Esta semana en la ciencia 13|21

Semana - 1321 - 0

  • Nueva técnica para la observación de procesos de formación embrional

  • Fluidos intactos desde el precámbrico

  • Imágenes tridimensionales con detectores simples

  • La fabricación de cuarzo

Nueva técnica para la observación de procesos de formación embrional

Semana - 1321 - 1 ArquénteronUna ambiciosa meta en biología es poder estudiar el comportamiento de las células durante el desarrollo, mediante el uso de imágenes que muestren los cambios en la estructura embrionaria in vivo y con una resolución subcelular. Importantes movimientos morfogenéticos ocurren durante la embriogénesis y resultan particularmente interesantes aquellos que ocurren durante la gastrulación; fase donde una serie de dramáticos movimientos celulares coordinados conduce a la reorganización de una simple capa de células para convertirse en un organismo complejo de varias capas. Hasta ahora, se han realizado estudios en rana africana de uñas y en pez cebra usando embriones fijados, in vivo mediante microscopía fluorescente o imágenes por resonancia magnética microscópica. Sin embargo, a causa de la opacidad óptica del embrión vivo en esta etapa del desarrollo, ninguno de estos métodos permite observar el comportamiento celular con una resolución de escala micrométrica. Un artículo publicado esta semana en Nature da cuenta de un nuevo método de observación basado en rayos-X.

 Los autores del reporte detallan el uso de microtomografía time-lapse de rayos-X no invasiva in vivo, basada en contraste de fases de distancia única y combinada con análisis de movimiento para examinar el curso del desarrollo embrionario. De acuerdo a los investigadores, la observación mediante esta técnica permite obtener imágenes de alta resolución de los procesos de gastrulación en embriones de rana; como lo son la rotación endodérmica vegetal, la formación del arquénteron, cambios en los volúmenes de las cavidades del tejido intersticial poroso, migración del mesoendodermo y el cierre del blastoporo.

Los investigadores aseguran que el estudio de los elementos moleculares y biomecánicos de la morfogénesis mediante el uso de esta técnica, -y en combinación con experimentos de perturbación-, habrá de coadyuvar de manera importante al avance de la comprensión de los fundamentos del desarrollo.


Fluidos intactos desde el precámbrico

Semana - 1321 - 2 GrutaLos fluidos atrapados dentro de minerales pueden tener millones de años y preservar el registro del estado químico del líquido y del medio ambiente al momento de la mineralización. Hasta ahora no se habían identificado fluidos acuosos con similar tiempo de residencia en interfaces minerales y en fracturas. La expulsión de fluidos de fractura desde basamentos con poca conectividad ocurre a través de la deformación y fractura de la corteza. Se prevé que, en determinada escala, la naturaleza fractal de este proceso preserve bolsas de fluido desde los orígenes de la corteza. En un sistema de este tipo, a 2.8 kilómetros bajo la superficie en una mina de oro en Sudáfrica, se han identificado microbios quimioautótrofos en fluidos que han permanecido aislados por decenas de millones de años. Fluidos de fractura con una composición similar han sido encontrados en una mina en Ontario, Canadá, en un estrato del periodo precámbrico.

De acuerdo a un artículo publicado esta semana en la revista Nature, el exceso de isótopos de Xenón en fluidos de la mina de Ontario puede estar relacionado a cambios en el isótopo de este elemento en la atmósfera antigua y se puede usar para calcular un tiempo mínimo de residencia del fluido de mil 500 millones de años. Otra evidencia se encuentra en el exceso del isótopo 129 del Xenón que, ante la ausencia de una fuente identificable en el manto, se presume proveniente de sedimentos cuyo proceso de migración pudo ocurrir durante la mineralización hace cerca de dos mil 600 millones de años. En el artículo se hace referencia también a la posibilidad de estimar el tiempo de residencia para otros gases nobles encontrados como el helio, el neón, y el argón. De acuerdo a los investigadores, esto muestra que antiguas bolsas de agua pueden pervivir tras un proceso de fractura de la corteza y permanecer en ella por millones de años.


Imágenes tridimensionales con detectores simples

Semana - 1321 - 3 3DEl uso de computadoras para la formación de imágenes permite recuperar información espacial de un objeto mediante el uso de detectores de un solo pixel. La proyección de patrones predeterminados y la posterior medición de la intensidad de difusión reflejada permiten reconstruir imágenes en dos dimensiones. En cuanto a la obtención de imágenes en tres dimensiones, las técnicas comúnmente usadas incluyen la holografía y la estereoscopía; métodos que requieren componentes ópticos costosos y están limitados a determinadas longitudes de onda.

En un artículo publicado esta semana en la revista Science, un equipo de la Universidad de Glasgow reporta el desarrollo de una técnica para la obtención de imágenes tridimensionales, basado en detectores de un pixel y con la posibilidad de extenderse a longitudes de onda del espectro no visible. La técnica consiste en colocar varios detectores en distintas ubicaciones para obtener de cada uno una imagen 2D que aparece como iluminada desde distintos ángulos, aún cuando se utiliza solamente un proyector digital para la iluminación. A partir del sombreado de las imágenes, se pueden obtener los gradientes de superficie y con ello reconstruir el objeto en tres dimensiones. De acuerdo a los autores, las imágenes resultantes son comparables a aquellas obtenidas mediante el uso del sistema estereofotogramétrico de múltiples cámaras. Asimismo subrayan las ventajas de su simplicidad y el hecho de poder extenderse a longitudes de onda mayores.


La fabricación de cuarzo

Semana - 1321 - 4 CuarzoEl cuarzo es empleado industrialmente como abrasivo, como material cristalino inerte o de alta calidad para componentes electrónicos. Así mismo, es altamente apreciado para la investigación y el desarrollo tecnológico por sus propiedades piezoeléctricas. Es por ello que un importante campo para la investigación es el desarrollo de metodologías para el crecimiento de cuarzo en patrones específicos o para su integración en dispositivos de estructura nanométrica, pues para ello se requieren películas de cuarzo de alta resonancia, cuya síntesis ha presentado diversas dificultades relacionadas con el crecimiento heterogéneo del cristal, el maclado y la pérdida de cualidades durante la cristalización. En un artículo recientemente publicado, un equipo franco-español de investigadores reporta el desarrollo de un método para el crecimiento epitaxial de películas de cuarzo-α policristalino sobre substratos de silicón. De acuerdo a los investigadores, la nanoestructura de silicón, construida por autoensamblaje, permite la distribución homogénea de los cationes, que son los responsables de la cristalización del cuarzo. Asimismo refieren que el bajo el nivel de desajuste entre el silicón y el cuarzo induce el crecimiento  epitaxial.


Con información de artículos publicados en Nature 7449 del 16 de mayo de 2013 y Science 6134 del 17 de mayo de 2013

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