¿Cómo cambiarán nuestras vidas las ondas gravitacionales?

José Alberto Ruiz Cembranos, físico de partículas y cosmología de la Universidad Complutense de Madrid (UCM), explica la complejidad del logro: «Cuando una onda gravitatoria atraviesa uno de los detectores, genera un cambio minúsculo de una parte en 1021 en la longitud del brazo que esta tecnología ha sido capaz de detectar. Para comprender la precisión de esta tecnología, sería como detectar un cabello humano a 10 años luz de distancia». Unos 900 científicos de decenas de países colaboraron en el desarrollo de dispositivos para alcanzar esa precisión, dedicándose cada uno a resolver un problema. Uno de ellos era el instrumental óptico que debía medir ondas muy débiles. Los expertos que lo diseñaron crearon una compañía, Stanford Photo-Thermal Solutions, que ya vende sistemas para seguridad del hogar, fotografía, gafas e instrumental médico. Algo similar ocurrió con el láser que utilizó el proyecto LIGO, que ya está disponible a nivel industrial para procesamiento de materiales como LED (diodo emisor de luz), microchips y circuitos de smartphones más económicos y precisos. Las señales de las ondas gravitacionales tienen lo que se denomina un chirp (gorjeo) específico, en amplitud y frecuencia. LIGO ha desarrollado un algoritmo que lo reconoce filtrándolo entre todo el «ruido» que recibe. Ese mismo algoritmo se está utilizando para radares o tecnología de sonar, cuyos impactos abarcan desde la exploración oceanográfica hasta la detección de terremotos.

Martin Fejer, profesor de Física Aplicada de la Universidad de Stanford, asegura que la señal recibida «era enorme. Se trata de más energía de la que el Sol liberará en toda su vida y ocurrió en apenas la quinta parte de un segundo». ¿Podremos aprovecharnos de esa energía? Asumir que eso será imposible es obviar las experiencias previas. Un ejemplo de ello es Lord Kelvin, el noble inglés que a los 10 años fue admitido en la Universidad de Glasgow, que a los 20 publicó artículos tan innovadores en matemáticas puras que los firmaba con un seudónimo para no avergonzar a sus profesores o que formuló la segunda ley de la termodinámica entre otras maravillas. Pues ese mismo Kelvin, el que patentó cerca de 70 inventos, aseguró a inicios del siglo XX que «ya no hay nada nuevo que descubrir en física. Todo lo que queda son mediciones cada vez más precisas». Cinco años más tarde Einstein publicaba la Teoría de la Relatividad y transformaba la física.
En primera instancia, el uso de las ondas gravitacionales permitirá convertir el universo en un laboratorio. En el centro de ciertas estrellas, como las de neutrones, ocurren fenómenos extraordinarios relacionados con la física nuclear y la termodinámica pero que son imposibles de reproducir en un laboratorio. Esto podría traducirse en importantes innovaciones y desarrollos en el área de la fusión nuclear, un tipo de energía que precisa enormes cantidades de calor, pero que no genera ningún desecho radiactivo.
La energía solar, en particular la eficiencia a la hora de convertir los rayos solares en electricidad, también podría cambiar a mejor. El proyecto LIGO utilizó unos espejos, suspendidos de hilos de cristal destinados a reducir el «ruido». Se trata de una nueva técnica, creada por expertos de las universidades de Glasgow y Stanford que no sólo une los hilos de cristal a los espejos, sino que permite diferenciar las ondas gravitacionales de los cambios de temperatura. El proceso ya se ha transferido a la industria óptica y facilitaría la concepción de paneles más eficientes. La reducción de ruidos y la posibilidad de visualizar objetos distantes o de tamaño nanométrico podrían tener un impacto en la industria médica como detector no sólo de tumores, sino de células malignas a nivel individual.
Finalmente, ya en el terreno de un futuro que hoy parece de ciencia ficción, la confirmación de la existencia de estas ondas sería un posible pasaje a los viajes a la velocidad de la luz. Así lo afirma Viktor Toth, físico de la Universidad de Ontario (Canadá): «Podríamos utilizarlas para deformar el espacio-tiempo y recurrir a un dispositivo Alcubierre. A nivel local jamás se excedería la velocidad de la luz, pero para un testigo externo, la “ola” nos permitiría ir mucho más rápido». El dispositivo mencionado lleva el nombre de un científico mexicano que desarrolló un modelo matemático que afirma que es posible viajar a velocidades superlumínicas sin violar las leyes físicas; básicamente se trata de surfear la ola producida por las ondas gravitacionales. Pero para eso falta mucho tiempo... diría Kelvin.

 

¿Lo que comemos puede influir en nuestros genes?

El comportamiento de nuestras células está determinado por una combinación de la actividad de sus genes con las reacciones químicas necesarias para mantenerlas, lo que se conoce como metabolismo. Este último funciona en dos direcciones: la descomposición de moléculas para proporcionarle energía al cuerpo, y la producción de compuestos que necesitan las células.
Conocer el genoma (el “plano” completo del ADN de un organismo) puede proporcionar una cantidad sustancial de información sobre el aspecto que tendrá un organismo en particular. Sin embargo, esto no nos da la imagen completa. Los genes pueden ser regulados por otros genes o regiones de ADN, o por modificadores epigenéticos, pequeñas moléculas ubicadas en puntos clave del ADN que actúan como interruptores que activan y desactivan genes.
Estudios previos han sugerido que podría existir otro actor en la regulación genética: la red metabólica, las reacciones bioquímicas que suceden dentro de un organismo. Estas reacciones dependen principalmente de los nutrientes que tiene disponibles una célula (los azúcares, los aminoácidos, los ácidos grasos y las vitaminas, obtenibles de la comida que tomamos).
Para examinar la escala a la que esto sucede, un equipo internacional de investigadores, liderado por Markus Ralser de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido, abordó el papel del metabolismo en la funcionalidad más básica de una célula. Lo hicieron usando células de levadura. Esta es un modelo de organismo ideal para experimentos a gran escala, ya que es mucho más sencillo de manipular que los modelos animales, y en cambio muchos de sus genes importantes y mecanismos celulares fundamentales son los mismos o muy parecidos a aquellos que hay en animales y humanos.
Los resultados del estudio indican que casi todos nuestros genes pueden verse influidos por la comida que consumimos. La actividad de nuestros genes influye en nuestro metabolismo, pero también ocurre en sentido inverso y por tanto los nutrientes que reciben las células influyen en nuestros genes.
En muchos casos, los efectos vistos en los experimentos eran tan intensos que cambiar un perfil metabólico de una célula podía hacer que algunos de sus genes se comportasen de una manera completamente distinta.
La visión clásica es que los genes controlan cómo los nutrientes se descomponen en sustancias, pero la nueva investigación indica que también se dá el caso inverso: cómo se descomponen los nutrientes afecta a cómo se comportan nuestros genes.
Lo descubierto podría tener repercusiones muy amplias, incluyendo cómo nuestro cuerpo reacciona ante ciertos fármacos.

Los microbios del 'inframundo' que viven sin luz ni oxígeno

Una de las mejores formas de estudiar la vida que podría poblar otros planetas y lunas del Sistema Solar -y de más allá del calor de nuestro Sol- es a través de las formas de vida extrema del planeta Tierra. Investigando cómo viven para saber dónde y cómo buscar vida extraterrestre. Algunas pueden vivir sin oxígeno o literalmente flotando en ácido; a temperaturas de varios cientos de grados centígrados, sumergidas en salinas o en las fumarolas volcánicas del fondo del océano. Pero también a varios kilómetros de profundidad bajo la superficie terrestre o bajo el lecho marino, en condiciones de ausencia total de oxígeno y de luz y sometidas a unas condiciones de presión y temperatura que impedirían la vida a la práctica totalidad de las formas de vida que habitan la Tierra.
Que nadie se imagine un gran vertebrado excavador, y ni siquiera un anélido -lombriz- o un protozoo. Ninguno de ellos sobreviviría en unas condiciones como esas. Los habitantes de estas profundidades pertenecen al grupo de microorganismos de las Arqueas y han sido bautizadas por los investigadores que las acaba de descubrir como Hadesarchaea, en referencia al dios del inframundo de la mitología griega, según ha explicado Brett Baker, de la Universidad de Texas y autor principal de la investigación recién publicada en Nature Microbiology.
Se trata de organismos microscópicos, unicelulares y sin núcleo -es decir, procariotas-, como las bacterias. Pero desde un punto de vista evolutivo son tan diferentes a estas como lo sería el ser humano de un vegetal, por ejemplo. De manera que dentro del árbol de la vida, constituyen un dominio a parte de las bacterias y de los eucariotas -los organismos con células con núcleo, desde las algas hasta los protozoos o los mamíferos-.
El grupo de investigadores de las universidades de Texas (EEUU) y de Uppsala (Suecia) dirigidos por Baker ha estudiado los genomas de este desconocido grupo de microorganismos a través de dos muestras tomadas en los sedimentos de las fuentes termales -géiseres- del Parque Nacional de Yellowstone (California, EEUU) y en el estuario del White Oak River (Carolina del Norte, EEUU) para tratar de desvelar uno de los mayores misterios de la biodiversidad terrestre: ¿Cómo viven estos organismos? Debido a las peculiares condiciones en las que se desarrollan estos microbios nunca han sido multiplicados en el laboratorio, por lo que su modo de vida era aún desconocido para la ciencia.
Sin embargo, estos microbiólogos han conseguido saber cómo logran los microorganismos subterráneos, descubiertos por primera vez en una mina de oro de Sudáfrica a una profundidad de más de tres kilómetros, desarrollar su vida en ausencia total de oxígeno, sin luz y durísimas condiciones de presión y temperatura.
"El descubrimiento de Hadesarchaea nos ayudará a saber más sobre la biología y el estilo de vida de las arqueas que habitan en las profundidades de la biosfera", ha asegurado Thijs Etterma, otro de los autores, en un comunicado de la Universidad de Uppsala.
Gracias a la secuenciación del código genético de estos microorganismos, los científicos se han acercado a una posible explicación al extraño modo de vida de estas arqueas del inframundo: son capaces de sobrevivir sin oxígeno en esas profundidades porque podrían utilizar monóxido de carbono -un gas letal para el ser humano- para obtener energía, algo que no se había visto en ninguna otra forma de vida anteriormente.

Identifican una causa fundamental de los mielomas

Unos investigadores han identificado lo que parece ser la causa principal de un tercio de los casos de mieloma, un tipo de cáncer que afecta a las células plasmáticas. Lo descubierto podría cambiar de forma fundamental la forma como son tratados este y otros cánceres.
El mieloma múltiple es un cáncer que implica la proliferación descontrolada de células plasmáticas, las cuales son células inmunitarias que producen anticuerpos para luchar contra infecciones. El crecimiento descontrolado de estas células lleva a la anemia, dolor óseo, problemas renales, la enfermedad de Gaucher y el mieloma. A pesar de avances recientes, incluyendo varias terapias nuevas para el mieloma que han sido aprobadas por la Administración estadounidense de Alimentos y Medicamentos (FDA), la enfermedad sigue siendo incurable, y casi todos los pacientes acaban muriendo debido a ella. Las causas de este cáncer han permanecido esencialmente desconocidas, hasta ahora en que se ha logrado identificar un mecanismo que explicaría la aparición de aproximadamente un tercio de los mielomas.
El equipo del Dr. Madhav Dhodapkar, de la Universidad Yale en New Haven, Connecticut, Estados Unidos, utilizando muestras de tejidos y sangre de humanos y ratones, ha comprobado que la estimulación crónica del sistema inmunitario por los lípidos producidos en el contexto de la inflamación subyace en el brote de al menos un tercio de todos los casos de mieloma.
Entender el origen de cualquier cáncer es el primer paso hacia el desarrollo de terapias para combatirlo, así que el hallazgo hecho por Dhodapkar y sus colegas proyecta un rayo de esperanza para quienes contraigan mieloma.
Lo recién descubierto se apoya en investigaciones previas del laboratorio de Dhodapkar que demostraron que los pacientes con la enfermedad de Gaucher, un trastorno hereditario del almacenamiento de lípidos, tienen un riesgo mayor de desarrollar mieloma.

¿Hacia la desaparición de las coníferas en algunas partes del mundo donde ahora abundan?

Las sombrías predicciones de una investigación reciente apuntan a la desaparición de coníferas a finales de este siglo por culpa del cambio climático en algunas partes del mundo donde ahora abundan, como por ejemplo el sudoeste de Estados Unidos. Los resultados de este estudio sugieren que los modelos globales pueden haber subestimado seriamente la tasa de muertes de árboles en los bosques.

Lo descubierto por el equipo de Nate McDowell, del Laboratorio Nacional estadounidense de Los Álamos en Nuevo México, muestra tasas alarmantes de pérdida forestal durante las próximas décadas. En concreto, sugiere una pérdida generalizada de un tipo forestal principal, las coníferas del género Juniperus, en el sudoeste de Estados Unidos. Estos árboles podrían desaparecer de la región a finales de este siglo debido al cambio climático, y también podrían resultar gravemente diezmadas las coníferas en buena parte del hemisferio norte.

Los árboles, un valioso sumidero de carbono, se convierten en una fuente de este elemento cuando mueren, así que conocer cómo interactúan con el clima y el ciclo del carbono es vital para conocer cómo se puede mantener el delicado equilibrio de nuestro clima.

El mismo mecanismo que un árbol utiliza para conservar sus reservas de agua durante una sequía prolongada puede ser su perdición: el árbol cierra los estomas para evitar la pérdida de agua, pero esto evita a su vez que entre un nutriente vital para el árbol, el dióxido de carbono (CO2), deteniendo la fotosíntesis. A medida que el aire se va haciendo más caliente y seco, el consiguiente cambio de presión quita más agua a las raíces que la que puede ser suministrada, y la tensión en el sistema vascular de la planta puede ser tan grande que las columnas con forma de pajita dejan de sostener el flujo del agua. El sistema hidráulico puede entonces colapsarse o el árbol pasa por un proceso de inanición, quedándose consecuentemente sin defensas contra plagas de insectos herbívoros y diversas enfermedades, dado que ya no puede secretar la gruesa resina que lo protege. A medida que el árbol se descompone después de morir, el carbono almacenado en sus tejidos es liberado a la atmósfera como dióxido de carbono.

Técnica capaz de leer en el cerebro de una mosca algunas experiencias vividas por ella

Unos neurocientíficos han ideado una técnica con la que pueden leer en la mente de moscas algunas de sus experiencias recientes. Han desarrollado una nueva e inteligente herramienta que ilumina literalmente el intercambio de señales en "conversaciones" activas entre neuronas durante una experiencia sensorial, como oler un plátano. Cartografiar el patrón de conexiones neurales individuales podría ser una vía excelente para obtener información sobre los procesos "computacionales" subyacentes en el funcionamiento del cerebro humano.

Concentrando su atención en tres de los sistemas sensoriales de la mosca de la fruta, el equipo de Marco Gallio, de la Universidad del Noroeste en Estados Unidos, utilizó moléculas fluorescentes de diferentes colores para etiquetar neuronas en el cerebro con el fin de ver qué conexiones estaban activas durante una experiencia sensorial que sucedió horas antes.

Las sinapsis son puntos de comunicación donde las neuronas intercambian información. La técnica de etiquetado fluorescente es la primera que permite a los científicos identificar sinapsis individuales que se hallan activas durante un comportamiento complejo, como evitar el calor. Mejor aún, la señal fluorescente persiste durante horas después de la comunicación, permitiendo a los investigadores estudiar la actividad del cerebro después del hecho, bajo el microscopio.

Buena parte de la computación del cerebro sucede a nivel de sinapsis, donde las neuronas se hablan entre sí. La nueva técnica brinda una ventana por la que asomarse a ver qué sinapsis estaban ocupadas comunicándose con otras durante una experiencia sensorial o comportamiento en particular.

Leyendo las señales fluorescentes, los investigadores pudieron adivinar acertadamente si una mosca había estado expuesta al frío o al calor durante 10 minutos, una hora después de que el suceso sensorial se hubiese producido, por ejemplo. También pudieron ver que la exposición al aroma de un plátano activó conexiones neurales en el sistema olfativo que eran diferentes a aquellas activadas cuando la mosca olía jazmín.

Nuevo metal excepcionalmente fuerte y liviano

Se ha ideado un nuevo metal con una robustez y ligereza asombrosas. El material, magnesio enriquecido con nanopartículas densas de carburo de silicio, podría emplearse en aviones, coches, electrónica móvil y aparatos de otros tipos.

El avance es obra del equipo de Xiaochun Li, de la Escuela Henry Samueli de Ingeniería y Ciencias Aplicadas, perteneciente a la Universidad de California en la ciudad estadounidense de Los Ángeles (UCLA).

Para crear el metal, superfuerte pero liviano, el equipo encontró una nueva forma de dispersar y estabilizar nanopartículas en metales fundidos. Li y sus colegas también desarrollaron un método de fabricación, adaptable para la escala industrial, que podría abrir el camino hacia más metales que sean ligeros y a la vez muy robustos.

Ya se había vislumbrado que las nanopartículas pueden mejorar la fortaleza de los metales sin dañar su plasticidad, especialmente metales ligeros como el magnesio, pero nadie hasta ahora había sido capaz de dispersar nanopartículas cerámicas en metales fundidos.

El nuevo método ha permitido hacerlo, y abre el camino hacia una nueva forma de mejora del rendimiento de muchas clases diferentes de metales, sobre la base de agregarles nanopartículas.

Los metales estructurales son metales importantes, vitales para sostener estructuras, y debido a ello se emplean mucho en edificios y vehículos. El magnesio, con apenas dos tercios de la densidad del aluminio, es el metal estructural más liviano. El carburo de silicio es una cerámica ultrafuerte usada habitualmente en hojas de corte industriales. La técnica de los investigadores para inyectar una gran cantidad de partículas de carburo de silicio más pequeñas de 100 nanómetros en el magnesio permite añadirle a este una resistencia, rigidez, plasticidad y durabilidad notables, incluso sometido a temperaturas altas.