El agua se dilata al congelarse. Cualquiera que haya dejado alguna vez una lata de refresco o una botella de agua en el congelador durante demasiado tiempo ha sido testigo de este hecho. Entonces, ¿cómo sobreviven los vegetales y los animales a temperaturas severas? Algunos insectos expuestos a temperaturas bajo cero pueden adaptarse a tal clima extremo y sobrevivir. Un estudio reciente describe una clase enteramente nueva de molécula anticongelante aislada de un escarabajo de Alaska tolerante a la congelación. El trabajo ha sido realizado por Kent Walters y colegas de la Universidad de Notre Dame. Curiosamente, la molécula anticongelante descrita por el equipo de investigación difiere de los factores previamente descritos en que no se trata de una proteína, sino de una combinación de sacáridos y ácidos grasos, que son otros tipos de biomoléculas. La composición química de la sustancia podría demostrar ser adecuada para la producción comercial del compuesto, porque es posible sintetizar con bastante facilidad en el laboratorio pequeñas cadenas de azúcares, haciendo su fabricación más barata y fácil que la de las moléculas biológicamente conformadas. Las moléculas anticongelantes están presentes en muchos organismos, incluyendo peces, insectos, plantas, hongos, y bacterias. Las proteínas anticongelantes más activas conocidas ya habían sido descritas en ciertos insectos que evitan la congelación; dichas proteínas les permiten sobrevivir a temperaturas del orden de los 60 grados Celsius bajo cero e incluso más frías. Sin embargo, éste es el primer aislamiento documentado de un anticongelante procedente de un insecto tolerante a las heladas, es decir capaz de sobrevivir a la congelación. Las aplicaciones potenciales de esta nueva clase de sustancia anticongelante son abundantes. En cuanto a la criopreservación, la sustancia podría reforzar la capacidad de supervivencia de las células y tejidos de otros organismos bajo condiciones de congelación. tomado de: amazings/ciencia/noticias/080110e.html Etiquetas: adaptación, anticongelante, bioquímica, criopreservación, Escarabajo Si Existen, Muy Pronto Será Posible Detectar Lunas Como Pandora, de la Película Avatar Lunas pobladas por formas de vida, como Pandora en la reciente película Avatar, son hoy ciencia-ficción, pero podrían dejar de serlo antes de lo creído. El telescopio espacial Kepler, en órbita desde Marzo de 2009, tiene la capacidad de detectar astros del tamaño de la Tierra hasta unos 500 años-luz de distancia de nosotros, y eso incluye lunas grandes alrededor de planetas gigantes. Además, tal como concluye la astrónoma Lisa Kaltenegger en un nuevo estudio, el Telescopio Espacial James Webb será capaz de analizar las eventuales lunas que sean descubiertas, y detectar gases cruciales para la vida como el oxígeno, el dióxido de carbono y el vapor de agua. Si Pandora existiera, podríamos potencialmente detectarla y estudiar su atmósfera en la próxima década, declara Lisa Kaltenegger, del Centro para la Astrofísica (CfA), gestionado conjuntamente por la Universidad de Harvard y el Instituto Smithsoniano. Hasta recientemente, las búsquedas de planetas de otros sistemas solares han estado limitadas a la detección de planetas gigantes como Júpiter, de los cuales ya se conocen varios cientos. Los gigantes gaseosos, aunque fáciles de detectar, no podrían servir para sostener la vida, al menos tal como la conocemos. Sin embargo, una luna rocosa en órbita a un gigante gaseoso ubicado a la distancia idónea de su estrella (la que conlleva una temperatura que permite la existencia de agua líquida) sí podría resultar apta para albergar vida. Todos los planetas gigantes gaseosos de nuestro sistema solar cuentan con lunas rocosas que además son ricas en hielo de agua en muchos casos. Eso hace suponer que los gigantes gaseosos de otros sistemas solares muy probablemente también posean lunas de esa clase a su alrededor. Algunas pueden tener masas comparables a la de la Tierra y ser capaces de retener una atmósfera. La misión del Kepler es buscar planetas que, desde la dirección de observación del telescopio, crucen por delante de sus respectivas estrellas. Eso crea un minieclipse y atenúa el brillo de la estrella en un grado minúsculo pero detectable. Los tránsitos de este tipo duran unas pocas horas y requieren una alineación muy exacta de la estrella y el planeta a lo largo de la línea de visión terrestre. El Kepler examinará miles de estrellas, de manera que acabará por encontrar una cantidad significativa de soles con un planeta en tránsito. Conociendo ya un planeta gigante gaseoso, los astrónomos pueden buscar lunas a su alrededor. La gravedad de un satélite es capaz de alterar, de modo sutil pero detectable, el movimiento de su planeta, de forma que puede acelerar o retardar su tránsito de maneras que delaten la existencia de esa luna. Una vez hallada la luna, la siguiente cuestión a resolver es: ¿Tiene atmósfera? Si la posee, esos gases absorberán una fracción de la luz de la estrella durante el tránsito, dejando una huella sutil pero delatadora de la composición atmosférica del satélite. Kaltenegger, tras calcular qué condiciones son las mejores para examinar las atmósferas de lunas de otros sistemas solares, ha llegado a la conclusión de que el sistema de Alfa Centauro A, escenario en la película Avatar, sería un excelente objetivo para la búsqueda de satélites. Alfa Centauro A es una estrella brillante y cercana, muy parecida a nuestro Sol, de manera que proporciona una señal clara y fácil de interpretar. Kaltenegger señala que bastarían unos pocos tránsitos para detectar la presencia de agua, oxígeno, dióxido de carbono y metano en una luna parecida a la Tierra, como lo es en Avatar el satélite Pandora. Tal como señala Kaltenegger, si esa luna de Avatar existiera de verdad, los astrónomos podrían detectarla y estudiarla en un futuro muy cercano mediante el Telescopio Espacial James Webb. Aunque Alfa Centauro A es un prometedor objetivo de búsqueda de planetas o lunas habitables, las enanas rojas, muy abundantes, lo son en grado igual o incluso mayor. La zona orbital habitable (la que, por la temperatura reinante en ella, permite la existencia de agua líquida) está más cercana a la estrella en el caso de una enana roja, lo que incrementa la posibilidad de un tránsito. Los astrónomos han debatido largamente sobre los problemas que podría acarrear para un planeta estar tan cerca de su estrella aunque la temperatura a esa distancia sea aceptable para la vida. La corta distancia de un planeta templado a su estrella enana roja influiría sobre su rotación de manera que ésta se amoldaría a la traslación y el planeta siempre le presentaría la misma cara a la estrella, como le sucede a la Luna con la Tierra. Aunque un buen régimen de vientos quizá podría repartir debidamente el calor entre la cara diurna y la nocturna, es obvio que un mundo con un hemisferio sumido en un día perpetuo y el otro en una noche perpetua, representa para la vida un mayor desafío que un mundo con una suficiente alternancia de días y noches. Este problema de los planetas en la zona orbital habitable de una enana roja no lo sufrirían sus lunas. Una luna en tal escenario le presentaría siempre la misma cara a su planeta, pero no a la estrella, y por tanto tendría una alternancia normal de días y noches. La existencia de atmósfera también ayudaría a moderar las temperaturas. La vida vegetal podría poblar virtualmente toda la luna ya que tendría en la luz solar una fuente de energía accesible desde casi cualquier lugar de la superficie. Debido a todas estas circunstancias, en la zona orbital habitable de una enana roja las lunas en órbita a planetas gigantes gaseosos tienen más probabilidades de albergar vida que los planetas rocosos o que las superTierras, dos tipos de planetas que se han considerado muy prometedores para acoger vida. copiado de: amazings/ciencia/noticias/060110d.html Etiquetas: Avatar, condiciones para la vida, Pandora, vida extraterrestre Simulación cuántica del zitterbewegung de un electrón utilizando un ión atrapado El zitterbewegung es un movimiento oscilatorio ultrarrápido de un electrón libre que fue predicho por Erwin Schrödinger en 1930 tras analizar la ecuación de Dirac para un electrón. Sin que actúe ninguna fuerza, el electrón cambia su velocidad, algo que contradice la segunda ley de Newton de la mecánica clásica. Estudiar este fenómeno experimentalmente es prácticamente imposible ya que medir este efecto lo destruye. Todo el mundo cree que es válido ya que así lo evidencian las simulaciones (clásicas) por ordenador. Un nuevo experimento de Gerritsma et al. publicado en Nature ha realizado una simulación cuántica de dicho fenómeno (han estudiado un análogo al zitterbewegung en un sistema cuántico). Para ello han utilizado un ión atómico (de calcio 40Ca+) atrapado en una cavidad electromagnética (llamada trampa de Paul) que simula a una partícula libre de Dirac (un electrón) y han mostrado un movimiento oscilatorio rápido que interpretan como análogo del zitterbewegung de un electrón. La simulación cuántica de sistemas cuánticos requiere reproducir de forma fiel el hamiltoniano (la entidad matemática que representa las propiedades dinámicas del sistema) del sistema cuántico simulado. Gerritsma et al. han utilizado dos estados de energía interna del ión para representar los estados de energía positiva y negativa de un electrón libre relativista, y la posición y el momento del ión atrapado para simular la posición y momento del electrón libre. Mediante irradiación con luz láser han logrado que el ión se mueva de forma que se simula el hamiltoniano unidimensional de la ecuación de Dirac del electrón. Variando la intensidad y frecuencia del láser, Gerritsma et al. han logrado variar la masa efectiva de la partícula de Dirac simulada y la velocidad de la luz “efectiva” que aparece en la ecuación de Dirac (que es importante para modelar la amplitud de las oscilaciones del zitterbewegung). De esta forma han sido capaces de controlar el fenómeno haciéndolo aparecer y desaparecer a conveniencia. Más aún, han mostrado que tanto en el límite no relativista (una masa efectiva muy grande) como en el ultrarrelativista (una masa efectiva muy pequeña) el zitterbewegung desaparece, mientras que en el régimen el fenómeno observado cumple con las expectativas teóricas. La ecuación de Dirac para el electrón realizó varias predicciones que se han confirmado experimentalmente, siendo la más espectacular la predicción de la antimateria (el antielectrón o positón), aunque otras predicciones todavía no se han podido verificar, como la paradoja de Klein o el zitterbewegung de Schrödinger. El origen de este último fenómeno es la interferencia cuántica entre los estados del electrón con energía positiva y negativa. Un electrón libre, no sometido a ninguna fuerza, sufre este fenómeno que cambia su velocidad, contradeciendo la segunda ley de Newton de la mecánica clásica. La simulación de Gerritsma et al. nos muestra estupendamente un ejemplo de la aplicación más importante de los computadores cuánticos (universales): simular otros sistemas cuánticos. En este sentido su artículo es un importante avance en la investigación en sistemas de información cuántica. Para un electrón libre, la ecuación de Dirac predice un efecto zitterbewegung con una amplitud del orden de la longitud de Compton, RZB ≈ 10-12 m, y una frecuencia de ωZB ≈ 1021 Hz, por lo que efecto escapa de cualquier medición directa. La figura que abre esta entrada muestra los resultados obtenidos en la simulación cuántica. Las curvas continuas son los resultados de simulaciones numéricas por ordenador y las símbolos representan los datos obtenidos por la simulación cuántica experimental. La línea recta (cuadrados rojos) representa una partícula sin masa (Ω = 0) que se mueve a la velocidad de la luz “efectiva” (c = 2η Δ = 0,052 Δ μs-1). Las demás curvas presentan partículas con masa creciente cuya longitud de onda de Compton está dada por λC ≡ 2 η Δ/Ω = 5,4 Δ (triángulos hacia abajo), 2,5 Δ (rombos), 1,2 Δ (círculos) y 0,6 Δ (triángulos hacia arriba), respectivamente. La figura muestra claramente el zitterbewegung en el límite relativista y cómo este desaparece en el límite no relativista. La figura de abajo muestra el resultado de simulaciones numéricas para las funciones de onda (biespinor) que representan la parte de energía positiva (espinor en azul) y la parte de energía negativa (espinor en rojo) cuya interferencia da lugar al zitterbewegung. Este fenómeno requiere que ambos espinores de la función de onda ψ(x)2 estén en fase, sino el fenómeno se reduce hasta que se anula cuando ambas partes se propagan en direcciones opuestas. Tomado de: francisthemulenews.wordpress/2010/01/07/publicado-en-nature-simulacion-cuantica-del-zitterbewegung-de-un-electron-utilizando-un-ion-atrapado/ Etiquetas: Física, Schrödinger, simulación cuántica, zitterberwegung Nuestra piel es un jardín botánico Jabonar, jabonar y luego enjuagar. Una y otra vez, todas las veces que se quiera. Sentir la piel limpia y fragante. ¡Vaya ilusión! Nuestra piel es el hábitat sobre el que legiones de microorganismos viven de lo más felices (si cabe el término), pese a nuestros esfuerzos. Hace décadas los científicos detectaron que diversidad de bacterias pululaban sobre la piel humana. El 2009, sin embargo, trajo a los investigadores una inmensa sorpresa: son muchísimas más especies de las que se creía. Estudios realizados en el Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano, en Bethesda, Virginia, Estados Unidos, revelaron el fértil campo que somos para diversidad de bichos (invisibles para el ojo humano pero monstruosos bajo el microscopio). Los resultados fueron publicados en la revista “Science” (“Diversidad temporal y topográfica del microbioma de la piel humana”). Se indica que son centenares de especies diferentes. Las comunidades bacterianas más ricas y diversas se encuentran en los antebrazos. En tal parte del cuerpo se encontró, en promedio, 44 especies diferentes y su variedad está ligada a la cantidad de vello. Así, los antebrazos más hirsutos son signo inequívoco de una jungla poblada de muchas más especies de seres microscópicos. La menor variedad se detectó detrás de nuestras orejas (19 especies). Los investigadores sostienen ahora, por ejemplo, que pese a la poca distancia “geográfica” entre las velludas axilas y los antebrazos, más suaves y secos, se trata de dos “nichos ecológicos” completamente distintos, tanto como la selva amazónica y los desiertos del Sahara. Así las cosas, sin contar las múltiples bacterias benéficas que pueblan nuestros interior, andamos pues por el mundo con una capa invisible de bichos. El estudio, por alocado que suene, sienta las bases para “examinar el rol de las comunidades bacterianas en la enfermedad y la interdependencia microbiana requerida para mantener una piel saludable”.
Posted on: Mon, 04 Nov 2013 02:36:14 +0000
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