Helio. La niñera iónica

Investigadores de la Universidad Estatal de California (CSUN) y de la Universidad de Buffalo han dado una explicación teórica de cómo el helio puede formar compuestos sólidos estables, basándose en la síntesis de unos compuestos de helio y sodio bajo presión, realizada por otro grupo en 2017.

La investigación también sugiere que el gas podría ser encontrado en el manto terrestre, lugar que siempre se había descartado debido a que no se conocía ninguna química que pudiera contener al helio en dicho entorno.

Como ya hemos dicho, el trabajo fue inspirado por la síntesis por otro grupo de un compuesto de helio y sodio. Mao-sheng Miao, profesor de la CSUN, nos explica que aunque dicha reacción se probó experimentalmente, el grupo de Miao no entendía por qué podía darse la reacción. Ahora sí: “El helio es una buena niñera”.

“Proponemos que hay una fuerza general que conduce al helio a reaccionar con compuestos iónicos cuando dichos compuestos poseen una cantidad diferente de iones positivos y negativos. Como resultado, estabiliza lo que normalmente sería una situación inestable, parecido a cuando una niñera hace de mediadora cuando tus niños no se llevan bien.”

Según Eva Zurek, profesora de la universidad de Buffalo, el estudio es especialmente interesante debido a la consideración que siempre ha existido de que el helio no es reactivo. “Nuestra investigación ilustra un nuevo mecanismo mediante el que el helio puede reaccionar con otras especies bajo presión para formar compuestos. Aún más, predecimos nuevos conjuntos de compuestos que podrían reaccionar con el helio que no fueron estudiados en el trabajo original.”

El helio como “niñera”

Cuando un compuesto contiene una cantidad diferente de cargas iónicas positivas y negativas, la repulsión entre átomos con misma carga puede provocar que el compuesto bajo presión sea inestable.

Ahí es dónde actúa el helio, “como una especie de niñera”, según Miao.

“Los elementos químicos se unen para formar un compuesto, como una familia. Pero como en cualquier familia, no todo el mundo se lleva bien; En este caso porque tienes demasiados iones positivos o negativos.”

“Ahora apliquemos presión para que este compuesto se dé, que sería como poner a la familia en un coche muy pequeño. Ya sabes lo que ocurre cuando fuerzas a tus niños a sentarse juntos en los asientos traseros de un coche pequeño, no siempre se llevan bien, hay riñas y empujones. El helio es la niñera es este coche químico. Se sienta entre los niños para ayudarles a que se lleven bien, pero realmente no es parte de la familia.”

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Credit: Bob Wilder/ University at Buffalo

En el caso de compuestos químicos el helio no forma ningún tipo de enlace químico con los átomos vecinos. En vez de eso se inserta entre los otros elementos del compuesto para mantenerlo estable.

Entre los nuevos compuestos con helio propuestos en el trabajo podemos encontrar uno de fluoruro de magnesio, y otro de fluoruro de calcio por ejemplo.

¿Más helio en la tierra?

Las “reservas” de helio en la Tierra se están agotando lentamente. Según Miao, si la teoría de su grupo es correcta, su trabajo no sólo sirve para obtener nuevas ideas del rol del helio en compuestos químicos, también nos podría dar pistas de dónde podríamos encontrar más.

“Nuestro trabajo revela que el helio es propenso a reaccionar con una amplia gama de compuestos iónicos incluso a presiones bajas, lo que implica que podría haber mucho más en la Tierra de lo que nos imaginamos. Como la mayoría de minerales en la tierra tienen una cantidad diferente de iones cargados positivos y negativos, nuestro trabajo sugiere que grandes cantidades de helio podrían estar almacenadas en el manto terrestre.”

Para más información:

Z. Liu, J.Botana, A. Hermann, S. Valdez, E. Zurek, D. Yan, H. Lin, M. Miao. Reactivity of He with ionic compounds under high pressure. Nature Communications 9, Article number: 951 (2018)

 

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La pérdida de los corales

Los corales marinos son animales invertebrados coloniales que viven fijos en el fondo del mar. Están formados por materia calcárea y muchos de ellos hacen simbiosis con otros organismos para conseguir su alimento. Estos animales pueden conseguir formar colonias increíbles como son la Gran Barrera de Coral australiana.

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En los últimos años se sabe que esta gran barrera está desapareciendo, debido a que los corales se mueren y dejan un aspecto como el siguiente:

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Los corales son animales muy longevos, por consiguiente, los científicos no  encontraban explicación de por qué se daba tan repentinamente la muerte de tantos corales a la vez.

Una de las respuestas a esta inquietud es la acidificación del océano, es decir, la bajada del pH que se está dando en todos los océanos de la Tierra.

El pH es el coeficiente que se utiliza para medir la acidez o basicidad de una solución acuosa. Un pH bajo indica una solución ácida mientras que un pH alto indica una solución básica.

Un pH por encima de 7 es básico y un pH por debajo de 7 es ácido mientras que si ronda el 7 es un pH neutro.

La gama de pH que tiene la superficie de los océanos es de 8.0, es decir, un pH básico. El problema actual es que desde la era de la industrialización se está lanzando mucho dióxido de carbono (CO2) a la atmósfera de modo que el océano para equilibrar la balanza de este gas tanto dentro como fuera del agua, lo absorbe. La absorbancia de CO2 por parte del océano supone una bajada de pH y un incremento de la temperatura superficial del océano.

Cabe destacar que todos los seres vivos somos muy sensibles a los cambios que se producen en nuestro alrededor, por ello, el aumento del 30% de la acidez del océano y el incremento de 0.23ºC o 0.18ºC (dependiendo de la zona) de la temperatura en la superficie del océano supone que los organismos que están en simbiosis con los corales se vayan en busca de otras condiciones ya que tanto los cambios de pH como de temperatura supone una dificultad para ellos para sobrevivir.

Estos dos parámetros han ido cambiando a lo largo de la vida en la Tierra, pero dichos cambios se han producido a lo largo de millones de años. En consecuencia ha sido un cambio radical. Hablamos de que en 300 años se han producido todos los cambios anteriormente comentados. Esto hace que los organismos no tengan tiempo a adaptarse y por ello, cambian de hábitat en busca de uno mejor. Por lo tanto, si los organismos que hacen simbiosis con los corales se van, éstos últimos no serán capaces, por si mismos, de alimentarse y acaban muriendo.

Es preciso comentar que la acidificación del océano es un problema muy grave, ya que si no reducimos la expulsión de CO2, el océano seguirá absorbiendo este gas y seguirá bajando el pH y aumentando la temperatura.

No obstante, los corales no son los únicos animales afectados por estas condiciones, hay otros muchos como los foraminíferos que se ven dañados por las mismas condiciones. Los foraminíferos, junto con otros animales son los organismos base en la cadena alimenticia, si estos fallan, todos los demás fallan.

En conclusión, la comunidad científica está buscando soluciones y concienciando a todo el mundo de reducir la cantidad de dióxido de carbono que se expulsa, para poder así evitar un problema aún más grave.

 

Los plásticos en el océano

El 2 de marzo de este año, la fotógrafa Isabel Muñoz, ganadora del premio Nacional, expuso en Madrid una colección de fotos que reivindicaban contra los plásticos en los océanos; en el cual nos expone un tema de gran interés actual. Pues los plásticos están colapsando nuestros mares y causando graves problemas, sin embargo, no es algo nuevo. No obstante, sí es nuevo que tengamos una fecha exacta para saber que el peso de los plásticos que haya en los mares será superior al peso de todos los peces, y esa fecha es 2050, según National Geographic y la ONU.

Según la RAE, los plásticos son un material capaz de cambiar de forma y conservarla de modo permanente mediante una compresión más o menos prolongada. Además, cabe destacar que los plásticos que normalmente usamos nosotros y que es el causante del problema son los plásticos sintéticos, es decir, aquellos fabricados por el hombre. Estos plásticos, además, están hechos con derivados del petróleo ya que es una materia prima barata y abundante.

Por otra parte, los plásticos de mayor uso son el polietilenterftalato (PET), el polipropileno (PP), el policloruro de vinilo (PVC). Plásticos que se utilizan por ejemplo en los envases de bebidas, artículos domésticos o en materiales de construcción, respectivamente.

Estos tres tipos de plásticos tienen en común dos cosas: la primera de ellas es que son termoplásticos, es decir, a altas temperaturas se deforman. La segunda cosa es que contienen “bisfenol A” (BPA), un compuesto orgánico con dos grupos funcionales fenol. Este compuesto es muy dañino para la salud por ser un disruptor endocrino, es decir, una sustancia capaz de interferir en procesos regulados por hormonas. Por consiguiente, en humanos, el “bisfenol A” puede tener efectos nocivos sobre el sistema reproductor tanto masculino como femenino, sobre el cerebro y el comportamiento, sobre el metabolismo y el sistema cardiovascular, sobre el tiroides, el sistema inmunitario, el intestino y efectos cancerígenos, entre otros.

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Este compuesto fue retirado de algunas cadenas de ventas para evitar la exposición a él. Sin embargo, el problema viene en la ingente cantidad de plásticos que hay en el mar; que al ser plásticos termoplásticos, las altas temperaturas y el Sol acaban desformándolos y convierténdolos en trozos muy pequeños de plástico flotando por los océanos.
Se sabe que hay cinco grandes zonas en el mundo denominadas “sopas” de plásticos una en el océano Índico, dos en el Atlántico y dos en el Pacífico con una concentración elevada de microplásticos. Estos microplásticos son ingeridos por peces y estos peces a su vez por otros peces siguiendo la cadena alimenticia hasta llegar al ser humano. Por lo que, en definitiva, nosotros seguimos estando expuestos y puede que incluso consumiendo el “bisfenol A”.

Además de este compuesto, los plásticos tienen la capacidad de atraer contaminantes hidrofóbicos del agua de mar como son PCBs y DDT, compuestos químicos que también tienen efectos muy perjudiciales en la salud humana, sobre todo los PCBs se conocen por los trastornos que causa en mujeres embarazadas y neonatos.

En conclusión, es muy posible que a mucha gente esto le parezca una locura, pero la realidad es que existen playas en las que la arena ha sido reemplazada por plásticos, como es el caso de Kamilo beach, una playa situada en la costa suroeste de Hawaii.

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Physalia physalis

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Physalia physalis. Ilustración original de Aynhoa Gomez. 

 

Hoy en esta ilustración, queremos hablaros de este animal que normalmente se confunde con una medusa.

Physalia physalis pertenece al filo de los cnidarios, pero no constituye la morfología medusa, sino más bien pólipo, es decir, es un organismo colonial. Dichos pólipos están organizados según la función que lleven a cabo: alimentación, defensa o reproducción.

En esta ilustración se pretende mostrar dicha organización según colores diferentes (rosas, verdes y azules). Estos pólipos permanecen dentro del agua, mientras que fuera de ella sobresale una estructura llamada “vela”, cuya función es aprovechar el viento para poder desplazarse a largas distancias.

Curiosidades del Physalia physalis:

A pesar de poseer una de las picaduras más peligrosa, existe un pequeño animal que a veces va junto a ella, aprovechándose de los restos de presas que la carabela portuguesa deja a su paso y proporcionándole protección frente a otros depredadores. Se trata de un pez llamado Nomeus gronovii.

Técnica:
La técnica empleada para esta ilustración ha sido la de inversión de colores. Primero se dibuja al animal con colores inversos, es decir, si queremos obtener en el resultado final un color magenta para una zona, en la ilustración original deberemos poner colores de tonos verdes claro para dicha zona.

En la siguiente imagen podemos ver la ilustración original, a la izquierda, y el resultado final a la derecha. El resultado final se consigue escaneando la ilustración original y editándola digitalmente, invirtiendo los colores de la original.

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A la izquierda observamos la ilustración original frente a la ilustración final (derecha).

Este método se usa sobretodo cuando queremos trabajar con un fondo negro y queremos resaltar ciertas estructuras o brillos.

Otra opción es realizar la ilustración en un papel negro. ¡Pero eso ya queda a gusto del ilustrador!

Si queréis ver el proceso de esta ilustración u otras, podéis entrar en @noawolf_illustrations.

La “falsa medusa” conquista Andalucía

En Andalucía llevamos aproximadamente un mes con una inestabilidad meteorológica brutal, los temporales se suceden y más de uno está planteándose adquirir una barca para ir a comprar pan por las mañanas. Pero la lluvia, bienvenida sea, no es la única protagonista, el viento también está haciendo acto de presencia y, como bien es sabido, este se encarga de alimentar a las corrientes oceánicas superficiales.

Estas corrientes están depositando en nuestras playas, además de una ingente cantidad de basura, numerosísimos ejemplares de Physalia physalis, carabela portuguesa para los amigos. Ya mencionamos a este maravilloso animal en el artículo “¡Socorro, una bolsa!”, si no lo habéis leído, os lo recomiendo, lo considero fundamental para entender algunos conceptos que se expondrán a continuación.

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Figura 1. Ejemplar de Physalia varado en la playa esperando a que lo pises.

La carabela portuguesa es una especie de hidrozoo sifonóforo, es decir, un Cnidario capaz de formar una colonia flotante, este es el motivo por el cual se la llama “falsa medusa”, cuando vemos a una carabela portuguesa no se trata de un único animal, si no de miles de individuos formando una colonia.

Los distintos individuos se especializan para mantener viva la colonia, reciben el nombre de hidroides que se dividen el trabajo. El neumatóforo se encarga de la flotabilidad, los gastrozoides de la digestión, los dactilozoides de la captura de presas y defensa y los gonozoides de la reproducción.

Gracias a su vela gelatinosa, Physalia es capaz de recorrer los océanos impulsada por los vientos y corrientes, de su cuerpo central cuelgan numerosos y largos tentáculos cargados de cnidocitos con sus respectivos nematocistos, utilizados para paralizar y dirigir a sus presas hacia la cavidad gastrovascular.

Aunque captura pequeños organismos acuáticos como peces y plancton, su veneno tiene graves consecuencias neurotóxicas, citotóxicas y cardiotóxicas en el ser humano, produciendo un dolor muy intenso y nauseas, afortunadamente no es mortal.

Ahora bien, ¿qué hago si estoy dando un paseo por la playa y encuentro una Physalia? ¿Le doy un beso? ¿Un abrazo tal vez? Pues no, nada de eso, lo primero es alejarse con cuidado de no pisar ningún tentáculo, lo segundo es echarle una foto y lo tercero es comunicar el avistamiento al CSIC o a Jellyfish Research South Spain, se encargan de llevar un censo de las especies vistas en el sur del país con el fin de investigar sobre la biología de dichas especies y los cambios como consecuencia de las alteraciones del medio. Se puede contactar con ellos en jellyfish_research@yahoo.com, así como en su página de Facebook.

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Figura 2. Póster elaborado por el CSIC y otros organismos en el que se muestran las distintas especies de medusas frecuentes en el Mediterráneo y los pasos a seguir en caso de avistamiento.

“Yo te sigo” – Plasmodium chabaudi, siempre a su ritmo.

¡Hola a todos!

Desde que comencé en el mundo de la parasitología, me he encontrado personas que han confundido esta rama de la ciencia con otras como la bacteriología “los parásitos son bacterias, ¿no?” (aunque en su sentido amplio, no estaban tan equivocados) o no sabía de su existencia y por la fonética lo confundieron con “parapsicología“. Esto me hizo comprender la necesidad de mostrar al mundo este fascinante mundo. Y como para explicar qué es un parásito siempre “echo mano” de la malaria por ser la más conocida, pensé que sería interesante enseñaros alguna foto de una especie con la que trabajamos en el laboratorio y alguna de sus curiosidades.

 

Todas las especies que causan la malaria se agrupan dentro del género Plasmodium, dentro del cual encontramos especies muy diversas que causan la enfermedad a aves, reptiles y mamíferos. Las que causan la enfermedad en roedores son P. yoelii, P. berghei, P. vinckei y P. chabaudi. También se suele trabajar con especies que causan la enfermedad en humanos, aunque nos tenemos que restringir a modelos in vitro (queda feo hacer in vivo con estos); las especies de malaria humana son P. vivax, P. ovale, P, malarie (ahora dividida en 2 especies), P. knowlesi y la más severa de todas P. falciparum.

La especie de la imagen es P. chabaudi, de la que caí enamorado científicamente por dos cosas muy curiosas;

  1. No mata al hospedador. No siempre es lo mejor para el modelo por la enfermedad que causa, pero ayuda al estudio.
  2. Se sincronizan cual banda callejera en un musical de Broadway.

Estos parásitos son capaces de tener todos forma de anillo (trofozoíto inmaduro) por la mañana, trofozoíto maduro (en la que se alimentan) por la tarde y la forma de división por la noche (schizonte), sincronizándose con los ritmos circadianos del hospedador, habiendo coevolucionado con este. Los ratones son animales que son más activos al atardecer, momento en el que se alimentan aumentando los niveles de glucosa, y es aproximadamente a esa hora cuando chabaudi pasa a su fase proliferativa, simplemente genial.

En las siguientes imágenes podemos ver fotografías de microscopía de P. chabaudi y una representación de cada una de las partes que podemos diferenciar.

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Imagen 1. Imagen a microscopía óptica x100 con tinción Giemsa. Podemos ver un trofozoito de P. chabaudi, fase en forma de anillo que parasita los glóbulos rojos (este parásito está fuera de él al haberse roto la célula hospedadora)

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Imagen 2. Representación del trofozoíto con referencias a cada una de las partes visibles en microscopía óptica. Este parásito desarrolla una vacuola (“bolsa” de agua, sales, proteínas…) en la zona central que da la forma de anillo.

¡Y hasta aquí la imagen de microscopía de hoy!

¡Espero que os haya gustado!

 

El Legado de Stephen Hawking

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Supongo que todos los lectores ya se habrán enterado de la defunción del físico y divulgador científico británico Stephen Hawking. Sin embargo, aunque haya sido una de las figuras más representativas de la ciencia de las últimas décadas, si no la que más, la mayoría de la gente no conoce la carrera científica de Hawkin. Por ello en este artículo, en conmemoración a la gran figura que fue Stephen Hawkin para la comunidad científica, me gustaría comentar brevemente algunas de sus aportaciones más notables para esta nuestra comunidad.

Su carrera como investigador se resume bastante bien en las palabras del cosmólogo Michael Turner, “Él estaba preguntando y tratando de abordar las preguntas más grandes que hemos hecho: el origen del universo, los agujeros negros, la dirección del tiempo”.

En 1970 publicó una prueba de que si el universo sigue la teoría de la relatividad general, y encaja en alguno de los modelos de cosmología desarrollados por Alexander Friedmann, el universo debió empezar con una singularidad. También, el mismo año, postuló la que se conoce como la segunda ley de la dinámica de los agujeros negros, que estipula que el horizonte de sucesos de un agujero negro nunca puede disminuir.

En 1974 publica el paper “Black Hole Explosions?”. Este es uno de sus logros más importantes, ya que en este trabajo consigue unificar la Relatividad General y la Mecánica Cuántica, dos teorías que en principio parecen incompatibles debido a la diferencia abismal entre las escales a las que se emplean, la primera para las grandes estructuras del universo, y la segunda para moléculas discretas, enlaces, átomos y partículas subatómicas. En este paper demuestra que un agujero negro realmente no es negro, debido a interacción entre las fluctuaciones cuánticas del vacío y el horizonte de sucesos de un agujero negro se genera radiación, la actualmente conocida como radiación de Hawking, y debido a esto un agujero negro tiene temperatura.

Actualmente la comunidad científica sigue discutiendo las implicaciones de la radiación de Hawking, especialmente la conocida como “paradoja de la pérdida de información en agujeros negros”. Debido a la emisión de radiación, los agujeros negros tienen temperatura, y pierden masa y energía paulatinamente, encogiendo lentamente y eventualmente evaporándose; El propio Hawking lo comparaba con una aspirina disolviéndose en un vaso de agua. Si un agujero negro desaparece, toda la información cosmológica de materia y energía que inicialmente entró en él es perdida, pero la mecánica cuántica predice que la información nunca puede perderse. Esta paradoja sigue siendo un foco de interés teórico y un tópico de debate tras 40 años después de su descubrimiento.

También hay que agradecerle su labor como divulgador científico. En una sociedad como la nuestra en la que, por norma general, la gente se interesa más por el último partido de la liga o la vida de algún famoso que por la ciencia, con su “Breve historia del tiempo” consiguió acercar la astrofísica a todo tipo de personas, incluyendo a las que no le interesa la ciencia lo más mínimo, volviéndose un best seller, y consiguiendo que incluso aquellos que no entendían ni una palabra de lo que decía aceptaran que era una mente brillante y alguien a quien respetar por su gran importancia para nuestra sociedad.

Una interesante anécdota de dicho libro es que él empezaba la mayoría de sus charlas de cosmología con la irónica frase: “Supongo que todos ustedes han leído Breve historia del tiempo y lo han entendido”, a lo que siempre le seguía una gran risa por parte del público.

Por último, me gustaría cerrar el artículo con las bonitas palabras que el gran divulgador científico Neil deGrasse Tyson dijo sobre él:

“Sus títulos no son relevantes. Lo que importa es lo que su cerebro hizo. Le llamamos astrofísico porque su laboratorio era el universo.”