sábado, 31 de diciembre de 2016

2016 en números ¡pleno 2017!

"Hay problemas científicos, de cuyos descubrimientos querría ser testigo -como la exploración de muchos de los mundos de nuestro sistema solar y la búsqueda de vida exterior. Quiero aprender como funcionan las mayores cuestiones en la historia de la humanidad, preocupantes o esperanzadoras: los peligros y promesas de la tecnología; la emancipación de la mujer; el crecimiento y ascendencia económica y tecnológica de china; los vuelos interestelares.

Si hubiera vida tras la muerte, no importaría morir, satisfaría la mayoría de esas profundas curiosidades. Pero si la muerte no es más que el fin, el sueño sin sueños, esto no sería más que un desesperado anhelo. Quizás esta perspectiva me de una pequeña motivación extra para permanecer vivo.

El mundo es tan exquisito, con tanto amor, que no hay razón para engañarnos con bonitas historias para las cuales hay bien pocas evidencias. Es mucho mejor, me parece a mi, que en nuestra vulnerabilidad, miremos a la Muerte a la cara y seamos agradecidos cada día por la breve pero magnífica oportunidad que la vida nos ofrece."

Carl Sagan, "Miles de millones"
Créditos: Gram OM & El Dante


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2016 es también un año de tristezas pero ante todo el panorama tan adverso que existe no dejemos que muera la esperanza, hoy siempre amor en todo lo que hagamos.

viernes, 23 de diciembre de 2016

Science publicó como cada año una perspectiva de los avances y logros en la ciencia.

En su perspectiva los avances incluyen desde nanotecnología hasta el espacio, los cuales se reproducen a continuación:

El exoplaneta cercano


Los astrónomos encontraron un pequeño planeta alrededor de la estrella más cercana, Proxima Centauri. Su descubrimiento plantea la oprtunidad de estudiar con mayor detalle un planeta fuera de nuestro sistema solar.

Los minúsculos cambios en la frecuencia de la luz de Proxima Centauri revelaron el planeta, llamado Proxima b. Los astrónomos que observaban la estrella detectaron un aumento y una disminución periódica en su frecuencia cada 11.2 días, causados ​​por cambios Doppler en la luz. Todavía no sabemos mucho acerca de Proxima b excepto que pose al menos 1.3 veces la masa de la Tierra y su órbita esta a sólo 5% de la distancia entre la Tierra y el Sol. Eso no significa que tenga una elevada temperatura. Debido a que la estrella es una débil enana roja, los astrónomos creen que la superficie del planeta puede incluso estar lo suficientemente fría como para que exista agua líquida. Aunque Proxima Centauri es una estrella rebelde que probablemente bombardee el planeta con un viento solar feroz, rayos X, y la luz ultravioleta.
Concepción artística de Proxima b orbitando alrededor de la enana roja Proxima Centauri. Créditos: ESO/Kornmesser.

Los astrónomos han estado observando para ver si Proxima b pasa delante de su estrella. Si lo hace, la disminución en el brillo de la estrella podría revelar el radio del planeta -que, combinado con la masa, proporcionaría su densidad- y la luz de la estrella que pasa a través de su atmósfera podría decirnos su composición. Pero la geometría explica que esta "órbita" sea improbable -sólo un 1,5% de probabilidad- y las búsquedas hasta ahora ha dado pocos resultados.

Los científicos deben esperar ahora por mejores telescopios espaciales y terrestres planeados para la próxima década. Pero en abril, el proyecto Breakthrough Starshot anunció planes para enviar una flota de minúsculas naves espaciales en un viaje de 20 años a través de los 40 trillones de kilómetros hasta el sistema estrella Alpha Centauri, que incluye Proxima Centauri y otra iniciativa privada llamada Project Blue espera construir un telescopio espacial específicamente para tomar fotografías de planetas en Alpha Centauri.

El desafío hombre vs máquina

Juego de Go. Créditos: Jaro Larnos.
Por décadas científicos consideraron inviable el que una computadora fuera capaz de jugar go, uno de los juegos más demandantes por su forma de juego que tiene una aparente sencillez: simplemente se van colocando piedras de un color en una cuadrícula, capturando el territorio. Pero su apertura da lugar a una gran cantidad de movimientos, muchos más que átomos en el Universo conocido.

Sin embargo este año, Deepmind perteneciente a Google creo AlphaGo, un programa de inteligencia artificial capaz de jugar go, quien este año venció a Lee Se-dol, campeón mundial actual.

AlphaGo, estudió cientos de miles de juegos de Go en línea jugados entre humanos, luego utilizó esas secuencias de movimientos como datos para un algoritmo de aprendizaje automático. Entonces AlphaGo jugó contra sí mismo-o, más bien, versiones ligeramente diferentes de sí mismo- una y otra vez, afinando su estrategia con una técnica llamada aprendizaje de refuerzo profundo. El resultado final es la IA que gana no sólo con el cálculo de la fuerza bruta, sino con algo que parece sorprendentemente como la intuición humana.

La mayoría de las cosas que queremos que AI domine implican un número aparentemente inmanejable de posibles decisiones: un robot caminando con seguridad a través de una sala llena de personas, conducir vehículos sin conductor, hacer pequeñas charlas con los pasajeros. Debido a que las reglas codificadas no funcionan para estas tareas, el triunfo de AlphaGo muestra lo poderoso que puede ser el aprendizaje profundo de refuerzo.

Una purga que alivia

Placas de grasa como las que obstruyen esta arteria fueron más pequeñas en ratones que eliminaron sus células senescentes. Créditos: Nephron.
Varios estudios realizados en 2016  mostraron como la eliminación de células viejas en ratones los hacía menos propensos a enfermedades del corazón y aumentaba su esperanza de vida en al menos 20%.

Las células viejas conocidas como senescentes, llamadas así porque pierden la capacidad de dividirse, tienen relación con ataques cardiacos y enfermedades cerebrovasculares. Estas a pesar de que no se reproducen permanecen en el cuerpo, impidiendo su remplazo. También están relacionadas con la liberación de moléculas que pueden causar problemas como crecimiento anormal e inflamación, además de consumir enzimas.

El primer estudio punlicado en febrero mostró que la eliminación de las células senescentes puede producir beneficios de salud y longevidad, al menos en ratones de mediana edad. El deterioro de los corazones y los riñones de los animales se ralentizó, y no brotaron tumores hasta más adelante en sus vidas. Algunas disminuciones relacionadas con la edad, como la memoria y la coordinación muscular, no disminuyeron. Sin embargo, los roedores sobrevivieron a sus contemporáneos más del 20%.

En octubre, el mismo equipo de investigación apuntó a las células senescentes del sistema inmune que se acumulan en las placas que obstruyen las arterias y pueden impulsar su formación. La eliminación de estas células de los ratones que son propensos a la arterosclerosis redujo la cantidad de acumulación de grasa en las arterias de los animales en un 60%, a pesar de que los roedores ingerían alimentos con exceso de grasa.

Ahora bien la pregunta es: ¿sacar las células senescentes ayudará a los seres humanos a vivir más tiempo? Ambos estudios usaron ratones genéticamente modificados que eliminan sus células senescentes en respuesta a un compuesto particular, una técnica que no es factible en humanos. Pero los investigadores han creado varios fármacos denominados senolíticos que matan células senescentes sin manipulación genética. El próximo año, los científicos lanzarán el primer ensayo clínico de uno de esos fármacos en personas que tienen artritis.

Los grandes simios leen la mente

Los grandes simios demostraron una habilidad que sólo los seres humanos se pensaba poseían plenamente. Conocida como teoría de la mente, es la capacidad de discernir deseos, intenciones y conocimiento de otros. Algunas pruebas habían demostrado que nuestros parientes cercanos tienen suficiente conocimiento para, por ejemplo, engañar a un compañero simio o reconocer los motivos de otros. Pero hasta ahora, siempre habían fracasado en las tareas que requieren la capacidad de determinar cuando otros tienen una creencia falsa.
Chimpancés, bonobos y orangutanes tienen una habilidad que se pensaba es exclusivamente humana. Créditos:  Cyril Ruoso/Minden.

En el clásico experimento de creencias falsas, un niño observa a alguien esconder una barra de chocolate en una caja y salir de la habitación. Entonces alguien entra y se esconde el caramelo en otra parte. ¿Dónde buscará la primera persona? Los niños que adivinan "en la caja original" pasan la prueba: se dan cuenta de que la primera persona tiene una creencia falsa. Esta habilidad se cree que es esencial para engañar, la empatía, enseñanza y tal vez usar el lenguaje.

Este año, los investigadores realizaron una versión de la prueba en chimpancés, bonobos y orangutanes. Los simios vieron una película que mostraba a una figura de tipo King Kong robar una roca de un hombre y ocultarla en una de las dos cajas. El hombre es testigo de esta acción, pero huye cuando la figura de Kong lo amenaza. Mientras él se va, Kong se va con la roca. Cuando el hombre vuelva, ¿dónde lo buscará?

Los investigadores utilizaron tecnología infrarroja de rastreo ocular para ver donde los simios enfocaban su atención. Casi todos miraron la caja donde el hombre cree erróneamente que su roca está oculta. No todos están convencidos de los resultados, pero estudios de seguimiento están en marcha, y no sólo en los grandes simios. El método de seguimiento ocular puede adaptarse a las caras de otros animales.

Proteínas por diseño

Las nuevas proteínas por diseño utilizan programas informáticos para predecir cómo se doblan sus cadenas de aminoácidos y no se parecen a nada producido en la naturaleza.
Las nuevas proteínas usan programas informáticos para predecir su forma y no se parecen en nada a las proteínas creadas por la naturaleza. Créditos: Rish Frishman.
Las proteínas cumplen múltiples funciones: aceleran reacciones químicas vitales, permiten que los músculos actuén, realicen la comunicación dentro y fuera de las células, y son nuestras defensas contra infecciones. Dado el talento de las proteínas, los investigadores han querido crear sus propias versiones. En los últimos años han modificado proteínas existentes haciendo ajustes al código de ADN de un organismo, pero este año, las modificaron a un nivel completamente nuevo: crearon proteínas de diseño diferente a todo lo encontrado en la naturaleza, preparando el escenario para nuevas medicinas y materiales.

El diseño de nuevas proteínas desde cero ha sido una actividad de éxitos y fracasos. Resulta sencillo escribir cualquier código de ADN deseado, pero los investigadores no habían tenido forma de saber cómo las nuevas secuencias de aminoácidos codificados por este ADN resultarían en complejas formas. En si es es un problema, porque para las proteínas, la forma dicta la función. Recientemente, biólogos computacionales han hecho un progreso en el diseño de programas informáticos que predicen con precisión cómo las proteínas de diseño se doblarán. Esos avances hicieron posible el incremento de este año en las proteínas de diseño.

En febrero, un equipo dirigido por investigadores del estado de Washington utilizó un programa de este tipo para diseñar lo que podría convertirse en una vacuna contra la gripe universal, capaz de provocar de forma simultánea defensas inmunitarias contra todas las cepas de la gripe. En julio, un equipo que incluyó a muchos de los mismos investigadores creó proteínas que se autoensamblan dejando huecos, que que algún día podrían ser llenados con medicamentos o fragmentos de ADN para tratar una gama de enfermedades. Otro equipo utilizó un programa similar para producir moléculas de ARN dobladas en 3D, que presentan un problema de plegamiento similar a las proteínas, así como complejas proteínas-ARN, abriendo nuevas posibilidades de investigación.

Ahora, los investigadores quieren utilizar sus habilidades para seguir creando, desde nuevos sensores biológicos hasta nuevas formas de eliminar el dióxido de carbono de la atmósfera. Los diseñadores de proteínas tienen un vasto territorio nuevo para explorar.

Ratones nacidos en laboratorio

Este año se ha obtenido un nuevo significado al término "bebés de probeta", investigadores en Japón produjeron ratones a partir de óvulos crecidos enteramente en un plato de laboratorio. Este tan buscado logro ofrece a los investigadores una nueva forma de estudiar el desarrollo de los embriones  y plantea la perspectiva más distante de hacer células humanos en laboratorio de casi cualquier tipo de célula, incluyendo las alteradas genéticamente. Esa posibilidad ha despertado la esperanza de nuevos tratamientos de infertilidad, pero también ha revivido los temores sobre los bebés de diseño.
Células de ratón cultivadas en un plato de células madre embrionarias. Créditos: Hikabe et al/Nature.

En 2012, los mismos investigadores lograron el primer paso clave: Hicieron óvulos fértiles a partir de células madre. Sin embargo, ese método todavía requiere que los óvulos inmaduros se implantarán de nuevo en un ratón vivo para completar su desarrollo. Este año, los investigadores encontraron una manera de producir óvulos enteramente en el laboratorio. En lugar de implantar los óvulos inmaduros en un ratón, los cultivaron dentro de grupos de células tomadas de ovarios de un ratón fetal. El equipo entonces mezcló los óvulos cultivados en laboratorio con espermatozoides de ratón e implantó los embriones resultantes en madres de crianza temporal. Sólo el 3% completo su desarrollo, pero esos ratones se convirtieron en adultos fértiles, aparentemente sanos.

Si los científicos pudieran realizar una hazaña similar con células madre humanas, podría dar lugar a nuevas opciones para algunos casos de infertilidad femenina. Estas posibilidades están lejos de la realidad, pero la capacidad de estudiar el desarrollo de los óvulos a medida que se desarrolla en laboratorio podría producir ideas que tendrán un impacto en la clínica mucho antes de que cualquier bebé humano nazca de un óvulo cultivado en laboratorio.

Una sola ola de migración de África pobló el mundo

La historia de nuestra especie es impulsada por el deseo de viajar. Nacido en África, el Homo sapiens se expandió a los rincones más lejanos del globo en los últimos 100,000 años, reuniéndose y mezclándose con homínidos más arcaicos que ya vivían. Pero los investigadores han debatido durante mucho tiempo cómo y cuándo los humanos modernos dejaron África: ¿fue en una sola migración o varias de ellas?
Los genomas de 83 aborígenes australianos mostraron que Australia se pobló inicialmente una sóla vez, no dos veces, como algunos habían sugerido. Créditos: Imagebroker/Alamy.
En 2016, un estallido de datos genómicos explicó que sólo ocurrió una gran migración; cualquier migración anterior estaba mayormente sumergida en esta última ola. En tres diferentes estudios, investigadores trabajaron con grupos aborígenes para recolectar y analizar cientos de genomas de personas que vivían en los rincones más lejanos del mundo, incluyendo muestras escasas de Australia, Papua Nueva Guinea y África. Seguían la antigua ramificación de las poblaciones registradas en el ADN.

Un estudio analizó con 83 genomas de Australia, mostró que, en contraste con las sugerencias anteriores, Australia se pobló una sóla vez. Además, los antepasados ​​de los aborígenes y los eurasiáticos se separaron de los africanos alrededor de la misma época, posiblemente hace unos 70,000 años, sugiriendo un solo éxodo de África antes de la división. Un estudio independiente que analizó 300 genomas de 142 poblaciones también informó de una sola ola de África, divergió en todos los no-africanos vivos comenzando quizás hace 50,000 años, aunque las fechas son imprecisas.

El tercer estudio, que analizó 379 genomas de 125 poblaciones, confirmo este mismo patrón, con una diferencia: aproximadamente el 2% del genoma de Papua Nueva Guinea podía provenir de una migración anterior de África, quizás hace 100,000 años. Los fósiles demuestran que algunos seres humanos modernos habían llegado a Oriente Medio por esta época, y un rastro de herramientas de piedra en Arabia y la India insinúa un éxodo temprano. Pero la inundación de nuevos datos genómicos indica que esta migración anterior se extinguió casi completamente, dejando como mucho un rastro en algunas personas vivas.

Ondas gravitacionales

Onda gravitacional. Créditos NASA.
Hace 1,300 millones de años la fusión de dos agujeros negros masivos produjo ondulaciones en el tejido espacio-tiempo, mismas que en 2015 fueron captadas por primera vez en la Tierra, culminando una búsqueda de cuatro décadas y promoviendo nuevas formas de ver el Universo.

La detección de ondas gravitacionales sirvió para validar la teoría de la relatividad de Einstein y su detección servirá para aportar nueva información para la comprensión del Universo.

Secuenciación de bolsillo de ADN

Oxford Nanopore Technologies, ante una demanda de Illumina, reveló que este poro microscópico, CsgG, esta detrás de sus nuevos dispositivos.
También llamados secuenciadores nanoporos de ADN permiten analizar el ADN midiendo los cambios en la corriente eléctrica cuando los nucleotidos pasan a través de poros no más grandes que el propio ADN.

El uso de estos nuevos secuenciadores permite realizar secuencias de ADN casi instantáneas de patógenos como el Zika o Ebola en el campo.

sábado, 17 de diciembre de 2016

Ubuntu 16.10 ‘Yakkety Yak’

La versión más reciente de Ubuntu lleva por nombre clave "Yakkety Yak" e incorpora el kernel Linux 4.8, con soporte para tarjetas gráficas AMD, el driver Nouveau de NVidia, Raspberry3, pantalla gráfica de Microsoft Surface. Además de Gnome 3.20 con las novedades de Nautilus 3.20 en su interfaz y funcionalidades.

Unity se encuentra en su edición 7.5 junto con Compiz. En este sentido Unity agrega Unity Low Graphics Mode útil cuando se emulen sistemas virtuales además de Firefox 45,  Thunderbird 45 y LibreOffice 5.2

En las mejores para entornos empresariales están nuevas versiones de OpenStack, Snapd, componentes de virtualización y gestión. Los snaps con fines empresariales superan ya más de 500.

En los demás sabores: Kubuntu agrega KDE Plasma 5.7.5 y KDE Applications 16.04.03; Xubuntu incorporá actualizaciones en sus aplicaciones, Lubuntu corrige errores mientras sus desarrolladores siguen implementando la incorporación de LXQt y Ubuntu Mate sigue en la implemnetación de GTK3.

Descarga


A continuación, enlaces de descarga directa, aunque recordemos que siempre es recomendable la descarga por torrent:

No esta de más recordar que es una versión con soporte limitado y si se desea actualizar el kernel, es mejor esperar la versión de Ubuntu 16.04.2.

sábado, 10 de diciembre de 2016

La mejor parte de "Animales fantásticos" es la que trata de ciencia

La nueva película de Harry Potter es parte de una tendencia en las historias de fantasía orientadas a la ciencia.

Los animales en "Animales fantásticos y dónde encontrarlos" son tan convincentes y eso se debe en parte al personaje del magizólogo Newt Scamander (Eddie Redmayne), un héroe de la ciencia que de alguna manera se ha encontrado en una película de fantasía. Claro, es un mago que lleva consigo un enorme laboratorio en una astuta maleta. Ambientada en mundo de magia, esta precuela de Harry Potter ofrece algunas de las representaciones más realistas en la decada presente del trabajo de campo de todos aquellos que hacen investigación ambiental.
Newt Scamander busca devolver a un ave en peligro de extinción a su hábitat natural en Arizona. Créditos: "Animales fantásticos y dónde encontrarlos"/Warner.

Ahora bien los siguientes párrafos contienen spoilers, a sabiendas que la película lleva semanas en los cines.

No todo en "Animales fantásticos" funciona, hay debilidades en la política de templanza y el Congreso Mágico de los EE.UU. y la represión a la magia. Pero ello, funciona como un telón de fondo para la verdadera historia de esta película, que trata de la llegada de Newt a los Estados Unidos para que pueda liberar un pájaro mágico de aspecto cretáceo que regresa a su hábitat natural.

Por desgracia, Newt lleva su laboratorio y todos sus animales en una maleta con cerraduras poco fiables. Después de algunos incidentes torpes, algunas de sus "criaturas fantásticas" escapan y él es enviado en una loca búsqueda para recapturar a todas antes de que lastimen a alguien, o lo más probable que un humano las mate.

"Animales fantásticos" se vuelve así en la historia de Newt y sus criaturas fantásticas. No obstante esta no es una cinta de Godzilla o Gremlins, donde los animales mágicos amenazan a una ciudad con sus poderes mortales. En cambio, los malos son los seres humanos (mágicos y no) que no les importa si las criaturas fantásticas se estan extinguiendo. Newt tampoco es el típico cazador de monstruos. No posee jaulas, dardos tóxicos o Pokébolas. En su lugar, el laboratorio de su maleta tiene una enorme aire libre al interior, llena de diferentes hábitats, donde todos los animales pueden vivir en los entornos en que crecieron.

En una de las mejores escenas de la película, Newt trae a sus nuevos amigos Porpentina y Jacob a la maleta para ayudarlo a darle de comer a las criaturas. Tiene una habitación bien surtida de los diferentes tipos de alimentos para cada uno de los animales: serpientes infinitamente expansivas, aves gigantes, whatevers esponjosos, nifflers y docenas de otras criaturas. Los animales están solamente en este lugar porque Newt los está protegiendo de la extinción. Su objetivo es liberarlos de vuelta a sus hábitats nativos cuando estén listos. Al mismo tiempo, está tratando de encontrar animales que estén en peligro de extinción para protegerlos.

Todo lo que se muestra sobre el trabajo de Newt, desde los hábitats que mantiene hasta su meticulosas notas sobre los animales, es sorprendentemente similar a lo que hacen los científicos ambientales todos los días. El que Scamander este trabajando en medio de la bulliciosa ciudad de Nueva York hace que su trabajo sea aún más realista, ya que la perturbación humana es la razón principal por la cual los animales son expulsados ​​de sus hábitats y amenazados de extinción. De alguna manera, la película trata de la magia y metamorfos malignos y sin embargo nos dio un héroe de la ciencia tratando de proteger la diversidad biológica. Como la autora JK Rowling dijo sobre la película en un comunicado, "tuve la idea de que Newt era la única voz que decía: tenemos que preservar a estas criaturas. No deberíamos estar exterminándolos".

Realismo científico mágico


Rowling no es la primera autora de literatura fantástica en incorporar la ciencia ambiental a su trabajo. Tal vez el ejemplo más famoso es la impresionante película de 1997 de Hayao Miyazaki "Princesa Mononoke", acerca de cómo los espíritus de la naturaleza combaten a los industriales que quieren destruir el bosque. Uno fácilmente podría argumentar que también es uno de los temas en "El señor de los anillos".

Pero desde la década de 1990, hemos visto una mayor exposición de la geociencia real y la zoología en cuentos de fantasía. Tal vez el ejemplo más famoso es la serie "Juego de Tronos", basada en la serie de George RR Martin "Canción de hielo y fuego". Las implicaciones geológicas y climatológicas de esta serie son tan ricas en detalles que un grupo de estudiantes de posgrado en Stanford escribió una monografía académica no del todo en broma sobre la geología de Westeros.

El galardonado NJ Jemisin de la trilogía "La Tierra rota" exploró el cambio climático y la tectónica de placas en un mundo extraño lleno de personas que utilizan un poder mágico llamado orogenia para controlar la geofísica con sus mentes. Orogenia es un término científico para el movimiento de la corteza terrestre.

Series de terror clásico como "Buffy la cazavampiros" y "Supernatural" abordan a menudo  sociedades académicas secretas dedicadas a la crónica de monstruos mágicos. Al igual que Newt, cuyo tratado científico también se llama Animales fantásticos y dónde encontrarlos, estos vigilantes u órdenes secretas son esencialmente magizoologistas que rastrean toda la vida salvaje que no puede ser percibida por sus homólogos mundanos.
Portada de uno de los libros "Historia natural de los dragones" de Marie Brenna; donde se compara a un basiliscocon otras ciaturas marinas. Créditos: Todd Lockwood.


Mientras tanto, la heroína de la serie "Una historia natural de los dragones" de Marie Brennan es un naturalista del siglo 19 llamada Trent que escribe un libro de memorias sobre sus estudios de dragones de todo el mundo. A medida que abordamos su trabajo de campo, nos encntramos ante un extenso análisis sobre la filogenia del dragón, estrategias reproductivas y nichos evolutivos. También encontramos naturalistas de dragones entre los personajes de la serie de Naomi Novik "Temeraria", una historia alternativa donde las guerras napoleónicas se libran con dragones. Tanto en las novelas de Brennan como en las novelas de Novik, el tratamiento y la preservación de los dragones es de suma importancia para los personajes. Estas bestias temibles pueden tener armas de aliento mortal, pero están en grave peligro ante los seres humanos.

Tal vez una de las obras cumbres del realismo mágico relacionado con el medio ambiente es la novela de Ekaterina Sedia "La casa de los sueños descartados". En ella, una biología lleva a cabo experimentos donde tiene que drenar la sangre de miles de cangrejos de herradura. Sedia, que es bióloga, describe experimentos científicos reales que se aprovechan de una sustancia química en la sangre cangrejo de herradura sensible a la contaminación bacteriana. La sangre se usa para probar la pureza de los medicamentos y otras sustancias. Cada año, más de medio millón de cangrejos de herradura son sangrados y liberados, la mayoría sobreviven, pero un porcentaje significativo no puede recuperarse. Es esta deuda de sangre que persigue el biólogo en "La casa de los sueños descartados". Un día, ella se despierta para encontrar que su casa se ha movido hacia el mar, y ahora está a merced de los espíritus de cangrejo de herradura que no están contentos con lo que ha hecho.

En estos días, es tan probable encontrar el método científico al acecho en una historia sobre dragones, batallas espaciales o robots. Especialmente cuando se trata de biología y geociencia, los cuentos de fantasía se ocupan de las realidades de la investigación tan a menudo como la ciencia ficción. Y esto es algo para celebrar, porque una buena historia es la manera perfecta de abrir la mente de las personas a las maravillas del descubrimiento y el mundo natural.

Referencia:

miércoles, 30 de noviembre de 2016

Este es el momento más peligroso para la humanidad

Como físico teórico he trabajado en Cambridge, donde he vivido mi vida en una burbuja extraordinariamente privilegiada. Cambridge es un pueblo poco usual, que esta ubicado alrededor de una de las mejores universidades del mundo. Dentro de ese pueblo, la comunidad científica de la que empecé a formar parte desde mis 20 años, está aún más enrarecida.

Y dentro de esa comunidad científica, el pequeño grupo internacional de físicos teóricos con quienes he pasado mi vida laboral, podría a veces sentirse tentado de considerarse a sí mismo como la cima del mundo. Además, con la fama que adquirí a raíz de mis libros, y el asilamiento que mi enfermedad me ha impuesto, siento como si mi torre de marfil se estuviese haciendo más alta.
  Stephen Hawking at Gonville & Caius College, Cambridge. Créditos: Flickr/Lwp Kommunikáció

De modo que el reciente rechazo aparente de las élites que hemos visto tanto en Estados Unidos como en el Reino Unido, seguramente está dirigido a mi, tanto como a cualquiera. Sea lo que sea que pensemos sobre la decisión del electorado británico de rechazar la membresía a la Unión Europea, y del público estadounidense de abrazar a Donald Trump como su próximo presidente; en el pensamiento de aquellos que comentan existe sin duda la certeza de que ambas decisiones son gritos de ira lanzados por personas que se sentían abandonadas por sus líderes.

En lo que parece que todo el mundo parece estar de acuerdo, es que fue el momento en que hablaron los olvidados, en el que encontraron sus voces para rechazar el consejo y la orientación que les daban los expertos y la élite en todas partes. No soy una excepción a esta regla. Antes del voto sobre el Brexit, advertí que dañaría la investigación científica en Gran Bretaña, que un voto de salida sería un retroceso, y el electorado -o al menos una proporción lo suficientemente significativa- no me prestó más atención que a cualquiera de los otros líderes políticos, sindicalistas, artistas, científicos, hombres de negocios y celebridades, que dieron el mismo consejo, al que no se hizo caso, finalmente.

Lo que importa ahora, mucho más que las decisiones tomadas por estos dos electorados, es cómo reaccionaron las élites. ¿Deberíamos, a su vez, rechazar estos votos como manifestaciones de un populismo crudo que no tiene en cuenta los hechos, mientras intentamos evitar o ignorar las decisiones que representan? Yo diría que este sería un terrible error.

Las preocupaciones que hay alrededor de estas votaciones en torno a las consecuencias económicas de la globalización y la aceleración del cambio tecnológico son absolutamente comprensibles. La automatización de las fábricas ya ha diezmado los trabajos en las manufactura tradicional, y es probable que la implantación de la inteligencia artificial extienda esta disminución de trabajo entre las clases medias, conservando solo los necesarios a la asistencia médica, creatividad o de supervisión restantes.

Esto a su vez acelerará la ya creciente desigualdad económica en todo el mundo. Internet y las plataformas que la hacen posible, permitirán que grupos muy pequeños de individuos consigan enormes ganancias, a pesar de generar muy pocos puestos de trabajo. Esto inevitablemente, es progreso, pero también es cierto que es socialmente destructivo.

Tenemos que considerar esto como un fracaso financiero, que trajo a los hogares de las personas la certeza de que unos pocos individuos que trabajan en el sector financiero pueden acumular grandes recompensas, y que al resto de nosotros solo nos queda observar ese éxito y pagar sus errores cuando su codicia nos lleva por mal camino. Así que, juntos, vivimos en un mundo de creciente desigualdad financiera, en el que muchas personas pueden ver desaparecer, no sólo su nivel de vida, sino también su capacidad para ganarse la vida. No es de extrañar entonces que estén buscando un nuevo acuerdo, que aparentemente podría estar representado por Trump y el Brexit.

Es también el caso de que otra consecuencia involuntaria de la propagación mundial de Internet y de los medios de comunicación social, hace que la naturaleza absoluta de estas desigualdades sea mucho más evidente ahora de lo que lo ha sido en el pasado. Para mí, la capacidad de usar la tecnología para comunicarse ha sido una experiencia liberadora y positiva. Sin ella, no habría podido seguir trabajando en todos estos últimos años.

Pero también significa que las vidas de las personas más ricas, en las partes más prósperas del mundo, sea visible de forma vergonzosa para cualquier persona, aunque sea pobre, pero tenga acceso a un teléfono inteligente. Y puesto que ahora hay más gente con un teléfono que con acceso al agua potable en el África subsahariana, esto significará pronto que casi todos en nuestro planeta, cada vez más atestado, no podrán escapar de la desigualdad.

Las consecuencias de esto son claras: los campesinos pobres acuden a las ciudades, a los barrios humildes, impulsados por la esperanza. Y a menudo, al descubrir que el nirvana de Instagram no está disponible allí, lo buscan en el extranjero, uniéndose a un número cada vez mayor de migrantes económicos en busca de una vida mejor. Estos migrantes a su vez, ponen a prueba las infraestructuras y economías de los países a los que llegan, socavando la tolerancia y alimentando aún más el populismo político.

Para mí, el aspecto realmente preocupante de esto es que ahora, más que en ningún otro momento de nuestra historia, la especie humana necesita trabajar unida. Nos enfrentamos a desafíos ambientales impresionantes: el cambio climático, la producción de alimentos, la superpoblación, la desaparición de otras especies, las enfermedades epidémicas, la acidificación de los océanos.

Juntos, son un recordatorio de que estamos en el momento más peligroso en el desarrollo de la humanidad. Ahora contamos con la tecnología para destruir el planeta en el que vivimos, pero aún no hemos desarrollado la capacidad de escapar de él. Tal vez en unos cuantos cientos de años, habremos establecido colonias humanas entre las estrellas, pero en este momento sólo tenemos un planeta, y tenemos que trabajar juntos para protegerlo.

Para hacer eso, necesitamos romper las barreras dentro y entre las naciones, no construir más. Si queremos tener la oportunidad de hacerlo, los líderes del mundo necesitan reconocer que han fracasado, y que siguen haciéndolo la mayoría de las veces. Con recursos cada vez más concentrados en manos de unos pocos, vamos a tener que aprender a compartir mucho más que de lo que lo hacemos en la actualidad.

Desapareciendo no sólo los empleos, sino industrias enteras, debemos ayudar a la gente a capacitarse para un nuevo mundo, y apoyarlos financieramente mientras lo hacen. Si las comunidades y las economías no pueden hacer frente a los niveles actuales de migración, debemos hacer más para fomentar el desarrollo global, ya que es la única manera de persuadir a los millones de migrantes para que busquen su futuro en casa.

Podemos hacerlo, soy tremendamente optimista con mi especie; pero requerirá que las élites, de Londres a Harvard, de Cambridge a Hollywood, aprendan las lecciones de este año. Aprender, sobre todo, una porción de humildad.

— Stephen Hawking

Referencia:

domingo, 27 de noviembre de 2016

Los seres humanos comenzaron a hacer pintura y pegamento en aproximadamente el mismo tiempo con las mismas herramientas


Evidencia descubierta en una cueva en el este de Etiopía ha revelado algo extraordinario sobre los orígenes del pensamiento simbólico entre los seres humanos. Hace cuarenta mil años, la Cueva de Porc-Epic estaba rodeada de exuberantes praderas llenas de lagos y ríos. Era el hogar de una próspera comunidad de personas que dedicaron un tiempo considerable a procesar el ocre, un polvo rojizo usado para una variedad de objetos incluyendo la pintura. Los antropólogos Daniela Eugenia Rosso, África Pitarch Martí, y Francesco d'Errico describen en la revista PLos One cómo trabajaron con el Museo Nacional de Etiopía para analizar las herramientas de color ocre pertenecientes a la edad de piedra. Lo que encontraron fue que los artesanos de este taller produjeron una serie mucho más complicada de sustancias que no se habían descubierto. Algunas fueron utilizados para el arte y la decoración, y otros se utilizaron en ingeniería para producir mejores armas.
Selección de herramientas para procesar el ocre encontrados en en la cueva Porc-Epic.Créditos: PLoS/Rosso.

Los antropólogos a menudo usan el procesamiento de ocre como un indicador de los orígenes del pensamiento simbólico humano. Eso es en parte porque el ocre es relativamente difícil de hacer, requiere seguir varios pasos y al menos dos tipos de herramientas. Como escriben los investigadores, el ocre proviene de "rocas que contienen una alta proporción de óxidos de hierro, a menudo mezclados con silicatos y otras sustancias minerales, que son de color rojo o amarillo, o están rayados con tales matices". El ocre se obtiene por pulverizar la roca con un tipo de herramienta y luego reducirlo a polvo.

Hay muchos usos estéticos para el ocre, incluyendo como tinte de la tela, pintura para las paredes de la cueva, o para marcar rocas y otros materiales. Todos estos usos artísticos o cosméticos implican un pensamiento simbólico. Pero los primeros humanos usaban el ocre también para fines utilitarios. El polvo se mezcla con otros adhesivos para mantener las armas perfectamente unidos a sus mangos. En pocas palabras, el ocre fue un ingrediente clave en el pegamento.

La pregunta que se ha hecho durante mucho tiempo entre los arqueólogos es si las personas empezaron a usar el ocre como una herramienta para la ingeniería o como una sustancia para hacer arte. En otras palabras, ¿empieza el pensamiento simbólico con la ciencia o el arte? Al examinar 23 herramientas de procesamiento del ocre pertenecientes a la Cueva Porc-Epic, los investigadores descubrieron que la respuesta es que ambos surgieron al mismo tiempo, en los mismos talleres.

Ingeniería y arte en la edad de piedra, ¿cómo inició todo?

La cueva Porc-Epic ha sido conocida como un sitio arqueológico único desde 1933, donde numerosas excavaciones han tenido lugar allí a lo largo de los años. Los primeros esfuerzos por fechar los hallazgos fueron poco más que conjeturas, pero los científicos actualmente han empleado un sofisticado análisis de conchas de caracol junto con fragmentos de cráneo y mandíbula humanos que se encontraron en las mismas capas sedimentarias que el taller de ocre. Rosso y su equipo descubrieron que el cráneo proporcionó "una datación de hace unos 50,000 años a través de una espectrometría de rayos gamma de alta resolución y bajo nivel de fondo", una técnica relacionada con la datación por luminiscencia. La datación por radiocarbono en las conchas de caracol sugiere que fueron dejadas en la cueva en un periodo que comprende entre 41,000 y 37,000 años atrás. Basados ​​en la proximidad del ocre a estas conchas, los investigadores especulan que las personas que usaron la cueva comenzaron a procesar el ocre hace unos 45,000 años, pero la actividad más intensa fue hace 40,000 años. En ese periodo es cuando se asocia con miles de bultos de ocre y una amplia variedad de herramientas de molienda.

Tenemos pruebas de que el procesamiento de ocre en África se remonta a hace más de 100,000 años, pero el Porc-Epic es el primer sitio donde los científicos encontraron pruebas definitivas de que el ocre se estaba usando para diferentes propósitos. Rosso y sus colegas analizaron cuidadosamente el desgaste de las rocas, notando que se usaban diferentes tipos de roca para producir muchas granularidades de polvo. Algunas de las rocas más suaves como la piedra arenisca liberan polvo pálido durante el proceso de molienda y producen un tono más claro de ocre. También había una piedra caliza inusual que probablemente se sumergió en un líquido de color ocre para pintar o estampar tela con manchas rojas.

Los investigadores también usaron adhesivos de carbono para eliminar los polvos ocres de la superficie de las herramientas y analizarlos usando "espectroscopía micro-Raman (μ-RS), difracción de rayos X (XRD) y microscopía electrónica de barrido acoplada con espectroscopia de rayos X con dispersión de energía (SEM-EDS)". Al observar el ocre con microscopios de alta potencia revelaron la forma y composición química de lo que a simple vista parecía ser polvo rojo o amarillo fino. El ocre también está hecho de una amplia variedad de minerales, lo que refleja la diversidad de rocas de donde proviene: el equipo catalogó "varios tipos de óxidos, aluminosilicatos (arcillas, micas y feldespatos), silicatos, carbonatos, sulfatos y fosfatos".

Pero lo que más asombro a Rosso y a su equipo fueron las increíbles variaciones tanto en las herramientas utilizadas como en el tipo de ocre producido. Algunas de las piedras que molían provenían de lugares alejados, lo que significa que los artesanos de talleres buscaban o comerciaban con grupos vecinos. Claramente, los fabricantes de ocre buscaban propiedades distintivas en sus herramientas de roca, probablemente porque produjeron resultados tan diferentes.

Y también lo hacían para diferentes usos. "El polvo de ocre fino y arcilloso es más adecuado para actividades cosméticas o simbólicas, como la pintura corporal, mientras que el ocre de grano mixto estaría más adaptado a actividades utilitarias como el pelo", escriben Rosso y sus colegas. Se trataba de un taller dedicado a la producción de ocres que podían ser ser utilizados lo mismo en adhesivos como en pinturas o tintes. Los primeros experimentos de humanidad con el simbolismo se remontan a los nacimientos del arte y la ingeniería. Hace decenas de miles de años, nuestros cerebros obsesionados con las herramientas nos permitieron convertir rocas ricas en hierro en hermosos adornos y mejores herramientas.

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domingo, 13 de noviembre de 2016

Una Superluna viene, pero ¿qué la causa?

La Luna sigue una trayectoria elíptica alrededor de la Tierra, con una excentricidad media de alrededor de 0.055 (un círculo perfecto tiene una excentricidad de 0). Esto significa que, en su acercamiento más cercano, la Luna se encuentra a 363,400 km. de nuestro planeta, y en su punto más distante esta a  405,500 km. Cuando la Luna está en el perigeo de esta órbita, se conoce ha llegado a ser conocido como un "Superluna".

Y sí, se denomina "Superluna" porque, a pesar de que fue acuñado originalmente en 1979 por un astrólogo, la NASA ha adoptado. Superluna es también un término más fácil de usar que perigeo de la Luna llena.
Superluna a la izquierda comparada con una Microluna captada durante su apogeo. Créditos: NASA.

Pero la Superluna de este mes es especial. La excentricidad se calcula con base en el sistema Tierra-Luna, pero otros cuerpos celestes también influyen en la órbita de la Luna a través de la gravedad. El Sol juega el papel más grande, pero también lo hace Júpiter e incluso algunos de los planetas más pequeños. Al factorizar estas otras influencias, la excentricidad de la órbita de la Luna puede variar realmente tan poco como 0.026 hasta 0.077.

Una órbita lunar más excéntrica trae el perigeo más cerca de la Tierra, y cuando este perigeo ocurre durante una Luna llena, obtendremos una Superluna especial. Eso es lo que ocurrirá el 14 de noviembre, cuando la Luna este a sólo 356,509km de la Tierra, que es el acercamiento más cercano de la Luna desde el 26 de enero de 1948. El Sistema Solar no se alineará otra vez de esta forma hasta el 25 de noviembre de 2034.

Aunque el acercamiento más cercano del lunes será a las 6:23 am, la máxima Superluna no será visible para nosotros en la Tierra hasta la Luna llena a las 8:52 am. Desafortunadamente para la mayoría de las personas esto ocurrirá después del amanecer. Pero pierda cuidado la Luna parecerá ser casi la misma que la del lunes por la mañana durante las primeras horas antes del amanecer y del lunes por la noche.

También será visible el martes por la noche, aunque ligeramente más pequeña. A pesar de toda la charla de una Superluna, los observadores casuales tendrán dificultades para discernir la diferencia entre una Luna "normal" y una Superluna. Mientras que la Luna será aproximadamente un 14 por ciento más grande en tamaño y un 30 por ciento más brillante, su apariencia no será dramáticamente diferente.

Referencia:

miércoles, 2 de noviembre de 2016

El pan de muerto

El pan de muertos es uno de los elementos imprescindibles de una ofrenda que se coloca durante las festividades en honor a los muertos.

Su origen se remonta a la época prehispánica, cuando se empezó a colocar en las ofrendas aunque era preparado con semillas de amaranto, las cuales eran molidas y tostadas. Se solía también bañar en sangre de las personas sacrificadas en honor a Izcoxauhqui o Huehuetéotl.

Pan de muerto. Créditos: Dega86/ Wikimedia Coomons. CC BY-SA 4.0
Con la conquista religiosa y militar los españoles rechazaron la elaboración de este y promovieron en su lugar un pan elaborado de trigo, con forma de corazón, el cual era bañado en azúcar y decorado en rojo para simular los sacrificios además de que era comestible. Aunque conservaba algunos elementos de los pueblos conquistados como una bola en la parte superior, al centro que representa un craneo y canillas que simbolizan los huesos que señalan a las cuatro direcciones.

Pan de muerto en la actualidad

El pan de muerto es uno de los elementos con más variaciones, en la región del centro es un pan sencillo bañado en azúcar, en esta región también se sigue haciendo el pan tradicional que es un pan sencillo. En la región de Michoacán su tonalidad es cafe brilloso, con forma redonda y que en ocasiones tiene dedicatoria.

Mientras que en Puebla es un pan decorado con ajonjoli o azúcar pintada de rojo, que procede de la región mixteca de este estado.

En Oaxaca se elabora como el pan de yema, con incrustaciones de una figura de alfeñique que se dedica al difunto. También en este estado es la regañada, un pan de pasta en hojaldra.

lunes, 31 de octubre de 2016

La sonda Juno vuelve a estar operativa

Luego de que el pasado 19 de octubre de este año la sonda Juno entrara en modo seguro ha vuelto a estar operativa.

El modo seguro de la sonda es activado cuando se detecta un fallo que no puede resolver y necesita atención del equipo de control de la misión e implica la desactivación de los sistemas no básicos hasta que sea resuelto.
Sonda Juno, recreación artística. Créditos: NASA.

Juno lo hizo apenas 13 horas antes de estar en el punto más próximo al planeta en su segunda órbita alrededor de Júpiter, por lo que no pudo registrar datos.

Hasta el momento no se ha podido determinar la causa que hizo que se activara el modo seguro, aunque la investigación sigue en proceso para evitar que se repita en el futuro y será a inicios de noviembre cuando se vuelvan a activar los instrumentos a boro para el próximo acercamiento a Júpiter.

Sin embargo los motores de maniobra, esenciales para ajustar la trayectoria para que este en sincronía con la rotación del planeta, funcionaron perfectamente luego de la sonda salió del modo seguro, aunque no podrá recoger datos como esta planeada el próximo 11 de diciembre debido a que un par de válvulas de motor aún no están completamente operativas y el equipo de control aún no sabe como resolver el asunto.

La órbita en la que Juno debe llevar su misión es de de 5,000×1.9 millones de kilómetros a 14 días de periodo, aunque actualmente está en una órbita de captura de datos que va de un mínimo de 4150 kilómetros sobre las nubes del planeta y una máxima de ocho millones de kilómetros y que tarda 53 días y medio en recorrer.

En esta órbita de captura Juno puede trabajar, pese a que este demasiada alejada del planeta, por lo cual algunos de los instrumentos a bordos no funcionarían.

Con ello, al estar en una órbita que tarda hasta casi cuatro veces lo previsto no se sabe si podría permanecer los cinco años planeados, puesto que no se ha previsto los efectos de la radiación y que con suma posibilidad destruirían los instrumentos aunque estén protegidos con titanio.

Queda tiempo para saber como la NASA resolverá este severo asunto.

domingo, 30 de octubre de 2016

¿Qué tan pequeñas puedes ser las máquinas? Esta es la pregunta que el premio Nobel Richard Feynman, famoso por sus predicciones de la evolución de la nanotecnología en 1950, planteo al comienzo de una conferencia visionaria en 1984. Descalzo y vistiendo un polo rosa con pantalones cortos de color beige, se dirigió a la audiencia y dijo: "Ahora vamos a hablar de la posibilidad de hacer máquinas con partes móviles, muy pequeñas ".

Estaba convencido de que era posible construir máquinas con dimensiones nanométricas. Estas
ya existían en la naturaleza. Hablo de los flagelos de bacterias como un ejemplo, -los cuales, cuando giran, hacen que las bacterias se mueva hacia adelante. Pero, ¿podría el ser humano, con sus gigantescas manos, construir computadoras tan pequeñas que se necesitaría un microscopio electrónico para verlos?

Una visión del futuro - máquinas moleculares existirá plazo de 25-30 años

Una forma posible sería construir un par de manos mecánicas que más pequeñas que la propia,
que a su vez construyera un par de manos más pequeñas, las cuales en un ciclo sucesivo elaborará un par de manos minúsculas que pueden construir máquinas igualmente minúsculas. Esto se ha intentado, explico Feynman, pero sin gran éxito.
 
Otra estrategia, en la que Richard Feynman tenía más fe, sería construir la maquinaria de
abajo hacia arriba. En su construcción teórica, diferentes sustancias, tales como el silicio, se pulverizarían sobre una superficie, una capa de átomos tras otro. Después de un tiempo, algunas capas estarían parcialmente disueltas, a partir de este punto se podrían crear piezas que se podrían controlar mediante una corriente eléctrica en movimiento. En la visión de Feynman del futuro, una construcción de este tipo se podría utilizar para crear un obturador óptico para una pequeña cámara.

El objetivo de la conferencia era inspirar a los investigadores en la audiencia, para conseguir poner a prueba los límites de lo que se creía posible. Cuando Feynman finalmente guardó sus notas, contempló la audiencia y dijo maliciosamente: "... es un tiempo maravilloso para el diseño de toda esta maquinaria. Se logrará en 25 a 30 años, con algún uso práctico. Su uso, no lo sé ".

Lo que Feynman, ni los investigadores en la audiencia, sabían ese momento era que el primer
paso hacia la maquinaria molecular ya se había hecho, pero de una manera bastante diferente a la
predicha por Feynman.

Moléculas enclavados mecánicamente

En la segunda mitad del siglo 20, como parte de los esfuerzos para construir moléculas cada vez más avanzadas, los químicos intentaban producir cadenas moleculares en la que las moléculas en forma de anillo se unieran entre sí.  El equipo que tuviera éxito no sólo crearía una nueva molécula increíble, sino también un nuevo tipo de enlace.

Normalmente, las moléculas se mantienen unidas por un fuerte enlaces covalentes en el que los átomos comparten electrones. El sueño era crear en su lugar uniones mecánicas, donde las moléculas estarían enclavadas sin que los átomos interactuarán directamente entre sí.
Sauvage uso un ion de cobre para unir moléculas. Créditos: Foundation Nobel Prize.

En los años '50s y '60s, varios grupos de investigación lograron tales cadenas moleculares, pero las cantidades que producían eran tan pequeñas y los métodos tan complejos que su uso era limitado. El progreso fue considerado más como una curiosidad química que funcional. Después de años de reveses, muchos investigadores perdieron la esperanza y, a principios de la década de 1980, el campo fue detenido por los escasos resultados. Sin embargo, el mayor avance se produjo en 1983. Al usar un ion de cobre ordinario, un grupo de investigación francés, dirigido por el químico Jean-Pierre Sauvage, tomó el control de las moléculas.

Jean-Pierre Sauvage une moléculas alrededor de un ion de cobre

Como sucede a menudo en la investigación, la inspiración llegó de un campo completamente diferente. Jean Pierre Sauvage trabajaba con la fotoquímica, en el que se desarrollan complejos moleculares que pueden capturar la energía contenida en los rayos del sol y utilizarla para conducir reacciones químicas. Cuando Jean Pierre Sauvage construyó un modelo de uno de estos complejos de actividad fotoquímica, de repente vio la similitud a una cadena molecular: dos moléculas se entrelazaban alrededor de un ión de cobre central.

Esta percepción condujo a un giro dramático en la dirección de la investigación de Jean-Pierre Sauvage. Usando su complejo químico como modelo, su grupo de investigación construyó un anillo con forma de media luna y en forma de una molécula atraídos por un ion de cobre; el ión de cobre proporcionaba una especie de fuerza de cohesión que mantenía a las moléculas juntas. En un segundo paso, el grupo utilizó sus avances para mantener la molécula con forma de media luna con una tercera molécula formando un nuevo anillo, creando de este modo el primer eslabón de una cadena. Luego, los investigadores podrían quitar el ión de cobre, que ya había servido a su propósito.

Al analizar el rendimiento de la reacción los químicos consideraron el porcentaje de las moléculas iniciales que formaron la molécula final. En intentos anteriores para crear moléculas con enlaces, los investigadores habían logrado en el mejor de los casos un rendimiento de apenas uno por ciento. Gracias a la de iones de cobre, Sauvage fue capaz de aumentar el rendimiento a un impresionante 42 por ciento. De repente, las cadenas moleculares ya no eran más que una curiosidad.

Con la ayuda de este método revolucionario, Sauvage revitalizó el campo de la la química topológica, en el que los investigadores a menudo utilizaban iones metálicos para crear estructuras cada vez más complejas, con largas cadenas de nudos complicados. Jean-Pierre Sauvage y J. Fraser Stoddart son líderes en este campo y sus grupos de investigación han creado versiones moleculares de símbolos culturales como el nudo de trébol, nudo de Salomón y los anillos de Borromeo.
La primer molécula fue creada por Jean-Pierre Sauvage llamado un nudo de trébol molecular. Este símbolo se encuentra en las cruces célticas, que representa al martillo de Thor (Mjolnir) y, en el cristianismo, simboliza la Santa Trinidad. El segundo fue realizado por Fraser Stoddart los llamados anillos moleculares de Borromeo. La familia italiana Borromeo utilizó este símbolo en su escudo. También se encuentra en imágenes nórdicas antiguas y ha simbolizado la Santa Trinidad. Stoddart y Sauvage han hecho una versión molecular del nudo de Salomón, un símbolo de la sabiduría del rey Salomón, utilizado con frecuencia en el Islam y que se encuentra en mosaicos romanos. Créditos: Nobel Foundation.

Sin embargo, los estéticos nudos moleculares son sólo un paso en la historia del Premio Nobel de Química 201.

...Y el primer paso hacia un motor molecular

Jean-Pierre Sauvage pronto se dio cuenta de que las cadenas moleculares, (llamadascatenanos), eran no sólo una nueva clase de molécula, sino que también eran el primer paso hacia
creación de una máquina molecular. Para que una máquina para realizar una tarea, debe constar de varias partes que se mueven en relación de unas con otras. Los dos anillos entrelazados cumplen este requisito. En 1994, el grupo de investigación de Jean-Pierre Sauvage también tuvo éxito en la producción de un catenano en el un anillo giraba, de una manera controlada, alrededor de otro anillo cuando se añadió energía. Este fue el primer embrión de una máquina molecular no biológica.

El segundo embrión de una máquina molecular fue producido por un químico que se crió en una granja sin electricidad ni ningún comodidad de hoy en día en Escocia.

Fraser Stoddart insertó un anillo molecular sobre un eje molecular

De niño, J. Fraser Stoddart no tuvo televisión o una computadora. En cambio, tuvo sierras de calar, por lo que tuvo la formación de una habilidad que los químicos necesitan: reconocer formas y ver cómo se pueden vincular juntas. También se sintió atraído por la química por la posibilidad de convertirse en un artista molecular, - esculpir nuevas formas, que el mundo nunca había visto antes-.

Cuando Fraser Stoddart desarrolló una de sus creaciones moleculares que son la base del Premio Nobel de Química 2016, utilizó el potencial de la química para el diseño de moléculas que son atraídas entre sí. En 1991, su grupo de investigación construyó un anillo abierto que carecía de electrones y  un largo eje, que tenía estructuras ricas en electrones en dos lugares. Cuando las dos moléculas se unieron en una solución, los electrones ocuparon el espacio sin ellos y el anillo se enroscó en el eje. En el siguiente paso, el grupo de investigación se centro en mantener la abertura en el anillo de manera que se mantuviera el eje en la molécula. Tenían por lo tanto, un alto rendimiento, creando un rotaxano, una molécula en forma de anillo que esta mecánicamente unida a un eje.

Fraser Stoddart a continuación hizo uso de la libertad del anillo para moverse a lo largo del eje. Cuando se añade calor el anillo da un salto hacia delante y atrás, como una pequeña lanzadera, entre las dos partes ricos en electrones del eje. En 1994, se pudo controlar por completo este movimiento, rompiendo de este modo de distancia de la aleatoriedad que de otro modo regula los movimientos en los sistemas químicos.
Fraser Stoddart creado un servicio de transporte molecular que puede mover a lo largo de un eje de una manera controlada. Créditos: Nobel Foundation.

Un ascensor, un músculo y un chip de ordenador minúsculo

Desde 1994, el grupo de investigación de Stoddart ha utilizado diversos rotaxanos para construir numerosas máquinas molecular, incluyendo un ascensor en 2004, el cual puede elevarse 0,7 nanómetros por encima de una superficie, y un músculo artificial (2005), que puede mover lámina de oro muy fina.

 
Elevador molecular de Stoddart. Créditos: Nobel Foundation.
En colaboración con otros investigadores, Fraser Stoddart también ha desarrollado un chip con una memoria de 20 Kb basado en rotaxanos. Los transistores en los chips de los ordenadores actuales son pequeños, pero gigantescos en comparación con los transistores elaborados con molécula. Los investigadores creen que los chips de computadoras moleculares puede revolucionar la tecnología informática de la misma forma que los transistores basados ​​en silicio lo hicieron una vez.

Jean-Pierre Sauvage también ha investigado el potencial de los rotaxanos. En 2000, su grupo de investigación enhebró dos moléculas a través de bucle, formando una estructura elástica que es una reminiscencia de los filamentos de un músculo humano. También han construido una estructura que se puede comparar a una motor, donde el anillo del rotaxano gira alternativamente en diferentes direcciones.
Estructura elástica de Sauvage. Créditos: Nobel Foundation.

La producción de motores que giran continuamente en el misma dirección ha sido un objetivo importante para la ingeniería molecular. Diferentes intentos se hicieron en la década de 1990, pero en primero en lograrlo fue el holandés Bernard (Ben) L. Feringa.

Ben Feringa construye los primeros motores moleculares

Al igual que Fraser Stoddart, Ben Feringa se crió en una granja y se sintió atraído por la química por su sinfín de oportunidades para la creatividad. Como lo expresó en una entrevista: "Tal vez el poder de la química no sólo es la comprensión, sino también la creación, de moléculas y materiales que nunca antes han existido... "

En 1999, cuando Ben Feringa produjo el primer motor molecular, utilizó una serie de trucos ingeniosos para conseguir que girará en una misma dirección. Normalmente, los movimientos de las moléculas se rigen por casualidad; en promedio, una molécula de hilatura se mueve tantas veces a la derecha como a la izquierda. Pero Ben Feringa diseñó una molécula construida mecánicamente para girar en una dirección particular.
Cuando Ben Feringa creó el primer motor molecular, fue construido mecánicamente para girar en una dirección particular. Su grupo de investigación ha optimizado el motor de modo que ahora gira a 12 millones de revoluciones por segundo. Créditos: Nobel Foundation.

La molécula se compone de algo que se puede comparar a dos pequeñas palas del rotor, dos estructuras químicas planas que se han juntado con un doble enlace entre dos átomos de carbono. Se unió a un grupo metilo a cada pala de rotor; usando trinquetes se obligó a la molécula a mantener la rotación en la misma dirección. Cuando la molécula se expuso a un pulso de luz ultravioleta, una
pala de rotor saltó 180 grados alrededor del doble enlace central. A continuación, el trinquete se colocó en posición. Con el siguiente pulso de luz, la pala del rotor saltó otros 180 grados. Y así continuó en la misma dirección.

El primer motor no era exactamente rápido, pero el grupo de investigación de Feringa lo ha optimizado. En 2014 el motor giró a una velocidad de 12 millones de revoluciones por segundo. En 2011, el grupo de investigación también construyó una tracción a las cuatro ruedas de un nanocoche; un chasis molecular que se mantiene unido con cuatro motores que funcionaron como ruedas.
Cuando las ruedas se extienden, el coche se movió hacia adelante sobre una superficie.
Nanocoche creado por Feringa. Créditos: Nobel Foundation.


Un motor molecular hace girar un cilindro de vidrio pequeño

En otro experimento sorprendente, el grupo de investigación de Ben Feringa ha utilizado motores moleculares para hacer girar un cilindro de vidrio largo de 28 micras (10,000 veces más grande que los motores moleculares). En el experimento incorporaron los motores en un cristal líquido (un líquido con una estructura cristalina). Solo uno por ciento del cristal líquido consistía en motores moleculares, pero, cuando los investigadores hicieron que girarán, los motores cambiaron la estructura del cristal líquido. Cuando los investigadores colocaron el cilindro de vidrio en la parte superior del cristal líquido, que giraba debido al movimiento proporcionada por los motores (un vídeo de este proceso se puede ver en Nature).

Una caja de herramientas moleculares para construir

Las medidas innovadoras adoptadas por Jean-Pierre Sauvage, Fraser Stoddart y Ben Feringa en el desarrollo de maquinaria molecular ha resultado en una caja de herramientas de estructuras químicas que son utilizadas por los investigadores de todo el mundo para construir creaciones cada vez más avanzadas. Una de las más llamativas es un robot molecular que puede captar y conectar aminoácidos. Fue construido en 2013 con un rotaxano como su base.

Otros investigadores han conectado motores moleculares de polímeros largos, para formar una intrincada red. Cuando los motores moleculares son expuestos a la luz, los polímeros forman paquetes desordenados. De esta manera, la energía de luz se almacena en las moléculas y, si los investigadores encontrarán una técnica para recuperar esta energía, un nuevo tipo de batería podría desarrollarse. El material también se reduce cuando los motores enredan los polímeros, los cuales podrían ser utilizados para desarrollar sensores que reaccionen a la luz.

Lejos del equilibrio - hacia una nueva y vibrante química

Una parte importante del desarrollo que se ha dado como resultado el Premio Nobel de Química 2016 es que los investigadores han impulsado sistemas moleculares lejos de lo que se llama equilibrio. Todos los agentes químicos en sistemas luchan por el equilibrio - un estado de menor energía - pero esto bien se puede decir que es un punto muerto. Podemos tomar la vida como un ejemplo. Cuando comemos, las moléculas del cuerpo extraen la energía de los alimentos y empujan nuestros sistemas moleculares lejos del equilibrio, a niveles de energía más altos. Las biomoléculas luego utilizan la energía para impulsar reacciones químicas necesarias para que el cuerpo funcione. Si el cuerpo estuviera en equilibrio químico, estaría muerto.

Al igual que las moléculas de la vida, moléculas artificiales de Sauvage, Stoddart y Feringa realizan
tareas controladas. La química ha tomado los primeros pasos hacia un nuevo mundo. El tiempo ha demostrado claramente el efecto revolucionario de la miniaturización de la tecnología informática, mientras que sólo hemos visto la primera etapa de lo que podría ser el resultado de la miniaturización de las máquinas. En términos de desarrollo, el motor molecular es más o menos esta al mismo nivel que el motor eléctrico en la década de 1830, cuando los investigadores orgullosos mostraron varias manivelas giratorias y ruedas en sus laboratorios sin tener idea que conducirían a las lavadoras, ventiladores y procesadores de alimentos.

Así que, 32 años después de la conferencia visionaria de Feynman, queda todavía imaginar los acontecimientos emocionantes que están por delante de nosotros. Sin embargo, nosotros tenemos una respuesta definitiva a su pregunta inicial: ¿qué tan pequeña puede ser una máquina? Al menos 1,000 veces más delgada que un cabello.

Referencia:

domingo, 16 de octubre de 2016

David Thouless, Duncan Haldane, y Michael Kosterlitz, galardonados con el premio Nobel este año han utilizado métodos matemáticos avanzados para explicar fenómenos de la materia como superconductores, superfluídos o películas magnéticas delgadas. Kosterlitz y Thouless han estudiado fenómenos que surgen en superficies extremadamente delgadas que se pueden considerar dos dimensiones, en comparación a las tres dimensiones (ancho, largo y alto) con la que generalmente se describe la realidad. Haldane también ha estudiado la materia que forma hilos tan delgados que pueden considerarse unidimensionales.

La física que tiene lugar en tales espacios es muy diferente a la que reconocemos en el mundo que nos rodea. Incluso si la materia esta finamente distribuida en millones de átomos, el comportamiento de cada átomo puede ser explicado usando la física cuántica, pero los átomos tienen propiedades completamente diferentes cuando muchos de ellos se unen. Nuevos fenómenos colectivos están siendo descubiertos en estos campos y la física de la materia condensada es ahora uno de los campos más innovadores de la física.

Los conceptos de física topológica han sido decisivos para sus descubrimientos. La topología es
una rama de las matemáticas que describen las propiedades de la materia basados en cambios graduales. Con la topología moderna como una herramienta, los laureados de este año han presentado resultados sorprendentes, que han abierto nuevos campos de investigación y llevado a la creación
de nuevos e importantes conceptos dentro de varias áreas de física.

La física cuántica se hace visible en el frío

En el fondo, toda la materia se rige por las leyes de física cuántica. Los gases, líquidos y sólidos son los habituales estados de la materia, en la que los efectos cuánticos son a menudo ocultos por movimientos atómicos aleatorios. Pero cuando están cerca del cero absoluto frío (-273 grados Celsius) se comportan de maneras inesperadas. La física cuántica, que de otro modo sólo funciona en el mundo a microescala, se convierte de repente visible.
La materia a altas y bajas temperaturas asume exóticos estados. Créditos: Nobel Foundation.

En las fases ordinarias de la materia la transición entre uno y otro estado es debido a la temperatura, por ejemplo, tal transición de fase se produce cuando el hielo, que no es más que cristales bien ordenados, se calientan y se funde en el agua, una fase más caótico de la materia. Cuando nos fijamos en la materia que está en los límites de la temperatura, nos encontramos con fases que aún no se han explorado completamente. Cosas extrañas suceden en el frío. Por ejemplo, la resistencia encontrada en todas las partículas que se mueven de repente cesa. La corriente eléctrica fluye sin resistencia en
un superconductor, o un vórtice en un superfluido gira constantemente sin disminuir la velocidad.

La primera persona en estudiar sistemáticamente los superfluidos fue el ruso Piotr Kapitsa, en la década de 1930. Estudió helio-4, que se encuentra en el aire, a -271 grados Celsius, y encontró que se comportaba como un superfluido cuando su viscosidad desapareció completamente. Kapitsa fue recompensado con el Premio Nobel de Física en 1978, y desde entonces varios tipos de superfluidos se han creado en el laboratorio. Helio superfluido, películas delgadas de superconductores, capas delgadas de materiales magnéticos y nanohilos conductores de electricidad son algunas de los
muchas nuevas fases que ahora están siendo estudiadas intensivamente.

Las parejas de vórtices son la solución

Los investigadores creían que las fluctuaciones térmicas destruían todo el orden en la materia en una o dos dimensiones, incluso en el cero absoluto. Si no hay fases ordenadas, no puede haber transiciones de fase. Sin embargo, a principios de 1970, David y Michael Thouless Kosterlitz se reunieron en Birmingham, Gran Bretaña, y desafiaron la teoría vigente en ese momento. Juntos abordaron el problema de las transiciones de fase dando lugar a una nueva comprensión de las transiciones de fase, que se considera como uno de las descubrimientos más importantes del siglo XX en la teoría de la física de la materia condensada. Fue llamada transición KT (Ttransición Kosterlitz-Thouless) o la transición BKT, en el que B es para Vadim Berezinskii, un físico teórico ya fallecido de Moscú que había presentado ideas similares.

La transición de fase topológica no es una transición de fase normal, como la que existe entre hielo y agua. El papel principal de una transición topológica es realizado por pequeños vórtices en materia plana. A bajas temperaturas forman vortíces estrechos. Cuando la temperatura sube, una transición de fase se lleva a cabo: la vórtices de repente se alejan unos de otros y de frente.
Usando la topología Kosterlitz y Thouless describieron la transición de estados en una delgada capa de material a baja temperatura. A temperaturas bajas se forman parejas vórtices que se separan al aumentar la temperatura. Créditos: Nobel Foundation.
Lo maravilloso de esta teoría es que se puede utilizar para diferentes tipos de materiales de pocas
dimensiones, la transición KT es universal. Se ha convertido en una herramienta útil, que no sólo se aplica en el mundo de la materia condensada, sino también en otras áreas de la física, como la física atómica o estadística mecánica. La teoría detrás de la transición KT también ha sido desarrollado por dos de sus creadores y otros, que la han confirmado experimentalmente.

Los misteriosos saltos cuánticos

Los experimentos provocaron una serie de nuevos estados de la materia que requerían explicación. En la década de 1980, tanto David Thouless como Duncan Haldane presentaron trabajos teóricos que desafiaron las teorías anteriores, uno de estos trabajos fue la teoría de la mecánica cuántica
que determinaba qué materiales conducen la electricidad. Esta teoría se había desarrollado en 1930 y, un par de décadas más tarde, se consideró en esta área de la física.

Por lo tanto, fue una gran sorpresa cuando, en 1983, David Thouless probó los datos eran incompletos puesto que a bajas temperaturas y en campos magnéticos fuertes, un nuevo tipo de teoría era necesaria, una donde los conceptos topológicos fueron vitales. Aproximadamente al mismo tiempo, Duncan Haldane también llegó a una idea similar, al analizar cadenas atómicas magnéticas. Ambos trabajos han sido fundamentales en los acontecimientos posteriores a la teoría de los nuevos estados de la materia.

El fenómeno misterioso que David Thouless describió en teoría, usando topología, es el
efecto Hall cuántico. Fue descubierto en 1980 por el físico alemán Klaus von Klitzing, quien
fue recompensado con el Premio Nobel en 1985. Klaus estudió una capa conductora delgada entre dos semiconductores, donde los electrones se enfriaron a unos pocos grados por encima del cero absoluto estando sometidos a un fuerte campo magnético.


En física, no es raro que sucedan drásticas cosas cuando baja la temperatura; por ejemplo, muchos materiales se vuelven magnéticos. Esto sucede porque los átomos giran en la misma dirección, dando lugar a un fuerte campo magnético, que puede también ser medido.

Sin embargo, el efecto Hall cuántico es más difícil de entender; la conductancia eléctrica en
la capa aparece sólo para ser capaz de asumir valores particulares, que son también extremadamente precisos, algo que no es habitual en física. Las mediciones proporcionan exactamente los mismos resultados, incluso si la temperatura, el campo magnético o la cantidad de impurezas en el semiconductor varían. Cuando el campo magnético cambia lo suficiente, la conductancia de la capa también cambia, pero sólo en fases; la reducción de la fuerza del campo magnético hace que la conductancia eléctrica cambie, primero exactamente al doble, entonces se triplica, cuadruplica, y  sucesivamente. Estos pasos no pueden ser explicados por la física conocida en el momento,
pero David Thouless encontró la solución a este enigma utilizando topología.

La respuesta esta en la topología

Topología describe las propiedades que permanecen intactas cuando un objeto se estira, trenzado o deformado pero no si está desgarrado. Topológicamente, una esfera y un tazón pertenecen a la misma categoría, porque una protuberancia esférica de arcilla se puede transformar en un recipiente. Sin embargo, una dona y una taza de café con un agujero en el mango pertenecen a otra categoría; aunque también pueden ser remodelados para formar objetos. Objetos topológicos pueden contener así un agujero, dos, tres, o cuatro... pero este número tiene que ser un número entero. Esto resultó ser útil en la descripción de la conductancia eléctrica que se encuentra en el efecto Hall cuántico, que sólo cambia en pasos que son múltiplos exactos de un número entero.
La topología es una rama de las matemáticas que se interesa por estudiar las propiedades que cambian en la materia paso por paso. Fue clave en los descubrimientos de física y ayudo a explicar porque la conductividad cambia en el interior de capas delgadas a números enteros. Créditos: Nobel Foundation.

En el efecto cuántico Hall, los electrones se mueven con relativa libertad en la capa entre los semiconductores y forman algo que se llama un fluido cuántico topológico. De la misma manera como nuevas propiedades a menudo aparecen cuando muchas partículas se juntan, los electrones en el fluido cuántico topológico también muestran características sorprendentes. Pero así como no se puede determinar si existe un agujero en una taza de café con sólo mirar a una pequeña parte de ella, es imposible determinar si los electrones han formado un fluido cuántico topológico si solo se observa lo que está sucediendo a algunos de ellos. Sin embargo, la conductancia describe el movimiento colectivo de los electrones y, debido a la topología, que varía en pasos; es cuantificada. Otra característica del fluido cuántico topológico es que sus fronteras tienen inusuales propiedades. Estos fueron predichas por la teoría y más tarde se confirmaron experimentalmente.

Otro hito se produjo en 1988, cuando Duncan Haldane descubrió en fluidos cuánticos topológicos, que se pueden formar delgadas capas de semiconductores incluso cuando no hay ningún campo magnético. En 2014 su modelo fue validado en un experimento utilizando átomos que a temperaturas similares al cero casi absoluto.

Los nuevos materiales topológicos

A partir de 1982, Duncan Haldane hizo una predicción que sorprendió incluso a los expertos en el campo. Analizando cadenas de átomos magnéticos que se producen en algunos materiales, descubrió que las cadenas tenían diferentes propiedades dependiendo de los átomos imanes. En la física cuántica, hay dos tipos de imanes atómicos, pares e impares. Haldane aseveró que una cadena formada de imanes pares es topológica, mientras que una cadena de imanes impares no lo es. En un fluido cuántico topológico, no es posible determinar si una cadena atómica es topológica o no estudiando una pequeña parte de ella. Y, al igual que en el caso del fluido cuántico, la propiedades topológicas se revelan en los bordes.

Al principio, nadie creía que el razonamiento de Haldane sobre las cadenas atómicas; los investigadores estaban convencidos de que que ya se conocían sus propiedades con exactitud. Pero resultó que Haldane había descubierto el primer ejemplo de un nuevo tipo de material topológico, que es ahora un campo animado de la investigación en la física condensada de la materia

Ambos: fluidos cuánticos y cadenas atómicas incluso magnéticas se incluyen en este nuevo grupo de estados topológicos. Más tarde, los investigadores descubrieron varios otros estados topológicos inesperados de la materia, no sólo en cadenas y capas delgadas de materia, sino también en materiales tridimensionales ordinarios.

Aislantes topológicos, superconductores topológicas y metales topológicos son ejemplo de ellos. Estos son ejemplos de materiales que durante la última década, han definido la investigación de la física de materia condensada, no menos importantes, debido a la esperanza de que los materiales topológicos serán útiles para las nuevas generaciones de la electrónica y superconductores, o en los futuros ordenadores cuánticos. La investigación actual está ahora revelando los secretos de la materia en las llanuras exóticas descubiertas por los Premios Nobel de este año.

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