CIENCIA EN BREVE
CIENCIA UANL / AÑO 25, No.112, marzo-abril 2022
Hay un cliché en las películas holliwoodenses en el que un ave, casi siempre un pato, se estrella o con el parabrisas o con una turbina del avión del protagonista o la novia de éste generando un gran accidente del cual surge la aventura de la que trata la película. Siempre me había preguntado qué tan posible era que eso sucediera. Y sí, según las estadísticas las interacciones de aeronaves en vuelo con animales voladores son frecuentes y pueden tener graves consecuencias de seguridad. Pero luego me pregunté, y qué pasa cuando el avión está en tierra, por aquello de los nidos y las plumas, pero la verdad no se sabe mucho al respecto, pero luego me surgió otra pregunta, ¿y qué hay de otros voladores como los insectos?
Pues bien, un equipo de la empresa Eco Logical Australia investigó, y dio a conocer en la revista PLoS ONE, la posible responsabilidad de las avispas Pachodynerus nasidens en la obstrucción de las sondas del tipo conocido como “tubo de Pitot”, utilizadas en los aviones para medir su velocidad, en el aeropuerto de Brisbane, Australia. Y encontraron que entre noviembre de 2013 y abril de 2019 se notificaron en el aeropuerto 26 problemas relacionados con las avispas, junto con una serie de graves incidentes de seguridad relacionados con los tubos de Pitot.
En su área de distribución geográfica natural en América del Sur y Central y en el Caribe, se sabe que las avispas de esa especie construyen nidos aprovechando cavidades hechas por humanos, como huecos en las ventanas, enchufes eléctricos y espacios en cerraduras.
Basados en esta información, los investigadores utilizaron impresión 3D para construir réplicas de tubos de Pitot que montaron en cuatro lugares del aeropuerto. En 39 meses, las avispas P. nasidens fueron responsables de 93 casos de obstrucción completa de las réplicas.
Según los autores del estudio, P. nasidens representa un riesgo significativo para la seguridad de la aviación, y es necesario investigar más a fondo su conducta para desarrollar estrategias que permitan erradicar o al menos mantener a raya a las poblaciones de esta especie.
Los resultados del estudio se han hecho públicos a través de la revista académica PLoS ONE.
(Fuente: House, A.P.N., Ring, J.G., y Shaw, P.P. (2020). Inventive nesting behaviour in the keyhole wasp Pachodynerus nasidens Latreille (Hymenoptera: Vespidae) in Australia, and the risk to aviation safety. PLoS ONE. 15(11): e0242063/ NCYT de Amazings).
Y hablando de películas y animales, me acordé de aquella primera entrega de Predator o Depredador en la que una creatura extraterrestre tiene la habilidad de camuflarse o prácticamente volverse invisible. Pues esta habilidad para esconderse en cualquier escenario también la tienen, sin ser del espacio exterior, los cefalópodos, por lo que han inspirado a los investigadores a replicar su fascinante técnica para camuflarse en el espectro infrarrojo (IR) y visible.
Recientes avances ofrecieron una serie de mecanismos físicos para reproducir las funciones de camuflaje de estos animales marinos. Sin embargo, la mayoría de los trabajos se centraron en el camuflaje en el rango visible o en el IR solamente: no en modos duales en una estructura de un solo dispositivo que pueda cambiar fácilmente entre el modo visible y el IR según una situación adecuada.
No obstante, un grupo de la Universidad Nacional de Seúl, en la República de Corea, demostró una piel activa de camuflaje de visible a infrarrojo que proporciona una plataforma de ocultamiento bajo demanda tanto a la luz del día como de la noche con una única variable de entrada: la temperatura (T). Se trata de un dispositivo termoeléctrico con enfriamiento y calentamiento activos que sirve como estructura de base para ajustar la superficie de cada píxel y, por lo tanto, permite el camuflaje térmico en la gama de infrarrojos al igualar la temperatura ambiente. El grupo amplió aún más el rango de camuflaje hasta el espectro IR-visible incorporando cristal líquido termocrómico en la superficie, que cambia la reflectancia de la luz (R) en función de la temperatura del dispositivo, lo que permite expresar una variedad de colores mediante el control de la temperatura.
Además de la capacidad para camuflarse durante el día y la noche, el dispositivo está altamente “pixelado”. De esta manera, la piel de camuflaje puede fusionarse con el sofisticado fondo térmico y crómico o incluso camuflarse cuando está en movimiento transitorio de un fondo a otro. Finalmente, el grupo demostró la piel artificial de camuflaje en una epidermis humana, siendo capaz de camuflarse ante un fondo sofisticado, como un arbusto, o cuando se desplaza de un fondo a otro tanto en el espectro IR como en el visible (fuente: Universidad Nacional de Seúl/NCYT Amazings)
Vaya, ni la capa de invisibilidad de Harry Potter puede superar este invento. Pero si de piel se trata, déjame contarte de un material que imita la piel humana en cuanto a su resistencia, elasticidad y sensibilidad que podría utilizarse para recoger datos biológicos en tiempo real. La piel electrónica, o e-skin, puede jugar un papel importante en la próxima generación de prótesis, medicina personalizada, robótica blanda e inteligencia artificial.
Según sus inventores, la e-skin ideal imitará las muchas funciones naturales de la piel humana, como la percepción de la temperatura y el tacto, con precisión y en tiempo real. Sin embargo, hacer electrónica adecuadamente flexible que pueda realizar tareas tan delicadas y al mismo tiempo soportar los golpes y rasguños de la vida cotidiana es un desafío, y cada material involucrado debe ser cuidadosamente diseñado.
La mayoría de las e-skins se fabrican colocando un nanomaterial activo (el sensor) en una superficie elástica que se adhiere a la piel humana. Sin embargo, la conexión entre estas capas suele ser demasiado débil, lo que reduce la durabilidad y la sensibilidad del material; por otro lado, si es demasiado fuerte, la flexibilidad se limita, lo que hace más probable que se agriete y rompa el circuito.
Así, un equipo de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdalá, en Arabia Saudí, ha creado una piel electrónica duradera utilizando un hidrogel reforzado con nanopartículas de sílice como sustrato fuerte y elástico y un MXene de carburo de titanio en 2D como capa de detección, unido con nanohilos altamente conductores.
Su prototipo puede detectar objetos a 20 centímetros de distancia, responder a los estímulos en menos de una décima de segundo y, cuando se utilizó como sensor de presión, pudo distinguir escritura escrita en él. Continuó funcionando bien después de 5,000 deformaciones, recuperándose en un cuarto de segundo cada vez.
Tales e-skins podrían monitorear una serie de informaciones biológicas, como los cambios en la presión sanguínea, que pueden ser detectados a partir de las vibraciones en las arterias, o los movimientos de las grandes extremidades y articulaciones. Estos datos pueden ser compartidos y almacenados en la nube a través de Wi- Fi (fuente: KAUST).
El mundo de los nanomateriales es fascinante, pues el uso es casi ilimitado y cada día nos enteramos de uno nuevo, como el caso de un nuevo trabajo de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), Sede Palmira, que ha utilizado cáscaras y semillas de naranja y aguacate para generar puntos cuánticos de carbono, un material semiconductor que presenta gran fluorescencia y que se podría usar para detectar metales pesados como el mercurio.
Entre los usos que se le han dado a este novedoso material –que ya se emplea en otros países– se destaca el electrónico, en pantallas de alta definición, tarjetas de procesamiento de datos de computadores, celdas solares o baterías. Asimismo, en medicina se usa para detectar ciertas moléculas o compuestos invasores en el cuerpo, y se está evaluando su capacidad para detectar células cancerígenas, entre muchos otros usos.
El punto cuántico de carbono es un tipo de nanomaterial que por su diminuto tamaño (de uno a dos nanómetros) crea características ópticas, físicas y químicas especiales, como la fluorescencia y la semiconductividad, que es la capacidad de ser conductor de corrientes eléctricas o aislante.
Los materiales de carbono no son conductores sino aislantes, pero los puntos cuánticos de carbono se vuelven semiconductores porque al reducir el material a una escala tan pequeña, sus configuraciones electrónicas se alcanzan a modificar. Entonces, a esta escala, a los electrones les cuesta menos lograr hacer la conducción, y por eso pasan de ser aislantes a semiconductores.
Por su parte, la característica óptica de la fluorescencia es muy importante en el área de la ingeniería ambiental, ya que el material se puede usar en las aguas como sensor de metales pesados, especialmente del mercurio.
Se escogió la naranja porque es uno de los frutos que más se consumen en todo el mundo, y el aguacate por el notorio auge que tiene en el Valle del Cauca. Sin embargo, el alto consumo de estos dos frutos implica su contribución al aumento de una problemática ambiental: la ya alta producción de residuos agroindustriales, por lo cual es importante pensar qué hacer con ellos. Fue así como el equipo de trabajo encontró una forma de aprovechar y revalorizar estos residuos mediante la obtención del innovador material (fuente: UNAL/DICYT).
Y si de alimentos se trata, quiero contarte sobre el quinto cereal de cultivo agrícola más importante del mundo: el sorgo o zahína. Como cultivo alimenticio, tanto para humanos como para animales de granja, el sorgo se siembra en muchas partes del mundo. Incluso, en algunas zonas de África y Asia, es un cultivo de importancia crítica para la seguridad alimentaria y nutricional.
No sé si tú lo sepas, pero todos los cultivos agrícolas, incluido el sorgo, tienen parientes evolutivos salvajes, sí, así como los lobos son parientes salvajes de los perros domésticos. Pues bien, hablando del sorgo, las especies silvestres son muy resistentes y están presentes en muchos sitios, desde laderas rocosas y dunas de arena hasta prados y bosques. Sólo por eso (como si fuera poco), se ha llegado a la conclusión de que vale la pena usar estos rasgos para desarrollar nuevas variedades de sorgo agrícola que se adapten mejor que el convencional a condiciones más cálidas y secas.
De hecho, una investigación, realizada por la Universidad Monash en Australia, ha encontrado la mayor abundancia de parientes silvestres del sorgo en ese país, a pesar de haber sido domesticado en África. Los especialistas encontraron 23 de estos parientes evolutivos silvestres en Australia, mientras que sólo uno en América y cinco en África y Asia.
Según los resultados, los parientes australianos del sorgo poseen cualidades que podrían ayudar a la variedad agrícola a soportar mejor la sequía y el calor extremo, que van en aumento por culpa del calentamiento global. Por desgracia, 12 de las 23 especies silvestres australianas están aparentemente en peligro de extinción, cuatro son vulnerables y cuatro más podrían estar también amenazas pronto. Por lo que urgieron a tomar medidas para proteger estas plantas silvestres, alimentaria y económicamente importantes (fuente: NCYT de Amazings).
Y ya que hablamos de cosas salvajes y domésticas, es bien sabido que el mejor amigo del hombre es el perro, sin embargo, hoy en día, en varios países, el cerdo doméstico, especialmente el de tamaño pequeño, se ha convertido en un animal de compañía popular que ocupa en la familia humana un nicho social similar al que ocupa el perro. Este nuevo papel del cerdo crea la necesidad de comprender mejor la relación cerdo-humano en el entorno familiar, y especialmente la relación de los animalitos con sus dueños.
Una nueva investigación de la Universidad Eötvös Loránd en Hungría, ha explorado la cuestión de si un cerdo doméstico confía en humanos desconocidos tanto como lo hace un perro doméstico o, por el contrario, rehúye su contacto incluso si esto implica apartarse de un humano con quien convive y junto a quien acudiría de no ser por la presencia del desconocido.
Los cerdos observados en el estudio fueron criados en familias humanas desde las 6-8 semanas de edad. Esto no sólo proporcionó una oportunidad única para investigar la relación cerdo-humano, sino que también permitió comparar directamente su comportamiento ante humanos con el de los perros.
Los perros son conocidos por ser especialmente sociables con los humanos desde una edad muy temprana. Incluso aquéllos que tienen un contacto limitado con los humanos se acercan fácilmente a personas desconocidas y buscan la proximidad humana. Además, pueden reconocer de entre gente desconocida a las personas con las que tienen relación. Se cree que esta sociabilidad especial de los canes es el resultado tanto de su domesticación como de su socialización con los humanos durante la infancia temprana del sabueso. Los autores del estudio se propusieron averiguar si los cerdos domésticos, al ser mantenidos como miembros de la familia desde una edad muy temprana, como los perros, y por su condición de animales sociales, mostrarían comportamientos similares de búsqueda de proximidad a su dueño.
Los investigadores comprobaron que tanto los cerdos como los perros preferían quedarse cerca de su dueño en lugar de estar cerca de algún objeto familiar. Cuando el dueño de la mascota estaba acompañado por una persona desconocida, los perros preferían quedarse cerca de ambos humanos en vez de estar en otro lugar de la habitación, mientras que los cerdos preferían mantenerse alejados de las dos personas, lo que podría reflejar un ligero miedo hacia el humano desconocido.
Curiosamente, la investigación también reveló una diferencia en la forma en que las dos especies se comportan cerca de su dueño humano. Los cerdos necesitaban más contacto físico: “tocaban al dueño con el hocico, de manera similar a como lo hacen con sus congéneres, y se subían al regazo de su dueño” (fuente: Eötvös Loránd/NCYT).
Volviendo al campo y sus cultivos, es bien sabido que la escasez de agua y la pérdida de fertilizantes de suelos agrícolas por escorrentía, que además acarrea la contaminación de otras zonas, son problemas cada vez más comunes en la agricultura. Al respecto, científicos de la Universidad Politécnica de Tomsk en Rusia han desarrollado un nuevo hidrogel para uso agrícola que es capaz de retener la humedad y los fertilizantes en el suelo. La diferencia del nuevo hidrogel con respecto a otros productos parecidos es que está hecho enteramente de componentes naturales y se degrada en el suelo, dando lugar a sustancias sin toxicidad para los seres humanos, los animales y las plantas.
Los hidrogeles que se utilizan en la agricultura y la silvicultura sirven para retener la humedad en el suelo, lo que afecta directamente a la germinación. También se utilizan como complemento de los fertilizantes, ya que reducen la volatilidad de éstos y, por lo tanto, controlan la dispersión indebida de los mismos.
Gracias a los hidrogeles, las plantas requieren menos riego y menos fertilizante. Eso ayuda a la conservación de agua dulce en el planeta y, por otro lado, reduce el efecto perjudicial de una presencia profusa y descontrolada de fertilizantes en el suelo.
Sin embargo, la mayoría de los hidrogeles disponibles en el mercado no son totalmente biodegradables, por lo que se les considera posibles agentes contaminantes del suelo. Aunque los componentes en sí no son tóxicos, sus formulaciones comerciales contienen trazas de residuos neurotóxicos y cancerígenos.
En cambio, el equipo de especialistas ruso utilizó proteína de suero de leche y ácido algínico como componentes primarios, éstas son sustancias asequibles, naturales y sin toxicidad, lo que le da un plus a este desarrollo (fuente: Universidad Politécnica de Tomsk).
Y si de alimentos se trata, ahora déjame contarte un poco a cerca de micoseaweed, un producto de alto contenido proteico elaborado a partir de la biomasa de un hongo marino y nutrientes de algas, en un proceso que potencia sus propiedades e incrementa su actividad antioxidante, y esperemos que también mejore su sabor.
Con el fin de generar productos a partir de biomasa, investigadores de la Universidad de Chile comenzaron a investigar y seleccionar hongos marinos con capacidad de extraer compuestos bioactivos de las algas. Hoy, gracias a sus esfuerzos, han conseguido como resultado una microproteína que potencia en 60% sus proteínas y 42% sus aminoácidos, incrementando la actividad antioxidante, características que la hacen muy valorada por la industria alimentaria.
Después de investigar y analizar hongos, se dieron cuenta del potencial que tenían por sus concentraciones de proteínas y la calidad de sus aminoácidos. Además, llegaron a la conclusión de que si bien pueden ser utilizadas para la alimentación animal, también podían servir para la alimentación humana, considerando que existe una demanda creciente de fuentes de proteínas alternativas, sostenibles y con tecnologías de procesamiento sustentables, en un proceso de economía circular.
De esta manera nace micoseaweed, que posee una baja concentración de grasa y carbohidratos, es alto en fibra y betaglucanos, junto con carbohidratos propios de las algas que son asimilables por los seres humanos y que ayudan a la microbiota para poder tener una dieta más saludable.
Este proceso, además, es amigable con el medio ambiente pues no requiere grandes gastos energéticos. No se utiliza tierra cultivable, ya que se puede hacer en tanques fermentadores (parecidos a los que se utilizan para la producción de cerveza), y tampoco requiere riego ni se utilizan fertilizantes (fuente: UCHILE / DICYT).
Y ya que estamos hablando de cosas buenas, confortadoras y asequibles, quiero platicarte sobre los alentadores resultados de unos experimentos que se llevaron a cabo en la Universidad de Harvard, en Estados Unidos, con ratones, los cuales constituyen la primera demostración de que es factible reprogramar con seguridad tejidos complejos, como las células nerviosas del ojo, para que regresen a una edad biológica más temprana. Además de reajustar el reloj de envejecimiento de las células, los investigadores han logrado revertir la pérdida de visión en los ratones que padecían un trastorno equivalente al glaucoma humano, una de las principales causas de ceguera en el mundo.
Este avance representa el primer intento exitoso de revertir la pérdida de visión inducida por el glaucoma, en lugar de simplemente detener su progresión. Si se logran los mismos resultados en estudios futuros e independientes, la estrategia podría abrir el camino hacia terapias que promuevan la reparación de los tejidos no sólo en los ojos, sino en diversos órganos, e incluso hacia terapias para revertir en los seres humanos muchas facetas del envejecimiento, así como las enfermedades relacionadas con la vejez.
Los autores advierten que sus hallazgos aún deben ser reproducidos en más experimentos, incluyendo algunos en diferentes modelos animales, antes de iniciar cualquier experimento con humanos. No obstante, añaden, los resultados ya obtenidos ofrecen una prueba de la validez general del concepto y una vía para diseñar tratamientos contra una serie de enfermedades humanas relacionadas con el envejecimiento.
El tratamiento tuvo múltiples efectos beneficiosos en el ojo. En primer lugar, promovió la regeneración de los nervios tras una lesión del nervio óptico en ratones que lo tenían dañado. En segundo lugar, revirtió la pérdida de visión en animales con un trastorno equivalente al glaucoma humano. Y en tercer lugar, revirtió la pérdida de visión vinculada a la edad en animales viejos sin esa dolencia análoga al glaucoma (fuente: DICYT).
Pero no todo es miel sobre hojuelas, pues hay un tema que parece nunca acabarse: la contaminación ambiental. De hecho, cada vez hay más datos sobre los efectos nocivos para la salud que son generados por la contaminación atmosférica causada por humos de instalaciones industriales y vehículos con motor de combustión.
Un componente habitual de la polución atmosférica lo constituyen las partículas del tipo PM2.5, que tienen diámetros de 2.5 micrómetros o más pequeños, por lo que resultan fácilmente inhalables.
Estas partículas amenazan la salud de adultos y niños y, en el caso de estos últimos, el nuevo estudio indica que también dentro de las aulas. Cada vez hay más pruebas que relacionan la exposición crónica a las partículas PM2.5 con un bajo rendimiento académico en estudiantes menores de edad. Hasta ahora, ninguna investigación había examinado el impacto de los episodios de contaminación atmosférica aguda en los picos de un día en la abundancia de partículas PM2.5.
Para los estudiantes del condado de Salt Lake, en Utah, Estados Unidos, estos episodios son una realidad peligrosa: en el último informe de la Asociación Estadounidense del Pulmón, Salt Lake City, la ciudad más grande del condado, aparece entre las diez ciudades estadounidenses con mayores picos ocasionales de abundancia de partículas PM2.5.
En el nuevo estudio, el equipo de la Universidad de Utah encontró que la mayor frecuencia de picos de abundancia de partículas PM2.5 estaba asociada con una puntuación reducida en pruebas de matemáticas y de idioma inglés en niños de 8 y 9 años de edad en todas las escuelas públicas primarias del condado de Salt Lake durante el curso 2016-2017.
Teniendo en cuenta que diversas investigaciones anteriores indican que la contaminación del aire está asociada con la inflamación de células cerebrales, los científicos plantean la necesidad de que se realicen nuevas investigaciones para examinar si las exposiciones breves, pero repetidas, a niveles altos de partículas finas podrían ser más perjudiciales para el funcionamiento del cerebro de los niños que una exposición crónica de nivel modesto.
Los autores del estudio recomiendan que se legisle para impedir que se construyan escuelas en zonas propensas a sufrir una alta contaminación. Entretanto, mejorar los sistemas de filtración de aire en las aulas podría ayudar a mitigar significativamente la entrada de partículas PM2.5 (fuente: NCYT de Amazings).