La revista Science calificó como "Descubrimiento del Año" un aparato cuyo movimiento, demostró que algo que siempre nos dijeron que era imposible, si era posible !, ello es que un objeto puede estar en dos lugares a la vez, algo que sólo puede explicarse por las reglas de la mecánica cuántica que desafían "nuestro sentido de la realidad".
"Hasta este año todos los objetos fabricados por los humanos se han movido de acuerdo con las leyes de la mecánica clásica", indicó la revista de la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia (AAAS) que cada diciembre distingue el Descubrimiento más significativo del Año.
Sin embargo, en marzo, un grupo de investigadores de la Universidad de California, en Santa Bárbara, diseñó un aparato "que se mueve en maneras que sólo pueden describirse como mecánica cuántica, la serie de reglas que gobierna el comportamiento de cosas diminutas como moléculas, átomos y partículas subatómicas".
Este particular descubrimiento ha sido el primero de un grupo de 10 finalistas, entre los que estuvo una gelatina vaginal, probada en mujeres sudafricanas que redujo en casi el 39% el riesgo de infección con el VIH, y una píldora profiláctica que redujo en casi el 44% las infecciones.
El prototipo de máquina cuántica "abre la senda para una mirada de aparatos experimentales y quizá para pruebas de nuestro sentido de la realidad", afirmaron los editores de Science.
Debido a la mecánica cuántica el área de lo que es extremadamente pequeño es totalmente diferente a la realidad cotidiana de los humanos.
La teoría cuántica indica que un objeto muy pequeño puede absorber energía sólo en cantidades limitadas, jamás puede permanecer perfectamente quieto y puede estar, literalmente, en dos sitios al mismo tiempo.
Los físicos Andrew Cleland y John Martinis diseñaron un prototipo de máquina que consiste en una diminuta paleta metálica de semiconductor -nitruro de aluminio recubierto de aluminio- visible a plena vista, e hicieron que "bailara" con un ritmo cuántico.
Primero enfriaron la paleta hasta que alcanzó su estado fundamental, esto es el energético más bajo permitido por las leyes de la mecánica cuántica, algo que los físicos han intentado durante mucho tiempo.
Posteriormente aumentaron la energía del pequeño aparato en sólo un quántum para producir un estado de movimiento puramente cuántico-mecánico. De acuerdo con el artículo el aparato vibrante "es tan largo como ancho es un cabello".
Según el artículo de Science, los físicos lograron poner el aparato en ambos estados al mismo tiempo por lo cual vibró simultáneamente un poquito y mucho, un fenómeno extraño permitido sólo por las leyes de la mecánica cuántica.
Según Science, la utilidad de este descubrimiento radica en que las máquinas cuánticas podrían usarse en detectores de fuerza ultrasensibles o para la generación de estados cuánticos de la luz.
"Podrían ayudar a probar los límites de la teoría cuántica y nuestro sentido de la realidad", indicó el artículo.
"¿Por qué un vehículo o una persona no pueden estar en dos sitios diferentes al mismo tiempo? ¿Hay algún principio que lo prohíba? una forma de saberlo sería poniendo en tales estados objetos más grandes".
Los otros logros de 2010
También compitieron por el reconocimiento del Descubrimiento Científico del Año un equipo de investigadores del Instituto J. Craig Venter, de Rockville (Maryland), y San Diego (Alta California) que construyeron un genoma sintético y lo insertaron en una bacteria reemplazando el ácido desoxirribonucleico original del organismo.
El nuevo genoma hizo que la bacteria produjera un conjunto nuevo de proteínas.
En tercer lugar quedó el equipo de biólogos encabezado por Svante Paabo, del Instituto Max Planck de Antropología Evolucionaria en Leipzig (Alemania) que reconstruyó unos dos tercios del genoma completo de tres Neardentales femeninos, que vivieron en Croacia de 38 mil a 44 mil años atrás.
Los investigadores comprobaron que los Neardentales se aparearon con algunos humanos modernos y dejaron su marca en el genoma humano.
La revista, que este año distinguió con el primer premio un descubrimiento puntero, en 2009 premió el hallazgo del Ardipithecus ramidus o Ardi entre los entendidos, el fósil de una especie de homínido que vivió hace 4.4 millones de años.
La revista también destaca avances en el diagnóstico de enfermedades, como por ejemplo a través de la reprogramación de células muy especializadas a su estado original de células madre embrionarias.
También se registraron importantes avances en la búsqueda de las raíces genéticas de enfermedades hereditarias. Apareció una luz de esperanza en la prevención del VIH.
Un gel y una píldora, que todavía es muy cara, reducen el riesgo de infección en un tercio hasta casi la mitad.
En una mirada retrospectiva adicional, Science también revisa los logros más importantes de la ciencia en la década pasada.
Entre ellos destaca el descubrimiento que la parte del genoma, que en principio era considerado como basura, es igual de revelador que los genes.
Por este motivo y por los escasos conocimientos que se tienen al respecto, fue rebautizado como el genoma oculto.
En el ámbito de la medicina se resaltó el descubrimiento de que los focos infecciosos en el cuerpo que inician con procesos inflamatorios pueden desencadenar enfermedades crónicas y graves como cáncer, mal de Alzheimer, arteriosclerosis, diabetes y obesidad.
La cosmología también logró importantes avances en el conocimiento. Los nuevos datos sobre la composición del Universo, la materia oscura y la energía oscura incrementaron a tal punto el conocimiento desde el año 2000 que prácticamente no existen dudas acerca del Modelo Estándar, aseguró la publicación.
La revista también otorga gran importancia al descubrimiento de agua en Marte, que aviva las especulaciones sobre una vida pasada en el planeta rojo.
En los años pasados, los astrónomos descubrieron casi 500 planetas por fuera del Sistema Solar al que pertenece la Tierra, y la cifra continúa creciendo.
En metamateriales destacaron los avances en la manipulación de la luz para hacer invisibles objetos y el logro de científicos de la Universidad de Arizona que crearon un material que puede almacenar los datos de imágenes holográficas sucesivas que se actualizan cada dos segundos
Finalmente los resultados de múltiples estudios que han confirmado la gravedad y consecuencias del cambio climático cierra la lista de la revista científica como las investigaciones y hallazgos científicos.
http://www.sciencemag.org/site/special/insights2010/
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Expertos de la Universidad de California en Santa Bárbara (USA) lograron demostrar por primera vez un importante fenómeno cuántico en un objeto mecánico visible a simple vista.
Esa hazaña científica, de la que informa el último número de la revista Nature, reproduce en un sistema mecánico un fenómeno de la física cuántica y es un primer paso que permitirá investigar ese tipo de efectos en objetos macroscópicos.
Según explicó Andrew Cleland, director del equipo investigador, uno de los postulados básicos de la mecánica cuántica es la posibilidad de colocar un objeto en un "estado de superposición cuántica".
"Se trata de estados en los que un mismo objeto está al mismo tiempo en dos lugares distintos, en dos configuraciones diferentes o, como en el famoso ejemplo del llamado gato de Schrödinger, a la vez muerto y vivo", agregó el físico.
Todo eso es muy extraño y no se corresponde con la experiencia cotidiana, pero las pruebas experimentales efectuadas indican que es un fenómeno real tanto a escala subatómica como en los átomos e incluso en algunas moléculas de mayor tamaño como la molécula en forma de pelota C60 (carbono 60).
Según Cleland, hacía tiempo que se perseguía el objetivo de demostrar ese "efecto de superposición cuántica" en objetos de mayor tamaño con especial atención a los objetos mecánicos, en contraposición con los eléctricos.
Uno de los principales retos que se han encontrado los científicos es el de eliminar las vibraciones térmicas, que podrían ocultar o destruir el efecto cuántico.
El equipo de la universidad californiana logró su objetivo de llegar a la energía del punto cero, es decir a la energía más baja del sistema, que corresponde a su estado fundamental o estacionario.
Cleland y sus colegas demostraron "un estado de superposición cuántica" en un objeto que contiene billones de átomos, es decir en el mayor objeto mecánico en que ha podido observarse ese fenómeno hasta el momento.
El sistema mecánico utilizado es un disco finísimo capaz de vibrar mediante expansiones y contracciones en todas las direcciones y que han bautizado "tambor cuántico".
La forma más fácil y clara de observar los efectos cuánticos es desembarazarse totalmente de las vibraciones térmicas, que podrían camuflar o destruir justamente el efecto que se trata de observar.
A temperatura ambiente, esas vibraciones térmicas pueden ser mil veces mayores que esos efectos cuánticos, por lo que hay que refrigerar el disco hasta temperaturas bajísimas: de dos centésimas de grado por encima del cero absoluto.
La temperatura necesaria está relacionada con la frecuencia de vibraciones del objeto que se trata de estudiar y así un diapasón tendría que refrigerarse aún mucho más para llegar a la energía del punto cero (es decir el estado estacionario del sistema) o mínimo nivel de vibración posible.
Como eso es muy difícil, los científicos optaron por un "tambor cuántico" con una frecuencia vibratoria un millón de veces superior a la de un diapasón y con el que es posible llegar al estado estacionario rebajando la temperatura con los instrumentos actualmente disponibles en el mercado.
Cleland y sus colegas demostraron el estado fundamental del resonador mecánico utilizando un sistema electrónico conocido como "qubit" (bit cuántico), que permite medir el resonador sin destruir de paso los efectos cuánticos.
Así lograron verificar la ausencia de la mínima vibración, luego excitaron el resonador con un único fonón de energía vibratoria y finalmente crearon en él un "estado de superposición" de forma que en el resonador había simultáneamente una excitación y su ausencia y ése podía elegir entre uno u otro estado, algo parecido a escala mecánica al fenómeno del gato de Schrödinger.
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Científicos usamericanos anunciaron este jueves que crearon por primera vez una célula controlada por un genoma sintético.
En un informe divulgado por la revista Science, los investigadores del Instituto Craig Venter señalan que esperan usar el método para estudiar la maquinaria biológica y crear bacterias diseñadas para resolver problemas ambientales y de energía.
El equipo científico, encabezado por el fundador del instituto, Craig Venter, ya había sintetizado un genoma bacteriano y lo había trasplantado de una bacteria a otra.
Para su investigación los científicos sintetizaron el genoma de la bacteria M. mycoides a la cual agregaron secuencias de ADN para distinguir ese genoma de uno natural.
El genoma trasplantado se activó en la célula huésped, y se dividió una y otra vez para hacer miles de millones de células de Mycoplasma mycoides, indicó la revista en su página electrónica
Según el informe, los investigadores crearon lo que califican como una "célula sintética" aun cuando sólo el genoma es sintético.
"Esta es la primera célula sintética que se ha hecho y la llamamos sintética porque está totalmente derivada de un cromosoma sintético", manifestó Venter.
Agregó que se logró con cuatro tipos de sustancias en un sintetizador químico a partir de información proporcionada por un ordenador.
Vida artificial
"Es la primera célula autorreplicadora en el planeta cuya progenitora es una computadora", dijo Venter en alusión al hecho de que su equipo convirtió un genoma que existía como información en una computadora en parte de un organismo que se comporta como un ser vivo.
Venter mismo sostuvo que su equipo no creó vida. "Hemos creado la primera célula sintética. Definitivamente no hemos creado vida de la nada porque usamos una célula receptora para activar el genoma sintético", explicó.
El trabajo del Instituto J. Craig Venter en Rockville, Maryland y San Diego (Alta California), fue una "demostración de principio", pero futuras células sintéticas podrían ser usadas para manufacturar medicamentos, biocombustibles y otros productos.
"Tan pronto como el año próximo, la vacuna contra la influenza que uno pueda obtener podría haber sido creada sintéticamente", declaró Venter.
El científico manifestó que el procedimiento puede ser un instrumento importante para manejar procesos biológicos.
Con este método los científicos proyectan diseñar algas que puedan atrapar el dióxido de carbono y producir otro tipo de hidrocarbonos de utilidad en refinerías.
También podría usarse en la creación de nuevas sustancias o ingredientes alimentarios, la producción de vacunas y hasta en la limpieza del agua.
"Esto se convierte en una herramienta muy poderosa para tratar de diseñar lo que queremos que haga la biología. Tenemos una amplia gama de aplicaciones en mente", dijo Venter.
http://www.sciencemag.org/cgi/content/full/328/5981/958
http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/science.1190719
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Un equipo internacional de investigadores descifró el primer borrador del genoma del neandertal, que revela que el homo sapiens euroasiático comparte de 1 a 4% de su ADN con los neandertales, con los que se pudo cruzar tras salir de África, según un estudio publicado en la revista Science.
Los expertos plantean esta novedosa hipótesis evolutiva e identifican un catálogo de 83 genes exclusivos y definitorios de la especie homo sapiens.
Este borrador genómico se elaboró a partir de tres muestras del yacimiento Vindija en Croacia, con restos de tres individuos femeninos distintos, dijo Carles Lalueza-Fox, uno de los científicos del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) de España implicados en el trabajo.
La investigación está dirigida por Svante Pääbo, del Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva de Leipzig en Alemania.
Las muestras se complementaron con la secuenciación parcial de otros tres neandertales de Mezmaiskaya (Rusia), de Feldhofer (Alemania) y de la cueva de El Sidrón (Asturias, norte español).
Para situar el genoma neandertal en el contexto evolutivo, según Lalueza-Fox, se secuenciaron también cinco genomas humanos completos: de un sudafricano del grupo San, el de un africano del grupo Yoruba, el de un chino Han, el de un francés y el de un nativo de Papúa-Nueva Guinea.
Entre las conclusiones "más llamativas" del estudio, Lalueza-Fox destacó que "hay fragmentos enteros de cromosomas que tenemos los humanos modernos no africanos que son idénticos en los neandertales".
Esta particularidad apuntaría a que "hubo un momento de contacto" o "flujo génico" entre ambas especies hace unos 80 mil ó 50 mil años en Oriente Próximo, después de que el humano moderno abandonara África.
Para el científico español, esto supone un cambio de "paradigma", ya que no se ajusta a ninguno de los dos modelos extremos tradicionalmente planteados: "fuera de África" e "hipótesis multirregional".
El primero defiende una salida del homo sapiens de África sin cruzamientos con otras especies humanas más arcaicas, mientras que el segundo postula una evolución local en cada continente a partir de una migración muy antigua, cercana a los dos millones de años.
Además, el estudio establece un catálogo de 83 genes que difieren entre humanos modernos y neandertales.
Se trata de genes "clave para definirnos" y aún poco conocidos, según Lalueza-Fox, que están relacionados con el metabolismo, la cognición, la morfología de la piel o la fisiología, como el SPAG17, que juega un papel importante en el movimiento del esperma.
Todo esto ha sido posible gracias a las actuales tecnologías de secuenciación masiva, presentes en el campo científico desde hace cinco años, según el experto español, que coincidió con Antonio Rosas, paleobiólogo del CSIC, en que se trata también de un logro tecnológico.
Rosas subrayó que, gracias a este trabajo, se conoce algo más de "nuestra especie".
Para el paleobiólogo, lo que sugiere este hallazgo es que la región implicada en el cruzamiento entre neandertales y humanos modernos debió ser el Próximo Oriente u Oriente Medio, porque "el fenómeno afectó por igual a los genomas de Europa, Asia y Oceanía".
"El flujo génico descubierto únicamente puede detectarse de neandertales a humanos modernos, por la dinámica expansiva de las poblaciones humanas modernas, pero no es descartable que fuera bidireccional", afirmó Rosas, quien añadió que "no hay rastros de que hubiera este flujo después, cuando nuestros antepasados entraron en Europa hace 40 mil años".
http://www.sciencemag.org/special/neandertal/
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Un grupo de científicos de la Universidad de Cambridge en Reino Unido, ha conseguido crear células hepáticas a partir de la reprogramación de células de la piel de diez donantes, lo que abre las puertas a futuros tratamientos de enfermedades que afectan al hígado.
Las muestras de tejido de los donantes, siete de ellos con alguna enfermedad hepática y los otros tres sanos, sirvieron como punto de partida para obtener células madre pluripotentes inducidas (iPS, en sus siglas en inglés).
Este tipo de células comparte ciertas características con las embrionarias que tienen la capacidad de poder convertirse en cualquier tipo de tejido del cuerpo humano.
Para transformar las células iPS en tejido hepático, los investigadores emplearon una serie de componentes químicos que, en el caso de las muestras extraídas de pacientes enfermos, consiguieron que las células reprodujeran los diferentes tipos de patologías de los donantes.
Los científicos creen que este avance puede servir no sólo para la investigación de las enfermedades del hígado a través de la reproducción de las mismas en el laboratorio, sino que también podría ser clave para la creación de tejido que ayude a reparar los daños causados por patologías como la cirrosis, la hepatitis o el cáncer de hígado.
Uno de los investigadores, Ludovic Vallier, del centro de investigaciones con células madre de la Universidad de Cambridge, afirmó que este trabajo supone "un gran paso para decidir las posibilidades clínicas de las células madre", aunque advirtió de que aún son necesarios más estudios para conseguir desarrollar tratamientos efectivos.
Las investigaciones sobre las enfermedades relacionadas con el hígado suelen toparse con la dificultad de que las células hepáticas, conocidas como hepatocitos, no pueden reproducirse en el laboratorio, por lo que este estudio, que abre la posibilidad de crear hepatocitos a partir de células madre, facilitaría la investigación y la prueba de nuevos tratamientos.
Además, los investigadores podrían incluso llegar a personalizar los tratamientos con la creación de tejido hepático a partir de muestras de piel del propio paciente, lo que reduciría los rechazos.
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