Un grupo de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU) ha conseguido aislar y caracterizar un azúcar en fase gas por primera vez en la historia. Los azúcares tienen un enorme interés bioquímico debido a la importancia y diversidad de las funciones que desempeñan: sirven de almacenes de energía y son el combustible de varios sistemas biológicos; forman parte del ADN y del ácido ribonucleico (ARN) y además juegan un papel clave en los procesos celulares.

Recientemente el interés de los azúcares también se ha acrecentado en la cosmoquímica, más en concreto, en la búsqueda de material fundamental para el origen de la vida en el espacio interestelar. Hallar ese material fundamental ayudaría también a comprender cuál fue el mecanismo del origen de la vida en la Tierra.

El interés de los azúcares también se ha acrecentado en la búsqueda de un material fundamental para el origen de la vida en el espacio interestelar.

Doble Hélice de ADN… hecha de libros © by alvy

Los azúcares más elementales, de 2 y 3 unidades de carbono, ya han sido encontrados en nubes y meteoritos. Sin embargo, no ha sido posible la detección de azúcares más complejos en el espacio debido a la ausencia de información precisa sobre su estructura. Y esa información la deben proporcionar los laboratorios de investigación.

Muchos eran los grupos en el mundo en la carrera por detectar el primer azúcar en fase gas utilizando técnicas en alta resolución. Los problemas surgían al intentar vaporizarlo debido a las inestabilidades térmicas provocadas por la pérdida de agua.

“Sólo si evitas los procesos de descomposición por deshidratación y consigues aislar el azúcar, sorteando así las alteraciones producidas por las moléculas vecinas, estarás en disposición de caracterizar su estructura”, explica Emilio José Cocinero, investigador del Departamento de Química Física de la Universidad del País Vasco/Euskal Herriko Unibertsitatea. Con su último estudio se han convertido en los primeros en el mundo que han logrado observar un azúcar, la ribosa, en fase gas, y caracterizar varias de sus estructuras.

Identificación de su estructura

“Los azúcares son moléculas super flexibles que pueden adoptar muchas y muy diferentes configuraciones. Nosotros hemos conseguido detectar las seis estructuras más estables de la ribosa libre”, explica el investigador. Sin embargo, todas las estructuras detectadas presentan ciclos de seis miembros, es decir, se trata de estructuras muy diferentes a las que presentan la ribosa o sus derivados en el ARN o en el ADN, donde aparece en ciclos de cinco miembros.

“Como el material genético tiene una configuración diferente, es poco probable que los primeros seres vivos contuvieran ribosa. La inestabilidad térmica y la preferencia por anillos de 6 miembros parecen excluir la posibilidad que los primeros materiales genéticos estuvieran formados por este azúcar”, concluye Emilio José Cocinero. Una vez abierta la puerta de como poder estudiar los azúcares en fase gas, será más “fácil” obtener información sobre el papel de los azúcares en los primeros seres vivos.

La investigación dirigida por Cocinero ha contado con la participación de Patricia Écija, Francisco José Basterretxea, José Andrés Fernández y Fernando Castaño, de la UPV/EHU, y la colaboración de Alberto Lesarri, de la Universidad de Valladolid, y de Jens-Uwe Grabow, de la Universidad de Hannover (Alemania) y ha sido realizada íntegramente con un equipo construido en la Universidad del País Vasco. En concreto, para observar la ribosa en fase gas han utilizado espectroscopía de microondas combinada con vaporización láser ultrarrápida con luz ultravioleta. No sólo la han aislado y observado, sino que también han detectado y caracterizado seis estructuras diferentes de la ribosa.

El artículo “Ribose Found in the Gas Phase”, que publica la revista Angewandte Chemie International Edition, ocupará la portada del número de abril y ha sido destacado en la versión on-line. Esta publicación tiene un índice de impacto del 12 730, lo que la convierte en la más importante en el área de Química.

Fecha Original: 8 de febrero de 2012
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Un método no destructivo para tomar imágenes de proteínas aisladas podría ayudar a resolver uno de los mayores retos de la biología.

El comportamiento y funcionamiento de las proteínas está, en gran parte, determinado por su forma.  Por lo que uno de los mayores desafíos actuales de la biología es comprender y modelar la estructura de las proteínas.

Pero es una tarea compleja. Los biólogos actualmente lo hacen usando técnicas como la cristalografía por rayos-X, que requiere que se encadenen millones de proteínas para formar un cristal.  El problema es que la mayor parte de las proteínas no forma cristales. E incluso cuando lo hacen, no todas las moléculas estarán en la misma conformación y, por tanto, el patrón de difracción puede terminar siendo una especie de media de varias formas diferentes.

Por esto es por lo que los biólogos conocen la forma de sólo menos del 2 por ciento de las proteínas humanas.

Proteínas Crédito: Argonne National Laboratory

Lo que se necesita, por supuesto, es una forma de crear imágenes de las proteínas individuales. Una idea es usar rayos-X o haces de electrones para conseguirlo, y así es como algunos grupos han tenido cierto éxito con esta técnica. Pero la desventaja es que los haces con una energía de unos pocos KeV tienden a destruir las biomoléculas, por lo que no está claro lo precisas que pueden ser estas imágenes. Tampoco es posible ver las moléculas durante el periodo.

Hoy, Jean Nicholas Longchamp y sus colegas de la Universidad de Zurich en Suiza, han encontrado una forma de solventar esto. Estos chicos hacen una sugerencia totalmente sensata de crear las imágenes de las proteínas usando haces de electrones de baja energía que no destruyen las biomoléculas.

A esta energía, los haces de electrones tienen una longitud de onda de un nanómetro aproximadamente, haciéndolos perfectos no sólo para imágenes de resolución atómica, sino para holografía.

Y esto es exactamente lo que han hecho estos muchachos. Han creado un holograma electrónico de una molécula proteica conocida como ferritina – es la proteína en forma de balón de fútbol que almacena y libera hierro y se encuentra en casi todos los seres vivos.

La técnica es bastante simple. Mezclan ferritina y nanotubos de carbono en agua, permitiendo luego que ésta se evapore. Ésto deja a los nanotubos de carbono con proteínas de ferritina aisladas unidas a ellos.

La evaporación tiene lugar en un contenedor similar a un colador y deja parte de los nanotubos portadores de ferritina suspendidos en los agujeros del colador. Esto permite que Longchamp y sus colegas envíen el haz de electrones de baja energía desde un lado del agujero y luego registren el patrón de interferencia en el otro.

El resultado es el primer holograma electrónico de resolución atómica de ferritina jamás conseguido de una forma no destructiva. “Hemos informado de la primera investigación no destructiva de una proteína individual por medio de la holografía de electrones de baja energía”, comenta.

Incluso han comparado sus imágenes con unas de ferritina obtenidas con electrones de alta energía, y pueden demostrar el daño que provoca el bombardeo de alta energía.

Éstas son noticias emocionantes. El problema de determinar con precisión la estructura, y por tanto la funcionalidad, de las proteínas es un gran dolor de cabeza para los biólogos, y uno que la holografía de electrones de baja energía podría ayudar a resolver rápidamente. “El método de preparación de la muestra puede aplicarse a un amplio grupo de moléculas”, dicen Longchamp y sus colegas.

Ahora quieren mejorar la resolución de su técnica, y tienen unos cuantos ases bajo la manga que sin duda investigarán.

Dado que la técnica es relativamente sencilla y barata, es de esperar ver una explosión de interés en la biología estructural de moléculas individuales a resolución atómica.

Artículo de Referencia: arxiv.org/abs/1201.4300: Non-Destructive Imaging Of An Individual Protein

Fecha Original: 24 de enero de 2012
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Cuando se trata de la rotación de la Tierra, podrías pensar que los geofísicos lo tienen todo bastante calculado. Aún no. Para explicar algunas variaciones en la forma en que gira el planeta, el manto de la Tierra – la capa de roca caliente fundida que está entre la corteza y el núcleo – debe conducir la electricidad,una capacidad que no debería tener el manto que conocemos. Ahora, un nuevo estudio ha encontrado que el monóxido de hierro, que forma el 9% del manto, en realidad conduce la electricidad como un metal, pero sólo a las temperaturas y presiones encontradas bajo la superficie.

El giro de la Tierra no está exento de fallos. Los geofísicos han descubierto que el tiempo que necesita nuestro planeta para completar una rotación – la duración de un día -fluctúa ligeramente a lo largo de meses o años. También han observado una oscilación adicional predecible en el bamboleo del eje de rotación de la Tierra, como el balanceo de una peonza. Las variaciones están probablemente provocadas por el núcleo interno de hierro sólido, el núcleo exterior de metal líquido, y el manto rocoso, todos girando a velocidades ligeramente diferentes. La fricción les ayuda a alinearse, y el campo magnético del núcleo externo puede tirar del material del núcleo interior. Pero para encajar las observaciones, el núcleo debería también ejercer su tirón magnético sobre el manto, dice Bruce Buffett, experto en ciencias de la Tierra de la Universidad de California en Berkeley, que no estuvo implicado en el nuevo estudio. Esto significa que una capa del manto debe ser capaz de conducir la electricidad. Pero, comenta, “el origen de la capa metálica sigue siendo una cuestión abierta”.

Corte de la Tierra © by Samuel Mann

El componente principal de la roca del manto, incluido el monóxido de hierro, no conduce la electricidad a las temperaturas y presiones que solemos tener aquí en la superficie. Pero la investigación en la década de 1980 sugería que las cosas podrían ser algo distintas en las profundidades: Una corriente eléctrica pasaba a través del material más fácilmente cuando se exponía a una onda de choque. La presión de la onda de choque comprimía la ordenación del hierro y el oxígeno en el monóxido de hierro, permitiendo que los electrones viajasen más libremente entre átomos.

Este trabajo picó la curiosidad de Kenji Ohta, que estudió materiales bajo condiciones extremas en la Universidad de Osaka en Japón. Para calcular si la presión podría convertir al monóxido de hierro en un conductor en el manto de la Tierra, Ohta y sus colegas calentaron un disco del material con un láser, y lo comprimieron en un yunque de diamante. A la vez, midieron lo bien que conducía la electricidad haciendo pasar una corriente a través del mismo mientras también monitorizaban la ordenación de sus átomos con rayos-X. Aproximadamente a 700 000 veces la presión de la atmósfera terrestre y a una temperatura de 1600 ºC, el equipo encontró que el monóxido de hierro conducía la electricidad igual de bien que un metal.

El monóxido de hierro había hecho la transición de no conductor a conductor, pero su estructura no había cambiado. En lugar de esto, había creado un nuevo tipo de transición, dice el geofísico Ronald Cohen de la Institución Carnegie para la Ciencia en Washington D.C., que lideró la simulación por computador del monóxido de hierro. El cambio depende de las propiedades magnéticas del material a altas temperaturas. En el monóxido de hierro no conductor, cada electrón potencialmente móvil está atrapado en un átomo de hierro. No pueden moverse fácilmente a través del cristal, pero pueden alinearse con los campos magnéticos como la aguja de una brújula – es decir, están en un estado magnético. A altas temperaturas y presiones, los electrones empiezan a fluctuar entre el estado magnético y el no magnético, en el cual ya no responden al campo magnético. Esto corta su ligadura con los átomos, y se mueven libremente como en un metal, según informa el equipo el 12 de enero en Physical Review Letters.

Cuando los investigadores elevaron la presión a 1,4 millones de atmósferas y la temperatura a 2200 ºC, condiciones comparables a las del interior de la Tierra, el monóxido de hierro seguía en una forma metálica. Luego predijeron la conductividad a 3430 ºC – la temperatura en el límite entre el manto y el núcleo – y encontraron que el monóxido de hierro permanecía como un respetable conductor.

Buffett señala que el 9% del monóxido de hierro del manto no es suficiente para garantizar que se forme una capa conectada. Estaría concentrado cerca del núcleo externo, formando posiblemente el 90% del material que hay allí. Buffett apunta que otros investigadores han propuesto reacciones químicas entre el manto y el núcleo que podría producir compuestos similares al monóxido de hierro. “Los impresionantes avances recientes tanto en experimentos como en teoría” podrían evaluar pronto la plausibilidad de una capa de monóxido de hierro, comenta.

Autor: Kate McAlpine
Fecha Original: 19 de enero de 2012
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Los defensores de la ciencia abierta no logran reproducir los controvertidos hallazgos.

Una extraña bacteria encontrada en el Lago Mono de California no puede reemplazar el fósforo de su ADN con arsénico, de acuerdo con los investigadores que han tratado de reproducir los resultados del controvertido informe publicado en la revista Science en 2010¹.

Un grupo de científicos, liderado por la microbióloga Rosie Redfield de la Universidad de British Columbia en Vancouver, Canadá, ha publicado los datos en el blog de Redfield que, según dice, presentan una “clara refutación” de los hallazgos clave del artículo.

Mono Lake with Tufa Towers at Sunrise 16Oct2011. © by mikebaird

“Su afirmación más impactante era que el arsénico se había incorporado a la estructura del ADN, y que lo que podemos decir nosotros es que no hay arsénico en el ADN”, señala Redfield.

Pero los autores del artículo de Science no se retractan de sus conclusiones. “Estamos encantados de que nuestros resultados estén estimulando más experimentos en la comunidad, además de los nuestros”, escribe Felisa Wolfe-Simon, ahora en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en California, en un correo electrónico a Nature. “No comprendemos totalmente los detalles clave y condiciones de los experimentos de la web. Por lo que esperamos ver este trabajo publicado en una revista revisada por pares, dado que este es el mejor procedimiento para la ciencia”.

Crítica abierta

En el artículo de Science, Wolfe-Simon y sus colaboradores informaron de haber encontrado una bacteria llamada GFAJ-1 que puede usar el arsénico en lugar del fósforo en moléculas esenciales para la vida. Esto era sorprendente debido a que se pensaba que el fósforo es esencial para la vida, mientras que el arsénico normalmente es tóxico.

Pero después de que Redfield y otros comentasen numerosas preocupaciones, muchas de las cuales se publicaron como comentarios técnicos en Science, Redfield puso a prueba los resultados, documentando sus progresos en su blog para el avance de la ciencia abierta.

Redfield cultivó bacterias GFAJ-1 en arsénico y con una cantidad muy baja de fósforo, como Wolfe-Simon y sus colegas. Luego purificó el ADN de las células y lo envió a Marshall Louis Reaves, estudiante graduado de la Universidad de Princeton en Nueva Jersey. Reaves usó un gradiente de cloruro de cesio para separar el ADN de las células en fracciones de densidad variable, y luego usó un espectrómetro de masas para identificar los elementos presentes en cada fracción de ADN. No encontró arsénico en el ADN.

Pero los métodos de Redfield podrían dejar a los defensores de la hipótesis de la vida en el arsénico con algo de margen de maniobra. Por ejemplo, Redfield fue incapaz de cultivar células sin añadir una pequeña cantidad de fósforo. Debido a que no está claro en el artículo original cuánto fósforo se usó para cultivar las bacterias, sus autores podrían defender que las células de Redfield no tenían la suficiente carencia de fósforo para que se vieran forzadas a usar arsénico en su lugar.

Wolfe-Simon dice que no esperaría encontrar arsénico en ADN analizado con un gradiente de cloruro de cesio, debido a que el ADN con arsénico podría ser tan frágil que se rompería y sólo aparecería en bandas muy tenues separadas del grueso del ADN celular.

Sin embargo, Redfield dice que Reaves analizó todo el ADN purificado en el gradiente, por lo que habría detectado algo de arsénico. Redfield también analizó el tamaño del ADN de las células que había almacenado durante dos meses en el frigorífico de su laboratorio. Los fragmentos de ADN de las células que había sido cultivadas con y sin arsénico tenían tamaños distintos, lo que indicaba que el ADN de las células cultivadas en arsénico no era inestable.

‘Refutación relativamente definitiva’

David Borhani, bioquímico y biólogo estructural en Hartsdale, Nueva York, habría preferido ver experimentos de control adicionales — para determinar, por ejemplo, el menor nivel posible de arsénico que Redfield podría haber detectado, y calcular dónde acaba el arsénico procedente del ADN de GFAJ-1 cuando se purifica el ADN en un gradiente de cloruro de cesio. “Con los controles apropiados, los datos del gradiente de cloruro de cesio constituirían una refutación relativamente definitiva, al menos para la mayoría de científicos”, escribe en un correo electrónico a Nature.

Otros investigadores que publicaron críticas al artículo de la vida del arsénico dicen que Redfield y sus colaboradores han generado una refutación razonable de sus hallazgos. Pero será difícil demostrar definitivamente la completa ausencia de arsénico en el ADN de GFAJ-1.

“Me temo que habrá una lenta y prolongada batalla en la retaguardia de sus defensores hasta que toda la historia se olvide finalmente, en lugar de una retractación directa del artículo original”, dice Stefan Oehler, biólogo molecular del Centro de Investigación en Ciencias Biomédicas Alexander Fleming en Vari, Grecia.

Ronald Oremland de USGS en Menlo Park, California, que lideró el trabajo de la vida en el arsénico¹, dice que los resultados “no parecen espolear la hipótesis del arsénico en el ADN”, pero añade que enviará un comentario oficial una vez que los revisores hayan examinado los datos de Redfield.

Redfield y sus colaboradores esperan enviar su trabajo a Science para finales de mes. Dice que si Science rechaza publicar su trabajo debido a que se ha debatido en el blog, será un importante caso de prueba para la ciencia abierta.

Wolfe-Simon aún está buscando arsénico en la bacteria. “Estamos buscando arseniato en los metabolitos, así como el ADN y ARN ensamblado, y esperamos que otros puedan hacer lo mismo. Con todo este trabajo añadido de la comunidad, ciertamente sabremos mucho más para el año que viene”.

Sin embargo, Redfield no planea realizar experimentos adicionales para abordar las objeciones indicadas por los defensores de la hipótesis de la vida del arsénico. “Hemos hecho nuestra parte. Ésta es una clara demostración, y no veo necesidad de gastar más tiempo con esto”, comenta.

Nature doi:10.1038/nature.2012.9861

Artículos de Referencia:

1. Wolfe-Simon, F. et al. Science 332, 1163-1166 (2010).

Autor: Erika Check Hayden
Fecha Original: 20 de enero de 2012
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El origen de la vida se ve como la formación de las primeras biomoléculas, las cuales pueden estar sujetas a multiplicación y posterior desarrollo. Hasta ahora no estaba claro qué reacciones podrían haber disparado la evolución de este metabolismo original. Ahora, científicos de la Universidad Técnica de Múnich (TUM) han revelado dichos mecanismos, mediante los cuales unas pocas biomoléculas pueden crear nuevos productos, al estilo de una avalancha que inicie un metabolismo autoexpansivo. “Chemistry – A European Journal“” publica ahora sus resultados.

Los canales de flujo volcánico-hidrotermal ofrecen un entorno químicamente único el cual, a primera vista, parece hostil a la vida. Se definen como grietas en la corteza de la Tierra, a través de las cuales fluye el agua, repletas de gases volcánicos que están en contacto con una diversidad de minerales. Y aun así – es precisamente este entorno extremo donde podrían haber surgido los dos mecanismos que son la raíz de la vida: La multiplicación de biomoléculas (reproducción) y el surgimiento de nuevas biomoléculas en base a otras biomoléculas anteriormente formadas (evolución).

ADN © by Mark Cummins

En el inicio de esta concatenación de reacciones que llevó finalmente a la creación de formas celulares de vida, hay sólo unos pocos aminoácidos, los cuales se formaron a partir de gases volcánicos mediante catálisis mineral. Similar a una ficha de dominó que dispara toda una avalancha, estas primeras biomoléculas estimularon no sólo su propia síntesis posterior, sino también la producción de todo un nuevo grupo de biomoléculas. “De esta forma la vida se inicia por necesidad, de acuerdo con las leyes preestablecidas de la química y en una dirección predeterminada”, declara Günter Wächtershäuser, profesor honorario de bioquímica en la Universidad de Regensburg. Wächtershäuser desarrolló el mecanismo de un metabolismo autogenerador – teóricamente, por desgracia, ya que no hemos tenido hasta el momento una demostración experimental.

Ahora, científicos junto a Claudia Huber y Wolfgang Eisenreich, de la Cátedra de Bioquímica en el Departamento de Química de la TUM, en estrecha cooperación con Wächtershäuser, lograron demostrar experimentalmente por primera vez la posibilidad de tal mecanismo autoestimulador. Un catalizador que consta de compuestos de los metales de transición níquel, cobalto o hierro tiene el papel principal en estas reacciones. Proporciona no sólo la formación de las primeras biomoléculas, sino también inicia la concatenación de reacciones. La razón: Las biomoléculas recientemente formadas a partir de los gases volcánicos se unen al centro del catalizador del metal de transición para permitir posteriores reacciones químicas, generando unas biomoléculas completamente nuevas. “Este acoplamiento entre el catalizador y un producto de reacción orgánica es el primer paso”, explica Wächtershäuser. “La vida surge si posteriormente tiene lugar una cascada de acoplamientos, y esta vida primordial lleva finalmente a la formación del material genético y de las primeras células”.

Los científicos simularon en sus experimentos las condiciones de canales de flujo volcánico-hidrotermal, y establecieron un sistema acuoso-organometálico que produce todo un conjunto de biomoléculas diferentes, entre ellas los aminoácidos glicina y alanina. Aquí la fuente de carbono la proporciona un compuesto ciano y el agente reductor el monóxido de carbono. Los compuestos de níquel resultaron ser los catalizadores más efectivos en estos experimentos. Los científicos añadieron luego los productos glicina y alanina a otro sistema, que generó, de nuevo, dos nuevas biomoléculas. El resultado: Los dos aminoácidos incrementaron la productividad obtenida por el segundo sistema en un factor de cinco.

En futuros experimentos, los científicos intentarán recrear con mayor precisión las condiciones de los sistemas volcánicos-hidrotermales, donde podría haber surgido la vida hace miles de millones de años. “Para este propósito primero simulamos ciertas etapas en el desarrollo de un sistema de flujo volcánico-hidrotermal para determinar los parámetros esenciales”, explica Wächtershäuser. “Sólo a partir de entonces pudimos llegar a una construcción racional de un reactor de flujo”.

Los resultados de los científicos que trabajaron junto a Wächtershäuser y Eisenreich demuestran que es factible el origen y evolución de la vida en el agua caliente de los conductos de flujo volcánico. Los resultados revelan ventajas de la teoría en comparación con otras aproximaciones. En los conductos de flujo, la temperatura, presión y pH cambian a lo largo del camino del flujo y, de ese modo, se ofrece un espectro graduado de condiciones que es apropiado para todas las etapas, desde la evolución inicial a la formación del material genético (ARN/ADN).

La propiedad más importante del sistema es su autonomía: En oposición a la idea prebiótica fría, el primer metabolismo no fue dependiente de eventos accidentales o una acumulación de componentes esenciales a lo largo de miles de años. Tan pronto como cae la primera pieza del dominó, las otras la siguen de forma automática. El origen de la vida avanza a lo largo de trayectorias definidas, preestablecidas por las reglas de la química – un proceso determinado químicamente dando lugar al árbol de todas las formas de vida.

Este trabajo está patrocinado por Deutsche Forschungsgemeinschaft (WA- 983/3, WA-983/4 y EI-384/3–1), Hans-Fischer Gesellschaft y Fonds der Chemischen Industrie.

Artículos de Referencia:

Elements of metabolic evolution, C. Huber, F. Kraus, M. Hanzlik, W. Eisenreich, G. Wächtershäuser, Chemistry – A European Journal, publicación en línea avanzada: 13 Jan 2012 – DOI: 10.1002/chem.201102914

Fecha Original: 19 de enero de 2012
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Los científicos han demostrado que una nueva molécula de la atmósfera terrestre tiene el potencial de desempeñar un papel significativo en contrarrestar el calentamiento global enfriando el planeta.

En un novedoso artículo publicado en Science, investigadores de la Universidad de Manchester, la Universidad de Bristol y los Laboratorios Nacionales Sandia informan de los efectos potencialmente revolucionarios de los birradicales de Criegee.

Estos compuestos químicos intermedios invisibles, son potentes oxidantes de contaminantes tales como el dióxido de nitrógeno y el dióxido de azufre, generados por combustión, y pueden limpiar la atmósfera de forma natural.

Cielo © by darioalvarez

Aunque estos compuestos químicos intermedios fueron propuestos de manera teórica en la década de 1950, no ha sido hasta ahora cuando se han detectado. Los científicos creen que, con más investigación, estas especies podrían desempeñar un importante papel en contrarrestar el cambio climático.

La detección de los birradicales de Criegee y las medidas de lo rápido que reaccionan fueron posibles gracias a un instrumento único, diseñado por los investigadores de Sandia, que usa la luz de una instalación de sincrotrón de tercera generación la Advanced Light Source del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.

La intensa y ajustable luz del sincrotrón permitió a los investigadores discernir la información y eliminar distintas especies isoméricas – moléculas que contienen los mismos átomos pero colocados en distintas combinaciones.

Los investigadores hallaron que los birradicales de Criegee reaccionan más rápidamente de lo que se pensaba, y acelerarán la formación de sulfatos y nitratos en la atmósfera. Estos compuestos llevarán a la formación de aerosoles y, finalmente, a la formación de nubes con el potencial de enfriar el planeta.

La formación de los birradicales de Criegee se propuso por primera vez en la década de 1950 por parte de Rudolf Criegee. No obstante, a pesar de su importancia, no ha sido posible estudiar directamente estas especies en el laboratorio.

En los últimos 100 años, la temperatura superficial media de la Tierra se incrementó en unos 0,8 ºC, teniendo lugar aproximadamente dos tercios del incremento a lo largo de las últimas tres décadas.

La mayor parte de los países han llegado al acuerdo de que se requieren drásticos recortes en las emisiones de gases invernadero, y que el futuro calentamiento global debería quedar limitado por debajo de los 2,0 ºC.

El Dr. Carl Percival, Profesor Adjunto de Química Atmosférica en la Universidad de Manchester y uno de los autores del artículo, cree que podrían surgir significativas posibilidades de investigación del descubrimiento de los birradicales de Criegee.

Comenta: “Los radicales de Criegee han sido imposibles de medir hasta este trabajo llevado a cabo con Advanced Light Source. Hemos sido capaces de cuantificar por primera vez lo rápido que reaccionan los radicales de Criegee”.

“Nuestros resultados tendrán un impacto significativo en la comprensión de la capacidad oxidante de la atmósfera y un amplio rango de implicaciones para la contaminación y el cambio climático.

La fuente principal de estos birradicales de Criegee no depende de la luz solar y, por tanto, estos procesos tienen lugar durante el día y la noche”.

El Profesor Dudley Shallcross, Profesor de Química Atmosférica en la Universidad de Bristol, añade: “Un ingrediente significativo requerido para la producción de estos birradicales de Criegee procede de los compuestos químicos liberados por las plantas, por lo que los ecosistemas naturales podrían estar desempeñando un papel significativo en contrarrestar el calentamiento”.

Fecha Original: 13 de enero de 2012
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Una roca hecha de cristales nunca vistos anteriormente fuera de un laboratorio,es muy probablemente un meteorito de los primeros días del Sistema Solar, dicen los geólogos.

Dos años después de identificar la inusual composición de la roca rusa, un equipo de científicos cree haber establecido su origen. Los investigadores dicen que es un cuasicristal formado bajo condiciones que es mucho más probable que se den en el espacio que en la Tierra, y que su composición química de cobre metálico y aluminio recuerda a la encontrada en condritas carbonáceas – los meteoritos primitivos que los científicos creen que son los restos de los bloques básicos originales que formaron los planetas.

Los cristales son patrones ordenados y simétricos de átomos que se repiten de forma regular. Se encuentran comúnmente en la naturaleza en distintos tipos de roca.

Meteorito con cuasicristales © Crédito: Paul Steinhardt, Princeton University

Hace 30 años, a través de experimentos que cambiaban la estructura de los cristales, los laboratorios empezaron a producir cuasicristales, una extraña ordenación de átomos que se repite con dos frecuencias distintas en lugar de una. En lugar de una proporción simple de, digamos, 2:1 la proporción de átomos en un cuasicristal se basa en un número irracional, tal como la raíz cuadrada de 2:1. (El Premio Nobel de Química de este año se otorgó a Dan Shechtman por su descubrimiento en 1982 de los cuasicristales).

‘Una falta de armonía en el espacio’

El investigador Paul Steinhardt de la Universidad de Princeton describe una ordenación tan extravagante como “una falta de armonía en el espacio”.

“Cualquier simetría que se crea prohibida, es posible en los cuasicristales”, comenta a SPACE.com en un correo electrónico.

La más familiar de tales configuraciones se encuentra en la superficie de un balón de fútbol, compuesto de 20 caras hexagonales con 12 pentágonos intercalados.

Los cuasicristales sintéticos se usan para reforzar el acero y aluminio, o para crear materiales similares al teflón, que es más duro y casi tan deslizante como los metales.

“Actualmente, tenemos un menú limitado de cuasicristales”, dice Steinhardt . “Una de las razones para llevar a cabo una búsqueda de cuasicristales naturales es ver si la naturaleza encontró algunos que aún no se han descubierto sintéticamente por ensayo y error”.

Cuasicristales en la naturaleza

En 1998, Steinhardt y su equipo empezaron a la búsqueda sistemática de un cuasicristal natural, buscando en bases de datos de patrones de cristales conocidos que recordasen a los de los cuasicristales.

Cada muestra candidata era diseccionada con rayos-X y técnicas de imagen por difracción electrónica, dice Steinhardt.

Durante ocho años el equipo buscó en vano. Entonces, en 2007, Luca Bindi de la Universidad de Florencia en Italia, ofreció su colección de minerales al grupo para que la examinaran.

Una de las rocas, que se encontró en las Montañas Koryak en Rusia Oriental, encajaba perfectamente.

Con el primer cuasicristal natural encontrado finalmente, el siguiente paso era determinar sus orígenes.

Orígenes extraterrestres

Bindi lideró un equipo de investigadores en el análisis de la estructura de cuasicristales de la roca, la cual reveló que debía tener un nacimiento extraterrestre. Los científicos informaron de sus hallazgos en el ejemplar del 2 de enero de la revista Proceedings of the National Academy of Science.

Dentro de los meteoritos, que han quedado expuestos al entorno espacial, la proporción de átomos de oxígeno y sus variantes, llamados isótopos, están fijados por la intenta radiación espacial y los rayos cósmicos.

Pero para los elementos en el interior de la Tierra, ésta hace de escudo respecto a los rayos, permitiendo que los materiales dentro de rocas terrestres se mezclen y cambien estas proporciones.

Un examen de los isótopos de oxígeno en la roca rusa indicaron que debe haberse originado en los inicios del Sistema Solar.

“Ahora que sabemos que los cuasicristales se formaron en los inicios del Sistema Solar, tenemos que comprender cómo exactamente”, dice Steinhardt. Se necesita más material y pruebas para comprender cómo ha logrado la naturaleza conseguir esta hazaña”.

Muestra más amplia

Por el momento, no obstante, la muestra de Koryak es el único cuasicristal conocido de origen natural.

“Mi esperanza es que muchos más minerólogos , petrólogos  y expertos en meteoritos comenzarán también a buscar cuasicristales naturales” comenta Steinhardt.

Aunque la muestra de Koryak vino del espacio, Steinhardt dice que no cree que todos los cuasicristales tengan que hacerlo necesariamente.

“No existe ninguna razón para creer que el nuestro es el único cuasicristal natural, o que todos los cuasicristales son extraterrestres”, señala.

Una muestra más amplia podría proporcionar más pistas sobre cómo se crearon estos extraños cristales.

Viejo en lugar de extraño

Tal cristal, formado hace tanto tiempo, cambia la forma en que los científicos ven los cuasicristales.

“Hasta ahora, se pensaba que los cuasicristales eran unas rarezas, y uno de los materiales más recientemente formados”, comenta Steinhardt. “Ahora sabemos que ésto es completamente falso. Los cuasicristales fueron uno de los primeros minerales en formarse en el Sistema Solar – entre los 250 primeros – mucho antes que la mayor parte de los minerales comunes encontrados en la Tierra.

Su formación probablemente no es única en el entorno alrededor del Sol. En lugar de ésto, puede haber cuasicristales por toda la Vía Láctea y otras galaxias.

“Es, tal vez, el mineral más común que se ha formado en el universo”, especula Steinhardt.

Autor: Nola Taylor Redd
Fecha Original: 3 de enero de 2012
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Nuestros datos muestran pruebas de arseniato en macromoléculas que normalmente contienen fosfato, muy especialmente ácidos nucleicos y proteínas.

Hace un año, estas 18 palabras encendieron una controversia mediática cuando Felisa Wolfe-Simon y sus colegas dieron una rueda de prensa para anunciar el descubrimiento de una bacteria que no sólo sobrevivía a altos niveles de arsénico en su entorno, sino que parecía usar tal elemento en su ADN. Cinco meses más tarde, el debate resurgió con la publicación de comentarios críticos con la publicación original.

La semana pasada se publicó el genoma de la bacteria, conocida como GFAJ-1, en Genbank, el repositorio público de secuencias de ADN para todo aquél que quiera echarle un vistazo. Pero ésto no zanjó el debate sobre si se usa el arsénico en el ADN.

Lago Mono donde se descubrió GFAJ-1 © by NASA Goddard Photo and Video

Simon Silver, microbiólogo del arsénico en la Universidad de Illinois en Chicago, y uno de los críticos más elocuentes con la investigación de la bacteria del arsénico, secuenció junto a sus colegas la bacteria y encontró 3400 genes en sus 3,5 millones de bases. Merece la pena señalar que incluso la bacteria intestinal común Escherichia coli, tiene más de los genes conocidos que GFAJ-1 para ayudarla a sobrevivir a una exposición de arsénico, dijo Silver en una entrevista telefónica. Silver no esperaba que el genoma abordase el núcleo de la controversia, pero de nuevo, no cree que ninguna prueba convenza a Wolfe-Simon y sus coautores de que están equivocados. “Esta clase de cosas nunca se resuelve”, dice. “Finalmente termina olvidándose”. Silver y sus colegas intentaron comparar este genoma con otros tres procedentes de microbios que viven en entornos ricos en arsénico para comprender mejor la química relacionada con el arsénico.

Wolfe-Simon dice que el genoma es “un importante paso adelante. Pero se necesitará algún tiempo, análisis de datos, y modelado para comprender sus implicaciones” debido a que se desconocen las funciones de tantos genes. El resultado “da por sentado incluso con más solidez la cuestión de cómo GFAJ-1 sobrevive en las condiciones de alta concentración de arsénico en las que crece”, señala.

Su colaborador, Ronald S. Oremland de USGS en Menlo Park, California, está contento de ver el genoma disponible y, junto a Wolfe-Simon, aún respalda las 18 palabras dichas hace un año. Wolfe-Simon trabaja ahora en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LBNL) junto a John Tainer. Han pasando los últimos meses aprendiendo cómo cultivar mejor las bacterias, con la esperanza de caracterizar con más detalle el ADN y otras biomoléculas, tales como los ribosomas.

Autor: Elizabeth Pennisi
Fecha Original: 5 de diciembre de 2011
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Científicos de la Universidad de California en Berkeley, han demostrado que los plasmas ionizados, como los que se encuentran en las luces de neón y los televisores de plasma, no sólo pueden esterilizar el agua, sino también hacerla antimicrobiana – capaz de matar bacterias – hasta una semana después del tratamiento.

Los dispositivos capaces de producir tales plasmas son baratos, lo que significa que podrían salvar vidas en los países en desarrollo, zonas de desastres o en el campo de batalla, donde el agua estéril para uso médico – ya sea para dar a los niños o para cirugía mayor – tiene un suministro escaso y es de producción cara.

Plasma © by Kyknoord

“Sabemos que los plasmas matarán las bacterias del agua, pero hay otras muchas posibles aplicaciones, tales como esterilización de instrumental médico, o mejorar la curación de heridas”, dice el ingeniero químico David Graves, Distinguido Profesor de Investigación Lam en Procesado de Semiconductores en la UC Berkeley. “Podríamos llegar a un dispositivo para usarlo en el hogar o en áreas remotas y que reemplace la lejía o los antibióticos quirúrgicos”.

Los plasmas de baja temperatura como desinfectantes son “una extraordinaria innovación con un tremendo potencial para mejorar los tratamientos sanitarios en regiones en desarrollo o afectadas por un desastre”, dice Phillip Denny, funcionario administrativo jefe del Centro Blum para Economías en Desarrollo de la UC Berkeley.

“Uno de los problemas más complejos asociados con las instalaciones médicas en países con recursos bajos es el control de infecciones”, añade Graves. “Se estima que las infecciones en estos países tienen una expansión con un factor de 3 a 5 veces más que en el mundo desarrollado”.

Graves y sus colegas de la UC Berkeley publicaron un artículo en el ejemplar de noviembre de la revista Journal of Physics D: Applied Physics, informando de que el agua tratada con plasma acababa, básicamente, con todas las bacterias de E. coli vertidas en ella unas pocas horas tras el tratamiento, y aún mataba al 99,9 por ciento de las bacterias añadidas después de siete días. Las cepas mutantes de E. coli han provocado brotes de problemas intestinales e incluso la muerte cuando han contaminado carne, queso y verduras.

Basándose en otros experimentos, Graves y sus colegas de la Universidad de Maryland en College Park, informaban el 31 de octubre en la reunión anual de la Sociedad Americana del Vacío de que el plasma también puede “matar” proteínas y lípidos peligrosos – incluyendo priones, los agentes infecciosos que provocan la enfermedad de las vacas locas – que los procesos de esterilización estándar pasan por alto.

En 2009, uno de los colaboradores de Graves del Instituto Max Planck para Física Extraterrestre construyó un dispositivo capaz de desinfectar con seguridad la piel humana en segundos, acabando incluso con las bacterias resistentes a medicamentos.

“El campo de los plasmas de baja temperatura está en auge, y esto no es una exageración. ¡Es real!”, comenta Graves.

En el estudio publicado este mes, Graves y sus colegas de la UC Berkeley demostraron que los plasmas generados por breves chispas en el aire cerca de un contenedor de agua, hacían que ésta se volviese tan ácida como el vinagre, creando un cóctel de moléculas ionizadas muy reactivas – moléculas que han perdido uno o más electrones y, por tanto, son más propensas a reaccionar con otras. Identificaron las moléculas reactivas como peróxido de hidrógeno y varios nitratos y nitritos, todos antimicrobianos bien conocidos. Los nitratos y nitritos se han usado desde hace milenios para curar la carne, por ejemplo.

Graves quedó desconcertado, sin embargo, al ver que el agua era aún antimicrobiana una semana después, incluso aunque las concentraciones de peróxido y nitritos había caído hasta casi cero. Esto indicó que otro reactivo químico – tal vez nitratos – seguía en el agua matando a los microbios, señala.

Las descargas de plasma se han usado desde finales del siglo XIX para generar ozono en la potabilización del agua, y algunos hospitales usan plasmas de baja presión para generar peróxido de hidrógeno y descontaminar instrumentos quirúrgicos. Los dispositivos de plasma también se usan como instrumentos quirúrgicos para eliminar tejidos o coágulos en la sangre. Sólo recientemente, sin embargo, se han usado plasmas de baja temperatura como desinfectantes y para terapia médica directa, dice Graves, que recientemente se centró en las aplicaciones médicas de los plasmas tras trabajar durante más de 20 años en plasmas de baja temperatura del tipo usado para litografiar los semiconductores.

“Soy un ingeniero químico que aplica la física y la química para comprender los plasmas”, dice Graves. “Es emocionante buscar ahora formas de aplicar los plasmas a la medicina”.

El trabajo sobre la desactivación de moléculas biológicas persistentes y peligrosas se llevó a cabo con un grupo liderado por Gottlieb Oehrlein, profesor de ciencias de los materiales e ingeniería en la Universidad de Maryland en College Park.

Autor: Robert Sanders
Fecha Original: 14 de noviembre de 2011
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Podríamos pensar que la mayor parte del universo es un vasto, frío e indiferente lugar, donde mandan los elementos… Pero estaríamos equivocados. Los astrónomos informan ahora que hay compuestos orgánicos de gran diversidad por todo el cosmos, y no son propiedad fundamental de la vida. ¿Somos simplemente “polvo de estrellas”? Puedes apostar que sí. ¡Los materiales orgánicos complejos pueden producirse en las estrellas!

Vida prebiótica

Aunque estos compuestos orgánicos complejos guardan cierto parecido con el carbón y petróleo de la Tierra, están ahí fuera. El Profesor Sun Kwok y el Dr. Yong Zhang de la Universidad de Hong Kong han encontrado que hay compuestos orgánicos por todo el universo. Estos subproductos estelares son una mezcla de componentes aromáticos (en anillo) y alifáticos (en cadena) que recuerdan mucho a los combustibles fósiles – un remanente de la vida. ¿Esto te hace enarcar las cejas? Ya lo creo que lo hace. Significa que los “compuestos orgánicos complejos pueden sintetizarse en el espacio incluso si no hay formas de vida presentes”.

¿Cómo descubrió el equipo estos compuestos orgánicos? Durante la investigación, encontraron un pequeño misterio – un conjunto de emisiones infrarrojas no identificadas en estrellas, galaxias e incluso el espacio interestelar. Durante los últimos veinte años, esta firma espectral ha sido comúnmente aceptada como PAHs – moléculas de hidrocarburos aromáticos policíclicos. Utilizando el Observatorio Espacial de Infrarrojo y el Telescopio Espacial Spitzer, Kwok y Zhang han demostrado que hay más cosas ahí que simplemente un PAH… es mucho más complejo. A través de emisiones infrarrojas y estudios espectrales, el equipo ha demostrado que un evento de nova puede producir estos compuestos en un periodo de tiempo muy breve. Puede suceder en apenas semanas.

No sólo las estrellas producen materiales orgánicos complejos, sino que también los bombean al espacio interestelar. Y la idea no es nueva. Kwok había propuesto que las estrellas podrían ser fábricas de compuestos, y esta investigación apoya dicha visión. “Nuestro trabajo ha demostrado que las estrellas no tienen problemas para crear compuestos orgánicos complejos en las condiciones cercanas al vacío”, dice Kwok. “Teóricamente, es imposible, pero observacionalmente podemos ver que sucede”.

Pero eso no es todo. Estos tipos de materiales complejos se hallan también en meteoritos. Esto abre la prueba a la teoría de que la nebulosa solar primigenia puede también haber sido hogar de materiales orgánicos. ¿Podría ser ésta la “semilla espacial” que inició la vida en la Tierra? Sólo pregunto…

Más información en Experientia Docet: Petróleo Interestelar

Autor: Tammy Plotner
Fecha Original: 28 de octubre de 2011
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