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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.

Un volcán de Alaska en la historia de Roma. Planetas terrestres y vida inteligente. Oumuamua, un iceberg de hidrógeno. Células superasesinas.

Volcán y Roma. Exotierras. Oumuamua. - Ciencia Fresca podcast - CienciaEs.com

Un volcán de Alaska en la historia de Roma.

El asesinato de Julio César en el año 44 a. C. desencadenó una lucha de poder que acabó con la República romana y, finalmente, con el reino ptolemaico en Egipto. Este periodo culminó con el fortalecimiento del poder de Roma en el Mediterráneo, pero con una nueva fórmula política, el Imperio. Aquellos tiempos socialmente turbulentos coincidieron con otros acontecimientos que tenían su origen en fenómenos climáticos a escala planetaria. Fuentes históricas de aquella época describen que, en el año 43 a.C. comenzó un período de clima inusualmente frío, con un sol velado que impidió la función clorofílica de las plantas con normalidad y que, como consecuencia, produjo la pérdida de numerosas cosechas. La baja productividad agrícola provocó grandes hambrunas entre una población y la propagación de enfermedades. El hambre y la miseria elevaron el descontento social y se produjeron disturbios que se extendieron por toda la región mediterránea. Los historiadores han especulado que una gran erupción volcánica de origen desconocido pudo ser el origen de los cambios climáticos de aquella época. En un principio se especuló con la posibilidad de que la fuente más probable fuera el Monte Etna, en Sicilia, o Shiveluch en Kamchatka y, más recientemente, se propuso al volcán Apoyeque de Nicaragua. Ahora, un equipo internacional de científicos encabezado por Joe McConnell, del Instituto de Investigación del Desierto en Reno, Nevada, ha utilizado el estudio de los testigos de hielo extraídos de Groenlandia para resolver la cuestión. Los análisis del hielo ártico revelan la existencia de ceniza volcánica que coincide en su composición con la emitida durante dos erupciones volcánicas que tuvieron lugar en la caldera del volcán Okmok de Alaska. la primera erupción sucedió a principios del año 45 a. C. y la segunda a principios del 43 a. C. La primera fue de corta duración y sus efectos se limitaron al norte de Groenlandia. La segunda, en cambio, fue una erupción enorme que creó un penacho de cenizas que se elevó hasta la estratosfera y posteriormente fue arrastrada y repartida por toda la Tierra durante más de 2 años. Los dos años posteriores a la erupción de Okmok II fueron algunos de los más fríos en el hemisferio norte en los últimos 2.500 años, las temperaturas medias bajaron 7 ° C por debajo de lo normal durante el verano y el otoño que siguieron a la erupción de Okmok. Las cosechas de la región mediterránea fracasaron y el Nilo no tuvo su anual crecida en Egipto, condenando la población a la hambruna y la enfermedad. Los diez años que siguieron a aquel acontecimiento fueron los más turbulentos de la historia de Roma. Referencias: McConnell et al,.”Extreme climate after massive eruption of Alaska’s Okmok volcano in 43 BCE and effects on the late Roman Republic and Ptolemaic Kingdom.”:https:// www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.2002722117

Planetas terrestres y vida inteligente.

Hoy hablamos de dos artículos publicados en el Astronomical Journal por dos grupos de científicos independientes. El primero es de la Universidad de British Columbia, en Vancouver, Canadá. Este grupo realiza una nueva estimación de los planetas similares a la Tierra que pueden existir en la Galaxia orbitando dentro de las zonas habitables de estrellas similares a nuestro Sol.
Estimaciones previas de acuerdo con diferentes criterios situaban el número de estos planetas en un rango muy amplio, desde 0,02 planetas a más de un planeta terrestre por término medio por estrella similar al Sol. La estimación actual ofrece una resultado muy diferente y se basa en una técnica de comparación entre modelos y la realidad referida a la detección de planetas extrasolares por el telescopio Kepler.
Típicamente, los planetas como la Tierra son más propensos a no ser detectados en búsquedas de planetas extrasolares, ya que son muy pequeños y orbitan lejos de sus estrellas. Esto significa que el número de planetas detectado representa sólo un pequeño subconjunto de los planetas en órbita alrededor de estrellas similares al Sol.
¿Cuántos hay realmente? Los científicos usaron una técnica conocida como “modelado hacia adelante” para estimarlo. La técnica consiste en la realización de simulaciones de la población completa de exoplanetas alrededor de las estrellas similares al Sol que el telescopio Kepler examinó. Cada planeta de esta simulación fue marcado como detectado o como no detectado de acuerdo con la probabilidad de que el algoritmo de simulación lo hubiera detectado.
A continuación, los científicos compararon si los planetas reamente detectados coincidían con los predichos por el algoritmo. De ser así, este también predeciría correctamente los planetas no detectados, y permitiría una estimación global de estos.
Según estos estudios, existe un planeta terrestre orbitando en una zona habitable de una estrella como el Sol por cada seis de estas estrellas en nuestra galaxia. Se estima que la galaxia contiene alrededor de cuatrocientos mil millones de estrellas, de las que un 7% son similares al Sol. Eso significa que cerca de 28.000 millones de estrellas son similares a la nuestra y que existirían cerca de seis mil millones de planetas como la tierra orbitando en la zona habitable de estas.
¿Hay vida inteligente en alguno de ellos?
Y bien por sorprendente que pueda parecer, casi al mismo tiempo que el grupo anterior publica sus resultados, otro grupo internacional de astrónomos publica los suyos acerca de una búsqueda de señales de vida inteligente en una población muy particular de 20 estrellas. Estas estrellas son las que se sitúan a una distancia y en una dirección concreta que permitiría a una civilización inteligente que habitara algún planeta en órbita a su alrededor descubrir la Tierra al poderla observar en tránsito frente al Sol. esta región del espacio es geométricamente única en la galaxia.
Los investigadores buscaron señales de radio en un rango de frecuencias de 3,95 a 8,0 GHz y utilizaron el Robert C. Byrd Green Bank Telescope. Utilizaron varias técnicas para intentar descubrir señales potencialmente artificiales.
Lamentablemente, los científicos no descubrieron señal alguna que pudiera haber sido enviada hacia la Tierra por una civilización tecnológicamente avanzada, y eso a pesar de que la campaña de observación habría permitido detectar emisiones de 0,001 a 0,88 veces tan potentes como la capacidad de señalización del transmisor de radar de Arecibo.
Seguimos estando solos en la Galaxia. Quizá la humanidad es la única especie tecnológicamente avanzada en ella. En ese caso, debemos cuidarnos mucho para no dejarla la completamente desierta.
Referencias:
Sofia Z. Sheikh et al. The Breakthrough Listen Search for Intelligent Life: A 3.95–8.00 GHz Search for Radio Technosignatures in the Restricted Earth Transit Zone. https://doi.org/10.3847/1538-3881/ab9361.
Michelle Kunimoto and Jaymie M. Matthews. Searching the Entirety of Kepler Data. II. Occurrence Rate Estimates for FGK Stars. 2020 AJ 159 248. https://doi.org/10.3847/1538-3881/ab88b0

La causa del comportamiento extraño de Oumuamua al descubierto.

El 19 de octubre de 2017, el astrónomo Robert Weryk descubrió un objeto rocoso que había pasado sin ser visto por su punto más cercano al Sol y se alejaba de él a gran velocidad. Las observaciones posteriores revelaron que no se trataba de un objeto corriente, no tenía una cola brillante oponiéndose al Sol, como los cometas, ni tampoco parecía un asteroide. Al calcular la velocidad y la trayectoria los científicos pudieron comprobar que era un cuerpo ajeno al Sistema Solar, nacido en algún lejano lugar de la galaxia.
El objeto recibió el nombre de Oumuamua y resultó tener, también, un aspecto poco común, como un enorme puro de 230×35×35m. Los cálculos de la trayectoria revelaron que alcanzó una velocidad heliocéntrica de 88 km/s y seguiría su camino lejos del Sistema Solar para no volver jamás. Era el primer objeto interestelar descubierto por el ser humano.
Otro aspecto sorprendente de Oumuamua fue que se aceleraba a medida que se separaba del Sol, como si estuviera impulsado por una fuerza desconocida. Ahora, los investigadores Darry Seligman y Gregory Laughlin de la Universidad de Chicago han publicado en PNAS la posible solución al enigma: Oumuamua es un iceberg de hidrógeno helado y polvo.
Los investigadores intentaron encontrar la fuente que impulsaba a Oumuamua tomando como punto de partida la posibilidad de que estuviera compuesto por hielos que, al acercarse al Sol, se sublimaran proporcionándole el impulso, como si de un cohete se tratara. Sin embargo, los cálculos revelaron que, si el hielo era de agua, haría falta el doble de la superficie que tenía Oumuamua para obtener el impulso observado. La solución posible, según Seligman y Laughlin, es que el hielo no fuera de agua sino de hidrógeno molecular. Siendo así, los cálculos sí cuadraban.
El hidrógeno helado se sublima a una temperatura muy baja, cercana a los 6ºK (-267ºC) por lo que la fuente de la que procedía Oumuamua debe ser muy fría. No hay muchos lugares en el Universo que tengan las condiciones para la formación de cuerpos helados de hidrógeno. Entre esos lugares están las Grandes Nubes Moleculares que sirven de cuna al nacimiento de nuevas estrellas. Son nubes muy oscuras que impiden la entrada de la luz y la temperatura baja por debajo de los 2ºK. El inconveniente es que, si llegan a formarse estrellas, destruirían los icebergs de hidrógeno. No obstante, no todas las nubes moleculares llegan a tener la densidad suficiente como para formar estrellas y, en ese caso, los icebergs de hidrógeno, como posiblemente Oumuamua, quedarían a la deriva y se repartirían por toda la galaxia.
Si la hipótesis es correcta, Oumuamua procedía de una de esas Grandes Nubes Moleculares y, al pasar junto al Sol, parte de su hidrógeno se sublimó y se convirtió en gas impulsándolo de nuevo en su loca carrera por la Galaxia. Los investigadores dicen que en los próximos años veremos más cuerpos de esta clase, cuando las próximas generaciones de telescopios, como el Observatorio Vera C. Rubin, comiencen a escudriñar el firmamento.
Los famosos Pilares de la Creación (ver imagen) son un ejemplo del tipo de nubes moleculares que funcionan como viveros estelares y podrían dar lugar a icebergs de hidrógeno como ‘Oumuamua.

Darry Seligman and Gregory Laughlin. “Evidence that 1I/2017 U1 (‘Oumuamua) was composed of molecular hydrogen ice.”: https://arxiv.org/abs/2005.12932

Generación de células superasesinas.

Una de las células mas importantes, pero también quizá más olvidadas del sistema inmunitario porque no participan, que se sepa, en la acción de las vacunas, son las células llamadas Asesinas Naturales, o NK, por su nombre en inglés, Natural Killer.
Estas células, similares a los linfocitos, patrullan el organismo a través de la sangre y la linfa en busca de células rebeldes, sospechosas de violar el orden social del organismo. Las células rebeldes son generalmente de dos tipos: las células infectadas por virus o por bacterias intracelulares, y las células tumorales, que han decidido “echarse al monte” y reproducirse sin freno. Ambos tipos de células son una grave amenaza para la vida y la capacidad reproductiva de todas las demás, y deben ser eliminadas.
En la eliminación de estas células rebeldes o subvertidas por un enemigo participan principalmente dos tipos de células del sistema inmunitario. Las primeras son los linfocitos llamados T CD8 (porque poseen esta molécula en su membrana, fundamental para su función). Estos linfocitos son asesinos celulares, pero necesitan un entrenamiento previo y varios permisos moleculares de armas para convertirse en células capaces de matar a otras. Digamos que su capacidad asesina no surge de manera natural, sino tras un duro aprendizaje y tras superar duras barreras de burocracia celular y molecular.
En contraste con estas células “asesinas por entrenamiento” se encuentran las células NK, o asesinas naturales. Estas poseen de manera innata la capacidad de matar a las células rebeldes, dándoles el menor tiempo posible para que se puedan reproducir y, al contrario, proporcionando un valioso tiempo para que se generen y se entrenen los linfocitos T CD8. Estos ayudarán a las células NK en su labor de mantenimiento del orden en la sociedad de células que somos todos nosotros.
Las células asesinas naturales nacen con la capacidad de detectar cambios en la identidad celular. Estos cambios indican que la célula se ha rebelado contra el organismo o está siendo utilizada por un parásito molecular, como un virus.
El carnet de identidad celular está formado por una serie de moléculas presente en la membrana de todas las células del organismo. Sin embargo, en el caso de las células, este carnet de identidad es dinámico, y cambia sutilmente para indicar también el estado de salud de la célula, su nivel de estrés o si la célula está o no infectada.
Estos indicadores moleculares de la salud celular son fundamentales para evitar el impulso asesino de las células NK. Si una célula NK entra en contacto con una célula sana, las moléculas que indican que está en buena salud emiten una señal apaciguadora al linfocito NK. Al detectarla con detectores particulares, esta señal inhibe su actividad asesina. La célula NK abandona a la célula sana sin hacerle daño y parte en busca de otra célula que no sea capaz de apaciguar su instinto asesino. Si la encuentra, la matará secretando una serie de moléculas que inducirán su muerte. Es esta secreción de moléculas tóxicas la que es inhibida por las moléculas detectoras de las células NK.
En estas condiciones, algunas células, en particular células tumorales, son capaces de “aprender” a producir en su entorno mayores cantidades de moléculas inhibidoras de las células NK. Estas células hacen creer a las NK que son células normales y sanas e impiden que las NK las maten.
Sería por tanto interesante intentar generar células NK con menor cantidad de alguna de las moléculas que apacigua la acción asesina de estas células. De este modo, aunque las células tumorales las produzcan, las células NK no puedan recibir una señal inhibidora tan potente y puedan proceder con su eliminación.
Esto es lo que ha conseguido hacer un grupo de investigadores de la Universidad de California en San Diego. En primer lugar, los científicos son capaces de producir células NK a voluntad a partir de células madre pluripotentes inducibles iPSC. Estas son células adultas que han sido reprogramadas a un estado embrionario por modificaciones genéticas. Las células iPSC son capaces de generar diferentes tipos celulares cuando son tratadas con diversos factores de crecimiento y diferenciación.
Gracias a esta técnica es posible generar grandes cantidades de células NK a partir de unas pocas células adultas de un paciente concreto. Esto evita la necesidad de aislar estas células del propio paciente.
En segundo lugar, los científicos eliminaron un gen de las células iPSC antes de inducirlas a generar células NK. Este gen es el gen CISH uno de los que produce una proteína inhibidora de las señales que las células NK necesitan para desencadenar su actividad asesina. El gen es capaz de afectar el metabolismo de estas células y disminuir así su capacidad asesina.
Los científicos a continuación inyectaron estas células a ratones de laboratorio que portaban células humanas de leucemia. Los ratones que fueron inyectados con las células NK sin el gen CISH fueron curados de la leucemia. En cambio, los ratones que fueron inyectados con células NK a las que no se había eliminado el gen CISH murieron por causa de la leucemia.
Las células NK modificadas de este modo van a ser utilizadas en ensayos clínicos para comprobar su capacidad terapéutica frente a diversos tipos de tumores. Una gran ventaja de esta técnica es que permite la generación de grandes cantidades de células NK. Estas no necesitan ser compatibles inmunológicamente con un paciente dado, y pueden ser utilizadas en cientos de miles de pacientes. Esto permitirá la generación de varias modificaciones genéticas diferentes de estas células para estudiar cuáles resultan más eficaces para eliminar diversos tipos de tumores (2).
Referencia (2): Huang Zhu et al. Metabolic Reprograming via Deletion of CISH in Human iPSC-Derived NK Cells Promotes In Vivo Persistence and Enhances Anti-tumor Activity. Cell Stem Cell (2020). https://doi.org/10.1016/j.stem.2020.05.008.


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