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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.

Hiper incendios forestales. IA contra el cáncer de mama. Sismos lunares. Clostridium difficile.

Fuegos, AI, Luna y clostridium - Ciencia Fresca podcast - CienciaEs.com

Hiper-incendios forestales para comprender el invierno nuclear.

Durante un incendio forestal, el aire caliente cargado de cenizas y hollín se eleva sobre el incendio formando una especie de embudo de succión que transporta las partículas a gran altitud. Lo habitual es que esa nube de humo no supere la troposfera, sea dispersada rápidamente por los vientos y las partículas de humo y cenizas caigan de nuevo al suelo arrastradas por la lluvia o la nieve. Sin embargo, en algunos casos, como sucedió en agosto de 2017 en un incendio forestal que arrasó una enorme superficie de bosque en las regiones americanas del noreste del Pacífico, en la Columbia Británica, la nube de humo fue de tales dimensiones que perforó la troposfera y se elevó hasta 23 kilómetros en la estratosfera terrestre. Esta nube recibe un nombre curioso: cumulonimbus flammagenitus y tiene ciertas semejanzas con las que se forman tras las explosiones nucleares.

Científicos de la Universidad de Colorado Boulder estudiaron la evolución de aquella enorme nube de humo utilizando métodos de observación desde el espacio. Entre ellos, SAGE III-ISS que mide las concentraciones de las partículas de aerosol y gas en la estratosfera desde la Estación Espacial Internacional, CALIOP que estudia cómo afecta la polución atmosférica a la formación de nubes a distintas altitudes y “CALIPSO”: https://www-calipso.larc.nasa.gov/ que combina mediciones mediante lidar e infrarrojos para estudiar la influencia que tienen las partículas atmosféricas en la calidad del aire, el tiempo y el clima.
Las observaciones permitieron calcular que, durante el incendio de 2017, se liberaron 331.000 toneladas de partículas de dos tipos distintos. La mayor parte eran partículas orgánicas (98%) que formaban cenizas de color blanquecino o marrón que al recibir la energía del sol eran descompuestas por fenómenos de fotodisociación y fueron un 40% menos persistentes de lo esperado. El restante 2%, en cambio, estaba compuesto por partículas de carbono negro u hollín que, al recibir la radiación solar, absorbían la energía del sol y se calentaban, elevando la temperatura de la nube hasta 7 ºC y contribuyendo a que ésta alcanzara los 23 kilómetros de altitud durante los dos meses siguientes al incendio. Una vez alcanzada la estratosfera, la nube de partículas era arrastrada por los vientos de altura y dispersada por todo el hemisferio norte, un efecto que perduró durante ocho meses.
Los datos reales del incendio han servido para probar los modelos de dispersión de partículas atmosféricas generadas durante una eventual confrontación nuclear y los resultados indican que, aunque hay diferencias, estos modelos se ajustan bastante bien a la realidad. Las bombas nucleares pueden destruir ciudades enteras provocando enormes incendios en las zonas boscosas que se encuentren alrededor. Las nubes de partículas generadas pueden ser químicamente diferentes de los incendios forestales porque cuando los materiales plásticos y el asfalto se derriten y arden podrían, potencialmente, levantar menos compuestos orgánicos pero mucho más hollín, provocando una mayor elevación de la nube y una mayor persistencia. A eso hay que añadir que cuando las partículas caen de nuevo al suelo van cargadas de desechos radiactivos.

Referencia:
Yu et al., “Black carbon lofts wildfire smoke high into the stratosphere to form a persistent plume” Science, 9 august 2019, Vol 365 ISSUE 6453, https://science.sciencemag.org/content/365/6453/587

Inteligencia artificial contra el cáncer de mama.

El cáncer de mama es el tumor más frecuente en mujeres en todo el mundo. Afecta al 12% de las mujeres. Afortunadamente, el cáncer de mama más común es no invasivo, o benigno, que es fácilmente curado y causa muy escasa mortalidad.
Uno de los factores mas importantes para poder curar el cáncer de mama es un diagnóstico preciso, y temprano La mayoría de los casos sospechosos de cánceres de mama se pueden diagnosticar mediante el examen al microscopio de una biopsia del área afectada. Sin embargo, mientras la mayoría de los cánceres son relativamente sencillos de diagnosticar por un experto patólogo, algunos resultan mucho más difíciles de identificar y de clasificar incluso por los mejores expertos en esta disciplina.
La identificación y clasificación adecuada de los casos de cáncer de mama es fundamental para referir a las pacientes al tratamiento adecuado, ya que no todos los tumores de mama deben ser tratados de igual manera. Un mal diagnóstico puede conducir a un tratamiento inadecuado, lo que puede acabar en la muerte de los pacientes.
En estos casos de difícil diagnóstico es donde un sistema de inteligencia y aprendizaje artificial podría ser de gran ayuda para identificar y clasificar adecuadamente los casos difíciles de cáncer de mama de manera mas precisa a lo que hoy por hoy consigue la inteligencia natural. Es lo que se propusieron y han conseguido hacer investigadores de la Universidad de California Los Ángeles (UCLA). En el audio explicamos cómo funciona este sistema y por qué puede adquirir una mejor precisión diagnóstica que la conseguida por los mejores expertos.

Referencia:
Assessment of Machine Learning of Breast Pathology Structures for Automated Differentiation of Breast Cancer and High-Risk Proliferative Lesions. https://jamanetwork.com/journals/jamanetworkopen/fullarticle/2747694

Movimientos sísmicos en la Luna.

La Luna no es un cuerpo muerto, en su superficie tienen lugar movimientos sísmicos y se detectan fallas que revelan una actividad geológica reciente.
Tras la llegada de los primeros seres humanos a la Luna, hace ahora 50 años, se lanzaron una serie de naves tripuladas que visitaron nuestro satélite durante la década de los 70 y dejaron allí una serie de instrumentos científicos destinados a recoger y enviar información a la Tierra. Entre esos instrumentos, los astronautas de las misiones apolo 12, 14, 15 y 16, dejaron sobre la superficie lunar una serie de sismómetros que estuvieron recogiendo datos de sismicidad lunar desde 1969 hasta 1977. A lo largo de ese tiempo registraron un total de 28 terremotos (quizás deberíamos decir “lunamotos”). Algunos de esos movimientos sísmicos tuvieron una actividad notable que alcanzó los 5,5 en la escala de Richter. Desgraciadamente, con los pocos instrumentos allí instalados era muy difícil conocer el epicentro de los terremotos, un dato fundamental para saber si estaban ligados a una actividad interna de la Luna o se debía a fenómenos esporádicos cerca de la superficie.
Aquellas primeras observaciones han tenido su continuación, aunque en otro sentido, con la nave Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) que, desde su lanzamiento en 2009, lleva ya 10 años orbitando la Luna y sacando fotografías del terreno con una resolución sin precedentes de entre 0,5 y 2 metros/pixel. Estas imágenes han revelado que existe una vasta red de fallas que muestran una actividad sísmica reciente. Las orientaciones de estas fallas no son aleatorias, como cabría esperar en el caso de que fueran provocadas por una actividad debida a que el interior de la Luna conserva algún tipo de actividad, sino que indican que tienen una relación directa con las fuerzas de marea inducidas por la Tierra.
Aunque la Luna gira de forma sincronizada con la Tierra, ofreciendo siempre la misma cara, su órbita es elíptica y cambia notablemente su distancia a nuestro planeta a lo largo del mes lunar. Cuando la Luna se encuentra en el punto más cercano a nosotros (perigeo) se acerca hasta los 356.500 km, mientras que en el punto más alejado de la órbita (apogeo) se aleja 406.700 km. Estas diferencias provocan cambios notables en la fuerza de atracción de la Tierra sobre la Luna, en el perigeo ambos cuerpos están más cerca y la atracción es mayor, como consecuencia, la Luna se deforma en la dirección Tierra-Luna. Cuando nuestro satélite está en el apogeo, la distancia que separa ambos cuerpos es mayor y la Luna se deforma menos. Esos cambios introducen tensiones en el terreno que provocan la ruptura, con la consecuente aparición de fallas y desprendimientos en las escarpadas laderas de algunos cráteres. Señal inequívoca de que nuestro satélite está geológicamente activo.

Referencia:
Watters et al., “Shallow seismic activity and young thrust faults on the Moon”, Nature Geoscience volume 12, pages411–417 (2019) https://www.nature.com/articles/s41561-019-0362-2

La evolución de clostridium difficile.

La bacteria Clostridium difficile es la mayor causante de diarreas severas en el mundo. Esta bacteria infecta el intestino y causa una inflamación severa, con perdida de líquidos y peristalsis causante de diarreas que en principio son conducentes a la expulsión de la bacteria.
En condiciones normales, Clostridium difficile no puede infectar el intestino, porque este se encuentra recubierto por la flora intestinal, que cubre su superficie como si fuera una alfombra e impide que Clostidium difficile pueda establecerse sobre ella, lo que es condición indispensable para que pueda infectar.
Sin embargo, cuando alguna infección de cualquier tipo hace necesaria la administración de algún antibiótico, la flora intestinal resulta también afectada por este. Las bacterias intestinales mueren y dejan huecos en la alfombra bacteriana que recubre al intestino. En esos huecos es donde puede establecerse ahora Clostridium difficile y generar una inflamación intestinal, acompañada de dolor, fiebre y diarrea intensa. La pérdida de fluidos por diarrea puede causar deshidratación y desequilibrio de las sales minerales del plasma sanguíneo como, por ejemplo, desequilibrio de potasio, que puede afectar al funcionamiento del corazón.
Curiosamente, para acabar con la infección de Clostridium y curar así la inflamación severa y diarrea que causa es necesario tratar con más antibióticos, en particular con metronidazol o con vancomicina. Sin embargo, algunas variables de Clostridium han evolucionado y se han convertido en resistentes a la acción de los antibióticos. Para acabar con ellas, afortunadamente, se ha desarrollado una técnica que podría denominarse trasplante de flora, que consiste en la infusión de flora extraída de personas sanas en el intestino de las personas enfermas. Las bacterias no patógenas de la flora sana compiten así con Clostridium por la superficie del intestino y expulsan a esta bacteria de este, curando así la diarrea.
Sin embargo, la evolución de Clostridium difficile no se limita a adquirir resistencia a los antibióticos. Las bacterias, como el resto de los organismos vivos, también pueden adaptarse mediante mutación y selección a otros cambios de su medio vital. Para comprobar si esto podía estar sucediendo con Clostridium, investigadores del Wellcome Sanger Institute, London School of Hygiene & Tropical Medicine realizan un extenso estudio en el que comparan los genomas de cientos de variantes de Clostridium desperdigadas por el mundo: Los resultados de este interesante estudio que explicamos en el programa, pueden tener importantes implicaciones en la salud pública, así como incluso en el tipo de alimentación que debe darse a los pacientes en los hospitales.

Referencia:
Adaptation of host transmission cycle during Clostridium difficile speciation https://www.nature.com/articles/s41588-019-0478-8


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