De por qué la gasolina a partir de aire sólo la utilizarán los coches deportivos de los ecologuais, por César Tomé

Experiencia docet.

Hace unos días el diario británico The Independent lanzaba una exclusiva de la que se han hecho eco muchos otros medios, entre ellos la BBC, y webs ecologistas que tocan de oído, en la que relataba cómo una empresa británica era capaz de fabricar gasolina a partir del aire. También han aparecido automáticamente los conspiranoicos habituales que afirman que las petroleras no lo permitirán nunca, otros que afirman que se están violando leyes fundamentales de la física y aún otros que afirman que el proceso debería hacerse público para evitar su secuestro por las grandes compañías. Ejemplos de todo ello en los comentarios de esta entrada de NeoTeo.

Estamos ante un nuevo ejemplo de empresa en búsqueda de financiación para un producto ecológico, usando tecnologías conocidas, con mucha publicidad, relaciones públicas y atención de los políticos. Pues bien, de entrada, respondamos así de claro:

1. El proceso fundamental se encuentra en cualquier libro de texto de química
2. Lo que puede aportar novedad es la selección de la tecnología empleada de entre las disponibles 
3. No se viola nada
4. Esto, salvo sorpresa mayúscula, no va a ninguna parte

Pero veamos con algo de detalle el proceso que publica Air Fuel Synthesis en su web:

1. Se introduce aire en una torre donde existe un aerosol de disolución de hidróxido sódico. El dióxido de carbono del aire reacciona con parte del hidróxido sódico para formar carbonato sódico. Esta es una tecnología de captura de dióxido de carbono conocida y más que probada. Stolaroff et al. estimaron en 2008 que el coste de captura de la tonelada de dióxido de carbono, excluyendo la recuperación de la solución y otros costes operativos, era de un mínimo de 53 dólares y podía alcanzar los 127; los costes operativos no incluidos sólo de esta fase son del mismo orden de magnitud. Por tanto, podemos estimar conservadoramente que sólo esta fase cuesta 100 dólares por tonelada de dióxido de carbono capturado.

2. La disolución de hidróxido y carbonato de sodio obtenida en el paso 1 se bombea a una cuba electrolítica en la que se hace pasar una corriente eléctrica. La electricidad provoca la descomposición del carbonato con la liberación de dióxido de carbono. En este paso hay tres consideraciones trascendentes desde el punto de vista industrial. La primera, que se recupere eficientemente la disolución de hidróxido sódico, para ello la limpieza debe ser absoluta y el agua estar libre de iones que puedan precipitar como hidróxidos o carbonatos; segundo, relacionado con la primera consideración, el dióxido de carbono se liberará en forma de gas por lo que la celda debe estar cerrada y con un vacío previo si no queremos contaminaciones del producto; y tercero, esta disolución es muy corrosiva. Estos tres aspectos implican que el mantenimiento y la operación de esta fase son muy complejos, laboriosos y, por tanto, costosos. Es algo que a nivel de laboratorio se puede acometer con cierta facilidad pero que a nivel industrial es una pesadilla. Si añadimos el coste de la electricidad, ya ni te cuento.

3. Opcionalmente se puede instalar un deshumidificador que condense el agua del aire que se pasa por la torre en el paso 1. El agua condensada se pasa a una celda electrolítica donde una molécula muy estable se separa mediante electricidad en sus componentes hidrógeno y oxígeno. El agua se puede obtener de otras fuentes pero debe ser purificada para tener calidad electrolítica. Esta es la fase del proceso más cara energéticamente. Démonos cuenta de que la electrolisis del agua requiere sobrepotenciales para sobrepasar varias barreras de activación, por lo que la necesidad energética es mayor de la que se calcula a partir de la energía de las moléculas de agua. Es un proceso tan caro que es la principal barrera para la obtención de hidrógeno como fuente de energía. Un estudio del Departamento de Energía de los Estados Unidos calculó el objetivo de coste para un kilo de hidrógeno en 2012 en 3,70 dolares; en 2010 era de 5,21.

4. El dióxido de carbono y el hidrógeno se hacen reaccionar para conseguir una mezcla de hidrocarburos, variando las condiciones en función del tipo de combustible que se requiera. Lo que está muy bien y es muy bonito, pero veamos en realidad de qué se trata.

4.1 Convertir la mezcla de dióxido de carbono/hidrógeno en una mezcla de monóxido de carbono/hidrógeno conocida como gas de síntesis. El gas de síntesis es archiconocido por cualquiera que haya estudiado algo de química y mediante el proceso de Fischer-Tropsch, uno de esos que cae seguro en el examen, se obtiene el hidrocarburo líquido que quieras. Esta tecnología se conoce y se usa desde 1925. El problema radica en reducir el estable dióxido de carbono al reactivo monóxido de carbono, que no es algo tan sencillo. Conseguirlo de forma eficiente, igual que mencionábamos antes con el hidrógeno, ya sería un gran logro. Para dar una idea de la importancia y complejidad puede verse este artículo de Technology Review.

4.2 Una alternativa que, al igual que el proceso Fischer-Tropsch, es archiconocida, es hacer reaccionar el gas de síntesis para obtener metanol que se puede usar a su vez para obtener hidrocarburos con la reacción metanol-a-gasolina de Mobil. El problema continúa siendo obtener el monóxido de carbono.

5. Los productos obtenidos no pueden usarse directamente. Deben ser aditivados convenientemente para poder ser usados en los motores actuales.

Sólo con los costes de captura de dióxido de carbono y obtención de hidrógeno, sin nada más (y esa nada es enorme), resulta que el kilo de 2,2,4-trimetilpentano (el estándar de octano de la gasolina) me sale a 7,69 dólares o, lo que es lo mismo, a 5,31 dólares el litro. La compañía lleva invertidos 1,6 millones para obtener 5 litros; pues, mire usted, me lo creo.

Concluyendo:

1. No existe una síntesis directa de gasolina. Se especula con que se pueda conseguir pero hoy día lo realizan por dos rutas establecidas y muy conocidas: conversión a gas de síntesis y proceso Fischer-Tropsch o síntesis de metanol + proceso Mobil.
   
   
2. Los sistemas de obtención de los productos de partida son críticos debido al nivel de pureza necesario para los reactivos. La tecnología elegida ha sido la electrolisis lo que implica procesos discontinuos, altos costes energéticos y altos costes de mantenimiento y limita las fuentes de materias primas usables.
   
   
3. La economía de todo el proceso depende de la obtención de electricidad a costes muy bajos. Además, la obtención económica de los productos intermedios, como hidrógeno o monóxido de carbono, ya sería un hito suficiente.
   
   
4. El uso de cubas electrolíticas, el tratarse de un proceso por lotes y la necesidad de disponer de agua de una pureza alta, dificulta el escalado y, por tanto, la obtención de economías de escala para una producción masiva. El tamaño de planta eficiente no podrá ser muy grande.
   
   
5. No hay novedad científico-técnica. La noticia es que estén intentando hacerlo con tantas papeletas en contra. Lo máximo que pueden aspirar, salvo el hallazgo de algo revolucionario que en estos momentos no existe, es a fabricar gasolina con la etiqueta “ecológica”, signifique ello lo que signifique, a precios exorbitantes. Sólo millonarios esnobs que quieran disfrutar de deportivos con etiqueta ecológica se me ocurren como posibles clientes.
   
   
   
   
   Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XVIII Edición del Carnaval de Química que alberga XdCiencia.
   
   

Químicos Modernos: Alexánder Butlerov, eclipsado por su genio.

César Tomé.

¿Puede una idea científica ser tan brillante que llegue a ocultar a su autor? ¿Tan esclarecedora que pase de forma prácticamente instantánea a los libros de texto como cosa sabida y que, por lo tanto, su creador no merezca ni siquiera una mención? Parece casi inconcebible que pueda ocurrir, pero ocurrió.

Estamos en septiembre de 1861 en Speyer (actual Alemania), en el Congreso de Médicos y Naturalistas Alemanes. Un profesor de una pequeña universidad rusa, Kazán, tiene anunciada una conferencia titulada “Sobre la estructura química de la materia”; un nombre muy rimbombante para un don nadie venido de la mitad de ninguna parte. Hoy día nadie recuerda nada de ese congreso salvo esa conferencia en la que se dijo por primera vez que “la naturaleza química de una molécula está determinada no sólo por el número y tipo de átomos sino también por su disposición. El estudio químico de las sustancias debe llevar a conocer su estructura y viceversa, el conocimiento de su estructura debe llevar a predecir sus propiedades”. La teoría estructural nacía de la mano de Alexánder Mijáilovich Butlerov.

Isobutano

Pero Butlerov no se quedó en la teoría. Predijo y demostró experimentalmente la existencia de isómeros, en concreto de dos butanos y tres pentanos. En 1866 sintetizaría el isobutano. En 1868 demostraría que en los compuestos orgánicos insaturados los carbonos se unen entre sí con enlaces dobles.

Estos resultados espectaculares hicieron que el catedrático de química inorgánica de la Universidad de San Petersburgo, Dimitri Ivánovich Mendeleev, propusiera para el puesto de catedrático de química orgánica a Butlerov, que ocuparía en 1868 y hasta su jubilación en 1885, un año antes de su muerte. En ese mismo año de 1868 se completaría la edición en alemán de su “Introducción al estudio completo de la química orgánica”, libro que había aparecido en ruso sólo dos años antes y que puede ser considerado el primer texto moderno de química orgánica.

Butlerov formó parte de una incipiente escuela química orgánica rusa iniciada por sus profesores en la Universidad de Kazán, Klaus y Zinin, y que continuaron sus alumnos Markovnikov, Zeytsev y Popov. Los estudios que inició Butlerov sobre la polimerización los culminaría en 1910 Serguéi Vasiliévich Lebedev con el primer método de producción de caucho sintético (polibutadieno).

Butlerov nació en Chístopol (Rusia) en 1828. Cursó estudios de zoología y botánica en la Universidad de Kazán, pero su talento para la química fue detectado por Karl Karlóvich Klaus y potenciado por Nicolái Nikolaévich Zinin. En 1849 se gradúa y en 1851 presenta su primera disertación (lo que hoy llamaríamos tesis de máster) titulada “Sobre la oxidación de los compuestos orgánicos”. En 1854 presenta su tesis doctoral dirigida por Zinin en la Universidad de Moscú, “Aceites esenciales”, pasando a ser profesor extraordinario de la Universidad de Kazán. En 1857, se convierte en profesor ordinario y consigue una beca para viajar al extranjero durante un año, que repartiría entre el laboratorio de Kekulé en Heidelberg y el de Wurz en París.

Este año de exposición a la vanguardia de la química le hace ver la importancia de la teoría y la construcción de modelos. En este período, en anticipación a lo que después sería su charla en Speyer, Butlerov tiene una intuición fundamental. Pasteur había estudiado la actividad óptica del ácido racémico en el año 1847, con resultados espectaculares. Sin embargo, en una época en la que todas las moléculas se entendían lineales, no existía una explicación de cómo ocurría este fenómeno a nivel molecular. Butlerov apuntó que la explicación podía estar en la tridimensionalidad de los enlaces del carbono, que formarían un tetraedro, lo que daría lugar a la posibilidad de imágenes especulares de las moléculas, explicación que, como sabemos hoy día, es la correcta.

Las aportaciones de Butlerov fueron tan revolucionarias y, a la vez, con una capacidad de explicación de los fenómenos observados tan grande, que esta misma grandeza le eclipsó en vida y después de muerto. Hoy día su nombre sigue sin aparecer en muchas historias de la química occidentales.

Esta entrada es una aportación de Experientia docet a la XIII Edición del Carnaval de Química que acoge Curiosidades de un químico soñador

Una vida intelectualmente activa y Alzheimer

César Tomé.

Un equipo de investigadores encabezado por Susan Landau, de la Universidad de California en Berkeley (EE.UU.), ha encontrado que personas sin síntomas de la enfermedad de Alzheimer y que a lo largo de su vida han realizado habitualmente actividades estimulantes desde el punto de vista cognitivo tienen menos depósitos de beta amiloide, el signo patológico de la enfermedad. Los resultados se publican en Archives of Neurology.

Antes de entrar en detalle, me permito sugerir al lector interesado esta introducción al estado de la cuestión para poder poner en contexto lo que sigue: La incomoda verdad sobre la enfermedad de Alzheimer.

Las placas de beta amiloide son el signo distintivo de la enfermedad de Alzheimer. Ello no significa que sean la causa, pero sea cual sea ésta, existe una correlación bien establecida entre la presencia de placas de de beta amiloide y Alzheimer. La aparición de estas placas puede estar influenciada también por los genes y el simple envejecimiento; démonos cuenta de que un tercio de las personas de más de 60 años tienen depósitos de amiloide en sus encéfalos. En cualquier caso, parece razonable suponer que cualquier cosa que retrase la aparición de las placas (no que las destruya a posteriori, véase la introducción) también podría retrasar la aparición del Alzheimer.

Investigaciones anteriores han venido sugiriendo que dedicarse a actividades estimulantes mentalmente como leer, escribir, los juegos de tablero o el baile de salón, podrían ser beneficiosas a la hora de retrasar o, incluso, prevenir, la aparición del Alzheimer. Sin embargo, la beta amiloide comienza a acumularse muchos años antes de la aparición de los síntomas. Por ello, a día de hoy, cuando empiezan a aparecer síntomas es poco lo que se pueda hacer para parar la progresión de la enfermedad (véase la introducción). Así pues, la prevención debe hacerse mucho antes y con esta idea en mente es con la que Landau et al. han diseñado su experimento.

Los investigadores pidieron a 65 adultos cognitivamente sanos de más de 60 años (edad media 76,1) que evaluasen la frecuencia con la que habían participado en actividades estimulantes mentalmente como ir a la biblioteca, leer libros o periódicos, escribir cartas o correos electrónicos. Las preguntas se centraban en varios aspectos de sus vidas desde los 6 años en adelante.

Estos voluntarios participaron durante más de 5 años en evaluaciones neuropsicológicas para comprobar la memoria y otras funciones cognitivas, siendo sometidos a escáneres PET (tomografía por emisión de positrones, por sus siglas en inglés) regularmente, usando como marcador el Compuesto B de Pittsburgh (con carbono-11 radiactivo), un análogo fluorescente de la tioflavina T que permite visualizar la presencia de beta amiloide. Como controles se usaron los resultados obtenidos con 10 pacientes diagnosticados con enfermedad de Alzheimer y 11 veinteañeros sanos.

Los investigadores encontraron una correlación estadísticamente significativa entre niveles mayores de actividad cognitiva a lo largo de toda la vida y menores niveles de beta amiloide, tal y como se presenta en los escáneres (este es un matiz no menor). Cuando analizaron el impacto de otros factores tales como el estado de la memoria, la actividad física, la capacidad nemotécnica autoevaluada, el nivel de educación y el sexo, encontraron que la correlación entre una vida cognitivamente activa y las placas de beta amiloide era independiente de todo lo anterior.

Es muy llamativo que no se encontrase una correlación fuerte entre la cantidad de placas de beta amiloide y la actividad cognitiva en ese momento. Esto es, parece que tiene mucho más efecto haber sido cognitivamente activo durante toda una vida que empezar a serlo en la vejez. Esto no implica que se nieguen los posibles efectos beneficiosos de ser cognitivamente activo en la vejez.

Este descubrimiento hace que se mire de distinta forma a lo que significa una vida cognitivamente activa para el cerebro. Más que simplemente aportar una resistencia frente al Alzheimer, las actividades que estimulan el cerebro podrían estar afectando a un proceso patológico primario de la enfermedad. Lo que sugiere que las terapias cognitivas deberían aplicarse mucho antes de que los síntomas aparezcan.

Si llegados a este punto al lector le queda la sensación de que andamos a ciegas con el Alzheimer, no se preocupe, es la sensación correcta.

Referencia:

Landau, S., Marks, S., Mormino, E., Rabinovici, G., Oh, H., O'Neil, J., Wilson, R., & Jagust, W. (2012). Association of Lifetime Cognitive Engagement and Low  -Amyloid Deposition Archives of Neurology DOI: 10.1001/archneurol.2011.2748

Cómo salir de la parálisis cuando hay demasiadas cosas que hacer

Por César Tomé.

Hay momentos en el año, o de la semana o del día, en los que, simplemente, hay demasiado que hacer. Puede que ello no te amilane, seas capaz de concentrarte y salgas del aprieto o, como le ocurre a la mayoría de la gente, te sientas sobrepasado y te quedes paralizado. Para estas situaciones, como para los incendios, es necesario tener un plan de actuación y cumplirlo a rajatabla. El siguiente es un ejemplo de plan efectivo y que ayuda a reducir la presión psicológica, más incapacitante que la real, rápidamente. Modifícalo para que se adapte a tus circunstancias.

1. Haz una lista. Escribe todo lo que necesitas hacer en una hoja de papel.

2. Haz lo que se pueda hacer rápidamente. Emplea 15 minutos, no más (usa un reloj), en hacer las cosas más rápidas de la lista: un correo breve, una llamada de 2 minutos, etc. Emplea el reloj para mantener la concentración.

3. Distracciones fuera. Desconecta el teléfono y las alarmas de e-mail. Durante 35 minutos concéntrate exclusivamente en lo más complicado que tengas en la lista.

4. Tómate un descanso de 10 minutos.

5. Vuelve a empezar por el primer paso con una hoja de papel nueva.

Idea clara: Para salir de la parálisis que provoca una acumulación de trabajo lo mejor es ceñirse a un plan de actuación.

Existen diferencias estructurales y funcionales en el cerebro de los psicópatas. César Tomé

En muchos sistemas penitenciarios el fin del encarcelamiento es la reinserción del preso en la sociedad. ¿Es esto siempre posible, al menos teóricamente? ¿Puede reinsertarse un psicópata?

La comparación de imágenes de cerebros de reclusos diagnosticados como psicópatas y otros, con los mismos delitos, pero sin ese diagnóstico muestran importantes diferencias. La localización de estas diferencias podría explicar el impulsivo comportamiento antisocial de los psicópatas. El estudio, encabezado por Julian Motzkin, de la Universidad de Wisconsin en Madison (EE.UU.), se ha publicado en el Journal of Neuroscience.

La investigación se basa en un trabajo previo de otros dos coautores, Newman y Koenig, que muestra que la toma de decisiones de los psicópatas es muy parecida a la de personas con daños en el córtex prefrontral ventromedial (CPFVM), lo que indicaría que los problemas con esta parte del cerebro están asociados con la psicopatía. Esta demostración indirecta se vuelve directa en el estudio que nos ocupa, y pone de manifiesto que existe una anormalidad cerebral específica asociada a la psicopatía criminal.

Activación del CPFVM

En concreto los datos obtenidos apuntarían a que los psicópatas presentan una reducción en las conexiones entre el CPFVM, la parte del cerebro responsable de la empatía y la culpa, y la amígdala, que media en el miedo y la ansiedad. Para llegar a esta conclusión se recogieron dos tipos de imágenes. Las obtenidas con tensor de difusión (tractografía DTI) muestran una reducción en la integridad estructural en las fibras de materia blanca (axones) que conectan ambas áreas, mientras que las obtenidas por resonancia magnética funcional (fMRI), que detectan la actividad del cerebro, señalan una menor actividad coordinada entre el CPFVM y la amígdala. Es decir, CPFVM y amígdala no se están comunicando como debieran.

El estudio se realizó en una cárcel de seguridad media del estado de Wisconsin empleando escáneres portátiles. Se realizaron mediciones de 40 presos que habían cometido delitos similares, de los que 20 habían sido diagnosticados como psicópatas.

La combinación de anormalidades estructurales y funcionales parece demostrar bastante bien que la disfunción observada en el circuito social-emocional es una característica estable de los reclusos psicópatas. Independientemente de que el estudio haya de reproducirse y obtener más datos, ¿debe un sistema penitenciario tratar a todos los presos por igual e intentar reinsertar a una persona cuyo cerebro no está preparado para ello?

Referencia:
Motzkin J, Newman JP, Kiehl K, Koenigs M. (in press) Reduced prefrontal connectivity in psychopathy. Journal of Neuroscience.

Una estructura metálica más ligera que el aire. César Tomé

En las historias de ciencia ficción las naves, herramientas y armas de los extraterrestres casi siempre están hechas de un material “muy ligero, extremadamente resistente y de una estructura y composición desconocidas”. Un material que acaba de presentarse en Science hace que empecemos a plantearnos si no seremos nosotros los alienígenas.

Para empezar el material ha batido el récord mundial de menor densidad para un material estructural que hasta ahora lo poseía un aerogel con una densidad de 1 mg/cm3, inferior a la del propio aire (1,2 mg/cm3). La microrred metálica creada por el equipo encabezado por Tobias Schaedler, de los laboratorios HRL (EE.UU.), tiene una densidad de sólo 0,9 mg/cm3, aún así presenta una capacidad muy alta para absorber energía y recuperar la forma tras una compresión. Estas dos características hacen que se le pueda encontrar aplicaciones en campos diversos, desde la astronáutica y aeronáutica hasta los elementos para la absorción de impactos o la de ruidos.

La microrred consiste en una red muy ordenada y controlada de riostras huecas interconectadas, hechas de una aleación de fósforo y níquel. En la muestra prototipo las riostras tenían unas 100 μm de diámetro y las paredes un espesor de 100 nm. Debido a la importancia de la estructura en las características mecánicas, el proceso de obtención es tanto o más importante que la composición química. Y espectacular.

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La conquista del libre albedrío. César Tomé

El pasado 13 de noviembre Eddy Nahmias, profesor de filosofía de la Universidad Estatal de Georgia (EE.UU.) publicaba un interesante artículo en The Stone, un foro de discusión filosófica del New York Times, titulado Is Neuroscience the Death of FreeWill? (¿Es la neurociencia la muerte del libre albedrío?). Recomendamos leer el artículo en su totalidad, del que vamos a destacar los que consideramos sus párrafos fundamentales. A continuación pondremos la discusión en contexto y terminaremos exponiendo qué espacio, siempre según nuestra opinión, queda para el libre albedrío y cómo se conquista; pues no está dado por defecto y, por tanto, no todo el mundo lo tiene.

Estos son los párrafos que consideramos que encierran las premisas del argumento de Nahmias:

Las ciencias de la mente realmente nos dan buenas razones para pensar que nuestras mentes están hechas de materia. Pero concluir que la consciencia o el libre albedrío son, por tanto, ilusiones es ir demasiado rápido. Es como inferir a partir de los descubrimientos de la química orgánica que la vida es una ilusión sólo porque los organismos vivos están hechos de materia no viva. Mucho del progreso en la ciencia viene precisamente de comprender todos en términos de sus partes, sin sugerir la desaparición de los todos. No hay razón para definir la mente o el libre albedrío de una manera que cercena esta posibilidad para progresar.

[…] Pero primero necesitamos definir el libre albedrío de una forma más razonable y más útil. Muchos filósofos, incluido yo, entendemos el libre albedrío como un conjunto de capacidades para imaginar cursos de acción futuros, deliberar acerca de las propias razones para elegirlos, planificar las propias acciones a la vista de esta deliberación y controlar las acciones cuando se enfrentan a deseos competidores. Actuamos según nuestro propio libre albedrío en tanto en cuanto tenemos la capacidad de ejercer estas capacidades, sin presión irrazonable externa o interna. Somos responsables de nuestras acciones hasta el punto en que poseamos estas capacidades y tengamos oportunidad para ejercerlas.

Empecemos con el primer párrafo. ¿Si la mente es materia, implica ello que no hay libre albedrío? No necesariamente, como indica Nahmias. Pero tampoco se puede afirmar que esa posibilidad pueda excluirse. Lo único que podemos afirmar es que, si la mente es materia, está sujeta a las leyes que gobiernan la materia. Por lo tanto el problema se ve reducido en cierta manera a la posibilidad de la existencia de libertad en un universo determinista. ¿Es nuestro universo determinista?


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Un material que se autorrepara a temperatura ambiente.

Un gel puede repararse a sí mismo simplemente poniendo en contacto las superficies de rotura. El material es capaz de autorrepararse incluso después de cinco días de haber sufrido el daño expuesto a un ambiente rico en oxígeno, en ausencia de luz y a temperatura ambiente.

Un gel es básicamente una estructura tridimensional sólida que alberga un líquido. El gel de ducha es un ejemplo, pero la gelatina comestible se aproxima más a la idea de gel técnico. La combinación de plasticidad y estructura sólida los hace candidatos ideales en el desarrollo de materiales inteligentes.

Los materiales autorreparadores tienen la capacidad de repararse a sí mismos cuando sufren un daño. Esta es una característica importante en los implantes médicos o en dispositivos astronáuticos. Los materiales inteligentes que presentan esta característica la consiguen por dos vías, bien por química supramolecular del tipo interacciones huésped-hospedador, que son muy rápidas pero muy sensibles a la presencia de agua, o por enlaces covalentes específicos, tolerantes al agua y a otros grupos funcionales competidores, pero que requieren un aporte energético (luz, calor o ambos) para reconstruir los enlaces.

Se deduce de lo anterior que la química del material inteligente autorreparador ideal es aquella en la que la reparación se produce sin estimulación y no depende de condiciones especiales del entorno, más allá del contacto físico de las superficies a reparar.

Un paso en esta dirección lo ha dado el equipo encabezado por Keiichi Imato, de la Universidad Kyushu (Japón), al conseguir una molécula con capacidad de entrecruzamiento, es decir, de formar redes tridimensionales, que puede dividirse formando un par de radicales, moléculas muy reactivas por tener electrones desparejados.


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Los hemisferios cerebrales consiguen sincronizarse sin cuerpo calloso. César Tomé

Imagina dos ordenadores no conectados por un cable pero que tienen medio de comunicarse lo suficiente como para estar sincronizados. No parece extraño, ¿verdad? Lo que sigue lo es, y mucho.

Un equipo de investigadores encabezado por Michael Tyszka (Instituto de Tecnología de California - Caltech, EE.UU.) ha encontrado que personas que nacen sin cuerpo calloso (que une los dos hemisferios del cerebro), una condición que se conoce como agenesia del cuerpo calloso (ACC), siguen mostrando unas comunicaciones llamativamente normales entre las dos mitades de sus cerebros. El hallazgo, que se publica en el Journal of Neuroscience, tiene implicaciones para el estudio del espectro autista e, incluso, para las teorías sobre la consciencia.

Nuestros encéfalos nunca descansan. Cuando soñamos despiertos, cuando reposamos tumbados sin pensar en nada, existe una gran cantidad de comunicaciones entre las diferentes regiones encefálicas. Muchas de estas regiones muestran patrones de actividad que varían lentamente y que son muy parecidos entre sí. El hecho de que estas regiones parezcan estar sincronizadas ha llevado a muchos científicos a asumir que todas ellas son parte de una red de interconexión llamada red del estado de reposo. Lo que han encontrado Tyszka et al. es que la red del estado de reposo parece normal en lo esencial en personas con ACC, a pesar de la falta de conectividad.

Démonos cuenta que en las personas con ACC faltan del orden de 200 millones de conexiones que en las personas sin ella sí están. Y que no son unas conexiones cualesquiera, son las que unen los dos hemisferios cerebrales. La ACC ocurre en 1 de cada 4000 nacimientos, en el que, durante el desarrollo fetal las fibras del CC no consiguen salvar la separación entre los dos hemisferios. Si hablamos de ordenadores lo tenemos claro pero, si faltan los cables, ¿cómo se comunican las dos mitades del cerebro? Hay que especular con la existencia de medios indirectos y, actualmente, desconocidos.

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Los campos magnéticos estáticos afectan a la excitabilidad del cerebro. César Tomé

¿Qué ocurre si coges un imán potente y te lo pones encima de la cabeza durante un rato largo? A priori habrá quien pueda argumentar que, en principio, no debería pasar nada si se trata de un campo magnético estático. Sin embargo, un equipo de investigadores encabezado por Antonio Oliviero, del Hospital Nacional de Parapléjicos (España), ha demostrado experimentalmente que el contacto de un imán de suficiente potencia aplicado durante 10 minutos directamente sobre el cuero cabelludo puede provocar una disminución del 25% de la excitabilidad del córtex motor que se mantiene durante varios minutos tras retirar el imán. Este resultado puede llegar a tener aplicaciones terapéuticas no invasivas, indoloras y reversibles. Los resultados se publican en The Journal of Physiology.

Cuando un conductor se expone a un campo magnético que cambia, ya sea porque hay variaciones del propio campo magnético con el tiempo o porque conductor y campo están en movimiento relativo, se producen en el conductor unas corrientes eléctricas inducidas, llamadas corrientes de Foucoult. Estas corrientes, a su vez, producen campos magnéticos, por lo que la interacción de éstos con el original puede dar lugar a efectos atractivos, repulsivos, de propulsión o de resistencia al movimiento. Basándose en este fenómeno se desarrolló la estimulación magnética transcraneal (TMS, por sus siglas en inglés), un método no invasivo que, empleando un campo magnético pulsante provoca cambios eléctricos en las neuronas encefálicas, alterando de distintas formas su funcionamiento normal. La TMS, por su capacidad para interferir localizadamente, tiene un amplio uso en los estudios neurocientíficos.

La TMS hace que las neuronas del córtex justo debajo del lugar donde se está aplicando se despolaricen y emitan un potencial de acción, en otras palabras, que se activen. Si se aplica sobre el córtex motor primario esto se traduce en actividad muscular, técnicamente llamada potencial motor evocado (MEP, por sus siglas en inglés), que puede registrarse mediante electromiografía (detección de la actividad eléctrica muscular). A poco que reflexionemos, nos daremos cuenta de que la inversa también es cierta, si se producen alteraciones eléctricas en el córtex motor, se puede usar un dispositivo TMS para detectarlas.

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Los homínidos de Denisova y la colonización de Asia. César Tomé

El descubrimiento por parte de arqueólogos rusos de los restos de un homínido extinto mientras escavaban la cueva Denisova en el sur de Siberia (Federación de Rusia) en 2008 creó sensación en los círculos científicos. La secuenciación del ADN nuclear extraído de un dedo de 30.000 años de antigüedad ponía de manifiesto que el homínido de Denisova no era ni un neanderthalensis ni un sapiens, sino un homínido nuevo. Trazas del ADN denisovano se pueden encontrar hoy día en personas vivas. La comparación del ADN de estossapiens con el de los homínidos siberianos ayuda a reconstruir la ruta de las poblaciones humanas que se asentaron en Asia hace más de 44.000 años.

El ADN de los denisovanos es tan fácilmente reconocible que puede usarse para rastrear la dispersión de los sapiens. Y esto es lo que ha hecho un grupo de investigadores encabezados por David Reich, de la Universidad de Harvard, que publican sus resultados en elAmerican Journal of Human Genetics. Los homínidos de Denisova legaron material genético no sólo a la población de la actual Nueva Guinea, sino también a los aborígenes australianos y a algunos grupos de Filipinas. La conclusión es que, en contra de la información disponible hasta ahora, los sapiens posiblemente ocuparon Asia en al menos dos oleadas migratorias. Los pobladores anteriores a la colonización europea del Sureste asiático y Oceanía procederían de la primera oleada. Las migraciones posteriores habrían formado poblaciones en Asia oriental, que están relacionadas con las del Sureste de hoy día.

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Generando electricidad con la respiración. César Tomé

Un equipo de investigadores encabezado por Chenglian Sun, de la Universidad de Wisconsin en Madison (EE.UU.), han construido un dispositivo basado en PVDF que convierte el flujo de aire de la respiración humana en electricidad. El dispositivo podría servir como fuente de energía para otros dispositivos médicos implantados, eliminando de esta manera la necesidad de entrar en el quirófano para cambiar las pilas. Sus resultados aparecen en Energy & Enviromental Science.

La respiración podría ser una importante fuente de energía para uso personal, pero tiene dos inconvenientes: la baja velocidad del aire (2 m/s es un valor típico) y que fluctúa. Se ha conseguido recoger parte de esta energía con aparatos con un tamaño reducido pero todavía considerable, del orden de centímetros, y con el gran inconveniente de que necesitan velocidades de flujo claramente superiores a 2 m/s. Por tanto, es necesario reducir el tamaño del dispositivo para aprovechar las velocidades existentes además de que sea flexible y resistente a la corrosión para poder implantarlo en el cuerpo humano. Aquí es donde aparece el PVDF.

Los investigadores diseñaron un dispositivo muy simple, de micras, a base de una lámina de beta-PVDF. La lámina tiene que ser lo suficiente delgada como para que con la baja velocidad del aire entre en resonancia y genere electricidad. De hecho la principal proeza técnica de este trabajo es conseguir disminuir el espesor de la lámina sin que ésta pierda características mecánicas ni piezoeléctricas, lo que hicieron por grabado iónico reactivo (una combinación de grabado seco con grabado químico, como el aguafuerte).

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Reconociendo palabras. César Tomé.

Existe una serie de televisión que en España se llama “Ladrón de guante blanco” y en México “Estafa y crimen” (“White Collar” en el original) que está salpicada de pequeños trucos neurocientíficos, que el protagonista usa para encandilar, distraer o despistar a sus “víctimas”. Uno que me llamó la atención recientemente fue la explicación del “ladrón” de cómo falsificar una firma convincentemente. Tras hacer que el agente del FBI al que se lo explicaba tratase de imitar una firma en un documento, con un resultado pobre, él hizo una imitación perfecta y con total naturalidad. Su explicación fue que el agente había colocado la firma de forma legible, su cerebro había reconocido las palabras y su tendencia natural a escribir palabras de determinada manera había arruinado la imitación; el ladrón, por el contrario, había tomado el documento tal cual estaba, es decir, al revés, su cerebro había identificado la firma como un garabato y el sólo había copiado el garabato. El ladrón estaba desactivando el área visual de la forma de la palabra (AVFP).

El AVFP hace, con precisión y especificidad, lo que implica su nombre. Cada vez que vemos algo que parece una palabra, se activa, como te habrá ocurrido con las imágenes que abren esta entrada. El AVFP tiene una eficiencia tan alta a la hora de preparar la información visual para su uso por los centros encefálicos del lenguaje que la tarea de reconocimiento de palabras solamente necesita unas decenas de milisegundos. Y, ¡ojo!, que nuestro cerebro la realice con esa facilidad no implica para nada que sea una tarea sencilla; al contrario, es una actividad muy compleja. De hecho, es tan compleja que aún nos diferencia de los ordenadores: si, por ejemplo, quieres dejar un comentario a esta entrada el sistema, para asegurarse de que eres una persona, te pedirá que escribas una palabra distorsionada visualmente (CAPTCHA), algo que para ti es fácil, pero que los ordenadores que envían spam no pueden hacer porque no la reconocen como palabra.

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7 cosas que deberías saber sobre los cambios en tu peso. César Tomé

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El mejor consejo es no engordar. Es más difícil quitar la grasa acumulada que evitar que se acumule. Por ejemplo, un varón de 23 años de 1,70 m de altura y 70 kg debería comer 2294 calorías al día para mantenerse y ni una más.

Seguido por disminuye de peso por etapas, con fases de estabilización. Si el mismo varón de antes pesase 110 kg debería ingerir 3080 calorías sólo para mantenerse, por lo que, haciéndolo sencillo, necesitaría cortar de raíz la ingesta de 786 calorías de su ingesta diaria si quiere volver a los 70 kg. Si deja de comer algo menos de esas 786 calorías perderá algo de peso, pero su tendencia será a equilibrar la ingesta con el nivel de mantenimiento del nuevo peso. Cuando consiga llegar a 90 kg sólo tendrá que quitar de su dieta 435 calorías diarias, lo que, en términos absolutos, es algo bastante más manejable. En cualquier caso, esto exige una gran fuerza de voluntad que, en caso de existir, la habríamos empleado en seguir el consejo de no engordar.

Leyendo la mente, (casi) literalmente. César Tomé

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Un grupo de investigadores encabezados por Francisco Pereira, de la Universidad de Princeton (Estados Unidos), ha conseguido demostrar que es capaz de identificar el tema en el que una persona está pensando simplemente analizando los patrones de actividad de su cerebro medidos por resonancia magnética funcional (fMRI). Los resultados aparecen publicados en Frontiers in Human Neuroscience.

La idea subyacente al estudio y lo que nosotros consideramos su genialidad es darse cuenta de que hay más cosas que podemos expresar con el lenguaje de las que se pueden capturar en una imagen. Esto permite a los investigadores introducir el concepto de “hilo semántico” que es una forma de incorporar nuestras asociaciones mentales: uno empieza pensando en una mano, pasa a la mano de dios, a Maradona y termina acordándose que tiene que llamar a los amigos para quedar a ver el partido del Barcelona (en el que juega Leo Messi). Esta es una tendencia natural del cerebro y los investigadores han permitido que su método sea capaz de seguirla.

Si reflexionamos un poco, vemos la importancia de las implicaciones a medio plazo. La actividad cerebral podría traducirse en las palabras concretas del tema en mente, pero ¡ojo!, que el tema no tiene por qué ser solamente un objeto sino cualquier pensamiento verbalizable ya sea sobre personas, acciones, conceptos abstractos o relaciones. Y esto, pensando sanamente, está muy bien porque así podríamos transformar en texto escrito los pensamientos de una persona que no pueda comunicarse de otra manera (estoy pensando en Stephen Hawking para cuando pierda la movilidad del párpado).

Resultados de Hayabusa: el origen de los meteoritos y los asteroides menguantes. César Tomé

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Solemos pensar que el espacio es un inmenso vacío y que, consecuentemente, no tendría sentido hablar de erosión de un meteorito. Pero un meteorito se ve bombardeado continuamente por partículas energéticas como el viento solar y los rayos cósmicos de alta energía así como micrometeoroides; al conjunto de procesos al que dan lugar estos agentes se le denomina erosión espacial (space weathering).

A diferencia de la erosión terrestre de las rocas, la erosión espacial puede originar reacciones nucleares, lo que simplificando, genera núclidos de gases nobles tales como isótopos de helio, neón y argón. Estos isótopos se generarían debajo de la superficie del asteroide, por lo que su presencia en el polvo recogido indicaría que estos isótopos están llegando a la superficie y se están perdiendo en el espacio: el asteroide por este proceso estaría disminuyendo su masa, como le pasa a una roca terrestre por la erosión.

Los impactos en la superficie de los protones y de los micrometeoroides, por otra parte, provocan un efecto parecido, pero a mucha menor escala, al impacto de un meteorito en la superficie terrestre: un aumento local de la temperatura y la vaporización de materiales que después se condensan y depositan. Este fenómeno en la superficie del asteroide hace que haya pequeñas partículas de hierro en el vapor que condensa. Esta presencia metálica en el vapor explica las diferencias espectrales observadas entre las condritas ordinarias recogidas en la Tierra y los asteroides. El análisis del polvo confirma esta hipótesis.