El sexto sentido de la lengua.

No, nuestra lengua no saborea gente muerta. Pero sí detecta un sexto sabor. Además de reconocer el dulce de la fruta, el salado del agua de mar, el amargo de una cerveza, el sabor de una pizza y el umami cuando comemos espinacas, detecta otro más: el de los carbohidratos –nuestra principal fuente de energía–.

Estudios anteriores habían mostrado que algunos roedores pueden distinguir entre carbohidratos que aportan distintos niveles de energía mientras que otros pueden distinguir entre proteínas y carbohidratos, incluso si su habilidad para detectar el dulce se ha perdido. Esta habilidad fue propuesta en humanos cuando se mostró que con sólo tener carbohidratos en nuestra lengua se mejora nuestra actividad física.

Ahora, en un trabajo publicado por investigadores de Nueva Zelanda, se le pidió a varios participantes que apretaran un sensor entre sus dedos cuando detectaran una señal visual. Al mismo tiempo, un dispositivo en su boca bañaba su lengua con uno de tres diferentes fluidos. Los dos primeros fueron endulzados artificialmente, pero sólo uno tenía carbohidratos. El tercero no era dulce ni tenía carbohidratos.

Cuando el líquido con carbohidratos fue saboreado, los investigadores observaron un aumento del 30% en la actividad de las partes del cerebro que controlan movimiento y visión. Ellos proponen que esto es desencadenado porque la boca reporta al cuerpo que hay una entrada de carbohidratos.

Los resultados podrían explicar por qué los productos dietéticos y light son vistos como poco satisfactorios cuando se comparan con sus contrapartes, y por qué las bebidas con estas moléculas adicionadas animan de inmediato a los atletas –incluso antes de que sus cuerpos puedan convertir los carbohidratos en energía.

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Bibliografía:

Nota fuente en Science  | Artículo original en Appetite  | Nota original en el Blog de Historias Cienciacionales

Atunes y ballenas para conocer el consumo energético de autos y aviones.

Comparar la propulsión de una ballena gris con la de un atún es como poner bajo la lupa a una naranja y una manzana. Y así como es incorrecto decir que un organismo está más evolucionado que otro, decir que uno se propulsa de forma más eficiente que otro es también una aberración para nuestros oídos. Sin embargo, estudiar el consumo de energía por individuo es una manera más acertada de conocer eficiencias en propulsión y, a partir de eso, crear modelos que expliquen el movimiento de autos, aviones y submarinos. Un grupo de investigadores de la Universidad Northwester, en Estados Unidos, desarrolló un sistema métrico para conocer el consumo de energía de la ballena gris y del atún durante su propulsión, mismo que será útil para describir otros vehículos en movimiento, ya sea en aire o agua.

Hagamos una analogía. Un gran camión necesita mucho más combustible para moverse la misma distancia que un pequeño auto. Siguiendo este orden de ideas, podríamos decir que la ballena necesita más energía para moverse la misma distancia que un atún. ¿Será que los músculos de la ballena necesitan más energía por las leyes de la física?

El nuevo sistema métrico propuesto, llamado “coeficiente de consumo de energía”, permite conocer cómo el flujo de energía cambia con el tamaño y la masa de los animales. Gracias a éste, ahora es posible comparar manzanas con manzanas para comprender la eficiencia energética, sin importar el tamaño del animal. Es tan eficiente para cuantificar la eficiencia de un cuerpo con autopropulsión como el sistema métrico lo es para conocer el arrastre de cuerpos aerodinámicos.

Este sistema toma en cuenta la tasa metabólica, la masa muscular y las leyes de la física. Después de analizar animales que nadan y vuelan, el grupo de investigadores midió masas de animales que variaron hasta un billón de veces. El estudio involucró una comparación entre el consumo de energía normalizada al tamaño del animal, una manera similar a como se estudia la aerodinámica de vehículos, a los que se les normaliza el arrastre. Los resultados muestran que sí, es inevitable que las ballenas necesiten más energía.

Mientras que los investigadores se han enfocado en animales que nadan y vuelan, este concepto también puede ser aplicado para medir la eficiencia de automóviles, aviones y vehículos submarinos.

Bibliografía:

Nota fuente en Eurekalert  | Artículo original en PNAS  | Nota original en el Blog de Historias Cienciacionales

Imitando a las estrellas, un sueño más cerca que nunca

La ignición es el proceso por el cual la energía liberada proveniente de una fusión nuclear es igual o mayor que la invertida para liberarla. En el tema de la fusión nuclear por confinamiento incercial, este proceso se considera como el “santo grial”. Lograrlo se traduciría, entre muchas otras cosas en: energía limpia, inagotable, segura y en la hazaña de haber imitado a la forma en la cual las estrellas nos bañan de energía.Tras décadas de esfuerzos fallidos y colaboraciones internacionales, el Laboratorio Nacional de Lawrence Livermore logró, por primera vez en la historia, que un reactor de fusión nuclear produjera más energía de la que consumió, logrando así, avanzar un paso más para lograr el objetivo final: la ignición. El equipo liderado por Omar Hurricane obtuvo una ganancia mayor a 1, lo que muestra un mejoramiento de un orden de magnitud en comparación con los otros experimentos.

“Lo verdaderamente emocionante es que estamos viendo una contribución cada vez mayor proveniente del proceso que llamamos partículas-alfa de auto-calentamiento cada vez que hacemos un poco más fuerte a la implosión”, comenta Hurricane. Este proceso se da cuando las partículas alfa, procedentes del núcleo de Helio que vienen del proceso de fusión del deuterio-tritio (isótopos de hidrógeno), depositan su energía en el combustible de deuterio-tritio, en vez de escapar: al no irse, estas partículas alfa ayudan a calentar el combustible e incrementan la tasa de reacción de fusión, dando como resultado, la liberación de más partículas alfa. Esta retroalimentación es el camino para llegar a la ignición.

Anteriormente el plástico que rodeaba y protegía el combustible de deuterio-tritio se rompía y se pensaba que esa era la fuente que no permitía la ejecución correcta. Por medio de la modificación de los pulsos laser que se usan para comprimir el combustible, la inestabilidad que causaba el rompimiento se suprimió y fue parte del éxito del experimento.

“Aún queda mucho trabajo y problemas de física por resolver antes de que lleguemos al Final. Nuestro equipo está trabajando para lograr estos retos y esto es de lo que un equipo científico se nutre”, añade Hurricane.

La fusión nuclear es el proceso por el cual, los átomos con una misma carga se unen para formar un átomo mas pesado, liberando energía en el proceso.

Lograr la fusión nuclear con isótopos de hidrógeno se planta como inagotable, debido a que el deuterio y el tritio se forma en nuestra atmósfera de manera natural gracias a los rayos cósmicos.

Bibliografía: Artículo original en Nature| Nota fuente en Livermore National Laboratory | Nota en el blog de Historias Cienciacionales

Los clatratos en tiempos de la reforma energética

Buen día a todos los lectores del Uroboro de Kekulé y de Más Ciencia por México. En esta ocasión, me permito escribir en el contexto de los tiempos que anteceden a la toma de una de las decisiones más importantes de México en materia de energéticos. Como es de esperarse, una gran cantidad de espacio en los medios de comunicación nacionales e internacionales se ha destinado al análisis de la iniciativa a la reforma energética. Lo anterior no es de sorprenderse; cualquier libro de texto de ciencias naturales describe a México como un país rico en recursos naturales, entre los cuales, los yacimientos de petróleo sirven como uno de sus principales activos económicos (Figura 1).

Figura 1. Mapa con las reservas de petróleo mundiales (expresadas en billones de barriles) [1]. En este ámbito, el sitio oficial del gobierno de la república llama a considerar la prestación de contratos de "utilidad compartida" entre PEMEX y empresas privadas, en su mayoría extranjeras, para la exploración y extracción del petróleo y gas. El modelo que resulte de la decisión final será trascendental para las futuras generaciones como lo analiza el Dr. Antonio del Río Portilla en su blog.

Uno de los argumentos centrales del modelo energético es la obtención inmediata de los yacimientos de petróleo en aguas con profundidad mayor a los 500 metros, mismos que sobrepasan los límites de las aguas someras a las que la paraestatal PEMEX tiene acceso. Otro punto relevante es la extracción de gas encontrado en cuencas con lutitas (en inglés shale gas). La Administración de Información de Energía del gobierno de los E.E.U.U. prevé que en el año 2035, esta práctica produzca el 46% de la totalidad del gas natural en todo el país norteamericano, información que no debemos pasar por alto [2]. Sin embargo, ¿son estas opciones las únicas fuentes de energía en juego en la reforma energética?

Figura 2. Depósito oceánico de clatrato de metano. El gas metano se encuentra "atrapado" por moléculas de agua.

La respuesta a esta pregunta involucra una de las moléculas más atractivas de la química supramolecular: los clatratos. Como su nombre lo indica, la química supramolecular es la química más allá de las moléculas. En otras palabras, la química supramolecular estudia las interacciones de una molécula formada por dos o más elementos. En este caso en particular, los clatratos de metano son una molécula de metano "atrapada" en una esfera cristalina formada por varias moléculas de agua altamente ordenadas, resultando en un sólido parecido al hielo de nuestros congeladores (Figura 2). Las condiciones idóneas para crear un clatrato de metano con moléculas de agua son bajas temperaturas y altas presiones. ¿Pueden imaginar algún lugar que cumpla con estas características?

Los lugares naturales predilectos para la formación de estos compuestos, aparte de rocas en lugares muy fríos como los polos, son los sedimentos oceánicos a profundidades mayores que 300 metros. El Golfo de México y la zona sur del Océano Pacífico son regiones potenciales para la formación de estos sólidos; sin embargo, ¿qué hace tan interesante a los clatratos de metano en materia de energía?

El gas natural, principalmente metano, es un combustible excelente por un conjunto de razones [3].

1. El metano produce menos dióxido de carbono que cualquier otro combustible fósil.
2. Podría reducir las emisiones generadas por el hombre de dióxido de carbono y a su vez mitigar el avance del efecto invernadero.
3. La cantidad de metano en clatratos es mayor que el doble que todos los otros combustibles fósiles combinados (Figura 3).

Figura 3. Distribución de carbono orgánico en la Tierra (excluyendo carbono orgánico disperso). Unidades: 10^15 g de carbono [4].

Sumado a esto, el proceso de separación del gas metano del material cristalino es es relativamente conocido y puede realizarse en al menos tres maneras distintas: inyección termal (aumento de temperatura), reducción de presión y minería convencional [5]. No obstante, el bajo punto de fusión (-164 °C) del metano debido a su bajo peso molecular, le convierte en un gas inestable e inflamable, por lo que su tratamiento debe ser cuidadoso (Figura 4). De hecho, existe una creciente preocupación debido a los picos de temperatura registrados en las regiones con permafrost, ya que las altas temperaturas podrían desestabilizar a los clatratos encontrados en los mismos y al mismo tiempo liberar el metano al ambiente, potenciando así un aumento al cambio climático del 10 al 25% en los peores escenarios [6]. Debido a lo expuesto, un aprovechamiento de estos recursos en dichas regiones geográficas podría reducir significativamente el daño ambiental derivado de su relegación en nuestro planeta.

Figura 4. Hielo flameante: combustión del gas metano en clatrato.

Habiendo analizado las ventajas de los clatratos de metano, no es sorpresa que recientemente algunos países, como Japón, hayan tomado la iniciativa de explotar su potencial como una nueva fuente de energía [7]. En este momento, resultaría un ejercicio muy benéfico y saludable que las autoridades mexicanas encargadas de dictaminar una resolución reevalúen los nuevos alcances que una posible reforma energética podría significar para todos los mexicanos, sin considerar únicamente las alternativas publicadas por el gobierno de la república y advirtiendo nuevas fuentes rentables de energía como los clatratos de gas metano.

Referencias:

[1].- Mapa generado por Organization of Petroleoum Exporting Countries [2].- Stevens, Paul. "The ‘shale gas revolution’: Developments and changes."Chatham House Briefing Paper (2012). [3].- Sloan, E. D. (2003). Fundamental principles and applications of natural gas hydrates. Nature, 426(6964), 353-363. [4].- Lee, S. Y., & Holder, G. D. (2001). Methane hydrates potential as a future energy source. Fuel Processing Technology, 71(1), 181-186. [5].- MacDonald, G. J. (1990). The future of methane as an energy resource. Annual Review of Energy, 15(1), 53-83. [6].- Harvey, L. D., & Huang, Z. (1995). Evaluation of the potential impact of methane clathrate destabilization on future global warming. Journal of Geophysical Research, 100(D2), 2905-2926. [7].- "Japan extracts gas from methane hydrate in world first" ; "Methane Clathrates: The next fossil fuel?"

Acerca del Autor

Gonzalo Campillo Alvarado es Químico Farmacobiólogo egresado de la Universidad Veracruzana y actualmente cursa su maestría en el Centro de Investigaciones Químicas de la Facultad de Ciencias UAEM. Su proyecto consiste en el diseño de arquitecturas supramoleculares de boro para el almacenamiento de combustibles.

¿Por qué limitarte a hacer levitar una gota de agua con ondas acústicas?

Sobre todo, cuando puedes moverla de un lado a otro y mezclarla con otro líquido o sólido, con la tecnología creada por Daniel Foresti y sus colegas en el Instituto de Tecnología de Zurich.

La levitación por ondas acústicas es un fenómeno bien conocido, pero hasta ahora no se había desarrollado la tecnología para mover y manipular un cuerpo más allá de hacer que levitara inmóvil en el aire. Con la tecnología de Foresti y su equipo, se ha logrado transportar gotas de líquidos de diferentes características, mezclarlas y hacerlas reaccionar sin que toquen ninguna superficie. Incluso han logrado hacer levitar un palillo para dientes y hacer que gire sobre su propio eje.

El secreto está en colocar una serie de módulos de emisión y reflexión de ondas acústicas en una fila. Haciendo variar las ondas entre cada módulo, se logra transportar un cuerpo (líquido o sólido) entre los módulos.

Esta tecnología permitiría que se manipularan muestras químicas o biológicas de importancia sin riesgo de contaminación por contacto, o simular ciertas condiciones de gravedad cero, entre otras cosas. "Tiene un amplio espectro de posibles aplicaciones," dice Foresti. La tecnología es prometedora; su principal limitante es que hay que calcular con exactitud la onda acústica requerida para el cuerpo en cuestión, pues, al menos con líquidos, se corre el riesgo de que la fuerza acústica sobrepase la tensión superficial de la gota y la muestra se atomice en el aire. Sin embargo, a diferencia de la levitación por campos electromagnéticos, no se requiere que el objeto tenga propiedades electromagnéticas particulares.

"En principio, puedes hacer flotar cualquier cosa con la levitación acústica", dice Dimos Poulikakos, uno de los desarrolladores de la tecnología. Incluso una persona. "Ahora, si una persona puede sobrevivir a las fuerzas acústicas, no estoy cien por ciento seguro," comenta Poulikakos.

A manera de inspiración para aplicaciones futuras, te dejamos un video de la tecnología de Foresti, Poulikakos y sus colegas en plena acción:

http://www.ltnt.ethz.ch/research/transport/projects/foresti/Photochemicalswitch.mov

Fuente en ETH Zurich | Artículo original en PNAS