térmica de lo que se creía. Este resultado, por otra parte, nos recuerda que aquí todavía hay un misterio que resolver. La entropía era relativamente pequeña en el universo primitivo (1088J/K), es mayor ahora (10104J/K), pero todavía está muy alejada del máximo (10122J/K). No existe una teoría física que explique por qué la entropía del universo es tan baja. Como dijo Sean Carroll (Caltech; EE.UU.): “El universo está mucho más ordenado de lo que tiene derecho a estar”.Referencia: Chas A. Egan, & Charles H. Lineweaver (2009). A Larger Estimate of the Entropy of the Universe Astrophysical Journal arXiv: 0909.3983v1

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Chas A. Egan, & Charles H. Lineweaver. (2009) A Larger Estimate of the Entropy of the Universe. Astrophysical Journal. arXiv: 0909.3983v1

  • October 3, 2009
  • 12:25 PM
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Hacia la superposición cuántica en organismos vivos.

by César Tomé López in Experientia docet

Investigadores del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica (Alemania) proponen hacer lo que Schrödinger imaginó pero no pudo: poner un organismo vivo en un estado de superposición cuántica. La propuesta, encabezada por Oriol Romero-Isart, ha sido publicada en arXiv. Uno de los experimentos más famosos de la ciencia jamás ha sido realizado: el gato de Schrödinger. En 1935 Erwin Schrödinger, uno de los pioneros de la mecánica cuántica, imaginó lo siguiente: en una caja sellada se colocan un gato, un tarro de ácido prúsico (cianuro de hidrógeno), un átomo radioactivo, un contador Geiger, un relé eléctrico y un martillo. Si el átomo se desintegra, el contador Geiger detecta la radiación resultante y manda una señal que dispara el relé, que suelta el martillo, que rompe el frasco, con lo que el gato muere envenenado. La clave del experimento está en que el proceso de desintegración del átomo es un proceso cuántico. La probabilidad de que el átomo se desintegre en un período determinado es conocida. Lo que no podemos es saber si se ha desintegrado en un momento dado y, por lo tanto, si el gato está vivo o muerto en ese momento; al menos hasta que se abra la caja. El animal existe en una “superposición” en la que está tanto vivo como muerto al mismo tiempo. La intención de Schrödinger era esclarecer las paradojas del mundo cuántico. Pero la superposición (el hecho de que una cosa esté en dos o más estados cuánticos simultáneamente) existe realmente y es, por ejemplo, la base de la computación cuántica. El organismo que el equipo de Romero-Isart tiene en mente es el virus de la gripe. Habrá algún pedante que podría objetar que los virus no están realmente vivos, pero esa sería una argumentación más filosófica que científica, ya que tienen genes y son capaces de reproducirse, una capacidad que pierden si son dañados. La razón para escoger un virus es que es pequeño. La superposición de verdad (a diferencia de la del gato en la caja) es más fácil con objetos pequeños, ya que hay menos vías por las que puede romperse la superposición. Los físicos ya han puesto fotones, electrones, átomos e incluso moléculas enteras en este estado y medido el resultado. Desde la perspectiva de los investigadores un virus no sería otra cosa que una molécula particularmente grande, por lo que podrían usarse las técnicas existentes con éxito. Aparte del tamaño, la otra cosa que ayuda a mantener la superposición es una temperatura muy baja. Cuanto menos se mueva y vibre algo debido a la temperatura (que es una medida del nivel de energía del sistema), más tiempo puede permanecer en superposición. Romero-Isart et al. proponen por tanto poner el virus dentro de una cavidad microscópica y enfriarlo hasta su estado de menor energía (su estado fundamental) usando un dispositivo llamado trampa láser. Esta ingeniosa técnica (que supuso el Nobel para sus inventores, entre ellos Steven Chu, actual secretario de energía de los Estados Unidos) funciona bombardeando un objeto con luz láser a una frecuencia justo por debajo de la que absorbería y reemitiría si estuviera estacionario. Esto ralentiza el movimiento, y por consiguiente la temperatura, de sus átomos hasta una fracción de grado por encima del cero absoluto. Una vez que eso esté hecho, otro pulso láser empujará el virus de su estado fundamental a un estado excitado, de la misma forma en que un sólo átomo se excita moviendo uno de sus electrones de un orbital más bajo a otro más alto energéticamente. La clave del experimento está en la aplicación de este pulso láser, si se hace adecuadamente dejaría el virus, según los autores del artículo, en una superposición de sus estados fundamental y excitado. Para poder llevar a cabo el experimento el virus elegido debe reunir ciertas características físicas. Deberá ser un aislante y transparente a la luz láser que deberá aplicarse. Y además debe ser capaz de sobrevivir en el vacío. Esos virus existen. El virus de la gripe es un ejemplo. Su resistencia es legendaria, puede sobrevivir a la exposición al vacío, y parece ser que es aislante, razones por las que los investigadores lo han escogido. Si el experimento funciona con un virus, esperan reproducirlo con algo que, indiscutiblemente, está vivo: un tardígrado. Los tardígrados son poliextremófilos y son capaces de sobrevivir en entornos extremos que matarían a cualquier otro animal. Algunos pueden sobrevivir a temperaturas a décimas del cero absoluto, a temperaturas tan altas como 151ºC, a 1.000 veces más radiación que un humano, a cerca de un año sin agua e incluso al vacío del espacio. A Schrödinger seguramente le habría hecho mucha gracia saber hasta qué extremos llegaría su jeu d’esprit. [Imagen: Schrödinger’s Cat por Jie Qi] Referencia: Oriol Romero-Isart, Mathieu L. Juan, Romain Quidant, & J. Ignacio Cirac (2009). Towards Quantum Superposition of Living Organisms n/a arXiv: 0909.1469v2

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Oriol Romero-Isart, Mathieu L. Juan, Romain Quidant, & J. Ignacio Cirac. (2009) Towards Quantum Superposition of Living Organisms. n/a. arXiv: 0909.1469v2

  • October 2, 2009
  • 09:37 AM
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Identificado otro fármaco que podría prevenir las enfermedades del envejecimiento y alargar la vida.

by César Tomé López in Experientia docet

Inutilizando un gen implicado en una importante vía de comunicación bioquímica en ratones se ha descubierto una forma de imitar los conocidos efectos antienvejecimiento de la restricción calórica: vida más larga y más saludable. Este hallazgo, publicado en Science por un equipo liderado por Dominic Withers del University College de Londres, ofrece una prometedora diana terapéutica para los muchos problemas asociados con la edad. Hace ya tiempo que es conocido que la restricción calórica alarga la vida y reduce la incidencia de las enfermedades relacionadas con la edad en una amplia variedad de organismos, desde las levaduras y los nemátodos (gusanos redondos) a los roedores y primates. No está claro, sin embargo, cómo una dieta nutricionalmente completa pero radicalmente restringida logra estos beneficios. Pero recientemente varios estudios han dado pruebas de que un proceso de transmisión de señales bioquímicas en concreto, que implica a una proteína llamada diana de la rapamicina (TOR, por sus siglas en inglés), puede jugar un papel clave. Este proceso actúa como una especie de sensor de comida, ayudando a regular la respuesta metabólica del cuerpo a la disponibilidad de nutrientes. El equipo científico se percató de que los ratones jóvenes con una versión inactiva de la enzima cinasa S6-1 (S6K1), que es activada directamente por la TOR, mostraban mucho parecido con los ratones que seguían una dieta restringida calóricamente: eran más delgados y tenían mayor sensibilidad a la insulina que los ratones normales. Para averiguar si estos beneficios persistían en edades más avanzadas y si los ratones vivirían más, los investigadores criaron dos grandes grupos de ratones modificados genéticamente que carecían de una versión funcional del gen de la S6K1. Un grupo vivió sus vidas tranquilamente, dando una medida de la duración natural de su vida. El otro grupo fue sometido a una amplia batería de pruebas de estado metabólico y de rendimiento cognitivo y motor. En las hembras, los resultados fueron importantes. Las ratonas modificadas genéticamente vivieron sustancialmente más que las normales. Con una edad de 600 días (sobre los 40 años humanos) obtenían resultados excelentes en las pruebas de rendimiento motor, superando a las ratonas normales en equilibrio, fuerza y coordinación. También eran más curiosas y capaces a la hora de explorar nuevos entornos, lo que sugiere una mejor función cognitiva. Las medidas fisiológicas también indicaban una salud mejor: las modificadas genéticamente tenían huesos más fuertes, mejor sensibilidad a la insulina y células inmunitarias más robustas. Aunque los machos modificados genéticamente no tenían una vida más larga, sí que compartían los beneficios para la salud de las hembras. Los efectos de la inactivación de la S6K1 fueron similares a los de la restricción calórica, aunque menos pronunciados. Las hembras sin S6K1 vivieron hasta un 20% más que las ratonas normales; el incremento de la longevidad con restricción calórica puede llegar al 50%. La importancia de estos resultados se comprende mejor si tenemos en cuenta el descubrimiento hecho en julio de que la rapamicina alarga la vida de los ratones, interfiriendo en la misma ruta bioquímica inhibiendo la TOR. Aunque la rapamicina tenía un efecto pronunciado en la longevidad y la salud, su uso en humanos está limitadísimo por los riesgos que supone su potente capacidad inmunodepresora. Los resultados de Withers et al. indican que el tener como diana a la S6K1 directamente puede evitar estos efectos secundarios, con similares efectos. El nuevo estudio también señala a otra proteína del proceso bioquímico de transmisión de señales de la TOR, la AMPK (proteincinasa activada por AMP), aún más aguas abajo que la S6K1, como una diana terapéutica potencial clave. El papel de la AMPK es extremadamente ilusionante ya que es activada por la metformina [en la imagen], un conocido fármaco para el tratamiento de la diabetes tipo 2. Esto significaría que sería posible en los próximos años diseñar ensayos clínicos para comprobar la capacidad de la metformina para prevenir las enfermedades relacionadas con la edad. Por favor, tenga en cuenta que esto es sólo un primer resultado de la investigación con ratones. NO SE AUTOMEDIQUE. Consulte a su médico. Referencia: Selman, C., Tullet, J., Wieser, D., Irvine, E., Lingard, S., Choudhury, A., Claret, M., Al-Qassab, H., Carmignac, D., Ramadani, F., Woods, A., Robinson, I., Schuster, E., Batterham, R., Kozma, S., Thomas, G., Carling, D., Okkenhaug, K., Thornton, J., Partridge, L., Gems, D., & Withers, D. (2009). Ribosomal Protein S6 Kinase 1 Signaling Regulates Mammalian Life Span Science, 326 (5949), 140-144 DOI: 10.1126/science.1177221

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Selman, C., Tullet, J., Wieser, D., Irvine, E., Lingard, S., Choudhury, A., Claret, M., Al-Qassab, H., Carmignac, D., Ramadani, F.... (2009) Ribosomal Protein S6 Kinase 1 Signaling Regulates Mammalian Life Span. Science, 326(5949), 140-144. DOI: 10.1126/science.1177221  

  • September 29, 2009
  • 01:28 PM
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Duplicación y evolución, los mecanismos de la vida, ya habrían estado presentes en la química prebiótica.

by César Tomé López in Experientia docet

El que la vida se base en la duplicación de macromoléculas es algo que damos por sentado. Pero ¿Por qué es esto así habiendo otras alternativas? Hisashi Ohtsuki de la Agencia de Ciencia y Tecnología de Japón y Martin Nowak de la Universidad de Harvard (EE.UU.) han presentado la comparación entre dos modelos en los que un sistema puramente químico en el que tienen lugar procesos de polimerización al azar (a este sistema lo llaman previda) da lugar a, por un lado, moléculas catalizadoras (previda catalítica) y, por otro, construye cadenas que se duplican (duplicadores). Los resultados explican por qué la duplicación es más eficiente y es la opción de crecimiento molecular en la que se basa la vida. Por otra parte muestra que la selección natural, la evolución, empezó antes que la propia vida. Su trabajo ha sido publicado en los Proceedings of the Royal Society B. En este modelo, la previda está constituida por dos tipos de monómeros (0 y 1) que se unen al azar para formar cadenas de polímeros. Añadiendo un 0 ó un 1, se producen cadenas más largas a partir de otras más cortas. Los investigadores crearon un árbol de la previda sencillo basándose en este proceso de crecimiento, donde un 0 ó un 1 se añade al final de la cadena precedente para crear una más larga [en la imagen]. Aunque comienza con un solo monómero, este árbol de la previda tiene infinitas estirpes. En la primera variante del modelo algunas de estas secuencias de la previda serán catalizadores, y podrán mejorar ciertas reacciones en la previda. Los catalizadores más abundantes serán aquellos que, específicamente, incrementen la velocidad a la que los monómeros se añaden a las cadenas en las reacciones específicas que los crean. Por ejemplo, si 0100 es un catalizador que cataliza los procesos 0 -01, 01-010 y 010 - 0100, será más abundante que otro como 1000 que sólo catalice 10-100 y 100-1000. A los catalizadores como 0100 los llaman los investigadores “cadenas prebióticas perfectamente catalizadas” (CPPC). La competencia entre la previda y la previda catalítica por los monómeros disponibles crea unos determinados umbrales de selección que limitan el tamaño de las cadenas. Los investigadores determinaron que la actividad catalítica de una cadena debe aumentar exponencialmente con la longitud de la propia cadena para permitir que mantenga unos niveles altos de abundancia; si no se incrementa la actividad catalítica la cadena más larga se hace menos abundante. En la segunda variante algunas cadenas de la previda llegarán a ser duplicadores. La diferencia de funcionamiento entre un duplicador y un CPPC es que el catalizador se une a una cadena incrementando la velocidad a la que se añade un monómero para después separarse, mientras que un duplicador se mantiene unido a la cadena en crecimiento. En la competencia entre la previda y los duplicadores, el umbral de actividad duplicadora converge en un valor fijo, lo que sugiere que incluso los duplicadores largos pueden mantener su abundancia alta. Si la previda da lugar a catalizadores y duplicadores provocando la competencia entre los sistemas, la capacidad de alcanzar mayor longitud de los duplicadores, o lo que es lo mismo, la existencia de mayor número de duplicadores activos en competencia con los catalizadores, es lo que daría su ventaja a los duplicadores. Esto no es más que una forma de la selección natural. La selección natural ya estaba pues presente cuando la química se convirtió en vida, una vida que se basaría en la duplicación y la evolución.[Imagen cortesía de Ohtsuki y Nowak]Referencia: Ohtsuki, H., & Nowak, M. (2009). Prelife catalysts and replicators Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 276 (1674), 3783-3790 DOI: 10.1098/rspb.2009.1136

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Ohtsuki, H., & Nowak, M. (2009) Prelife catalysts and replicators. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 276(1674), 3783-3790. DOI: 10.1098/rspb.2009.1136  

  • September 26, 2009
  • 02:56 PM
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El impacto de un cometa explicaría el origen de las primeras proteínas y por qué los aminoácidos terrestres son de izquierdas.

by César Tomé López in Experientia docet

A la hora de explicar el origen químico de la vida, salvada la aparición de las primeras moléculas, destacan dos dificultades importantes: por un lado cómo se originaron las primeras moléculas complejas, los primeros polímeros que darían lugar a las proteínas, y por otro por qué la vida en la Tierra sólo emplea aminoácidos levógiros. Un equipo del Instituto SETI aporta una posible solución a ambas preguntas: el impacto de un cometa.Cuando se discute las distintas posibilidades del origen de la vida en la Tierra, tarde o temprano se termina hablando de los aminoácidos. La vida en la Tierra usa 20 de ellos para construir miles y miles de proteínas diferentes que realizan un número proporcional de funciones diferentes en las células, por lo que su importancia es evidente. En muchos de los experimentos que se hacen para intentar averiguar cuales fueron los primeros pasos de la evolución química, los investigadores se dan por muy satisfechos si en alguno de ellos aparece alguno de estos aminoácidos. Las noticias de su detección en un cometa o en una nube interestelar copan los titulares de los medios de divulgación científica, siempre acompañados por la coletilla “posibilidad de la existencia de vida” Y, sin embargo, la mera presencia de aminoácidos no es suficiente, es necesario que se unan entre sí y esto, aparentemente tan sencillo, no lo es. El enlace peptídico, el que se produce entre la parte amino de un aminoácido con la ácido de otro para formar las cadenas (péptidos) que terminarán formando proteínas, no es espontáneo a las temperaturas ordinarias, existe una barrera energética, es decir, una cantidad de energía que hay que aportar para que la reacción tenga lugar, es lo que se llama energía de activación. Los químicos emplean para facilitar las reacciones en los laboratorios unas sustancias llamadas catalizadores cuya función es reducir la energía de activación. Los organismos vivos recurren al uso de catalizadores naturales, llamados enzimas. Pero los enzimas son ellos mismos proteínas. ¿Cómo empezó pues la polimerización de los aminoácidos? Otro misterio es por qué la vida usa aminoácidos levógiros cuando de forma natural existen dextrógiros (giran la luz polarizada a la derecha) y levógiros (giran la luz polarizada a la izquierda). Esto es a lo que nos referimos cuando hablamos de quiralidad. Una respuesta a ambas preguntas puede que venga del espacio exterior: Jennifer Blank y sus colegas del Instituto SETI (EE.UU.) estudian los cometas y el efecto de sus impactos en la formación de moléculas complejas de una quiralidad determinada. Una forma de conseguir estas moléculas es hacer los aminoácidos en el espacio y que vengan a la Tierra a bordo de meteoritos y cometas. Hay muchas pruebas de que los meteoritos transportan aminoácidos. Y hace muy poco, se descubrió un aminoácido en el material de un cometa que fue traído por la sonda Stardust de la NASA. El equipo de Blank quería saber qué les pasaba a estas biomoléculas cuando su “cápsula espacial” cometaria se estrellaba en la Tierra. ¿Por qué un cometa y no un meteorito? Para empezar, porque el impacto de un cometa es menos “agresivo” que el de un meteorito, ya que los meteoritos son menos densos, lo que significa que el impacto genera temperaturas y presiones menores. En segundo lugar, los cometas transportan agua, que es clave para las reacciones químicas que dan lugar a la vida tal y como la conocemos. Cuando el cometa se estrella, su hielo se derrite formando un charco en el lugar del impacto, si éste es terreno seco (en el mar toda los productos se diluyen y no hacemos nada). Hasta aquí la teoría, ¿cómo se puede confirmar la validez de esta hipótesis a nivel experimental? Para simular un cometa impactando con la Tierra, Blank et. al disparan una bala dentro de un contenedor de metal del tamaño de una lata de conservas. En esta situación, el contenedor es el cometa y la bala la dura tierra. Dentro del contenedor hay una pequeña cámara del tamaño de una moneda, en la que se deposita una muestra líquida de moléculas orgánicas. Tras el impacto y tras asegurarse de que no ha habido filtraciones, la cámara se extrae con mucho cuidado a través de un dispositivo que garantiza que no se contamina. En 2001 el equipo ya informó en un artículo publicado en Origins of Life and Evolution of Biospheres, para sorpresa de muchos, que los aminoácidos colocados en el simulador cometario estaban todavía intactos tras el impacto. Normalmente, las temperaturas cercanas a los 600 º C dentro del “cometa estrellado” destruirían los aminoácidos. Pero, aparentemente, la temperatura sube y baja tan rápidamente que a las moléculas nos le da tiempo de reaccionar. La altísima presión, 10.000 atmósferas, también puede contribuir a que la descomposición no tenga lugar. Sin embargo, los aminoácidos hicieron algo más que sobrevivir. También comenzaron a reaccionar entre sí para formar cadenas de hasta 5 aminoácidos de largo. Es concebible que el impacto de un cometa produjese las primeras piezas rudimentarias de las proteínas, los péptidos, y que de esta forma se echase a rodar la bola. En lo que respecta a la quiralidad, Blank piensa que podría haber una diferencia en cómo se enlazan los aminoácidos en las condiciones del impacto. Los aminoácidos levógiros (de izquierdas) tendrían mayor facilidad para enlazarse a otros levógiros que a un dextrógiro o que los dextrógiros entre sí. Esta preferencia, si existe, explicaría el exceso enantiomérico (hay más de izquierdas que de derechas) en los restos del impacto. Según esta hipótesis en este hecho estribaría la explicación de porqué la vida en la Tierra usa abrumadoramente aminoácidos levógiros. Los trabajos para la confirmación experimental de la hipótesis están en marcha.Referencia: Blank, J., Miller, G., Ahrens, M., & Winans, R. (2001). Experimental Shock Chemistry of Aqueous Amino Acid Solutions and the Cometary Delivery of Prebiotic Compounds Origins of Life and Evolution of the Biosphere, 31 (1/2), 15-51 DOI: 10.1023/A:1006758803255
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  • September 25, 2009
  • 10:26 AM
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La falta de sueño puede favorecer la aparición de Alzheimer.

by César Tomé López in Experientia docet

Un nuevo estudio ha encontrado una conexión entra la falta de sueño y los niveles de beta amiloide, la molécula que juega un papel fundamental en el desarrollo de la enfermedad de Alzheimer. El estudio, liderado por David Holtzman de la Universidad Washington en San Luis (EE.UU.), aparece publicado en Science. Tanto en humanos como en ratones, los niveles del péptido beta amiloide [en la imagen] aumentan durante las horas de vigilia y disminuyen durante el sueño, según han podido comprobar los investigadores. También han podido constatar que los ratones a los que se privaba de sueño tenían una tendencia mayor a desarrollar placas (depósitos) de beta amiloide, iguales a las que se encuentran en los cerebros de pacientes con Alzheimer. Aunque no está probado de forma concluyente, estos hallazgos sugieren que los trastornos del sueño podrían ser un factor de riesgo para el Alzheimer. Desde un punto de vista más positivo, también apuntan a nuevas formas de tratamiento. Existen bastantes indicios que sugieren que beta amiloide natural se va acumulando en el cerebro durante muchos años en la gente que termina desarrollando la enfermedad de Alzheimer, comenzando mucho antes de que la persona empiece a mostrar síntomas de pérdida de memoria. Sin embargo, se sabe muy poco de qué factores podrían influir en los niveles de este péptido en el cerebro. Para conocer más sobre estos factores el equipo de Holtzman llevó a cabo una serie de experimentos con ratones a los que insertaron un pequeño tubo en el cerebro para recoger muestras del fluido que circula por el espacio intercelular. En las muestras tomadas en el hipocampo, una zona del cerebro que es crítica para la memoria y que es una de las primeras en verse afectadas por el Alzheimer, los investigadores encontraron que los niveles de beta amiloide alcanzaban un máximo cuando los animales estaban despiertos y caían cuando estaban dormidos. La misma pauta se encontró en 10 voluntarios humanos que accedieron a que se tomaran muestras de su líquido cerebroespinal. Los investigadores también comprobaron los efectos de la privación crónica de sueño en ratones que están genéticamente predispuestos a desarrollar placas de beta amiloide. Para mantener a los ratones despiertos, los colocaban en pequeñas plataformas rodeadas de agua, sin espacio para tumbarse a dormir. Los ratones que permanecieron despiertos durante 20 horas al día durante 3 semanas desarrollaron más placas de beta amiloide que los que habían descansado bien. Por otra parte un fármaco que bloquea los receptores de las hipocretinas A y B, unas hormonas que ayudan a permanecer despierto y que se producen en el hipotálamo, reducía la formación de placas en la misma cepa de ratones. Estos hallazgos sugieren que las personas que sufren de privación de sueño crónica podrían tener niveles más altos de beta amiloide, lo que las haría más susceptibles de padecer la enfermedad de Alzheimer. Hemos de recalcar que estos interesantes resultados son muy preliminares y dan sólo otro rayito de esperanza. Pero es muy importante comprender que aún no se pueden sacar conclusiones para los humanos. No se automedique. En caso de duda, consulte con su médico.Referencia: Kang, J., Lim, M., Bateman, R., Lee, J., Smyth, L., Cirrito, J., Fujiki, N., Nishino, S., & Holtzman, D. (2009). Amyloid- Dynamics Are Regulated by Orexin and the Sleep-Wake Cycle Science DOI: 10.1126/science.1180962

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Kang, J., Lim, M., Bateman, R., Lee, J., Smyth, L., Cirrito, J., Fujiki, N., Nishino, S., & Holtzman, D. (2009) Amyloid-  Dynamics Are Regulated by Orexin and the Sleep-Wake Cycle. Science. DOI: 10.1126/science.1180962  

  • September 24, 2009
  • 09:03 AM
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La irreversibilidad de la evolución probada a nivel molecular.

by César Tomé López in Experientia docet

El tiempo siempre va hacia adelante y lo mismo hace la evolución, según un nuevo estudio que muestra que los cambios en una proteína ocurridos en el transcurso de decenas de millones de años impiden la marcha atrás molecular haciendo la evolución irreversible. El trabajo publicado en Nature por un equipo de investigadores dirigido por Joseph Thornton, de la Universidad de Oregon en Eugene (EE.UU.) no sólo muestra cómo la evolución no puede ir para atrás, también proporciona un mecanismo detallado de por qué. Hace más de un siglo, el paleontólogo Louis Dollo propuso que la evolución no puede desandar sus pasos para recuperar una característica perdida, una idea que no todo el mundo acepta. La llamada ley de Dollo parece evidente a nivel macroscópico: las ballenas y las serpientes no recuperan sus patas, los pájaros no recuperan sus dientes, etc. Pero recientemente, algunos estudios han mostrado que se pueden reactivar genes silenciados y programas de desarrollo durmientes, lo que ha llevado a muchos investigadores a creer que la evolución puede volver sobre sí misma. El equipo de Thornton decidió comprobar la ley de Dollo a nivel molecular. Se centraron en el receptor de glucocorticoides (GR, por sus siglas en inglés), una proteína que se une a la hormona cortisol para regular la respuesta al estrés entre otras funciones en los vertebrados, incluidos los humanos. En una investigación anterior, el grupo de Thornton ya había mostrado que la primera proteína GR evolucionó hace unos 440 millones de años a partir de una proteína receptora que se activaba por tres hormonas: cortisol, aldosterona y desoxycorticoesterona. En el transcurso de 40 millones de años, esta proteína precursora [en azul en la imagen] sufrió 37 alteraciones (mutaciones) en sus aminoácidos, para convertirse en la proteína GR moderna [en naranja en la imagen] que sólo es activada por el cortisol. Los investigadores hallaron que 7 de las mutaciones afectaban específicamente a la unión con el cortisol. A continuación eliminaron estas mutaciones y comprobaron que el receptor no era funcional y no se unía a ninguna hormona. Para determinar si otras mutaciones podrían tener un efecto en la función del receptor, el equipo se concentró en la estructura tridimensional de la proteína e identificó cinco mutaciones adicionales. Estas mutaciones extra no afectan a la especificidad de la unión receptor-cortisol pero impiden que éste funcione adecuadamente. Cuando los investigadores eliminaron estas mutaciones sustituyéndolas por los aminoácidos de la proteína precursora, la GR recuperaba la funcionalidad de ésta y podía unirse a cualquiera de las tres hormonas. Aunque es técnicamente posible que los cambios moleculares vuelvan atrás, el deshacer las cinco mutaciones extra sin considerar los otros siete cambios tuvo consecuencias negativas o neutras en la funcionalidad de la proteína, por lo que esto no sería favorecido por la evolución. En otras palabras, dado que estas cinco mutaciones sólo permiten el enlace, pero ellas mismas no deciden a qué se une la proteína, no existe presión selectiva para invertir estas mutaciones. Estas mutaciones adicionales pueden seguir mutando, lo que significa para la proteína quemar de forma efectiva el puente por el que acaba de pasar. Esta demostración de la irreversibilidad a esta escala temporal no es del todo sorprendente. La evolución parece que sigue un curso irreversible desde un punto de vista macro. Desde un punto de vista micro, con escalas temporales de años, sin embargo, sí puede haber reversibilidad, como demostró el grupo de Michael Rose (Universidad de California en Irvine; EE.UU.) cuando consiguió que moscas de la fruta que habían evolucionado diferenciándose durante décadas de selección volviesen a su estado inicial tras sólo dos años de selección inversa. [Imagen cortesía de Eric Ortlund] Referencia: Bridgham, J., Ortlund, E., & Thornton, J. (2009). An epistatic ratchet constrains the direction of glucocorticoid receptor evolution Nature, 461 (7263), 515-519 DOI: 10.1038/nature08249

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  • September 23, 2009
  • 03:38 PM
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Estructura familiar y madurez sexual temprana de los adolescentes: ¿cuál es la causa y cuál el efecto?

by César Tomé López in Experientia docet

Post hoc ergo propter hoc (después de esto, por tanto a consecuencia de esto) es el nombre que se le da a una falacia lógica que consiste en suponer que una cosa es la causa de otra simplemente porque una pasó después de la otra. Esto es lo que podría haber pasado con los estudios del efecto de la estructura familiar sobre la madurez reproductiva de los adolescentes. Un estudio publicado en Child Development por un equipo dirigido por Jane Mendle, de la Universidad de Oregón (EE.UU.), asegura que la madurez sexual temprana de los adolescentes tiene una base genética más que ambiental y que, de hecho, el ambiente habitualmente considerado como causa, en concreto el abandono del hogar por parte del padre, es también una consecuencia de esos mismos genes. Es un hecho estadístico que las chicas que crecen sin sus padres en casa alcanzan la madurez sexual antes que las chicas que viven con ellos. Las estadísticas también nos dicen que desarrollarse pronto tiene consecuencias negativas para estas chicas: es más probable que sufran de depresión, odien sus cuerpos, se vean implicadas en prácticas sexuales de riesgo y se queden embarazadas cuando aún son adolescentes. Podría ser una simple cuestión de no tener tanta supervisión, en especial los suspicaces ojos de un padre vigilando a su hija. O podría ser una compleja respuesta fisiológica al estrés, en la que las chicas adaptan su estrategia reproductiva a sus circunstancias. Si la vida es dura, dice la teoría, puede que tengan una necesidad evolutiva de reproducirse lo antes posible. No olvidemos que el único objetivo de un ser vivo es que sus genes pasen a la siguiente generación, cuantos más mejor, y que la supervivencia del individuo es sólo un medio para este fin. El mundo animal sugiere que el efecto de la ausencia del progenitor macho no es exclusivo de los humanos. Los ratones, cerdos, cabras e incluso algunos primates jóvenes reciben señales de sus parientes que inhiben el desarrollo sexual; un macho extraño en el grupo, por el contrario, acelera las cosas. La investigación en humanos ha mostrado que las chicas que crecen con padrastros maduran incluso más rápidamente que las niñas sin padre y que los hermanastros también tienen un efecto medible. Frente a estos datos que apuntan a una clara influencia ambiental, Mendle et al. sugieren otra causa: los genes. Específicamente, los mismos genes que podrían hacer que un padre tuviese más probabilidad de ser de los que dejan a su familia podrían estar también detrás del desarrollo sexual temprano. Los investigadores llegaron a esta conclusión tras analizar los datos recogidos a través de la Encuesta Longitudinal de la Juventud de los Estados Unidos (NLSY, por sus siglas en inglés). Se escogieron 1.382 sujetos, chicos y chicas, cada uno de los cuales estaba relacionado al menos con otro sujeto a través de su madre. La mayor parte de las madres eran parejas de hermanas, algunas gemelas idénticas, en este caso los sujetos del estudio eran primos hermanos, o primas hermanas criadas juntas, y en este caso los sujetos del estudio eran primos segundos. Los cuestionarios de la NLSY preguntan a las madres acerca de una amplia variedad de temas, incluyendo si el padre de sus hijos vive con ellas. Fueron encuestadas cada año desde 1979 a 1994 y desde entonces cada dos años. A los niños se les pasan cuestionarios específicos anuales desde que cumplen los 14 años, que incluyen la pregunta de si han mantenido ya relaciones sexuales. Lo que los investigadores querían saber era si la edad a la que un adolescente (ambos sexos incluidos) mantenía relaciones sexuales por primera vez era algo habitual en la familia, independientemente de si el padre la había abandonado o no. Para averiguarlo compararon adolescentes que habían crecido sin sus padres con primos cuyos padres seguían en casa. El razonamiento era que si el efecto ambiental de la ausencia paterna era la causa de la madurez temprana de los niños debería ser visible en los datos. Pero no. De hecho, cuanto más cercano era el parentesco de los primos (por tener madres que eran gemelas, por ejemplo) más próxima era la edad de la primera relación sexual. Esto se comprobaba tanto para varones como para mujeres. Según los autores la causalidad sería la inversa a la que se ha venido suponiendo: los mismos factores genéticos que influyen en la edad a la que un adolescente tiene su primera relación sexual también afectarían a la probabilidad de que crezcan en un hogar sin sus padres. Podría ser algo tan simple como que los genes causen una pubertad temprana, lo que llevaría a una experimentación sexual temprana, embarazos no deseados y a un compañero que realmente no se ha escogido y con el que no se quiere pasar el resto de la vida. Y estos genes serían los que heredan los hijos, iniciando un nuevo ciclo. Lo que parecía la causa, ahora es el efecto. Referencia: Mendle, J., Harden, K., Turkheimer, E., Van Hulle, C., D’Onofrio, B., Brooks-Gunn, J., Rodgers, J., Emery, R., & Lahey, B. (2009). Associations Between Father Absence and Age of First Sexual Intercourse Child Development, 80 (5), 1463-1480 DOI: 10.1111/j.1467-8624.2009.01345.x

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Mendle, J., Harden, K., Turkheimer, E., Van Hulle, C., D’Onofrio, B., Brooks-Gunn, J., Rodgers, J., Emery, R., & Lahey, B. (2009) Associations Between Father Absence and Age of First Sexual Intercourse. Child Development, 80(5), 1463-1480. DOI: 10.1111/j.1467-8624.2009.01345.x  

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