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Ciencia Fresca

La ciencia no deja de asombrarnos con nuevos descubrimientos insospechados cada semana. En el podcast Ciencia Fresca, Jorge Laborda Fernández y Ángel Rodríguez Lozano discuten con amenidad y, al mismo tiempo, con profundidad, las noticias científicas más interesantes de los últimos días en diversas áreas de la ciencia. Un podcast que habla de la ciencia más fresca con una buena dosis de frescura.

Reconocimiento de rostros. Metano bajo el océano. Comidas circadianas. Ondas gravitacionales.

Reconocimiento de rostros, cráteres de metano. - Podcast Ciencia Fresca - CienciaEs.com

Descubrimiento de la forma en que las neuronas codifican los rostros.

Lee Yang and Doris Y Tsao, dos científicos de los Institutos de investigación Caltech y Howard Hughes, de Pasadena en California, descubren la forma en que solo unos pocos cientos de neuronas del cerebro de los primates son capaces de codificar los rostros y permitir su identificación.

Es bien conocido que los primates, incluidos los humanos, son capaces de identificar y diferenciar rostros con una extraordinaria rapidez y seguridad. A los humanos puede irnos incluso la vida en ello, porque, evidentemente, confundir a la mujer con la suegra o al marido con el suegro tendría terribles consecuencias para cualquiera.

¿Cómo hace el cerebro para identificar los rostros? Los científicos revelan que el cerebro de los macacos utiliza un código bastante simple con el cual puede clasificar e identificar todos los rostros de su especie e incluso de especies relacionadas como los humanos. Para implementar este código no son necesarias millones de neuronas, sino solo alrededor de doscientas.

El descubrimiento acaba con la idea mantenida hasta ahora de que existían neuronas individuales que codificaban cada rostro, es decir, los humanos podríamos tener neuronas para Trump, para Putin, para Angelina Jolie o para Brad Pitt, por hablar de parejas recientemente rotas. Sin embargo, existen más de 7.000 millones de humanos en el planeta y eso implica que deberíamos tener una gran cantidad de neuronas reservadas para codificar en cada una de ellas un rostro diferente, una hipótesis que se ha revelado falsa.

En el programa, explicamos cómo funciona este código y cómo una vez conocido, los investigadores son capaces de reconstruir un rostro simplemente determinando qué neuronas se activan cuando un macaco lo ve.

Referencia. Chang and Tsao, The Code for Facial Identity in the Primate Brain, Cell (2017), http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2017.05.011

Liberación de metano en el fondo del Océano Ártico.

En el fondo de océano Ártico, atrapado entre los sedimentos, existen enormes depósitos de metano en forma de hidratos. Estos depósitos pueden sufrir liberaciones explosivas que lanzan a la atmósfera grandes cantidades de este gas de invernadero, varias veces más potente que el dióxido de carbono.
Dos artículos, publicados en Science y PNAS respectivamente, analizan las huellas dejadas por esas liberaciones en el Mar de Barents, al norte de Noruega, durante el último periodo interglaciar.

En el primero de los artículos, Karin Marie Andreassen y sus colegas de la Universidad de Noruega, junto a otros, analizaron nuevos datos geofísicos del fondo marino del norte del mar de Barents. El estudio reveló que existen más de 100 cráteres gigantes, con medidas entre 300 y 1.000 metros de diámetro que revelan la liberación brusca de enormes cantidades de metano en el pasado.

Estos cráteres tuvieron su origen en la acumulación de hidratos de metano, unas estructuras formadas por una red tridimensional de moléculas de agua, unidas por puentes de hidrógeno, que almacenan en sus huecos moléculas de metano procedente de la actividad biológica de microorganismos.
La historia de esos cráteres comenzó hace 30.000 años, cuando el Mar de Barentes estaba cubierto de una espesa capa de hielo, producto de la era glaciar. Este periodo frío de la Tierra tuvo su máximo hace 23,000 años, en lo que se conoce como el último Máximo Glaciar (LGM). A partir de ese momento, las condiciones comenzaron a cambiar y se fue produciendo una progresiva pérdida de masa helada que culminó en un periodo más templado, hace 11.000 años.

Durante ese tiempo, el metano almacenado en los sedimentos más profundos, sufrió una progresiva migración hacia la superficie, donde se recristalizó en forma de hidratos. Allí, el metano quedó almacenado en grandes bolsas de hidratos hasta que, debido al deshielo y el progresivo aumento de temperatura del agua, sufrieron una disminución de la presión y el gas fue liberado de forma brusca, así lo atestiguan los múltiples cráteres que han quedado en el fondo marino.

Este acontecimiento que tuvo lugar hace 11.000 años, podría repetirse ahora. Los datos de observación del fondo marino revelan la existencia en la actualidad de numerosos montículos de grandes dimensiones en el fondo marino, localizados principalmente en los flancos de los cráteres gigantes. Estos montículos tienen un diámetro que alcanza los 1100 metros y una altura de 20 metros, generalmente de forma semicircular a elíptica. En ellos se observan surcos con icebergs y fracturas que podrían ser producidas por la liberación de gas.

Estos estudios revelan un proceso natural de desgasificación que, si bien no tiene relación con la actividad humana, sí puede ser potenciado por la subida de temperatura debida al calentamiento global que nosotros estamos forzando. Lo que no se sabe con certeza es qué efectos podría tener la liberación de todo ese metano almacenado en el fondo oceánico si fuese liberado de manera brusca a la atmósfera.

Referencias:
Andreassen et al. Massive blow-out craters formed by hydrate-controlled methane expulsion from the Arctic seafloor. Science. 2 June 2017 Vol 356 ISSUE 63.

Serova et al. Postglacial response of Arctic Ocean gas hydrates to climatic amelioration. www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.161928811

El tiempo de las comidas regula los ritmos circadianos humanos.

Investigadores de la Universidad de Surrey, en el Reino Unido, determinan los efectos de un retraso de cinco horas en el horario normal de desayuno, comida y cena, sobre los ritmos circadianos. Encuentran que los tiempos de las comidas afectan de manera importante al control de la concentración de glucosa en sangre y a otros importantes parámetros del funcionamiento del tejido adiposo. Estos datos confirman que personas obligadas a no respetar los ciclos normales de alimentación, como trabajadores nocturnos, personal de aerolíneas, etc., van a ver afectados sus ritmos circadianos de forma que los riesgos de obesidad o de desarrollar diabetes pueden verse incrementados.

Los investigadores estudian en voluntarios la fluctuación de genes marcadores del ritmo circadiano durante 13 días, bajo condiciones de laboratorio. Los voluntarios reciben tres comidas diarias en intervalos de cinco horas en dos protocolos de alimentación diferentes que podemos llamar el temprano y el tardío. En el protocolo temprano consumen el desayuno solo media hora tras despertarse. En el protocolo tardío lo consumen cinco horas y media tras el despertar. Comida (almuerzo) y cena son consumidas cinco horas tras el desayuno o la comida, respectivamente, en todos los casos.

Los participantes son inicialmente sometidos durante una semana al protocolo temprano, tras lo cual son sometidos al protocolo tardío durante seis días. Los ritmos circadianos fueron determinados en ambas condiciones y también en una condición control en la cual no reciben desayuno, comida o cena sino un snack por hora que contiene el mismo número de calorías, es decir, en esta última condición se eliminan los picos de ingesta y ayuno.

En el audio explicamos los descubrimientos realizados y las implicaciones que pueden tener para la salud.
Referencia: Wehrens et al., Meal Timing Regulates the Human Circadian System, Current Biology (2017), http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2017.04.059

La fusión de dos agujeros negros genera la tercera onda gravitacional detectada por LIGO.

Por tercera vez en la historia, científicos del Observatorio de Ondas Gravitatorias LIGO han detectado el frente de ondas gravitacionales procedente de la fusión de dos agujeros negros. Según se publica en Physical Review Letters, el 4 de enero de 2017 una perturbación del espacio- tiempo alcanzó los brazos del detector de Livingston (Louisiana) y y Handford (Washington) con una diferencia de unos pocos milisegundos. El análisis de los datos reveló que el origen de la perturbación se produjo hace 3.000 millones de años, en un lugar por ahora indeterminado del cosmos. Según los cálculos, dos agujeros negros estelares, cuyas masas eran 31 y 19 veces la del Sol, fueron cayendo en espiral hasta fundirse en un cataclismo que en pocos segundos desprendió 10.000 veces más energía que todo el Universo en su conjunto.

El evento, denominado GW170104, produjo como resultado de la colisión un único agujero negro de 50 masas solares, una menos que la suma de los dos primeros, diferencia que se convirtió en una onda de energía gravitacional que ha estado viajando a la velocidad de la luz desde entonces.

La primera detección de la historia se logró gracias al LIGO el 14 de septiembre de 2015 y fue el resultado de la fusión de dos agujeros negros de masas 36 y 29 veces la del Sol. El segundo evento de estas características fue detectado en diciembre de 2015 y, de nuevo, el origen fue la fusión de dos agujeros negros estelares de 14 y 8 masas solares respectivamente. La tercera de las detecciones se sitúa, en cuanto a la masa de los agujeros negros que se fusionan, entre las dos anteriores. Con estos datos y los que se vayan obteniendo en el futuro, los científicos aspiran a elaborar un censo de agujeros negros estelares distribuidos por el Universo.

La observación más reciente no solo es la más distante detectada hasta ahora, sino que proporciona pistas sobre el movimiento de rotación de los agujeros negros previos al cataclismo. Los agujeros negros, al mismo tiempo que orbitan alrededor del centro de masas común, giran sobre su eje, como la Tierra gira diariamente en su movimiento alrededor del Sol. La dirección de giro de ambos agujeros suele coincidir con la dirección de la órbita descrita por ambos, es decir, los movimientos de giro están alineados, pero también cabe la posibilidad de que el giro se produzca en sentido contrario. Esto último es lo que parece haber sucedido en GW170104.

El desacuerdo entre la dirección de giro de ambos agujeros negros puede aportar información sobre su origen. Se sabe que cada uno de estos agujeros negros nació de la explosión de una estrella supermasiva que, en los momentos finales de su vida, estalla en forma de supernova liberando una enorme cantidad de energía. Si las estrellas que generaron formaban un sistema doble, es decir, ya giraban una alrededor de la otra y tenían un origen común, los movimientos de rotación estarían alineados.

Otra posibilidad es que la formación de ambos agujeros negros tuviera orígenes distintos. Tal vez pertenecían a un enorme aglomerado de estrellas, muy cercanas entre sí que, aunque tuvieran nacimientos independientes, posteriormente, debido a la cercanía, se capturaron mutuamente. En este caso, el movimiento de rotación de ambos agujeros puede tener cualquier sentido, incluso sentidos opuestos, como parece ser el caso de los agujeros negros cuya fusión se ha detectado ahora.

Otro artículo, publicado en The Astrophysical Journal, informa de los resultados de la búsqueda de fuentes de rayos X y gamma que pudieran asociarse a la emisión de ondas gravitatorias detectados por LIGO. Esto permitiría situar con exactitud el lugar en el que se produjeron las fusiones de agujeros negros detectadas. Los resultados no han proporcionado, por ahora, ninguno de los fenómenos descubiertos hasta ahora.

El detector LIGO, unido a una nueva generación de detectores de ondas gravitacionales que se están poniendo en marcha, promete abrir una nueva ventana al cosmos que muestra nuevos e inesperados acontecimientos.

Referencias:

Abbott et al. GW170104: Observation of a 50-Solar-Mass Binary Black Hole Coalescence at Redshift 0.2 * PHYSICAL REVIEW LETTERs, 118, 221101 (2017)

Abbott et al. Search for Gravitational Waves Associated with Gamma-Ray Bursts during the First Advanced LIGO Observing Run and Implications for the Origin of GRB 150906B. The Astrophysical Journal, 841:89 (18pp), 2017 June 1 https://doi.org/10.3847/1538-4357/aa6c47

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