La renovación del kilogramo

CASPAR BENSON, GETTY IMAGES

El kilogramo es una reliquia de 127 años. Se trata del último patrón del Sistema Internacional de Unidades que aún consiste en un objeto físico: un cilindro de platino e iridio del tamaño de una pelota de golf, guardado a cal y canto en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas de París bajo tres campanas de vidrio y a temperatura controlada. La menor cantidad de polvo, humedad o grasa de las yemas de los dedos, así como la mínima expansión o contracción, podrían alterar la masa del cilindro. En realidad, el llamado Le Grand Kse encuentra tan bien protegido que los encargados de su custodia solo lo sacan cada 40 años para compararlo con otros prototipos de todo el mundo. Pero, aun así, resulta imposible determinar si los cambios se deben a que Le Grand K ha perdido masa o a que una de sus copias la ha ganado por efecto de la contaminación.

Stephan Schlamminger, físico del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) estadounidense, explica que esa incertidumbre en el patrón de masa supone un gran problema para la ciencia moderna, ya que numerosas tecnologías dependen de la definición precisa del kilogramo. Por esa razón, los expertos llevan decenios intentando redefinir esta unidad de masa a partir de las constantes de la naturaleza, lo que implicaría una unidad de medida estable y más accesible [véase «Revisión del Sistema Internacional de Unidades», por Robert Wynands y Ernst O. Göbel; Investigación y Ciencia, julio de 2010].

Ahora, Schlamminger y su equipo han desbrozado el camino para lograr ese objetivo basándose en la constante de Planck, el valor numérico que vincula la energía de un fotón con su frecuencia y que se relaciona con la masa a través de la famosa ecuación de Einstein E = mc². Tal y como describen en un artículo publicado hace poco en Review of Scientific Instruments, los investigadores han medido con gran precisión la constante de Planck con «balanza de vatios» de alta tecnología. Para ello, colocaron una masa de valor conocido en un extremo de la balanza y la equilibraron enviando una corriente eléctrica por una bobina móvil de alambre suspendida en un campo magnético. Se valieron entonces del valor de esa fuerza electromagnética para medir la constante de Planck con una precisión de 34 partes en mil millones.

Con todo, antes de que llegue una redefinición del kilogramo basada en la constante de Planck, numerosos equipos tendrán que haber publicado sus mediciones independientes para julio de 2017. En la Conferencia General de Pesos y Medidas de 2018 se evaluarán los datos de cada grupo, así como una determinación efectuada a partir de los átomos contenidos en una esfera de silicio. Después, un complejo programa de ordenador cribará los números para llegar a un valor final. Solo entonces podrá Le Grand K retirarse al Louvre, junto al viejo patrón del metro y otros artefactos.

Knvul Sheik para I&C

La componente auditiva del autismo

THOMAS FUCHS

«La cara es el espejo del alma», según el viejo dicho. Sin embargo, las personas con autismo no suelen saber cuándo un rostro transmite emociones (felicidad o tristeza, por ejemplo), algo que muchos investigadores interpretan como un indicio de que, en el autismo, el procesamiento de la información social sufre grandes carencias. Sin embargo, también la voz proporciona pistas emocionales. Y, según varios estudios recientes, las personas con autismo pueden reconocer en ella sentimientos y otros rasgos de humanidad tan bien o incluso mejor que los individuos neurotípicos.

Andrew Whitehouse, director de investigación sobre el autismo en el Instituto Telethon Kids, en Australia, objeta que se trata de estudios pequeños y centrados exclusivamente en adultos con altas capacidades, por lo que no son necesariamente representativos de toda la población con autismo. Helen Tager-Flusberg, catedrática de psicología y ciencias del cerebro en la Universidad de Boston, añade que el éxito en pruebas de laboratorio no implica que el resultado pueda trasladarse a las interacciones sociales del mundo real. No obstante, dichos estudios apuntan a que, al menos en algunos grupos y en ciertas situaciones, el déficit en la identificación de emociones podría reducirse principalmente a la visión. «Desde una perspectiva tarapéutica se trata de una muy buena noticia», señala Kevin Pelphrey, director del Instituto del Autismo y Trastornos del Neurodesarrollo de la Universidad George Washington. «Es mucho más fácil ayudar a alguien a superar una incapacidad para leer emociones en los rostros que tratar una carencia fundamental en el entendimiento de las emociones en todas sus modalidades.»

TRES ESTUDIOS SOBRE EL AUTISMO Y LAS EMOCIONES
Daniel Jevitt, del Instituto Nathan Kline de Investigaciones Psiquiátricas del estado de Nueva York, y sus colaboradores mostraron a los participantes fotografías de rostros que expresaban felicidad, tristeza, miedo o ira. Los 19 sujetos con autismo no identificaron bien esas emociones. Sin embargo, al oír grabaciones de voces que transmitían sentimientos parecidos, esos mismos participantes acertaron tan bien como el grupo de control. Los resultados aparecieron publicados en agosto en Journal of Psychiatric Research.

Tamami Nakano, neurocientífico de la Universidad de Osaka, y sus colaboradores pidieron a 14 participantes que puntuasen voces que cantaban, tanto reales como generadas por ordenador. Aunque las valoraciones del grupo con autismo y del grupo de control difirieron en las voces reales, los sujetos con autismo otorgaron a las voces artificiales la misma baja nota en humanidad y cualidades emocionales que los voluntarios neurotípicos. El trabajo fue publicado el pasado mes de agosto en Cognition.

Un equipo dirigido por I-Fan Lin, de la Universidad Metropolitana de Tokio, midió la rapidez con que varias personas determinaban si un sonido procedía de un ser humano o no. Los ejemplos incluían una nota emitida por un violín y una persona que pronunciaba la vocal «i». Los 12 participantes con autismo no solo realizaron la tarea más deprisa que los neurotípicos, sino que lo hicieron mejor: reconocían las voces humanas incluso cuando faltaban importantes componentes acústicos. Los resultados aparecieron en mayo en Scientific Reports.

Anne PyCha para I&C

Un banco de lágrimas

Comparadas con otras secreciones corporales, las lágrimas apenas están estudiadas. La recolección de las gotas saladas es ardua: los donantes llorones escasean, los hombres raramente se prestan voluntarios a la labor y las lágrimas han de ser frescas para poder analizar debidamente su composición. De resultas de todo ello, los investigadores no se ponen de acuerdo en la finalidad de esta conducta humana. ¿Es el lloro una forma primitiva de comunicación que presentan numerosas especies, como algunos químicos suponen? ¿O es, como proponen los psicólogos, un singular instrumento humano para mantener la cohesión social? El neurobiólogo israelí Noam Sobel tiene un plan para ahondar en la cuestión. Ha perfeccionado un método para ultracongelar las lágrimas y pretende crear un banco de lágrimas destinado a los investigadores de todo el mundo.

Sobel, que trabaja en el Instituto Weizmann de Ciencia en Rejóvot, descubrió en 2011 que las lágrimas femeninas contienen feromonas que reducen los niveles de testosterona de los varones cercanos. Pero las investigaciones han avanzado a paso de tortuga porque las moléculas se degradan con facilidad.

A fin de conservar intacta la composición de las lágrimas, Sobel y su equipo han ideado un método de congelación ultrarrápida a base de nitrógeno líquido que reduce rápidamente la temperatura de la muestra de gotas por debajo de –80 grados centígrados. El proceso conserva la mayoría de los compuestos de la lágrima, aseguran los inventores, que prevén publicar sus resultados a finales de año. A continuación pondrán en marcha un archivo criogénico de lágrimas, clasificadas por su origen, que estará abierto a encargos en línea. «A semejanza de los bancos de muestras de líquido amniótico, sangre y orina, en el futuro dispondremos de un banco de lágrimas», explica Sobel. «Ello nos permitirá completar los estudios en dos semanas, en lugar de seis meses.»

El banco ofrece posibilidades fabulosas, según Saad Bhamla, bioingeniero de la Universidad Stanford que a menudo emplea lágrimas de animales para investigar de qué modo estas crean una película protectora sobre el globo ocular. Como ejemplos de aplicaciones, destaca el interés de Silicon Valley por las lentes de contacto que imiten los visores integrados en el parabrisas, entre otras funciones, y el creciente aumento de la sequedad ocular causada por las largas horas frente a la pantalla del ordenador.

Sobel espera que los estudiosos interesados puedan escoger del archivo lágrimas por edad y sexo; por ejemplo, 200 muestras de varones blancos, de 18 a 25 años de edad. Este acceso personalizado aceleraría los experimentos que abordan numerosas incógnitas acerca de la bioquímica del lloro: ¿influyen las lágrimas en el humor o el apetito? ¿Son distintas las masculinas de las femeninas? ¿En qué se parecen las lágrimas emocionales de las que no lo son, causadas, por ejemplo, al cortar cebollas? Y es que, para Sobel, cuantas más personas lloren, mejor.

Noah Cadwell para I&C

Sangre delatora

El ADN hallado en el escenario del crimen ayuda a los peritos medicolegales a descubrir la identidad de los sospechosos. La información genética puede arrojar una coincidencia en una base de datos policial o aportar pistas sobre los rasgos físicos, como el color de los ojos o del cabello. Pero el análisis del ADN lleva su tiempo y eso es todo un lujo en muchas ocasiones. Jan Halámek, químico de la Universidad de Nueva York en Albany, investiga nuevas formas de reducir rápidamente el número de sospechosos: su descubrimiento más reciente es un marcador bioquímico de la sangre que indica la edad aproximada de una persona.

La enzima fosfatasa alcalina (ALP) se libera durante el crecimiento óseo y suele alcanzar el máximo a los 18 años en la mujer y a los 19 en el varón, para disminuir a partir de entonces con la edad. Tal y como describen en Analytical Chemistry, Halámek y sus colaboradores recurren a ella como un indicador indirecto de la edad. Hasta el momento han logrado predecir con una precisión del 99 por ciento si una muestra ficticia de sangre enriquecida con diversas concentraciones de ALP procedía de una persona sana mayor o menor de 18 años. Halámek intenta ahora acotar aún más la franja de edad.

El estudio era pequeño (se realizó con menos de 200 muestras) y la estrategia todavía no se ha puesto a prueba en situaciones reales. Además, ya existen métodos basados en el análisis del ADN, más lentos, que indican con más precisión la edad, aclara Manfred Kayser, biólogo molecular del centro médico Erasmus, en los Países Bajos. Pero Halámek cree que su prueba podría complementar los análisis existentes y de otro tipo. Espera que las pruebas enzimáticas acaben dando los resultados en el acto, como las modernas pruebas de la glucosa y de embarazo, que se efectúan donde está el paciente. Si se hallan niveles elevados de ALP, explica, los investigadores podrán descartar con rapidez a los sospechosos de cierta edad. Así se podrán excluir muchísimas muestras sin que sea necesario remitirlas al laboratorio de genética.

En experimentos previos, su equipo descubrió que otros biomarcadores, como la creatina cinasa y la alanina aminotransferasa, permiten averiguar si la sangre pertenece a un hombre o a una mujer.

Peter Andrey Smith para I&C

Moléculas especulares en el espacio

Las moléculas quirales son aquellas que existen en dos variantes: cada una es la imagen especular de la otra y, de manera similar a lo que ocurre con nuestras manos, no pueden superponerse. Sin embargo, la vida parece preferir las moléculas de una sola quiralidad. El ADN común, por ejemplo, se retuerce en el sentido en que giran las agujas del reloj, como un tornillo que se enrosca a derechas. Por el contrario, casi todos los aminoácidos adoptan la quiralidad opuesta. ¿Por qué una u otra? «Está bastante bien establecido que, una vez que hay un exceso [de una de las quiralidades], la vida prefiere esa», explica Brett McGuire, astroquímico del Observatorio Nacional de Radioastronomía de Charlotesville, en Virginia. Si, por ejemplo, las dos variantes fuesen comunes en el ADN, sus hebras no empalmarían y seguramente la vida no hubiese llegado muy lejos.

Es posible que ese exceso de moléculas de cierta quiralidad se deba a que tales variantes fueron las que los meteoritos trajeron a la Tierra. Otra hipótesis, en cambio, postula que el origen de la quiralidad sería mucho más antiguo. Tal y como explican en un artículo publicado recientemente en Science, McGuire y sus colaboradores han descubierto una molécula quiral en el espacio interestelar: el compuesto, óxido de propileno, fue avistado en Sagitario B, una nube de gas y polvo cercana al centro de la Vía Láctea.

Según P. Brandon Carroll, del Instituto de Tecnología de California y uno de los autores del artículo, el hallazgo demuestra que ya había moléculas quirales «mucho antes de que existiesen los sistemas planetarios». Si en su mayoría tales moléculas eran «diestras», habrían podido desencadenar la formación de otras moléculas semejantes antes de que el Sol brillase, entre las que en última instancia se encontraría el ADN. Si sucedió así, ese excedente de moléculas diestras sería un componente de la química terrestre desde la formación del planeta, no uno añadido después por los meteoritos. Stefanie Milam, astroquímica de la NASA, señala que las consecuencias para la astrobiología son «enormes», pues el descubrimiento apunta a que la compleja química asociada a la vida estaría presente, al menos en parte, en otros lugares del universo.

Otros se muestran más escépticos. Según Sandra Pizzarello, bioquímica de la Universidad estatal de Arizona que ha estudiado las moléculas quirales en los meteoritos, no es fácil conectar las observaciones mencionadas con la quiralidad del ADN. Según ella, sigue quedando en el aire qué ocurre en el largo proceso que media entre las nubes moleculares y el origen de la vida. Ahora, McGuire se propone comprobar si la mayoría de las moléculas de óxido de propileno son diestras o zurdas.

AMANDA MONTAÑEZ

Nathan Collins para I&C

El diccionario visual del cerebro

Cuando los niños aprenden a leer repasan laboriosamente cada letra —G-A-T-O—, antes de enlazarlas mentalmente y vincular el resultado con una palabra y su significado. A fuerza de práctica, empero, comenzamos a reconocer las palabras a primera vista. De hecho, nuestro cerebro compila un diccionario visual que almacena en el lóbulo temporal posterior, junto al área que reconoce los rostros, según un nuevo estudio publicado en Neuroimage. Este diccionario acaba reemplazando las responsabilidades del centro del habla del cerebro, afirman los especialistas, y es esencial para dominar la lectura.

Laurie Glezer, investigadora posdoctoral de la Universidad estatal de California en San Diego, y sus colaboradores han analizado la actividad cerebral de 27 participantes (anglohablantes nativos y monolingües, con un nivel avanzado de lectura) mientras leían homófonos, palabras que suenan igual pero cuyo significado es distinto, como vello y bello. Han descubierto que los homófonos estimulan distintos grupos de neuronas del lóbulo temporal posterior, observación que sugiere la existencia de «entradas» visuales distintas para las palabras. Si el cerebro estuviese evaluando los homófonos se activaría el mismo grupo de neuronas.

«De este trabajo se deduce que puede haber regiones que procesen por separado los aspectos visuales y fonéticos, ambos fundamentales para la lectura», aclara Glezer.

Los resultados del estudio podrían servir para diseñar nuevas técnicas de enseñanza. «En el debate acerca del mejor modo de aprender a leer impera la idea de que la fonética es el camino a seguir», afirma Maximilian Riesenhuber, director del Laboratorio de Neurociencia Cognitiva Computacional del Centro Médico de la Universidad de Georgetown y uno de los autores del artículo. En su opinión, este estudio la refuta, porque revela que los lectores expertos elaboran un vocabulario visual al cual recurren cuando ven una palabra familiar como un todo.

De modo similar, la investigación podría esclarecer aspectos sobre la dislexia, destaca Fumiko Hoeft, profesora de psicología de la Universidad de California en San Francisco, ajena al estudio. Tal vez las personas afectadas por este trastorno de la lectura tengan problemas para elaborar o acceder al diccionario visual. En estos momentos, empero, resulta difícil decir dónde radica el defecto, aclara Glezer. La investigadora planea ahora estudios similares en que participen personas disléxicas y otras que sean sordas, que también suelen tener dificultades en el aprendizaje de la lectura.

Roni Jacobson para I&C

Los efectos térmicos sobre la supervivencia de las arañas varían según su personalidad

Las colonias de arañas con diversas personalidades presentan un mayor éxito ante los cambios de temperatura extremos.

Behavioral Ecology

Un ejemplar macho de araña Anelosimus studiosus se acerca a su presa. [Alex Wild]

De la misma manera que las personas, los animales también tienen su personalidad. En este contexto, algunas de las grandes preguntas que intentan resolver los investigadores son: de dónde surge esa diferencia, de qué depende y cómo se mantiene. En fecha reciente, un equipo de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill ha descubierto un beneficio de la variedad de personalidades en Anelosimus studiosus, una especie de araña social: esa diferencia ayuda a proteger a las colonias de los cambios de temperatura extremos.

«Vivimos en un momento de cambio global, y los científicos están viendo que estos cambios pueden tener un gran impacto sobre organismos individuales y grupos de organismos. Sin embargo, se ha estudiado poco la personalidad de los individuos y cómo las personalidades de los grupos pueden alterar su respuesta a esos cambios, sobre todo en los ambientes de temperatura diferentes», señala Spencer Ingley, uno de los autores del trabajo.

La especie Anelosimus studiosus vive, entre otras lugares del continente americano, en Carolina del Norte, y sus individuos se caracterizan por una de dos personalidades: son dóciles o altamente agresivos. Ahora bien, dentro de la colonia comparten el espacio vital así como las tareas de cuidado de las crías y captura de las presas.

Mejor mezcladas

Los investigadores analizaron el efecto que la temperatura ejercía en la capacidad de las arañas para sobrevivir y reproducirse como individuo y dentro de una colonia. Para ello las sometieron a condiciones ambientales de algo más de 23 ⁰C y a casi 34 ⁰C. Según constataron, la temperatura alta influía de manera negativa en las arañas agresivas, pues sus posibilidades de sobrevivir y reproducirse disminuían; en cambio, las arañas dóciles se reproducían mejor y su capacidad de supervivencia aumentaba a temperaturas más altas. Los investigadores observaron el mismo patrón cuando las colonias estaban formadas solo por individuos agresivos o únicamente por ejemplares dóciles.

Sin embargo, cuando la colonia contaba con animales de ambas personalidades, es decir, arañas agresivas y dóciles, las primeras no morían a temperaturas altas. Asimismo, las dóciles sobrevivían a temperaturas más frías. En otras palabras, ninguna araña agresiva era capaz de reproducirse a 33 ⁰C y la mayoría de ellas moría a esa temperatura, pero cuando se incorporaban arañas dóciles al grupo, las agresivas prosperaban en esas condiciones ambientales.

«Algunos aspectos de la vida en una sociedad diversa protegen a estas arañas agresivas de presiones selectivas que de otro modo las mataría», indica Ingley. «Sin esas personalidades diversas, estas sociedades de arañas serían más vulnerables a las fluctuaciones extremas de temperatura. Resulta interesante plantearse si nuestras propias sociedades podrían beneficiarse de la diversidad de una manera similar», concluye.

Más información en Behavioral Ecology

Fuente: Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill