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Experientia docet
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- 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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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
- 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
- September 22, 2009
- 09:36 AM
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La música cambia nuestra percepción visual del mundo o porqué la música nos emociona.
by César Tomé López in Experientia docet
Mientras escribo estas líneas estoy escuchando unos lieder de Haydn cantados, como es lógico, en alemán. Si bien no entiendo la letra, disfruto mucho de la música, y siendo unas canciones alegres consiguen ponerme de buen humor. Igual nos ha pasado a todos alguna vez con una canción pop, rock o rap (no digamos un aria de ópera) que, aunque no entendamos qué dice la letra, ha conseguido emocionarnos. Y emocionarse es alterar la forma en que percibimos los mismos hechos objetivos. ¿Hasta qué punto influye la música en la forma en que percibimos el mundo? Y ¿de dónde proviene esa influencia? Para responder a la primera pregunta veamos un artículo publicado en Neuroscience Letters por Nidhya Logerwaran y Joydeep Bhattacharya de la Universidad de Londres (Reino Unido), en el que se da cuenta de los resultados de un estudio según el cual la música afecta a cómo se perciben las imágenes, incluso cuando la música ha cesado. En el experimento, 30 voluntarios escucharon una serie de piezas musicales clasificadas como “alegres” o “tristes”. Tras escuchar la grabación los sujetos veían la fotografía de una cara durante 1 segundo. A algunos se les mostraba una fotografía de una persona “alegre” (la persona estaba sonriendo) y a otros se les enseñaban caras con expresiones tristes o neutras. A los participantes se les pedía que evaluasen el contenido emocional de la cara según una escala del 1 al 7, en la que 1 significaba extremadamente triste y 7 extremadamente alegre. Los investigadores encontraron que la música influía poderosamente en las evaluaciones emocionales de las caras. La música alegre hacía que las caras alegres pareciesen aún más alegres y la triste aumentaba la tristeza percibida en las tristes. Un efecto similar se encontró con las caras neutras. Este resultado que puede parecer trivial no lo es en absoluto. En efecto, dos conclusiones importantes se extraen de este estudio. En primer lugar, que las emociones provocadas por la música son “intermodales”, es decir, se contagian fácilmente de un sentido a otro. Esto no es del todo nuevo, ya se sabía que la música puede influir en la percepción de estímulos visuales cuando se presentan simultáneamente, pero este estudio ha sido el primero en demostrar que las emociones evocadas por la música influyen en la percepción del contenido emocional de estímulos visuales que se presentan a posteriori. En segundo lugar, estos resultados vienen a reforzar la idea de que el procesamiento emocional tiene lugar fuera de la consciencia, en vez de estar basado en juicios y decisiones. La música estaría pues relacionada con los automatismos de nuestro cerebro. Abordemos ahora la segunda cuestión de las que proponíamos al principio. Aunque probablemente parezca obvio que la música provoca emociones, no está claro porqué. ¿Por qué escuchar música es diferente a escuchar hablar a alguien, o a escuchar los sonidos de los animales o a escuchar el camión de la basura? ¿Por qué es agradable escuchar música? ¿Por qué nos influye emocionalmente? Puede que la respuesta nos la dé nuestro origen evolutivo. La mayor parte de los estímulos evocadores de emociones en la vida de nuestros antepasados habrían sido los provenientes de las caras y los cuerpos de sus congéneres, y si uno encuentra artefactos humanos que poseen un alto poder evocador, es una buena suposición pensar que dichos artefactos deben parecer o sonar humanos de alguna manera. Siendo la música tan evocadora emocionalmente podríamos concluir que la música, a diferencia de otros sonidos, contiene elementos claramente humanos. La cuestión, por supuesto, es cuáles son esos elementos. Un candidato es nuestro discurso expresivo: quizás la música no sea más que una forma abstracta de lenguaje. Pero esto no parece muy probable, de hecho la mayor parte de la emoción del lenguaje está en el significado, lo que explica que un discurso o el recitado de un poema en una lengua desconocida no despierten emociones en nosotros. Pero hay un segundo comportamiento expresivo auditivo que los humanos realizan: nuestros propios movimientos corporales. El que los movimientos humanos son la base fundamental de la música es una conjetura que ya hicieron los griegos. El sistema auditivo es capaz de dar sentido a los sonidos de la gente que se mueve a nuestro alrededor: los zapatazos de alguien que camina enfadado, los roces de alguien que se acerca a hurtadillas, un corazón que palpita con tranquilidad o con excitación, etc. Esta capacidad para interpretar los sonidos emocionalmente es un proceso completamente inconsciente, automático. Algunos de estos movimientos y sus sonidos asociados generan emociones positivas (evocan imágenes de actos agradables), mientras que otros podrían asociarse rápidamente con el miedo y la ansiedad (por ejemplo, el sonido de alguien corriendo o realizando un movimiento acelerado, te hace preguntarte inconcientemente de qué huye o qué le ataca). Según esta idea, si la música sonase como los movimientos expresivos humanos justificaría que fuese tan fácilmente interpretada por nuestro cerebro. En otras palabras, la música habría sido seleccionada culturalmente para sonar, sin que reparemos en ello, como un humano emocionalmente expresivo. Referencia: Logeswaran, N., & Bhattacharya, J. (2009). Crossmodal transfer of emotion by music Neuroscience Letters, 455 (2), 129-133 DOI: 10.1016/j.neulet.2009.03.044
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Logeswaran, N., & Bhattacharya, J. (2009) Crossmodal transfer of emotion by music. Neuroscience Letters, 455(2), 129-133. DOI: 10.1016/j.neulet.2009.03.044
- September 21, 2009
- 04:44 PM
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¿Es el concepto de "célula madre" el nuevo flogisto?
by César Tomé López in Experientia docet
Antes de que se supiese que una materia arde porque se combina con oxígeno, la mayoría de los químicos aceptaban la idea que Becher propuso en 1667, esto es, que la combustión se explicaba como el desprendimiento de una sustancia misteriosa llamada “flogisto”. La teoría del flogisto, hace ya tiempo completamente descartada por errónea, fue sin embargo un gran avance conceptual que ayudó a que los químicos diseñaran experimentos y a que intercambiaran ideas. Sólo cuando se intentó determinar las características físicas precisas del flogisto se hizo evidente que no existía. Ahora un artículo publicado por Arthur Lander, de la Universidad de California en Irvine (EE.UU.), y publicado en el Journal of Biology, arguye que el concepto de célula madre, un gran avance conceptual en biología, se enfrenta a problemas similares a los del flogisto conforme los investigadores intentan determinar sus características moleculares distintivas. Lander afirma que a ninguna de las dos propiedades que definen popularmente a las “células madre”, potencia y autorrenovación, se les puede adscribir una base molecular exclusiva, y que ambas propiedades pueden observarse en tipos celulares que no se suelen describir como “células madre”. Escribe: “Es curioso que, tras 45 años, seamos incapaces de cimentar la noción de “troncalidad” [de ser célula madre] en una base puramente molecular. Por supuesto, el hecho de que no se haya conseguido un objetivo después de mucho tiempo no quiere decir que éste no esté a la vuelta de la esquina. Pero sí da razones para preguntarse si algo de lo que estamos haciendo no necesitará cambiar, ya sea en la pregunta que nos hacemos o en la forma en que la abordamos”. Lander argumenta que la “troncalidad” debería ser considerada una propiedad de los sistemas, más que de las células individuales, de tal manera que un sistema con “troncalidad” sería aquel que puede conseguir un tamaño controlado, mantenerse a sí mismo homeostáticamente y regenerarse cuando es necesario. Afirma que estos comportamientos aparecen de forma natural como consecuencia de los principios de los sistemas de control retroalimentados, tan conocidos en ingeniería. Esto es más que una crítica semántica. Así por ejemplo, una consecuencia práctica de una comprensión inexacta de la naturaleza precisa de las células madre podría ser la asunción de que el establecimiento de las “células madre cancerosas” como dianas quimioterapéuticas detendrá necesariamente la evolución de los tumores. Como Lander escribe: “Si la retroalimentación y la progresión en la estirpe [celular] continúan teniendo lugar en los tejidos cancerosos, podríamos observar que bajo condiciones diferentes (diferentes etapas de la carcinogénesis, diferentes partes del tumor, diferentes cantidades de células tumorales) diferentes tipos de célula asumen el papel de 'células madre cancerosas'”. Concluye: “Como el flogisto, el término “célula madre” es un concepto científico. De la misma manera que la investigación del concepto del flogisto permitió el descubrimiento del oxígeno y el proceso de la oxidación, puede ser que al rehacer nuestra forma de pensar acerca de las células madre (con las relaciones y la dinámica entre sistemas tomando el lugar de las firmas moleculares y los simples circuitos de regulación de genes) el concepto de troncalidad continuará iluminando el camino hacia la comprensión”. El texto íntegro es de libre acceso, y está disponible en este enlace. Imagen cortesía de Su Chun Zhang (Universidad de Wisconsin en Madison).Referencia: Arthur D Lander (2009). The 'stem cell' concept: is it holding us back? Journal of Biology, 8 (70)
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Arthur D Lander. (2009) The 'stem cell' concept: is it holding us back?. Journal of Biology, 8(70). info:/
- September 20, 2009
- 08:33 AM
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Einstein y...Wolfgang Pauli
by César Tomé López in Experientia docet
Wolfgang Pauli fue una de las figuras principales en el desarrollo de la mecánica cuántica y su trabajo le valió el premio Nobel de física en 1945. Veinte años más joven que Einstein, colaboró con él cuando ambos trabajaron en Princeton. Pauli tenía una lengua viperina y, si bien respetaba los primeros trabajos de Einstein sobre la relatividad, se mostró muy desdeñoso con sus últimas ideas. Nacido en Viena (Austria) el 25 de abril de 1900, Pauli estuvo en contacto con la ciencia desde su más tierna infancia. De ello se encargaron su padre químico, Joseph Pauli, y un íntimo amigo de su padre, el físico Ernst Mach, cuyas ideas tanto influyeron en las primeras teorías de Einstein. En el instituto Pauli estudió la teoría de la relatividad especial de Einstein por su cuenta, a menudo escondiendo artículos en su pupitre que leía cuando las clases se volvían inaguantables. Nada más graduarse en el instituto, Pauli publicaría su primer artículo científico, como no podía ser de otra manera, sobre la relatividad de Einstein. Pauli estudió física en la Universidad de Munich (Alemania), donde rápidamente su genio fue detectado y alentado por Arnold Sommerfeld. Éste, conociendo de lo que era capaz su alumno de doctorado, le pidió que fuese él quien escribiese el artículo sobre la relatividad para la Encyklopaedie der mathematischen Wissenschaften (Enciclopedia de ciencias matemáticas). Dos meses después de presentar su tesis doctoral sobre la teoría cuántica de la molécula de hidrógeno ionizada, presentó el trabajo sobre la relatividad. Nada más y nada menos que 237 páginas en las que describía el estado actual de la teoría así como sus propias interpretaciones. Este artículo dio a conocer a Pauli en el mundo científico. De hecho, a Sommerfeld le gustó tanto que se lo envió al propio Einstein, que alabó el genio de este joven de 21 años. Ciertamente genial, ya que el artículo de Pauli es reconocido hoy día como el catalizador de la cristalización del pensamiento de los investigadores sobre la relatividad. Una vez finalizado su doctorado, Pauli pasó un año en la Universidad de Gotinga con Max Born, tras el cual investigó junto a Niels Bohr en Copenhague durante otro año. De vuelta en Alemania y mientras era profesor de la Universidad de Hamburgo, en 1924, Pauli completó la que es probablemente su contribución más famosa a la teoría cuántica: el Principio de Exclusión de Pauli. Básicamente, lo que dice el principio es que dos electrones en la órbita de un mismo átomo no pueden tener exactamente el mismo estado energético. Esta afirmación trajo como consecuencia la asignación de una nueva propiedad a los electrones, a la que él denominó “spin” Pauli también es conocido por otra contribución a la física que realizó antes de cumplir los treinta años: predijo la existencia de una partícula fundamental completamente nueva, el neutrino. No fue hasta los años sesenta que la existencia del minúsculo neutrino fue probada de forma concluyente, algo que no vería Pauli, pero que él percibió como una realidad basándose solamente en su necesidad matemática. Un efecto menos científico también lleva el nombre de Pauli. Parece ser que Pauli tenía la facultad de influir en los experimentos, y en los aparatos necesarios para llevarlos a cabo, de la manera más extraña. Las máquinas se rompían por su mera presencia. Sus amigos se referían a esto como “el efecto Pauli” y Pauli parece que se divertía con su reputación. Pauli tenía fama de ser un perfeccionista. Existen numerosas referencias a él como la “conciencia de la física”, dado el interés que mostraba en ser el Pepito Grillo del trabajo de sus colegas. Es sabido que Pauli era capaz de los comentarios más mordaces y feroces acerca de la forma de hacer ciencia y de las publicaciones de otros científicos. Una de sus citas más famosas sobre un artículo es “No sólo no es correcto, es que ni siquiera es incorrecto”. A Paul Ehrenfest, por ejemplo, le llegó a decir “Creo que me gustas más tú que tus artículos”. Einstein tampoco escapó del agudo ingenio de Pauli. Si bien ambos hombres mantenían una relación cordial, Pauli se mofaba a menudo de los intereses científicos de Einstein. Pauli era uno de los muchos científicos que estaba de acuerdo con Niels Bohr en lo que se refería a la mecánica cuántica, aceptando la interpretación dada por Bohr conocida como la interpretación de Copenhague. Einstein, sin embargo, se negaba a admitir que la mecánica cuántica estuviese completa. Estaba decidido a encontrar una nueva teoría que incluyese las matemáticas de la nueva física, que Einstein tenía que admitir que hacían un magnífico trabajo previendo los resultados de los experimentos, y que también las mejorase. Einstein se refería a esta deseada teoría como teoría del campo unificado y Pauli se mostraba desdeñoso con este intento de unir las dos bases fundacionales de la física moderna; le gustaba repetir “Lo que Dios ha separado, el hombre nunca lo unirá”. En 1932, Pauli escribió una revisión bastante cruel del trabajo sobre la teoría unificada de Einstein, diciendo: “La inventiva inasequible al desaliento de Einstein, así como su tenaz energía en la búsqueda de la unificación, nos garantizan en los años recientes, en promedio, una teoría por año...Es psicológicamente interesante que durante algún tiempo la teoría en vigor es usualmente considerada por su autor como la ‘solución definitiva’”. Tras la anexión de Austria por parte de Alemania, Pauli se mudó a Estados Unidos. Trabajó en Princeton entre 1940 y 1946, donde Einstein también tenía su oficina. A pesar del desprecio de Pauli por la teoría de la unificación de Einstein, estaba claro que ambos hombres se respetaban como colegas. Colaboraron solamente en un artículo, en 1943, sobre la teoría de la relatividad. En enero de 1945 Einstein mandó un telegrama al comité del premio Nobel en el que decía: “Nomino a Wolfgang Pauli para el premio de física stop sus contribuciones a teoría cuántica moderna consistente en así llamado principio de exclusión o Pauli han llegado a ser parte fundamental física cuántica moderna siendo independiente otros axiomas básicos de esa teoría stop Albert Einstein”. Wolfgang Pauli recibió el premio Nobel en la ceremonia de ese año, con 45 años, por el trabajo que hizo cuando tenía 24. Nota: Wolfgang Pauli no debe ser confundido con Wolfgang Paul, también ganador del Nobel de física y a quien Pauli se refería como “su parte real” (quien sepa matemáticas que entienda).Referencia: Einstein, A., & Pauli, W. (1943). On the Non-Existence of Regular Stationary Solutions of Relativistic Field Equations The Annals of Mathematics, 44 (2) DOI: 10.2307/1968759... Read more »
Einstein, A., & Pauli, W. (1943) On the Non-Existence of Regular Stationary Solutions of Relativistic Field Equations. The Annals of Mathematics, 44(2), 131. DOI: 10.2307/1968759
- September 18, 2009
- 06:46 AM
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Una función para los aminoácidos de derechas.
by César Tomé López in Experientia docet
Investigadores de la Universidad de Harvard (EE.UU.) y del Centro de Biología Molecular Severo Ochoa (España) encabezados por Hubert Lam han conseguido identificar una función biológica para las versiones dextrógiras de los aminoácidos. Según los resultados publicados hoy en Science, las formas D- de los aminoácidos permiten que las paredes de las células bacterianas se adapten a los cambios en el entorno. Este sería uno de los pocos ejemplos de una función biológica ligada a aminoácidos “de derechas”. Diecinueve de los veinte aminoácidos (todos menos la glicina) que se encuentran en la naturaleza tienen dos estructuras posibles, llamadas enantiómeros, que son imágenes especulares una de otra [en la imagen los dos enantiómeros de un aminoácido genérico]; una de ellas gira la luz polarizada a la izquierda y se la denomina levógira, L- ó “de izquierdas” y la otra la gira a la derecha y se la llama dextrógira, D- ó “de derechas”. Hasta hace muy poco parecía como si la vida en la Tierra no hubiese encontrado uso para los enantiómeros de derechas, ya que en los organismos vivos sólo se encontraba la variante levógira con funciones asignadas. Durante los últimos 20 años diversos estudios han comenzado a detectar gradualmente funciones importantes para los D-aminoácidos como, por ejemplo, componentes clave en antibióticos, fármacos inmunodepresores o agentes antitumorales y como neurotransmisores en el cerebro. Como ocurre con muchos descubrimientos interesantísimos, el equipo de Hubert Lam estaba investigando otro asunto cuando se produjo el hallazgo. En concreto el grupo estaba intentando delimitar el efecto que sobre la virulencia del cólera tiene la forma de la bacteria que lo produce, Vibrio cholerae. Los investigadores estaban trabajando con células en las que se habían mutado las proteínas que controlan la forma celular. Los investigadores se dieron cuenta que los enantiómeros dextrógiros, no así los levógiros, de cuatro aminoácidos eran los que estimulaban la transición de la forma bacteriana de barra a esfera. Conforme las células mutadas de V. cholerae pasaban de un crecimiento exponencial cuando eran barras a un estado estacionario cuando eran esferas, los investigadores pudieron comprobar que los L-aminoácidos se convertían en D-aminoácidos por la acción de unas enzimas llamadas racemasas, que tienen el efecto de alterar la estructura de la molécula alrededor del carbono asimétrico. Para determinar en qué parte de la pared celular estaba actuando esta repentina acumulación de D-aminoácidos, los investigadores compararon células normales con otras mutadas en las que no se expresaban las racemasas (y no tenían por tanto una cantidad significativa de D-aminoácidos). Encontraron que en estas células un polímero elástico, la mureína (peptidoglicano), componente estructural principal de las paredes bacterianas, era más grueso pero más débil estructuralmente, prueba de que los D-aminoácidos tienen la capacidad de alterar la composición, cantidad y fuerza de la mureína. El grupo comprobó entonces si estos resultados eran extrapolables a otras bacterias. Para ello eligieron la Bacillus subtilis, uno de los microorganismos modelo más estudiados, muy alejado evolutivamente de V. cholerae. Por otra parte B. subtilis es Gram positivo, por lo que tiene una red de mureína muy desarrollada. Como en el caso de V. cholerae, los D-aminoácidos en B. subtilis influyen en la síntesis de peptidoglicano y regulan la estructura de la pared celular. A la vista de los resultados, los autores lanzan la hipótesis de que las moléculas de derechas serían capaces de disminuir la actividad metabólica de cualquier célula bacteriana cuando los recursos se vuelven escasos o las condiciones ambientales adversas.Referencia: Lam, H., Oh, D., Cava, F., Takacs, C., Clardy, J., de Pedro, M., & Waldor, M. (2009). D-Amino Acids Govern Stationary Phase Cell Wall Remodeling in Bacteria Science, 325 (5947), 1552-1555 DOI: 10.1126/science.1178123
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Lam, H., Oh, D., Cava, F., Takacs, C., Clardy, J., de Pedro, M., & Waldor, M. (2009) D-Amino Acids Govern Stationary Phase Cell Wall Remodeling in Bacteria. Science, 325(5947), 1552-1555. DOI: 10.1126/science.1178123
- September 17, 2009
- 01:12 PM
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La revolución optogenética: del comportamiento a la neurona que lo gobierna.
by César Tomé López in Experientia docet
Hay una nueva forma de explorar los secretos de la biología. Un equipo de investigadores liderados por Ehud Y. Isacoff, de la Universidad de California en Berkeley, ha conseguido mediante el uso de proteínas activadas por la luz y técnicas de expresión genética que un pez cebra inicie un movimiento lateral de su cola cuando una neurona concreta recibe, no una descarga eléctrica o una dosis de neurotransmisores, sino un simple destello de luz. Este espectacular resultado doble, la detección de la neurona concreta y la técnica empleada, se publica hoy en Nature. Nos atrevemos a decir que habrá un antes y un después de este hallazgo. Desde el ratón Brainbow esto es lo más excitante y lleno de posibilidades que hemos visto. A poco que se confirmen las expectativas aquí huele a Nobel. Pero vamos por partes. Ya mencionábamos ayer que los científicos determinan las funciones de las neuronas vía correlación. Si un grupo de neuronas se activa cada vez que un animal realiza un cierto comportamiento, entonces lo más probable es que esas neuronas controlen ese comportamiento. Lo mismo ocurre si el funcionamiento de las neuronas se ve interrumpido: si el comportamiento cesa, entonces es probable que las neuronas afectadas por la interrupción sean las que lo controlan. Pero era necesario ir más allá de la correlación y comprobar de verdad la causalidad. Ir del comportamiento al sistema nervioso y allí determinar las neuronas individuales directamente responsables. Y esto, que parecía poco menos que imposible, es lo que ha conseguido el equipo de Isacoff. La clave del éxito de los científicos está en una proteína artificial activada por la luz (PAL) que desarrollaron hace unos años. Se puede conseguir mediante ingeniería genética que la PAL se exprese en una neurona (o en cualquier otro tipo de célula) y que funcione como un interruptor óptico. Ilumina la PAL con luz de un color y la neurona se activa, ilumina la PAL con luz de otro color y la neurona se desactiva. Este tipo de método se llama optogenético, por la combinación de óptica y genética. Para comprobar el funcionamiento de la PAL, Isacoff y sus colegas la usaron para buscar la célula exacta que regula el circuito neuronal que media en los movimientos natatorios de la larva del pez cebra. En primer lugar, expresaron la PAL al azar en el genoma de cientos de larvas de pez cebra. Algunas PAL aparecieron en células musculares, otras en células óseas y otras en el sistema nervioso central. Seleccionaron entonces los ejemplares en los que la PAL aparecía en las neuronas de la médula espinal, algunas de las cuales se sabe que controlan la locomoción. Al iluminar estos peces, un puñado de ellos empezaron a mover sus colas de lado a lado. Un análisis posterior, en el que se fueron descartando distintas candidatas, llevó a los investigadores a la fuente neuronal de este comportamiento: todos los nadadores tenían la PAL expresada en una célula llamada neurona de Kolmer-Agduhr, cuya existencia se conocía desde hace 75 años pero cuya función era un misterio. Lo que el equipo de Isacoff ha mostrado en la locomoción se puede hacer para cualquier otro tipo de comportamiento; esto constituye una nueva forma de hacer neurociencia. Pero las aplicaciones no se constriñen a la investigación del sistema nervioso, también tiene aplicaciones evidentes en la biología de síntesis, como herramienta para identificar redes proteínicas útiles para su posterior importación a otro microorganismo y crear de esta manera aplicaciones microbiológicas ad-hoc, ya sea para la eliminación de toxinas, la generación de energía o biomasa, o el tratamiento de enfermedades.[En la imagen, larva de pez cebra usando la técnica brainbow]Referencia: Wyart, C., Bene, F., Warp, E., Scott, E., Trauner, D., Baier, H., & Isacoff, E. (2009). Optogenetic dissection of a behavioural module in the vertebrate spinal cord Nature, 461 (7262), 407-410 DOI: 10.1038/nature08323
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Wyart, C., Bene, F., Warp, E., Scott, E., Trauner, D., Baier, H., & Isacoff, E. (2009) Optogenetic dissection of a behavioural module in the vertebrate spinal cord. Nature, 461(7262), 407-410. DOI: 10.1038/nature08323
- September 16, 2009
- 06:16 AM
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Confirmado el mecanismo por el que el sueño consolida el aprendizaje.
by César Tomé López in Experientia docet
Durante más de un siglo se ha sabido que el sueño es importante de alguna manera para el aprendizaje y la memoria. Sigmund Freud sospechaba que lo que se había aprendido durante el día era “repasado” por el cerebro durante el sueño, permitiendo que se formasen los recuerdos. Y, aunque mucha de la investigación reciente se ha concentrado en la conexión entre el hipocampo y la consolidación de la memoria, no se había identificado qué procesos específicos hacen que se formen los recuerdos a largo plazo. Ahora, un equipo de investigadores, trabajando en el Collége de France (Francia), encabezados por Gabrielle Girardeau y que incluía a György Buzsáki (Universidad de Rutgers; EE.UU.), describen en un artículo aparecido en Nature Neuroscience [1] precisamente eso, el mecanismo que tiene lugar durante el sueño que hace que tengan lugar el aprendizaje y la formación de recuerdos. El equipo de investigadores ha conseguido demostrar que durante las oleadas de ondas agudas en el hipocampo, los recuerdos almacenados en éste de forma provisional son transferidos al neocórtex, donde se almacenan los recuerdos a largo plazo. Durante el sueño, el electroencefalograma (EEG) del hipocampo muestra un patrón de ondas lentas irregulares. Este patrón se ve interrumpido de vez en cuando por fuertes incrementos de actividad en forma de ondas agudas. Estas ondas agudas aparecen asociadas a oscilaciones del EEG de corta duración y alta frecuencia llamadas oleadas. Estas oleadas de ondas agudas aparecen más frecuentemente, de cientos a miles de veces, en la etapa 4 del sueño, que junto a la 3 constituyen lo que conocemos como sueño profundo. Se había propuesto que estas ondas agudas son, de hecho, reactivaciones de las pautas de actividad neuronal que se habían memorizado mientras se estaba despierto realizando actividades, provocadas dichas reactivaciones por el reforzamiento de las conexiones sinápticas en el hipocampo. Esta idea es un componente clave en la teoría de la memoria de dos etapas, propuesta por Buzsáki (uno de los autores del estudio que nos ocupa) hace 20 años [2], según la cual los recuerdos se almacenan en el hipocampo durante el comportamiento, y son luego transferidos al neocórtex durante el sueño: las ondas agudas producirían cambios sinápticos hebbianos en las dianas neocorticales de los haces de salida del hipocampo. Los investigadores han sido capaces de demostrar el papel de las oleadas de ondas agudas en la formación de recuerdos eliminando estas oleadas en el sueño de ratas. Se entrenó a las ratas en una tarea de navegación espacial, que implica al hipocampo, y después de cada sesión se las dejó dormir. Aquellas ratas en las que se eliminaba las oleadas de ondas agudas mediante estimulación eléctrica no mostraban haber aprendido del entrenamiento, ya que la información almacenada temporalmente en el hipocampo no podía ser enviada al neocórtex. Este es el primer ejemplo en el que la eliminación selectiva y sin fallos de un patrón de actividad del cerebro provoca un déficit de memoria, una demostración de que este patrón específico es el que provoca la formación de los recuerdos a largo plazo. Esto constituye un enfoque de la investigación en neurociencia diferente al habitual en los últimos tiempos, en los que se intenta correlacionar un comportamiento con señales cerebrales específicas registradas por diferentes técnicas (EEG, resonancia magnética funcional, etc.), correlaciones de las que es muy difícil extraer causalidad. La identificación de un patrón cerebral específico responsable del reforzamiento de la información aprendida podría facilitar la investigación en tratamientos más efectivos para las enfermedades que conllevan pérdidas de memoria. Referencias:[1] Girardeau, G., Benchenane, K., Wiener, S., Buzsáki, G., & Zugaro, M. (2009). Selective suppression of hippocampal ripples impairs spatial memory Nature Neuroscience DOI: 10.1038/nn.2384[2] BUZSAKI, G. (1989). Two-stage model of memory trace formation: A role for “noisy” brain states Neuroscience, 31 (3), 551-570 DOI: 10.1016/0306-4522(89)90423-5
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Girardeau, G., Benchenane, K., Wiener, S., Buzsáki, G., & Zugaro, M. (2009) Selective suppression of hippocampal ripples impairs spatial memory. Nature Neuroscience. DOI: 10.1038/nn.2384
BUZSAKI, G. (1989) Two-stage model of memory trace formation: A role for “noisy” brain states. Neuroscience, 31(3), 551-570. DOI: 10.1016/0306-4522(89)90423-5
- September 15, 2009
- 06:13 AM
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Pruebas de metacognición consciente en animales no humanos.
by César Tomé López in Experientia docet
En una revisión publicada en Trends in Cognitive Sciences, J. David Smith, de la Universidad del Estado de Nueva York en Buffalo, afirma que cada vez hay más pruebas de que algunas especies animales presentan metacognición consciente, es decir, pueden, al igual que los humanos, monitorizar, regular y reflexionar sobre sus estados mentales. Entre estas especies estarían los delfines y los macacos [en la imagen]. Smith repasa los experimentos llevados a cabo con delfines, palomas, ratas, monos y primates usando modelos de percepción, memoria u ocultación de comida, para llegar a afirmar que cada vez existen más pruebas de la existencia de formas de pensamiento paralelas a la consciencia y a la autoconciencia cognitiva humanas, si bien no se ha confirmado aún la existencia de un paralelo experiencial completo. La metacognición, también llamada teoría de la mente, es una capacidad humana compleja ligada a varios aspectos psicológicos. Por una parte a la estructura jerárquica de la mente, dado que los procesos de control ejecutivo metacognitivos supervisan la cognición de menor nivel. La metacognición también está unida a la consciencia de sí mismo, la incertidumbre y la duda, por ejemplo, son estados personales y subjetivos. Y, por último, a la consciencia declarativa, ya que los humanos son conscientes de sus estados de conocimiento y pueden “declararlos” a los demás. En los aspectos biológicos existe una continuidad entre las distintas especies, incluida la humana. Si se considera a la psicología como una rama de la biología, como lo hace la psicología evolutiva, se entiende que sea un objetivo fundamental de la psicología comparada establecer firmemente si los animales no humanos comparten la capacidad metacognitiva humana. Si esto es así, esta capacidad podría estar apoyada en su consciencia y la consciencia de sí mismos. En esta búsqueda de continuidades o discontinuidades, la metacognición se une al estudio del uso de herramientas o del lenguaje. En su revisión del estado de la cuestión, Smith se detiene en algunos estudios sobresalientes, como el del delfín Natua. Cuando no estaba seguro, el delfín dudaba claramente y titubeaba entre las opciones ofrecidas (recordemos que la incertidumbre es un estado personal y subjetivo); cuando, por el contrario, estaba seguro nadaba hacia la respuesta elegida a toda velocidad. En abierto contraste con el comportamiento de los delfines, las palomas de varios estudios no han expresado ninguna capacidad para la metacognición. Asimismo los monos capuchinos, en varios estudios, tampoco expresan muchos atisbos de metacognición. Este último resultado invita a una reflexión y suscita muchas preguntas importantes sobre la emergencia filogenética de la mente reflexiva en el orden primates.Referencia: Smith, J. (2009). The study of animal metacognition Trends in Cognitive Sciences, 13 (9), 389-396 DOI: 10.1016/j.tics.2009.06.009
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Smith, J. (2009) The study of animal metacognition. Trends in Cognitive Sciences, 13(9), 389-396. DOI: 10.1016/j.tics.2009.06.009
- September 14, 2009
- 12:56 PM
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Hielo XV: el diagrama de fases del agua por fin completo.
by César Tomé López in Experientia docet
Un equipo de investigadores liderados por Cristoph Salzmann, de la Universidad de Oxford (Reino Unido), ha conseguido crear hielo XV (de agua), la última forma estable termodinámicamente, cuya existencia había sido predicha hace tiempo. Esta estructura no puede existir de forma natural en la Tierra, pero nada impide que pueda existir en el interior de algún otro planeta o luna. Los resultados se publican en Physical Review Letters. Los tipos de hielo se clasifican en función del empaquetamiento de las moléculas de agua y la estructura en la que se ordenan estas mismas moléculas. Con el nuevo descubrimiento se han identificado 16 formas de hielo, incluyendo dos formas de hielo I, nombradas por orden de descubrimiento. La mayor parte del hielo existente sobre la Tierra es Ih, la forma hexagonal del hielo I (de su estructura hexagonal deriva la forma de los copos de nieve), y el resto es Ic, la forma cúbica metaestable. El hielo I no se encuentra sin embargo fácilmente fuera de la Tierra, donde es más habitual una forma no cristalina, el hielo amorfo. En un diagrama de fases se representan qué estructuras son estables termodinámicamente en unas determinadas condiciones de presión y temperatura. Con la confirmación de la existencia del hielo XV se ha completado el diagrama de fases del agua [en la imagen; sombreado en amarillo el rango de existencia del hielo XV]. Para crear el hielo XV el equipo de Salzmann sometió otro tipo de hielo, el hielo VI, a un descenso de temperatura. El hielo VI es una forma cristalina tetragonal en la que las moléculas están enlazadas unas con otras de cualquier manera. Conforme los investigadores bajaron la temperatura a 130 kelvin (más o menos – 143ºC) y mantuvieron la presión alrededor de 1 gigapascal (unas 10.000 atmósferas), los enlaces de hidrógeno desordenados del hielo VI se cerraron bruscamente para formar una estructura compacta y altamente ordenada, el hielo XV. Las predicciones decían que el hielo XV podría ser ferroeléctrico, es decir, que podría tener carga eléctrica. Un hielo con esa característica podría haber tenido unos efectos muy interesantes en los acontecimientos geológicos de los planetas en los que estuviese presente. La forma de empaquetamiento de las moléculas del hielo XV hace, sin embargo, que se cancelen todas las cargas. La estabilidad del hielo XV a altas presiones y muy bajas temperaturas descartan su presencia en la Tierra. En efecto, en los lugares donde se alcanzan esas presiones tan elevadas la temperatura también es extremadamente alta. Nada impide, sin embargo, que puedan darse las condiciones adecuadas en el interior de otros planetas o lunas.Referencia: Salzmann, C., Radaelli, P., Mayer, E., & Finney, J. (2009). Ice XV: A New Thermodynamically Stable Phase of Ice Physical Review Letters, 103 (10) DOI: 10.1103/PhysRevLett.103.105701
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Salzmann, C., Radaelli, P., Mayer, E., & Finney, J. (2009) Ice XV: A New Thermodynamically Stable Phase of Ice. Physical Review Letters, 103(10). DOI: 10.1103/PhysRevLett.103.105701
- September 12, 2009
- 02:01 PM
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Niebla sobre Titán.
by César Tomé López in Experientia docet
El descubrimiento de la presencia de bancos de niebla de metano cerca de la superficie de Titán, uno de los satélites de Saturno, confirma la existencia de un ciclo de hidrocarburos entre la superficie de la luna y su atmósfera. El estudio, llevado a cabo por un equipo dirigido por Michael E. Brown del Instituto de Tecnología de California (EE.UU.), ha sido remitido a Astrophysical Journal Letters y está disponible en arXiv. Titán es el único cuerpo del Sistema Solar aparte de la Tierra que se sabe que tiene grandes cantidades de líquido (en este caso, metano y etano) en su superficie. Se ha especulado con la idea de que estos líquidos podrían formar una sopa prebiótica, ofreciendo una imagen de lo que habría sido la química de la Tierra primitiva. El metano juega en Titán el papel que el agua tiene en la Tierra. Sobre Titán, el metano puede formar nubes y es probable que produzca lluvia. Pero no estaba tan claro que el metano formase verdaderamente parte de un ciclo, en el que la lluvia de metano llegase a la superficie a lagos o corrientes que después se evaporasen de nuevo a la atmósfera. Ahora, el descubrimiento de niebla zanja la cuestión, el ciclo existe. Brown y sus colegas buscaron la niebla examinando los datos recogidos con un espectrómetro infrarrojo de la sonda Cassini, que ha estado orbitando el sistema de Saturno desde 2004. La luz infrarroja penetra la espesa calina de hidrocarburo, con lo que las emisiones de las capas más cercanas a la superficie pueden ser observadas. Las manchas blanco rojizas encontradas en el hemisferio sur de Titán parecen ser bancos de niebla de metano. Para determinar si las manchas eran nubes en altura o niebla, los observadores se basaron en observaciones a varias longitudes de onda. Las manchas reflejan la luz intensamente a una longitud de onda de 5 micrometros, lo que hacen tanto las nubes como la niebla. Pero cuando se miran longitudes de onda más cortas (más energéticas), las manchas no están, pero las estructuras que están muy altas en la atmósfera sí reflejan estas frecuencias; por lo tanto o las manchas están en la superficie o directamente un poco por encima de ella. Como las manchas aparecen y desaparecen con el tiempo, se deduce que son bancos de niebla, más que estructuras permanentes en la superficie. Careciendo de información directa de la composición, el equipo de Brown dedujo los componentes de la niebla de los datos infrarrojos. Para reflejar tanta luz a la longitud de onda de 5 micrometros, las partículas de la niebla tenían que tener un diámetro mayor que la longitud de onda. Estas partículas tenían que ser además un constituyente atmosférico abundante. Ambas condiciones dejaban sólo un candidato: el metano. La presencia de niebla sugiere que el metano sigue un ciclo entre el terreno y la atmósfera, como habían sospechado muchos investigadores. La niebla sólo puede generarse si la atmósfera circundante está saturada en metano, y para saturar la atmósfera debe evaporarse líquido de la superficie de la luna. Dado que el etano líquido necesita más temperatura para poder evaporarse que la existente en la superficie, una vez más sólo queda el metano como única fuente posible. La niebla no se encuentra en las grandes áreas oscuras de la superficie, que se asume son lagos de hidrocarburo. Esto sugiere que la mayoría de los lagos son de etano. Por contra el metano debe encontrarse en charcas poco profundas que vienen y van con las estaciones. La niebla se ve sólo en el polo sur de Titán, si la interpretación de Brown et al. es correcta se verán en el polo norte dentro de siete años, cuando el verano llegue allí.Referencia: M. E. Brown, A. L. Smith, C. Chen, & M. Adamkovics (2009). Discovery of fog at the south pole of Titan Astrophysical Journal Letters arXiv: 0908.4087v1
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M. E. Brown, A. L. Smith, C. Chen, & M. Adamkovics. (2009) Discovery of fog at the south pole of Titan. Astrophysical Journal Letters. arXiv: 0908.4087v1
- September 11, 2009
- 09:25 AM
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El movimiento de los ojos revela qué recuerdas.
by César Tomé López in Experientia docet
El hipocampo podría procesar recuerdos relacionales sin que seamos conscientes de ello, es la conclusión de la investigación llevada a cabo por Deborah Hannula y Charan Ranganath, de la Universidad de California en Davis (EE.UU.), y cuyos resultados publican en Neuron. Las técnicas empleadas en el desarrollo de la investigación podrían tener aplicación a la hora de ayudar a hacer explícitos los recuerdos de personas que tienen dificultad en expresarlos, como niños pequeños o enfermos mentales. Intenta esto en casa: haz que un amigo quite algo de una habitación que conozcas bien, digamos, por ejemplo, el servilletero que sueles tener al lado del tostador en tu cocina; intenta entonces adivinar de un vistazo que es lo que ha quitado. Incluso si no sabes la respuesta, tus ojos se fijarán inconscientemente en el tramo de la encimera cercano al tostador donde el servilletero suele estar. Recordar donde va cada cosa en tu cocina es lo que se llama memoria relacional, y lo que ahora presentan los investigadores son pruebas de que tu mirada ignorante podría ser una señal de que tu cerebro recuerda aunque tu no seas consciente de ello. Lo que podríamos llamar los recuerdos tradicionales se suelen englobar dentro de la memoria declarativa. Un ejemplo de memoria declarativa muy simple es tu respuesta a la pregunta ¿de qué color/es ibas vestido ayer? Es conocido que una región del cerebro llamada hipocampo es la responsable de estos recuerdos. Pero no está tan claro si es esta misma estructura la responsable de los recuerdos relacionales inconscientes. Estudios recientes indican que sí lo es: Cuando personas con daños en el hipocampo pasaron un test parecido al robo del servilletero, sus ojos no se fijaban en la zona donde faltaba el objeto. Para precisar aún más el papel del hipocampo en los recuerdos relacionales inconscientes, Hannula y Ranganath usaron imágenes por resonancia magnética funcional, que mide los cambios en la actividad del cerebro. Pidieron a varios voluntarios que mirasen 216 parejas de fotos que mostraban la cara de una persona y un paisaje (un jardín, el Gran Cañón, el desierto, etc.). Más tarde, tenían que decidir cual de tres caras iba con un determinado paisaje. Mientras los sujetos tomaban su decisión, los investigadores monitorizaban qué estaban mirando. Los científicos encontraron que cuando los ojos de los sujetos se enfocaban en el emparejamiento correcto, el hipocampo y las áreas memorísticas asociadas del lóbulo temporal medial, del que forma parte el hipocampo, se iluminaban. Incluso si los sujetos terminaban señalando una cara incorrecta, el hipocampo estaba más activo cuando miraba la correcta. Hannula y Ranganath concluyen que el hipocampo puede que esté recuperando la relación entre la cara y el paisaje incluso si la persona no parece recordarla. Los investigadores también encontraron que áreas del córtex prefrontal (CPF), que participa en la toma de decisiones, se iluminan más cuando los sujetos tomaban las decisiones correctas que cuando eran incorrectas. Dado que el nivel de actividad del CPF reflejaba la actividad del hipocampo durante los emparejamientos correctos, los científicos creen que la interacción entre las dos regiones podría ser necesaria para hacernos conscientes de los emparejamientos que el hipocampo ha recuperado. Esto es, tu hipocampo sabe que ha desaparecido el servilletero pero si no se lo dice al PFC no nos enteramos. En otras palabras, recordar tendría dos etapas: primero recuperas el recuerdo y después eres consciente de lo que has recuperado.[En la imagen tres de las caras presentadas a los sujetos del estudio y el paisaje (jardín) con el que tenían que relacionar una de ellas; el tamaño de los cículos verdes indican el tiempo que el sujeto emplea en mirar cada punto, la línea blanca es la trayectoria de su mirada] Referencia: Hannula, D., & Ranganath, C. (2009). The Eyes Have It: Hippocampal Activity Predicts Expression of Memory in Eye Movements Neuron, 63 (5), 592-599 DOI: 10.1016/j.neuron.2009.08.025
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Kumaran, D., & Wagner, A. (2009) It's In My Eyes, but It Doesn't Look that Way to Me. Neuron, 63(5), 561-563. DOI: 10.1016/j.neuron.2009.08.027
Hannula, D., & Ranganath, C. (2009) The Eyes Have It: Hippocampal Activity Predicts Expression of Memory in Eye Movements. Neuron, 63(5), 592-599. DOI: 10.1016/j.neuron.2009.08.025
- September 10, 2009
- 01:25 PM
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Convergencia evolutiva en pájaros hormigueros.
by César Tomé López in Experientia docet
Imaginemos por un segundo que los chimpancés y los humanos tuviésemos el mismo lenguaje de comunicación verbal para discutir sobre, por ejemplo, de quien es la selva y sus recursos. Algo parecido ha sido descubierto en el Amazonas en dos especies de pájaros, que han evolucionado independientemente desde hace tres millones de años, pero que cantan canciones territoriales idénticas, un ejemplo de convergencia evolutiva. La investigación ha sido desarrollada por Joseph Tobias y Nathalie Seddon de la Universidad de Oxford (Reino Unido) y publicada en Evolution. Las dos especies tienen rasgos que las diferencian plenamente. Si bien ambas viven en el suroeste del Amazonas, una especie, el hormiguero de pecho amarillo (Hypocnemis subflava), prefiere las islas de bambú mientras que la otra, el hormiguero peruano (H. peruviana) habita en las zonas de bosque alto y frondoso. Los pájaros también tienen un aspecto diferente [en la imagen]: los machos de H. subflava lucen pechos amarillos y flancos de grisáceos a castaño claro, por ejemplo, mientras que los machos de H. peruviana tienen pechos blancos y flancos marrón rojizo. Sin embargo, las canciones que los machos de cada especie usan para defender su territorio son indistinguibles para las personas: en estudios anteriores ya se había demostrado que ni las orejas humanas escuchando las canciones, ni los ojos humanos estudiando los espectrogramas de las canciones, pueden identificar ninguna diferencia significativa. (Para escuchar ambas canciones a la vez, pulsa aquí). Pero, ¿qué opinan los pájaros? ¿Les suena igual a ellos? Para averiguarlo, los investigadores grabaron 504 canciones de 150 pájaros de ambas especies. También grabaron canciones territoriales de especies de hormigueros emparentadas. Una vez todo preparado, reprodujeron las canciones grabadas ante individuos de ambas especies y observaron su reacción. Los machos reaccionaron de la misma forma a las canciones tanto de H. subflava como de H. peruviana. A la primera nota del rival, los tenedores del territorio se pusieron en alerta inmediatamente, listos para la pelea, sin mostrar miedo y muy agresivos. Pero los mismos machos apenas prestaron atención a los gorjeos territoriales de otras especies de hormigueros, incluidas las más estrechamente emparentadas con ellos mismos. Los autores afirman que los pájaros desarrollaron evolutivamente las mismas canciones territoriales probablemente porque sus hábitats se superponen a menudo en áreas mixtas de bambú y bosque. Dado que los machos de estas dos especies están compitiendo por los recursos de un territorio tanto con los machos de su especie como con los de la vecina, simplemente han venido en usar la misma canción para disuadir a ambos, lo que es más eficiente. Esta convergencia no se encuentra en las canciones de apareamiento, ya que los machos de especies no relacionadas no compiten por las hembras. Este estudio ofrece un ejemplo acabado de convergencia evolutiva, el desarrollo de rasgos parecidos, en este caso idénticos, en especies diferentes. Según Simon Conway Morris la convergencia sería una fuerza dominante en la evolución, y dado que las mismas condiciones de contorno actúan en toda forma de vida, habría una configuración anatómica óptima hacia la que inevitablemente toda forma de vida tenderá. La evolución, según Morris, está condenada a desarrollar la inteligencia (un rasgo que en diferente medida ya está presente en cuervos, delfines o primates) en algún momento. Referencia: Tobias, J., & Seddon, N. (2009). SIGNAL DESIGN AND PERCEPTION IN ANTBIRDS: EVIDENCE FOR CONVERGENT EVOLUTION VIA SOCIAL SELECTION Evolution DOI: 10.1111/j.1558-5646.2009.00795.x
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Tobias, J., & Seddon, N. (2009) SIGNAL DESIGN AND PERCEPTION IN ANTBIRDS: EVIDENCE FOR CONVERGENT EVOLUTION VIA SOCIAL SELECTION . Evolution. DOI: 10.1111/j.1558-5646.2009.00795.x
- September 9, 2009
- 03:40 PM
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Las redes del miedo.
by César Tomé López in Experientia docet
¿Por qué son los malos recuerdos, esos asociados al miedo, tan difíciles de olvidar? La respuesta puede que esté en los cambios durante el desarrollo en el ambiente extracelular de la amígdala, el centro emocional del cerebro, donde se forman ese tipo de recuerdos. Esto es lo que propone un estudio publicado en Science por el equipo de Andreas Lüthi, del Instituto Friedrich Miescher de Investigación Biomédica (Suiza). Los recuerdos de hechos traumáticos pueden evocar un miedo excesivo en situaciones inapropiadas, lo que puede llevar en algunos casos a la aparición de un trastorno por estrés postraumático (TEPT). Uno de los tratamientos del TEPT implica el volver a exponer al sujeto a los elementos del acontecimiento que lo originó sin el trauma emocional asociado, con objeto de disminuir el miedo evocado por el recuerdo. En los adultos, este proceso, conocido como extinción, implica aprender una nueva asociación, entre el acontecimiento y la seguridad, en vez de desaprender el recuerdo original. Dado que la asociación original sigue ahí, el miedo puede volver a surgir de improviso más adelante. Al contrario que los adultos, los jóvenes no tienen problemas para olvidar. Así, en las ratas con menos de tres semanas de vida, el miedo no reaparece después del entrenamiento de extinción. Para averiguar porqué, el equipo de Lüthi tintó la amígdala de ratones jóvenes con un colorante fluorescente e identificó un cambio estructural definido durante las primeras semanas del desarrollo, que se corresponden con la capacidad de los animales para desaprender los recuerdos asociados al miedo. Esa cambio era un incremento notable en el número de redes perineuronales (RPN) en la matriz extracelular en la que las células viven. Estas redes son sistemas muy organizados de proteoglicanos que rodean a las neuronas, y se sabe que juegan un papel en la plasticidad neuronal del sistema visual. Cuando los investigadores inyectaron una enzima para degradar estas redes antes de exponer a los ratones a la experiencia traumática, los adultos volvieron a un estado juvenil en el que eran capaces de olvidar el miedo. El olvidar el miedo tomó algo más que tiempo; los animales aún continuaron necesitando entrenamiento de extinción para deshacerse de la respuesta traumática, y el disolver las RPN tras el aprendizaje del miedo no mejoró la efectividad del entrenamiento de extinción. Esto sugiere que las RPN actúan durante la formación de los recuerdos del miedo y no durante el olvido. Este factor, unido a que el método empleado es muy invasivo, puede ser una limitación al uso clínico de la manipulación de estas RPN. Un tratamiento basado en este descubrimiento podría darse “antes” del hecho traumatizante, quizás a individuos que tengan un riesgo alto de experimentar sucesos de este tipo. En cualquier caso, habría que desarrollar una técnica poco o nada invasiva, de lo contrario el tratamiento podría ser peor que la enfermedad.Referencia: Gogolla, N., Caroni, P., Luthi, A., & Herry, C. (2009). Perineuronal Nets Protect Fear Memories from Erasure Science, 325 (5945), 1258-1261 DOI: 10.1126/science.1174146
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Gogolla, N., Caroni, P., Luthi, A., & Herry, C. (2009) Perineuronal Nets Protect Fear Memories from Erasure. Science, 325(5945), 1258-1261. DOI: 10.1126/science.1174146
- September 8, 2009
- 04:27 PM
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Infertilidad humana: una carrera armamentística nos hace antagonistas reproductivos.
by César Tomé López in Experientia docet
Alrededor del 10% de todas las parejas que quieren tener un hijo tienen problemas de fertilidad. Esta es una tasa altísima; se supone que a estas alturas la evolución nos debería haber convertido en máquinas reproductoras de una eficiencia mucho mayor. ¿Qué ocurre? Los ambientalistas dicen que es culpa de la polución, los psiquiatras por su parte lo achacan a los estilos de vida tan estresantes que llevamos. ¿Y enfocando el problema desde un punto de vista puramente biológico? Combinando datos empíricos y un modelo matemático, Oren Hasson y Lewi Stone de la Universidad de Tel Aviv (Israel) dan una respuesta diferente. Publican un artículo en Biological Reviews of the Cambridge Philosophical Society según el cual los cuerpos de varones y mujeres se estarían convirtiendo en antagonistas reproductivos, y la causa sería evolutiva. A lo largo de miles de años de evolución, los cuerpos de las mujeres han forzado al esperma a hacerse más competitivo, recompensando al “superespermatozoide” (los nadadores más fuertes y rápidos) con la penetración del óvulo. En respuesta, los hombres están sobreproduciendo estos espermatozoides agresivos, produciendo muchas docenas de millones de ellos para incrementar las probabilidades de una fertilización con éxito. Estas estrategias evolutivas nos dan un ejemplo de la ley de consecuencias no intencionadas. Estas consecuencias no deseadas tienen mucho que ver con el tiempo. El primer espermatozoide que es capaz de llegar al óvulo y unirse a él dispara una serie de respuestas bioquímicas para bloquear el resto de espermatozoides e impedir que entren. Este bloqueo es necesario porque un segundo espermatozoide que penetrase mataría al óvulo ya fecundado. Sin embargo, en solamente los pocos minutos necesarios para que el bloqueo sea completo, más superespermatozoides son capaces de llegar al óvulo, poniendo fin a una fertilización recién comenzada.Los cuerpos de las mujeres también han desarrollado defensas para esta situación, conocida como poliespermia. Para evitar estas consecuencias los cuerpos de las mujeres se han convertido en barreras contra los espermatozoides, barreras terribles. Expulsan, diluyen, desvían y matan espermatozoides de tal manera que uno sólo es capaz de llegar a las proximidades de un óvulo viable en el momento justo. Cada pequeña mejora en la eficiencia de los espermatozoides, se encuentra con una mejora equivalente del sistema reproductor femenino: una carrera armamentística en toda regla que ocurre en todo el reino animal. Si, a este cuadro, añadimos la mayor sensibilidad de los espermatozoides al estrés ambiental producido por los estilos de vida ansiosos o los contaminantes, tenemos todos los ingredientes que explican las tasas de infertilidad observadas hoy día. Una solución parece evidente: más de una fuente de esperma. Las mujeres con múltiples compañeros sexuales aumentan sus probabilidades de quedarse embarazadas. Esta es una de las conclusiones de los autores, que algunos tipos de infertilidad masculina, como el bajo recuento de espermatozoides o su poca movilidad, favorecen la evolución de un comportamiento de cópulas fuera de la pareja en las hembras de la especie. Pero ojo, también un espermatozoide no-fértil es capaz de llegar a un óvulo fecundado y arruinar el embarazo incipiente. Referencia: Hasson, O., & Stone, L. (2009). Male infertility, female fertility and extrapair copulations Biological Reviews, 84 (2), 225-244 DOI: 10.1111/j.1469-185X.2008.00068.x
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Hasson, O., & Stone, L. (2009) Male infertility, female fertility and extrapair copulations. Biological Reviews, 84(2), 225-244. DOI: 10.1111/j.1469-185X.2008.00068.x
- September 7, 2009
- 04:23 PM
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Échale la culpa al cromosoma Y.
by César Tomé López in Experientia docet
El cromosoma Y tiene una forma única de asegurarse su supervivencia, pero ese mecanismo de autopreservación puede causar una variedad de desórdenes sexuales, desde esterilidad masculina al caso de personas cuyo sexo genético es opuesto al de su desarrollo anatómico, según un estudio publicado en Cell por un equipo del Instituto Whitehead de Investigación Biomédica (EE.UU.) encabezado por David Page. La totalidad del genoma está constantemente sujeto a errores al azar durante la replicación, la inmensa mayoría de los cuales van en contra de la aptitud para sobrevivir del organismo. Estas mutaciones nocivas se purgan del genoma durante la reproducción sexual en un proceso conocido como recombinación, en el que cromosomas homólogos, procedentes del macho y de la hembra, intercambian trozos de material genético. Esencialmente, los cromosomas cambian sus genes malos por buenos. Pero el cromosoma Y no tiene homólogo con el que recombinarse: enfrente tiene a un, fundamentalmente diferente, cromosoma X. Ante este problema, la hipótesis predominante, aunque nada satisfactoria, era que el cromosoma Y y sus genes se reproducían asexualmente, lo que limitaba su capacidad para purgar sus mutaciones. Esto llevaría a una rápida acumulación de éstas, lo que un día tendría como consecuencia la eliminación completa del cromosoma Y, posiblemente en menos de diez millones de años. Pero en 2003, cuando se publicó la primera secuencia completa del cromosoma Y, los biólogos identificaron grandes secciones del ADN que eran imágenes especulares una de otra. Estas áreas palindrómicas, es decir, una secuencia de bases es igual a su complementaria leída al revés, proporcionaron una posible respuesta a la antigua pregunta de cómo se libraba el cromosoma Y de las mutaciones nocivas: se recombinaba consigo mismo. Intercambiando un alelo mutado (un alelo es una de las posibles formas de un gen) por otro bueno del otro lado del palíndromo podría, a efectos prácticos, arreglar el problema. El equipo de Page se dispuso a encontrar pruebas que confirmasen esta hipótesis. Para ello analizó el cromosoma Y de cerca de 2400 pacientes masculinos con anormalidades sexuales diagnosticadas previamente. Identificaron 51 cromosomas Y que mostraban signos característicos de haber sufrido esta autorrecombinación de material genético. Los investigadores se percataron de estos cromosomas Y en particular por la presencia de dos centrómeros (el punto donde se tocan las dos cromátidas del cromosoma) en vez del único habitual. El centrómero es la región del cromosoma sobre la que se ejerce tracción durante la división celular (mitosis), y tener más de uno puede dar lugar a confusión celular. Estos llamados Y isodicéntricos son un desafortunado efecto secundario de la recombinación dentro del cromosoma, según el trabajo publicado. Después de la rotura del ADN para intercambiar los genes que necesitan reparación, las piezas podrían recolocarse incorrectamente, con el resultado de un cromosoma que no tiene centrómeros o bien otro que tiene dos. La inestabilidad mitótica resultante puede desembocar en una pasmosa variedad de consecuencias clínicas. El mismo problema en el cromosoma Y se traduce tanto en un recuento espermático reducido en un individuo por lo demás sano, como en distintas anomalías de desarrollo sexual a un nivel anatómico mucho mayor en otros individuos. Esta variedad de consecuencias es verdaderamente sorprendente. Una nota final: si bien estos resultados apoyan la teoría de que el cromosoma Y se recombina consigo mismo, el mecanismo de intercambio de genes tiene que ser confirmado todavía, el proceso concreto aún no ha sido explicado. [En la imagen, de izquierda a derecha, cromosomas X e Y; en el X podemos apreciar cómo las dos cromátidas se tocan en el centrómero]Referencia: Lange, J., Skaletsky, H., van Daalen, S., Embry, S., Korver, C., Brown, L., Oates, R., Silber, S., Repping, S., & Page, D. (2009). Isodicentric Y Chromosomes and Sex Disorders as Byproducts of Homologous Recombination that Maintains Palindromes Cell, 138 (5), 855-869 DOI: 10.1016/j.cell.2009.07.042
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Lange, J., Skaletsky, H., van Daalen, S., Embry, S., Korver, C., Brown, L., Oates, R., Silber, S., Repping, S., & Page, D. (2009) Isodicentric Y Chromosomes and Sex Disorders as Byproducts of Homologous Recombination that Maintains Palindromes. Cell, 138(5), 855-869. DOI: 10.1016/j.cell.2009.07.042
- September 5, 2009
- 02:33 PM
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Confirmación de la existencia de hidrocarburos aromáticos policíclicos en nubes interestelares.
by César Tomé López in Experientia docet
Investigadores de la Universidad de Georgia (EE.UU.) dirigidos por Michael Duncan han identificado por primera vez uno de los compuestos responsables de la radiación de las nubes interestelares conocida como Bandas Infrarrojas No Identificadas (UIR, por sus siglas en Inglés). Según publican en el Astrophysical Journal [1], dicho compuesto es una versión protonada de naftaleno (el principal componente de la naftalina) en estado gaseoso. Este descubrimiento confirma la teoría de que las UIB son emitidas por hidrocarburos aromáticos policíclicos, lo que indica que en el espacio interestellar pueden encontrarse compuestos químicos extremadamente complejos. El descubrimiento de una característica emisión infrarroja inesperada proveniente de dos nebulosas planetarias por Gillet, Forrest y Merrill en 1973 [2] marcó el comienzo de un excitante capítulo de la astrofísica moderna. Gillet et al. ya demostraron que esta banda estaba asociada con polvo interestelar y que su identificación podría proporcionar una mejor comprensión de la formación del polvo y la evolución de las últimas etapas del ciclo vital de las estrellas. Este espectro, llamado UIR, por no conocerse la composición de la nube que las emite, se observa principalmente, aunque no únicamente, en regiones con polvo interestelar expuesto a intensa radiación ultravioleta. Comprender la fuente de este inesperado y extendido fenómeno se ha convertido en un importante problema en astrofísica. La respuesta al mismo que está ganando aceptación, y que el descubrimiento del equipo de Duncan viene a reforzar, es que estas bandas son emitidas por hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) en fase gaseosa. La hipótesis de los HAP se basa en las observaciones realizadas: estabilidad de la radiación, presencia confirmada de hidrógeno y carbono en las nubes de polvo interestelar y que se trata de una radiación no térmica, es decir, no es la que emite un sólido caliente, sino que se trata de fluorescencia por absorción de fotones ultravioletas por parte de moléculas en fase gaseosa. Los HAP pueden satisfacer todas estas características. El naftaleno es un HAP. Efectivamente, es un hidrocarburo, es decir, está constituido sólo por hidrógeno y carbono (su fórmula es C10H8), aromático porque contiene al menos un anillo aromático (ver imagen) y policíclico, porque contiene más de uno de estos anillos, en concreto dos. Mucha gente conoce este compuesto en su forma terráquea de sólido cristalino blanco, usado como repelente de polillas (naftalina). El espectro de esta forma de naftaleno no coincide con el de las UIR. En las condiciones interestelares cabe esperar que el naftaleno no esté en forma sólida, sino gaseosa ya que, si bien la temperatura es muy baja, la densidad también lo es, por lo que lo razonable es que exista como moléculas aisladas, que esté en estado gaseoso. No sólo eso, debido a la abundancia de hidrógeno y a la ausencia de otras interacciones cabe pensar que una forma protonada del naftaleno, es decir, con un hidrógeno de más menos un electrón (C10H9+ ), puede ser estable. Esta es la hipótesis que quería probar el equipo de investigadores. Para comprobar que uno de los compuestos responsables de la emisión era naftaleno protonado primero tuvieron que crearlo en el laboratorio, en condiciones cercanas al cero absoluto (las del espacio), para después gasificarlo usando un láser. El espectro de este gas es el que se ha analizado. Este espectro coincide claramente con una parte de las UIR. El espectro del naftaleno protonado no explica todo el espectro de UIR pero las características del mismo sugieren que una mezcla de PAH podría hacerlo, poniendo fin a lo que ha sido un misterio durante más de 30 años y abriendo un mundo de posibilidades para las complejas moléculas que podemos llegar a encontrar en el espacio interestelar.Nota: El naftaleno, una de las moléculas más complejas detectadas en el espacio, también fue noticia el año pasado cuando un equipo del Instituto de Astrofísica de Canarias confirmó su detección en una nube de gas y polvo en la constelación Perseo. Más información aquí. Referencias:[1]Ricks, A., Douberly, G., & Duncan, M. (2009). THE INFRARED SPECTRUM OF PROTONATED NAPHTHALENE AND ITS RELEVANCE FOR THE UNIDENTIFIED INFRARED BANDS The Astrophysical Journal, 702 (1), 301-306 DOI: 10.1088/0004-637X/702/1/301 [2] Gillett, F., Forrest, W., & Merrill, K. (1973). 8-13 micron spectra of NGC 7027, BD +30 3639 and NGC 6572. The Astrophysical Journal, 183 DOI: 10.1086/152211... Read more »
Ricks, A., Douberly, G., & Duncan, M. (2009) THE INFRARED SPECTRUM OF PROTONATED NAPHTHALENE AND ITS RELEVANCE FOR THE UNIDENTIFIED INFRARED BANDS. The Astrophysical Journal, 702(1), 301-306. DOI: 10.1088/0004-637X/702/1/301
Gillett, F., Forrest, W., & Merrill, K. (1973) 8-13 micron spectra of NGC 7027, BD 30 3639 and NGC 6572. The Astrophysical Journal, 87. DOI: 10.1086/152211
- September 4, 2009
- 01:33 PM
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La termodinámica de los tiempos de reacción humanos.
by César Tomé López in Experientia docet
Durante más de un siglo los psicólogos han usado el tiempo de reacción como una ventana al cerebro. A finales del pasado mes de agosto, Fermín Moscoso del Prado Martín de la Universidad de Provenza (Francia), propuso una nueva forma de estudiar los tiempos de reacción ante un estímulo mediante el análisis de la entropía de su distribución, algo muy parecido a lo que se hace en termodinámica. Sus resultados, disponibles en arXiv, pueden alterar principios básicos de la psicología del comportamiento. La idea subyacente a los experimentos de tiempo de reacción es que el procesamiento de la información necesita una determinada cantidad de tiempo, de tal manera que la cantidad media de tiempo que lleva comenzar o completar una tarea es un reflejo de la duración de los procesos cognitivos implicados en ella. Por ejemplo, un experimento típico de tiempo de reacción consistiría en presentarle a un sujeto un grupo de letras en una pantalla y pedirle que presione un botón si las letras forman una palabra válida. Esta clase de experimento se llama tarea de decisión léxico-visual. Este enfoque centrado en la información es fácilmente tratable desde el punto de vista de la teoría de la información. No es de extrañar, por tanto, que nada más publicar Claude Shannon su teoría de la información en 1948, los psicólogos comenzaran a aplicarla al intercambio de información entre el entorno y el cerebro que tiene lugar durante los experimentos de tiempo de reacción. Estos trabajos tuvieron como resultado la ley de Hick, una de las pocas leyes de la psicología experimental. Si entendemos la entropía como una estimación de la cantidad de información necesaria para especificar el estado de un sistema, la ley de Hick afirma que el tiempo que se tarda en hacer una elección está relacionado linealmente con la entropía de las distintas alternativas. Los resultados de varios experimentos de tiempo de reacción parecen confirmar que esta es la realidad. Aunque un subproducto de este enfoque es que los resultados están íntimamente relacionados con el tipo de experimento que se usa para medir el tiempo de reacción. Y esto hace a cada estudio especialmente vulnerable a la idiosincrasia del enfoque experimental. Moscoso del Prado afirma que la entropía de la distribución de los tiempos de reacción es independiente del tipo de experimento y, por lo tanto, proporciona una medida mejor de los procesos cognitivos implicados. La importancia de este resultado estriba en que permite comparar los resultados de diferentes tipos de experimentos. El investigador usa su método para determinar cuánta información puede procesar el cerebro durante las tareas de decisión léxicas. El resultado que obtiene es que, con los datos disponibles, la velocidad de procesamiento no supera los 60 bits por segundo (esto no implica que este valor sea un límite). Por supuesto, este valor no es la velocidad de procesamiento del cerebro completo sino una medida de la capacidad de entrada/salida durante una tarea específica. Por otra parte la aplicación del método al análisis de varios tipos de experimentos de tiempo de reacción le permite a Moscoso del Prado concluir que la velocidad de procesamiento de la información no es constante durante una tarea determinada, en abierta contradicción con la ley de Hick. Según afirma el investigador en el artículo publicado, “Este descubrimiento sugiere un sistema adaptable en el que la cantidad de información que se procesa se ajusta dinámicamente a lo que la tarea demanda”, lo que tiene sentido. No parece muy coherente que el cerebro procese datos a la misma velocidad independientemente de la complejidad de la tarea que realiza. La implicación de este trabajo es evidente: es necesario revisar la ley de Hick, una de las leyes básicas de la psicología del comportamiento, para que incluya esta no linealidad. El cómo hacerlo no está claro todavía pero seguro que implica una forma de mirar al cerebro muy distinta a la imperante cuando se formuló. Referencia: Fermín Moscoso del Prado Martín (2009). The thermodynamics of human reaction times N/D arXiv: 0908.3170v1... Read more »
Fermín Moscoso del Prado Martín. (2009) The thermodynamics of human reaction times. N/D. arXiv: 0908.3170v1
- September 3, 2009
- 04:46 PM
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El mundo de zinc: una nueva hipótesis del origen de la vida.
by César Tomé López in Experientia docet
El experimento clásico de Miller-Urey, llevado a cabo por Stanley Miller y Harold Urey en 1953, marcó un hito en los estudios sobre el origen de la vida. Estableció que la atmósfera de la Tierra primitiva, tal y como ellos la imaginaron, era capaz de producir aminoácidos, las bases sobre las que se construye la vida, a partir de sustancias inorgánicas. Ahora, más de 55 años después, dos científicos proponen una hipótesis que podría añadir una nueva dimensión al debate de cómo se desarrolló la vida. Armen Mulkidjanian de la Universidad de Osnabrück (Alemania) y Michael Galparin de los Institutos Nacionales de la Salud de los Estados Unidos presentan su hipótesis y sus pruebas en dos artículos de acceso libre en Biology Direct. Los científicos sugieren que la vida en la Tierra se originó en estructuras porosas fotosintéticamente activas, similares a las fuentes hidrotermales del fondo marino, hechas de sulfuro de zinc. Argumentan que bajo la alta presión de una atmósfera dominada por el dióxido de carbono, las estructuras de sulfuro de zinc podrían formarse en la superficie de los continentes primitivos, donde tenían acceso a la luz del Sol. Al contrario que muchas teorías que sugieren que la radiación ultravioleta (UV) fue una amenaza para la vida incipiente, Mulkidjanian y Galperin piensan que lo que hizo fue contribuir a su aparición. La hipótesis propuesta intenta dar respuesta al problema de la energía en el origen de la vida. Los científicos hace ya tiempo que empezaron a cuestionarse las condiciones de la atmósfera usadas por Miller y Urey en su famoso experimento. En éste se replicaba la atmósfera de la Tierra primitiva con una mezcla de metano, hidrógeno, amoniaco y vapor de agua. Esta mezcla llevaba, junto con algunas chispas que simulaban relámpagos, a la formación de aminoácidos. Miller y Urey estaban asumiendo que la Tierra primitiva tenía una atmósfera reductora, esto es, mucho hidrógeno y poco oxígeno. Hoy día, muchos científicos han abandonado la noción de una atmósfera primitiva reductora. En vez de eso, creen que la Tierra tenía una atmósfera neutra, compuesta principalmente por dióxido de carbono, con cantidades menores de nitrógeno e hidrógeno, muy parecida a la que tienen actualmente Marte y Venus. Las repeticiones del experimento de Miller y Urey en estas nuevas condiciones, alguna llevada a cabo por el propio Miller, dan como resultado que esta mezcla no produce aminoácidos. La hipótesis del “mundo de zinc” de Mulkidjanian presenta una versión diferente de la atmósfera prebiótica de la Tierra, una en la que el sulfuro de zinc juega un papel principal en el desarrollo de la vida. En la naturaleza, hoy día, las partículas de sulfuro de zinc sólo precipitan en las fuentes hidrotermales del fondo marino. Su capacidad única de almacenar la energía de la luz ha hecho que este compuesto tenga un uso extendido en muchos dispositivos: desde varios tipos de pantallas de televisión a objetos que brillan en la oscuridad (agujas de relojes, juguetes, etc.). Es esta capacidad de almacenar la energía proveniente de la radiación UV lo que le daría al sulfuro de zinc la capacidad de reducir de forma eficiente el dióxido de carbono, de la misma forma que hacen las plantas. Para comprobar esta hipótesis los autores analizaron el contenido metálico de las células modernas y encontraron unos “sorprendentemente altos niveles de zinc”, particularmente en los complejos de proteínas con moléculas de ADN y ARN. De hecho, encontraron que existía una correlación entre la antigüedad evolutiva atribuida a la proteína y su contenido de zinc, llamativamente alto en aquellas relacionadas con el ARN. esto enlaza con Los científicos dicen que este resultado es prueba de que las primeras formas de vida evolucionaron en un ambiente rico en zinc. Pero, tal y como indican los autores, la aceptación de una nueva hipótesis para el origen de la vida requerirá mucho más trabajo, especialmente a la hora de describir en detalle la naturaleza de la vida y las reacciones químicas en estas comunidades ricas en zinc. El cambio conceptual que se pide a la comunidad científica es de un calado tal que harán falta pruebas experimentales a la altura del desafío para que la hipótesis se acepte. [En la imagen fuente hidrotermal humeando a través de chimeneas de sulfuro, en amarillo]Referencias:[1] Mulkidjanian, A. (2009). On the origin of life in the Zinc world: 1. Photosynthesizing, porous edifices built of hydrothermally precipitated zinc sulfide as cradles of life on Earth Biology Direct, 4 (1) DOI: 10.1186/1745-6150-4-26[2] Mulkidjanian, A., & Galperin, M. (2009). On the origin of life in the Zinc world. 2. Validation of the hypothesis on the photosynthesizing zinc sulfide edifices as cradles of life on Earth Biology Direct, 4 (1) DOI: 10.1186/1745-6150-4-27... Read more »
Mulkidjanian, A. (2009) On the origin of life in the Zinc world: 1. Photosynthesizing, porous edifices built of hydrothermally precipitated zinc sulfide as cradles of life on Earth. Biology Direct, 4(1), 26. DOI: 10.1186/1745-6150-4-26
Mulkidjanian, A., & Galperin, M. (2009) On the origin of life in the Zinc world. 2. Validation of the hypothesis on the photosynthesizing zinc sulfide edifices as cradles of life on Earth. Biology Direct, 4(1), 27. DOI: 10.1186/1745-6150-4-27
- September 2, 2009
- 03:30 PM
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Primera cuantificación rigurosa de entrelazamiento cuántico en un sistema biológico.
by César Tomé López in Experientia docet
Investigadores de la Universidad de California en Berkeley, encabezados por Mohan Sarovar, han conseguido demostrar que unas moléculas que intervienen en la fotosíntesis pueden permanecer entrelazadas cuánticamente incluso a temperaturas ordinarias. Se trata de la primera cuantificación rigurosa de entrelazamiento en un sistema biológico. Los resultados han sido remitidos a Nature Physics para su publicación, mientras tanto están disponibles en arXiv. Los físicos están fascinados con el entrelazamiento, ese extraño fenómeno cuántico en el que distintos objetos comparten la misma existencia, independientemente de la distancia que les separe. Pero en sus trabajos para estudiar y explotar el entrelazamiento para el procesamiento de la información, los físicos lo han encontrado frágil y fácilmente destruible. Esta fragilidad parece que limita las posibilidades de que el entrelazamiento pueda tener un uso técnico alguna vez. Pero últimamente está aflorando un nuevo aspecto del entrelazamiento en otro tipo de experimentos. Por ejemplo, los físicos han encontrado la firma del entrelazamiento en los estados térmicos de materiales, no sólo partículas, a bajas temperaturas. Esto tiene enorme implicaciones para los sistemas biológicos: si el entrelazamiento es más robusto de lo que se pensaba, ¿qué papel podría jugar en los seres vivos? El complejo Fenna-Matthews-Olson (FMO) es un compuesto de coordinación soluble en agua que fue el primer complejo pigmento proteína cuya estructura fue caracterizada por espectroscopía de rayos X. Está presente en las bacterias verdes del azufre, un pequeño grupo de bacterias que realizan la fotosíntesis anoxigénica (al contrario que las plantas, por ejemplo, no producen oxígeno). La función del FMO es mediar en la transferencia de la energía de excitación desde los clorosomas a los centros de reacción fotosintética que están incrustados en la membrana. El equipo de Sarovar estableció métodos de cuantificación del entrelazamiento de los componentes del sistema de recogida de luz, estableciendo condiciones necesarias y suficientes para poder hablar de presencia de entrelazamiento y derivando un sistema para medir el entrelazamiento global. Todos estos métodos se aplicaron a la proteína FMO con objeto de averiguar las dependencias del estado inicial y de la temperatura del entrelazamiento en las moléculas de este compuesto. Los investigadores establecieron que una pequeña cantidad de entrelazamiento de largo alcance y multipartito existe incluso a temperaturas fisiológicas. Esto constituye la primera cuantificación rigurosa del entrelazamiento cuántico en un sistema biológico. Los científicos señalan que estas moléculas no parece que saquen provecho del entrelazamiento. Simplemente, el entrelazamiento sería sólo una consecuencia de la coherencia electrónica. Esta afirmación puede ser controvertida para algunos y serán necesarias pruebas algo más sólidas que las meramente circunstanciales para que sea aceptada ampliamente. Si este descubrimiento se confirma y se considera correcto, las implicaciones son gigantescas para la bioquímica cuántica, para el procesamiento cuántico de la información y, posiblemente, para la neurociencia. Para la bioquímica cuántica porque se pueden basar en este entrelazamiento mediciones mucho más precisas de lo que ocurre en las moléculas durante la fotosíntesis usando varias técnicas metrológicas diseñadas para la física. A posteriori, este conocimiento podría ser útil en el diseño de mejores sistemas colectores de energía solar. Si lo anterior estaría muy bien, lo que sigue ya parece de ciencia ficción: estas moléculas podrían usarse para el procesamiento cuántico de la información a temperatura ambiente: ordenadores cuánticos fotosintéticos. Finalmente, si el entrelazamiento cuántico juega un papel en la fotosíntesis, ¿por qué no también en otros órganos biológicos importantes? ¿Se te ocurre un órgano en el que el entrelazamiento pudiera ser útil?[En la imagen, estructura del FMO: en rojo magnesio, en verde bacterioclorofila, en gris proteína]Referencia: Mohan Sarovar, Akihito Ishizaki, Graham R. Fleming, & K. Birgitta Whaley (2009). Quantum entanglement in photosynthetic light harvesting complexes Nature Physics arXiv: 0905.3787v1... Read more »
Mohan Sarovar, Akihito Ishizaki, Graham R. Fleming, & K. Birgitta Whaley. (2009) Quantum entanglement in photosynthetic light harvesting complexes. Nature Physics. arXiv: 0905.3787v1
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