Esta semana en la ciencia 14|46

Portada Semana Ciencia 1446

La gran eficiencia de los aceleradores de plasma

“En este estudio experimental –publicado esta semana en la revista Nature— los investigadores lograron impulsar conjuntos de electrones a niveles de energía 400 a 500 veces superiores a lo que podrían alcanzar con un acelerador convencional. “

Los murciélagos y su pelea sonora para alimentarse

“… un nuevo estudio sugiere que los murciélagos cola de ratón (Tadarida brasiliensis) tienen además la facultad para emitir interferencias que les sirven para mantener alejados a sus competidores de las posibles presas.”

El origen de la gran familia de insectos

“… a partir de un análisis a fondo de un conjunto de datos sobre 144 especies cuidadosamente seleccionadas, el equipo pudo presentar estimaciones fiables sobre el origen y las relaciones evolutivas de todos los principales grupos de insectos…”

La gran eficiencia de los aceleradores de plasma

Semana -1446 - 1 Acelerador plasmaLos aceleradores de partículas son instrumentos relativamente complejos, sin embargo, el principio básico de cualquier tipo de acelerador se basa en la utilización de campos electromagnéticos para acelerar las partículas cargadas eléctricamente hasta alcanzar velocidades cercanas a la de la luz y generar al mismo tiempo energías muy elevadas.

Originalmente, los aceleradores de partículas se inventaron con el fin de estudiar la estructura del núcleo atómico, por medio de colisiones que podían provocar transmutaciones o reacciones nucleares. Pero actualmente, el uso de los aceleradores se ha extendido a otras áreas de investigación, como en el campo de la medicina, en donde los aceleradores se han usado en el área de radiología para destruir tumores malignos y para producir radioisótopos para el diagnóstico y tratamiento de algunas enfermedades (medicina nuclear). Además, los aceleradores también tienen variadas aplicaciones tecnológicas, sobre todo en electrónica, para la exploración espacial y de la materia.

Debido a que la forma convencional de acelerar una partícula consiste en aprovechar su carga eléctrica para impulsarla por una serie de potentes campos electromagnéticos convenientemente dispuestos a lo largo de una trayectoria, la construcción de estos instrumentos suele ser a grandes escalas y con altos costos económicos, como el Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés), considerado el acelerador más grande del mundo, con un túnel principal que mide 27 kilómetros de circunferencia y cuyo costo asciende a los 10 mil millones de dólares.

No obstante, durante las últimas décadas, y gracias a los avances tecnológicos, se han desarrollado aceleradores de partículas distintos a los convencionales, se trata de aceleradores cuyos elementos principales son un láser y un plasma, como el acelerador de plasma Wakefield, con el cual se pretende reducir las limitaciones en términos de tamaño y costos que presentan los colisionadores convencionales.

En esta técnica, los electrones ganan energía navegando en una onda de plasma excitada por otro grupo de electrones dentro de un gas ionizado. Anteriormente, esta técnica sólo se había usado para acelerar un número muy pequeño de electrones a la vez, pero ahora, científicos del Departamento de Energía del National Accelerator Laboratory (SLAC) y de la Universidad de California en Estados Unidos, han logrado la aceleración de por lo menos 500 millones de electrones a la vez, con una alta eficiencia para un acelerador de plasma.

En este estudio experimental –publicado esta semana en la revista Nature— los investigadores lograron impulsar conjuntos de electrones a niveles de energía 400 a 500 veces superiores a lo que podrían alcanzar con un acelerador convencional. Asimismo, encontraron que la energía se transfirió a los electrones de manera más eficiente que en los experimentos anteriores, por lo que ahora se obtuvo una combinación óptima de energía y eficiencia, algo que nunca antes se había podido lograr.

Con este estudio, los investigadores han demostrado que esta técnica sería muy eficiente para desarrollar una nueva generación de aceleradores más compactos y económicos, lo que podría ampliar en gran medida su uso en áreas de la medicina, la seguridad, la industria y la investigación en física de altas energías.


Los murciélagos y su pelea sonora para alimentarse

Semana -1446 - 2 Tadarida brasiliensisLos murciélagos son animales que comúnmente se relacionan con historias de vampiros y leyendas culturales, pero si investigamos más allá de lo que se cree de estas criaturas nocturnas, encontraremos que estos pequeños mamíferos son realmente asombros y muy importantes para nuestros ecosistemas. Por ejemplo, ayudan a mantener controladas las poblaciones de insectos, y al igual que las abejas y los pájaros, ayudan con la polinización de plantas tropicales.

Uno de los aspectos más extraordinarios de los murciélagos, es su capacidad para emitir y detectar sonidos de alta frecuencia, lo que les permite desplazarse con precisión en la oscuridad, rastrear su comida y detectar otros murciélagos. A este proceso se le conoce como ecolocación, en el cual los murciélagos emiten sonidos de alta frecuencia que al chocar con algún objeto o presa, son reflejados, regresan y son recibidas a través de sus membranas auditivas, lo cual les permite sentir y calcular la distancia de lo que está a su alrededor. De esta manera, los murciélagos se basan más en su oído que en sus ojos para la locomoción y para la búsqueda de su alimento.

Si bien esta característica ya es conocida y ha sido estudiada por muchos investigadores, un nuevo estudio sugiere que los murciélagos cola de ratón (Tadarida brasiliensis) tienen además la facultad para emitir interferencias que les sirven para mantener alejados a sus competidores de las posibles presas. Este descubrimiento –publicado esta semana en la revista Science— muestra que los murciélagos interfieren en la ecolocación de sus congéneres, por lo que ahora son tres las funciones conocidas del sonido que emiten estos animales: la ecolocación, la comunicación y la interferencia acústica.

Con cámaras muy sensibles y con una gama especializada de micrófonos ultrasónicos, los científicos de las universidades de Maryland y Wake Forest, en Estados Unidos, grabaron varias horas de interacciones silvestres de los murciélagos, con lo cual pudieron observar y reconstruir las trayectorias de vuelo de los murciélagos a partir de los sonidos emitidos. De esta manera, los biólogos se dieron cuenta que los murciélagos casi siempre perdían sus presas cuando otro murciélago les interfería la ecolocación.

De acuerdo con las grabaciones obtenidas, los investigadores pudieron observar que los murciélagos compiten entre sí para la caza de insectos: cuando un individuo se acerca a un insecto, emite un sonido distintivo antes de atrapar a su presa. Encontraron que al momento de este “zumbido de alimentación”, otro murciélago puede interferir el sonido, modificando el comportamiento del individuo que busca el alimento.

Para comprobar este comportamiento, el equipo de biólogos volvió al campo y reprodujo las grabaciones de la señal de interferencia para ver cómo afectaban el comportamiento de los murciélagos en la naturaleza. Con este experimento, se comprobó que al reproducir el sonido de interferencia cuando un murciélago estaba a punto de atrapar un insecto, la probabilidad de que el murciélago no lo atrapara fue aproximadamente del 86 %. Mientras que cuando no se alteraba la ecolocación de los murciélagos que buscaban comida, no se afectó en lo más mínimo su capacidad para atrapar a sus presas.

Aunque hasta ahora sólo se ha podido observar esta habilidad para interferir en la ecolocación en los murciélagos cola de ratón, los investigadores sugieren que no sería una sorpresa que esta señal también sea utilizada por otras especies, debido a la gran diversidad de murciélagos que existe en el mundo.


El origen de la gran familia de insectos

Semana -1446 - 3 InsectosLos insectos son la clase más diversa del planeta, pues representan cerca del 85 % de las especies animales sobre la Tierra y aunque actualmente se desconoce el número exacto, hay estimaciones que sugieren que hay más de un millón de especies. Estos pequeños animales han conquistado casi todos los ecosistemas terrestres y acuáticos, ya que tienen muchas interacciones complejas con una gran variedad de especies, pues han coevolucionado con muchos grupos, desde las plantas con flores, hasta los humanos.

Debido a la gran variedad de especies, los insectos tienen una historia evolutiva compleja, por lo que muchas de las relaciones filogenéticas de muchos linajes importantes,, siguen siendo inciertas para los científicos. Sin embargo, esto podría cambiar gracias al trabajo colaborativo de un gran número de investigadores internacionales, quienes publicaron recientemente en la revista Science, un estudio que reconstruye el árbol genealógico de los insectos.

En dicho trabajo, el equipo de investigadores pudo responder a muchas de las interrogantes que hasta la fecha no se había podido resolver sobre la historia evolutiva de los insectos. Es así que a partir de un análisis a fondo de un conjunto de datos sobre 144 especies cuidadosamente seleccionadas, el equipo pudo presentar estimaciones fiables sobre el origen y las relaciones evolutivas de todos los principales grupos de insectos, basados en el enorme conjunto de datos moleculares que recogieron.

El análisis permitió a los investigadores estimar que los insectos se originaron al mismo tiempo que las primeras plantas terrestres hace unos 480 millones de años, pues encontraron que juntos –insectos y plantas— dieron forma a los primeros ecosistemas terrestres. En el artículo se señala que los insectos fueron los primeros animales en desarrollar alas para volar, hace 400 millones de años, mucho antes que cualquier otro animal, mientas que al mismo tiempo las plantas terrestres crecían por primera vez hacía arriba para formar los bosques.

Los autores del artículo esperan que con el análisis y los datos obtenidos se pueda establecer un marco para el futuro análisis comparativo de los insectos, sus genomas, y su morfología.


 

Con información de artículos publicados en Nature 7525, del 6 de noviembre de 2014 y Science 6210, del 7 de noviembre de 2014.

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