El Telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA, ha producido la imagen más detallada hasta ahora de Messier 9, un grupo globular de estrellas situado cerca del centro de la galaxia. Esta bola de estrellas es demasiado débil para ver a simple vista, sin embargo, Hubble puede ver más de 250,000 estrellas individuales brillando en ella.
Messier 9, en la imagen, es un grupo globular, un enjambre más o menos esférico de estrellas que se encuentra a alrededor de 25,000 años luz de la Tierra, cerca del centro de la vía láctea, tan cerca a la fuerza gravitacional del centro de la galaxia que la ha deformado un poco.
Los grupos globulares se cree que albergan algunas de las estrellas más viejas de nuestra galaxia, nacidas cuando el Universo tenía solo una pequeña fracción de su edad actual. Además de ser mucho más antiguas que el sol – alrededor del doble de su edad – las estrellas de Messier 9 también tienen una composición marcadamente diferente, y están enriquecidas con un número menor de elementos pesados que el sol.
En particular, los elementos cruciales para vida en la Tierra, como oxígeno y carbono, y el hierro que forma el núcleo de nuestro planeta, son muy escasos en Messier 9 y grupos como él. Esto es porque los elementos más pesados del Universo se fueron formando gradualmente en los núcleos de estrellas y en explosiones de supernovas. Cuando las estrellas de Messier 9 se formaron, había cantidades mucho más pequeñas de estos elementos en existencia.
Messier 9, como su nombre lo indica, fue descubierto por el gran astrónomo francés Charles Messier en 1764. Incluso a través de los telescopios más avanzados del momento, ninguna de las estrellas en el grupo podría ser vista individualmente. Messier, viéndolo solamente como una tenue mancha, clasificó el objeto como una nebulosa – o “nube” en Latin. Fue solo más tarde en el siglo 18 que los astrónomos, el más notable William Herschel, comenzó a detectar estrellas dentro del grupo.
El contraste entre el equipo de Messier y las herramientas de que disponen los astrónomos de hoy en día es muy marcado. La imagen de Hubble, la más alta resolución de imagen hecha hasta ahora de Messier 9, es capaz de diferenciar estrellas individuales, justo en el concurrido centro del grupo. Más de 250,000 de ellas están bien enfocadas en el detector de la cámara avanzada de Hubble para los estudios, en una imagen que cubre un área no más grande que el tamaño de la cabeza de un alfiler a la distancia del brazo.
Además de mostrar las estrellas individuales, la imagen del Hubble muestra claramente los diferentes colores de las estrellas. El color de una estrella está directamente relacionado con su temperatura – contra intuitivo, quizás, mientras más rojo es, más frío es; y mientras más azul es, más caliente es. La amplia gama de temperaturas estelares aquí se muestra claramente por la amplia paleta de colores visibles en la imagen del Hubble de Messier 9.
El vecindario de Messier 9 es interesante también, y es marcado por dos nebulosas vastas y oscuras. Estas nubes ennegrecidas de polvo interestelar son conocidas como Barnard 259 (hacia el sureste de Messier 9) y Barnard 64 (al oeste), y son claramente visibles en el amplio campo de las imágenes de la agrupación.
El Telescopio Espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la ESA (Agencia Espacial Europea) y la NASA.
Inspirado por un juguete, el “buckliball” – una estructura colapsable fabricada de una sola pieza de material – representa una nueva clase de estructura tridimensional similar al origami.
Denise Brehm, Civil and Environmental Engineering. Original (en inglés).
Motivados por el deseo de determinar la estructura tridimensional más simple que pudiera tomar ventaja de la inestabilidad mecánica para colapsarse reversiblemente, un grupo de ingenieros del MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts) y de la Universidad de Harvard estuvieron frustrados – hasta que uno de ellos encontró un juguete colapsable y esférico que se asemejaba a las estructuras que habían estado explorando, pero con un diseño complejo de 26 elementos sólidos movibles y 48 bisagras rotatorias.
El juguete inspiró a los ingenieros a crear un objeto hueco esférico hecho de caucho suave que no contenía ninguna parte móvil, pero vestido con 24 cavidades cuidadosamente espaciadas. Cuando el aire se extrae de la buckliball con una jeringa, los delgados ligamentos que forman columnas entre las cavidades laterales colapsan. Este es el equivalente en ingeniería de aplicar una carga similar en todas las vigas de una estructura simultáneamente para inducir el pandeo, un fenómeno que fue estudiado por primera vez por el matemático Leonhard Euler en 1757.
Cuando los delgados ligamentos de la buckliball se pandean, los ligamentos más gruesos que forman filas entre las cavidades pasan por una serie de movimientos a los que los investigadores se refieren como “cascada cooperativa de pandeo”. Algunos de los ligamentos más gruesos rotan en el sentido del reloj, otros en sentido contrario – pero todos se mueven de manera simultanea y armoniosa, volviendo las cavidades originales y circulares en elipses verticales y horizontales en patrones que se alternan antes de cerrarse completamente. Como resultado, la buckliball se transforma en un rombicuboctaedro de alrededor de la mitad del tamaño (46 por ciento) de la esfera original.
Los investigadores nombraron su nueva estructura por su uso del pandeo (buckling en inglés) y su parecido a las buckybolas, moléculas esféricas de carbono puro cuyo nombre fue inspirado por los domos geodésicos creados por el arquitecto e inventor Buckminster Fuller. La buckliball es la primer estructura transformable que incorpora el pandeo como un elemento deseable de la ingeniería del diseño. El proceso de pandeo induce el doblado de la esfera en porciones – similar a la manera en que el papel se dobla en el origami – así los investigadores colocan su buckliball en un marco más grande de trabajo de origami inducido por pandeo al que ellos llaman “buckligami.”
Por que su colapso es completamente reversible y puede ser alcanzado sin partes móviles, las estructuras transformables como la de la buckliball tienen el potencial para amplias aplicaciones, desde la micro hasta la macroescala. Podrían ser usadas para crear edificios más grandes con techos o muros colapsables, pequeñas cápsulas de entrega de drogas o articulaciones suaves móviles que no requieran piezas mecánicas. También tienen el potencial de transformar Transformers y otros tipos de juguetes. (El juguete que les provocó a los investigadores su epifanía es el Twist-O).
Los investigadores – Jongmin Shim, un posdoctorado en Harvard; Claude Perdigo, estudiante visitante en el MIT; Elizabeth Chen, un reciente graduado de la Universidad de Michigan quien se unirá a Harvard para un posdoctorado en el otoño; Katia Bertoldi, una profesora asistente de Ingeniería Civil y Ambiental, Pedro Reis, Esther y Harold E. Edgerton profesor Adjunto de Ingeniería Civil y Ambiental y de Ingeniería mecánica en el MIT – escribieron una revista académica sobre su trabajo que aparece esta semana en el Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
“En ingeniería civil, el pando es asociado comúnmente con una falla que debe ser evitada. Por ejemplo, uno típicamente quiere calcular el criterio de pandeo para columnas y aplicar un factor adicional de seguridad, para asegurarse de que el edificio se sostenga”, dice Reis. “Estamos tratando de cambiar este paradigma al convertir la falla en funcionalidad en estructuras mecánicas suaves. Para nosotros, la buckliball es el primero de dichos objetos, pero habrá muchos otros”. Por ejemplo, un brazo robótico podría ser construido de una sola pieza de material usando un patrón de cavidades diseñada precisamente en los puntos donde se quiere que se doble, que cuando se activa por una señal de presión se doble.
“La buckliball no solo abre caminos para el diseño de estructuras doblables en un gran rango de escalas de longitud, también podría ser usada como un bloque de construcción para crear nuevos materiales con propiedades inusuales, capaz de contracciones dramáticas en todas las direcciones”, dice Bertoldi.
La investigación de Reis utiliza pruebas de laboratorio precisas y análisis matemáticos para determinar la física básica detrás del comportamiento mecánico de materiales. El grupo de investigación de Bertoldi usa herramientas de mecánica computacional para descifrar la mecánica de estructuras suaves. Los dos equipos colaboraron en la buckliball: El equipo de Reis realizó los experimentos de laboratorio con la ayuda de técnicas de fabricación digital (como una impresora tridimensional) para crear objetos con geometría precisa, y el grupo de Bertoldi usó computación para analizar más profundamente las mecánicas detalladas del proceso.
Chen, quien estaba visitando Harvard en el momento, determinó que solo cinco estructuras esféricas geométricas tienen el potencial para el colapso reversible inducido por pandeo. (El ejemplo específico del rombicuboctaedro de 12 agujeros de Fuller que se colapsa en un cuboctaedro es una de estas cinco). Los parámetros de diseño para las buckliballs incluyen el tamaño de la cavidad, lo grueso del delgado caparazón dentro de la cavidad y la rigidez del material usado para fabricar la buckliball.
La naturaleza, según parece, ya había resuelto esto. Los virus inyectan sus ácidos nucleicos dentro de un anfitrión a través de una transformación estructural reversible en la que 60 agujeros se abren o se cierran basados en cambios en la acidez del entorno de la célula, un mecanismo diferente que logra un colapso reversible similar a una nanoescala.
“Lo que es emocionante sobre este trabajo es que usa inestabilidades para básicamente amplificar presiones pequeñas o moderadas en movimientos dramáticos”, dice Carmel Majidi, una profesora asistente de Ingeniería Mecánica en la Universidad Carnegie Mellon cuya investigación en robótica suave se enfoca en materiales estirables similares a la piel que contienen sensores. “Una limitación de trabajar robótica de materiales suaves es que son suaves; no pueden producir las altas presiones que obtienes con máquinas pesadas, así que lo que queda son máquinas que proveen solo presiones moderadas. Esto hace difícil el alcanzar deformaciones dramáticas. Si unes una piel robótica como un dispositivo médico asistente en un humano, puede monitorear el movimiento. Pero con avances como la buckliball, la piel podría incluso ser capaz de cambiar activamente su forma y ayudar directamente con las tareas motoras.
El trabajo fue patrocinado a través de una beca de la Fundación Nacional de Ciencia al Centro de Ciencia de Investigación de Materiales e Ingeniería de Harvard y por fondos de la Universidad de Harvard y el MIT.
La espectroscopía infrarroja le permite a los científicos analizar la estructura de proteínas en una escala temporal ultrarápida.
Anne Trafton, MIT News Office. Original (en inglés).
Las proteínas pueden tomar muchas formas diferentes, y esas formas ayudan a determinar la función de cada proteína. Analizando esas estructuras puede decirle a los científicos mucho sobre cómo se comporta una proteína, pero muchos de los métodos utilizados ahora para estudiar la estructura requieren que las proteínas sean cristalizadas o alteradas de otra manera a partir de su estado natural.
Ahora, investigadores del MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts) han desarrollado una forma de analizar proteínas que no requiere de ningún tratamiento previo. La técnica es además extremadamente rápida, permitiéndole a los científicos ver, por vez primera, como una proteína cambia su forma en picosegundos, o billonésimas de segundo.
Los investigadores, liderados por el profesor de química Andrei Tokmakoff y el posdoctorado Carlos Baiz, describen la nueva técnica este mes en el diaro Analyst. Su acercamiento está basado en una tecnología conocida como espectroscopía infrarroja bidimensional, que trabaja enviando pulsos de luz infrarroja a una molécula y mide las vibraciones moleculares resultantes. En la nueva revista, los investigadores encontraron una manera de analizar esos datos y correlacionarlos a elementos estructurales comunes encontrados en proteínas.
Una vez ensambladas, las proteínas tienden a doblarse en una o dos estructuras secundarias, conocidas como hélices alfa (hélice α) y beta-láminas (u hoja plegada β). En este estudio, los investigadores distinguieron entre esas dos estructuras examinando como los enlaces entre el carbono y el oxígeno – encontrado en cada uno de los amino-ácidos que forman las proteínas – vibraban cuando eran expuestos a luz infrarroja.
En una hélice alfa, los enlaces carbono-oxígeno van paralelos al esqueleto de la proteína; en una beta-lámina, esos enlaces son perpendiculares a la hoja. Debido a esa diferencia, los enlaces vibran a frecuencias diferentes cuando son golpeadas por luz infrarroja. Esto le permite a los desarrolladores calcular el porcentaje de los amino-ácidos que pertenecen a la estructura de hélice y el porcentaje que forma una beta-lámina.
Los investigadores confirmaron la precisión de sus cálculos analizando un grupo de proteínas cuya estructura ya era conocida. Su método no revela realmente la estructura exacta de una proteína, pero los investigadores están trabajando en maneras de determinar los arreglos de las láminas y hélices de los datos espectroscópicos.
“En principio, la estructura completa de la proteína es representada en el espectro. El truco es como sacar la información”, dice Baiz, autor líder de la revista académica.
Una forma de hacerlo es analizar datos de un amplio rango de longitudes de onda infrarrojas. Los investigadores también están desarrollando métodos para obtener información sobre otros enlaces de los amino-ácidos.
Gracias a que el nuevo método puede ser realizado en millonésimas de segundo, puede ser usado para estudiar como las proteínas se doblan y desdoblan cuando son desnaturalizadas por el calor. Después de golpear una proteína con un rayo láser para calentarla, los investigadores pueden capturar una serie de tomas sobre como la proteína se desdobla en este muy corto período de tiempo.
“Este es el primer método que nos permitirá capturar tomas de la estructura de la proteína siendo desnaturalizada”, dice Baiz. “Usualmente la manera en la que la gente ve las proteínas es que comienzan con el estado desdoblado y terminan con el estado doblado, así que tienes dos estructuras estáticas. Lo que podemos hacer ahora es ver todas las estructuras en el camino”.
Munira Khalil, un profesor asistente de química en la Universidad de Washington, dice que la habilidad para rastrear los cambios estructurales en el tiempo es la más grande fortaleza de la técnica. “Una gran pregunta es ¿cómo se doblan las proteínas – en que punto pasan de ser una estructura completamente desordenada a una estructura ordenada?” dice Khalil, quien no estuvo involucrada en esta investigación.
Esto sería particularmente útil para estudiar proteínas que causan enfermedades cuando se doblan incorrectamente, como la proteína Tau encontrada en pacientes con la enfermedad de Alzheimer y el prión que causa la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob.
El método también puede medir los cambios estructurales que ocurren conforme las proteínas se unen una con la otra. “Si la proteína es como una roca, y no cambia, entonces realmente nunca va a unirse a su objetivo o hacer nada. Esos son los tipos de procesos que podemos ver – los cambios conformacionales que conducen la función biológica”, dice Baiz.
Cuando la gente habla acerca de un meteorólogo cocinando un pronóstico del tiempo, puede estar más acertada de lo que creen, dijo uno de los meteorólogos con los que la NASA cuenta para predecir las condiciones antes de un lanzamiento.
“Para ser honesto, yo comparo mucho pronosticar con cocinar”, dijo Joel Tumbiolo, un meteorólogo del 45o escuadrón del tiempo de la Fuerza Aérea, la unidad que se encarga de la previsión para cohetes lanzados en la costa del atlántico de los Estados Unidos. “En la cocina, usted tiene recetas que se siguen, pero para ser un buen cocinero hay que tener un cierto gusto y sentirlo, y yo siento que hay mucho de eso en el pronóstico del tiempo.
El equipo de meteorología monitorea las condiciones desde el nivel del suelo hasta unos cuantos miles de pies en el aire, una región que el cohete atravesará volando en un minuto o dos como máximo. Pero incluso una nube que cuelga baja puede ser suficiente para cancelar un lanzamiento.
“Si ese par de minutos no van bien, suceden cosas malas”, dijo Tumbiolo. “Usted siempre se pregunta, ‘¿Cómo puede un cohete que va a esa velocidad verse afectado por una nube?’ Pero hemos aprendido por ensayo y error que lo afecta”.
Los equipos de lanzamiento aprenden rápidamente el impacto del clima en una cuenta regresiva, dijo Omar Baez, director de lanzamiento del Programa de Servicios de Lanzamiento de la NASA, o (LSP – Launch Services Program).
“El clima es una de las cosas sobre las que nunca has pensado al entrar en el negocio de los cohetes y aprendes rápidamente cómo afecta nuestro negocio”, dijo Baez. “Y no es solo durante la fase de lanzamiento”.
Las condiciones climáticas determinan muchas de las actividades alrededor del sitio de lanzamiento, no solo los propios lanzamientos. Por ejemplo, vientos fuertes pueden impedir que equipos eleven una nave espacial a la parte superior del cohete. Las tormentas eléctricas pueden detener todas las actividades en la plataforma de lanzamiento. Por eso conseguir una predicción equivocada incluso para el trabajo de preparación de menor importancia puede resultar en una demora del lanzamiento.
El clima de Florida no es fácil para los meteorólogos. Desde la tormenta eléctrica que aparece casi de la nada en una tarde soleada a los vientos invisibles a miles de pies de altura, los patrones del estado del tiempo ofrecen muchas contradicciones aparentes.
“En una receta, si tiene A, B, C y D, se obtiene un cierto resultado”, dijo Tumbiolo. “en el clima, usted puede tener todos los datos que le dicen que algo va a suceder y al final del día sucede algo totalmente diferente. Eso no solo me desafía, me interesa”.
Aprendiendo a esperar y predecir cambios frecuentes es quizá la lección más importante. Eso es una desviación significativa de las condiciones que vio mientras crecía en el medio oeste, donde las condiciones que hubiera en el oeste con fiabilidad se convertirían en las condiciones en el este en un corto período de tiempo.
“Por supuesto aquí una gran cantidad del tiempo viene desde el océano”, dijo Tumbiolo. “Esa fue mi mayor transición, meter mis manos en torno al hecho de que el clima viene en todas las direcciones diferentes dependiendo que clase de día estemos teniendo”.
La clave para descifrar los cambios es experiencia, dijo Tumbiolo. Todavía, el tiempo tiene algunas sorpresas.
“A veces suceden cosas, y para ser honestos, uno simplemente no sabe, ‘¿por qué sucedió?’ pero eso es parte de ser un meteorólogo”.
Tumbiolo, que ha estado realizando el trabajo por 21 años, prevé alrededor de una docena de lanzamientos al año, incluidas las misiones de LSP.
Y, sí, los meteorólogos llevan la cuenta de cuantas predicciones acertaron.
“Siempre quieres saber que lo estás haciendo bien o que se puede mejorar, así que, sí, yo mantengo un promedio de aciertos. Durante los últimos 21 años, tendría que decir que mi promedio de aciertos está en el percentil de 80 a 85. Si puedo conseguir más de 80, estoy bastante contento.
Para Tumbiolo y el grupo de 5 oficiales del tiempo, la recompensa por un pronóstico correcto es un espectacular lanzamiento de un cohete al cielo para comenzar una misión multimillonaria. La penalidad por una predicción imprecisa puede ser terrible.
“Tenemos que prever por un tiempo muy específico, una ubicación específica”, dijo Tumbiolo. “Por lo tanto, no podemos dar una (previsión) general a brochazos, como, ‘Hay una posibilidad de un 30 por ciento de lluvias hoy'”.
Los meteorólogos trabajan a partir de un conjunto de reglas que todo el mundo debe estar de acuerdo antes de que un lanzamiento sea permitido. Cada regla cubre una condición específica, tal como la probabilidad de relámpago ocurriendo durante el lanzamiento.
“Estamos evaluando reglas, no solo creando juicios subjetivos”, dijo Tumbiolo.
Las buenas noticias son que los meteorólogos tienen mucha ayuda técnica para mostrarles todo desde nubes, lluvia y niveles de humedad hasta vientos altos sobre la superficie. Desde globos meteorológicos hasta radares Doppler y modelos computacionales sofisticados, los meteorólogos no estan trabajando solos para descifrar el futuro.
“Probablemente tenemos la red más densa de instrumentación climática que cualquier otro lugar que conozco”, dijo Tumbiolo.
Sin embargo, a veces los meteorólogos quieren su propia perspectiva. Conforme una cuenta regresiva se acerca a cero, Tumbiolo sube al techo del Centro de Operaciones Morrell en la Estación de la Fuerza Aérea en Cabo Cañaveral. La vista cubre la mayoría de la base y el cielo.
“Para mi, tu mejor instrumento son tus ojos,” dijo Tumbiolo.
Ha habido algunas pocas ocasiones cuando los instrumentos son descartados por los meteorólogos. Por ejemplo, el radar encontró una pequeña nube antes del lanzamiento de un Atlas. Se predijo que la nube se disiparía rápidamente. Cuando comenzó a crecer, Tumbiolo salió para mirarla.
“Tenemos una regla llamada la ‘regla del buen sentido’ donde es solo eso”, dijo Tumbiolo, “Si todas las otras reglas no están en violación pero no te parece correcto, las cosas están ocurriendo rápido, o las nubes se están formando rápido o simplemente no se siente bien, podemos invocar la regla y en todo el tiempo que he estado aquí quizá han sido una o dos veces cuando hemos invocado esa regla”.
“Las reglas son una red de seguridad. Son conservadoras, son restrictivas, y eso es algo bueno. Quieres una red de seguridad. Te da confianza.”
Esa confianza puede ser especialmente bienvenida en aquellas ocasiones cuando el cohete y la nave espacial están listos, pero el clima no está cooperando. Queda a consideración del director de lanzamiento el dar el visto bueno final para el despegue, pero Tumbiolo dice que el nunca ha sentido presión de ellos para que le de luz verde a una predicción solo para que comience la misión.
“La mayoría de los directores de lanzamiento conocen mucho sobre el clima”, dijo Tumbiolo. “No argumentan tu caso”.
Baez dice que confía en que los meteorólogos conozcan su campo y se apoya mucho en ellos.”
He aprendido más de lo que alguna vez pensé sobre el clima, y mantengo la literatura a la mano”, dijo Baez. “Es la sección en las notas de la consola de lanzamiento que me mantengo escuchando y donde pongo separadores para poder usarlo rápidamente como referencia”.
Hay un criterio climático que los meteorólogos no determinan: vientos altos. En su lugar, los datos de los globos meteorológicos y otros instrumentos son enviados a los ingenieros de lanzamiento de vehículos que tienen modelos computacionales específicos a la mano que rápidamente simula el lanzamiento de un cohete específico a través de condiciones específicas. Si la computadora dice que no es seguro, los ingenieros pueden abortar el lanzamiento.
“Podría ser un día con imagen perfecta y nos quedamos sin hacer nada debido a los vientos de nivel superior que no podemos ver pero que tienen el potencial de perturbar o voltear un vehículo de lanzamiento”, dijo Baez.
A pesar de que ha hecho la predicción del tiempo en el mismo lugar por más de dos décadas, Tumbiolo dijo que no tiene problemas para motivarse cada día a seguirlo haciendo.
El clima involucrado en cada lanzamiento es siempre diferente”, dijo Tumbiolo. “Siempre un diferente escenario del tiempo involucrado, así que para mí eso es siempre desafiante y motivador”.
Simplemente activando un pequeño número de neuronas puede evocar una memoria entera.
Cathryn Delude, Picower Institute for Learning and Memory. Original (En inglés).
Nuestras memorias apreciadas o temidas – ese primer beso o un golpe en la noche – dejan rastros de memorias que podemos evocar de tiempos pasados, completos con tiempo, lugar y todas las sensaciones de la experiencia. Neurocientíficos llaman a estos rastros engramas de memoria.
Pero, ¿son los engramas conceptuales, o son una red física de neuronas en el cerebro? En un nuevo estudio del MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts), los investigadores usaron optogenética para mostrar que las memorias realmente residen en células del cerebro muy específicas, y que simplemente activando una pequeña fracción de células del cerebro pueden recordar una memoria entera – explicando, por ejemplo, como Marcel Proust puede recapitular su niñez a partir del aroma de una galleta.
“Demostramos que el comportamiento basado en la cognición de alto nivel, como la expresión de una memoria específica, puede ser generada en un mamífero por una activación física altamente específica de una pequeña subpoblación de células cerebrales, en este caso por luz”, dice Susumu Tonegawa, el Profesor de Biología y Neurociencia en el MIT y autor líder del estudio reportado en línea en el diario Nature. “Esta es la prueba del siglo 21 rigurosamente diseñada que el neurocirujano canadiense Wilder Penfield ideó a principios del siglo pasado mediante una observación accidental que sugirió que la mente esta basada en materia”.
En aquella famosa cirugía, Penfield trató a pacientes de epilepsia al sacar partes del cerebro donde se originaban los ataques. Para asegurarse de que destruyó solamente las neuronas problemáticas, Penfield estimuló el cerebro con pequeñas descargas de electricidad mientras que los pacientes, que estaban bajo anestesia local, reportaban lo que experimentaban. Notablemente, algunos recordaron vívidamente eventos complejos enteros cuando Penfield estimuló solo unas pocas neuronas en el hipocampo, una región que ahora se considera esencial para la formación y el recordar memorias episódicas.
Los científicos han continuado explorando el fenómeno pero, hasta ahora, nunca se había probado que la reactivación directa del hipocampo era suficiente para causar el recordar memorias.
Arrojando luz en el asunto
Adelantándonos a la introducción, hace siete años, de la optogenética, que puede estimular neuronas que son genéticamente modificadas para expresar proteínas activadas por luz. “Pensamos que podríamos utilizar esta nueva tecnología para probar directamente la hipótesis sobre el cifrado de memorias y el almacenamiento en un experimento de mímica”, dice el coautor Xu Liu, un postdoctorado en el laboratorio de Tonegawa.
“Queríamos activar artificialmente una memoria sin la experiencia sensorial requerida, que provee evidencia experimental de que aún fenómenos efímeros, como memorias personales, residen en la maquinaria física del cerebro”, agrega el coautor Steve Ramirez, un estudiante graduado en el laboratorio de Tonegawa.
Los investigadores identificaron primero un grupo específico de células cerebrales en el hipocampo que solo estaban activas cuando un ratón estaba aprendiendo sobre un nuevo entorno. Determinaron qué genes fueron activados en esas células, y los mezclaron con un gen para channelrhodopsin-2 (ChR2), una proteína activada por luz usada en la optogenética.
Después, estudiaron a ratones con esta copla genética en las células de la circunvolución dentada del hipocampo, usando pequeñas fibras ópticas para entregar pulsos de luz a las neuronas. La proteína activada por luz solo se expresaría en las neuronas involucradas con el aprendizaje de experiencias – una manera ingeniosa de permitir el etiquetado de la red física de neuronas asociadas con un engrama de memoria específico para una experiencia específica.
Finalmente, el ratón entró en un entorno y, después de unos pocos minutos de exploración, recibió un pequeña descarga, aprendiendo a temer el entorno en particular donde ocurrió la descarga. Las células cerebrales activadas durante este condicionamiento de miedo se volvieron etiquetadas con ChR2. Más tarde, cuando fue expuesto a pulsos de luz desencadenantes en un entorno completamente diferente, las neuronas involucradas en la memoria de miedo se activaron – y el ratón rápidamente entró en un agazapo defensivo e inmóvil.
Memoria falsa
Este congelamiento inducido por luz sugirió que los animales estaban recordando la memoria de recibir una descarga eléctrica. El ratón aparentemente percibió este recuerdo de una memoria de miedo – pero la memoria fue reactivada artificialmente. “Nuestros resultados muestran que las memorias realmente residen en células cerebrales muy específicas”, dijo Liu, “y simplemente al reactivar esas células por medios físicos, como la luz, una memoria entera puede ser recordada”.
Refiriéndose al filósofo francés del siglo 17 que escribió, “pienso, por lo tanto existo,” Tonegawa dice, “René Descartes no creía que la mente pudiera ser estudiada como una ciencia natural. Estaba equivocado. Este método experimental es la manera de demostrar que la mente, como los recuerdos de memorias, están basados en cambios en la materia”.
“Este trabajo notable exhibe el poder de combinar las últimas tecnología para atacar uno de los problemas centrales de la neurobiología”, dice Charles Stevens, un profesor en el Laboratorio de Neurobiología Molecular en el Instituto Salk quien no estuvo involucrado en esta investigación. “Mostrando que la reactivación de esas células nerviosas que estuvieron activas durante el aprendizaje pueden reproducir el comportamiento aprendido es realmente un logro”.
El método también podría tener aplicaciones en el estudio de las enfermedades neurodegenerativas y neuropsiquiátricas. “Mientras más sepamos sobre las piezas móviles que forman nuestros cerebros”, dice Ramirez, “estaremos mejor equipados para encontrar lo que sucede cuando las piezas del cerebro se rompen”.
Otros contribuyentes a este estudio fueron Karl Deissenroth de la Universidad de Stanford, cuyo laboratorio desarrollo la optogenética, y Petti T. Pang, Corey B. Puryear y Arvind Govindarajan del Centro RIKEN-MIT para Genética de Circuitos Neurales en el Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria en el MIT. El trabajo fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud y el Instituto RIKEN de Ciencia del Cerebro.
Investigadores encuentran que el planeta pudo haber tenido un pasado dinámico
Jennifer Chu, MIT News Office. Original (en inglés).
Nuevas observaciones de una nave espacial orbitando Mercurio han revelado que el pequeño planeta alberga un interior muy inusual – y un vistazo de la topografía de la superficie de Mercurio por la nave sugiere que el planeta ha tenido una historia muy dinámica.
Las observaciones fueron tomadas por una sonda llamada MESSENGER (Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry and Ranging – Superficie, Ambiente Espacial, Geoquímica y Medición de Mercurio), la primera que alguna vez ha entrado en órbita alrededor de Mercurio. MESSENGER alcanzó la órbita de Mercurio en marzo del 2011, y desde entonces ha circulado el planeta dos veces al día, recolectando cerca de 100,000 imágenes y más de cuatro millones de mediciones de la superficie de Mercurio.
Un equipo de científicos de instituciones incluyendo al MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts), la Institución Carnegie de Washington, el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins y el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA han analizado los datos y mapeado precisamente la topografía del planeta y los campos gravitacionales. De los estimados de gravedad, el equipo encontró que Mercurio probablemente tiene una estructura interior inusual – un núcleo de hierro excepcionalmente grande recubierto por una capa sólida de sulfuro de hierro y un delgado manto y corteza exterior de silicato. De las mediciones topográficas, el equipo mapeó un gran número de cráteres en la superficie del planeta, realizando un descubrimiento sorpresivo: muchos de estos se han inclinado con el tiempo, sugiriendo que procesos dentro del planeta han deformado el terreno después de que los cráteres se formaron.
Lon investigadores detallan sus descubrimientos en dos revistas académicas publicadas esta semana en el diario “Science”.
“Anteriormente a las amplias observaciones del MESSENGER, muchos científicos creían que Mercurio era muy similar a la Luna – que se enfrió temprano en la historia del sistema solar, y que ha sido un planeta muerto a través de la mayoría de su evolución”, dice la coautora Maria Zuber, profesora de Geofísica en el MIT. “Ahora estamos encontrando evidencia convincente de una dinámica inusual dentro del planeta, indicando que Mercurio estuvo activo aparentemente por un largo tiempo”.
Misión mercuriana
Entrar en órbita alrededor de Mercurio no fue un logro sencillo, principalmente por su proximidad con el Sol. Cualquier nave espacial que se dirige hacia el planeta acelera, debido al poderoso campo gravitacional del Sol. Para contrarrestar el jalón del Sol y alentar a MESSENGER, el equipo de MESSENGER programó la sonda a que volara cerca de Venus dos veces, y Mercurio tres veces, antes de alentarse lo suficiente para ser capturado en la órbita de mercurio con la ayuda de un encendido del motor principal.
Tras entrar en la órbita de Mercurio, la nave espacial comenzó a medir las elevaciones de la superficie del planeta por medio de un altímetro láser. A través del rastreo por radio (el elemento), la sonda estimó el campo gravitacional del planeta. A través de la misión de un año, la nave espacial MESSENGER luchó con mareas desde el sol, que empujaron a la sonda fuera de su órbita óptima, así como lo que Zuber llama “presión de la luz solar” – fotones o paquetes de luz desde el sol que ejercen presión en la nave espacial. El equipo ajustó periódicamente la órbita de la sonda e hizo correcciones precisas a sus medidas para tomar en cuenta los efectos del sol, mapeando el campo gravitacional así como la elevación de la superficie del hemisferio norte de Mercurio.
Dentro y fuera
Las mediciones del equipo revelaron encuentros sorprendentes tanto en el interior del planeta como en su superficie. De los estimados gravitacionales de la sonda, el grupo dedujo que Mercurio probablemente tiene un núcleo enorme de hierro que incluye aproximadamente el 85 por ciento del radio del planeta. (En comparación el núcleo de la Tierra es alrededor de la mitad del radio en tamaño). Esto significa que el manto y y la corteza ocupan solo el 15 por ciento del radio exterior del planeta – aproximadamente tan delgado como la cáscara de una naranja, dice Zuber.
Los investigadores también razonaron, dado el campo gravitacional de Mercurio, que justo por encima de la capa fundida exterior del núcleo del planeta podría haber una capa sólida de hierro y azufre – un tipo de estructura en capas que no se conoce que exista en ningún otro planeta.
“Si el modelo de hierro y azufre es correcto, tendría implicaciones sobre como el dínamo dentro de Mercurio produce el campo magnético del planeta”, dice Gerald Schubert, profesor de ciencias de la Tierra y el espacio en la Univerdidad de Califoria en los Ángeles (UCLA), quien no participó en la investigación. “El proceso de generación del dínamo podría funcionar diferente en Mercurio comparado a la Tierra”.
El coautor Dave Smith, un científico investigador en el Departamento de las Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias del MIT, dice que el proceso científico que llevó a los resultados del equipó fue todo un viaje por sí mismo.
“Teníamos una idea de la estructura interna de Mercurio, [pero] las observaciones iniciales no encajaban con la teoría entonces dudamos de las observaciones”, dice Smith. “Trabajamos más y concluimos que las observaciones eran correctas, y entonces retrabajamos la teoría para el interior de Mercurio para que encajara con las observaciones. Así es como se supone que trabaje la ciencia, y es un buen resultado”.
A través de mediciones con láser de la superficie del planeta, los investigadores mapearon múltiples características geológicas en el hemisferio norte de Mercurio, encontrando que el rango de elevaciones eran más pequeñas que las de Marte o la Luna. También observaron algo inesperado en la cuenca Caloris de Mercurio, el más grande cráter de Mercurio: porciones del piso del cráter estaban más elevadas que su borde, sugiriendo que fuerzas dentro del interior empujaron el cráter después del impacto inicial que lo creó.
Zuber y su equipo también identificaron un área de tierras bajas centrada aproximadamente en el polo norte de Mercurio que pudo haber migrado ahí en el curso de la evolución del planeta. Zuber explica que un proceso llamado deambulación polar puede causar que características geológicas se muevan alrededor de la superficie del planeta debido a la redistribución de masa dentro o fuera de un planeta por procesos geodinámicos.
Uno de dichos procesos de transporte de masa en el interior de un planeta es convección dentro del manto. Material viscoso dentro del manto circula y puede empujar fragmentos de la corteza hacia arriba y hacia afuera, cambiando el terreno alrededor del planeta. Dado el manto extremadamente delgado de Mercurio, como fue revelado por MESSENGER, Zuber dice que es un reto encender como la convección operó para elevar amplias extensiones del terreno a las elevaciones observadas.
“Es interesante pensar qué pudo haber causado la deformación observada”, dice Zuber. “Parace que hay algunas dinámicas inusuales ocurriendo dentro de Mercurio”.
Se ha sabido por años que las aspirinas ayudan a prevenir ataques al corazón. Nuevos estudios indican que también pueden ayudar a prevenir el cáncer.
En tres estudios recientes, decenas de miles de participantes mostraron reducciones de cáncer metastático. Aún se desconoce cómo es que la aspirina y el cáncer están conectados, aunque los mecanismos de acción de la aspirina sugieren que el cáncer en cierta forma es un tipo de inflamación del cuerpo. Debido a la naturaleza vascular de los tumores y al sangrado que puede ocurrir, el cáncer aumenta los coágulos de sangre, por lo que la habilidad de la aspirina como antiagregante plaquetario (agente que inhibe la agregación de las plaquetas y por lo tanto la formación de trombos o coágulos en el interior de las arterias y venas) podría estar detrás de la reducción.
Los Ingenieros de Virginia Tech dicen que, debido a que su medusa robótica es alimentada por una reacción catalítica basada en hidrógeno en lugar de ser por electricidad, teóricamente podría tener energía indefinidamente.
Cuando se toma en consideración que nuestra mejor opción para alimentar vehículos submarinos actualmente son las baterías, los reactores nucleares o enlaces con la superficie, un sistema de propulsión químico es innovador.
El Robojelly (por Jellyfish, el nombre en inglés de la Medusa), es una maravilla de ingeniería de materiales. Fue construido de hojas de nanotubos de carbón de múltiples capas recubiertas de un catalizador de nano-platino. Éstas son vueltas alrededor de una aleación que conserva la memoria de la forma hecha de niquel-titanio.
Cuanto la capa catalizadora de platino hace contacto con la mezcla de los gases de hidrógeno y oxígeno, se libera calor, que causa que la aleación de memoria cambie de forma, dándole energía al movimiento de la medusa. En términos simples.
Científicos en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT – Massachusetts Institute of Technology) en Cambridge han creado una cámara que puede grabar imágenes de objetos ocultos detrás de paredes.
La cámara dispara un pulso de láser a un muro en el extremo alejado de la escena oculta, y graba el tiempo en el que la luz dispersa alcanza la cámara. Los fotones rebotan de la pared al objeto escondido y de vuelta a la pared, dispersándose cada vez, antes de que una pequeña fracción eventualmente alcance la cámara, cada una a un tiempo ligeramente diferente. La cámara captura esta información del tiempo de vuelo y la usa para reconstruir una imagen del objeto oculto.
La resolución del tiempo es la que brinda la clave para revelar la geometría del objeto oculto. La posición del pulso de láser es cambiada 60 veces para obtener múltiples perspectivas de la escena oculta. El pulso de láser tiene una duración de 50 femtosegundos (0.00000000000005 segundos). La cámara puede grabar imágenes cada 2 picosegundos (0.000000000002 segundos), el tiempo que le toma a la luz viajar 6 milímetros. Un programa toma la información recibida y reconstruye el objeto.
La Universidad Hebrea de Jerusalén ha escaneado más de 80,000 documentos pertenecientes a Albert Einstein. De acuerdo a un comunicado de prensa de la universidad, los documentos incluyen más de 40,000 papeles personales de Einstein y más de 30,000 documentos relacionados con Einstein descubiertos a partir de los años 80s.
El amplio rango de temas incluyen su solución al conflicto Judío-Árabe, una tarjeta postal a su madre, una carta de una de sus jóvenes amantes (Betty Neumann, de 24 años) pidiéndole ayuda para llegar a Estados Unidos. Algunos documentos han sido traducidos (ya que la mayoría estaban en Alemán) y anotados, y son completamente buscables.
