Al contrario de lo que dicen los vendedores de fórmulas milagro en Internet, la oxitocina no funciona como elixir de la confianza. Aunque aumenta la confianza su efecto no es determinante.
El equipo de Moïra Mikolajczak de la Universidad Católica de Lovaina (Bélgica) ha experimentado sobre las posibilidades de la oxitocina a la hora de crear confianza en los demás. Administraron a 60 voluntarios varones o bien dicha hormona o bien un placebo. Estos voluntarios jugaron entonces un juego de confianza en el que tenían que dar dinero a otra persona en la que debían de confiar si quería recibir más dinero. En manos de esta persona el dinero se podía triplicar, pero podía elegir si devolver el dinero recibido o bien dar además un extra de lo ganado.
A los participantes se les decía que jugaban con parejas que eran descritas como fiables o no fiables a través de ciertas descripciones, como sus aficiones.
Los sujetos a los que se les administró oxitocina realizaron mayores transferencias con sus parejas que los sujetos a los que se suministró el placebo, pero no cuando los receptores de dichas transferencias eran catalogados como no fiables.
Según Mikolajczak en Internet hay compañías que venden oxitocina como algo parecido a un elixir de la verdad. Dan la idea de que la oxitocina hace la gente completamente ingenua: ‘Dáselo a un hombre de negocios y comprará todos tus productos; dáselo a una mujer y caerá enamorada de ti’.
“Nuestro estudio muestra exactamente lo opuesto”, dice Mikolajczak.
Según Thomas Baumgartner, de la Universidad de Basilea, éste es el primer estudio en humanos que muestra que las oxitocina no produce su efecto en todas las situaciones. Lo próximo es saber qué pasa en el cerebro para hacer que esto suceda.”

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Fuentes y referencias:
Newscientist.

Nota: aunque esta noticia no parece muy importante no está de más desenmascarar a este tipo de embaucadores de Internet, alguno de los cuales, por cierto, ya efectúo ataques informáticos sobre este sitio web en el pasado.

En nuestra soberbia creemos que las construcciones modernas pervivirán por siempre. La verdad es que si no fuera por nuestros constantes cuidados duraría más bien poco y ni aún así durarán de todos modos mucho tiempo. Recientemente se intentó explorar la idea de qué ocurriría si el ser humano se desvaneciera súbitamente para siempre de la Tierra. Sorprendentemente, la Naturaleza recuperaría su lugar en el mundo, las carreteras estarían inservibles en unos pocos años, las presas reventarían, los edificios se caerían… Al cabo de unos pocos siglos no quedarían prácticamente casi huellas del ser humano. Sólo las pirámides de Egipto permanecerían como testigos del paso del hombre sobre este planeta.
Las pirámides permanecerán durante mucho más tiempo que nuestros rascacielos porque están hechas de piedra y están ubicadas en un lugar muy seco y cálido. Nuestros modernos edificios están hechos de hormigón y el hormigón sufre fuertemente el ataque corrosivo de la humedad, es decir, del agua. Además, mucho de nuestro hormigón es hormigón armado y contiene fuertes barras de acero en su interior. Pero el acero también sufre el ataque del agua, se oxida y aumenta su volumen, creándose tensiones catastróficas. Si además el clima es frío, de vez en cuando el agua filtrada en el interior del hormigón se congela, aumenta de volumen y quiebra aún más el material.
El cemento utilizado en el hormigón (mezcla de cemento con áridos y piedras) es un material bastante bueno. La cúpula del panteón de Roma (hecha de mortero), de casi 2000 años de antigüedad, así lo demuestra. El cemento se transforma poco a poco en dura caliza al reaccionar con el dióxido de carbono atmosférico. Pero la debilidad del cemento o del hormigón es la formación de grietas por donde puede penetrar el agua.
Desde hace años se viene investigando con métodos que permitan sellar las grietas que aparecen en el hormigón. Un método que se ha ensayado en el pasado consiste en un hormigón autorreparable que contiene fibras rellenas de un fluido. Ante una grieta la fibra se parte y libera una resina que rellena la grieta.
Pero quizás nos debamos fijar en la Naturaleza, en casos como los huesos de los animales o el coral, estructuras ambas creadas con diversas formas de carbonato cálcico, al igual que el cemento. La Gran Barrera de Coral, por ejemplo, es una estructura creada por organismos vivos que es tan grande que es visible desde el espacio. Ninguno de nuestros edificios lo es.
El hueso es otro ejemplo de lo que puede hacer la vida a la hora de crear estructuras, las células osteblásticas del hueso son capaces de reparar grietas o incluso fracturas que puedan aparecer en el hueso.
La idea que ha tenido Henk Jonkers, un investigador de la Universidad Tecnológica de Delf (Holanda), es hacer que unas bacterias realicen el mismo papel de las antes mencionadas células del hueso y rellenen las grietas y agujeros que aparezcan en el hormigón. Estas bacterias serían activadas precisamente por la presencia de agua y funcionarían gracias a un “alimento” compuesto principalmente por lactato cálcico, que sería añadido también al hormigón.
Las bacterias estarían más o menos en estado de letargo hasta que en una grieta hiciera presente el agua. Entonces, las bacterias se activarían y empezarían a metabolizar el lactato y a producir calcita en presencia de oxígeno. La calcita cumpliría el papel de cemento, rellenado o sellando la grieta.
Pero encontrar bacterias que cumplan esta misión no es sencillo, el hormigón tiene un pH típico de 10, una situación que no suele ser del agrado de todos los microorganismos. Afortunadamente puede haber bacterias extremófilas que vivan en ambientes alcalinos y que puedan cumplir la misión. Por esta razón Jonkers y sus colaboradores han viajado a lagos alcalinos de Rusia y Egipto, donde el pH del agua es alto de manera natural, encontrando cepas de bacilos adecuadas que prosperan en ese ambiente.
Los bueno de estas variedades de bacterias es que pueden adoptar el estado de espora y permanecer “dormidas” durante 50 años sin necesidad de agua o comida. Son como “semillas” esperando a ser plantadas, justo lo que buscan para la idea de reparación del hormigón.
Para que el hormigón convencional no se resienta con el añadido de bacterias y lactato, Jonkers primero encapsula las esporas en esferitas cerámicas de escasos milímetros y luego añade estas esferitas a la mezcla habitual del hormigón.
Esperan que cuando las grietas del hormigón se formen rompan estas esferitas y liberen las bacterias reparadoras, el agua activaría las esporas y los microorganismos empezarían a segregar calcita.
Todavía no parece que se haya puesto a prueba la idea, y de momento se desconoce cómo sería la producción de calcita en el interior del hormigón. Un factor limitante podría ser el oxígeno necesario para metabolizar el lactato, gas cuya concentración en el interior del hormigón sería muy baja.
Pero las bacterias no necesitan rellenar completamente la grieta, basta con que la sellen y no entre más agua en el interior, que es el que degrada el hormigón.
Como las bacterias viven sólo a un pH alto, tampoco representarían un problema medioambiental o una amenaza para los humanos. Una vez fuera del hormigón simplemente mueren.
Este equipo de investigadores se centra ahora en la rebaja de costes de todo el proceso para que el hormigón biológico autorreparable sea competitivo en el mercado.
La idea es tan bonita que estaría muy bien que saliera adelante. Si funcionara nuestros puentes y edificios estarían literalmente vivos y se habría iniciado el campo de la ingeniería biológica.
¿Quién habría dicho que la investigación en extremófilos nos iba a ayudar a que los puentes no se caigan?

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Fuentes y referencias:
Inspirado en una noticia de NewScientist.
Foto: por WSDOT, vía Flickr.

Hay principalmente dos teorías que tratan de explicar la súbita desaparición de la megafauna de mamíferos que poblaba el continente americano hasta hace sólo 13.000 años. Según una de ellas esta extinción se debió al impacto de un meteorito y según la otra se debió a la distorsión ecológica que el ser humano produjo al llegar al continente, principalmente debido a sus hábitos de caza.
Se sabe que el periodo de progresivo calentamiento en el que la Tierra estaba inmersa hasta hace 12.900 se vio interrumpido por un súbito enfriamiento que duró 1.300 años y que se denomina Younger Dryas. Después el mundo comenzó a calentarse de nuevo. La razón de este cambio climático no están claras.
La hipótesis del impacto fue publicada en septiembre de 2007 por un grupo de científicos dirigidos por Richard Firestone del Lawrence Berkeley National Laboratory en California. Según ellos un asteroide o un cuerpo similar de unos 4 km de ancho impactó contra la cubierta de hielo de Norteamérica hace 12.900 años, produciendo los consabidos incendios forestales e introdujo polvo y ceniza estratosféricos que cambiaron el clima de la época. Esto se llevaría por delante a los mamuts lanudos, al perezoso gigante, al mastodontes, al tigre de dientes de sable y a otros grandes mamíferos de gran tamaño. También se llevaría por delante a la floreciente cultura india Clovis. En el estudio aportaban ciertos datos y pruebas a favor del impacto.
Desde entonces los opositores se han ido encargando de descartar las supuestas pruebas de ese evento, pero una permanecía: los nanodiamantes encontrados y que supuestamente se formaron durante el impacto debido a las extremas condiciones de éste.
Ahora un grupo de expertos ha descartado esta última prueba como apoyo a la teoría del impacto. Esto supondría la puntilla para esta teoría, dejando a la teoría ecológica de la extinción debida al ser humano como la más plausible.
Según la teoría del impacto el supuesto choque habría dejado pruebas de su existencia, pero los análisis recientes de esos marcadores geológicos indican que no hay aportación de iridio, elemento que está presente en cometas y asteroides.
Según el geoquímico Philippe Claeys, de la Universidad Libre de Bruselas, la historia geoquímica de tal impacto no existe.
Aunque quedan un par de líneas de investigación, como las microesferas magnéticas o minerales específicos, están distribuidos a lo largo de todo el registro geológico, y no concentradas en los sedimentos de hace 12.900 años como sería de esperar si un impacto se hubiera dado en ese momento. .
Tampoco se han encontrado los restos de trazas ricas en carbono que los supuestos incendios forestales originados por el impacto habrían dejado en los sedimentos. Otras supuestas pruebas resultaron corresponder a hongos o excrementos de animales. Es decir, no hay pruebas de esos incendios, pese la intensa búsqueda.
Los supuestos hexágonos de diamante nanométricos que los especialistas del impacto decían haber encontrado no han sido hallados por otros expertos como Tyrone Daulton y su equipo de Washington University en St. Louis después de muchos meses de uso de microscopia electrónica de transmisión para encontrarlos. Según estos expertos, la identificación de esos nanodiamantes en el pasado se podría haber debido a una confusión con otras formas de carbono, concretamente grafito y grafeno.
Naturalmente los proponentes de la teoría del impacto no están de acuerdo con estos nuevos resultados.
Una vez más hemos asistido al proceso del método científico mediante el cual nuevas pruebas refutan las teorías establecidas.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Noticia en Science.
Megafauna, ser humano y cambio climático.
Ilustración: Jean-Pierre Sylvestre/Photolibrary Inc.

Uno de los efectos cuánticos más desconcertantes es el del entrelazamiento cuántico y su colapso en un experimento EPR. En este tipo de experimentos se entrelazan cuánticamente dos partículas que podemos llamar Alice y Bob y se disparan en sentidos opuestos. Los estados de de ambas partículas estarán indeterminados hasta que una medida colapse el estado de una de ellas, entonces, automáticamente, el estado de la otra quedará totalmente determinado y de manera instantánea, incluso si median años luz de distancia. Aunque no se viola la causalidad relativista, pues el proceso no trasmite información, no deja de ser sorprendente. Si además tenemos en cuenta que la primera partícula en ser medida depende de nuestro sistema de referencia según la Relatividad Especial, no es de extrañar que esta “acción a distancia” le desagradara tanto a Albert Einstein (la E de EPR).
La solución que se propuso en un principio fue el afirmar que la Mecánica Cuántica (MC) no es una teoría final, sino una suerte de aproximación estadística a una teoría más fundamental que tendría unas variables aún por descubrir y que se denominaron “ocultas”.
Gracias al trabajo teórico de Bell con sus desigualdades se pudo demostrar más tarde que tal teoría de variables ocultas no existía. Los experimentos, por tanto, descartan correlaciones ocultas entre partículas en las que los resultados de las medidas están de acuerdo desde un principio. La Naturaleza parece ser tan extraña como estos experimentos dicen, cuyos resultados no son fruto de nuestra ignorancia, sino de una física real y sorprendente.
El proceso de medida en MC también ha hecho correr ríos de tinta y todavía no está del todo solucionado al gusto de todos. Aunque se han propuesto buenas soluciones, también ha dejado abierta la puerta a cantamañanas sin escrúpulos que introducen misticismo en el asunto, y hablan del supuesto papel de la consciencia en el proceso de colapso (algo que vende muchos libros de “divulgación”).
No obstante, la naturaleza de la MC ha hecho que los físicos reconsideren su propio papel en este tipo de procesos.
Imaginemos que una mano invisible forzara a los experimentadores a realizar medidas que siempre den lugar a este extraño acuerdo en los experimentos EPR de acción a distancia.
Ahora, Jonathan Barrett de la Universidad de Bristol y Nicolas Gisin de la Universidad de Ginebra nos proporcionan una nueva perspectiva a este problema.
Asumen que el entrelazamiento se da como un mecanismo cuántico que prohíbe, entonces se preguntan cuanta libertad tiene el experimentador que tener para descartar la posibilidad de interferencias ocultas.
La respuesta es interesante. Según estos dos físicos si se comparte alguna información entre el experimentador y las partículas que mide, entonces el entrelazamiento puede ser explicado por algún tipo de proceso oculto que es determinista. Esto, en términos prácticos, viene a decir que no hay información compartida entre un generador de números aleatorios que determine los parámetros del experimento y las partículas que son medidas.
Pero lo mismo se mantiene para los experimentadores y no hay información compartida entre ellos y las partículas que miden. En otras palabras, tienen libre albedrío.
Es más, si un experimentador carece de sólo un poquito de libre albedrío entonces la MC puede ser explicada en términos de variables ocultas. Pero si aceptamos la validez de la MC entonces podemos ser capaces de estudiar la naturaleza del libre albedrío.
Claro que, todo depende de lo que entendamos como libre albedrío.

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Fuentes y referencias:
Nota en Technology Review.
Artículo en ArXiv.

Datos de variaciópn de & alpha; según Keck (verde) y VLT (azul).

La constante de estructura fina se llama así porque nos proporciona la estructura fina (el detalle) de los espectros atómicos. Se representa por el símbolo α y caracteriza la interacción electromagnética, la fuerza con que los electrones interaccionan electromagnéticamente con el núcleo atómico.
Lo más fascinante de esta constante de la Naturaleza es que es adimensional, es decir, no tiene unidades y por tanto tiene el mismo valor numérico independientemente del sistema de unidades empleado, midamos en metros o en millas. Una forma precisa de medirla en el laboratorios es gracias al efecto Hall cuántico. Según datos de 2002 su valor es concretamente:

Desde hace unos años se viene especulando sobre la posibilidad de que las constantes de la Física no fueran constantes y que éstas pueden cambiar en el tiempo, sobre todo al comienzo del Universo, cuando las condiciones eran extremas. Este tipo de especulaciones surgen de la necesidad de explicar o resolver ciertos problemas cosmológicos. Obviamente de cara a la Física cercana de todos los días no tendría ningún efecto. No obstante, ha habido algunos resultados experimentales al límite de la precisión actual que sugieren que quizás el valor de ciertas constantes fue distinto en el pasado.
Entre las constantes acusadas de inconstantes estaría precisamente la constante de estructura fina. Como la distribución de líneas espectrales depende de esta constante es relativamente fácil comprobar si en el pasado tuvo otro valor. Basta con obtener espectros de cuásares muy lejanos, que se nos aparecen tal y como eran cuando el Universo tenía una fracción de la edad actual. Recordemos, una vez más, que cuando más lejos miramos en el Cosmos más nos remontamos en el tiempo.
Por tanto, si la constante de estructura fina fue diferente en el pasado se tiene que apreciar en los espectros de estos cuásares lejanos.
A lo largo de estos últimos diez años se han podido medir espectros de ese tipo de objetos con el telescopio Keck situado en Hawaii y se ha podido comprobar este punto (según los que proponen esta idea). Según estos datos parece ser que la constante de estructura tenía un valor más pequeño en el pasado, pero dicha variación respecto al valor actual es muy pequeña. Aunque, debido a los márgenes de este tipo de medidas y a la falta de corroboración, no todo el mundo en la comunidad científica esta convencido de este resultado.
Ahora se añade algo todavía más misterioso a esta variación de α. Según John Webb de University of South Wales, uno de los líderes que defiende esta línea de investigación, no solamente se ha producido tal variación de α, sino que ésta no es isotrópica en el espacio. Ciertas regiones del cielo parecen contener objetos cuya luz se emitió con distinto valor de α que otros objetos de otras regiones a la misma distancia. También hay datos en este nuevo estudio sobre la variación de α respecto al corrimiento al rojo (que nos mide distancia y tiempo transcurrido desde que se emitió la luz), algo que era de esperar si el efecto es real. Para llegar a esta conclusión John Webb se ha basado en datos procedentes de cuásares lejanos tomados con el telescopio VLT que la ESO tiene instalado en Chile.
La variación en este caso sería de signo opuesto a la medida con anterioridad. En el pasado y en la región estudiada por el VLT, a diferencia de los datos de Keck, la constante de estructura tenía un valor mayor que el actual. Recordemos que a diferencia de Keck, que puede observar principalmente el hemisferio Norte, con VLT se observa el hemisferio Sur. Por tanto, α tuvo un valor distinto en el pasado dependiendo de la región del Cosmos.
Este resultado es realmente desconcertante e inesperado (si es que es cierto), pero proporcionaría soluciones a cierto problema planteado desde hace tiempo. Parece que ciertas constantes físicas están sintonizadas para que sea posible la vida. Si se produce una variación mínima de estas constantes la vida no se puede dar. La solución del principio antrópico, además de no solucionar realmente nada, no es del gusto de todos los investigadores para explicar este hecho. Pero si las constantes varían espacial y temporalmente pueden darse regiones del Cosmos en las que la vida, tal y como la conocemos, se puede dar. Fuera de estas “zonas habitables” la vida no sería posible.
En todo caso este resultado será difícil de tragar por el resto de la comunidad científica. Afirmaciones sorprendentes necesitan de pruebas irrefutables y en Astrofísica se trabaja normalmente con barras de error muy grandes. De momento parece que los datos son significativos con un valor de 4,1 sigma.

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Fuentes y referencias:
Nota en Technology review.
Artíclo en ArXiv.
Otra constante física acusada de inconstante.
Multiverso y principio antrópico.

¿Ha sido resuelto uno de los grandes enigmas de la computación? ¿Es todo problema de tipo NP igual a uno de tipo P? Según un investigador la respuesta es no.
La relación entre las clases de complejidad P y NP es estudiada por la teoría de la complejidad computacional que trata de los recursos (tiempo o memoria) requeridos durante un cálculo para resolver un problema dado. En esta teoría, la clase P contiene aquellos problemas de decisión que pueden ser resueltos con una máquina determinista secuencial (un ordenador) en un período de tiempo polinómico que es proporcional a los datos de entrada. Es decir, que si aumentamos los datos de entrada, el tiempo necesario para resolverlo no crece exponencialmente, sino más ñentamente. Este tipo de problemas son problemas “fáciles” y rápidos de resolver, como ordenar alfabéticamente un conjunto de palabras. Bajo esas mismas condiciones un problema NP no puede ser resuelto en un tiempo polinómico, sino en un tiempo exponencial, aunque sí se podría resolver rápidamente si se cuenta con una máquina (conceptual) no determinista.
Los problemas de tipo P son relativamente fáciles de calcular o al menos no crecen hasta lo imposible en dificultad de cálculo. Los problemas NP crecen en complejidad muy rápidamente y llega un momento en que es imposible obtener la solución óptima (a no ser que estemos dispuestos a esperar mucho tiempo). En este caso nos tendremos que conformar con una aproximación.
El problema del viajante, la factorización de números en primos, el de la mochila y muchos otros son de tipo NP y de alguno de ellos se sospecha que son de tipo NP-completos que son aún más difíciles de resolver. Básicamente este tipo de problemas son problemas en los que hay que probar con todas las combinaciones posibles y sólo la fuerza bruta permite obtener la solución.
La pregunta suege es si todo problema de tipo NP se puede reformular a uno de tipo P, con lo que un problema que sería inabordable pasaría a ser resoluble. Según Wikipedia en una encuesta realizada en el 2002 entre 100 investigadores, 61 creían que la respuesta a esa pregunta era “no”, 9 creían que la respuesta era “sí”, 22 no estaban seguros, y 8 creían que era imposible de demostrar si la respuesta es “sí” o “no”.
Ahora, Vinay Deolalikar, un matemático de Hewlett-Packard Labs en Palo Alto (California) ha enviado un borrador de artículo de unas cien páginas titulado simplemente “P ≠ NP”. Con esto opta al premio de un millón de dólares que el Instituto de Matemáticas Clay otorga a los que resuelvan los siente problemas del milenio. Si este investigador está en lo cierto, el resultado tendría grandes implicaciones en ciencias de la computación.
Deolalikar usa en su demostración un problema particular: el problema de la satisfacción booleana, que pregunta sobre si una colección de afirmaciones lógicas pueden ser simultáneamente verdaderas o si hay contradicciones. Es un problema de tipo NP prototípico.
Deolalikar afirma que ha podido demostrar que no hay manera de resolver ese problema en tiempo polinómico y que por tanto no es equivalente a un problema de tipo P. Esto pondría límites a lo que un computador puede resolver e implica que hay ciertas tareas que fundamentalmente tienen una complejidad computacional irreducible.
A los resultados de Turing y Gödel habría que sumar (salvando las distancias) este resultado, pues impondría más límites absolutos al conocimiento. Hay cosas que no podemos saber, no porque seamos tontos, limitados o poco competentes, sino porque no hay manera de saberlo.
En su demostración este investigador usa herramientas prestadas de la Física Estadística y estructuras matemáticas que normalmente se emplean en sistemas físicos desordenados.
Para la subclase de problemas NP-completos este resultado sería una maldición, pues si P ≠ NP, entonces nunca se podrán resolver los problemas NP-completos de un modo satisfactorio y rápido. Sin embargo, es una buena noticia para nuestros sistemas de cifrado (como RSA) que siguen siendo seguros.
Varios expertos están estudiando la demostración y todavía no está claro si es una demostración totalmente correcta. Muchos de los especialistas en el campo confían en que, dada la dificultad del problema y la historia pasada, probablemente esta demostración también contenga alguna contradicción que la invalide.

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Fuentes y referencias:
Noticia en Nature.
Artículo en ArXiv.
Artículo en ArXiv.

Todos los objetos materiales que usted ve, toca, saborea o huele están compuestos en su mayoría por espacio vacío. La silla sobre la que se sienta, la manzana que muerde o el cuerpo que abraza están compuestos en su mayoría por nada.
El núcleo atómico tiene un diámetro unas 10.000 veces más pequeño que el átomo del que forma parte. Los átomos forman moléculas y ésta se organizan en cristales, amorfos o gases con un considerable espacio vacío entre ellas. Sin embargo, tenemos la impresión de que las cosas que nos rodean son sólidas. La fuerza electromagnética es la principal responsable de que no nos colemos a través de la cama según dormimos, pero también hay una ley cuántica que solemos ignorar y que nos protege de ese evento: el principio de exclusión de Pauli. Este principio dice que dos fermiones no pueden ocupar el mismo estado cuántico en el mismo momento y punto del espacio.
Los fermiones, como los electrones, tienen spin semientero y responden a la estadística de Fermi-Dirac. Son como los viajeros del metro, que tienen a colocarse lo más alejados unos de otros que sea posible. Los bosones (de spin entero) sí pueden ocupar el mismo estado cuántico, como los fotones de un haz láser que se comportan como si fueran uno solo. Digamos que los bosones son más amigables entre ellos.
Por esta razón los átomos, y los objetos que forman, no colapsan en una orgía atómica hasta un punto minúsculo. Los electrones forman estructuras y orbitales con sus característicos números cuántico que mantienen el tamaño y las cualidades físico-químicas de los átomos. La manera ordenada en la que los electrones van rellenando los niveles atómicos proporciona estabilidad y estructura a la materia y proporciona las propiedades químicas a los elementos de la tabla periódica.
No hace falta mencionar que igual les pasa a los neutrones y protones del núcleo, que también son fermiones. Podríamos decir que el principio de exclusión de Pauli mantiene la “solidez” del mundo, impidiendo que todos y todo formemos un condensado de Bose-Einstein.
Ahora, un grupo de físicos teóricos de la Universidad de Siracusa (EEUU) han desarrollado un esquema teórico que explica cómo puede ser violado este principio. De este modo, bajo condiciones raras y específicas, más de un electrón puede ocupar el mismo estado cuántico.
El modelo fue publicado en Physical Review Letters (vol. 105) el pasado 26 de julio y podría ayudar a explicar cómo se comporta la materia en el borde de los agujeros negros y proporcionar pistas hacia una teoría cuántica de la gravedad.
Según A.P. Balachandran, las transiciones de electrones de un estado a otro que violen el principio de exclusión de Pauli desafían las bases de la Física y por esta razón hay un fuerte interés experimental en observar ese tipo de transiciones. Al parecer, hasta ahora había pocos modelos viables que pudieran explicar cómo se pueden dar estas transiciones.
Según este modelo al nivel al cual la gravedad tiene efectos cuánticos significativos, el continuo de espacio-tiempo “se rompe” y afecta a la simetría rotacional de los átomos, esto dispara transiciones electrónicas que violan el principio de exclusión de Pauli. Recordemos que cuando un electrón efectúa una transición de un nivel a otro emite o absorbe energía, generalmente en forma de un fotón. Las transiciones se pueden estudiar experimentalmente analizando los espectros electromagnéticos.
Según Balachandran como el principio de exclusión no es respetado en este modelo, se pueden usar pruebas experimentales ya existentes para poner los límites a cuándo esta violación se puede dar en las transiciones.
Según el modelo, la violación del principio de exclusión de Pauli puede darse teóricamente en la Naturaleza en un tiempo mayor que la edad del Universo (como siempre estamos hablando de probabilidad). Pero como este efecto es tan pequeño en circunstancias normales se pueden usar instrumentos de precisión para tratar de observar el efecto. Según Balachandran si se encuentra esta violación tendría un impacto profundo en las bases de las teorías físicas. La Química y la Biología en un mundo donde esa violación sea posible sería profundamente diferentes.
La violación del principio de exclusión de Pauli puede ayudar a explicar cómo se comporta la materia en el borde de los agujeros negros. Aunque no podamos ver qué pasa en el interior de un agujero negro (más allá del horizonte de sucesos), este modelo proporciona pistas sobre cómo se podría comportar la materia según ésta se colapsa por la fuerza de la gravedad en ese tipo de objetos.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original.

Ensayo con un sistema PETE. Fuente: Universidad de Stanford.

A todo el mundo, incluso a los apologetas (racionales) de los combustibles fósiles, les gustaría que hubiese una energía solar rentable. Sin embargo, la energía solar todavía no es competitiva comparada con las demás. O simplemente siempre sale mucho más barato perforar un agujero y sacar gas o petróleo que invertir en ciencia y tecnología.
El caso es que ahora, cuando el cambio climático nos amenaza y las fuentes convencionales de energía se encarecen, es cuando se está realizando bastante esfuerzo en el desarrollo de la energía solar, con avances muy frecuentes en el campo. Aunque ninguno de ellos es revolucionario, no deja de ser interesante que poco a poco la energía solar se acerque cada día más a la meta de ser una fuente de energía rentable. Muchos de estos avances pasan desapercibidos, pero la coincidencia en el tiempo de algunos de ellos ha hecho que esta redacción se fije en ellos.

El primer resultado es curioso, trata de una propiedad no intuitiva mediante la cual el silicio cambia de una fase sólida a una líquida al enfriarse y sin mediar un cambio de presión. Un equipo del MIT demostró esta fusión inversa en un bloque de silicio con impurezas metálicas.
Calentaron dicho bloque de silicio con impurezas de hierro, cobre y níquel hasta 1000 grados centígrados y luego lo enfriaron hasta 900 grados. En ese momento pudieron observar la formación de gotas de material fundido, pese a que el silicio se funde en condiciones normales a 1414 grados.
La razón de este comportamiento se debía a que las impurezas tendían a emigrar hacia la superficie hasta esas gotitas, rebajando su punto de fusión y dejando regiones de silicio puro detrás.
Lo interesante de este fenómeno es que permite purificar silicio de una manera más económica que los métodos habituales. El silicio es un material muy abundante en la corteza terrestre y las células solares fabricadas con él tienen un rendimiento más que aceptable, pero los costes de purificación del silicio elevan el precio de las mismas hasta un nivel al que la energía solar fotovoltaica ya no es competitiva desde el punto de vista económico.
La idea que tienen estos investigadores es crear gotitas líquidas dentro de los bloque de silicio que sirvan de “aspiradoras” de las impurezas contenidas en él.

El segundo logro consiste en la creación de una nueva tecnología que produzca células solares baratas con un rendimiento aceptable. La idea en este caso es usar partículas de níquel en suspensión coloidal que actúen como puntos cuánticos en células solares.
Como las propiedades de los puntos cuánticos varían con el tamaño (nanométrico) de los mismos se pueden diseñar para que absorban la energía de los fotones de distintas longitudes de onda. Usando una mezcla de estos puntos cuánticos se podría cubrir una buena gama del espectro. Los prototipos conseguidos por Lukasz Brzozowski aún tienen un rendimiento de sólo un 5%, pero el uso de níquel reduce su precio entre un 40% y un 80%. Serán comercialmente rentables cuando lleguen a un 10% de rendimiento.

El tercer descubrimiento ha sido realizado por ingenieros de la Universidad de Stanford. Según ellos un nuevo proceso permite combinar la luz y el calor solar para proporcionar electricidad con un rendimiento que dobla la actual tecnología solar fotovoltaica. Se basa en un proceso de aumento de emisión termoiónica de fotones, o PETE en sus siglas en inglés. Al parecer, esta tecnológica haría que la energía solar pudiera competir con las energías de origen fósil como el gas o el petróleo.
El calor producido por la luz solar que la célula convencional no convierte en electricidad se lleva más del 50% de la energía y además entorpece el propio proceso fotovoltaico. A diferencia de la tecnología fotovoltaica convencional usada en los paneles solares comerciales, que se hace más ineficiente conforme aumenta la temperatura, en el proceso PETE el rendimiento se mantiene a una temperatura que ya ha dejado fuera de combate a las células habituales. Una vez alcanzados los 100 grados las células convencionales dejan de funcionar bien. Un sistema basado en PETE puede trabajar perfectamente hasta los 200 grados.
Este sistema podría tener un rendimiento máximo estimado entre un 50% y un 60%. Además, los materiales necesarios para este tipo de proceso son económicos, como el cesio y el nitruro de galio.
Lo ideal sería usar este tipo de sistema junto a concentradores en forma de espejos parabólicos o similares. Esto, además de conseguir el régimen necesario para que PETE funcione, abarata los costes al utilizar menos semiconductores para una misma superficie receptora de luz.

La cuarta noticia procede del Lawrence Berkeley National Laboratory y versa sobre el uso de selenio y óxido de zinc, materiales que son bastante económicos, en células solares fotovoltaicas.
En concreto, se introduce un 9% de selenio en una matriz de óxido de zinc, incrementándose así la eficiencia de éste último en la absorción de luz. Aunque algunos semiconductores puedan tener buenas cualidades electrónicas a la hora de ser usados en dispositivos fotovoltaicos, no tienen una buena capacidad de absorber la luz solar. En este caso en particular se solucionaría con el uso de selenio.
Estos investigadores sueñan con la posibilidad de usar este tipo de energía para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno y usar estos gases en una nueva economía energética.

A ver si vemos pronto estos avances en el mercado.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa sobre fusión retrógrada
Artículo original.
Noticia en Physics World.
Artículo original sobre puntos cuánticos de níquel.
Nota de prensa de la Universidad de Stanford.
Artículo original sobre PETE.
Artículo original sobre selenio dopante en zinc.

Un ejemplar de Amphimedon queenslandica viviendo entre las ramas de un coral. Fuente: Maely Gauthier photo.

Nos podemos poner un traje de neopreno, una máscara de buceo, usar una botella de aire comprimido y colocarnos un regulador para bajar por el gran azul. Según bajemos y la presión aumente, la luz se tornará más azulada, los rojos y naranjas desaparecerán y el mundo de Neptuno se tornará casi monocromo. Entonces podremos usar un foco de luz blanca para iluminar el entorno. Súbitamente, como por arte de magia, aparecerá entonces un mundo bellamente coloreado, un mundo vibrante poblado de seres sorprendentes y maravillosos. Algunos de esos seres son esponjas, seres primitivos y estáticos sobre los que no nos dimos cuenta de que eran animales hasta el siglo XIX.
Si tenemos inquietudes científicas podemos recapacitar acerca de esos seres esponjosos y darnos cuenta de que nosotros y ellos (así como todos los animales) compartimos un antepasado común. Nuestra rama evolutiva ha sufrido muchos cambios desde hace 600 millones de años, pero la rama de las esponjas ha cambiado poco, está muy cerca de la base del árbol filogenético animal.
Conocer las esponjas a nivel genético es conocernos un poco mejor. Estudiar las esponjas es estudiar nuestro propio y ancestral origen. Incluso puede que nos ayude a entender enfermedades tan malditas como el cáncer y ver que es el subproducto de nuestra propia complejidad como seres multicelulares que somos.
Las esponjas son ahora el grupo animal más simple y antiguo en tener su genoma secuenciado gracias a los últimos estudios. Un artículo, sobre el análisis del genoma de la esponja, ha sido publicado en Nature sobre este tema recientemente.
Concretamente, Daniel Rokhsar de la Universidad de California en Berkeley y sus colaboradores han secuenciado el genoma* de la esponja Amphimedon queenslandica y han encontrando pistas sobre el origen de la multicelularidad y el cáncer. Como ya se había analizado el genoma de protozoos unicelulares evolutivamente emparentados con la esponja, el análisis del genoma de ésta última ha permitido colocar una pieza fundamental en el rompecabezas de la evolución animal.
El primer organismo multicelular del cual descienden todos los animales actuales probablemente era similar a las esponjas y había ya desarrollado un sistema de fertilización de huevos con esperma. No tenía ojos, ni sistema nervioso, pero en sus genes ya estaban los principios genéticos que permitieron la evolución y diversificación de todos los animales que vinieron después.
Según Rokhsar, uno de los participantes en esta investigación, la multicelularidad y el cáncer son caras de la misma moneda. Si eres una célula en un organismo multicelular tienes que cooperar con las otras células del cuerpo, asegurándote de que te divides justo cuando lo tienes que hacer. Los genes que regulan esta cooperación son además los mismos cuyo mal funcionamiento puede hacer que las células se comporten de un modo “egoísta” y crezcan incontroladamente en detrimento del organismo.
Podemos pensar que el cuerpo de los animales es un delicado equilibrio en una sociedad celular. Estas células viven en armonía hasta que algo les hace recordar su vida independiente, olvidan cooperar con las demás y se desarrollan en forma de cáncer. Cuanto más viva un animal más fácil será que desarrolle un cáncer, sobre todo en épocas posteriores a la reproducción, cuando la selección natural no puede filtrar este tipo de comportamiento.
Estos científicos bucearon entre los genes de la esponja en un viaje temporal de más de 600 millones de años para ver si encontraban los más de 100 genes que están implicados en el cáncer en humanos. Durante esa aventura de descubrimiento encontraron un 90% de ellos en el genoma de esta esponja. Futuras investigaciones mostrarán el papel que juegan estos genes en las esponjas y otros seres.
Usualmente se describe a las esponjas como animales simples comparados con los humanos, que son considerados mucho más complejos, pero cómo está codificada en los genes esta complejidad es todavía un misterio de la Biología moderna. Este estudio muestra que, mientras el genoma de la esponja contiene la mayoría de las familias de genes del genoma humano, el número de genes de cada familia ha cambiado en los últimos 600 millones de años. Analizando qué familias de genes han sido enriquecidas o empobrecidas con más o menos genes en diferentes grupos de animales, los científicos pueden identificar conjuntos de genes agrupados por su función que están asociados con la complejidad morfológica.
Concretamente, entre los 20.000 ó 30.000 genes de la esponja, este equipo de investigadores encontró 4670 familias de genes que son comunes a todos los animales. 1286 de ellos parecen tener la clave de la vida multicelular, pues no están en los seres unicelulares más cercanos evolutivamente: los coanoflagelados.
Este genoma apunta a la pregunta de en qué consiste ser un animal (o en qué consiste un ser humano). Aunque el esqueleto de esponja que podamos tener el cuarto de baño parezca simple, la verdad es que comparte con humanos y otros animales muchos de los caminos bioquímicos y de desarrollo, aunque halla ciertos componentes que nos están en las esponjas. En futuros trabajos se podrá estudiar qué ocurre si se añaden esos componentes genéticos a las esponjas o qué pasa si se eliminan en animales más complejos. Serán futuras aventuras científicas.
Algunos de esos componentes que no están en las esponjas tienen que ver con el ciclo celular, que es la serie de pasos que las células tienen que dar para dividirse. Algunos de esos genes generan enzimas (como CDK 4/6) que no están en las esponjas pero sí lo están en la anémona de mar, lo que hace preguntarse si la aparición de estas enzimas es la que permitió la evolución de los verdaderos animales (eumetazoos), al hacer que cambiara el ciclo celular de una manera fundamental. Los inhibidores de CDK 4/6 que detienen el ciclo celular se usan frecuentemente para tratar el cáncer de pecho.
Estos autores además han identificado en las esponjas los mismos genes que caracterizan a los demás animales: genes relacionados no solamente con la división celular y su crecimiento, sino además con la muerte programada de las células (que elimina las células que están en un lugar inadecuado o que no se comportan adecuadamente), con la adhesión entre células para formar tejidos, con las señales bioquímicas implicadas en el desarrollo, con el reconocimiento del propio cuerpo y genes responsables de la diferenciación celular. Todo ello pese a que las esponjas carecen de aparato digestivo, músculos o neuronas.
Un trabajo anterior, realizado por otro equipo de investigadores, ya encontró que están presentes en las esponjas muchos de los componentes genéticos que dan lugar a las sinapsis nerviosas, pese a que ésas no tienen sistema nervioso. Además se halló determinadas proteínas que contenían una “firma” o característica que indicaba que probablemente las células de las esponjas interactúan unas con otras de manera análoga a como lo hacen las neuronas.
Básicamente el antepasado común a las esponjas y el resto de los animales ya disponía de los bloques genéticos fundamentales para la multicelularidad que todavía se encuentran en el corazón genético de todos los animales, incluidos los humanos. La evolución de estos genes no solamente permitió a los primeros animales colonizar los mares primitivos, sino que permitieron la evolución de toda la diversidad animal que podemos ver hoy en día, desde el guepardo del Serengueti a los pingüinos de la Antártida. Por tanto, las innovaciones genéticas necesarias para la moderna vida animal hay que retrotraerlas en el tiempo mucho antes de lo que en un principio se había pensado, a un momento anterior a la famosa explosión del Cámbrico, quizás incluso en cientos de millones de años antes de ese suceso.
Lo que caracteriza el origen evolutivo de los animales es la habilidad de que células individuales asuman funciones especializadas y trabajen juntas por el beneficio de todo el organismo. La esponja representa una ventana al remoto evento que lo permitió. El genoma de las esponja revela que a lo largo del camino que dio lugar a la emergencia de los animales, genes que controlaban una red de muchas células especializadas evolucionaron y pusieron las bases de la lógica genética para la formación de organismos que ya nunca volvieron a funcionar como células simples aisladas. A partir de entonces esa comunidad de células especializadas trabajaron juntas para la supervivencia de unas criaturas que eran ya multicelulares.
La belleza de tener este genoma secuenciado es que ahora podemos preguntar acerca de todos los procesos biológico conocidos y analizar los genes para saber si el antepasado común a todos los animales los tenía o no. Además, este estudio puede permitir ulteriores análisis de permitan la obtención se sustancias útiles para la industria farmacéutica. Así por ejemplo, las esponjas carecen de dos genes ligados al cáncer que se cree son clave en la regulación de la división celular. El análisis de estos dos genes puede arrojar luz al papel que tienen en el desarrollo del cáncer en humanos.
El estudio de este genoma podría incluso permitir, por ejemplo, el desarrollo de métodos industriales para la fabricación de fibras de sílice directamente del agua marina. Se podrían así descifrar los métodos usados por estos animales para producir materiales que exceden nuestras capacidades en ingeniería química.

El ejemplar de esponja cuyo genoma ha sido secuenciado para este estudio se recolectó en la Gran Barrera de Coral australiana. Esta barrera de coral, al igual que el resto de los arrecifes coralinos del mundo, está en peligro de desaparición por culpa de los humanos. En unas pocas décadas todas estas comunidades de un interés ecológico de primer orden habrán desaparecido para siempre de la faz de la Tierra. A partir de entonces toda esa belleza, todas las posibles fuentes de conocimiento que hay ahí, muchas de las respuestas que como seres humanos nos planteamos (incluso sobre nuestro propio origen) o las posibles curas a enfermedades humanas habrán desvanecido para siempre.
Si algún lector tiene la suerte de bucear en uno de esos lugares de algún océano lejano repare en nuestros parientes las esponjas. Podrá mirar a uno de esos seres, aunque él no pueda hacerlo, y recapacitar sobre la distancia que le separan de esa criatura, pero también sabrá que el conjunto de elementos genéticos básicos que constituyen la multicelularidad, que le constituyen a usted, ya estaban presentes en un ser muy similar que vivió hace más de 600 millones de años sobre este planeta llamado Tierra y cuya gran parte de su superficie está cubierta de agua.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original.
El origen del sistema nervioso encontrado en las esponjas.

* Los autores dicen que este genoma es un “borrador” del genoma de esta especie de esponja. Da la impresión de que en este tipo de estudios hay cierta premura a la hora de exclamar que se ha secuenciado “el genoma” de cierto ser y de que esto se hace sucesivamente.

Microfotografía en falso color de Marburgvirus obtenida por microscopio electrónico. Fuente: CDC, Frederick Murphy.

Los virus no dejan buenos fósiles, pero ahora nosotros podemos abrir esos libros que son lo genomas, leer la información contenida en ellos y encontrar los restos de antiguos virus ya desaparecidos. Durante millones de años los retrovirus han insertado material genético en el genoma de sus víctimas como parte de su proceso de replicación, dejando detrás secuencias víricas en esos genomas que se han conservado hasta el presente.
En un estudio reciente un equipo de investigadores ha encontrado que tanto los humanos como otros vertebrados contienen en sus genomas secuencias antiguas de dos familias de virus peligroso: Ebola/Marburgvirus y Bornavirus. Como ninguna de estas dos familias inserta su material genético durante el proceso de replicación de ADN del anfitrión, tal y como hacen los retrovirus, el resultado es totalmente inesperado. Pero se sabe que el 8% de nuestro genoma procede precisamente de retrovirus.
Según Anna Marie Skalka, una de las participantes en el estudio, esto sugiere que las fuentes de nuestro material genético son considerablemente más amplias de lo que pensábamos. En este equipo de investigadores también participan Vladimir A. Belyi y Arnold J. Levine.
Estos investigadores compararon 5666 genes procedentes de familias de virus conocidos con secuencias de ARN en 48 especies de vertebrados, incluido los humanos. Encontraron 80 secuencias virales independientes en 19 especies distintas de vertebrados. Quizás lo más interesante sea que casi todas ellos procedían de dos familias de virus: Ebola/Marburgvirus y Bornavirus, que causan fiebres hemorrágicas y enfermedades neurológicas. Este resultado se suma a otros anteriores que apuntaban en la misma dirección. Tanto este trabajo como otros previos apoyan la idea de que estas dos familias de virus son muy antiguas, pese a que los biólogos evolutivos creían que eran recientes.
Es muy difícil encontrar secuencias genéticas antiguas en los virus actuales porque evolucionan muy rápidamente, sin embargo, podemos estudiar sus “fósiles genéticos” en los genomas de los descendientes de sus víctimas.
Estos virus son retrovirus, cuya carga genética consiste en ARN. Replican el ARN y no necesitan pasar por una fase de fabricación de ADN. Es decir, sus secuencias genéticas no necesitan ser integradas en el ADN de la víctima. De hecho, algunos de ellos no necesitan siquiera entrar en el núcleo para replicarse.
Para añadir más misterio al asunto han podido comprobar que algunas de esas secuencias han estado integradas en sus genomas anfitriones desde hace 40 millones de años y, por tanto, han sido conservadas evolutivamente a lo largo del tiempo. Esto sugiere que deben de proporcionar algún tipo de ventaja competitiva a sus portadores, quizás una mejor protección frente a futuras infecciones por parte de virus de la misma familia. Sería algo así como una “vacuna” genética.
Muchos virus exhiben una increíble capacidad de adaptación, eludiendo así a un sistema inmunitario ya entrenado para combatir variedades previas. Pero si sus secuencias se integran en el ADN del anfitrión, la posible víctima tiene más ventajas a la hora de luchar contra las nuevas variantes. Según Skalka el mecanismo de defensa se basaría en que el ARN procedente de estas secuencias integradas en el ADN podría unirse al ARN procedente de un virus que trata de infectar la célula, impidiendo así que el virus prospere.
Sin embargo, demostrar que estas secuencias tienen alguna función biológica necesitará de más trabajo. Quizás algunas de las funciones de estas secuencias genéticas no están relacionadas con infecciones víricas, sino que pueden tener otras funciones distintas.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original.
Nuestro genoma procede en un 8% de virus.