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Vanguardia de la Ciencia

Vanguardia de la Ciencia es un programa de divulgación científica creado por Angel Rodríguez Lozano en 1995. En cada episodio contamos la ciencia con amenidad y rigor para mostrar los avances que se producen en distintas áreas del conocimiento en forma de reportajes, noticias, entrevistas y curiosidades científicas.

Más allá del aliento del Sol. Fagos. Desarrollo célula a célula. El empuje de la luz.

Fagps. Desrrollo. Voyager 2. Viaje interestelar.

Somos sacos de fagos.

Un artículo recientemente publicado en Nature, firmado entre otros por Karen Maxwell, del Departamento de Bioquímica de la Universidad de Toronto, en Canadá, habla de la guerra armamentista entre dos entes biológicos que abundan en todos los lugares de la Tierra: las bacterias y los fagos.

Las bacterias abundan en todas partes y, cuando digo “en todas partes”, no dejo fuera ni siquiera a nuestros propios cuerpos. En algunos medios científicos se asegura que las bacterias que conviven con nosotros superan, en una proporción de 10 a 1, a nuestras propias células, de ahí que algunas veces hayamos dicho que somos “sacos de bacterias”. Nuevos datos dicen que no es para tanto, que la proporción es “tan sólo” de una a una pero, aun así, pasaríamos a ser mitad ser humano y mitad bacterias. Pero no nos rasguemos las vestiduras por eso, porque las bacterias no son los entes biológicos más numerosos, hay otros que abundan mucho más y superan las bacterias en una proporción de 10 a 1. Estos entes son los “fagos”.

Un fago es un virus que ataca a las bacterias, de hecho, su nombre completo es “bacteriófago”, y es que, en el ciclo de la vida, nadie carece de enemigos. Un fago tiene el aspecto de pequeñísimo un invasor alienígena. Consta de una cabeza, donde encapsula el material genético, que descansa sobre un tubo alargado vertical o vaina que termina con unas prolongaciones parecidas a las patas de una araña. El conjunto apenas mide 200 nanómetros, es decir 200 millonésimas de milímetro, entre 10 y 100 veces más pequeño que una bacteria. Cuando un fago se encuentra con una bacteria, se posa sobre su membrana, se ancla a ella y la perfora para inyectar por el tubo el material genético al interior de la víctima. Después, el material genético del fago se hace con el control de la maquinaria interna de la bacteria y fabrica con ellas nuevos fagos, en cuestión de 20 minutos, la bacteria se rompe liberando al ambiente del orden de 300 nuevos fagos.

Conocer los pormenores de la batalla entre fagos y bacterias puede proporcionar a un tercer implicado en la lucha, es decir, nosotros, una ventaja importante. Esta es la razón del artículo de Karen Maxwell y su equipo. En el se describe cómo un genero de bacterias denominado Streptomyces, se defienden de los fagos. El equipo de investigación pudo identificar un conjunto de moléculas secretadas por las bacterias para defenderse de los fagos. El mecanismo es muy curioso. Las bacterias generan un tipo de moléculas que se conocen como intercaladores de ADN. Estas moléculas se intercalan en el ADN del virus y quedan adheridas a él, como un parche que impide que se puedan sacar copias correctas. Así el fago no puede realizar las funciones necesarias para reproducirse. El estudio de este mecanismo podría facilitarnos nuevas vías de fármacos para luchar contra el cáncer y otras enfermedades.

El desarrollo del embrión, célula a célula.

Nuestras células tienen un origen común, comienzan con una única célula, el embrión, que a lo largo de la gestación se va multiplicando hasta convertirse en una población enorme de billones, con b, de células, diferenciadas entre sí según su cometido y el órgano que forman. Pero ¿cómo tiene lugar ese fantástico viaje? ¿cómo se va cambiando la información al pasar de células madres a hijas si comparten todas la misma información genética? Jorge Laborda, autor de podcasts como Quilo de Ciencia o Ciencia Fresca, investigador y Catedrático de Bioquímica y Biología Molecular en la UCLM, presenta hoy de una de las investigaciones más importantes del año que ha terminado, una investigación que permite estudiar célula a célula cómo es ese camino del desarrollo. El logro abre las puertas a enormes avances científicos en el año que comienza y en los venideros.

Más allá del aliento del Sol. Voyager 2.

El pasado 5 de noviembre de 2018, una nave diseñada por el ser humano envió, desde los confines del Sistema Solar, mucho más allá de donde orbitan los planetas, una señal inequívoca: había salido de la heliosfera, la enorme burbuja de partículas con las que el Sol envuelve su séquito de planetas y muchos otros cuerpos. El instrumento PLS de la nave Voyager 2 detectó un fuerte descenso del número de partículas del viento solar. Los datos indicaban que la nave había cruzado la tenue barrera en la que el viento del Sol se desvanece y cede su protagonismo al viento de las estrellas. Pero lo más extraordinario es que entre el lanzamiento de aquella sonda interplanetaria y nuestros días han pasado 41 años, una odisea que la llevó a visitar Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Hoy os la contamos en Vanguardia de la Ciencia.

Astronomía al Aire.

Hoy, desde la colaboración que nos llega desde Astronomía al Aire, Héctor Rago habla del Infinito y sus metáforas.

¿Se podría llegar a generar movimiento a partir de la luz láser?

En primer lugar aclaremos algunos detalles: el Láser es luz, un haz de luz muy pura –es decir de un color muy concreto- pero luz al fin y al cabo, así que podemos sustituir tu pregunta por una más general. ¿La luz puede ejercer una fuerza y generar movimiento? La respuesta es sí. La luz es energía y cuando choca contra un objeto ejerce una presión que, bien utilizada, podría generar movimiento, como sucede, aunque en una cuantía muchísimo mayor, con el movimiento que genera el aire al chocar contra la vela de un barco. Lo que pasa es que la presión que ejerce la luz es tan pequeña que tan solo puede ser medida en condiciones extremadamente sensibles en experimentos de laboratorio.
El primero en calcular teóricamente el valor de la presión lumínica fue el sabio inglés Maxwell, a mediados del siglo XIX. Pero el primero en medirla experimentalmente fue el físico ruso Levedev en 1907. Levedev construyó un aparato maravilloso. Constaba de un recipiente en el que se había hecho el vacío. En su interior, colgaba de un hilo una barra horizontal, muy liviana, en cuyos extremos había puesto dos láminas metálicas muy finas y ligeras, una lámina era de color negro por lo tanto absorbía la luz, mientras que la otra reflejaba la luz como un espejo . Como resultado la lámina que reflejaba la luz recibía el doble de presión que la lámina negra. El efecto es fácil de entender si imaginamos los fotones de la luz como partículas que chocan contra las láminas, los que chocan sobre la lámina negra comunican a esta su energía totalmente, pero los que rebotan en el espejo comunican el doble de su energía que incide y la reflejada al rebotar. En conjunto, pues, la presión ejercida sobre la lámina espejo era mayor que la otra y el conjunto tendía a girar retorciendo el hilo del que colgaban. Esa torsión pudo ser medida y quedó demostrado que, efectivamente, Maxwell llevaba razón. Así pues, efectivamente la luz, y por lo tanto la luz láser también, puede generar movimiento. Ahora bien, ¿podemos construir un artilugio que se mueva impulsado por luz? Pues existe una propuesta muy interesante que os voy a contar.
La idea fue dada a conocer en 1916 dentro de lo que se conoce como La Breakthough Initiative, un programa de investigación e ingeniería lanzado en 2015 por el filántropo Yuri Milner con el apoyo del recientemente fallecido Stephen Hawking. La idea era poner 100 millones de dólares para desarrollar los viajes interestelares. Sí, habéis oído bien, he dicho “interestelares”.
Ya habéis escuchado en el programa lo enormes que son las distancias cuando hablamos de viajar a las estrellas, las sondas Voyager, estando tan lejos de nosotros apenas han dado un paso para acercarse al límite del Sistema Solar y aún tendrán que viajar por lo menos 30.000 años para salir de sus límites. Ahora bien, a esa velocidad necesitarían del orden de 92.000 años para llegar hasta la estrella más cercana a nosotros, Próxima Centauri, que está a 4,23 años Luz de nosotros, eso en el caso de que la nave se dirigiera directamente hasta ella, que no es el caso.
Visto así, los viajes interestelares están fuera de toda lógica, salvo que se encuentre una fórmula novedosa. Y eso es lo que se propuso en Breathrough Initiative. La idea consiste en desarrollar una red de generadores láser que desde la Tierra puedan impulsar una flota de sondas espaciales ultraligeras. Veamos qué significa esto:
La idea consiste en construir unas sondas espaciales muy pequeñas y ligeras equipadas con unas velas hechas de láminas de un material que refleje la luz y por lo tanto capaces de ser impulsadas por los fotones. Según los cálculos que hicieron una nave así podría ser impulsada desde Tierra proyectando sobre la vela un haz de luz láser de gran potencia hasta acelerarla una velocidad que podría ser un 20 % de la velocidad de la luz en el vacío. Un artilugio así podría llegar a Próxima Centauri en tan solo ¡20 años!.
La idea es, por decirlo de alguna manera, cautivadora. Y un artículo publicado en 2018 en la revista Nature Materials por el científico Harri Atwater del Instituto de Tecnología de California, le da visos de realidad.
Atwater propone construir una nave ultraligera, del orden de un gramo o menos de masa, unida a una vela de unos pocos metros cuadrados diseñada especialmente para reflejar la longitud de onda de la luz láser que se vaya a proyectar contra ella. Ahora bien ¿de qué material estaría construida esa vela? AlWater y su equipo ha estudiado posibles materiales, entre ellos unos que utilizan estructuras nanofotónicas formadas por cristales nanofotónicos bidimensionales diseñados a una escala similar a la longitud de onda de la luz incidente.
Lógicamente es una propuesta, que vista la tecnología actual, podría ser factible. Por supuesto quedan muchos problemas por resolver, además de la construcción de la vela. El diseño y construcción de generadores láser capaces de enviar toda la potencia hacia el cielo en una longitud de onda que atraviese la atmósfera sin pérdidas, el diseño ultra-miniaturizado de la nave de manera que contenga al menos una cámara y un transmisor para que pueda enviar información a la Tierra una vez que alcance la estrella, etc. Son muchos retos a superar pero, a decir de los científicos, la tecnología está alcanzando el nivel que lo hará posible.
La verdad es que, si dejamos volar nuestra imaginación, la visión de un enjambre de pequeñísimas naves que parten de la Tierra y aceleran impulsadas por haces de luz láser proyectadas sobre sus velas nanofotónicas hasta alcanzar velocidades comparables a las de la luz, y se dispersan por la galaxia en un viaje de exploración hacia otras estrellas, se aleja mucho de los fantásticos viajes con astronautas que nos propone la ciencia ficción, pero es un reto por el que merece la pena trabajar.


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