Cuatro fuerzas y una pieza del puzzle

• El Modelo Estándar de física de partículas puesto a prueba
• El bosón de higgs es una partícula clave en el puzzle teórico
• 27 premios Nobel entregarán una visón de la nueva física
• Panel de discusión con enlace en vivo desde el CERN

Lindau, 20 de junio de 2012-. La física de partículas reúne los bloques elementales de la materia y sus fuerzas en un elegante modelo. Su arquitectura teórica y sus pruebas experimentales han sido reconocidas con muchos premios Nobel. Sin embargo, el Modelo Estándar deja muchas preguntas sin respuestas: Por ejemplo, los físicos no han sido capaces de explicar cómo las partículas obtienen su masa. No saben cómo incorporar la gravedad al modelo y, al parecer, éste sólo explicaría 4% de nuestro universo. El resto consiste en las misteriosas materia y energía oscuras.

Una gran parte del 62 Lindau Nobel Laureate Meeting, dedicado a la física, se concentrará en la discusión de este tema. 27 premios Nobel y más de 580 jóvenes de todo el mundo participarán en la cita. Las tertulias también se concentrarán en los experimentos del Gran Acelerador de Hadrones (LHC) —el acelerador de partículas del Centro Europeo de Investigación Nuclear (CERN) en Ginebra— que muy pronto ayudará a que el Modelo Estándar tenga fundamentos más sólidos y pueda expandirse.

Los premios Nobel Carlo Rubbia, Martinus Veltman, George Smoot y David Gross discutirán sobre los últimos avances en este campo en un panel de conversación en contacto en directo con representantes del CERN en Suiza.

El poder de la interacción débil

Los premios Nobel Carlo Rubbia, Martinus Veltman y David Gross han hecho cada uno contribuciones cruciales al Modelo Estándar de física de partículas. Sus descubrimientos están relacionados con las interacciones fuertes y débiles en el núcleo atómico, dos de las fuerzas fundamentales de la física. Las otras dos son la gravedad y la fuerza electromagnética, que aseguran, entre otras cosas, que los electrones de carga negativa permanezca estables alrededor del núcleo. Dependiendo de cada elemento químico, el núcleo atómico contiene un número específico de protones y neutrones, cada uno de los cuales está compuesto por tres quarks.

Imagen | eluniverso.org.es

Para que el hidrógeno simple se convierta en elementos más complejos, por ejemplo, sus protones deben convertirse en neutrones, cosa que también ocurre en el proceso de fusión nuclear del Sol. La interacción débil es la responsable de este proceso. Nuestro mundo material no podría haberse formando de la energía original del Big Bang sin la interacción débil. Por otro lado, la interacción fuerte mantiene los componentes del núcleo atómico unidos y contrarresta la repulsión eléctrica de cargas iguales.

Las cuatro fuerzas fundamentales ejercen su efecto con la ayuda de el intercambio específico de partículas. Los fotones median la interacción electromagnética y los gluones la fuerte. Se cree que los gravitones son los mediadores de la gravedad pero aún no han sido descubiertos. No así los bosones W y Z que, como mediadores de las interacciones débiles, fueron detectados por un equipo con el que trabajaron Carlo Rubbia y Simon van Meer en el CERN. La masa de esos bosones es 80 veces la masa de un protón, pero quarks y electrones, por ejemplo, también tienen masa.

¿Pero cómo puede ser esto explicado si el matemáticamente el Modelo Estándar sólo permite partículas sin masa? El físico inglés Higgs postuló que debe existir una interacción que brinde a las partículas su masa, una capo de fuerza a través de cual se deslizan como un jarabe para adquirir su masa. De otra forma todas las partículas sólo se podrían mover a la velocidad de la luz sin poder formar nunca materia estable. La partícula que daría la masa a las otras en este campo de fuerza sería el bosón de Higgs. No ha sido descubierto aún porque esta pieza perdida del puzzle sólo se formaría a muy altas energías y decaería extremadamente rápido. Sólo el LHC puede generar energías suficientes para que cuando choquen los protones se pueda detectar y analizar los fragmentos de dichas colisiones.

El encanto oculto de la supersimetría

En su charla “El LHC del CERN y el Higgs”, Martinus Veltman destacará la creación y el desarrollo del modelo estándar y discutirá los últimos hallazgos del CERN que indicarían que el Higgs realmente existe.

Veltman fue galardonado con el Premio Nobel en 1999 junto con su ex estudiante de doctorado Gerardus 't Hooft. Ambos lograron mostrar matemáticamente que las interacciones débiles y electromagnéticas estaban originalmente unificadas en la fuerza electro-débil, incluso si en el mundo real sus fuerzas difieren unas de otras por un factor de 100 mil millones.

La explicación de ello: mientras más grande es la energía —es decir, mientras más se asemeja las condiciones del comienzo del universo— más fuerte será la fuerza débil y menos poderosa la fuerza electromagnética. La interacción fuerte también se debilita a mayor energía. Esto se denomina libertad asintótica. Este descubrimiento, por el cual David Gross, H. David Politzer y Frank Wilczek recibieron en 2004 el premio Nobel de Física, alimenta la esperanza de que las cuatro fuerzas fundamentales de la física derivan de una fuerza primordial que podría ser descrita en una teoría del todo. Esto se debe a que la interacción de fuerzas débiles, fuertes y electromagnéticas tienen aproximadamente la misma fuerza en el rango de energía en el que la gravedad también se convierte en lo suficientemente grande como para fusionarse con ellas.

Sin embargo, la premisa de la unificación de la cuatro fuerzas implica que el Big Bang dio origen a un mundo originalmente supersimétrico, y que con el tiempo dicha simetría se rompió apareciendo las partículas que hoy son parte del Modelo Estándar. Cada una de ellas tiene una pareja supersimétrica en el universo que tendría masa, que de otro modo se comportarían de manera completamente neutral y no sería accesible para tres de las cuatro fuerzas elementales.

Imagen | Supersymmetry — What Is It?

Estas partículas supersimétricas sólo se pueden identificar a través de su interacción con la gravedad. Si ellas realmente existen, es posible detectarlas experimentalmente en el LHC del CERN. David Gross, quién hablará de “Un siglo de mecánica cuántica”, explicará por qué él cree que probar la existencia de la supersimetría establecerá una nueva física, más allá del Modelo Estándar.

El misterio de la materia oscura

En Física, las partículas supersimétricas son consideradas como promisorios candidatos para explicar la materia oscura, que mantiene a las galaxias del universo juntas como si fuera un esqueleto invisible y que equivale al 23% de la masa total del universo. Esto se debe a que la materia oscura exhibe un comportamiento electromagnético neutral y sólo se hace visible con la gravitación: esta curva el espacio y desvía la luz de objetos distantes que llega a la Tierra. Por esto podría estar compuesta de partículas supersimétricas.

Sin embargo, neutrinos pesados también podrían contribuir a explicar la materia oscura, como Carlo Rubbia explicará en su charla “Neutrinos: un campo dorado para la física de astro-partículas”. Los neutrinos están cercanamente relacionados con la interacción débil y son liberados junto a los electrones cuando los neutrones son convertidos en protones durante el decaimiento beta.

Por qué su masa no es cero, como originalmente se asumió, es una de las preguntas para las que el Modelo Estándar aún no tiene respuesta. Los científicos tienen certeza de que todos los átomos que conocemos están compuestos de dos quarks diferentes, un tipo de electrón y un tipo de neutrino. Sin embargo, el Modelo Estándar describe dos familias de cuatro, que están compuestas por un tipo muy diferente de quarks, electrones y neutrinos, y que son estables sólo por pequeñas fracciones de segundos. Ellos han sido generados por aceleradores de partículas e identificados como bloques elementales del universo. ¿Qué propósito tienen? ¿Por qué hay tres familias de partículas si todos los fenómenos se pueden explicar con los miembros de la primera?

Es posible que todos los problemas de las partículas estén interrelacionados, según asegura Martinus Veltman. “Si investigamos el Higgs en gran detalle, posiblemente podremos encontrar la llave para la solución del resto de los problemas. Esto es la esperanza del futuro”. Pero para lograrlo, es necesario primero encontrar esta pieza del puzzle de partículas.

Los premios Nobel Carlo Rubbia, Martinus Veltman, George Smoot y David Gross discutirán los últimos desarrollo y progresos del CERN en un panel de discusión con representantes del mismo CERN, en contacto directo desde Ginebra, durante el Lindau Meeting of the Nobel Laureates. Este panel se realizará el jueves 4 de julio entre las 15 y 16:30 horas en Lindau.

Más información

El programa del 62 Lindau Nobel Laureate Meeting, información de contexto, y los resúmenes de las charlas están disponibles en el Lindau Mediatheque.

Además se puede encontrar las grabaciones de audio y videos de las charlas de los premios Nobel que han participado en los más de 60 años del Lindau Meetings. Se encuentra también información de las reuniones, fotos, enlaces con información relacionada y “mini charlas” editadas didácticamente. El Lindau Mediatheque está pensado para investigadores, quienes estén interesados en ciencia, periodistas y profesores.

Contenidos sobre partículas subatómicas en la Mediatheque.

Perfiles del los Premios Nobel en el Lindau Mediatheque:

• Carlo Rubbia (Física, 1984) y Simon van der Meer por su determinante contribución en el gran proyecto que llevó a descubrir las partículas W y Z, comunicadores de la interacción débil”.
• Martinus Veltman (Física, 1999), Veltman y Gerardus 't Hooft recibieron por dilucidar la estructura cuántica de las interacciones electrodébiles en física "
• David Gross (Física, 2004), H. David Politzer y Frank Wilczek por el descubrimiento de la libertad asintótica en la teoría de la interacción fuerte.

El Lindau Nobel Laureate Meeting

24 Premios Nobel y más de 580 jóvenes científicos de 69 países participarán del 62 Lindau Nobel Laureate Meeting (Física) desde el 1 al 6 julio de 2012. Los temas de este año de física incluyen cosmología, física de partículas, y los desafíos de proveer de energía sustentable y los problemas climáticos.

Los Lindau Meetings se han desarrollado anualmente desde 1951 en Lindau (Alemania). Son organizados por el Consejo para el Lindau Nobel Laureate Meeting establecido en 1954 y la Fundación Lindau Nobelprizewinners Meetings at Lake Constance creada en 2000. Más de 250 Premios Nobel son miembros de la Founders Assembly.

Lindau Meetings en línea

Blog: http://lindau.nature.com/
Twitter: http://twitter.com/#!/lindaunobel
Facebook: http://www.facebook.com/LindauNobelLaureatesMeeting

Comunicado de prensa provisto por Lorena Guzmán H.

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¿Cómo actúan los calmantes del dolor?

¿Es malo sentir dolor? A pesar que muchos piensen que sí, la sensación del dolor ha sido un aspecto importante de nuestra evolución ya que funciona como un sistema de alerta que se activa para prevenir algún tipo de daño. Si no sintiéramos dolor simplemente no nos daríamos cuenta que nos cortamos un dedo al filetear un pescado, o que nos fracturamos el tobillo después de una caída, o que nos quemamos la lengua al tomar un café muy caliente.

Contamos con detectores de dolor en la mayor parte de nuestro cuerpo, los cuales están conformados por células nerviosas especializadas llamadas nociceptores. A diferencia de otras células nerviosas, éstas se activan sólo cuando el estímulo capaz de causar algún daño supera un determinado umbral. Hay personas que tienen un umbral mucho más alto, por lo tanto, resisten más el dolor.

Cuando el estímulo daña las células, éstas secretan una sustancia presente en sus membranas llamada ácido araquinódico. Luego, unas enzimas llamadas COX-1 y COX-2 convierten este ácido araquinódico en prostaglandinas, que posteriormente participan en las respuestas inflamatorias, el aumento de la temperatura corporal y la reducción del umbral del dolor.

Entonces, si una sustancia evita la acción de las enzimas COX-1 y COX-2 sobre el ácido araquinódico, ¿se podría inhibir el dolor? Pues sí, y esa es precisamente la forma cómo actúan dos de los analgésicos más usados en el mundo: la aspirina y el ibuprofeno. Para entender mejor este tema, no puedes perderte el siguiente TEDEd video [Está en inglés, pero no tendrás problemas en comprenderlo, puedes activar los subtítulos a través del CC].

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62 Lindau Nobel Laureates Meeting: Abierto a lo inesperado

La fundación Lindau Nobel Laureate Meetings realiza desde hace más de 60 años reuniones científicas entre premios Nobel y estudiantes de todo el mundo para traspasar a las nuevas generaciones la sabiduría de los más experimentados. En cinco días más de 580 alumnos de pre y pos grado tienen la oportunidad de compartir con 27 galardonados y con estudiantes de diversos países. Este año 27 de esos jóvenes investigadores vienen de Latinoamérica.

La importancia de este evento que se realiza una ves al año al sur de Alemania, en Lindau, no sólo radica en que es una oportunidad única para los estudiantes de conocer directamente a premios Nobel, sino también porque es una instancia para extender redes científicas internacionales y aumentar los conocimiento más allá del área específica en la que se concentra cada joven científico.

Desde hace algunos años la organización ha concentrado esfuerzos para aumentar el vínculo con Latinoamérica y por ello busca establecer contacto con los medios de comunicación más importantes de la región para facilitar información sobre el evento.

Comunicar contenido científico y debatir son parte crucial de la preocupación del Lindau Meeting. En su plataforma en línea, Lindau Mediatheque, se pueden encontrar grabaciones de audio y video de las charlas que los Nobeles han dado en los más de 60 años de historia del Lindau Meeting. Además, está disponible información complementaria como fotos, links a contenidos relacionados y “mini charlas”. La Lindau Mediatheque es un recurso único para investigadores, interesados en ciencia, periodistas y profesores.

Puedes ver el programa aquí.

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No sin resistencia: el largo viaje desde una nota de laboratorio al Premio Nobel.

Cuán importante es confiar en los propios experimentos.

Shechtman: “Los expertos reconocen un descubrimiento inmediatamente”.

La persistencia con que estos destacados investigadores defienden sus interpretaciones de sus experimentos en contra de las ideas que prevalecen usualmente contribuyen al progreso científico.

Dan Shechtman, Premio Nobel de Química, es un buen ejemplo de esto. Él defendió su descubrimiento de los cuasi-cristales por más de diez años antes de ser reconocido. Shechtman, al igual que otros 26 premios Nobel y más de 580 jóvenes científicos de todo el mundo, participará en el 62 Lindau Nobel Laureate Meeting enfocado en física. Otros dos buenos ejemplos de investigadores que fueron premiados con el Nobel por perseguir consistentemente sus ideas —y así descubrir materiales con nuevas propiedades físicas y químicas— son Sir Harold Kroto y Douglas Osheroff. Ellos también estarán presentes en el Lindau Meeting de este año, el que se desarrollará entre el 1 y 6 de julio.

La perseverancia paga

Dan Shechtman necesitó mucha energía para pelear por el reconocimiento de su descubrimiento pionero. En la mañana del 8 de abril de 1982, el resultado de la difracción de un electrón que estaba utilizando, en la Universidad Johns Hopkins, para investigar la rápida solidificación de la aleación aluminio-magnesio le mostró una imagen completamente inesperada.

En vez de la disposición cristalina en tres, cuatro o seis ejes, el patrón de difracción mostró diez ejes de plegado; una disposición donde los átomos individuales ya no tienen la misma distancia con sus vecinos, algo que hasta entonces se consideraba imperativo para los cristales. Finalmente, los resultados de Shechtman revelaron un patrón aperiódico, similares a los de los mosaicos medievales del Palacio de la Alhambra en España.

Shechtman anotó el descubrimiento en su cuaderno de laboratorio con tres signos de interrogación a pesar de que sí creía en lo que había encontrado, recuerda. “La ciencia es fundamentalmente experimental y un experto rápidamente reconoce un descubrimiento cuando se tropieza con uno”.

Posteriores mediciones le confirmaron a Shechtman su descubrimiento; los desconocidos hasta entonces cuasi-cristales. Sin embargo, éstos recibieron muchas críticas porque no se condecían con lo que decía la teoría en esa época. Sin embargo, Shechtman no se distrajo y junto a sus colegas continuó tenazmente con la investigación en el Technion en Haifa.

“Un experto siempre chequea sus propios resultados. Si los siguientes experimentos prueban que está en lo correcto puede mantenerse erguido ante el criticismo de los teóricos”, dice hoy. Sólo cuando el equipo logró producir grandes cantidades de causi-cristales y confirmar sus patrones por medio de la difracción de rayos X, Dan Shechtman y sus colegas lograron convencer a la Unión Internacional de Cristalografía de su existencia, diez años después del descubrimiento. Esto llevó a cambiar la definición de cristales. Hoy, debido a sus propiedades quebradizas y de dureza, los cuasi-cristales se utilizan en la producción de aceros particularmente resistentes.

Superfluidez exótica

Sólidos, líquidos y gases son los estados en que encontramos la materia a diario, los que están ligados a fenómenos físicos como la fricción entre las partículas adyacentes. Los físicos, sin embargo, conocen un estado adicional de la materia: la superfluidez.

Los líquidos superfluidos fluyen sin fricción alguna. Este estado exótico de la materia es importante para muchos campos de investigación de la física —desde la mecánica cuántica hasta la cosmología. Los investigadores saben desde 1911 que el Helio-4 tiene esta fase de superfluido cuando se acerca al cero absoluto.

El Helio-4 tiene un spin entero y es un bosón; estas son partículas que colectivamente puede hacer la transición al estado superfluido en concordancia con la teoría Bose-Einstein. Pero, el Helio-3 tiene spin medio lo que lo convierte en un fermión, y sus propiedades físicas a baja temperatura difieren significativamente del Helio-4.

Según la teoría Barden-Cooper-Schriefer (BCS) que describe la superconductividad (Premiados con el Nobel de Física en 1972), se esperaba que el Helio-3 también lograra el estado superfluido bajo ciertas condiciones como la formación del llamado Cooper Pair.

Teniendo lo anterior en cuenta, el estudiante de doctorado Douglas Osheroff confirmó su corazonada una noche de abril de 1972. El investigó las propiedades magnéticas del Helio-3 en estado sólido a sólo 0,2 grados sobre el cero absoluto en la Universidad de Cornell, en Ithaca. Su intención fue registrar la fase llamada de cambio incrementando la presión en función del tiempo. Sin embargo, se dio cuenta de unos saltos inesperados en las curvas de medición. “La señal NMR del líquido bajó en un factor de dos a la más baja temperatura de transición. Sentí que tenía que ser el resultado de la formación del ‘Cooper Pairs’ en el líquido”, recuerda.

Entrada la madrugada escribió en su cuaderno: “2:30 AM he descubierto esta noche la fase de transición a superfluido del ³He líquido”. Varios meses de cuidadosas mediciones, que Osheroff llevó a cabo con su supervisor David Lee y su colega Robert Richardson, fueron necesarios para confirmar el descubrimiento. En 1996, el trío fue reconocido con el Permio Nobel de Física por esta hazaña.

En su charla, Osheroff discutirá su visión sobre “Cómo los avances en ciencia son hechos” en el 62 Lindau Nobel Laureate Meeting.

Fascinantes esferas de carbono

“Siempre espera lo inesperado”, dice Sir Harold Kroto, quien, junto con Robert Curl y Richard Smalley, fue honrado con el Premio Nobel de Química en 1996 por el descubrimiento de los fullerenos.

Este tipo de carbono, con moléculas unidas que forman una esfera asimilando la geometría de un panal de abejas, fue una gran sensación ya que representan una forma completamente nueva del carbono en estado sólido. Hasta entonces, el único entramado de carbono sólido conocido eran los diamantes duros y el suave grafito. El nombre de las esferas de carbono (buckyesferas y fullerenos) aluden a los domos arquitectónicos del arquitecto Buckminster Fuller.

Durante una estadía de visita en la Universidad Rice, en Houston, en los laboratorios de Smalley y Curl, Kroto vaporizó el grafito con un rayo láser de helio para ver las pequeñas cadenas de carbono que se esperarían de mediciones en el espacio interestelar.

Sin embargo, un escaneo espectrométrico de masa mostró que el máximo tamaño del compuesto aparentemente consiste en 60 átomos de carbono. Así, Curl, Kroto y Smalley desarrollaron la idea de la esfera de 60 átomos de carbono. “Tenía la fuerte corazonada que como la solución era tan bella tenía que estar correcta”, recuerda Harold Kroto. Como Shechtman, comenzó a verificar la teoría para descartar cualquier duda.

Luego los resultados fueron reconocidos y los fullerenos se convirtieron en codiciados objetos a investigar. Éstos son considerados como potenciales catalizadores y lubricantes, así como semiconductores y superconductores. Pero recientemente, los fullerenos en estado sólido volvieron a causar interés: Fueron detectados por el telescopio en infrarrojo Spitzer en las vecindad de un par de estrellas conocidas como XX Ophiuchi.

En su charla “Lost in Translation”, en el 62 Lindau Nobel Laureate Meeting, Sir Harold Kroto hablará sobre la necesidad de comunicar ciencia en lenguaje científico. Reconocido como un divulgador científico inspirador, ha sido por mucho tiempo un promotor de la divulgación de la ciencia especialmente vía internet con proyectos como Vega y Geoset.

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Más información

El programa del 62 Lindau Nobel Laureate Meeting, información de contexto para los participantes, y los resúmenes de las charlas están disponibles en el Lindau Mediatheque:
www.mediatheque.lindau-nobel.org/#/Meeting?id=284.

Perfiles del los Premios Nobel también se pueden encontrar en el Lindau Mediatheque:

• Dan Shechtman (Chemistry, 2011)
• Douglas Osheroff (Physics, 1996)
• Sir Harold Kroto (Chemistry, 1996)

Otorgamiento oficial del Premio Nobel a los galardonados mencionados anteriormente:

• Dan Shechtman recibió el Premio Nobel de Química en 2011 “por su descubrimiento de
  los cuasi-cristales”
• Douglas Osheroff recibió el Premio Nobel de Física en 1996 junto a David M. Lee y
  Robert C. Richardson “por su descubrimiento de el estado superfluido del Helio 3”
• Sir Harold Kroto recibió el Premio Nobel de Química en 1996 junto con Robert F. Curl
  Jr. y Richard E. Smalley “por su descubrimiento de los fullerenos”

Blog: http://lindau.nature.com/
Twitter: http://twitter.com/#!/lindaunobel
Facebook: http://www.facebook.com/LindauNobelLaureatesMeeting

Comunicado de prensa provisto por Lorena Guzmán H.

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Uso potencial de los exosomas para el tratamiento del Alzheimer

[Entrada originalmente publicada el 24 de Marzo del 2011]

Durante los últimos años, se ha avanzado mucho en el uso de pequeñas moléculas de ARN para el tratamiento de ciertas enfermedades. Estas moléculas de ARN están diseñadas para silenciar la expresión de genes involucrados con el desarrollo de la enfermedad, así que su función dependerá de que sean transportados correctamente al tejido indicado, para así evitar reacciones cruzadas con tejidos no específicos, principalmente el hígado quien es el encargado de metabolizar todas las sustancias extrañas que entran al cuerpo.

Otra barrera que hay que tomar en cuenta es la respuesta inmunogénica que puede ser activada por la molécula de ARN o por el transportador que se está usando, sobre todo si se quiere usar el agente terapéutico repetidas veces, por ejemplo, en el tratamiento de enfermedades crónicas. Un grupo de investigadores británicos desarrollaron un transportador basado en exosomas los cuales permiten llevar moléculas de ARN de silenciamiento (ARNsi) al tejido cerebral de manera específica y sin producir una respuesta inmunogénica según reportaron ayer en Nature Biotechnology.

Los exosomas son pequeñas nanovesículas naturales secretadas por diferentes tipos de células, cuya función es transportar diferentes compuestos y moléculas señalizadoras de un lugar a otro, permitiendo la comunicación celular. Su tamaño varía entre 40 y 100nm y en los últimos años se ha investigado mucho sobre su uso como transportador específico de agentes terapéuticos. En el 2007, Valadi et al. demostraron que los exosomas pueden ser usados para transportar pequeñas moléculas de ARN.

Para que un exosoma sea específico para un determinado tejido debe tener en su superficie unas pequeñas moléculas llamadas ligandos, los cuales serán reconocidos por receptores específicos dependiendo del tejido. Estos ligandos son principalmente pequeñas secuencias de aminoácidos llamados péptidos.

De esta manera, Álvarez-Erviti et al. aislaron exosomas de la médula ósea de ratones, específicamente de las células dendríticas inmaduras. Los exosomas obtenidos tuvieron un tamaño homogéneo de 80nm de diámetro. Luego, se fusionaron a la superficie de los exosomas péptidos específicos para ser reconocidos por determinados receptores de las células musculares y cerebrales, dos tejidos que sufren de enfermedades degenerativas. Uno de los péptidos reconoce los receptores de acetil colina del sistema nervioso central llamado RVG, otro reconoce ciertos receptores de las células musculares llamado MSP y un tercero evidencia la presencia de los exosomas llamado FLAG-Lamp2b —para poderles hacer un seguimiento.

Una vez construido los exosomas con los ligandos específicos, el siguiente paso fue insertar el ARNsi. Para ello usaron una técnica muy usada para insertar fragmentos de ADN en bacterias y protoplastos llamado electroporación [Ver BioUnalm for Dummies #2]. Finalmente, una vez obtenidos los exosomas, con los péptidos específicos para los tejidos musculares y neuronales, y cargando la molécula de ARNsi, probaron si funcionaban en dos líneas celulares: del músculo murino (C2C12) y células neuronales (Neuro2A), que son específicos para los exosomas MSP y RVG, respectivamente. Los resultados de la PCR cuantitativa (determinación de la cantidad del ARNsi) y de la microscopia de fluorescencia (determinación de la unión de los exosomas a las líneas celulares específicas) confirmaron la eficiencia de la técnica in vitro.

Como la técnica funcionó, los investigadores quisieron probar un agente terapéutico contra el Alzheimer. Para ello diseñaron un ARNsi contra el gen BACE1, el cual codifica para una proteasa responsable de la formación de la proteína precursora amiloidea, que producen la formación de los agregados de β-amiloide. Cuando analizaron los niveles de BACE1, vieron que el tratamiento con los exosomas lo redujo significativamente. Además, los ensayos de toxicidad demostraron que el producto era inocuo lo que daría pie para hacer los ensayos in vivo.

Luego, se diseñaron exosomas portando un ARNsi para un gen que es expresado en todo momento (constitutivo), ya que codifica para la enzima necesaria del sexto paso de la glucólisis —la gliceraldéhído 3-fosfato deshidrogenasa (GAPDH).  Primero se inyectaron exosomas libres (sin ligandos específicos) vía intravenosa en ratones de laboratorio y se analizaron los niveles de expresión de la GAPDH en los riñones, hígado y bazo. Como era de esperarse, los niveles de esta enzima se vieron afectados significativamente. Cuando se inyectaron los exosomas con los péptidos RVG se observó que los niveles de la enzima GAPDH se redujeron en el cerebro pero no en otros tejidos, quedando demostrada la especificidad de la técnica.

Además, determinaron que la readministración de los exosomas no reducía su especificidad y eficiencia. Para esto, inyectaron en los ratones exosomas RVG libres unas semanas antes de inyectar los exosomas con el ARNsi para la enzima GAPDH. Los resultados mostraron que hubo una mínima atenuación pero esta no era significativa, lo que demostraba el uso potencial de lo exosomas en el tratamiento de enfermedades crónicas.

Finalmente, probaron si los exosomas desarrollados durante el presente trabajo serían buenos agentes terapéuticos contra el gen BACE1, responsable del Alzheimer. Para ello usaron ratones modificados para expresar este gen en grandes cantidades y les insertaron lo exosomas portando el ARNsi para BACE1. Los resultados mostraron que la cantidad de ARN mensajero de BACE1 se redujo significativamente y hubo una inhibición de la función de una γ-secretasa, que también responsable de la formación de los β-amiloide. Además, al comparar los niveles de β-amiloide usando los exosomas terapéuticos y los inhibidores de BACE1 que actualmente se usan, la reducción fue mayor usando los primeros.

Por otro lado, los investigadores quisieron ver si los exosomas generaban algún tipo de respuesta antigénica, toxicidad u otro efecto secundario, para ello estudiaron las concentraciones de interleucina-6, IP-10, TNF-α y IFN-α. Los niveles fueron normales lo cual indica que los exosomas son seguros ya que no generan algún tipo de respuesta inmunogénica.

Este estudio se ve muy prometedor, quedaría ahora hacer unos estudios más cuidadosos en líneas celulares humanas, ver si son seguros para poder empezar con los primeros ensayos clínicos. Sin dudas, con esta tecnología se podría superar uno de los principales inconvenientes de la terapia génica, el transporte del agente terapéutico —en este caso un ácido nucléico— al tejido donde realizará su función, de manera específica.

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Referencia:


Alvarez-Erviti, L., Seow, Y., Yin, H., Betts, C., Lakhal, S., & Wood, M. (2011). Delivery of siRNA to the mouse brain by systemic injection of targeted exosomes Nature Biotechnology DOI: 10.1038/nbt.1807

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Revelan dinámica de proteína clave en la división de las bacterias

Un grupo de investigadores del CSIC han dado un paso más para saber cómo funciona una de las proteínas clave para que proliferen muchas bacterias, entre ellas la muy conocida Escherichia coli. Coordinado desde el Centro Nacional de Biotecnología por Miguel Vicente, el principal objetivo de este proyecto es el de encontrar nuevos antibióticos y, para ello, estudian las propiedades de FtsZ, la proteína que inicia el proceso por el que una bacteria se divide en dos.

Marisela Vélez, del Instituto de Catálisis y Petroleoquímica, también del CSIC, ha utilizado un microscopio de fuerza atómica, que permite observar con enorme detalle muestras sumergidas en una gota de líquido, para estudiar FtsZ. Sus observaciones han desvelado detalles muy importantes sobre cómo los polímeros de FtsZ, que son esenciales para la división de la bacteria, se curvan sobre una superficie de mica, llegando a formar círculos. Precisamente en la célula, FtsZ se localiza en el sitio donde se produce la división formando un anillo de mayores dimensiones que al estrecharse acaba por separar a las dos células.

Sobre la superficie de mica, los polímeros de FtsZ se estabilizan de forma transitoria, pero con el tiempo se van reduciendo de diámetro y los círculos se desvanecen. Esto ocurre porque las moléculas que componen el círculo se salen de él al azar, aunque las que se encuentran en los extremos lo hacen aún con mayor frecuencia. Según razonan los investigadores, si este proceso no existiese, los anillos difícilmente se estrecharían y la bacteria no se dividiría. El truco empleado para poder estudiar la formación y desaparición de los círculos ha sido utilizar unas condiciones bioquímicas que permiten ralentizar la separación de las moléculas de FtsZ que los componen. De este modo han podido estudiar este proceso con mayor precisión.

No cabe duda de que los compuestos que bloqueen por completo el proceso de formación o el de disgregación de los círculos de FtsZ inutilizarán el anillo de división en la bacteria impidiéndole su proliferación. En el 2009, David Haydon del Begbroke Science Park y su equipo encontraron una molécula (PC190723) que se une y bloquea la acción de la FtsZ, evitando la proliferación de la bacteria de manera similar a como lo hace el Taxol® con la tubulina en el tratamiento del cáncer. Por ello, los investigadores quieren seguir colaborando con las empresas biotecnológicas que participan en el proyecto hasta encontrar un nuevo antibiótico.

En el trabajo, publicado en PNAS ha requerido una notable integración de diversos conocimientos y técnicas. De hecho, en estas investigaciones han participado el grupo del Centro de Investigaciones Biológicas dirigido por Germán Rivas, científicos del Instituto de Ciencia de Materiales Nicolás Cabrera y el investigador del Departamento de Física Teórica de la Materia Condensada de la Universidad Autónoma de Madrid Pedro Tarazona.

Fuente | CNB-CSIC.

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Referencia:

Mateos-Gil P, Paez A, Hörger I, Rivas G, Vicente M, Tarazona P, Vélez M. Depolymerization dynamics of individual filaments of bacterial cytoskeletal protein FtsZ. PNAS 109(21):8133-8138. doi: 10.1073/pnas.1204844109

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Identifican proteína responsable de la diferenciación de la abeja reina

[Entrada originalmente publicada el 24 de abril del 2011]

Por muchos años, los científicos saben que cuando a la larva de una abeja se la alimenta con la jalea real secretada por las obreras, esta se convierte en una abeja reina. Sin embargo, hasta ahora se desconocía cual era el factor responsable de dicha diferenciación y la forma como éste actuaba. A través de un artículo publicado hoy en Nature, la Dra. Masaki Kamakura de la Universidad de la Prefectura de Toyama reportó la identificación y caracterización de la proteína responsable de la diferenciación de las larvas en abeja reina llamada royalactina.

Cuando las hembras de las abejas melíferas (Apis mellifera) llegan a ser adultas, pueden diferenciarse en dos castas: las reinas y las obreras, al cual no se debe a diferencias genéticas —ninguna  abeja está programada para ser reina u obrera— sino depende de si fueron o no alimentadas, cuando eran unas pequeñas larvas, con la jalea real secretada por las obreras.

La diferencia entre una reina y una obrera es bastante notoria ya que, a parte de ser mucho más grande y se desarrolla mucho más rápido, puede vivir hasta 10 veces más (de 1 a 2 años), tiene los ovarios grandes y funcionales y puede llegar a poner hasta 2,000 huevos por día. Entonces, sería lógico pensar que la jalea real contiene algún tipo de factor inductor —al cual llamaron royalactina— que determina la diferenciación de estas dos castas. Sin embargo, este factor no ha podido ser identificado hasta ahora.

Fue así que Kamakura hizo una interesante observación. Cuando se almacenaba la jalea real a 40 °C por siete días y se alimentaba a las larvas con ella, las abejas reinas resultantes tardaban más tiempo en desarrollarse y el tamaño de sus ovarios eran mucho más pequeños. Lo resaltante era que dicho efecto se acentuaba más en proporción al tiempo que la jalea permanecía almacenada (14, 21 y 30 días), tanto así que a los 30 días, la jalea real perdía su capacidad diferenciadora y las larvas alimentadas con esta jalea se convertían en abejas obreras.

Esta observación indicaba que el factor inductor responsable de la diferenciación de las abejas se degradaba gradualmente con el paso del tiempo, perdiendo su actividad completa después de un mes. Existen muchas biomoléculas (azucares, proteína, grasas, etc.) que se degradan cuando son sometidas a altas temperaturas, así que el factor inductor podría tener cualquiera de estas formas químicas.

Para determinar que compuesto químico era el inductor, Kamakura hizo otro experimento. Almacenó la jalea real tanto a 40 °C y 4 °C para identificar que compuestos se degradaban en uno y no en el otro, después de 30 días. Al analizar los componentes presentes en la jalea real, ni los azúcares, ni las vitaminas, ni los ácidos grasos mostraron una reducción significativa. Sin embargo, al analizarlos mediante HPLC y electroforesis en poliacrilamida (PAGE) identificaron tres proteínas —una de 450 kDa, otra de 170 kDa y otra de 57 kDa— que se degradaron durante el almacenamiento.

Por un lado, la proteína de 170 kDa se degradó completamente sólo a los 14 días de almacenamiento, descartando que éste sea el inductor porque, según el primer experimento, aún se observaba un efecto sobre las larvas a los 21 días. La proteína de 450 kDa prácticamente no se degradó, quedando un 90% de ella a los 30 días, y la proteína de 57 kDa —a la cual posteriormente le asignaron como la royalactina— se degradó por completo al cabo de los 30 días.

Así que para confirmar dicha observación, Kamakura purificó las proteínas de 450 kDa y de 57 kDa para probar su efecto sobre las larvas a diferentes concentraciones (0.5 – 2.0% del peso de la larva). La royalactina (57 kDa) fue la única que redujo el tiempo de desarrollo de las larvas (fig. a), aumentó el peso de la abeja (fig. b) y también el tamaño de los ovarios (fig. c). El mismo efecto se obtuvo a partir de una royalactina recombinante (E-Rol) producida por una bacteria.

Pero, como las abejas no son muy usadas como modelos biológicos, no existen muchas cepas mutantes que permitan determinar el mecanismo de acción de la royalactina. Por otro lado, la mosca de la fruta es un modelo biológico por excelencia, así que Kamakura usó a la Drosophila para hacer los análisis genéticos y observar el efecto de la jalea real en la diferenciación.

Cuando se sometió a las larvas de la mosca de la fruta a un 20% de jalea real, Kamakura observó un sustancial aumento en el tamaño corporal, la fecundidad y en la esperanza de vida, así como también una reducción en el tiempo de desarrollo de la mosca. En otras palabras, la jalea real tenía prácticamente el mismo efecto en la abeja y en la mosca. Gracias a este sorprendente resultado, la investigadora pudo continuar sus experimentos en la mosca.

Al usar distintas cepas mutantes de moscas, Kamakura identificó que la royalactina actuaba a nivel del receptor del Factor de Crecimiento Epidérmico (EGFR) del tejido graso a través de la activación de la p70S6K, una kinasa que actúa sobre la subunidad 6 del ribosoma, fosforilándola y promoviendo la síntesis de proteínas. Este mecanismo permite que las células adquieran un mayor tamaño. Entonces, esto indicaría que el mayor tamaño de las moscas se debe a que las células son más grandes y no porque son más numerosas. También se observó que la EGFR estaba relacionada directamente con la prolongación de la esperanza de vida de las moscas, siendo la primera vez que se detecta este efecto en los animales.

Por otro lado, Kimakura observó que la vía MAPK era activada por la EGFR, permitiendo una reducción en el tiempo de desarrollo de las moscas. Además, la royalactina tenía la capacidad de inducir la expresión de la ecdisterona (20E), una hormona juvenil esencial para el desarrollo de los ovarios.

Finalmente, para demostrar que todos estos resultados obtenidos en las moscas de la fruta pueden ser extrapolados a las abejas, Kamakura usó un ARN de interferencia (ARNi) para bloquear la expresión del gen EGFR en el tejido graso de las abejas melíferas. Este experimento confirmó que el efecto de la royalactina es similar en la mosca de la fruta y en la abeja melífera.

Entonces, para resumir, la royalactina actúa a nivel del receptor del Factor de Crecimiento Epidérmico del tejido graso de las larvas de las abejas, induciendo la diferenciación en abejas reinas a través de la activación de una subunidad del ribosoma, promoviendo la síntesis de proteínas, aumentando del tamaño de las células y prolongando la esperanza de vida de la abeja reina. Por otro lado, también se activa la vía de señalización celular MAPK, reduciendo el tiempo de desarrollo de la larva y se promueve la expresión de la ecdisterona, una hormona esencial para el desarrollo de los ovarios.

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Referencia:

Kamakura, M. (2011). Royalactin induces queen differentiation in honeybees Nature DOI: 10.1038/nature10093

Imagen: Flickr @Max_xx

Esta entrada participa en el III Carnaval de Biología que tiene como anfitrión al blog El Pakozoico.

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Células madre desde el “más allá”

Los cadáveres pueden ser una nueva fuente de células madre… ¡No es broma! Resulta que un grupo de investigadores liderados por Shahragim Tajbakhsh y Fabrice Chrétiendel del Instituto Pasteur (Francia), han logrado aislar células madre musculares de cadáveres humanos y de ratones dos semanas después de muertos, y han demostrado que al ser trasplantados en los ratones son capaces de regenerar el tejido dañado. El estudio aparece publicado el 12 de junio en Nature Communications.

Post mortem

Debido a la limitada disponibilidad de células madre para la manipulación experimental o la medicina regenerativa, los científicos se han visto obligados a buscar nuevas fuentes de donde obtenerlas.

La macabra idea de extraer células madre de un cadáver no es nueva. En 1986, un niño que padecía de leucemia recibió la médula ósea de su padre quien había muerto de un infarto al corazón 17 días antes. La médula fue extraída 40 minutos después de su muerte y fue guardada en nitrógeno líquido hasta el momento del trasplante. Si bien el niño no logró sobrevivir más de dos meses porque rechazó el injerto, se demostró la viabilidad de un cadáver como fuente de células donantes.

Fue así que las células madre procedentes de tejidos de cadáveres (post mortem) empezaron a ser usados para la experimentación. Sin embargo, su viabilidad y capacidad regenerativa era muy limitada. El problema era que no se entendía cómo cambiaba la fisiología de las células una vez la persona moría.

La autora principal del estudio, Mathilde Latil, examinó los tejidos de 16 cadáveres de personas y detectó la presencia de marcadores específicos de células madre musculares (células satélite) en todos ellos, incluso 17 días post mortem. Luego, estas células fueron aisladas y cultivadas, y al cabo de cuatro días, el 90% expresaban la Miogenina, una proteína clave para la formación del tejido muscular (miofibrillas y miotubos). Estos mismos resultados fueron obtenidos a partir de cadáveres de ratones hasta 14 días post mortem.

Formación de miofibrillas a partir de células madre musculares aisladas de ratones muertos cuatro días antes. Las células fueron cultivadas en medios con bajos niveles de oxígeno (3%). Tres días después se puede observar la formación de los miotubos (flechas negras).

Quiescencia

Los investigadores hicieron una observación clave mientras cultivaban las células satélite: cuando éstas provenían de cadáveres, el tiempo que tardaban en dividirse por primera vez era mucho mayor que cuando provenían de tejidos frescos. Esto indicaba que las células satélites aisladas post mortem estaban en un estado de quiescencia.

La quiescencia es un estado de baja actividad metabólica que se da como adaptación a las condiciones desfavorables del entorno la cual puede ser revertida si estas condiciones mejoran. Entonces, la quiescencia confiere una ventaja de supervivencia a las células madre de los cadáveres.

Al estudiar las células satélites de ratones muertos observaron que la expresión de los genes responsables de detener el ciclo celular, sintetizar potentes enzimas antioxidantes y responder a las bajas concentraciones de oxígeno (hipoxia), era mayor que en condiciones normales; mientras que la expresión de los genes responsables de activar o inactivar la muerte celular programada (apoptosis), no variaban significativamente.

Además se observó que éstas células consumían un 28% menos oxígeno a la media hora de ser cultivadas y sus niveles de ATP también se reducían considerablemente. Por esta razón, demostraron tener un mejor crecimiento y aumentaron su viabilidad cuando eran cultivadas en condiciones anóxicas (ambientes con menos del 0.1% de oxígeno).

Todo estos resultados apuntaban a que la reducción de la tasa metabólica, el bajo consumo de oxígeno y la baja producción de ATP son claves para la supervivencia y viabilidad de las células madre musculares post mortem.

Regeneración de tejidos

Finalmente los investigadores quisieron evaluar la capacidad de estas células madre en la regeneración de tejidos. Para ello usaron ratones previamente tratados con sustancias que dañan el tejido muscular (miotoxinas) a quienes les insertaron las células satélite aisladas cuatro días post mortem. Los resultados fueron realmente buenos, los injertos fueron asimilados correctamente y las células madre fueron capaces de regenerar el tejido dañado, siendo más eficientes cuando eran cultivadas en condiciones anóxicas.

No hay dudas que este estudio es un importante avance en el campo de la medicina regenerativa. Sin embargo, como toda investigación científica, ha generado nuevas preguntas. Una de ellas es por qué no se han encontrado otro tipo de células madre en los cadáveres. La quiescencia sólo es parte de la respuesta. Pero gracias a las técnicas de reprogramación celular podríamos ser capaces de obtener otro tipo de células distintas a las musculares, pero aún queda mucho camino por recorrer.

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Referencia:

Latil, M., Rocheteau, P., Châtre, L., Sanulli, S., Mémet, S., Ricchetti, M., Tajbakhsh, S., & Chrétien, F. (2012). Skeletal muscle stem cells adopt a dormant cell state post mortem and retain regenerative capacity Nature Communications, 3 DOI: 10.1038/ncomms1890

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Pequeña araña identifica a su víctima por sus antenas

¿Alguna vez han oído hablar de una araña vampira? Pues la Evarcha culicivora, también conocida como araña saltarina, lo es. Pero no succiona la sangre directamente del cuello de sus víctimas, sino que se alimenta de los mosquitos del género Anopheles —los mismos que transmiten la malaria— después de que estos se hayan alimentado de la sangre de algún vertebrado.

Las arañas saltarinas son realmente quisquillosas para comer. De toda la gama de insectos que viven al este de África, estos arácnidos tienen preferencia sólo por los mosquitos. Pero no por cualquier mosquito… sino sólo por aquellas hembras que tengan el abdomen hinchado de tanta sangre. Esto es realmente fascinante porque, a simple vista, todos los mosquitos se ven prácticamente iguales, sean machos o hembras, recién alimentados o en ayunas, incluso si son de diferentes especies. Sin embargo, esta pequeña araña tiene la capacidad de identificarlos con mucha precisión. ¿Cómo lo hacen?

Ximena Nelson de la Universidad de Canterbury (Nueva Zelanda) y Robert Jackson del Centro Internacional de Ecología y Fisiología de Insectos (Kenia) realizaron un experimento bizarro para descubrir cómo y lo reportaron esta semana en The Journal of Experimental Biology.

Estudios previos habían demostrado que las arañas saltarinas usaban señales visuales: los cuerpos de los Anopheles descansan en un ángulo de 45 grados con respecto a su punto de apoyo, mientras que la mayoría de los insectos lo hacen en paralelo. Por otro lado, cuando el mosquito acaba de alimentarse, presenta un abdomen más hinchado y rojo. Sin embargo, esto no explicaba el por qué de su preferencia por las hembras. Hasta que se dieron cuenta que hay una diferencia clave entre machos y hembras…

Anopheles gambiae Izquierda: macho; Derecha: hembra. (Crédito: Insect Image of the Week)

Como pueden apreciar claramente en la imagen, las antenas del macho son mucho más esponjosas y exuberantes que el de las hembras. Entonces, para confirmar la hipótesis de que las arañas saltarinas identifican a su presa a través de las antenas, Nelson no se le ocurrió mejor idea que crear mosquitos "Frankenstein”.

Para ello colectaron dos tipos de mosquitos (Anopheles y Culex) y les separaron la cabeza y el tórax del abdomen. Luego tomaron la cabeza y el tórax de un insecto y lo pegaron con el abdomen —lleno o vacío— de otro, en diferentes combinaciones: macho x hembra, hembra x macho, Anopheles x Culex y viceversa. Además, algunos abdómenes los llenaron con una solución azucarada en vez de sangre para confundir a la araña. Finalmente las mosquitos macabros fueron puestos en la posición correcta sobre la superficie de prueba.

Los resultados fueron según lo esperado. Primero, los investigadores observaron que las arañas tenían una mayor preferencia por las hembras hinchadas, incluso si estaban llenas con la solución azucarada. Sin embargo, el grosor del abdomen no fue la única pista necesaria para que las arañas identifiquen a su presa, porque, cuando les pusieron en frente a mosquitos con cabeza y tórax de macho y abdomen hinchado de hembra y mosquitos con cabeza y tórax de hembra pero abdomen hinchado de macho, casi siempre preferían a estos últimos, o sea, a los híbridos que tenían las antenas de hembra.

A simpe vista para nosotros es imposible discernir entre un mosquito macho y uno hembra. Sin embargo, las arañas saltarinas tienen algún tipo de mecanismo que les permita hacerlo, a pesar que su visión no sea de las mejores del reino animal.

Ahora queda la curiosidad de saber cómo procesan la información visual las arañas saltarinas: evalúan todas las características del mosquito de manera simultánea o una por una de manera sistemática (como un checklist) antes de atacar. De todas maneras, es un proceso relativamente complejo para su diminuto cerebro por toda la información sensorial que debe manejar.

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Referencias:

Nelson, X.J. & Jackson, R.R. The discerning predator: decision rules underlying prey classification by a mosquito-eating jumping spider. J. Exp. Biol. 215, 2255 – 2261 doi: 10.1242/jeb.069609 (2012).

Knight, K. Jumping spiders identify victims by their antennae. J. Exp. Biol. 215, i doi: 10.1242/jeb.075218 (2012).

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De embrión a larva

Investigadores estadounidenses y alemanes han desarrollado un método para seguir, célula por célula y en tiempo real, el proceso de desarrollo de un embrión de la mosca de la fruta. Los trabajos publicados esta semana en Nature Methods podrían transformar nuestro entendimiento de la compleja dinámica celular en el desarrollo de los animales, incluso dar a conocer los procesos claves en el desarrollo de ciertas enfermedades como el cáncer o en las terapias regenerativas a base de células madre.

Esta novedosa técnica de microscopía toma imágenes desde distintos puntos a la vez y luego las integra todas a través de una computadora superpotente capaz de analizar Terabits (TB) de información a la vez. Por ejemplo, uno de los estudios colectó nada menos que 11 TB de datos, tanta información que se requerirían de 2500 DVD para almacenarla. 

La mosca de la fruta (Drosophila melanogaster) es quizás el animal más estudiado desde el punto de vista de la genética, se sabe mucho sobre los genes que intervienen en la transformación de un embrión en larva, sin embargo, este conocimiento es muy abstracto. Esta nueva técnica permite ver apreciar la coordinación y movimiento de cada célula en el proceso de desarrollo embrionario. 

Vía | Nature News.

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Imágenes: Tránsito de Venus frente al Sol

Un tránsito de Venus es como un eclipse solar donde es el planeta Venus y no la Luna quien se interpone entre nosotros y el Sol. Es un evento poco frecuente (hablando en escala temporal humana) ya que el siguiente ocurrirá recién en el 2117 y 2125. Este video preparado por la NASA explica muy bien este acontecimiento astronómico [pueden activar el CC y traducirlo al español].

A través del Twitter y navegando por internet me topé con espectaculares imágenes, las cuales seleccioné para que disfruten de ellas…

Tránsito de Venus. Vía | APOD.

Acercamiento de Venus al Sol.

Aquí viene Venus.

Un agujero en el sol. Vía | @pacoragageles

Vía | @NASA

Vía | @pacoragageles

Vía | @elakdawalla

Vía | @NASA

Vía | Flickr @davidworthington

Vía | Flickr @john_h_moore

Vía | Flickr @B Graves

Para ver más imágenes impresionantes visiten el grupo Flickr: http://go.nasa.gov/L9iFDS

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¿Cómo sobrevive un mosquito a un aguacero?

Proporcionalmente, el impacto de una gota de lluvia contra un mosquito es comprable con el impacto de un bus escolar contra un ser humano. Sin embargo, los mosquitos sobreviven mientras nosotros no.

Los mosquitos del género Anopheles, vectores de la malaria, viven en regiones tropicales donde las lluvias torrenciales son bastante frecuentes. Cada gota de lluvia tiene aproximadamente el mismo tamaño del insecto, pero su masa puede llegar a ser 50 veces superior. Si el mosquito se encuentra en reposo sobre una superficie, la fuerza de impacto —10.000 veces su peso— puede llegar a ser mortal.

Sin embargo, los mosquitos no tienen miedo a salir a pasear durante una lluvia torrencial, a pesar que la probabilidad que las gotas le impacten sea muy alta (una cada 25 segundos si se encuentran inmóviles). Con el fin de entender la forma como los mosquitos sobreviven a un aguacero, investigadores de del Georgia Institute of Technology han usado cámaras de alta velocidad (4000 cuadros por segundo) para revelar su mecanismo de supervivencia. Los resultados aparecen publicados el 4 de junio en PNAS.

Para llevar a cabo este experimento, los investigadores liderados por Andrew Dickerson pusieron un grupo de mosquitos dentro de una cámara acrílica de cinco centímetros de espesor, con vibración cada cierto intervalo de tiempo para mantener volando a los insectos. La parte superior estaba cubierta por una malla que permitía el paso de las gotas de agua a una velocidad de 9 m/s, simulando las condiciones típicas de una lluvia.

Los mosquitos Anopheles se caracterizan por tener patas y alas muy largas, las cuales conforman el 75% de toda su superficie. Entonces, es fácil suponer que será tres veces más probable que las gotas de lluvia caigan en esas zonas. Los datos experimentales confirmaron esta hipótesis. Además, los videos mostraron que los mosquitos se inclinan, giran o se balancean, dependiendo del punto de impacto de las gotas.

Cuando la gota impacta con el ala del mosquito, ubicado a un milímetro de su centro de masa, éste gira en un ángulo de 50 grados y recupera el vuelo inmediatamente, con un tiempo de contacto de sólo una décima de segundo. Durante este periodo de tiempo, el mosquito sufre una fuerza de impacto de sólo dos veces su masa. Sin embargo, si el impacto de la gota es directo en su centro de masa —entre las dos alas—, el mosquito es empujado hacia el suelo a la misma velocidad a la que cae la gota. La distancia que cae antes de librarse de la gota varía entre 15 y 60 milímetros. Es por esta razón que los mosquitos vuelan a cierta altura para evitar chocar contra el suelo si llegan ser alcanzados por una gota.

Los investigadores observaron que la velocidad de caída de la gota tras impactar al mosquito sigue siendo prácticamente la misma. Esto indicarían que la pequeña masa del mosquito (2 mg) hace que el momento de fuerza de la gota casi no varíe. En otras palabras, casi no hay fuerza depositada sobre el cuerpo del mosquito, por lo tanto, no hay daño. La hipótesis fue confirmada usando un modelo del insecto basado en una esfera de poliestireno extruído.

Otra de las claves de la supervivencia del mosquito es que cuando la gota los impacta contra ellos no se revienta, más bien, se deforma y continúa su camino como si nada hubiera pasado. Este comportamiento de la gota es favorecido por que su exoesqueleto presenta pequeñas vellosidades hidrofóbicas. Sin embargo, durante el breve lapso de tiempo que dura la deformación de la gota —aproximadamente entre 0.5 y 1.8 milisegundos— el mosquito experimenta una aceleración de 300 G y una fuerza de impacto de 100 a 300 veces su masa corporal. Si bien esto parece mucho, los investigadores calcularon que sus exoesqueletos pueden soportar sin perder su capacidad de vuelo una fuerza equivalente a 2000 veces su propio peso.

Es así que el impacto de las gotas no logra matarlos. Estos datos además sugieren que los mosquitos son los animales que baten un record de supervivencia al soportar aceleraciones de 300 G, superando los 135 G que experimentan las pulgas al saltar o los 25 G que podrían soportar los humanos.

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Referencia:

Dickerson, A., Shankles, P., Madhavan, N., & Hu, D. (2012). Mosquitoes survive raindrop collisions by virtue of their low mass Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1205446109

Video | Scientific American.

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