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.

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