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CURIOSIDADES CIENTÍFICAS PARA COMPARTIR

Archivo de la categoría ‘Tecnologías’

‘Nanobásculas’ para pesar virus y bacterias en la detección de enfermedades

Por Eduardo Gil Santos, Alberto Martín Pérez y Marina López Yubero  (CSIC)*

Cada virus y bacteria tiene una masa diferente. El simple hecho de poder pesarlos nos permitiría identificarlos y distinguirlos y, con ello, detectar de forma altamente precoz las enfermedades que provocan. Los recientes avances en nanotecnología han permitido la creación de unos nuevos dispositivos, los sensores nanomecánicos, que actúan como básculas a escala nanométrica, permitiendo detectar estos objetos con una precisión mucho mayor que los métodos convencionales de diagnóstico de estas enfermedades.

Cuerdas de ukelele

Los nanosensores vibran como las cuerdas de una guitarra para detectar virus y bacterias.

La detección de estas partículas mediante sensores nanomecánicos se obtiene estudiando los cambios en su vibración. Estos sensores vibran igual que las cuerdas de una guitarra: cuando pulsamos una cuerda de una guitarra, esta vibrará y las ondas se transmitirán por el aire, lo que percibiremos como sonido. Además, si unimos un objeto a la cuerda, esta pesará más y, en consecuencia, su movimiento será más lento, lo que dará lugar a un sonido más grave. Esta diferencia en el tono del sonido se puede relacionar directamente con la masa del objeto unido. De la misma manera, los sensores nanomecánicos vibrarán más lentamente cuando se une a ellos una partícula (virus o bacteria). Esto se comprueba fácilmente adhiriendo un pequeño imán a un diapasón. Sin embargo, en estos sensores las vibraciones no son perceptibles por el oído y se necesitan métodos ópticos muy avanzados (similares a los utilizados en la detección de ondas gravitacionales, pero a escala nanométrica) para detectar estos cambios en la vibración del sensor.

Bacteria en nanosensor

Imagen de microscopía electrónica de barrido de una bacteria E. coli sobre un sensor nanomecánico con forma de micropalanca. El peso de esta bacteria es de 300 femtogramos (0,0000000000003 gramos, diez mil millones de veces menos que una hormiga).

Estos dispositivos también permiten medir otra propiedad muy interesante de las partículas depositadas: la rigidez. Conocer la rigidez de las partículas biológicas (virus, bacterias o células) puede ser de gran utilidad, ya que, por una parte, la rigidez junto con la masa permite una identificación todavía más precisa de los distintos virus o bacterias. Asimismo, podría permitir diferenciar entre células cancerígenas y sanas, ya que se ha descubierto que aunque ambas tienen una masa similar (lo que no permite distinguirlas a través de su masa), muestran una rigidez distinta: las células cancerígenas son menos rígidas que las células sanas. Por último, medir la rigidez de los virus hace posible distinguir su estado de maduración y conocer su capacidad infecciosa.

El grupo de Bionanomecánica del Instituto de Micro y Nanotecnología del CSIC desarrolla este tipo de dispositivos desde hace más de diez años. En la actualidad, este grupo lidera una serie de proyectos financiados por la Unión Europea (ViruScan, LiquidMass, Nombis) que contribuirán a la implantación definitiva de estas tecnologías a nivel clínico. En tan solo cinco años, estos sensores se probarán en países empobrecidos con gran riesgo de epidemias para la detección de los virus que producen fiebres hemorrágicas.

Al mismo tiempo, el equipo trabaja en el desarrollo de nuevas tecnologías para la comprensión y detección precoz de muchas otras enfermedades (distintos tipos de cáncer, Alzhéimer, etc.). En un futuro no muy lejano, este tipo de sensores estarán implantados directamente en el interior de nuestro cuerpo, preparados para detectar cualquier infección en el mismo momento de contraerla, lo que permitirá actuar contra ella de manera mucho más eficaz.

 

* Eduardo Gil Santos, Alberto Martín Pérez y Marina López Yubero son personal investigador del CSIC en el grupo de Bionanomecánica del Instituto de Micro y Nanotecnología.

Ciencia en el Barrio: un proyecto para la igualdad de oportunidades

Por Mar Gulis (CSIC)

Según la última encuesta de Percepción social de la ciencia de la FECYT, cerca de un 5% de ciudadanas y ciudadanos participan en actividades de divulgación científica durante la Semana de la Ciencia y la Tecnología y hasta un 16% visita al menos una vez al año algún museo de ciencia. La mayoría de las participantes son personas que ya tienen un interés previo, muchas de ellas incluso son asiduas y otras constituyen lo que se conoce como público cautivo: alumnas y alumnos que asisten a actividades organizadas por sus centros escolares durante la jornada escolar. Incluso en estos casos, este público cautivo pertenece a institutos de secundaria habituales en las actividades que inundan cada año nuestras ciudades. La dificultad está en llegar a aquellas personas que no solo no acuden sino que ni siquiera conocen estas iniciativas.

‘Ciencia en el Barrio. Divulgación científica para el desarrollo social y la igualdad de oportunidades’ es un proyecto que busca cubrir esta laguna y facilitar el acceso a las actividades de divulgación científica a segmentos de la población que por sus características socioeconómicas hasta ahora no participaban de ellas. La iniciativa, puesta en marcha por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y que cuenta con el apoyo económico de la FECYT, se está desarrollando en cinco distritos de Madrid: Puente de Vallecas, Hortaleza, Carabanchel, Villaverde y San Blas. En ellos, a través de la colaboración de seis Institutos de Educación Secundaria de la red pública, el CSIC ha organizado cerca de medio centenar de actividades sobre temas de actualidad científica con diferentes formatos: talleres experimentales, conferencias, clubes de lectura, exposiciones y visitas guiadas a centros de investigación punteros. En su fase piloto han participado más de un millar de estudiantes de 4º de la ESO, nivel en el que el alumnado aún no ha tenido que elegir de forma definitiva el itinerario docente con la clásica separación de letras y ciencias. El resto de alumnas y alumnos del centro, así como las comunidades educativa y vecinal, también pueden participar en algunas de las actividades.

Ciencia en el Barrio

Durante un año, las chicas y los chicos han tenido la oportunidad de hablar de tú a tú con el personal investigador y técnico del CSIC; desmontar mitos y estereotipos sobre la ciencia; hacer preguntas y experimentar con todos sus sentidos. Catas de chocolate, talleres de cocina macromolecular, charlas sobre las aplicaciones de la luz o sobre cómo se forman las ideas, son algunas de las actividades en las que han participado. También han dialogado con los autores en clubes de lectura sobre libros de temas tan diversos como los neandertales, los robots o la vida de Alan Turing.

Y han sabido aprovechar la oportunidad. Han preguntado y debatido hasta dejar pasar el tiempo del recreo y alargar las horas programadas inicialmente para las actividades.

En la nueva etapa del proyecto, que comenzará este próximo abril, el CSIC aumentará el número de institutos y estudiantes implicados y fomentará la participación de las vecinas y vecinos de los distritos. Una de las principales novedades será la organización de una feria de divulgación científica en la que un grupo de chicas y chicos explicarán a otros estudiantes, familiares y vecinos los experimentos desarrollados en sus aulas con la tutela del CSIC.  Esperemos que sea la primera de muchas ferias.

 

La Isla de Pascua y los misterios más remotos del planeta

Por Valentí Rull (CSIC)*

2.000 kilómetros separan a la Isla de Pascua del lugar habitado más cercano, y más de 3.600 la aíslan del continente más próximo, Sudamérica. Situada en pleno océano Pacífico, cerca del Trópico de Capricornio, es el lugar de origen de las misteriosas figuras de piedra conocidas como moai que habitan toda la isla y que, con el paso de los años, se han convertido en su símbolo. No obstante, éste no es su único enigma.

La diminuta Isla de Pascua, llamada así por el día en que los europeos llegaron a ella en 1722, pertenece a la región chilena de Valparaíso desde 1888 y cuenta con una población no superior a los 6.000 habitantes. Sin embargo, su historia comenzó muchos siglos atrás. El aislamiento de este territorio ha sido, en gran parte, el catalizador de una historia ambiental y cultural muy peculiar y controvertida que todavía requiere de años de investigación.

‘Moai’ en fila en la Isla de Pascua. / Valentí Rull

Como decíamos, el primer gran enigma científico de la Isla de Pascua (‘Rapa Nui’ en idioma aborigen), desconocida por la civilización occidental hasta la llegada de los holandeses en el siglo XVIII, fue la presencia de los imponentes moai, más de 900 estatuas gigantes de piedra que pueblan la isla y le confieren su imagen más emblemática. Dado que los moai no forman parte de las manifestaciones culturales actuales, se ha supuesto que fueron erigidos por una civilización anterior prácticamente desconocida. Además, las dimensiones de estas esculturas (algunas alcanzan 20 m de altura y más de 250 toneladas de peso) plantean un problema tecnológico importante relacionado con su transporte y emplazamiento. Por otra parte, dada la posición intermedia de la isla entre América y Polinesia, se han propuesto estos dos posibles orígenes para la civilización ancestral de la isla. El momento de esta colonización inicial también sigue siendo una incógnita, igual que la fecha y el porqué de la desaparición de aquella civilización original.

Hasta finales del siglo XX, las evidencias utilizadas para descifrar el pasado cultural de la Isla de Pascua procedían principalmente de la Arqueología, con aportes procedentes de la Antropología física, la tradición oral y la Lingüística. A partir de 1980, se inició una nueva etapa en la investigación científica de Rapa Nui, caracterizada por la posibilidad de reconstruir los climas y ecosistemas del pasado a través de la Paleoecología. El resultado más espectacular de estos estudios fue el descubrimiento de que la isla, actualmente tapizada por praderas de gramíneas, había estado totalmente cubierta de bosques dominados por palmeras desde, por lo menos, 40 milenios atrás. Pero el otro hallazgo sorprendente fue la desaparición súbita de estos bosques hacia el siglo XV, algo que produjo un cambio radical en la historia ecológica y cultural de la isla. A partir de ese momento, el gran reto científico fue explicar la supuesta deforestación masiva y repentina de la isla.

Distribución de los ‘moai’ en la isla. / Eric Gaba.

Hasta ahora se han planteado dos teorías principales que explicarían este suceso. En la primera, la coincidencia aproximada de la deforestación con el fin de la cultura de los moai se interpretó como una evidencia de que los antiguos habitantes de Rapa Nui habían sobreexplotado los recursos naturales de la isla hasta deforestarla, lo cual provocó no sólo un colapso ecológico sino también cultural, en otras palabras, un ‘ecocidio’. La segunda teoría sugiere la posibilidad de que el colapso ecológico no fuera la causa directa de la desaparición de la sociedad ancestral, que habría permanecido más o menos estable a pesar de la deforestación. Sin embargo, a principios del siglo XIX, esta sociedad habría sido víctima del contacto prolongado con la civilización occidental, y desembocaría en la desaparición casi total de la población insular por la introducción de enfermedades infecciosas desconocidas en la isla (viruela, sífilis…) y la práctica del esclavismo, hipótesis que se conoce como del ‘genocidio’. Estudios recientes han podido constatar que la deforestación no fue súbita, sino gradual, y que no ocurrió en toda la isla al mismo tiempo. Hasta hace un par de décadas, la deforestación de Rapa Nui se asociaba exclusivamente con actividades humanas, bien sea directa o indirectamente, pero nuevas evidencias corroboran que en esa época también se produjeron cambios climáticos relevantes en forma de sequías pronunciadas, que podrían haber jugado un papel importante en la deforestación y en la sociedad insular.

‘Moai’ al atardecer en el costa de Rapa Nui. / Valentí Rull

La historia de la Isla de Pascua trasciende el interés local, ya que puede considerarse un modelo a pequeña escala, un experimento natural en un sistema prácticamente cerrado, aplicable a muchos otros lugares del planeta y posiblemente también a nivel global. Los grandes cambios experimentados por el clima, los ecosistemas y la sociedad de la isla a través de milenios pueden servir de modelo para pronosticar nuestro posible destino y el de nuestro planeta frente a las alteraciones ambientales y culturales que se avecinan en un futuro cercano. Este remoto territorio nos proporciona información básica para optimizar nuestras predicciones, pues nos permite conocer de primera mano las respuestas ecológicas y culturales a los cambios ambientales, así como diferenciar los factores naturales de los antrópicos (producidos por el ser humano) como causas de cambios socioecológicos. Esto es posible gracias a disciplinas como la Paleoecología o la Arqueología, que ayudan a reconstruir fenómenos ecológicos y culturales imposibles de estudiar de otra manera, sin cometer ecocidios o genocidios experimentales. Además, estas paleociencias, al ser empíricas, contribuyen a evitar la proliferación de especulaciones infundadas que a veces se utilizan para defender posiciones extremas, como el catastrofismo o la pasividad interesadas, en temas ambientales y de conservación.

 

*Valentí Rull es investigador del Instituto de Ciencias de la Tierra Jaume Almera (ICTJA – CSIC)
** Este post ha sido extraído del libro ‘La isla de Pascua’, disponible en la editorial CSIC y La Catarata.

Un viaje espacial de 20 años para descubrir si hay vida en Próxima b

Por Miguel Abril (CSIC)*

Hace solo unos meses se anunció oficialmente uno de los hitos más importantes de la astronomía de los últimos años: el descubrimiento de Próxima b, un exoplaneta parecido al nuestro con condiciones que podrían hacerlo habitable. Aunque no es, ni mucho menos, el primero descubierto con estas características, lo que hace tan especial a Próxima b es que orbita en torno a la estrella más cercana a nosotros, Próxima Centauri, a solo 4,2 años luz. La noticia hizo que el proyecto Breakthrough Starshot –una iniciativa que pretende mandar la primera sonda en viaje interestelar– cobrara un interés especial al fijar sus ojos en el exoplaneta recién descubierto como potencial objetivo.

Portada de Nature sobre el descubrimiento de Próxima b.

Pero vayamos por partes: ¿tan cerca está este nuevo exoplaneta? ¿Cuánto son cuatro años luz? Podemos visualizarlo de forma muy gráfica realizando un sencillo experimento mental: supongamos que reducimos el Sol al tamaño de un garbanzo y lo colocamos en el punto central de un campo de fútbol. En ese caso, la Tierra sería del tamaño de un grano de arena y orbitaría a un metro de distancia. Y Próxima Centauri, ¿dónde quedaría? Pues ni en el banderín de córner, ni en la portería, ni siquiera en las gradas, como podríamos pensar. Incluso en este modelo reducido Próxima Centauri queda muy lejos: no solo fuera del estadio, sino incluso de la ciudad, de la provincia y muy probablemente de la comunidad autónoma. Concretamente, a unos 270 kilómetros de distancia del garbanzo. Conclusión: no, Próxima b no está próxima (lo siento, me lo han puesto a huevo).

Entonces… ¿Qué pasa, que nadie les ha explicado esto a los responsables de Starshot? ¿Cómo pretenden mandar una sonda hasta allí si está tan lejos? Y, aunque lo consiguieran, ¿cuánto tardaría en llegar? Empecemos diciendo que la misión no enviaría una única sonda, sino un enjambre de ingenios de pequeño tamaño, bajo consumo y coste reducido, para así aumentar las posibilidades de éxito. Estas minisondas tendrían el tamaño de un chip electrónico (similar a un sello postal), aunque para impulsarlas se usarían velas de unos 2 x 2 metros, que se propulsarían usando un láser de gran potencia situado en la superficie terrestre. Según los expertos, mediante esta técnica se conseguirían velocidades del orden de… ¡un 20% de la velocidad de la luz! Así el viaje hasta Próxima b duraría algo más de veinte años y apenas cuatro después se podrían tener datos e imágenes del planetita.

Representación de cómo serían las minisondas enviadas por Breakthrough Starshot hasta Próxima b. / Wikimedia Commons.

¿Y qué pasa si lo conseguimos? ¿Encontraríamos vida en Próxima b? Pues esto es objeto de intenso debate. Hay quien dice que las enanas M como Próxima Centauri son demasiado activas para permitir que se desarrolle la vida, y que además los planetas en su zona de habitabilidad están tan cerca que presentan lo que se conoce como anclaje por marea. Es decir, que ofrecerían siempre la misma cara a la estrella (como sucede con nuestra Luna), por lo que un hemisferio tendría temperaturas abrasadoras y el otro sería un desierto congelado. Sin embargo, los defensores de la posibilidad de vida argumentan que bajo ciertas condiciones el anclaje puede no ser total, como es el caso de Mercurio, que gira sobre sí mismo tres veces por cada dos vueltas al Sol. Y que incluso con anclaje total, tal vez en la zona de transición entre el día y la noche podría haber una estrecha franja con temperaturas templadas que permitirían al menos el desarrollo de formas de vida simple… (¿En serio? ¿Vida simple en una franja estrecha? ¡Venga, Dios, que has creado cosas tan chulas como el tiranosaurio o el tigre de dientes de sable! ¡Puedes hacerlo mejor!).

Un reciente estudio de la Universidad de Cornell sugiere la biofluorescencia como posible mecanismo de defensa ante las súbitas liberaciones de radiación de alta energía que se producen en las enanas M. La biofluorescencia es un fenómeno mediante el cual determinados corales y otros organismos de nuestro planeta absorben las radiaciones ultravioleta y las transforman en longitudes de onda dentro del espectro visible. Vale, no es un tigre de dientes de sable, pero brilla por la noche. Como en Avatar. Mola.

 

*Miguel Abril es ingeniero electrónico en el Instituto de Astrofísica de Andalucía del CSIC, en Granada, y miembro del grupo de divulgación científica Big Van.

FOTCIENCIA14: estas son las mejores imágenes de 2016

Por Mar Gulis (CSIC)

Un chorro de agua que cambia su trayectoria y curvatura al entrar en contacto con un dedo, resina fosilizada de conífera, una imagen microscópica de un medallón del siglo XIV, esferas de carbono que parecen una ciudad futurista… Estos son algunos de los temas abordados en las propuestas que han resultado elegidas en la 14 edición de FOTCIENCIA.

Si quieres verlas, mira este vídeo:

Estas imágenes, junto a otras que se elegirán entre las 666 presentadas, serán incluidas en un catálogo y formarán parte de una exposición que recorrerá diferentes museos y centros de España durante 2017. Dos copias de la muestra itinerante estarán disponibles para su préstamo gratuito.

FOTCIENCIA es una iniciativa de ámbito nacional organizada por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT), con la colaboración de la Fundación Jesús Serra. El objetivo es acercar la ciencia a la ciudadanía a través de fotografías que abordan cuestiones científicas desde una visión artística y estética. Cada imagen va acompañada de un comentario escrito por su autor/a en el que explica el interés científico de lo que ilustra.

Toda la información relativa a FOTCIENCIA está disponible en la web www.fotciencia.es

 

Los ‘puzles’ nanométricos que cambiarán tu ordenador

AutorPor Manuel Souto (CSIC)*

Imaginad el popular juego de construcciones de Lego reducido a una escala nanométrica, es decir, a la billonésima parte de un metro. Suponed que sus minúsculas piezas, constituidas individualmente por una molécula orgánica, encajan de un modo determinado para formar así un diminuto rompecabezas. Este nanoscópico puzle exhibiría a su vez unas propiedades físicas (por ejemplo, ópticas, magnéticas o eléctricas) definidas en función de la forma en que interaccionan sus piezas.

Imaginad ahora que podemos moldear y pulir todas estas ‘nanopiezas’ a nuestro antojo para que encajen de una manera prestablecida y que, como consecuencia, seamos capaces de modificar las propiedades físicas de este material. Pues bien, todo ello es posible gracias a la nanociencia molecular.

Gracias a la nanociencia molecular podemos crear rompecabezas de diminutas piezas ‘a la carta’ para emplearlos en nuevas aplicaciones.

Gracias a la nanociencia molecular podemos crear rompecabezas de diminutas piezas ‘a la carta’ para emplearlos en nuevas aplicaciones.

En el Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB-CSIC), concretamente en su departamento de Nanociencia Molecular y Materiales Orgánicos (Nanomol), se están investigando nuevos materiales orgánicos que presentan distintas aplicaciones en el área de la electrónica molecular. Una de ellas es su uso como interruptores moleculares que podrían tener aplicación como dispositivos de memoria con más densidad de información. En este caso, el dedo que presiona el interruptor consiste en un estímulo físico externo –como la variación de la temperatura o presión– que es capaz de hacer pasar al dispositivo de un estado apagado (OFF) a uno encendido (ON) de forma reversible. Por ejemplo, simplemente con calentar la solución de uno de estos compuestos orgánicos podremos pasar de un estado magnéticamente apagado a uno encendido y, al mismo tiempo, observar a simple vista un cambio de color de violeta a marrón que indique visualmente el estado encendido. Al enfriar de nuevo la solución, el sistema volverá al estado apagado.

Estos compuestos orgánicos pueden emplearse también como materiales conductores de electricidad si logramos que las moléculas interaccionen de una forma adecuada. Además presentan numerosas ventajas –una mayor versatilidad, ligereza y menor coste de manufactura– respecto a los materiales tradicionales empleados en la fabricación de dispositivos electrónicos, como el silicio. En un trabajo reciente, en el ICMAB hemos diseñado y sintetizado una de estas ‘nanopiezas’ (moléculas) orgánicas que encajan una con otra de un modo determinado consiguiendo que el puzle obtenido conduzca electricidad. En este caso, el material puede pasar de aislante a conductor simplemente con la variación de la presión, ya que de esta forma alteramos la distancia y la forma en la que interaccionan las piezas.

En resumen, gracias a la nanociencia molecular podemos diseñar y crear diminutas piezas ‘a la carta’ para obtener rompecabezas que presenten unas propiedades físicas determinadas y, de esta forma, emplearlos en nuevas aplicaciones, como dispositivos electrónicos y memorias con una mayor densidad de información.

 

* Manuel Souto Salom (@SoutoManel) es investigador posdoctoral en el ICMAB-CSIC y colaborador del blog ‘Reaccionando. Una bitácora para una generación no tan perdida’, El Periódico de Catalunya y El Huffington Post. También es autor del ensayo Sí es país para jóvenes, en el que se aborda la actualidad desde una perspectiva crítica y se proponen alternativas dirigidas a concienciar sobre la necesidad de un cambio fundamentalmente ético.

¡Retrata la ciencia! Abierto el plazo para participar en FOTCIENCIA

Por Mar Gulis (CSIC)

Ya puedes participar en la 14ª edición de FOTCIENCIA, una iniciativa que seleccionará imágenes de contenido científico para formar parte de una exposición itinerante que recorrerá diferentes museos y centros culturales de España en 2017, y que también irá acompañada de un catálogo de fotografías. El plazo de presentación de propuestas estará abierto hasta el próximo 20 de noviembre.

FOTCIENCIA celebra este año su 14ª edición. Las imágenes deben estar relacionadas con la investigación científica o sus aplicaciones, y pueden reflejar aspectos como el objeto de estudio de la investigación, las personas que la realizan, su instrumentación e instalaciones, los resultados del avance científico, etc. Además, deben ir acompañadas de un texto breve que explique la fotografía.

Mundo sostenible / Ruth Sánchez y Antonio Tomás. Primera seleccionada Micro en la 12ª edición de FOTCIENCIA (2015)

Mundo sostenible / Ruth Sánchez y Antonio Tomás. Primera seleccionada Micro en la 12ª edición de FOTCIENCIA (2015)

Puede participar cualquier persona mayor de edad que presente fotografías propias que no hayan sido seleccionadas en procesos similares y que aborden la temática propuesta. Asimismo, puede participar el alumnado de secundaria y de ciclos formativos de grado medio a través de la modalidad ‘La ciencia en el aula’.

Desde hoy hasta el próximo 20 de noviembre a las 14:00h (hora peninsular española) las imágenes se podrán presentar a una de las siguientes modalidades:

  • Micro, cuando la dimensión real del objeto fotografiado sea menor o igual a 1 mm o la imagen haya sido obtenida mediante un instrumento de micrografía (óptica o electrónica) o técnicas de difracción.
  • General, cuando la dimensión real del objeto fotografiado sea mayor de 1 mm.

Además, los/as autores/as también pueden adscribir su imagen a otras modalidades específicas sobre Agricultura sostenible o sobre Alimentación y nutrición.

Solo se admitirán fotografías en formato digital, que irán acompañadas de un texto que permita interpretarlas. El comité de selección valorará la técnica y la estética de la imagen así como el carácter divulgativo del texto que la acompaña.

La presentación de las imágenes y sus correspondientes textos se realizará cumplimentando un formulario disponible en la página web: www.fotciencia.es

Las dos mejores imágenes de la categoría General y las dos mejores imágenes de la categoría Micro, según los criterios mencionados anteriormente, serán remuneradas con una cantidad de 1.500€ cada una. En las demás modalidades, se seleccionará una foto que recibirá 600€. En concreto, para la selección de las imágenes pertenecientes a las modalidades sobre Agricultura sostenible, y sobre Alimentación y nutrición se contará con expertos del CSIC del Instituto de Agricultura Sostenible (CSIC) y del Instituto de Agroquímica y Tecnología de Alimentos (CSIC), respectivamente.

La organización hará una selección adicional de fotografías para incluirlas en el catálogo y en la exposición, que recorrerá una veintena de ciudades de España. Todas las fotos presentadas pasarán a formar parte de la galería de imágenes de la web de FOTCIENCIA.

Dos copias de la muestra itinerante estarán disponibles para su préstamo gratuito.

FOTCIENCIA es una iniciativa organizada por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT), con la colaboración de la Fundación Jesús Serra.

Del globo aerostático al LHC: a la caza de las partículas elementales

Por Teresa Rodrigo (UC-CSIC)*

La física de partículas se centra en el estudio de lo muy pequeño. Pero resulta que cuanto más pequeños son los objetos que se quieren estudiar, más grandes y complejos son los instrumentos que debemos utilizar para verlos. Es el caso de los actuales aceleradores y detectores de partículas, como el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), situado en el laboratorio europeo de Ginebra, el CERN. Pero antes de que existieran estos sofisticados artilugios, la comunidad científica recurrió a otro tipo de herramientas. De hecho, los globos aerostáticos fueron los primeros instrumentos científicos utilizados para la detección de partículas de altas energías.

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Globo aerostático de aire caliente. / Kropsoq.

La invención del globo aerostático no solo sirvió como una atracción y un medio de transporte, sino que posibilitó el inicio de toda una nueva rama del conocimiento científico.

En 1912, cien años después de las primeras experiencias en globo, Victor Hess se subió a uno de estos aparatos provisto de primitivos instrumentos de medida de radiación. Hess se elevó hasta una altitud de 5.300 metros y encontró que la tasa de radiación observada se multiplicaba con la altura. Concluyó que “la mejor explicación al resultado de estas observaciones es la suposición de que una radiación de mucha energía entra en nuestra atmósfera desde arriba”. Acababa de descubrir la existencia de los rayos cósmicos, hallazgo por el que recibiría el Premio Nobel en 1936.

Estas partículas de alta energía, principalmente protones, colisionan con los átomos de la atmósfera y producen toda una cascada de nuevas partículas capaces de atravesar la superficie terrestre.

El descubrimiento de los rayos cósmicos abrió una nueva ventana al estudio de la materia y permitió, entre otras cosas, el hallazgo en 1932 de la primera partícula de antimateria: el positrón, seguida de muchas más partículas desconocidas hasta entonces.

Hasta la llegada de los aceleradores de partículas en los años 50 del siglo XX, los rayos cósmicos constituyeron la mejor herramienta para el estudio de la materia y sus interacciones. Los aceleradores nos permiten acelerar y colisionar partículas y así reproducir en el laboratorio de forma controlada los fenómenos que ocurren en la naturaleza. Además, podemos recrear las condiciones en que se encontraba el universo en sus primeros instantes tras el Big Bang y estudiar su evolución hasta nuestros días.

En los últimos 60 años se ha conseguido elaborar una teoría cuántico-relativista, perfectamente confirmada por los experimentos, que explica toda la materia visible en el universo basándose en la existencia de doce partículas y sus correspondientes antipartículas elementales, conocidas como quarks y leptones. Por cierto, la materia visible solo constituye el 5% de la energía total del universo, el resto se compone de lo que llamamos materia y energía oscuras, que hoy es objeto clave de estudio.

CERN

Interior del Gran Colisionador de Hadrones del CERN, en Ginebra. / CERN.

También sabemos cómo estas partículas elementales se relacionan entre sí, es decir, cuáles son las fuerzas que actúan en la naturaleza. Además de la fuerza gravitatoria, existen la fuerza electromagnética, la fuerte y la débil. Con ellas podemos explicar todos los fenómenos observados y todas ellas, salvo la gravedad hasta el momento, pueden explicarse de una forma común, basada en el intercambio de otro tipo de partículas que conocemos como bosones. Un tipo muy especial de bosón es el bosón de Higgs, descubierto en el LHC en 2012. Es el responsable de que la partículas adquieran masa y, por tanto, de que el universo sea tal y como hoy lo vemos.

Las preguntas que nos planteamos las científicas y científicos y que parecen en un principio triviales, como por ejemplo “¿de qué está hecha la materia?”, nos permiten no solo avanzar en el conocimiento más abstracto, sino también desarrollar tecnología punta, que a su vez repercute de manera directa en la mejora de las condiciones de vida cotidianas. Por ejemplo, los aceleradores de partículas se han convertido en un instrumento básico para el diagnóstico y tratamiento médico o la web (www), que fue desarrollada inicialmente para compartir información entre la comunidad científica, y actualmente es un instrumento fundamental de la era de la información.

 

* Teresa Rodrigo es catedrática de Física de la Universidad de Cantabria, miembro del comité científico del CERN y actualmente directora del Instituto de Física de Cantabria (UC-CSIC). Además, es coautora del libro El bosón de Higgs de la colección del CSIC y Catarata ¿Qué sabemos de?

El texto es un extracto de la participación de Rodrigo en el programa Ciencia y Arte en el Museo del Prado, para el programa ‘La Aventura del Saber’ de TVE2, que realizan en colaboración la FECYT y el Museo del Prado. El vídeo se puede ver aquí.

¿Sabías que el flash de tu cámara puede ayudar a detectar el cáncer de retina?

Por Mar Gulis (CSIC)

Cualquiera se ha encontrado alguna vez una foto en la que los retratados aparecen con un par de círculos rojos en los ojos. Este molesto fenómeno, que ocurre cuando utilizamos el flash, tiene su origen en la fisiología del ojo y en el comportamiento de la luz, y por extraño que parezca puede utilizarse para detectar un tipo cáncer de retina, el retinoblastoma.

Efecto 'ojo rojo' en la pupila. / Liam Welch vía Unsplash.

Pupila con ‘ojo rojo’. / L. Welch vía Unsplash.

Empecemos por el principio. ¿Por qué se produce el ‘efecto ojos rojos’? Sergio Barbero, investigador del CSIC en el Instituto de Óptica, explica que la luz entra en nuestros ojos a través de la pupila, “que es el equivalente al diafragma en una cámara de fotos”. Así, cuando hay mucha luminosidad en el ambiente, la pupila se contrae para evitar el daño de un exceso de luz, mientras que si ocurre lo contrario se dilata para permitir la visión.

Tras atravesar la pupila, la luz llega al fondo del ojo, donde se encuentran la retina y la coroides. “De toda la luz incidente en la retina, la mayor parte es transformada en señal eléctrica, lo que constituye el primer paso de la visión; sin embargo, una pequeña fracción atraviesa la retina y llega hasta la coroides, que está muy vascularizada porque su función es nutrir al ojo”, señala Barbero.

“La hemoglobina, presente en la sangre de los capilares de la coroides, absorbe los componentes azules de la luz incidente y emite hacia fuera luz de color rojizo”, prosigue. “Aunque este fenómeno está siempre presente, solo es perceptible si la cantidad de luz que penetra en el ojo es lo suficientemente grande: esto ocurre cuando en el ojo entra un haz de luz repentino (por ejemplo, el flash de una cámara) en un momento en que la pupila está dilatada (en un ambiente de oscuridad)”, aclara el investigador.

Funcionamiento del fenómeno 'ojos rojos'. / Photokonnexion

Esquema del efecto ‘ojos rojos’. / Photokonnexion

En la actualidad el ‘efecto ojos rojos’ ha sido solucionado gracias a la incorporación de un segundo flash, que se dispara a la vez que se abre el diafragma de la cámara, justo inmediatamente después del primero. De esta forma, la luz del segundo flash impacta ya sobre el músculo contraído, lo cual elimina casi por completo este antiestético efecto.

Hoy, el modo ‘anti ojos rojos’ viene de serie en la mayoría de las cámaras. Sin embargo, será necesario desactivarlo si pretendemos utilizar nuestro flash como método de detección del retinoblastoma, un tumor canceroso que se desarrolla en la retina causado por la mutación en una proteína. Este tipo de tumor aparece mayoritariamente en niños pequeños y representa un 3% de los cánceres padecidos por menores de quince años.

Cuando el retinoblastoma se sitúa en los vasos sanguíneos del ojo actúa como una muralla ante el efecto del flash, lo que impide que se vea el destello rojo en ese ojo o hace que aparezca uno blanquecino. Por eso, una foto puede ‘chivarnos’ esta patología. MedlinePlus, el servicio online de la Biblioteca Nacional de Medicina de los Estados Unidos, recoge que, si la persona fotografiada aparece solo con un ojo rojo o con uno de color blanquecino, esto podría ser una señal de presencia del tumor, por lo que se debería acudir al médico.

Carteles de la campaña de prevención del retinoblastoma. / Childhood Eye Cancer Trust

Carteles de la campaña de prevención del retinoblastoma. / Childhood Eye Cancer Trust

De hecho, Childhood Eye Cancer Trust, una fundación de ayuda contra el retinoblastoma, lanzó hace un par de años una campaña de prevención basada en este efecto. La entidad colocó carteles interactivos en varias ciudades con imágenes de ojos de niños con la característica de que, si se realizaba una foto con flash sobre estas, la pupila cambiaba y reflejaba uno de los posibles síntomas.

La campaña intentaba que los padres hicieran la prueba con sus hijos. Sin embargo, si alguien se decide a seguir el consejo, debe tener claro que la fotografía no basta para tener un diagnóstico concluyente: la presencia del retinoblastoma solo puede ser confirmada por profesionales médicos mediante pruebas adicionales y exámenes.

Biominería: el poder de las ‘bacterias comepiedras’

AutorPor Felipe Gómez Gómez (CSIC-INTA)*

Montones de mineral apilados y humeantes. Casi desde el inicio de la minería esta ha sido una imagen habitual a pie de mina. Los mineros han regado y siguen regando con agua ácida el material extraído de la tierra, porque saben que de esta forma se obtiene un mayor rendimiento al procesarlo. Históricamente se ha hecho así porque funciona, pero pocas veces ha trascendido la explicación científica.

Bacilo

Acidithioabacillus ferrooxidans fue la primera bacteria aislada de un ambiente ácido en una mina española y capaz de oxidar elementos metálicos.

Corta Atalaya

Mina a de Corta Atalaya en Río Tinto (Huelva). / Wikipedia.

Lo cierto es que, de modo consciente o no, se está practicando la biominería. Al regar el mineral, se potencia el crecimiento de bacterias que favorecen la extracción de metales como cobre, cobalto, níquel o cinc. El aumento de la actividad bacteriana hace que suba la temperatura y, con ella, la evaporación de agua. Por eso vemos vapor emanar de los montones.

De hecho, sabemos que gran parte del cobre que se extrae al disolver el mineral en un líquido, proceso conocido como lixiviación, se obtiene gracias a la intervención de microorganismos que normalmente se encuentran de forma natural en los minerales. Por esta razón sería más preciso hablar ‘biolixiviación’.

Hoy en día se están desarrollando investigaciones para entender mejor estos procesos y optimizar sus rendimientos. Pero no queremos quedarnos en este punto: también tratamos de identificar microorganismos que de forma específica incrementan la extracción de ciertos metales.

¿Cómo trabajan las bacterias mineras?

Las bacterias logran hacer solubles los minerales porque se alimentan de ellos; motivo por el que son conocidas como ‘comedoras de piedras’ o ‘quimiolitótrofas’. Para ganar energía oxidan los minerales: les extraen electrones, los almacenan en una especie de pila y producen con ello una diferencia de potencial que utilizan para sus procesos metabólicos. En estos procesos de oxidación transforman la materia en CO2 como producto de desecho.

La primera bacteria identificada capaz de lixiviar fue aislada en 1947 al investigar el deterioro de los equipos metálicos en una mina española, en río Tinto. La gran capacidad de oxidación de sus aguas hacía que el material metálico, como carretillas, trenes y demás medios de carga, tuvieran una degradación muy acelerada, fuera de lo habitual. Por aquel entonces la razón se achacó a las aguas ácidas, pero aun así los responsables de la mina decidieron que el fenómeno fuera estudiado por un equipo de microbiólogos. Como resultado de su trabajo se aisló el microorganismo Acidithiobacilus ferrooxidans, que, traducido del griego, es acido porque crece a pH bajo (ácido), thio porque es capaz de oxidar azufre, bacillus porque tiene forma de bastón (es, por tanto, un bacilo) y ferrooxidans porque además es capaz de oxidar hierro.

Existen otras bacterias biolixiviadoras con nombres similares en alusión a los elementos que son capaces de oxidar y por tanto de liberar (lixiviar) al medio líquido donde están creciendo.

Atractivo marciano

Marte

El hecho de que las bacterias litotrofas no se alimenten de materia orgánica las hace candidatas a habitar Marte.

Las ‘bacterias comepiedras’ se están poniendo de moda porque, al ser capaces de alimentarse exclusivamente de material inorgánico, son candidatas potenciales a habitar lugares exóticos, extremos e incluso otros cuerpos planetarios distintos a la Tierra. Algunos de estos minerales se han identificado en la superficie marciana, así que si confirmamos la presencia de agua en el planeta rojo la ecuación nos permite concluir que en Marte podrían llegar a habitar bacterias de este tipo. Además, pensando en el aprovechamiento económico, se podrían utilizar para extraer minerales (hacer biominería) en la superficie de nuestro planeta vecino.

 

* Felipe Gómez Gómez es investigador en el Centro de Astrobiología (CSIC-INTA).