Ni rastro del Big Bang: una amnesia por expansión acelerada

Según la teoría del Big Bang o de la gran explosión, el universo se originó a partir de la explosión del llamado “huevo cósmico”, en el cual la densidad era infinita. Tras explotar fueron apareciendo distintas partículas subatómicas, las cuales fueron agrupándose entre sí para originar –con el paso del tiempo- el universo tal y como lo conocemos. Hoy en día, sabemos que el universo está en una continua expansión que se inició desde que explotó el huevo cósmico.
Hace unos 10 años se descubrió que la expansión del universo se está acelerando. Esta expansión acelerada hará que todas las galaxias, salvo las pocas ligadas gravitatoriamente a la nuestra, se nos pierdan de vista para siempre. La galaxia donde se encuentra la Tierra (la Vía Láctea) se irá rodeando de una oscuridad total. De este modo, desaparecerán los puntos que sirven de referencia para medir la expansión y se diluirán los productos más distintivos de la gran explosión hasta resultar imperceptibles. En resumen, se borrará toda prueba de que hace tiempo se produjo una gran explosión.
A nuestros hipotéticos descendientes más lejanos, el universo quizás les parezca una laguna de estrellas sumergidas en un vacío infinito y sin cambios. Es posible que sólo vean una gran galaxia y un vacío insalvable.
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Para más información, consultar el ejemplar de mayo de 2008 de Investigación y Ciencia

¡El lavar se va a acabar!

Recientemente se ha desarrollado un procedimiento para fabricar telas que se limpian por sí solas. El sistema consiste en impregnar las fibras textiles con nanocristales de dióxido de titanio (TiO2). Éste se une químicamente a las fibras y actúa como un fotocatalizador, descomponiendo la suciedad cuando se expone a la luz e impidiendo el crecimiento de las bacterias causantes de malos olores.
Se prevé que las primeras aplicaciones sean para las ropas de profesionales que trabajan al aire libre (agricultores, soldados, etc.). Con ello se pretende reducir tanto en consumo de detergente como de agua, ya que el tratamiento no encarece de manera significativa el coste final de la ropa.
A día de hoy, se espera que las prendas tratadas con dióxido de titanio se pongan a la venta en unos dos años.

Agradezco a Fernando Arnaiz la información necesaria para elaborar este artículo.
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Fuente: Flash, revista mensual de foro de la industria nuclear española. N.º 498, Mayo 2008

Simbiosis y nutrición vegetal

La simbiosis es una asociación íntima y permanente entre organismos de distintas especies, en la cual todos los participantes resultan beneficiados. Un ejemplo conocido de simbiosis es la que establecen algunos pájaros desparasitadores con ciertos rumiantes. En ella, ambos animales salen ganando: el ave consigue alimento y el mamífero se libra de sus parásitos.
Los vegetales superiores toman gran parte de sus nutrientes del suelo, empleando para ello sus raíces. Sin embargo, la mayoría de los vegetales no son capaces de adquirir dichos nutrientes por sus propios medios, sino que necesitan asociarse simbióticamente con otros seres vivos que se los procuran. En otros casos, lo que la simbiosis ofrece a los vegetales implicados son mayores posibilidades de supervivencia ante condiciones ambientales desfavorables. En estas últimas asociaciones el vegetal es el que aporta las ventajas nutritivas al otro organismo.
Atendiendo al simbionte que se asocie con el vegetal, se pueden diferenciar dos tipos de relaciones: simbiosis con hongos y simbiosis con bacterias fijadoras de nitrógeno.
1. Simbiosis con hongos
Éstas se dividen, a su vez, en líquenes y micorrizas.
1.1. Líquenes
Un liquen es el resultado de la combinación de un hongo específico y un alga verde o cianobacteria. Los líquenes reúnen ventajas de ambos socios. Es por ello que no precisan alimento orgánico (más difícil de obtener que el inorgánico), al contrario de lo que sucede con el hongo asociado. Además, consiguen sobrevivir aunque se desequen, algo imposible para el alga o la cianobacteria implicada.
1.2. Micorrizas (“hongos-raíces”)
Las asociaciones simbióticas entre determinados hongos y raíces de plantas son muy frecuentes y juegan un papel crucial en la absorción de minerales por parte de las plantas. Las raíces benefician al hongo secretando azúcares, aminoácidos y otros compuestos orgánicos que éste puede asimilar. A su vez, el hongo aporta diversos beneficios al vegetal, entre los que cabría destacar:
- La transformación de sales del suelo y sustancias en descomposición en compuestos aprovechables por la planta.
- La mejora en la captación de agua y nutrientes, pues el hongo emite prolongaciones desde las raíces hasta zonas del suelo inalcanzables por la planta.
- La defensa frente a hongos nocivos y otros patógenos.
- La mayor absorción de fertilizantes químicos, lo que permite reducir su empleo en la agricultura.
- La protección frente a tóxicos letales del suelo, etc.
Hoy en día se estima que existen micorrizas en más del 90% de las especies vegetales, siendo indispensables para la supervivencia de muchas de ellas.
2. Simbiosis con bacterias fijadoras de nitrógeno
El nitrógeno es el elemento nutritivo que las plantas más necesitan después del carbono. Aunque constituye cerca del 80% del aire, la mayoría de las plantas son incapaces de utilizar el nitrógeno gaseoso, por lo que dependen de otras formas del mismo como son los iones nitrogenados del suelo, del tipo del amonio y del nitrato.
En el suelo siempre existe cierta cantidad de nitrógeno que “se pierde”, en el sentido de que deja de estar disponible para las plantas, ya que se convierte en nitrógeno gaseoso; se disuelve en aguas subterráneas, las cuales fluyen a zonas más profundas del suelo, etc.
Si dicho nitrógeno perdido no se repusiera, la vida en planeta sería muy distinta a la que conocemos pues se alterarían numerosas cadenas alimentarias, desapareciendo incontables seres vivos. Sin embargo, vuelve al suelo mediante un fenómeno conocido como “fijación del nitrógeno”. Gracias a éste, el nitrógeno gaseoso se incorpora en forma de compuestos nitrogenados asimilables por las plantas.
Casi toda la fijación del nitrógeno en la Tierra se debe a la acción de unas pocas bacterias, la mayor parte de las cuales viven simbióticamente en las raíces de los vegetales, donde obtienen alimento y cobijo. Estas bacterias están presentes sobre todo en las raíces de plantas leguminosas (como el trébol o la alfalfa) y suelen estar integradas en el género Rhizobium.

Resulta curioso como las asociaciones de vegetales con seres tan diminutos -y en apariencia insignificantes- constituyen un pilar clave para la existencia de diversos organismos, entre ellos el ser humano. Nuestra agricultura depende en gran medida de hongos y bacterias, en los que nunca solemos deparar como procuradores de alimentos. Nuestro ganado consume vegetales implicados en relaciones simbióticas. Es más, incluso nuestros bosques, selvas y demás ecosistemas se nos presentan como tales merced a dichas asociaciones. No sería descabellado afirmar que quizás el ser humano jamás existiría de no ser por estos pequeños simbiontes que sobreviven gracias a los vegetales.

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Para una información más completa consultar "Invitación a la Biología", de Helena Curtis y N. Sue Barnes

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El quimerismo que llevamos dentro

La quimera es un monstruo de la mitología griega con cuerpo y cabeza de león, una cabeza de cabra y otra de serpiente. Dicho engendro inspiró lo que en Biología se conoce como “quimerismo”: la presencia de células en un ser vivo que –en principio- le serían ajenas. Un tipo de quimera es el híbrido “de laboratorio” resultante de transferir células desde un ente preembrionario (mórula o gástrula) a otro, debiendo existir cierta compatibilidad entre ambos. De esta manera se pueden obtener quimeras con células de dos especies diferentes pero próximas entre sí, como son las cabras y las ovejas. Según se desarrolle el embrión, sus células se multiplicarán configurando un ser que combina partes de oveja y de cabra. Podríamos decir que es una quimera interespecífica. Ahora bien, el término quimerismo también se extiende a la combinación de células de individuos diferentes pero pertenecientes a una misma especie. Aquí no se hace alusión a la combinación de células reproductoras (gametos), ni a la transferencia de células somáticas mediante un transplante o una transfusión. El quimerismo al que nos referimos es el que media entre la madre y su descendencia. El denominado microquimerismo. La adición del prefijo “micro” se debe a que el número de células foráneas transferidas es muy limitado.
El microquimerismo materno-fetal se descubrió hace décadas: se observó que las madres incorporaban cierta cantidad de células fetales y que el nasciturus recibía, a su vez, unas pocas células maternas. En ambos sentidos de la transferencia, las células solían ser reconocidas como propias por el sistema inmune, permaneciendo durante décadas en el organismo. El que vivieran tanto tiempo se debía a que son células madre (aludiendo a su cualidad de indiferenciadas y no a su procedencia) -o células que se comportan como tales- siendo capaces de diferenciarse después en distintos tipos celulares específicos. Es decir, se comportarían como semillas que se incorporan e integran en el nuevo paisaje orgánico.
A día de hoy, se desconoce la razón evolutiva del microquimerismo. Sin embargo, sí que se sabe que puede tener repercusiones sobre la salud. A este respecto, el microquimerismo supondría un arma de doble filo: por un lado, las células recibidas permitirían reparar tejidos lesionados. Por otro, tendrían el inconveniente de que el sistema inmune llegara a reconocerlas como elementos ajenos al organismo. En este caso, cabe la posibilidad de que desencadenaran una enfermedad autoinmune, ya que nuestras defensas serían incapaces de diferenciar con precisión las células transferidas de las autóctonas. Por consiguiente, el organismo intentaría combatir a las células ajenas al tiempo que destruiría las propias.
El estudio de las repercusiones sanitarias del microquimerismo podría resultar prometedor para el tratamiento de diversas enfermedades, ya fueran solucionables mediante las células transferidas, o bien evitando sus efectos.

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Para más información consultar el ejemplar de Abril de 2008 de Investigación y Ciencia

El pardeamiento enzimático de los alimentos

Cuando pelamos y/o troceamos frutas como la manzana o la pera, observamos que su superficie se tiñe enseguida de un color marrón cada vez más oscuro. Este fenómeno se debe a unas enzimas -proteínas que ejecutan reacciones químicas- llamadas polifenoloxidasas. Éstas son muy ubicuas en la naturaleza, encontrándose en prácticamente todos los seres vivos desde las bacterias al hombre.
Las polifenoloxidasas de las frutas oxidan ciertos fenoles introduciendo átomos de oxígeno en su composición. De esta manera los transforman en quinonas, las cuales se polimerizan dando lugar a pigmentos marrones, rojos y negros. En frutas íntegras, las polifenoloxidasas y los fenoles están en compartimentos celulares separados (en cloroplastos, otros plástidos y citoplasma las primeras, y en vesículas los segundos) por lo que su color no se ve alterado. Ahora bien, cuando las frutas están “sobremaduradas” o son sometidas a cortes u otras agresiones, las membranas de los compartimentos celulares se destruyen. Ello permite que las polifenoloxidasas contacten con los fenoles y con el oxígeno atmosférico. La conjunción de estos tres elementos conduce a la formación de las quinonas y a la posterior aparición de los mencionados pigmentos. El resultado es lo que se denomina “pardeamiento enzimático”.
Este oscurecimiento acarrea importantes pérdidas postcosecha en vegetales (como las peras, las manzanas, los melocotones, los plátanos, las lechugas, etc.) y hongos (como los champiñones). Es por ello que se han desarrollado diversos métodos para combatirlo:
1. Evitar el contacto del oxígeno atmosférico con la superficie:
El efecto protector se aprecia preparando una simple gelatina con pedazos de manzana. Los trozos inmersos en el gel no se pardearán, ya que éste impide el paso del oxígeno.
2. Disminuir la temperatura:
Cuando ésta baja lo suficiente, la acción de las polifenoloxidasas se frena, llegando a detenerse por completo a temperaturas de congelación.
3. Reducir el pH:
Las polifenoloxidasas tienen un pH óptimo de actuación en torno a 5-6. A partir de éste, la acción oxidante se retarda según acidificamos el medio, hasta alcanzar un punto en el cual las enzimas se desnaturalizan (se decompone la configuración espacial) de manera irreversible, perdiendo su funcionalidad. El efecto del pH se observa fácilmente comparando el pardeamiento de un trozo de manzana cubierto con vinagre -rico en ácido acético- con otro carente de dicho recubrimiento.
4. Secuestrar el cobre:
El fundamento de este método de control estriba en que dicho metal es un componente esencial del centro activo de las polifenoloxidasas. Mediante el uso de agentes captadores (quelantes) del cobre, éste permanecerá fuera del centro activo con lo que las enzimas perderán su capacidad oxidante. Entre los secuestrantes del cobre destacan el EDTA (Ácido Etilén Diamino Tetracético) o el ácido cítrico. Este último combina dos efectos beneficiosos: la captación del cobre y la bajada del pH.
5. Aumentar la temperatura:
En aquellos casos en los que no se dañe el alimento, cabe la posibilidad de incrementar la temperatura hasta desnaturalizar las polifenoloxidasas. Por ejemplo, mediante un tratamiento de escaldado a vapor.

Los cambios que ocasionan las polifenoloxidasas en los alimentos nos pueden parecer algo nimio. Sin embargo, las pérdidas económicas que acarrean son lo suficientemente elevadas para que la lucha contra este problema merezca la debida consideración.
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Para más información, consultar:
http://milksci.unizar.es/bioquimica/temas/enzimas/tirosinasa.html
http://descargas.cervantesvirtual.com/servlet/SirveObras/jlv/01604074325695063002257/013113_3.pdf
http://www.scielo.cl/scielo.php?pid=S0718-07642006000600012&script=sci_arttext

La revolución plástica (2ª parte)

En la primera parte del artículo se expuso que el plástico era un tipo de polímero, se clasificaron los polímeros y se mostró qué propiedad caracterizaba al plástico entre los demás polímeros. En esta parte se comentarán algunas aplicaciones punteras de los plásticos.

1. Aplicaciones agrícolas
El mundo rural se está tecnificando a pasos agigantados. Sus numerosos avances incluyen mejoras debidas a los plásticos, tales como:
1.1. Cubiertas impermeables para invernaderos
Gracias a ellas se evita la evaporación del agua y se favorece su condensación, lo cual permite cultivar vegetales en suelos áridos. Además, potencian el llamado efecto invernadero protegiendo los cultivos de las bajas temperaturas. Esto permite obtener cosechas de buena calidad fuera de temporada.
1.2. Películas fotosensibles pigmentadas
Se emplean para lograr una determinada iluminación que mejore la producción vegetal. Existen películas de distintos colores: las verdes son adecuadas para pimientos y melones, las azules para berenjenas y calabazas, y las rojas para tomates.
1.3. Películas antiplagas
Absorben o bloquean la luz ultravioleta, evitando la proliferación de hongos patógenos e insectos transmisores de virus vegetales. Ello es debido a que tanto unos como otros dependen de la radiación ultravioleta para reproducirse.

2. Aplicaciones medioambientales
Los ciudadanos hemos pasado de generar 30 millones de toneladas de basura plástica en 1970 a alcanzar casi 200 millones de toneladas a principios de este siglo. Los plásticos son residuos peligrosos ya que se confunden con el alimento habitual de los animales ocasionándoles problemas digestivos, bloquean el paso de la luz, retienen sustancias tóxicas, etc. Para remediarlo, además del reciclaje, se busca reducir la permanencia de los plásticos en los ecosistemas. Existen dos tipos de soluciones al respecto:
2.1. Plásticos biodegradables
Se obtienen por ingeniería genética a partir de plantas habituales como son la patata, el trigo o la soja.
2.2. Aditivos que mejoran la biodegradación
Se añaden sobre todo a aquellos plásticos derivados del petróleo. Estos aditivos los hacen más vulnerables a la acción de los microorganismos del suelo.

3. Aplicaciones sanitarias
La utilización de plásticos en el ámbito sanitario no ha parado de crecer, entrando a formar parte de grandes equipos, material fungible, etc. Cabe destacar además otros usos, tales como:
3.1. Prevención de infecciones en quemados
Uno de los principales riesgos de las quemaduras es la proliferación de agentes patógenos sobre los tejidos abrasados. Una ayuda para evitarlos consiste en cubrir la lesión con un andamiaje de polímero biocompatible y biodegradable, previamente sembrado con células epiteliales. Dicha cubierta constituye una barrera para los agentes infecciosos al tiempo que favorece la regeneración de la piel.
3.2. Reparación de lesiones cardiacas
De un modo similar al anterior, se emplean películas soporte para células musculares cardiacas cuya implantación favorece la reparación del tejido dañado.
3.3. Mejor dosificación de medicamentos
Mediante fármacos poliméricos que dosifican el principio activo de forma controlada en el organismo. Para ello se asocia dicho principio activo a un polímero que lo libera poco a poco según se va degradando.
3.4. Reparación ósea
Se utilizan implantes que tienen una base de hidroxiapatita, mineral propio de los huesos. Destacan por su cotidianeidad los implantes dentales, cuya peculiaridad es que se endurecen ante la luz.

4. Aplicaciones tecnológicas diversas
Abarcan campos muy distintos. Entre ellas destacan:
4.1. Plásticos conductores de electricidad
Su creación les valió el Premio Nóbel compartido a Heeger, Mc.Diarmid y Shirakawa. Por el momento no se emplean de manera rutinaria.
4.2. Plásticos electroluminiscentes (que emiten luz al recibir una descarga eléctrica) y electrocrómicos (que cambian de color cuando se someten a una corriente eléctrica)
Son importantes para la fabricación de pantallas planas que quizás sustituyan a las actuales de cristal líquido o plasma, ya que son flexibles, fáciles de fabricar y se pueden observar desde cualquier ángulo.
También se aplican a las ventanas de edificios inteligentes para sustituir las persianas. Su principal ventaja respecto a éstas es que regulan automáticamente y con mayor precisión el paso de la luz. Otro campo en el que se están utilizando es en el de los espejos retrovisores, ya que se tornan más oscuros cuando detectan reflejos de luz, evitando así deslumbramientos.
Sus propiedades no sólo incluyen modificaciones cromáticas respecto a la radiación visible, sino que también inducen cambios sobre radiaciones infrarrojas o ultravioletas. A ello se añade otra innovación muy ventajosa: la existencia de un “efecto memoria” por el que el cambio persiste al desaparecer la corriente eléctrica.
4.3. Plásticos autorreparables
Se obtienen encerrando nanopartículas en una red polimérica. Al agrietarse el plástico, las partículas incorporadas se liberan y polimerizan reparando el daño.

Aunque los plásticos cuentan cada vez con más aplicaciones, no debemos olvidar las presentes. Sin ir más lejos, esta mañana regresaba a casa con una película del videoclub. Por el camino notaba lo ligera que era su caja mientras observaba su peculiar diseño de dos plásticos: uno opaco y otro transparente. A su vez, dicha caja estaba contenida en una pequeña y cómoda bolsa de regalo del videoclub que, por supuesto, también era de plástico. El propio DVD no sólo era liviano sino que permitía almacenar una cantidad de información antes jamás soñada. Todo ello gracias al plástico, el cual además le confería cierta resistencia. Mientras llevaba la película a casa no podía dejar de pensar en lo incomprensible que sería el mundo actual sin los polímeros y sus innumerables aplicaciones.

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Para una mayor información, consultar los números 323 y 151 de las revistas Muy Interesante y Quo, respectivamente.

La revolución plástica (1ª parte)

Introducción
Echando un vistazo a nuestro alrededor caemos en la cuenta de la gran cantidad de objetos total o parcialmente plásticos que forman parte de nuestra realidad cotidiana. El ordenador mismo desde el que leemos –o han sido escritas- estas líneas, la inmensa mayoría de los electrodomésticos, ropas, muebles, recipientes, cosméticos, bolígrafos, prótesis, etc., contienen elementos plásticos o lo son en sí mismos.
Los plásticos han sustituido metales, minerales y derivados orgánicos a nivel mundial. Han cambiado nuestra vida abaratando productos caros y volviéndolos accesibles.
Las numerosas posibilidades a la hora de definir sus propiedades los han hecho partícipes de la nanotecnología, las comunicaciones, la farmacología, la industria de energías renovables, etc. Sus propiedades incluyen dureza, rigidez, flexibilidad, aislamiento, ligereza, conductividad, etc.
Ahora bien, ¿a qué nos referimos al hablar de “plásticos”? Aunque de manera intuitiva solemos diferenciar los plásticos de otros materiales, conviene ser más técnicos a la hora de definirlos: los plásticos son un tipo de polímeros. Es decir, son macromoléculas constituidas por pequeñas unidades moleculares –monómeros- que se repiten.

Clasificación de los polímeros
1. Según el tipo de monómeros
- Homopolímeros: si las unidades moleculares son iguales entre sí.
- Heteropolímeros: si se repiten dos o más unidades moleculares distintas.
2. Según la disposición de los monómeros
- Polímeros lineales: si forman cadenas simples.
- Polímeros ramificados: si forman cadenas de las cuales parten otras.
3. Según su persistencia en la naturaleza
- Polímeros biodegradables: son consumidos por los microorganismos del suelo en menos de 6 meses.
- Polímeros no biodegradables: tardan más de 6 meses en ser consumidos por los microorganismos del suelo.
4. Según su comportamiento ante el calor (es el parámetro de clasificación más universal)
- Polímeros termoplásticos (unos pocos): se funden al aumentar la temperatura y recuperan su estado sólido al enfriarse.
- Polímeros termoestables (la gran mayoría): no se licuan ante el calor sino que se descomponen químicamente
Los termoplásticos presentan escasos entrecruzamientos entre cadenas poliméricas o una ausencia total de los mismos. Es por ello que los polímeros pueden desplazarse y fluir con el calor. En cambio, los termoestables tienen muchos entrecruzamientos por lo que las cadenas poliméricas no fluyen sino que se destruyen.

Diferencia entre plásticos y polímeros
Hay que tener presente que todos los plásticos son polímeros pero no todos los polímeros son plásticos. La cualidad que los diferencia de otros polímeros (como adhesivos, recubrimientos, elastómeros, etc.) es que ante un esfuerzo suficientemente intenso se deforman de manera irreversible, no recuperando su forma original cuando el esfuerzo desaparece.

En la segunda parte trataremos algunas de las aplicaciones más vanguardistas de los polímeros, haciendo especial hincapié en los plásticos.