La robustez de una bacteria que genera pepitas de oro a partir de cloruro de oro

"The Great Work of the Metal Lover" en el festival internacional de artes cibernéticas e innovadoras Prix Ars Electronica. (Foto: G.L. Kohuth)

Oro bacteriano de 24 quilates es el producto de una llamativa demostración de las habilidades de cierta bacteria.

Unos investigadores de la Universidad Estatal de Michigan, en Estados Unidos, han descubierto que la capacidad de una bacteria para soportar niveles increíbles de toxicidad es decisiva para su actividad procesando cloruro de oro.

El equipo de Kazem Kashefi y Adam Brown ha comprobado que las bacterias Cupriavidus metallidurans pueden subsistir en un medio con concentraciones enormes de cloruro de oro, un compuesto químico tóxico presente en la naturaleza.

De hecho, las bacterias son al menos 25 veces más resistentes de lo que pensaba hasta ahora la comunidad científica.

Los científicos montaron una especie de "destilería" bacteriana en la que el cloruro de oro es convertido en oro. Brown y Kashefi, imitando el proceso que ellos creen que ocurre en la naturaleza, suministraron a las bacterias cantidades de cloruro de oro más altas que las usadas en experimentos previos.


En aproximadamente una semana, las bacterias procesaron el tóxico cloruro de oro y produjeron una pepita de oro.

Sería demasiado costoso reproducir este experimento a una escala mayor. Por tanto, la "destilería" no tiene, en principio, viabilidad comercial. Ha sido montada como una demostración divulgativa de la extraordinaria actividad de estas bacterias, y también como una obra de arte científico. De hecho, ha sido expuesta como una instalación artística con el título "The Great Work of the Metal Lover" en el prestigioso festival internacional de artes cibernéticas e innovadoras Prix Ars Electronica, de Austria.

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El clima de la Tierra podría alcanzar un punto de no retorno

Derretimiento de la capa de hielo de Groenlandia. (Imagen: Kenyai)

La revista científica Nature publica esta semana un artículo, que advierte del posible cambio del estado planetario actual. Según las conclusiones, la posibilidad de alcanzar un punto de no retorno de la situación se debe al consumo de combustibles fósiles y a la alta tasa de crecimiento de la población mundial.


El impacto del conjunto de alteraciones que está sufriendo el planeta es mayor que la suma individual de cada una de esas alteraciones.


Jordi Bascompte, investigador de la Estación Biológica de Doñana del CSIC y coautor del trabajo, dice que “estos cambios parecen involucrar alteraciones en la química de la atmósfera y los océanos, y grandes trastornos en los flujos de energía desde el principio hasta el final de la cadena alimentaria”.


El incremento de la población está asociado a un mayor consumo de recursos y energía, y a la transformación y fragmentación del paisaje que alteran las condiciones atmosféricas, oceánicas y terrestres que, a su vez, amenaza la supervivencia de la biodiversidad actual.


El trabajo también señala aspectos como una pérdida de la productividad en las tierras de cultivo, una menor capacidad de almacenamiento de CO2 y el colapso del stock pesquero.


Eloy Revilla,  investigador de la Estación Biológica de Doñana y otro de los autores del trabajo, considera que “incluso las áreas inalteradas del planeta sufrirán las consecuencias si estos impactos directos superan el 50%”. Según el artículo, si la tasa de incremento de la población se mantiene y también lo hace el nivel de consumo de recursos, este porcentaje será alcanzado hacia 2025 y llegará al 55% en 2045.


Para minimizar estos posibles impactos y no superar la barrera del 50%, el estudio propone las siguientes medidas: reducir la tasa de crecimiento anual de la población y su consumo de recursos asociado, sustituir el mayor nivel energético posible por fuentes renovables, aumentar la eficiencia en la producción de alimentos y mejorar la gestión de las zonas de la Tierra que aún no han sido dominadas por humanos.


Según el artículo, la humanidad está en una encrucijada crítica en la que debe decidir si quiere guiar los cambios del planeta o simplemente dejar que las cosas sucedan. Según Revilla: “esos porcentajes deberían preocuparnos muy seriamente”.


A lo largo de la historia, la Tierra ha vivido cinco grandes episodios de extinciones masivas asociados a cambios climáticos que han modificado las características de todo el planeta. Estas épocas de transición solo representan un 5% de la historia del planeta, mientras que el resto del tiempo se ha mantenido estable.  


El último gran cambio tuvo lugar hace unos 14.000 años, cuando el 30% de la superficie terrestre perdió la capa de hielo que la cubrió durante el último periodo glacial. La última edad de hielo había durado unos 100.000 años, mientras que el periodo de transición se alargó unos 3.300 años. Desde entonces, el planeta ha mantenido unas características más o menos estables hasta la aparición y el desarrollo de la civilización humana.



Actualmente, la tasa de crecimiento anual de la población es de unos 77 millones de personas, casi 1.000 veces superior que la experimentada hace entre 10.000 años y 400 años, cuando se situaba en unas 67.000 personas. El estudio destaca que el incremento de la población ha traído consigo la transformación del 43% de la superficie terrestre en áreas urbanas y agrícolas.


Del mismo modo, los humanos gobiernan el uso de hasta el 40% de la producción primaria mundial, lo que limita el acceso de otras especies a este recurso. A su vez, el consumo de combustibles fósiles ha supuesto un aumento de la concentración de CO2 atmosférico de un 35% y ha provocado un descenso del 0,05 en el pH oceánico

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La enigmática física del Cero Absoluto

Xibo Zhang (izquierda) y Cheng Chin. (Foto: Jason Smith)

Se ha conseguido demostrar de manera experimental, por primera vez, que si se enfrían átomos hasta temperaturas cercanas al Cero Absoluto (aproximadamente 273,15 grados centígrados bajo cero ó 459 grados Fahrenheit bajo cero) éstos pueden comportarse de manera muy similar a como lo hacen sistemas físicos con los que aparentemente no tienen nada en común. Estas intrigantes coincidencias de conducta podrían permitir acceder a información desconocida sobre relaciones entre lo atómico y la cosmología.


Este estado ultrafrío, llamado "criticalidad cuántica", parece delatar la existencia de similitudes entre él y fenómenos tan diversos como la dinámica gravitacional de los agujeros negros o las condiciones exóticas que reinaban en el universo instantes después de su creación.


Por tanto, al estudiar sistemas de átomos en estados de criticalidad cuántica, tal vez sea posible encontrar modos de simular fenómenos cosmológicos de los primeros momentos del universo.


La criticalidad cuántica sólo aparece en la vecindad de una transición de fase cuántica. En la física de la vida cotidiana, se producen transiciones de fase cuando, por ejemplo, el agua se transforma en hielo como respuesta a un descenso en la temperatura. Las transiciones de fase cuánticas, mucho más elusivas y exóticas, se producen sólo a temperaturas ultrafrías bajo la influencia de magnetismo, presión u otros factores.


El equipo de los físicos Cheng Chin y Xibo Zhang, de la Universidad de Chicago, es el primero en observar la criticalidad cuántica en átomos ultrafríos en retículas ópticas.



En sus experimentos, estos científicos usan conjuntos de haces láser que se cruzan para atrapar y enfriar hasta 20.000 átomos de cesio en un plano horizontal contenido en una cámara al vacío. El proceso transforma los átomos de un gas caliente en un superfluido, una forma exótica de la materia que sólo existe a temperaturas bajísimas.


El experimento completo dura de seis a siete segundos y es posible repetirlo una y otra vez.


Los científicos lograron ver las señales de la criticalidad cuántica en sus experimentos sólo cuando consiguieron hacer bajar la temperatura hasta sólo unas pocas milmillonésimas de grado por encima del Cero Absoluto.


La puerta de este nuevo e intrigante campo de la investigación científica ha quedado pues abierta definitivamente. Los experimentos futuros sobre la enigmática física del Cero Absoluto y sus similitudes con la dinámica gravitacional de los agujeros negros o los extraños fenómenos cosmológicos acaecidos justo tras la creación del universo, tal vez conduzcan a descubrimientos fascinantes.

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Comunicación mediante neutrinos

Una sección del emisor NuMI. Foto: Fermilab / Reidar Hahn

El primer mensaje enviado y recibido con éxito usando sólo ráfagas de neutrinos, escurridizas partículas subatómicas capaces de atravesar la materia, constituye otro fascinante ejemplo de ciencia-ficción convertida en realidad. No hace muchos años, bastante gente creía imposible que se pudiera hacer algo así.


Los neutrinos circulan por el espacio sin apenas verse obstaculizados por la materia. Muchos de ellos pasan a través de la Tierra sin ser interceptados. De hecho, en cualquier instante hay billones de neutrinos atravesando el cuerpo de cada persona. La actividad normal del Sol y las demás estrellas los liberan. También son liberados por muchos otros fenómenos físicos, desde explosiones estelares masivas hasta el funcionamiento de un reactor en una central nuclear, e incluso, según se cree, por fenómenos teóricos tan exóticos como desgarrones en el tejido del espacio-tiempo y la aniquilación de materia oscura.


La facilidad con que los neutrinos atraviesan la materia los hace ideales para comunicaciones interestelares, tal y como exponen diversas historias de ciencia-ficción, y también serían de gran utilidad en misiones interplanetarias para periodos en los cuales un astro se interpone entre el emisor y el receptor. En la Tierra hay también claras aplicaciones potenciales, como por ejemplo la comunicación directa a gran distancia con submarinos nucleares, y, en general, las comunicaciones en entornos en los que las ondas electromagnéticas se propagan con dificultad.



La presentación oficial de los resultados definitivos del experimento de telecomunicación por neutrinos en el Laboratorio del Acelerador Nacional estadounidense Fermi (Fermilab), en Illinois, ha despertado un gran entusiasmo, a pesar de lo exiguo del mensaje transmitido: la palabra "Neutrino".


En el proyecto han trabajado numerosas instituciones de varios países, incluyendo, además de Estados Unidos, a Rusia, Perú, Chile, México y Brasil. Por parte estadounidense, han participado entidades de bastantes estados, incluyendo Nueva York, Carolina del Norte, Virginia, Pensilvania, Ohio, Massachusetts, Minnesota, Florida, New Jersey, Texas y California.


Una de las principales dificultades de la comunicación mediante neutrinos es que la misma característica que los hace perfectos para atravesar los obstáculos que se interpongan entre el emisor y el receptor convierte su detección por éste en todo un reto. De los neutrinos emitidos, sólo una minúscula parte es captada por el receptor, y gracias a recurrir a un detector ultrasensible e inevitablemente aparatoso y pesado. De todas formas, es previsible que en el futuro se logren detectores más pequeños.


En el caso de esta primera telecomunicación por neutrinos, el emisor ha sido el NuMI (el inyector principal de haces de neutrinos del acelerador de partículas del Fermilab), capaz de generar haces de neutrinos de alta energía con una de las intensidades más altas logradas por medios artificiales actuales en la Tierra. En cuanto al receptor, esa función la ha realizado el detector MINERvA, también del Fermilab. La forma de codificar información se ha basado en el código binario. La presencia de un pulso de neutrinos indica el "1", y su ausencia significa "0".



La comunicación por neutrinos se halla ahora en una etapa muy primitiva, comparable a la de la invención de la radiotelegrafía dentro de la historia de las telecomunicaciones por ondas. Por eso, a nadie acostumbrado a la internet de alta velocidad debería parecerle escandalosamente lenta la velocidad de transmisión alcanzada con esta primera "conexión" mediante neutrinos: 0,1 bits por segundo, con una tasa de errores del 1 por ciento. La distancia entre emisor y receptor, poco más de un kilómetro, aunque incluyendo 240 metros de roca, también puede parecer poco espectacular. Sin embargo, hacer llegar mediante neutrinos a través de 1035 metros la palabra "Neutrino" constituye un paso gigantesco en la historia de la física y en la de las telecomunicaciones, quizá comparable a la primera emisión radiofónica o a la primera llamada telefónica de la humanidad.


Una última reflexión: Habiéndose demostrado que sí es posible usar neutrinos para enviar mensajes, y teniendo en cuenta la aplicación para comunicaciones interestelares de esta exótica forma de mensajería, cabe plantearse que la humanidad tal vez acaba de abrir una nueva puerta en las investigaciones SETI (siglas en inglés de Búsqueda de vida inteligente extraterrestre). A partir de ahora, habrá que considerar más seriamente que antes la posibilidad de que alguna civilización avanzada nos esté enviando mensajes mediante sutiles ráfagas de neutrinos.

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¿Por qué las arañas no se quedan pegadas a sus propias telarañas?

La pregunta es simple, pero encontrar una respuesta lo suficientemente detallada no ha sido nunca tarea fácil.


Las telarañas son trampas pegajosas, y de esa capacidad de adherirse a lo que las toca depende el éxito de su función.


Sin embargo, las arañas deben transitar por sus telarañas, para construirlas, repararlas y para atacar y devorar a sus presas. Se calcula que una araña puede llegar a pisar los hilos pegajosos de su telaraña miles de veces.


¿Cómo logran pues las arañas evitar quedar pegadas en ellas? Una nueva investigación ha permitido presentar la respuesta más precisa hasta el momento.


Usando técnicas y dispositivos de última generación, un equipo de expertos del Instituto Smithsoniano de Investigación Tropical (entidad presente en Estados Unidos y Panamá) y la Universidad de Costa Rica, han descubierto que las patas de las arañas están protegidas por una cubierta de pelos especiales que las ayuda a evitar quedarse pegadas a los hilos por los que caminan, y una capa química antiadherente que también es eficaz en su función,


Además, tal como ha observado el equipo de R.D. Briceño y W.G. Eberhard, las arañas mueven cuidadosamente sus patas de modo que minimizan las fuerzas adhesivas.

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Las fuentes de energía cuya adopción inmediata podría frenar al calentamiento global

Sólo las fuentes de energía sin emisión alguna de dióxido de carbono pueden darnos una oportunidad de frenar el calentamiento global antes de que alcance un umbral capaz de desencadenar efectos de retroalimentación. (Foto: Amazings/NCYT/MMA)

¿Podría detenerse el calentamiento global en este siglo si las centrales eléctricas que usan carbón como combustible pasasen a consumir gas natural, y además se procurase construir a toda prisa la mayor cantidad posible de centrales solares, parques eólicos, presas hidroeléctricas, e infraestructuras diversas para otras formas de obtención de energía limpia?


En una investigación reciente, se ha calculado qué efectos cabría esperar ver en el clima a causa de la sustitución de las centrales eléctricas basadas en el carbón por cualquiera de ocho opciones más limpias.


En cada caso, el equipo de Ken Caldeira, del Instituto Carnegie de Ciencia de Estados Unidos, y Nathan Myhrvold de la empresa Intellectual Ventures, en la misma nación, comprobó que para lograr un beneficio sustancial en este mismo siglo, la humanidad necesita comenzar una rápida transición hacia las tecnologías energéticas que menos contaminen, como la solar o la eólica.


Los investigadores han llegado a la conclusión de que refrenar el calentamiento global exige mucho más tiempo de lo que se creía.


En el caso del gas natural, que es un combustible fósil más limpio que los demás, así como más barato en las regiones más favorecidas, los resultados del nuevo estudio indican que el calentamiento global, debido a estar ya bastante avanzado, continuará incluso si durante los próximos 40 años todas las centrales eléctricas térmicas alimentadas con carbón que existen en el mundo son reemplazadas por centrales comparables pero alimentadas con gas natural.



Los resultados del estudio indican que sólo las fuentes de energía sin emisión alguna de dióxido de carbono pueden darnos una oportunidad de frenar el calentamiento global antes de que alcance un umbral capaz de desencadenar efectos de retroalimentación.


No hay una solución rápida para frenar el calentamiento global, tal como subraya Caldeira. Cambiar las centrales eléctricas contaminantes por otras limpias es un proceso lento y requiere trabajar duro. Además, en el mejor de los casos, el sistema climático tardará varias décadas para responder totalmente a las reducciones en las emisiones. "Si esperamos ver beneficios sustanciales para la segunda mitad de este siglo, tenemos que comenzar a actuar ahora", sentencia Caldeira.

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Confirman la existencia de una clase de sustancias con capacidad para mitigar el calentamiento global

Parte del trabajo de investigación se hizo con un aparato diseñado por expertos de los Laboratorios Nacionales de Sandía para su uso en un sincrotrón del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, ambas instituciones en EE.UU. (Foto: U. de Manchester)

Los birradicales de Criegee, presentes en la atmósfera, son potentes oxidantes para sustancias contaminantes como el dióxido de nitrógeno y el dióxido de azufre, producidos por procesos de combustión. Estos birradicales, en cantidades suficientes, podrían limpiar la atmósfera de manera natural.


Aunque se creía en la existencia de estas sustancias desde la década de 1950, no habían sido encontradas hasta ahora. El hallazgo lo ha hecho un equipo de expertos de las universidades de Manchester y Bristol en el Reino Unido, y de los Laboratorios Nacionales de Sandía en Estados Unidos. Estos investigadores han constatado que los birradicales de Criegee reaccionan más rápido de lo que se pensaba, y que aceleran la formación de sulfatos y nitratos en la atmósfera. Estos compuestos conducen a la formación de aerosoles y a la generación de nubes con el potencial de refrescar el planeta.


El equipo de los químicos Carl Percival (de la Universidad de Manchester) y Dudley Shallcross (de la Universidad de Bristol) cree ahora que su descubrimiento puede abrir nuevos y prometedores caminos para mitigar el calentamiento global.


La fuente principal de los birradicales de Criegee no depende de la luz solar; por eso estos procesos tienen lugar a lo largo del día y de la noche. Un ingrediente importante requerido para la producción de estos birradicales de Criegee proviene de las sustancias químicas emitidas de manera natural por los vegetales, de modo que los ecosistemas naturales podrían estar desempeñando un papel primordial en el combate contra el calentamiento global.



La formación de los birradicales de Criegee fue postulada por primera vez de la mano de Rudolf Criegee en los años cincuenta. Sin embargo, a pesar de su importancia, no ha sido posible estudiar esta gama tan importante de compuestos directamente en el laboratorio.


En los últimos 100 años, la temperatura superficial promedio de la Tierra se ha incrementado en aproximadamente 0,8 grados centígrados, con alrededor de las dos terceras partes de ese aumento manifestándose en las últimas tres décadas. La comunidad científica insiste en la urgencia de hacer recortes drásticos en las emisiones de gases de efecto invernadero, a fin de evitar que el futuro calentamiento global supere el tan temido umbral de los 2,0 grados centígrados de incremento.

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