Límite, interesante...

Y explorando libros, termino ahora Límite, una novela de ciencia ficción de Frank Schätzing. Un trhiller científico cargado de altas dosis de acción y con un trasfondo de novela negra bastante logrado.

Nos situamos en una sociedad claramente avanzada en la que la tecnología ha dado un salto colosal al desarrollar la fusión nuclear . El combustible que utiliza esta sociedad para la fusión es el Helio-3, que se encuentra en grandes cantidades en la capa de regolito que envuelve a nuestro satélite, la Luna.
El He-3 es un isótopo no radiactivo, altamente estable y energético, y por tanto, lo que podría ser un combustible clave en un futuro próximo.

Si bien, la existencia de helio-3 en nuestra luna no es nada nuevo. Las primeras muestras de este isótopo vinieron de vuelta con la nave Apolo 17 en 1977 y no fue hasta 1990, cuando se descubrieron burbujas de este material adheridas al polvo lunar.

Como tampoco es nada nuevo el tema en la ficción, si recordáis en la película Moon (si no la habéis visto, ¿a qué estáis esperando? Muy recomendable) del director Duncan Jones, el protagonista se encuentra en una base lunar destinada a las extracción de He-3. Y si queréis juegos de estrategia para pc sobre He-3, también los hay. Como veis, el tema está ampliamente explotado.

Reacción de Fusión del Helio-3 y el Deuterio.

Abarcando no sólo el thriller científico, la novela nos hace viajar por el mundo de las grandes transnacionales petrolíferas y su posible respuesta frente a una crisis de combustibles fósiles que promete la ruina.


Límite parte de una sociedad afectada por la crisis de combustibles fósiles, con un alto desarrollo de las energías renovables y con una incipiente tecnología de fusión nuclear. Aunque el protagonista estrella es el He-3, no tienen desperdicio las menciones a la energía solar  y sus aplicaciones con un balance energético muy optimista.

En definitiva, Límite ofrece un tema suculento que explota los recursos de nuestra luna y alguna que otra sorpresa relacionada con novelas de Arthur C. Clarke, además de incluir numerosas referencias a clásicos de la sci-fi que los veteranos en el género agradecerán. Muy recomendable si os apetece algo de acción futurista.

Una bacteria espacial

Bacillus safensis es una bacteria mesófila gram-positiva descubierta por primera vez en la superficie de las naves 2001 Mars Odyssey, Spirit y Oppotunity y en las instalaciones de la NASA en 2001. Más concretamente en la Spacecraft Assembly Facility (SAF) a la que debe su nombre B. safensis. Se encontraron 13 cepas de la bacteria, no sólo en la SAF, si no en el Kennedy Space Center de Florida.

B. safensis

Esta bacteria fue una de las afortunadas junto a algunos microorganismos más para viajar en la sonda interplanetaria Phobos-Grunt lanzada hace unos días (el pasado 8 de noviembre), una misión con destino a Fobos y de 3 años de duración. El biomódulo LIFE (Living Interplanetary Flight Experiment) albergaría a estos microorganismos y los expondría al ambiente de Fobos. Por desgracia, la Phobos-Grunt no activó sus propulsores y los intentos por contactar con los sensores que activaran dicha instrucción fueron inútiles. 


Obviamente, la elección de los organismos pretendía ser lo más variada posible y resistente a las condiciones ambientales a las que se enfrentaría. Para ello, se seleccionaron organismos de los diferentes dominios eucariota, arquea y bacteria, con indicios de haber pertenecido a formas primitivas de vida en Marte.

La bacteria Bacillus safensis se convirtió en unas de las candidatas para el viaje de la Phobos-Grunt debido a su alta resistencia a las radiaciones de tipo gamma y UV (radiorresistente). Aunque probablemente este no fue el primer viaje para la bacteria, ya que se la consideró como una posible polizón en anteriores misiones espaciales como la 2001 Mars Odyssey, Spirit y Opportunity, cuyas superficies podían estar contaminadas por la bacteria cuando partieron hacia Marte, a pesar de las condiciones asépticas de trabajo en las áreas de montaje de la NASA. Aquí se abre el eterno debate sobre una posible contaminación de la superficie de Marte con bacterias terrícolas, aunque hay que recordar que las condiciones durante el viaje, entrada en la atmósfera marciana y amartizaje son sumamente hostiles.

Nave de montaje de la SAF situada en los Jet Propulsion Laboratory's, Pasadena (California). 

Tras el descubrimiento de la nueva bacteria en las naves de la NASA, un estudio en 2006 mostró que compartía un 99% de similitud en las secuencias de ADN con la especie Bacillus pumilus, bacteria aerobea que comúnmente vive en el suelo y que también fue hallada en la superficie de la nave 2001 Mars Odyssey. Ambas especies se caracterizan por una alta radiorresistencia, ya que producen endosporas con las que pueden resistir temperaturas extremas, desecación, radiación γ, radiación UV, falta de nutrientes u oxidaciones por H2O2 y radicales libres. Sin embargo, las cepas encontradas en las instalaciones de la NASA tenían capacidades de resistencia significativamente mayores a otras cepas de Bacillus ya catalogadas.
Bacillus safensis es un bacilo con flagelación polar que forma endosporas.  Las células vegetativas tienen un diámetro de 0,5-0,7 µm y una longitud de 1-2 µm. Su temperatura óptima de crecimiento es de 30-37 ºC, aunque pueden sobrevivir en condiciones de 0-50ºC.

Ciclo de esporulación. 
La formación de endosporas se produce cuando se somete a la bacteria a condiciones extremas. Esta estructura es de 10 a 50 veces más resistente a la radiación UV que la célula vegetativa. La endospora es una estructura que contiene una copia del ADN que es protegida y preservada hasta que las condiciones sean las ideales para reactivar el metabolismo.

Las lesiones nocivas y la desecación que puede causar la radiación UV en el ADN son mitigadas en parte por un tipo de proteínas contenidas en los ácidos nucleicos de las esporas llamadas SASP (Small Acid-Soluble Proteins) de especies como B. safensis. Las proteínas SASP inducen un cambio conformacional en el ADN de la forma B hacia la forma A. Esta estructura deshidratada y más compacta, protegerá el ADN de la radiación UV. 

Forma A del ADN: forma más compacta que la B, 11 pares de bases por giro con una gran inclinación de estos con respecto al eje de la hélice. Forma B del ADN: forma con 10 pares de bases por giro helicoidal, los pares de bases apilados están separados por 0,34 nm.

La exposición a radiación UV puede provocar dímeros de timina o pirimidina, errores en el emparejamiento de las bases complementarias y la complementación con las bases adyacentes. Estas complementaciones erróneas forman anillos. 

Formación de dímeros por la exposición a la radiación UV (no ionizante).

La compactación de la forma A impide en parte la formación de los dímeros de pirimidina. Pero cuando estas lesiones se dan por altas dosis de UV, entra en acción la enzima fotoliasa una vez que el metabolismo está activo. Esta enzima fotorreactivante está formada por dos grupos prostéticos: flavina reducida y una pterina. El proceso es el siguiente: la enzima reconoce a un dímero de pirimidina y se une a él formando un complejo enzima-sustrato. La flavina reducida de la fotoliasa, en presencia de radiación visible, se excita y dona electrones al anillo de ciclobutano rompiéndolo y regenerando las dos pirimidinas sin alterar. 

Dímero de timina provocado por radiación UV.

La resistencia al H2O2 supuso un punto preocupante para los responsables de la NASA, puesto que el peróxido de hidrógeno se utiliza normalmente para la biorreducción de los componentes de la nave. El daño producido por H2O2 es combatido por una variedad de agentes reductores de la bacteria. De esta manera, se disminuyen las posibles lesiones sobre la membrana interna de la bacteria o los daños oxidativos en proteínas o en el ADN.

Estos son algunos de los métodos que incluyen microorganismos como Bacillus safensis para adaptarse a condiciones extremas. La misión Phobos-Grunt, entre otros objetivos,  pretendía simular unas condiciones de transpermia que prometían traer de vuelta resultados muy interesantes sobre la supervivencia de este tipo de microorganismos. Tendremos que esperar al próximo biolanzamiento hacia condiciones marcianas.


Nota: Esta entrada participa en la VII Carnaval de la Biología, alojado este mes en el blog Curiosidades de la Microbiología.


Referencias:
http://ijs.sgmjournals.org/content/56/8/1735.full.pdf

Mizar y Alcor: Un Sistema Sextuple

Creo que todos hemos identificado alguna vez la Osa Mayor en la bóveda celeste aún cuando nuestros conocimientos dejaran mucho que desear. El Carro (Cucharón para los ingleses) que solemos localizar en nuestro firmamento es un asterismo (una figura que no se ha reconocido oficialmente) constituido por las estrellas más brillantes de la Osa Mayor que representan la cola de la osa. Se compone de siete estrellas principales: Alkaid, Mizar, Alioth, Megrez, Dubhe, Merak y Phecda.  La Osa Mayor es la constelación más fácil de identificar en el hemisferio Norte y permanece durante todo el año (circumpolar). Con unas nociones básicas partiendo de El Carro, podemos hallar la Estrella Polar fácilmente, muy útil cuando el GPS te indique que vayas al norte en una oscura noche (caso real el del GPS indicando al norte).

El Carro destacado en la Osa Mayor.

Mizar es  la segunda estrella empezando por el final de la cola. Si se tiene una buena vista y a modo de ejercicio de agudeza visual, se es capaz distinguir una pequeña acompañante al lado llamada Alcor. Mizar y Alcor están separadas unos 3 años luz de distancia, lo que equivale a unos 2,840184*10^13 km; si comparamos, la distancia de nuestro sol a la estrella más cercana (Alfa-Centauri) es de 4 años luz. Mizar y Alcor se mueven juntas y dentro del conjunto de la Osa Mayor. Esto se denomina sistema estelar binario y se produce cuando las dos estrellas se mantienen unidas por una fuerza gravitatoria y giran en torno a un centro común. Sin embargo, durante mucho tiempo se consideró que no era un auténtico sistema binario, sino una simple estrella doble hasta que en 2009 un estudio de Eric Mamajek corroboró la teoría. Pero el sistema Mizar-Alcor se considera sextuple, considerándose como binario la existencia de un complejo A  y otro B que forman Alcor, unidos al complejo cuádruple Mizar. Por tanto, tenemos 6 estrellas nada más y nada menos relacionadas por un campo gravitatorio común y en continuo movimiento a su vez en el grupo de la Osa Mayor. Según el estudio se sugirió que están a una distancia de 74000 +- 39000 unidades astronómicas (una UA es la distancia del Sol a la Tierra, unos 149.597.870 km), más cerca de lo pensado en un principio.

Mizar y Alcor, observable con una buena vista. La estrella superior es Sidus Ludoviciana.

Ahora ya sabréis que cuando miréis a esa segunda estrella del mango del Cucharón, en realidad serán dos, que en realidad serán seis.

Fotosíntesis artificial

Portada del libro Solar, cualquiera diría que
 apenas trataba sobre el sol.

Terminé hace poco de leer Solar de Ian McEwan, una novela a la que dedicaré unas palabras. Aunque me decepcionó profundamente la trama (no me esperaba una novela psicológica), despertó mi curiosidad respecto a algunas cuestiones en el campo de la biónica. La novela proponía, como tema secundario y poco mencionado, un desarrollo innovador de la fotosíntesis artificial (FA) en combinación con células fotovoltaicas. La cuestión es que la fotosíntesis artificial es una realidad desde hace ya algunos años y actualmente, se siguen descubriendo nuevos materiales que mejoran el proceso. Por desgracia, la energía necesaria para la producción de hidrógeno es mayor que la producida, por lo tanto, ¿qué hay de innovador en el tema que desarrollaba (malamente) el libro?  Pues bien, profundicemos y saciemos esta curiosidad que me carcome.

Para explicar la fotosíntesis artificial tenemos que saber antes en qué se parece a su homóloga natural. La fotosíntesis se define como el proceso realizado por plantas que convierte la energía solar en energía química ¿cómo? Los fotones inciden sobre las moléculas captadoras (pigmentos encargados de captar la energía, como la clorofila) excitándolas y haciendo que emitan electrones. Las moléculas quedarán cargadas positivamente siempre que la energía del fotón sea la suficiente como para que no vuelvan a su estado basal. Los electrones emitidos serán captados por un agente reductor activando el proceso. La transferencia de energía se llevará acabo pues,  por los pigmentos hacia el centro de reacción (todo ello conformará el fotosistema).

Esquema de un fotosistema.

Laboratorios ficticios

Multitud de series americanas con temática científica toman la programación. Y es que desde hace algunos años, este género ha atraído a la audiencia de forma significativa, no tenemos más que ver la programación de la mayoría de canales, todos incluyen una serie policíaca en la que vemos la actuación del forense de turno o de la policía científica a la hora de recoger huellas dactilares o rastros de ADN en la escena del crimen. Pues bien, me gustaría explicar algunos de los instrumentos que utilizan para el análisis de muestras muchas veces en el cadáver para averiguar con qué fue asesinado o dónde. Para ello recurriré a algunos fotogramas de series conocidas que me servirán como excusa para explicaros algunas técnicas analíticas. ¡Empecemos!

Fotograma de Bones

Bien, la gráfica de esta escena podría ser un cromatograma o, posiblemente, un espectro de masas. Descompongamos las dos opciones y analicemos, que de eso se trata.

Cromatograma que muestra los tiempo de retención de 1,3 min y 2,5 min de los picos de la aflatoxina B1 y la aflatoxina  B2  respectivamente.

Opción 1. El cromatograma es el resultado gráfico de una cromatografía, técnica que permite la separación de los componentes de una mezcla dependiendo de su diferente movilidad en un medio poroso (fase estacionaria) cuando son arrastrados por un fluido (fase móvil). La muestra se divide pues en sus diferentes componentes y llega a distintos tiempos y velocidades al detector, por ello los picos que se ven en la gráfica. Cada uno de esos picos constituye un componente químico que es identificable por su tiempo de retención, correspondiente al tiempo necesario para que el componente eluya, es decir,  para que llegue hasta el detector.

Movimiento de los distintos componentes
de una muestra por la fase estacionaria.

De esta forma y consultando una biblioteca de compuestos químicos con sus tiempos correspondientes de retención, podemos identificar  los distintos componentes de la muestra analizada. Hay distintos tipos de cromatografías dependiendo del fluido que se utilice (cromatografía de gases, líquidos y fluidos supercríticos) o del medio poroso usado (cromatografía en capa fina o en papel).

Por lo tanto, los picos que apreciamos en la imagen de arriba podrían corresponder a los de una cromatografía. Opción 1 explicada.

 Opción 2. El espectro de masas, en cambio, es la representación gráfica de la espectrometría de masas (MS), potente técnica analítica utilizada para la identificación y cuantificación de compuestos así como la estructura química de algunas moléculas. Es una de las técnicas más importantes utilizadas en análisis químico. Se basa fundamentalmente en la separación de partículas moleculares o atómicas por su diferente masa; permite la detección de iones derivados de moléculas separando los núcleos atómicos en función de su relación masa/carga (m/Z). El proceso está dividido en cuatro etapas en las que se produce una vaporización y posterior ionización de la muestra, una aceleración de los iones resultantes por una campo eléctrico, una dispersión de los iones según su masa/carga y una detección de los mismos y producción de una señal eléctrica específica de cada uno que permitirá identificarlos.

Espectro donde se señala el pico base y su ion molecular más importante; la tabla de la derecha indica la concentración de cada uno de los elementos de la muestra.

A diferencia del cromatógrafo que permite identificar el compuesto con una biblioteca de tiempos de retención, el espectrómetro permite identificar los distintos elementos que forma este compuesto como se muestra en la siguiente imagen de cromatógrafo de gases (GC) acoplado al espectrómetro de masas (MS):

En la imagen, los tres espectros de masas que se obtienen pertenecen a los tres picos del cromatograma inicial, que representan a su vez a tres compuestos distintos.

Una vez terminadas las explicaciones de funcionamiento de cada uno de estos instrumentos (de forma muy resumida, eso sí), quedaría saber para qué se utilizan y qué relación podrían tener en algunas series.

La cromatografía se utiliza, por ejemplo, para identificar distintos tipos de detergentes, algunos fármacos, ácido benzoico en alimentos, plaguicidas en cítricos, aflatoxinas en el hígado, residuos de carbaryl en frutas y hortalizas, patulin en zumo de manzana, etc.

La espectrometría de masas permite la identificación de estructuras moleculares orgánicas e inorgánicas, el peso molecular de péptidos y proteínas, la presencia de drogas de abuso y sus metabolitos en sangre, orina y saliva, análisis de partículas de aerosoles, etc.

Como véis, comprenden todos los campos cuando de análisis químico se trata. Por esto son tan utilizados en algunas series, ya que de ellos depende saber la droga que corría por las venas de las víctima o el veneno que el asesino hizo que ingiriera.

Más fotogramas de Bones (esta gráfica se repite en muchos episodios)

Ahora ya sabremos que significan algunas gráficas cuando las veamos en el cine, o en el laboratorio, misión cumplida.


Nota: Esta entrada participa en el VII Carnaval de Química, que acoge el blog Feelsynapsis .

Referencias:
http://mural.uv.es/caloan/

Algunas construcciones fantasma

Obra de ingeniería, ingenio y diseño creada por Guy Maunsell para uso militar eso sí, los Fuertes Navales Marinos de la Segunda Guerra Mundial...


    Las Fortalezas Marinas Maunsell eran torres fortificadas utilizadas en la Segunda Guerra Mundial como defensa antiaérea para Reino Unido. Los fuertes se construyeron en 1942 y se componían de siete plataformas de acero interconectadas por estructuras metálicas, todas alrededor de una plataforma central que se utilizaba de centro de control cuando no de residencia. Se sitúan en los estuarios del Río Támesis (Londres) y Mersey (Liverpool), en el Mar del Norte. Las plataformas fueron ocupadas más tarde como emisoras de radio pirata.

    Otra de las instalaciones que componían las fortificaciones era la HM Fort Roughs o la Roughs Tower, fortaleza naval formada por una plataforma flotante equipada con una superestructura de dos torres unidas por una cubierta. La plataforma fue remolcada hasta un banco de arena donde la base se inundó intencionadamente para fijarla al fondo.

La cosa va de mejunjes

“¡No olvidéis el protector solar!” Cuántas veces nos habrán dicho esto antes de ir a la playa o la piscina y no hemos hecho caso… Planteemos pues un par de preguntas: ¿Qué es este mejunje con el que untamos nuestra piel? ¿Cuánto tiempo podremos estar protegidos?

Go.

Un protector solar (crema, spray, loción, y demás viscosidades) es una sustancia que actúa como filtro para las radiaciones ultravioletas (UV), aquéllas perjudiciales para nuestra piel. Si repasamos un poco el espectro electromagnético, podemos encontrar la radiación UV cercana (UVA, UVB, UVC) como aquella que posee un longitud de onda comprendida entre los 400 y 180 nm ¿qué significa esto? Básicamente, que posee una longitud de onda relativamente corta y es más dañina pudiendo actuar a nivel molecular y produciendo mutaciones.

El protector solar está constituido por diferentes filtros con propiedades de absorción o reflexión de las radiaciones UV. Distinguimos varios tipos de filtros: físicos, químicos y/o biológicos.

Los filtros físicos se componen por sustancias inorgánicas que reflejan la radiación UV casi por completo, por lo que se consideran filtros totales que actúan como una pantalla física, siempre que se aplique una gruesa capa blanquecina del producto lo que resulta muy poco estético. Por ello, algunos protectores suelen tener menor cantidad de este tipo de filtros. El dióxido de titanio sería un ejemplo.

Muchos habremos visto esa escena de Blade (1998) en la que un vampiro se impregna con una masa macilenta la cara para pasear a plena luz del día. Podemos suponer que es dióxido de titanio, un pigmento mineral comúnmente utilizado que actúa como un bloqueador total de los rayos UV…  pero no del resto del espectro electromagnético que llega a la superficie del planeta, partiendo de que los vampiros mueren en contacto con la luz del Sol que comprende todo el espectro… nosferatu frito.

La hermosa vampiresa Claudia (Kirsten Dunst) asándose en un fotograma de la película Entrevista con el Vampiro (1994).