martes, 12 de septiembre de 2023

Clever DNA tricks

Every person starts as just one fertilized egg. By adulthood, that single cell has turned into roughly 37 trillion cells, many of which keep dividing to create the same amount of fresh human cells every few months.

But those cells have a formidable challenge. The average dividing cell must copy — perfectly — 3.2 billion base pairs of DNA, about once every 24 hours. The cell’s replication machinery does an amazing job of this, copying genetic material at a lickety-split pace of some 50 base pairs per second.

Still, that’s much too slow to duplicate the entirety of the human genome. If the cell’s copying machinery started at the tip of each of the 46 chromosomes at the same time, it would finish the longest chromosome — #1, at 249 million base pairs — in about two months.

“The way cells get around this, of course, is that they start replication in multiple spots,” says James Berger, a structural biologist at the Johns Hopkins University School of Medicine in Baltimore, who coauthored an article on DNA replication in eukaryotes in the 2021 Annual Review of Biochemistry. Yeast cells have hundreds of potential replication origins, as they’re called, and animals like mice and people have tens of thousands of them, sprinkled throughout their genomes.

“But that poses its own challenge,” says Berger, “which is, how do you know where to start, and how do you time everything?” Without precision control, some DNA might get copied twice, causing cellular pandemonium.

Keeping tight reins on the kickoff of DNA replication is particularly important to avoid that pandemonium. Today, researchers are making steps toward a full understanding of the molecular checks and balances that have evolved in order to ensure that each origin initiates DNA copying once and only once, to produce precisely one complete new genome.

Do it right, do it fast
Bad things can happen if replication doesn’t start correctly. For DNA to be copied, the DNA double helix must open up, and the resulting single strands — each of which serves as a template for building a new, second strand — are vulnerable to breakage. Or the process can get stuck. “You really want to resolve replication quickly,” says John Diffley, a biochemist at the Francis Crick Institute in London. Problems during DNA replication can cause the genome to become disorganized, which is often a key step on the route to cancer.

Some genetic diseases, too, result from problems with DNA replication. For example, Meier-Gorlin syndrome, which involves short stature, small ears and small or no kneecaps, is caused by mutations in several genes that help to kick off the DNA replication process.



It takes a tightly coordinated dance involving dozens of proteins for the DNA-copying machinery to start replication at the right point in the cell’s life cycle. Researchers have a pretty good idea of which proteins do what, because they’ve managed to make DNA replication happen in cell-free biological mixtures in the lab. They’ve mimicked the first crucial steps in initiation of replication using proteins from yeast — the same kind used to make bread and beer — and they’ve mimicked much of the entire replication process using human versions of replication proteins, too.

The cell controls the start of DNA replication in a two-step process. The whole goal of the process is to control the actions of a crucial enzyme — called a helicase — that unwinds the DNA double helix in preparation for copying it. In the first step, inactive helicases are loaded onto the DNA at the origins, where replication starts. During the second step, the helicases are activated, to unwind the DNA.

Ready (load the helicase) …
Kicking off the process is a cluster of six proteins that sit down at the origins. Called ORC, this cluster is shaped like a double-layer ring with a handy notch that allows it to slide onto the DNA strands, Berger’s team has found.

In baker’s yeast, which is a favorite for scientists studying DNA replication, these start sites are easy to spot: They have a specific, 11- to 17-letter core DNA sequence, rich in adenine and thymine chemical bases. Scientists have watched as ORC grabs onto the DNA and then slides along, scanning for the origin sequence until it finds the right spot.

But in humans and other complex life forms, the start sites aren’t so clearly demarcated, and it’s not quite clear what makes the ORC settle down and grab on, says Alessandro Costa, a structural biologist at the Crick Institute who, with Diffley, wrote about DNA replication initiation in the 2022 Annual Review of Biochemistry. Replication seems more likely to start in places where the genome — normally tightly spooled around proteins called histones — has loosened up.


The initiation of DNA replication starts at the tail end of the previous cell division and continues through the cell cycle phase known as G1. DNA synthesis happens during the S phase. Levels of a protein called CDK are critical to ensuring that DNA is replicated once and only once. When CDK levels are low, helicases can jump onto the DNA and start to unwind it. But repeat binding does not happen because CDK levels rise, and this blocks the helicase from binding again.

Once ORC has settled onto the DNA, it attracts a second protein complex: one that includes the helicase that will eventually unwind the DNA. Costa and colleagues used electron microscopy to work out how ORC lures in first one helicase, and then another. The helicases are also ring-shaped, and each one opens up to wrap around the double-stranded DNA. Then the two helicases close up again, facing toward each other on the DNA strands, like two beads on a string.

At first, they just sit there, like cars with no gas in the tank. They haven’t been activated yet, and for now the cell goes about its usual business.

Get set (activate the helicase) …
Things kick into high gear when a crucial molecule called CDK waves the green flag, jump-starting chemical steps that lure in even more proteins. One of them is DNA polymerase — what Costa calls the “typewriter” that will build new DNA strands — which hitches onto each helicase. Others activate the helicases, which can now burn energy to chug along the DNA.

As this occurs, the helicases change shape, pushing on one DNA strand and pulling on the other. This creates strain on the weak hydrogen bonds that normally hold the two strands together by the bases — the As, Cs, Ts and Gs that make up the rungs of the DNA ladder. The two strands get ripped apart. Costa and colleagues have observed how the two helicases untwist the DNA between them, and they’ve seen how the helicases keep the unbound bases stable and out of the way.


Left: Several genes involved in the initiation of DNA replication (horizontal axis) are amplified — that is, mistakenly copied in extra numbers — to varying degrees (vertical axis) in different cancers. Right: On chromosome 8, a cluster of three genes — shown in green text — are frequently amplified together in certain cancers.

Go!
At first, both helicases are wrapped around both strands of DNA, and they can’t get very far like this, because they are facing each other and will just run into each other. But next, they each undergo a change in position, spitting one DNA strand or the other out of the ring. Now separated, they can jostle past each other, and replication proceeds apace.

Each helicase motors along its single strand, in the opposite direction from the other. They leave the origin behind and yank apart those hydrogen-bonded base pairs as they travel. The DNA polymerase is right behind, copying the DNA letters as they’re freed from their partners.

CDK’s second job is to stop any more helicases from hopping on the origins. Thus, there is one start of replication per origin, ensuring proper copying of the genome — although copying doesn’t begin at the same time at each site. The whole process of DNA replication, in human cells, takes about eight hours.

Trucos ingeniosos del ADN

Cada persona comienza con un solo óvulo fecundado. Al llegar a la edad adulta, esa única célula se ha convertido en unos 37 billones de células, muchas de las cuales siguen dividiéndose para crear la misma cantidad de células humanas nuevas cada cierto tiempo.

Pero esas células tienen un reto formidable. Una célula común en proceso de división debe copiar —a la perfección— 3.200 millones de pares de basesde ADN, aproximadamente una vez cada 24 horas. La maquinaria de replicación de la célula realiza un trabajo asombroso, copiando material genético a un ritmo vertiginoso de unos 50 pares de bases por segundo.

Aun así, esa velocidad es demasiado lenta para duplicar la totalidad del genoma humano. Si la maquinaria de copia de la célula empezara por la punta de cada uno de los 46 cromosomas al mismo tiempo, terminaría el cromosoma más largo —el nº 1, de 249 millones de pares de bases— en unos dos meses.

“La forma que tienen las células para resolver esto es, por supuesto, iniciar la replicación en múltiples puntos”, afirma James Berger, biólogo estructural de la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins de Baltimore, coautor de un artículo sobre la replicación del ADN en eucariotas publicado en el Annual Review of Biochemistry de 2021. Las células de levadura tienen cientos de posibles orígenes de replicación, como se les llama, y animales como los ratones y las personas tienen decenas de miles de ellos, esparcidos por todo su genoma.

“Pero eso plantea su propio reto”, dice Berger, “que es, ¿cómo saber por dónde empezar y cómo cronometrarlo todo?”. Sin un control preciso, parte del ADN podría copiarse dos veces, provocando un pandemónium celular.

Para evitar ese pandemónium, es especialmente importante mantener un control estricto del inicio de la replicación del ADN. Hoy en día, los investigadores están dando pasos hacia una comprensión completa de los controles y equilibrios moleculares que han evolucionado para garantizar que cada origen de replicación inicie la copia del ADN una vez —y solo una vez— para producir precisamente un nuevo genoma completo.

Hacerlo bien, hacerlo rápido
Pueden ocurrir cosas malas si la replicación no se inicia correctamente. Para que el ADN se copie, la doble hélice de ADN debe abrirse, y las hebras simples resultantes —cada una de las cuales sirve de molde para construir una nueva segunda hebra— son vulnerables y pueden romperse. O el proceso puede atascarse. “Lo que realmente interesa es resolver la replicación con rapidez”, afirma John Diffley, bioquímico del Instituto Francis Crick de Londres. Los problemas durante la replicación del ADN pueden provocar la desorganización del genoma, que suele ser un paso clave en la ruta hacia el cáncer.

Algunas enfermedades genéticas también se deben a problemas en la replicación del ADN. Por ejemplo, el síndrome de Meier-Gorlin, que implica baja estatura, orejas pequeñas y rótulas pequeñas o inexistentes, es causado por mutaciones en varios genes que ayudan a poner en marcha el proceso de replicación del ADN.


Para que la maquinaria de copia del ADN inicie la replicación en el punto correcto del ciclo vital de la célula es necesaria una danza estrechamente coordinada en la que intervienen docenas de proteínas. Los investigadores tienen una idea bastante clara de qué proteínas hacen qué, porque han conseguido que la replicación del ADN tenga lugar en mezclas biológicas sin células en el laboratorio. Han imitado los primeros pasos cruciales en el inicio de la replicación utilizando proteínas de la levadura —la misma que se utiliza para hacer pan y cerveza— y también han imitado gran parte de todo el proceso de replicación utilizando versiones humanas de las proteínas de replicación.

La célula controla el inicio de la replicación del ADN en un proceso de dos pasos. El objetivo del proceso es controlar las acciones de una enzima crucial —llamada helicasa— que desenrolla la doble hélice del ADN como preparación para su copia. En el primer paso, las helicasas inactivas se cargan en el ADN en los orígenes, donde comienza la replicación. En el segundo paso, las helicasas se activan para desenrollar el ADN.

En sus marcas (carguen la helicasa) ...
El pistoletazo de salida del proceso lo da un grupo de seis proteínas que se asientan en los orígenes. Llamado ORC, este grupo tiene forma de anillo de doble capa con una práctica muesca que le permite deslizarse sobre las hebras de ADN, según ha descubierto el equipo de Berger.

En la levadura de panadería, una de las favoritas de los científicos que estudian la replicación del ADN, estos puntos de inicio son fáciles de detectar: tienen una secuencia de ADN específica, de 11 a 17 letras, rica en bases químicas de adenina y timina. Los científicos han observado cómo el ORC se aferra al ADN y luego se desliza, buscando la secuencia de origen hasta que encuentra el lugar correcto.

Pero en los seres humanos y otras formas de vida complejas, los lugares de inicio no están tan claramente delimitados, y no está del todo claro qué hace que el ORC se asiente y se agarre, afirma Alessandro Costa, biólogo estructural del Instituto Crick que, junto con Diffley, escribió sobre el inicio de la replicación del ADN en el Annual Review of Biochemistry de 2022. Parece más probable que la replicación comience en lugares donde el genoma —normalmente enrollado alrededor de unas proteínas llamadas histonas— se ha aflojado.



El inicio de la replicación del ADN comienza en la cola de la división celular anterior y continúa a través de la fase del ciclo celular conocida como G1. La síntesis del ADN tiene lugar durante la fase S. Los niveles de una proteína llamada CDK son críticos para asegurar que el ADN se replique una y solo una vez. Cuando los niveles de CDK son bajos, las helicasas pueden saltar al ADN y empezar a desenrollarlo. Pero la repetición de la unión no ocurre porque los niveles de CDK aumentan, y esto bloquea a la helicasa para que no se vuelva a unir.

Una vez que el ORC se ha asentado sobre el ADN, atrae a un segundo complejo de proteínas: uno que incluye la helicasa que acabará desenrollando el ADN. Costa y sus colegas utilizaron microscopía electrónica para averiguar cómo el ORC atrae primero a una helicasa y luego a otra. Las helicasas también tienen forma de anillo y cada una se abre para envolver el ADN de doble cadena. A continuación, las dos helicasas vuelven a cerrarse, orientándose una hacia la otra en las cadenas de ADN, como dos cuentas de un collar.

Al principio, se quedan ahí, como automóviles sin gasolina en su tanque. Todavía no se han activado, y por ahora la célula sigue con su actividad habitual.

Listos (activen la helicasa) ...
Las cosas se ponen en marcha cuando una molécula crucial llamada CDK agita la bandera verde, poniendo en marcha pasos químicos que atraen aún más proteínas. Una de ellas es la ADN polimerasa, lo que Costa llama la “máquina de escribir” que construirá nuevas cadenas de ADN, que se engancha a cada helicasa. Otras activan las helicasas, que ahora pueden quemar energía para avanzar por el ADN.

Cuando esto ocurre, las helicasas cambian de forma, empujando una hebra de ADN y tirando de la otra. Esto crea tensión en los débiles enlaces de hidrógeno que normalmente mantienen unidas las dos cadenas por las bases — las As, Cs, Ts y Gs que forman los peldaños de la escalera del ADN—. Las dos cadenas se rompen. Costa y sus colegas han observado cómo las dos helicasas desenroscan el ADN entre ellas, y han visto cómo las helicasas mantienen las bases no unidas estables y fuera del camino.


Izquierda: Varios genes implicados en el inicio de la replicación del ADN (eje horizontal) se amplifican —es decir, se copian erróneamente en número extra— en distintos grados (eje vertical) en diferentes tipos de cáncer. Derecha: En el cromosoma 8, un grupo de tres genes (en verde) se amplifican juntos con frecuencia en algunos tipos de cáncer.

¡Fuera!
En un inicio, ambas helicasas se enrollan alrededor de las dos cadenas de ADN y no pueden llegar muy lejos, porque están enfrentadas y se chocan. Pero a continuación, cada una de ellas cambia de posición y escupe una u otra hebra de ADN fuera del anillo. Ahora, separadas, pueden empujarse unas a otras y la replicación prosigue a buen ritmo.

Cada helicasa se mueve a lo largo de su hebra, en dirección opuesta a la otra. Dejan atrás el origen y separan los pares de bases unidos por hidrógeno a medida que se desplazan. La ADN polimerasa va justo detrás, copiando las letras de ADN a medida que se liberan de sus parejas.

La segunda función de la CDK es impedir que más helicasas salten a los orígenes. Así, hay un inicio de replicación por origen, lo que garantiza la copia correcta del genoma, aunque la copia no comienza al mismo tiempo en cada lugar. En las células humanas, todo el proceso de replicación del ADN dura unas ocho horas.

Aún quedan muchas cosas por resolver. Para empezar, el ADN que se copia no es una doble hélice desnuda. Está envuelto en histonas y unido a muchas otras proteínas que están ocupadas activando o desactivando genes o haciendo copias de ARN de los genes. ¿Cómo se influyen mutuamente esas proteínas y evitan estorbarse unas a otras?

Más allá de esta fascinante biología fundamental —un proceso extraordinario esencial para toda la vida en la Tierra—, existen implicaciones para enfermedades como el cáncer. Los científicos ya saben que una replicación defectuosa puede desestabilizar el ADN, y que un genoma inestable y propenso a las mutaciones puede ser una característica temprana del desarrollo del cáncer. Y están investigando más a fondo los vínculos entre las proteínas de replicación y el cáncer.

“Creo que hay oportunidades de intervenciones terapéuticas para estos sistemas”, dice Berger, “una vez que tengamos suficientes conocimientos sobre cómo funcionan y qué aspecto tienen”.

sábado, 9 de septiembre de 2023

ÁRBOL ADENTRO

 Octavio Paz

(Ciudad de México, 31 de marzo de 1914 – Coyoacán, México, 19 de abril de 1998)

Creció en mi frente un árbol.

Creció hacia dentro.

Sus raíces son venas,

nervios sus ramas,

sus confusos follajes pensamientos.

Tus miradas lo encienden

y sus frutos de sombras

son naranjas de sangre,

son granadas de lumbre.

Amanece

en la noche del cuerpo.

Allá adentro, en mi frente,

el árbol habla.

Acércate, ¿lo oyes?

 

miércoles, 30 de agosto de 2023

Faraday y la teoría electromagnética de la luz

Probablemente todos conozcamos a Michael Faraday (22 de septiembre de 1791 – 25 de agosto de 1867) por su descubrimiento de la inducción electromagnética, sus aportaciones en electrotecnia y electroquímica, o por ser el responsable de la introducción del concepto de campo para describir las interacciones electromagnéticas. Sin embargo, quizás no es tan conocido el que Faraday realizó contribuciones fundamentales a la teoría electromagnética de la luz.

En 1845, justo hace ahora 170 años, Faraday descubrió que un campo magnético influye sobre un haz de luz polarizada, fenómeno conocido como efecto Faraday o efecto magneto-óptico. En concreto, encontró que el plano de vibración de la luz polarizada linealmente que incide en un trozo de cristal giraba cuando se aplicaba un campo magnético en la dirección de propagación. Se trata de una de las primeras indicaciones de la interrelación entre el electromagnetismo y la luz. Al año siguiente, en el mes de mayo de 1846, Faraday publica el artículo Thoughts on Ray Vibrations (Consideraciones sobre las vibraciones de los rayos), una profética publicación en la que especulaba que la luz es un tipo de vibración de las líneas de fuerza eléctricas y magnéticas.
Faraday es un caso realmente atípico en la historia de la física: su formación era muy elemental; sin embargo, las leyes de la electricidad y el magnetismo deben mucho más a los descubrimientos experimentales de Faraday, que a los de cualquier otra persona. Él descubrió la inducción electromagnética, la cual le llevó a la invención de la dinamo, precursora del generador eléctrico; explicó la electrolisis en términos de fuerzas eléctricas e introdujo conceptos como campo y líneas de fuerza, fundamentales en la comprensión de las interacciones eléctricas y magnéticas, y piezas básicas en el desarrolló posterior de la física.

Michael Faraday nació al sur de Londres en el seno de una familia humilde. De niño la única educación formal que recibió fue en lectura, escritura y aritmética. Abandonó la escuela cuando tenía trece años y comenzó a trabajar en un taller de encuadernación. Su pasión por la ciencia se desencadenó allí, al leer la voz electricidad y otros vocablos científicos en la Encyclopædia Britannica mientras la estaba encuadernando, tras lo cual comenzó a llevar a cabo experimentos en un laboratorio improvisado. 

El 1 de marzo de 1813 fue contratado como ayudante de laboratorio del prestigioso químico Sir Humphrey Davy en la Royal Institution de Londres, de la que fue elegido miembro en 1824 y donde trabajó hasta su muerte en 1867, primero como asistente de Davy, después como colaborador suyo, y finalmente, tras la muerte de Davy, como su sucesor. Faraday causó tal impresión a Davy que éste, al ser preguntado por cuál había sido su mayor descubrimiento científico respondió: “Mi mayor descubrimiento ha sido Michael Faraday”. En 1833 se convirtió en el primer Fullerian Professor de Química en la Royal Institution. Faraday fue también un gran divulgador de la ciencia y en 1826 instituyó en la Royal Institution los Friday Evening Discourses (Charlas Vespertinas de los Viernes) y al año siguiente las Christmas Lectures (Conferencias juveniles de Navidad), que en la actualidad son emitidas cada año por televisión. Ambas aún existen y siguen siendo un canal de comunicación entre científicos y profanos, con el objetivo último de presentar la ciencia al público en general. El propio Faraday impartió muchas de estas charlas.


Faraday realizó su primer descubrimiento sobre electromagnetismo en 1821. Al repetir el experimento de Oersted con una aguja imantada en diversos puntos alrededor de un hilo con corriente, dedujo que el hilo estaba rodeado por una serie infinita de líneas de fuerza circulares y concéntricas. El conjunto de estas líneas de fuerza es el campo magnético de la corriente, término también introducido por Faraday. Partió de los trabajos de Oersted y Ampère sobre las propiedades magnéticas de las corrientes eléctricas, y en 1831 consiguió producir una corriente eléctrica a partir de una acción magnética, fenómeno conocido como inducción electromagnética. 

Comprobó que cuando se hacía pasar una corriente eléctrica por una bobina, se generaba otra corriente de muy corta duración en otra bobina cercana. El descubrimiento de la inducción electromagnética en 1831 marcó un hito decisivo en el progreso no sólo de la ciencia sino de la sociedad, y se utiliza hoy en día con el fin de generar electricidad a gran escala en las centrales eléctricas. Este fenómeno nos revela además algo nuevo sobre los campos eléctricos y magnéticos. A diferencia de los campos electrostáticos creados por cargas eléctricas en reposo cuya circulación a lo largo de una línea cerrada es nula (campo conservativo), los campos eléctricos creados por campos magnéticos tienen una circulación a lo largo de una línea cerrada distinta de cero. Dicha circulación, que corresponde a la fuerza electromotriz inducida, es igual al ritmo de cambio del flujo del campo magnético que atraviesa la superficie delimitada por dicha línea cerrada (ley de Faraday). Faraday inventó el primer motor eléctrico, el primer transformador, el primer generador eléctrico y la primera dinamo, por lo que Faraday puede ser llamado, sin genero de dudas, el padre de la ingeniería eléctrica.

Abandonó la teoría del fluidos eléctrico y magnético para explicar la electricidad y el magnetismo e introdujo los conceptos de campo y líneas de campo para explicar la electricidad y el magnetismo, apartándose de la descripción mecanicista de los fenómenos naturales al más puro estilo newtoniano de acciones a distancia. Esta incorporación del concepto de campo fue calificada por Einstein como el gran cambio en la física al proporcionar a la electricidad, el magnetismo y la óptica un marco común de teorías físicas. Sin embargo, hubo que esperar varios años hasta que las líneas de campo de Faraday fueran aceptadas definitivamente por la comunidad científica, justo hasta que pocos años después el físico escocés James Clerk Maxwell entró en escena.

Como se ha señalado al principio, otro de los fenómenos descubiertos por Faraday, quizás menos conocido, es el de la influencia de un campo magnético sobre un haz de luz polarizada, fenómeno conocido como efecto Faraday o efecto magneto-óptico. La mente investigadora de Faraday no se conformaba con revelar la relación entre electricidad y magnetismo, sino que quería saber también si los imanes afectaban a los fenómenos ópticos. Él creía en la unidad de todas las fuerzas de la naturaleza y en particular entre la luz, la electricidad y el magnetismo. El 13 de septiembre de 1845 comprobó que si un haz de luz polarizado linealmente atraviesa un cierto material al que se aplica un campo magnético en la dirección de propagación de la luz, se observa un giro en el plano de polarización de la luz. Faraday escribió en la entrada #7504 de su diario de laboratorio:

“Hoy he trabajado con líneas de fuerza magnética, aplicadas a diferentes cuerpos (transparentes en distintas direcciones) y al mismo tiempo haciendo pasar un rayo de luz polarizada a través de ellas (…) se produjo un efecto sobre el rayo de luz polarizado, y por tanto la fuerza magnética y la luz se demuestra que están relacionadas entre sí”.

Sin lugar a dudas, fue la primera indicación evidente de que la fuerza magnética y la luz estaban relacionadas entre sí y también demostró que la luz estaba relacionada con la electricidad y el magnetismo. En relación con este fenómeno Faraday también escribió en la misma entrada #7504:

“Este hecho probablemente será sumamente fecundo y de gran valor en la investigación de ambas clases de fuerzas naturales”.

No estaba equivocado, pues el efecto magneto-óptico es uno de los pilares fundamentales y una de las pruebas experimentales de la teoría electromagnética de la luz.

En una de las charlas vespertinas de los viernes de la Royal Institution del mes de abril de 1846, Faraday especuló que la luz podría ser algún tipo de perturbación que se propaga a lo largo de las líneas del campo. Lo cierto es que la charla de ese viernes la debía haber impartido Charles Wheatstone para hablar acerca de su cronoscopio. Sin embargo, en el último minuto Wheatstone sintió miedo escénico antes de comenzar su charla, quedó paralizado y le fue imposible subir al estrado. 

Ante tal eventualidad Faraday no se inmutó lo más mínimo fue él quien impartió la conferencia de Wheatstone. Como la terminó antes de tiempo, para completar el discurso presentó sus ideas sobre la naturaleza de la luz. Esta segunda parte de la charla de Faraday fue publicada ese mismo año en la revista Philosophical Magazine bajo el título Thoughts on Ray Vibrations (Consideraciones sobre las vibraciones de los rayos). Faraday incluso se atrevió a cuestionar la existencia del éter luminífero –una herejía científica en aquella época–, que se suponía era el medio en el que se propagaba la luz, como tan elegantemente había descrito Fresnel en su teoría ondulatoria de la luz. Propuso que la luz podría no ser el resultado de las vibraciones del éter, sino las vibraciones de las líneas físicas de fuerza. Faraday intentó prescindir del éter, pero mantienía las vibraciones. En un tono casi de disculpa, Faraday termina su artículo con las siguientes palabras:

“Es probable que haya cometido numerosos errores en todo cuanto he dicho, pues mis ideas al respecto me parecen incluso a mí mismo sombras de especulación”.

Sin embargo, esta idea de Faraday fue recibida con gran escepticismo y nadie la aceptó hasta la publicación en 1865 del artículo de Maxwell titulado A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field (Una teoría dinámica del campo electromagnético). Este gran artículo de Maxwell no sólo contiene la teoría electromagnética de la luz –uno de los hitos que se conmemoran en este Año Internacional Año de la Luz 2015– sino que Maxwell atribuye a las consideraciones sobre las vibraciones de los rayos de Faraday las ideas que le sirvieron de base para la elaboración de su teoría electromagnética de la luz. En la página 466 de su trabajo de 1865, y con la modestia que siempre caracterizó Maxwell, éste se refiere al artículo de Faraday de 1846 de la siguiente forma:

“La concepción de la propagación de perturbaciones magnéticas transversales y la exclusión de las normales está claramente establecida por el Profesor Faraday en sus ‘Consideraciones sobre las vibraciones de los rayos’. La teoría electromagnética de la luz, según lo propuesto por él [Faraday], es la mismo en esencia, a la que yo he comenzado a desarrollar en este trabajo, a excepción de que en 1846 no había datos para calcular la velocidad de propagación”.

Y en la página 461 de esta misma publicación de 1865, Maxwell también escribe los siguiente sobre el efecto magneto-óptico descubierto por Faraday justo veinte años antes:

“Faraday descubrió que cuando un rayo de luz polarizada plana atraviesa un medio diamagnético transparente en la dirección de las líneas de fuerza magnética producidas por imanes o corrientes situados en sus alrededores, se produce un giro en el plano de polarización de la luz”.


Maxwell cita seis veces y lo menciona tres veces más en su artículo sobre la teoría dinámica del campo electromagnético. Esto no puede considerado como algo fuera de lo normal y no es en absoluto extraño. Maxwell admiraba a Faraday y gran parte su trabajo sobre electromagnetismo está basado en el trabajo previo de Faraday y además fue Maxwell quien modeló matemáticamente los descubrimientos experimentales de Faraday sobre electromagnetismo en la teoría que ha llegado a nuestros días.

Las ondas electromagnéticas sobre cuya existencia fue especulada por Faraday en 1846 con sus consideraciones sobre las vibraciones de rayos y fue predicha matemáticamente por Maxwell en 1865, finalmente fueron producidas en el laboratorio por Hertz en 1888. El resto de la historia es bien conocido. Es evidente que Maxwell abrió las puertas a la física del siglo XX, pero no es menos cierto que Faraday entregó a Maxwell algunas de las llaves que éste utilizó.

“Si he logrado ver más lejos, es porque he subido a hombros de Gigantes” (*) escribió Newton en 1676. Doscientos cincuenta años después, durante una de las visitas que Einstein realizó a Cambridge (Inglaterra) alguien le comentó: “Usted ha hecho grandes cosas, pero porque se subió a hombros de Newton”. Einstein le replicó: “Eso no es cierto, estoy subido a hombros de Maxwell”. Es más que probable que si alguien hubiera hecho una afirmación similar a Maxwell, éste habría señalado que él se subió a hombros de Faraday.

(*) Aunque algunos autores interpretan esta frase de Newton como un comentario sarcástico dirigido al aspecto jorobado de Hooke, hoy en día la frase se utiliza en su acepción positiva. En la actualidad el comentario de Newton es un reconocimiento a cómo la ciencia consiste es una serie de pequeños progresos, cada uno de los cuales se construye sobre los alcanzados anteriormente (véase, por ejemplo, el libro de Stephen Hawking titulado A Hombros de Gigantes).


Publicó que la carga eléctrica se reúne en la superficie exterior del conductor eléctrico, el cual es cargado con autonomía de lo que suceda en su interior. También en su honor se denominó la jaula de Faraday.

Supervisado por Davy continuaría sus investigaciones y experimentos. Por ejemplo que sobre el cloro obtuvo dos nuevos cloruros de carbono. Además descubrió el benceno, e investigó sobre el vidrio óptico y realizó experimentos de licuefacción de gases comunes.

Fue admitido en la Real Sociedad de Londres en 1824, siendo designado como director del laboratorio de la institución. Fue el sucesor de Davy como docente de química. Posteriormente se le asignó una pensión vitalicia de 300 libras al año.

Falleció el 25 de agosto de 1867, y tiene una placa de reconocimiento en la Abadía de Westminster, muy cerca a la lápida de Isaac Newton, siendo enterrado en la zona sandemania del Cementerio de Highgate, Londres, Reino Unido.

martes, 29 de agosto de 2023

Cloro

A lo largo de la historia, ha habido numerosos avances y descubrimientos que han mejorado significativamente la esperanza de vida humana. Entre ellos, por supuesto hay que destacar la vacunación, los antibióticos y los avances en cirugía, pero hay otra innovación que muchas veces se nos suele pasar por alto: el uso de cloro como desinfectante.


Un poco de historia
El cloro, un elemento químico con el símbolo Cl (y número atómico 17), fue descubierto por primera vez -de forma oficial- en 1774 por el químico sueco Carl Wilhelm Scheele mientras estudiaba las propiedades del ácido clorhídrico. Sin embargo, no sería hasta mediados del siglo XIX cuando se pudo descubrir su potencial como desinfectante. En este aspecto hay que destacar el nombre de un médico inglés, Sir John Snow (no el de Game of Thrones, por supuesto, sino su homónimo en la vida real), quien logró reconocimiento por su trabajo en la identificación de la fuente de un brote de cólera en Londres en 1854. Snow descubrió que el agua contaminada de la bomba de Broad Street en el distrito de Soho de Londres, era la causa del brote de cólera y este hallazgo sentó las bases para comprender la importancia del saneamiento del agua.

Elemento químico, símbolo Cl, de número atómico 17 y peso atómico 35.453. El cloro existe como un gas amarillo-verdoso a temperaturas y presiones ordinarias. Es el segundo en reactividad entre los halógenos, sólo después del flúor, y de aquí que se encuentre libre en la naturaleza sólo a las temperaturas elevadas de los gases volcánicos. Se estima que 0.045% de la corteza terrestre es cloro. Se combina con metales, no metales y materiales orgánicos para formar cientos de compuestos.

A mediados del siglo XIX, el cloro se usaba ampliamente para purificar el agua potable y tratar las aguas residuales. Huelga decir que el descubrimiento del cloro tuvo implicaciones significativas para el campo de la química. Proporcionó a los químicos un nuevo elemento para estudiar y ayudó a establecer el concepto de elementos químicos como entidades distintas.

El cloro es un gas altamente reactivo. Es un elemento que se da de forma natural. Los mayores consumidores de cloro son las compañías que producen dicloruro de etileno y otros disolventes clorinados, resinas de cloruro de polivinilo (PVC), clorofluorocarbonos (CFCs) y óxido de propileno. Las compañías papeleras utilizan cloro para blanquear el papel. Las plantas de tratamiento de agua y de aguas residuales utilizan cloro para reducir los niveles de microorganismos que pueden propagar enfermedades entre los humanos (desinfección).

Continuando con la historia del cloro, un poco más adelante, ya a principios del siglo XX, el científico estadounidense John L. Leal, experto en bacteriología, desempeñó un papel fundamental en la adopción generalizada de la desinfección con cloro. Fue el primero en aplicar cloro a un suministro público de agua en Jersey City, Nueva Jersey, en 1908 que adolecía de un grave problema de contaminación por aguas fecales; así, ni corto ni perezoso, 'envenenó' con cloro el agua potable, convirtiéndose en la primera persona en realizar la primera cloración masiva de agua potable y salvando millones de vidas. Desde entonces, el uso de cloro como desinfectante se ha convertido en un elemento crucial en el tratamiento del agua y ha tenido un profundo impacto en la salud pública.

Impacto en la salud humana
El uso del cloro como desinfectante ha cambiado las reglas del juego en la lucha contra las enfermedades transmitidas por el agua. Ha sido fundamental para reducir la prevalencia de enfermedades como el cólera, la fiebre tifoidea y la disentería. Según un estudio de Cutler y Miller, la introducción de la cloración del agua en un país como Estados Unidos provocó una reducción del 43% en la mortalidad infantil y una reducción del 37% en la mortalidad general entre 1900 y 1936. Además, el agua clorada ha jugado un papel vital en la reducción de la transmisión de otras enfermedades infecciosas, como la enfermedad del legionario (un tipo grave de neumonía), que es causada por la bacteria Legionella pneumophila. De la misma forma, la presencia de cloro en las piscinas ayuda a prevenir la propagación de enfermedades del agua recreativa como la criptosporidiosis (infección intestinal) y la giardiasis (otra enfermedad intestinal).

El uso generalizado de cloro en el tratamiento del agua también ha tenido beneficios indirectos en la salud humana. Al proporcionar una fuente segura y confiable de agua potable, la cloración ha facilitado la rápida urbanización e industrialización, que a su vez se han relacionado con mejoras en la nutrición, la vivienda y las condiciones generales de vida.

Si bien algunos críticos argumentan que los subproductos de la cloración, como los trihalometanos, pueden presentar riesgos para la salud, los estudios han demostrado que los beneficios del agua clorada superan con creces los riesgos potenciales asociados con estos subproductos, por lo que el cloro sigue siendo un pilar en la salud pública. Es barato, fácil de usar y con eficacia probada para la batalla constante contra las enfermedades transmitidas por el agua.

Las plantas y los animales no suelen almacenar cloro. Sin embargo, estudios de laboratorio muestran que la exposición repetida a cloro en el aire puede afectar al sistema inmunitario, la sangre, el corazón, y el sistema respiratorio de los animales.

El cloro provoca daños ambientales a bajos niveles. El cloro es especialmente dañino para organismos que viven en el agua y el suelo.

domingo, 27 de agosto de 2023

¿La ciencia tiene un método o varios métodos?

Toda ciencia tiene un objeto de estudio y un método para conocerlo. Sin embargo, en el campo de la ciencia se desarrolla un debate entre dos posiciones: la que considera que solo existe un método científico identificado con el experimental, y aquella que sostiene que no hay uno sino varios métodos, tantos como objetos e investigadores existen.

Cabe aclarar que los objetos de conocimiento son construcciones teóricas. No son los objetos reales sino la explicación e interpretación que de ellos da la ciencia. 

Una ciencia se concibe como tal cuándo ha logrado construir su objeto de conocimiento. Por ejemplo, las células del cuerpo humano, de los vegetales o de cualquier ser vivo son objetos reales y la Biología las ha construido como las explicaciones teóricas de su estructura, función, relaciones y comportamiento que leemos en los libros y en las revistas científicas. 

De más está decir que nunca son construcciones teóricas acabadas, es decir, la explicación ofrecida acerca de las células en el siglo XIX, es distinta a la que se da en nuestro tiempo.

La ciencia construye su objeto de conocimiento, dependiendo del método y procedimientos elegidos para el estudio y si se trata de una elección, obviamente habrá distintas opciones metodológicas y, en consecuencia, diferentes interpretaciones de los fenómenos.

El método de estudio de una investigación depende tanto del objeto del conocimiento como del sujeto que investiga. Es imposible utilizar el mismo método para estudiar el efecto patogénico de un virus, que para investigar sobre la rotación del planeta tierra o el comportamiento de un grupo social. Cada objeto requiere de un método. Por su parte, el sujeto tiene una posición y una actitud frente al conocimiento y la ciencia, de modo que dos o más investigadores pueden, de acuerdo con ello, elegir diferentes métodos para solucionar un mismo problema.

El problema de si la ciencia cuenta con uno o varios métodos tiene que ver más con una pugna para lograr el predominio de una visión de la ciencia sobre otras concepciones. Desde el siglo XX, el desarrollo de las llamadas ciencias duras, como la química y la física, ha llevado a considerar que el método experimental es el único para alcanzar conclusiones científicas validas y, por ende, la investigación que se aparta de dicho método, con dificultades logra su legitimación y validez como científica. Esta posición se ha cuestionado a partir del desarrollo de las ciencias sociales, las cuales han generado sus propios métodos.

sábado, 26 de agosto de 2023

Curiosidades de Urano

Urano es, probablemente, el mundo más extraño entre los ocho planetas del sistema solar, con su peculiar composición química, temperaturas bastante extremas y la inclinación axial más inusual de entre todos los mundos vecinos.

Es... un planeta raro. Su denominación, como la de muchos otros, es en honor de la divinidad griega del cielo Urano, el padre de Crono y el abuelo de Zeus. Urano es un dios primordial personificador del cielo; uno de los ancestros más importantes de los dioses del olimpo griego. Fue el primer gobernante del universo conocido. Urano se unió a Gea y juntos concibieron muchos hijos; los primeros fueron los Cíclopes, pero también dieron lugar a los doce titanes primigenios: Cronos, Ceo, Crio Japeto, Hiperión, Océano, Rea, Tea, Febe, Mnemosine, Temis y Tetis. Atlas y Helios también constan como sus hijos.

Fuera de la mitología, el descubrimiento de Urano marca un antes y un después en nuestra realidad astronómica. Te contamos estas y otras curiosidades en las siguientes imágenes.

¿Quién descubrió Urano?
Fue el científico británico William Herschel, que descubrió Urano en marzo de 1781. Su identificación fue todo un hito ya que, hasta entonces, la humanidad creyó que solo existían seis planetas. Fue el primer planeta descubierto con la ayuda de un telescopio. Fue descubierto por el astrónomo William Herschel el 13 de marzo de 1781. Antes de eso, Urano era considerado como una estrella más. A pesar de que Herschel confundió inicialmente a Urano con un cometa, otros astrónomos, al observar su movimiento en el cielo, sospecharon lo contrario, y el objeto pronto fue aceptado como un nuevo planeta en todo el mundo. En 1783, Herschel admitió que el “ cometa”, era en realidad, un planeta. Fue el primer planeta descubierto en la era moderna. En cuanto a los otros planetas, la humanidad no tuvo conocimiento de ellos hasta el siglo XVIII.

Es el planeta mas frío
Así es. Si bien es el séptimo planeta desde el Sol, sigue estando mucho más cerca que Neptuno, que tiene una distancia promedio de 4.500 millones de kilómetros del Sol pero es más frío que este. Urano es más frío que Neptuno. Su temperatura promedio es de -201 °C, alcanzando una mínima de -218 °C.


Y también muy ventoso
Es muy frío y muy ventoso. El planeta es azotado por vientos de hasta 900 kilómetros por hora. En el ecuador, los vientos son retrógrados y se mueven en dirección opuesta a la rotación del planeta. Sin embargo, cuando uno llega a los polos, el viento cambia a una dirección progresiva y se mueve con la rotación de Urano. El gigante de hielo gira con una inclinación de casi 90 grados desde el plano de su órbita y está rodeado por 11 anillos nebulosos y 27 lunas conocidas. Urano parece girar sobre su costado y orbitar alrededor del Sol como una bola rodante debido a esta peculiar inclinación.

La atmósfera de Urano no es propicia para la vida
Su atmósfera es inhóspita para la vida tal como la conocemos. Está compuesta principalmente de hidrógeno y helio y el metano, también presente, es responsable del distintivo tono azul de Urano. El metano de las nubes superiores absorbe el espectro rojo de la luz solar y refleja el azul, lo que confiere al planeta su característico tono azul verdoso. Observaciones más recientes muestran que Urano tiene nubes dinámicas a medida que se acerca al equinoccio, incluidas estructuras brillantes que cambian rápidamente.

¿Qué naves han visitado Urano?
La sonda espacial Voyager 2 es la única que se ha aproximado al planeta. Fue el 24 de enero de 1986. Pese a ello, ninguna nave ha orbitado todavía alrededor de este lejano planeta del sistema solar. ¿Hay misiones en marcha? Sería interesante estudiarlo de cerca; de eso están los científicos de acuerdo. Están planteadas misiones prioritarias en el panel de expertos de la NASA, en la que Uranus Orbiter and Probe (UOP), una misión robótica orbital, realizaría una gira orbital de varios años para profundizar en nuestro conocimiento de los gigantes de hielo y Urano en particular. Esperemos que Urano sea el siguiente planeta 'estrella' en esta misión que se lanzaría entre 2031 y 2038.

Urano, en cifras
Tipo de planeta: gigante de hielo
Radio: 25.362 km
Masa: 8.681 × 10^25 kg
Afelio: 3.000 millones de km
Perihelio: 2.500 millones de km
Distancia media desde la Tierra: 2.900 millones de km
Temperatura de la superficie: −224 °C a −216 °C
Duración del día solar: 17 h 14 m 23 s Duración del día sideral: 17 h 14 m 24 s
Duración del año: 84,3 años terrestres
Edad: 4.503 millones de años

martes, 22 de agosto de 2023

La Mimosa pudica

Enviado por 

Daniel Hernandez Mendoza

La Mimosa pudica, también conocida como "sensitiva"; o "dormilona" es una planta herbácea perteneciente a la familia Fabaceae. Es originaria de América tropical, específicamente de regiones como América Central y América del Sur. Prefiere crecer en climas cálidos y húmedos, y es una planta de sol o semisombra.

Su mecanismo de cierre ocurre debido a la respuesta a estímulos táctiles. Cuando las hojas de la Mimosa pudica son tocadas o experimentan un cambio brusco, como una ráfaga de viento, reaccionan cerrándose en cuestión de segundos. Esto es causado por la pérdida de turgencia celular en ciertas células, lo que resulta en la caída de las hojas. Este mecanismo es una adaptación evolutiva que puede ayudar a la planta a protegerse de los depredadores o a conservar agua en situaciones de estrés.

En cuanto a su estructura, la Mimosa pudica tiene hojas finas y delicadas que están compuestas por pequeños foliolos. Cada hoja está formada por varios pares de foliolos que se agrupan en respuesta a estímulos. La planta puede producir pequeñas flores rosadas o moradas, seguidas de vainas de semillas.

En relación a su endemismo, la Mimosa pudica no es una planta endémica en la mayoría de las áreas donde se encuentra. Ha sido introducida y cultivada en muchas partes del mundo debido a su naturaleza curiosa y su comportamiento de cierre. Sin embargo, su origen se encuentra en América tropical.


jueves, 17 de agosto de 2023

Trucos Psicológicos Para Activar Tus Sustancias Químicas De La Felicidad

1. DOPAMINA
Es la sensación de placer y recompensas químicas.

Para aumentar los niveles de dopamina:
- Ejercicio
- Escucha música
- Completa tareas
- Duerme suficiente
- Dieta alta en proteína
- Celebra pequeñas victorias

Niveles bajos de dopamina = baja motivación

2. OXITOCINA
La hormona del amor, la excitación, la confianza y la ansiedad.

Para aumentar tus niveles de oxitocina:
- Sé social
- Habla cara a cara
- Pasa tiempo con tu mascota
- Besa y abraza a tus seres queridos

Nivel bajo de oxitocina = deficiencia social

3. SEROTONINA
El químico feliz responsable de regular el equilibro del estado de ánimo.

Para aumentar los niveles de serotonina:
- Ejercicio
- Luz solar
- Meditación
- Dieta saludable
- Conecta con la naturaleza

Un nivel bajo de serotonina puede causar depresión.

4. ENDORFINAS
Este poderoso químico es el analgésico natural de tu cuerpo.

Para aumentar tu nivel de endorfinas:

- Ríe
- Ten sexo
- Sal a correr
- Escucha música
- Come picante y chocolate

Los bajos niveles de endorfinas provocan dolores de cabeza y dolores corporales
Personalmente las duchas frías y no pasarme el día con el móvil me han ayudado a sentirme mucho mejor.

Cualquier otro consejo que le pueda servir a alguien esríbelo en los comentarios

miércoles, 16 de agosto de 2023

DIONEA MUSCIPULA

Enviado por Daniel Hernandez Mendoza
La planta Dionea muscipula, comúnmente conocida como Venus atrapamoscas, es
una planta carnívora fascinante y única en su especie. Aquí tienes información sobre sus características, cuidados y preferencias de clima:

Características:
- La Venus atrapamoscas es una planta perenne originaria de zonas pantanosas y húmedas del sureste de Estados Unidos.

- Su característica más distintiva son sus hojas modificadas en forma de trampa, que se asemejan a una mandíbula con dientes en los bordes. Estas trampas se cierran rápidamente cuando un insecto toca los pelos sensitivos en su interior.

- La planta atrae, captura y digiere insectos para complementar su dieta, ya que crece en suelos pobres en nutrientes.

- Produce flores pequeñas de color blanco o rosado en forma de umbelas en primavera y verano.

Cuidados:

- Ubicación: La Venus atrapamoscas necesita luz brillante pero indirecta. Puedes ubicarla cerca de una ventana con luz filtrada o en exteriores en lugares donde no esté expuesta al sol directo durante todo el día.

- Sustrato: Utiliza un sustrato especial para plantas carnívoras o mezcla turba y perlita para asegurar un drenaje adecuado.

- Riego: Mantén el sustrato siempre húmedo. Utiliza agua destilada, de lluvia o desmineralizada para evitar la acumulación de sales.

- Humedad: La humedad es esencial. Si el aire es seco, coloca la maceta sobre un platillo con agua o utiliza un humidificador.

- Alimentación: A pesar de ser carnívora, no es necesario que alimentes a la planta con insectos. En su entorno natural, los insectos son su principal fuente de nutrientes, pero en el cultivo en interiores, puede obtener nutrientes del sustrato.

Clima y Temperatura:
- La Venus atrapamoscas prefiere climas húmedos y frescos. Su rango de temperatura ideal es entre 20°C y 30°C durante el día, con una disminución a 10°C a 15°C durante la noche.

- No tolera heladas ni temperaturas extremadamente altas. En climas fríos, puede ser necesario trasladarla a un lugar protegido durante el invierno.

Curiosidad:

La Dionea muscipula es una planta muy singular y a menudo se considera una de las plantas carnívoras más reconocidas y populares en el mundo del cultivo de plantas exóticas.

Recuerda que cada planta es única, y ajustar los cuidados según su entorno y respuesta individual es importante para su salud y desarrollo óptimo.