Luces de navidad estelares

Feliz navidad amigos del tocino! Por estas fechas en que todos andan enfiestados, nosotros en el tocino queremos saludarlos y desearles un buen año 2014.

Y hablando de navidad... las lucecitas intermitentes que vemos en el gif de abajo, y que recuerdan un arbolito adornado (pero sin esa musiquita insoportable que tienen algunos), son estrellas intermitentes (variables) del tipo RR Lyrae en el cúmulo globular M3... y el tema de la próxima columna del tocino, después del año nuevo...sintonice el tocino para saber más de estas luces navideñas estelares!

Fuente: APOD

Nunca más tomo

 Existen bebidas muy sabrosas y se nos hace agua la boca por probarlas. Están aquellas que desatan el malicioso impulso de mezclarlas con coca-cola, y si es necesario, rari-cola. Otras, normalmente de mejor calidad, se consumen “puritanas”, quizás con conversación, ya sea en un restaurant lujoso, la cuneta del barrio o la mesa familiar http://tinyurl.com/lfksxu2. En ocasiones, se agrega una guitarra, cantos de protesta, fuego, melón y buenos amigos. Cerveza, vino, pipeño, Coñac, Whisky, oporto, Vodka, dones del cielo que se nos presentan sublimes, y  sin embargo, traicioneros.  Cada uno tiene su forma preferida de consumirlos, pero todos nos preguntamos por qué algo tan apetecible tiene que llegar a tener consecuencias tan indeseables. Un buen ejemplo es el clásico del mítico grupo Parkinson http://tinyurl.com/2ayw477. Muchos habrán sentido ese odioso e intenso dolor corporal la mañana siguiente de haber bebido demasiado de estos brebajes. Estamos hablando de la temida “caña” y su arma más letal: el “Hachazo”. En esta columna trataremos de entender algunos de los  mecanismos químicos que  producen la caña.

Estar “con Caña”  se entiende como el malestar corporal generalizado que se produce de 4 a 24 horas después del consumo excesivo de alcohol, el término médico es veisalgia.  Mientras que “hachazo” es otro chilenismo que ilustra magistralmente el profundo dolor de cabeza, o cefalea, que suele acompañar la caña. Todos los tragos que hemos nombrado tienen en común el estar compuestos  por alcohol, más exactamente, etanol (o alcohol etílico)

¿Cuál es la estructura del etanol?

El etanol  es una pequeña molécula  compuesta por dos carbonos más un grupo OH, o “alcohol”, que le dan la capacidad de disolverse fácilmente tanto en agua como en  grasas o lípidos (figura 1). Esto  permite que el etanol que ingresa por nuestra boca se absorba completamente a nivel del estómago para repartirse rápidamente por toda nuestra sangre (mayoritariamente compuesta por agua). La buena solubilidad del etanol en grasas  hace recomendable ingerir comidas que las contengan antes de las bebidas alcoholicas para evitar la resaca. Gracias a su solubilidad en lípidos  el etanol puede entrar sin mayor dificultad a nuestras células e incluso superar la estricta barrera hematoencefálica que aísla nuestro cerebro de sustancias extrañas que ingresan al torrente sanguíneo. Una vez dentro de las neuronas, causará efectos rápidos en nuestra conducta, como por ejemplo, sentirse alegre o "entonado".

Figura 1. Estructura química del etanol. El segmento apolar  se compone de dos carbonos y el polar corresponde al grupo funcional alcohol ( OH ). A la derecha, se compara la estructura del segmento  apolar del etanol con el del ácido graso pentanoico  (doble flecha azul), lo mismo se muestra con el grupo polar OH  y el agua (doble flecha verde).   Ambos segmentos le dan al etanol una alta afinidad  por ambos tipos de medios.

 ¿Cómo se genera la caña?

Para entender la caña hay que conocer cómo se elimina del cuerpo el etanol que, como dijimos,  ingresa rápidamente a nuestra sangre. Una vez que la caña o resaca se desencadena, la cantidad de etanol en nuestra sangre es nula o muy baja, pero aumentan notablemente los compuestos químicos derivados de su degradación. El principal órgano encargado de la degradación del etanol es el hígado. En él ocurren  dos reacciones fundamentales mediadas por enzimas (proteínas que aceleran las reacciones químicas en los seres vivos). La primera es la alcohol deshidrogenasa (ADH) y media el paso de etanol a acetaldehído, la segunda reacción es mediada por la enzima aldehído deshidrogenasa (ALDH) y transforma el acetaldehído en ácido acético o acetato (el mismo componente del vinagre) En nuestras células, el acetato es fácilmente convertido en grasa o energía, mientras que el acetaldehído es un compuesto más tóxico y su aumento produce daño celular. En general, se piensa que el acetaldehído es el principal responsable de los síntomas desagradables que produce el exceso de alcohol. De hecho, el temido hachazo ocurre por la dilatación de los vasos sanguíneos del cerebro producto de su acumulación en la sangre. Como dato aparte, este dolor de cabeza se pueden combatir con anti inflamatorios como ibuprofeno o aspirina, pero no  se debe usar paracetamol, pues junto con el acetaldehído es  demasiado tóxico para nuestro hígado.

  Otra causa del dolor de cabeza en la borrachera es la deshidratación  que se produce por el aumento  en la eliminación de orina (vamos muy seguido al baño). Esto sucede porque el alcohol inhibe la liberación a la sangre de la hormona antidiurética o ADH por parte de la glándula pituitaria del cerebro. Esta hormona está encargada de aumentar la retención de agua y sales en los riñones. Como el etanol detiene su liberación, los riñones eliminan más orina, perdiendo líquido a tal punto que las meninges que cubren nuestro cerebro se contraen y causan un gran dolor de cabeza. Por ello es recomendable tomar un par de vasos de agua durante el consumo de bebidas alcohólicas. Si bien no está fehacientemente demostrado, sería bueno superar la caña con jugos de fruta, puesto que la fructosa podría estimular la eliminación de los metabolitos del alcohol. La fruta es buena además para combatir la baja de azúcar en la sangre que se asocia con náuseas y ganas de vomitar. Frecuentemente no es solamente el etanol el que nos deja con caña, sino que también sustancias adicionales de los tragos llamadas congéneres, entre ellas encontramos polifenoles, carbohidratos e incluso metanol (un tipo de alcohol muy reactivo y tóxico)

Existen personas que tienen menor tolerancia al etanol y se emborrachan rápidamente, esto es muy común en poblaciones de origen asiático. Ellas transforman demasiado lento el acetaldehído en acetato, lo acumulan y les basta muy poco alcohol para sentirse rápidamente pésimo. Se podría decir que estas personas están naturalmente protegidas contra alcoholismo ya que normalmente van a tomar muy poco. Esto sucede porque tienen genes que codifican una variante de la enzima ALDH que no funciona de manera adecuada, pues es muy lenta. Por otro lado, existen personas con  "buenas versiones" de la enzima que transforman eficientemente el acetaldehído en acetato, pudiendo tomar más que el resto sin sentir los efectos negativos. En base a estos datos se han desarrollado medicamentos para tratar el alcoholismo crónico  como  “disulfiram”, el cual  inhibe a la enzima ALDH. De esta manera, después de tomar la tableta del medicamento la persona no será capaz de ingerir alcohol, puesto que se acumulará acetaldehído y se sentirá realmente mal. Actualmente el diseño de fármacos y terapias para sanar el alcoholismo se basa en estas reacciones y es un campo muy amplio de investigación.

Por supuesto que ninguna de las cosas difíciles del alcohol nos puede quitar las ganas de celebrar y seguir tomando http://static.flickr.com/26/62139088_7fc3eeac7b.jpg 

Un laboratorio en nuestra cocina.

Cada receta tiene sus ciencia, y el arte de cocinar está en descubrirla: Agitar más o menos, mezclar antes o después, dejar reposar o no. En esta columna intentaremos ayudarte a descubrir dicha ciencia, que no es más que pura química. No me refiero a esa que seguramente aprendiste en el colegio, compleja y llena de ecuaciones, sino a la química práctica, esa que se experimentas a diario y que no requiere más que una cocina y la curiosidad de entender lo que allí sucede.

Utilicemos por ejemplo una de  las recetas que generalmente uso para hacer galletas de avena (a veces con una que otra variación):

galletas avena Cantidad personas: 4 Ingredientes: 1 taza(s) harina con polvo de hornear 1cuch polvos hornear 1 taza(s) azúcar 1/2 taza(s) margarina derretida 1 huevo(s) 1/4 taza(s) leche 1/2 cucharadita(s) sal 1/2 cucharadita(s) canela en polvo 1 1/2 taza(s) avena 1/2 taza(s) nueces y almendras, picadas 1 cucharadita de vainilla

Instrucciones Cierna juntos los ingredientes secos y mezcle todo muy bien. Luego haga en el centro un hueco y añada la margarina derretida, el huevo y la leche, siga mezclando hasta conseguir una consistencia pastosa. Coloque en un molde con un poquito de mantequilla, haciendo pequeños montoncitos separados a unos dos o tres centímetros. Coloque la lata en horno precalentado a un nivel medio, por 10 a 15 minutos. O cuando se noten algo doraditas por los bordes, dependiendo del porte de los montoncitos

Así como un químico, nosotros, el(la) cocinero(a), nos enfrentamos al desafío de convertir A en B, esto es, un montón de harina, leche, huevos, azúcar, etc, en unas galletas. Esta transformación no es inmediata y procede a través de una serie de reacciones químicas que dan vida propia a nuestros ingredientes de partida.

Partamos con la harina, un ingrediente esencial en repostería. La harina es la encargada de darle consistencia a nuestra masa. Dicha consistencia se debe a la presencia de dos proteínas: glutenina y gliadina. Recordemos que las proteínas son largas cadenas de aminoácidos con una estructura específica. En contacto con agua (la cual proviene indirectamente de nuestros otros ingredientes), estas proteínas  se mezclan  formando una una estructura de mayor tamaño conocida como gluten (Figura 1).  Muchas personas no pueden consumir harina pues la presencia de gliadina produce en ellos una reacción autoinmune que conduce a la inflamación del intestino delgado, algo nada placentero.

Figura 1: El Gluten es una estructura molecular compleja formada por las proteínas Gliadina y Gluteina. La presencia de agua (con propiedades polares) favorece su formación, mientras que  la presencia de grasas (de naturaleza apolar)  actúa en forma contraria.

Un segundo ingrediente  son los mágicos polvos de hornear utilizados para "hacer crecer" los pasteles. Los polvos de hornear son una mezcla de bicarbonato de sodio (NaHCO₃), sulfato de aluminio (NaAl(SO₄)₂) y sulfato mono-cálcico Ca(SO₄). El bicarbonato de sodio es una base, es decir produce un solución con un pH alto, mientras que el sulfato de aluminio y el sulfato mono-cálcico son ácidos (produce una solución ácida). Cuando mezclamos estos compuestas estas dos propiedades opuestas compiten entre si en un proceso denominado neutralización (reacción ácido-base), el cual genera como subproducto el gas dióxido de carbono (CO₂), el cual será el responsable de inflar y dar una textura esponjosa a nuestras preparaciones.

Debido a que este gas puede escapar fácilmente de la mezcla muchas recetas (como la nuestra) sugieren mezclar primero los ingredientes secos y luego agregar los líquidos, permitiendo que esta reacción sólo ocurra al final del mezclado. Por la misma razón muchos polvos (como los polvos Royal) también incluyen sulfato mono-cálcico, el cual  sólo reaccionará a temperaturas más elevadas, es decir una vez que el pastel se está horneando.

Un tercer componente esencial es el azúcar (o sacarosa). El azúcar es un disacárido formado por dos unidades básicas (monosacáridos), denominados fructosa y glucosa. A temperaturas altas, estas unidades reaccionan con las unidades básicas de las proteínas, los aminoácidos (provenientes de la harina, el huevo, la margarina o la leche) formando una variedad de compuestos responsables de los distintos colores y sabores (Figura 2). Un ambiente básico por ejemplo (el cual puede ser favorecido con el uso de bicarbonato) acelerará esta reacción y permitirá obtener un color más tostado. Así también la presencia de aminoácidos especificos permitirá "modelar" el color y sabor deseado, el aminoácido lisina (presente en la leche) será el que mayor coloración le dará a nuestras galletas (mientras que el aminoácido cisteina será el menos efectivo en ello). Esta reacción,  denominada reacción Maillard, fue descrita por primera vez en 1912 por el químico Louis Maillard y es una de las reacciones más importantes en de la industria de alimentos.

Figura 2: La reacción de Maillard corresponde a la reacción de azucares (glucosa y fructosa, provenientes de sacarosa) con aminoácidos (unidades básicas de las proteínas). Diferentes aminoácidos conducirán a distintos sabores y olores.

La lista de ingredientes es larga, pero para finalizar es importante mencionar la margarina y el huevo, ambos proporcionan (además de proteínas) ácidos grasos (Figura 3). Estos a diferencia del agua dificultan la formación de gluten. Por lo tanto la consistencia perfecta, suave, pero con estructura (uno no quiere unas galletas que se esparzan en la lata del horno mientras se cocinen), consistirá en un equilibrio entre harina, agua y grasas. Otra función importante de estos compuestos es que permiten retener aire lo cual ayuda a dar una textura menos densa a las galletas 

Figura 3: Principales componentes de la mantequilla/margarina: A) cis-Acido oleíco, la forma cis es la forma natural, mientras que la forma trans (prohibida en varios lugares) se genera durante el proceso industrial de ciertos alimentos. B) ácido mirístico y C) ácido esteárico

En cada receta proteínas, grasas y azúcares interactúan de formas diversas, muchas veces a través de procesos más complejos que los descritos con otros ingredientes. Esperamos que estas columna ayude a la comprensión de los aspectos básicos, el resto lo puedan seguir experimentado y descubriendo cuando preparen su próxima receta de galletas de navidad, pan de pascua, o muffins.

 

Computadores Cuáticos*, Parte 2

Parte 2, El mundo cuántico es cuatico*

Corral de atomos sobre una superficie de cobre, escaneado con microscopia de efecto tunel. El efecto tunel es otra caracteristica extraña del mundo cuantico [Image Originally created by IBM corporation]

Algunas columnas atrás, hablamos de la complejidad de distintos problemas. Vimos que existen problemas fáciles de resolver (P), y problemas cuya solución es fácil de verificar (NP). También discutimos que los problemas P son fáciles de solucionar en computadores normales, mientras que los NP son difíciles, debido a que involucran buscar entre muchísimas posibilidades por una solución.

La pregunta es ¿cómo superamos esta dificultad?.

La respuesta... Usando Física Cuántica!!.

Miremos como se comporta un electrón, usando el famoso experimento de las ranuras.

Supongamos que tenemos una pistola que dispara pequeñas pelotitas, (balas, canicas, bolitas) y disparamos estas partículas a una pantalla, poniendo dos ranuras en el camino (Fig 1). Podemos observar al resultado de como se distribuyen al pasar por las rendijas. Es bastante claro que las pelotitas pasan por una rendija en particular, y dejan su marca justo detrás de la rendija por la cual pasaron. Un electrón, sometido al mismo experimento, produce algo totalmente inesperado. El electrón produce un patrón de interferencia, exactamente igual al patrón que produce una onda al pasar por dos ranuras (Fig 1b y 2).

Esto es realmente sorprendente, ya que el electrón es una partícula, pero se comporta a veces como onda. Las ondas al pasar por las rendijas, se difractan y producen patrones de interferencia, donde los máximos de distintas ondas se suman, y crean puntos más brillantes, y donde valles de unas ondas, con crestas de otras se anulan, para crear lugares donde no hay intensidad. Esto se pone aun más interesante; si uno quiere saber en verdad por donde pasó el electrón, se puede poner un aparato, digamos entre la rejilla derecha y la pantalla, que indique si el electrón paso por ahí. Al hacer esto, y observar el resultado en la pantalla, el electrón produce un patrón de interferencia COMO SI FUERA UNA PARTÍCULA!!. Esto es, el mero acto de observar, cambia el estado del electrón. Este fenómeno se conoce como Colapso de la función de onda (ver nota al final del texto), y el hecho de que el electrón se comporte como una partícula y una onda, se conoce como la dualidad onda-partícula.

Figura 1 a) Patrón dejado por partículas en la pantalla. b) Patron dejado por electrones en la pantalla. (Adaptado desde Scienceblog.org y Blacklightpower.com)

Figura 2. Patrón de interferencia de una onda pasando a través de una barrera con dos rendijas. El color azul representa las crestas de las ondas, mientras que el verde representa los valles.

En el experimento de las dos rendijas, podemos pensar que el electrón pasa por ambas rendijas, comportándose como una onda. Ahora, podemos preguntarnos, qué pasa si en vez de dos rendijas, pongo cuatro?. La respuesta es, el electrón pasará por las cuatro rendijas simultáneamente. Podemos repetir la lógica, aumentando el número de rendijas. Pero esto nos lleva a la siguiente idea. Cuando el número de rendijas es muy grande tendiendo a infinito, es lo mismo que no tener ninguna barrera!. Esto significa que el electrón en su viaje, recorre todos los posibles caminos entre dos puntos.

La física cuántica se funda en estos dos principios. Y por supuesto conlleva grandes preguntas. ¿Donde va la información que se pierde luego del colapso de la función de onda? ¿Es posible la determinación de el estado de un sistema incluso teniendo toda la información sobre el?.

Esta extraña característica de la materia (hemos hablado de electrones, pero la Física cuántica predice que TODAS las cosas se comportan como onda, con una longitud de onda inversamente proporcional a la masa y la velocidad que posean**), es la pieza fundamental que nos permitiría tratar problemas complejos, tipo NP, abriendo infinitas posibilidades!.

¿Quieres saber como?

Te espero en una próxima entrega del tocino.

* Cuático acá lo usamos como sinónimo de Extraño.

**Esta relación se llama la ecuación de de Broglie, y relaciona la longitud de onda de cualquier objeto L, con su momentum p, de la forma L=h/p, donde h es la constante de Planck.

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Colapso de la función de onda
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La función de onda es un objeto que describe la probabilidad de que el electrón se encuentre en cierta región del espacio. Esta interpretación funciona perfectamente y ha sido corroborada muchas veces en experimentos, pero conlleva ciertos problemas filosóficos. Uno de ellos es el siguiente. Al medir digamos la posición de un electrón, obtenemos un número definido. Al volver a medir el mismo electrón, obtenemos el mismo número. Esto significa que la función de onda de ese electrón es definida. Ahora si preparamos otro electrón en el mismo experimento, y medimos su posición, obtendremos otro número. Si hacemos este experimento muchas veces, obtendremos un patrón, que es descrito por la función de onda. Entonces, al medir un electrón, la función de onda cambia. Antes de la medición, la función de onda posee toda la información de las distintas probabilidades. Después de la medición la función de onda solo posee la información relacionada con la medición hecha. Esto se conoce como colapso de la función de onda.

El colapso de la función de onda es un postulado matemático bien definido, pero cuya interpretación es aun diversa. Los padres de la Mecánica cuántica (QM) pensaban que el colapso se debía a la presencia de una conciencia, que observaba las medidas. Esta interpretación ya no tiene mucha aceptación entre los físicos. Pero la duda queda, ¿es la función de onda una descripción de la realidad?, y si lo es, entonces, ¿qué significa medir?, ¿por que hay una base privilegiada donde la función de onda colapsa?. Mas aún, uno podría abandonar la posición determinista, y decir, ok, QM es diferente al determinismo del mundo clásico, pero entonces, ¿donde está la barrera entre lo cuántico y lo clásico?, ¿pueden existir estados macroscópicos que sean cuánticos?, Estas preguntas ganan relevancia cuando se pueden hacer experimentos, no ya con un par de átomos, pero con sistemas del orden de milímetros, donde se pueden observar fenómenos cuánticos!!

Cometa ISON muy cerca del Sol

C/2012 S1 o ISON, como se conoce por estos días, es un cometa que tiene a los astrónomos y público en general muy interesado y siguiéndole todos los pasos. Este interesante objeto se cree que proviene de la nube de Oort, la nube de residuos de la época de formación del sistema solar, que consisten en su mayoría en planetesimales (o básicamente piedras de todos los tamaños, como plutón o menor) congelados. Este cometa es el primero que vemos que tiene una órbita desde la nube de Oort directo al Sol (cometa rasante del sol o sungrazing en inglés). La gran pregunta de estos días es: sobrevivirá el cometa al encuentro con el sol o se desintegrará? Si logra sobrevivir,  aparecerá en unos días visible desde el hemisferio norte, y podrá ser visto en plena luz del día! Si no, se desintegrará debido al calor intenso que sentirá...

Y cuando sabremos el destino del cometa? ahora mismo! en el twitter de las noticias del cometa (@ISONUpdates) anunciaron mientras escribo esta entrada que estamos a unas 5 horas del momento en que  la superficie del cometa alcance el punto donde se empieza a derretir... Mañana 28 de noviembre es el día clave....esperemos que sobreviva!

Mientras, los dejo con la espectacular imagen de SOHO (satélite que monitorea al sol) cuando el cometa apareció en el campo de visión

Fuente: @ISONUpdates

Otros links con más imágenes e información del cometa:

http://www.slate.com/blogs/bad_astronomy/2013/11/21/comet_ison_12_cool_facts.html

http://www.startres.net/todo-sobre-ison/ (este link en español, blog creado por 3 estudiantes de magíster en Astrófisica de Valparaíso)

http://apod.nasa.gov/apod/ap131123.html

http://apod.nasa.gov/apod/ap131127.html

http://www.universetoday.com/106674/say-goodbye-to-comet-ison-for-now-timelapse-and-image-gallery/

https://twitter.com/CometISONnews

https://twitter.com/ISONUpdates

Actualización: Al parecer, el cometa ISON no resistió su pasada por el sol y el núcleo se desintegró... Pero nos dio unas imágenes impresionantes, como el video en este link.

Actualización de la actualización: Mientras escribía la actualización anterior, leo en el twitter de Phil Plait (https://twitter.com/BadAstronomer) que al parecer algo del cometa quedó, como muestra la imagen de SOHO... los cometas son impredecibles!

¿Por qué es importante la astronomía?

Hace algunas semanas encontré un artículo presentado en la página web de la Unión Astronómica Internacional con el título que usé para esta entrada [1]. Me llamó la atención inmediatamente, por supuesto. La razón es simple: Desde que entré a estudiar mi carrera, cada vez que interactúo con alguien y cuento lo que hago, recibo una cara de desconfianza... o de duda... o incluso de lástima! “¿Y para qué sirve eso?”, “¿Cuál es el campo laboral?” son algunas de las frases que escucho SIEMPRE (un caso aparte es el sorprendente número de personas que afirma que siempre soñó ser astrónomo cuando chico, pero cuando había que elegir, eligieron “en serio”).

La astronomía, en apariencia, es una ciencia alejada de la realidad de las personas. Es cierto, no estamos buscando la cura del cáncer, ni la paz mundial, ni la pizza perfecta. A nadie le parece demasiado fundamental ni le dedicaría tanto tiempo a la zona de formación estelar en dirección al centro Galáctico que por estos días me tiene muy ocupada en mi trabajo. Y bueno, no puedo culparlos. Pero la astronomía tiene un impacto en nuestra vida diaria, y en esta columna quiero comentar el artículo mencionado antes, y mostrar ese rol que existe desde...que el hombre es hombre. Daré algunos ejemplos, nombrados en el artículo,  de cómo, gracias a la astronomía, se han desarrollado tecnologías que usamos todos.

Una “selfie” para el Facebook.

Las cámaras digitales revolucionaron la fotografía. Nada más fácil que sacar mil fotos donde quieras, sin la limitación del rollo, asegurándote que salgas en tu mejor ángulo, y acumulando miles de gigabytes de imágenes. Pues bien, esa nueva y revolucionaria tecnología fue posible gracias al Charged Couple Device o CCD (dispositivo de carga acoplada en español). En palabras simples, este dispositivo convierte las partículas de luz (fotones) recibidas en corriente eléctrica. William Boyle y George Smith recibieron el premio nobel el 2009 por inventar los primeros dispositivos. Y, sí señor, uno de los primeros usos de estos dispositivos fue en los telescopios, reemplazando las placas fotográficas.

Típicamente, nos sacamos una foto, y queremos compartirla en las redes sociales, conectándonos inalámbricamente, o por WLAN. La tecnología de WLAN (que es usada en el Wi-Fi) está basada en un método usado por John O'Sullivan en 1977 para mejorar imágenes tomadas por radiotelescopios (o antenas que observan en el rango de longitud de onda correspondiente a mm-cm. Un ejemplo famoso de radiotelescopio es el proyecto ALMA, el más grande del mundo, ubicado en Chile). 

CCD, el pequeño chip presente en los telescopios y en nuestras cámaras y smartphones

Fuente: Google Images

Astronomía y Medicina: el afán de ver más allá.

Mi abuelita una vez me dijo que era una lástima que yo iba a ser de los doctores inútiles... Chiste aparte, astronomía y medicina comparten una limitación importante: necesitan analizar con detalle ambientes difíciles de observar. Técnicas salidas de la radioastronomía son usadas para la detección de tumores; sensores de temperatura para controlar telescopios son usados también para controlar calefacción en unidades de neonatología, y un escáner de rayos X desarrollado por la NASA es usado en los aeropuertos.

No todos son instrumentos: un software diseñado para procesar imágenes de satélites tomadas en el espacio también ayuda a investigadores médicos a detectar signos de Alzheimer en escáner cerebrales.

Y siguiendo con softwares, hay mucho ejemplos donde softwares diseñados para análisis en astronomía son utilizados por empresas de comunicaciones, ingeniería, energía.

Una imagen de rayos X de un tórax humano

Fuente: Google Images 

Una imagen del remanente de Supernova Cassiopea A. Las estrellas y los filamentos azules débiles corresponden a luz visible, y la nube con colores borrosos es una imagen en rayos X tomada con el telescopio espacial Chandra. Debido a que la atmósfera de la Tierra absorbe este tipo de radiación, sólo podemos observar rayos X desde gran altitud con globos, cohetes sondas y satélites. 

Fuente: APOD

Nuestra idea del tiempo...y la Humanidad.

La necesidad de organizar el tiempo ha estado presente en la mayoría (sino todas!) las civilizaciones. Y en todos los casos, estos calendarios se crearon a partir de la observación de los ciclos de la Luna y el Sol, o incluso Venus. Sin ir más lejos, el año nuevo mapuche, el We Txipantü, coincide con el solsticio de invierno en el hemisferio sur, o más bien, unos días despúes, cuando el sol empieza a regresar a tierras mapuches (wiñol-txipan-antü). Un significado poético y un agudo conocimiento de los ciclos terrestres alrededor del Sol.

Una de las primeras cosas que hizo la Humanidad fue mirar el cielo e interesarse por el espacio. Hermosas historias mitológicas están escritas en las estrellas y la proyección aparente de su posición, llamadas constelaciones. Además, han guiado a navegantes a través de los siglos. Y nos han dado una posición en el Universo. Cuando Copérnico descubrió que la Tierra no era el centro del Universo, no sólo hizo un avance científico, sino que causó una revolución en la historia que influyó en la religión, ciencia y la sociedad en general. Y ahora que entendemos que somos una parte muy insignificante en un Universo que se expande aceleradamente, buscamos en las estrellas más respuestas a nuestras preguntas fundamentales, como cuál será nuestro destino, o si somos los únicos en este espacio que parece infinito.

Para terminar, sólo quiero decir que, además de todos los beneficios y desarrollo que han sido posibles gracias a la astronomía, para mí es interesante sólo porque sí. Porque el trabajo creativo, como lo es también el arte, sin ningún otro motivo aparente, son un bien superior para todos.

[1] el link al artículo mencionado. En inglés.

Chile, Laboratorio Natural

Este domingo 24 de noviembre a las 18:30 horas comienza en La Cultura Entretenida de TVN la serie de EXPLORA CONICYT y TVN,

“Chile, Laboratorio Natural" 

La serie de 8 capítulos y 16 historias mostrará cómo Chile es esencialmente un laboratorio natural, con una múltiple variedad de ecosistemas, microclimas y escenarios de distintas características, muchos de ellos únicos en el mundo, lo que nos brinda la oportunidad de desarrollar importantes proyectos de ciencia y tecnología.

Los invitamos a compartir esta noticia con sus familias, amigos y redes

Sobre un pequeño motor que sustenta la vida

Cuando una corriente eléctrica pone a girar una turbina, o un poco de gasolina explota y produce movimiento en el pistón de un motor,  estamos frente a un fenómeno sorprendente. Es el paso de una forma de energía que está completamente oculta de nuestros sentidos a un estado que permite el movimiento de objetos tan  cotidianos como un ventilador o  el  autobús.  Un ejemplo más cercano nos sucede diariamente cuando utilizamos la energía química almacenada en los alimentos para mantener latiendo nuestro corazón, respirando a nuestros pulmones, o pensando a nuestro cerebro. Todos habremos escuchado que un desayuno rico en carbohidratos es bueno para comenzar el día con energía y  que si queremos bajar de peso necesitamos hacer mayor actividad física para “quemar” grasa. Visto de esta manera, el cuerpo humano aparece como una gran máquina que necesita combustible para funcionar. Pero si somos como una máquina y el alimento es nuestro combustible ¿Dónde están  nuestras turbinas? Martin Karplus, premio Nobel de química de este año, ha trabajado en la comprensión de este fenómeno, siguiendo la línea de los pioneros John Walker  y Paul Boyer quienes lo obtuvieron el año 1997. En este artículo, entenderemos como un motor molecular contribuye a utilizar la energía que proviene de nuestros alimentos.

Cada vez que las células de nuestro cuerpo orquestan algún tipo de movimiento, muchas procesos moleculares suceden, pero todos ellos tienen en  común la necesidad de ATP  o adenosin trifosfato.  La disponibilidad de ATP dentro de la célula es esencial y  cuando éste  se acaba equivale a quedarse “sin combustible”, produciéndose la muerte celular. En todo nuestro cuerpo hay en total alrededor de 50 gramos de ATP, pero se está constantemente produciendo y gastando a un ritmo extremadamente alto. Tan alto que en un solo día nuestro cuerpo reutiliza tantas moléculas de ATP que si las pesáramos equivaldrían a cerca de ¡180 kg! Por ello, buena parte de los alimentos que ingerimos se utilizan para aportar la energía que permita sostener una adecuada cantidad de ATP dentro de las células. De hecho, el llamado “rigor mortis” de los cuerpos después de la muerte se explica porque los músculos no pueden relajarse si carecen de ATP.

      Para entender porqué el ATP es importante debemos mirar su naturaleza química. Es una molécula que posee tres grupos fosfato (P), de carga negativa, donde el último de ellos resulta fácil de transferir y enlazar a otras estructuras ( figura 1). Por otro lado, el ATP es fácilmente hidrolizable lo que quiere decir que un grupo fosfato  se libera y el  ATP se transforma en ADP (Adenosin difosfato) más un grupo fosfato libre (Pi) y energía. Muchas reacciones fundamentales de la célula necesitan acoplarse a esta hidrólisis para utilizar esta energía ya que de otro modo no podrían suceder.  Cuando hablamos de enlazar o transferir grupos fosfato a una estructura celular es fundamental tener en cuenta que son moléculas cargadas eléctricamente. Si recordamos la simple regla de que cargas iguales se repelen y cargas opuestas se atraen, entenderemos por qué no da lo mismo que un grupo fosfato esté o no esté presente.

Figura 1. Nucleótidos de  Adenosina. El ATP posee tres grupos fosfatos (P) enlazados que se unen a la Adenosina. El primero de ellos resulta muy fácil de transferir o hidrolizar, formando ADP. Fuente: Google Images (modificada)

Por ejemplo, imaginemos que para poder mantener abierto un ascensor “pegáramos” dos grupos fosfato en cada puerta de modo que al acercarse se repelan eléctricamente, entonces las puertas no se cerrarán y el movimiento será en sentido opuesto (figura 2).  A nivel molecular, este mismo tipo de regulación mediante grupos fosfatos sucede fundamentalmente en las proteínas. Las proteínas son cadenas largas de aminoácidos, unidos como las cuentas de un collar, que adquieren  estructura tridimensional y flexible (como una madeja de lana, figura 3) Muchos de estos aminoácidos poseen cargas eléctricas, de manera que la presencia o ausencia de grupos fosfato puede cambiar radicalmente su estructura por atracción o repulsión de cargas. Este proceso de transferencia de fosfatos es el que explica una amplia gama de acciones que van desde el desplazamiento de una pequeña ameba, la apertura de un canal iónico, o la contracción muscular que nos permite levantar un brazo.

Figura 2. Ejemplo del ascensor. Cuando las puertas no están unidas a un grupo fosfato pueden cerrarse.  La unión de un grupo fosfato (o fosforilación) impide el cierre de las puertas moviéndolas en dirección opuesta por la  repulsión de cargas del mismo signo.

Figura 3. Estructura tridimensional de la  proteína estrella de este artículo:  ATP sintetasa  o 
Bomba de ATP impulsada por protones.  Se destaca el sitio de giro o rotor, las zonas de unión de ADP (adenosin difosfato) y Pi (fósforo inorgánico) para formar ATP y el canal  (a) por donde fluyen los protones (H+). Fuente: Gao, Y.Q., Yang, W., and Karplus, M. (2005). A structure-based model for the synthesis and hydrolysis of ATP by F1-ATPase. Cell 123, 195-205. http://www.cell.com/abstract/S0092-8674(05)01024-X

Ya dijimos que pasar de ATP a ADP es relativamente sencillo, pero una vez que aquello sucede la energía química ya se ha consumido y para seguir funcionando debemos generar nuevamente ATP. Lograr esto no es gratis, pues debemos invertir energía para reunir nuevamente los tres fosfatos en la misma molécula. Entonces ¿Cuál es la fuente  de esta energía? Y  ¿Cómo es posible sintetizar ATP?

Para simplificar la serie de reacciones previas a la síntesis de ATP, veamos sólo dos ecuaciones que describen procesos muy similares que ocurren fuera y dentro de los seres vivos. La primera ecuación muestra la oxidación de un combustible (metano), dando paso a dióxido de carbono (CO2), agua (H2O) más energía (figura 4). La oxidación química, en simple, consiste agregar o enlazar oxígenos a una determinada sustancia. Esto es lo que hacemos, por ejemplo, cuando freímos tocino, aprovechando la reacción del gas con el oxígeno del aire para producir fuego y calor en los quemadores. La siguiente ecuación muestra la reacción de oxidación de la glucosa, un proceso que también se conoce como “respiración celular”. La glucosa es un carbohidrato que constituye la fuente más directa de energía de nuestras células. Podemos notar que en ambas reacciones los productos son idénticos, con la diferencia de que en nuestro cuerpo la energía que se produce genera ATP.  Vemos que la misma energía que hay en el universo  termina siguiendo distintos caminos, ya sea en la forma de calor en la leña de una fogata o entregando movimiento a nuestro cuerpo gracias a los carbohidratos que consumimos. En este sentido, no es una locura cuando hablamos de “quemar” grasa mediante la actividad física. Pero si la glucosa entrega energía mediante su oxidación ¿quién es el responsable directo de la formación de ATP?

Figura 4. Ecuaciones químicas de la combustión del metano y los procesos metabólicos que realiza la célula para obtener energía a partir de glucosa. En ambos casos se parte desde compuestos orgánicos que se oxidan para producir energía, dióxido de carbono y agua. En la célula esa energía se utiliza mediante ATP. Fuente: Google images (modificada)

En los seres vivos, encontramos a lo menos tres formas distintas de sintetizar ATP. En esta ocasión nos centraremos en una que es llamativa por su eficiencia y  similitud con máquinas que nos son muy familiares. Se trata de una proteína muy especial llamada bomba de ATP impulsada por protones o ATP sintetasa, el cual es un motor molecular. Esta bomba es muy similar a una rueda que aprovecha el flujo de agua de un rio para poder girar. En este caso el “flujo de agua” lo forman pequeños átomos de hidrógeno con carga positiva llamados protones (H+), los cuales se acumulan en gran cantidad dentro de la membrana interna de un organelo llamado mitocondria. Esta acumulación utiliza la energía que proviene del proceso de oxidación de la glucosa que  mencionamos más arriba. Luego de acumularse, los protones tienden a escapar (pues al tener la misma carga se repelen) y ésta salida es aprovechada por la bomba para poder girar y juntar el ADP con un grupo fosfato libre (Pi), formando ATP. Cada giro del rotor de la bomba requiere el paso de unos nueve protones, esto sucede rotando a cerca de 200 revoluciones por minuto, tiempo en el que se producen alrededor de 600 moléculas de ATP. El siguiente link contiene imágenes muy ilustrativas de este proceso http://www.mrc-mbu.cam.ac.uk/research/atp-synthase Posteriormente, nuevos ciclos de consumo de glucosa van entregar la energía suficiente para devolver los protones que migraron, acumularlos y seguir sintetizando ATP.

     Otra característica de esta máquina es que su eje de rotación es sencillamente espectacular, produciendo un roce estructural muy bajo que casi no desperdicia energía útil en forma de calor. Por ello, está muy cerca de ser una “máquina ideal”. Nadie ha logrado hacer semejante máquina termodinámicamente perfecta,  excepto Lisa Simpson https://www.youtube.com/watch?v=tQ9o5Fvrw_8

Figura 5. Síntesis de ATP en la membrana interna de la mitocondria. La acumulación de protones en esta cavidad permite que luego salgan "disparados" hacia el exterior, haciendo rotar el eje de la bomba de protones para que pueda formar ATP a partir de ADP y un fosfato libre (Pi). Fuente: Google images, (modificada)