viernes, 12 de agosto de 2011

La misión Juno a Júpiter. Cambios debidos a terapia en niños disléxicos. Un gene que da lugar a la resistencia muscular.

Notas para Vox Populi de la Ciencia

Radio Bemba

(10 de agosto de 2011)

I. La misión Juno de la Nasa hacia Júpiter.

La Agencia Espacial de los Estados Unidos, conocida simplemente como NASA por sus siglas en inglés, lanzó este 5 de agosto una nave espacial hacia Júpiter. El nombre de la misión es Juno y se planea que arribe a Júpiter en el año 2016, después de una travesía que le llevará cinco años. En ese trayecto, seguirá una colección de órbitas con forma de elipse.

La nave se encuentra actualmente en órbita en torno a la Tierra y será modificada por una órbita muy larga, pero también en torno a nuestro planeta, que hará a este satélite artificial acercarse a la órbita solar de Júpiter, pero en un momento en que ese planeta gigante no se encuentra allí todavía.
La nave regresará cerca de la Tierra en octubre de 2013 y se volverá a alejar. Cuando se aleje para acercarse a la órbita de Júpiter realizará pequeñas modificaciones para pasar a una órbita alrededor del Sol.
Con esa nueva órbita llegará hasta el campo gravitacional de Júpiter y entrará en órbita alrededor de ese planeta en julio de 2016.
La nave Juno realizará 33 órbitas en torno a Júpiter para terminar su misión en octubre de 2017.

Una simulación muy didáctica de la trayectoria de la nave Juno se encuentra en youtube escribiendo: “Juno spacecraft trajectory animation”. Es altamente recomendable consultarla para tener una idea de las técnicas usadas en los viajes espaciales.

Lo que se hace con estas naves es colocarlas en motores muy poderosos, que gastan mucha energía para ponerlas a orbitar en torno a la Tierra. Posteriormente, otros motores menores de tamaño las cambian a una órbita en torno al Sol. En esta segunda acción se vuelve a gastar energía y después de eso la nave se mantiene orbitando. Esta última órbita está calculada para que la nave intersecte con el planeta que se desea. Toda la energía gastada proviene de sustancias químicas similares a la gasolina, que son quemadas en motores para producir gases a más de 3 mil grados celsius de temperatura. Esos gases escapan de una cámara de combustión y por el principio de conservación del momento, cuando el gas sale rápidamente en una dirección, la nave se mueve en la dirección contraria.

La órbita alrededor de Júpiter está seleccionada para que sea muy alargada, lo cual en palabras típicas de la teoría física que se usa para calcularlas, llamada mecánica celeste, se llama órbita con excentricidad muy grande. La excentricidad es un número que se estudia en la geometría analítica y sirve para clasificar la forma de un tipo de curvas llamadas cónicas, entre las cuales se encuentran: la elipse, la circunferencia, la parábola y la hipérbola.

Además está orientada de tal forma que se pueda evitar el cinturón de alta radiación de Júpiter, formada por iones de moléculas y átomos, además de electrones, moviéndose a gran velocidad. La radiación es tan intensa que podría inutilizar los instrumentos de la nave. Esas partículas cargadas se llaman plasma.

A pesar de que la órbita ha sido seleccionada de la mejor manera posible, la radiación sobre la nave Juno será cien millones de veces superior a la producida por un aparato de rayos X de los usados por los dentistas.

Para proteger los instrumentos de medición, estos han sido colocados dentro de una cubierta de titanio, lo cual hará que la radiación sea 800 veces menor adentro de la nave que afuera. Haciendo cálculos encontramos que los aparatos de la nave Juno recibirán una radiación 125 mil veces mayor que las producidas por los sistemas de radiografía dentales de rayos X.

Una vez terminada la misión, la nave Juno será enviada hacia la atmósfera de Júpiter, donde se incendiará como lo hacen los meteoritos. Así, los expertos que diseñaron la misión cuidaron de no poner en peligro que en algún momento se estrelle contra alguna de las lunas de Júpiter, lo cual pondría en peligro alguna presunta forma de vida.

La nave mide 20 metros de diámetro con sus paneles de energía solar completamente desplegados y tiene una altura de 4.5 metros. Los instrumentos con los que va equipada son los siguientes:
Un conjunto de aparatos para medir la intensidad del campo gravitacional de Júpiter y también el campo magnético de ese planeta. Con los datos obtenidos se diseñara un mapa para saber cuál es la forma en que varían estos dos campos en la cercanía de Júpiter.
Un medidor de intensidad de las microondas, además de otras propiedades que tiene esta forma de radiación electromagnética. Así se espera detectar cuánto oxígeno hay disponible en la atmósfera de Júpiter, y también, se podrá detectar si hay agua en ella.
Se medirán los campos eléctricos y unas perturbaciones en el plasma que existe alrededor de Júpiter. Estas modificaciones son ondas y se espera saber cómo están relacionadas esas ondas con la atmósfera de Júpiter.
También habrá cámaras que detectan dos formas de radiación electromagnética que no podemos ver: los rayos infrarrojos y los rayos ultravioletas, que son como la luz visible a nuestros ojos, pero con energías diferentes. Será posible usar técnicas de espectroscopía para detectar cuáles son los elementos químicos presentes en la atmósfera.
¿Pero qué son las técnicas de espectroscopía? Con ellas se miden las longitudes de onda de las ondas electromagnéticas emitidas o absorbidas por los elementos químicos. Se grafican las intensidades de esas radiaciones y se localizan picos de alta intensidad que permiten saber cuáles son las sustancias químicas que los producen debido a que cada una de ellas tiene su propia huella; así como nosotros tenemos nuestra huella digital, o nuestro ADN, que permiten identificarnos.
Además hay una cámara para luz visible, que tomarán fotografías con acercamientos de la superficie de Júpiter. Es similar a las cámaras web y se llama JunoCam.
Quien desee información más detallada puede consultar el sitio de la NASA dedicado a la misión Juno.

En lo referente a las mediciones del campo gravitacional y magnético, esperan medir una predicción de la Relatividad General que se llama efecto de Lense y Thirring, del cual ya hablamos en el programa de Vox Populi de la Ciencia del 29 de junio de 2011. En esa ocasión mencionamos que fue descubierto en 1918 por los físicos austriacos Josef Lense y Hans Thirring.

En aquel programa explicamos que estos científicos estudiaron una formulación matemática de la gravitación que fue desarrollada por Albert Einstein entre 1911 y 1915. Razonando con argumentos matemáticos pudieron demostrar que existe un fenómeno que ahora se llama gravito-magnetismo. Consiste en que un cuerpo con una gran masa que está rotando en torno a un eje propio, hace que un pequeño satélite que gira a su alrededor ejecute unos movimientos oscilatorios similares a los que podemos observar en un trompo que ponemos a girar en suelo plano.

II El ejercicio de la lectura por parte de niños disléxicos, modifica el volumen de la materia gris.

Antes de exponer este hallazgo conviene explicar qué es la dislexia. Se llama así a la dificultad para el aprendizaje que presentan algunas personas durante la niñez. La dislexia se manifiesta como una dificultad para el aprendizaje. La persona tiene dificultades para comprender con precisión, leer y deletrear palabras. También presenta problemas en el manejo de su memoria auditiva de corto plazo y se le complica el seguimiento de instrucciones.

Los científicos Anthony Krafnick, Lynn Flowers, Eileen Napoliello y Guinevere Eden, han publicado un artículo en el cual sostienen que han podido demostrar que niños con problemas de dislexia lograron leer con más fluidez y mejoraron su conducta después de practicar en forma intensiva la lectura.

También han demostrado que ese entrenamiento intensivo, mejoró varias habilidades cognitivas y sensomotrices, pero el hallazgo más interesante es que se produjeron cambios en el volumen de la materia gris. Ellos utilizaron un método de medición que se llama morfometría basada en voxels.

La palabra morfometría significa medida de formas, mientras que un voxel es una cantidad de cubitos en las imágenes que se obtienen por medio de resonancia magnética, de tomografía de emisión de positrones, o de otros medios útiles para estudiar el interior de organismos vivos.

Once niños disléxicos fueron analizados durante ocho semanas de entrenamiento. Se prestó atención a las imágenes percibidas por ellos, a la conexión de trazos de letras, de grupos de letras y de palabras y se observaron sus avances favorables en la habilidad para leer y para representarse las imágenes correspondientes. A la vez, se revisaron las mediciones del volumen de su materia gris, encontrando que se empezaron a presentar cambios en varias partes del cerebro. En especial, enumeran las siguientes:
Circunvolución fusiforme, una región del cerebro que, si consideramos que la persona está de pié, se encuentra en la parte inferior del cerebro.
El hipocampo, una parte del cerebro localizada en el centro del mismo, en la parte que le llaman cerebro límbico y que interviene en el manejo y control de la memoria corta y de la memoria larga. En las personas estudiadas se observó aumento en el volumen de la parte derecha del hipocampo.
El precuneo, una región que se encuentra entre los pliegues del lóbulo parietal, que regula el bostezo y se piensa también que juega un papel importante en los procesos de reflexión de las personas.
El cerebelo, una región del cerebro que conecta la masa encefálica con la médula cerebral y que reúne los nervios que transmiten las sensaciones y las órdenes para los movimientos. La parte que aumentó de volumen en los niños observados fue la parte que se encuentra hacia la derecha y hacia adelante de esta parte del cerebro.

Los investigadores hacen ver que los cambios ocurrieron en la etapa en que se realizaba el trabajo de lectura y de entrenamiento de habilidades. Los investigadores pertenecen al Centro de Estudios del Aprendizaje del Centro Médico de la Universidad de Georgetown, en Washington, Distrito de Columbia, Estados Unidos y el artículo se llama “Gray matter volume changes following reading intervention in dyslexic children”, que podemos traducir como: “Cambios en el volumen de la materia gris siguiendo intervención de lectura en niños disléxicos”.
Fuente: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1053811910013558

III. Identifican un gene que regula la resistencia al cansancio en los ratones. Si se encuentra algo similar en los humanos, podría ser una de las diferencias entre los atletas olímpicos y quienes no tienen el mismo éxito deportivo.

Investigadores de la Universidad de Pensilvania y de otras instituciones reportan que han encontrado en ratones de laboratorio un gene que codifica una proteína llamada Interleukin-15 receptor alfa, que de manera concisa llaman IL-15R-alfa. Actúa en la fisiología muscular pero no se conoce claramente cuáles son las funciones que realiza.

Fisiología es un término formado del vocablo griego physis, que significa naturaleza, y de logos, cuyo significado es estudio. El objetivo es estudiar cómo funcionan los seres multicelulares y modernamente se apoya en la comprensión de la química y de la biología para comprender los procesos que ocurren en los organismos vivos. En especial la fisiología muscular tiene como propósito comprender los procesos biológicos y químicos que ocurren en los músculos.

El estudio apareció recientemente en la edición en línea de la revista científica Journal of Clinical Investigation y los autores consideran que su trabajo tiene importancia en el desarrollo de actividades para el mejoramiento muscular, en los estados de enfermedades tales como desórdenes metabólicos, obesidad y envejecimiento.

Los autores reportan que encontraron que los ratones que carecían de ese gene corrían seis veces más distancia que los ratones normales pertenecientes al grupo de control. Como hemos explicado en programas previos, hay músculos lentos y músculos rápidos, siendo estos últimos los usados para la velocidad. Los campeones de 100 metros planos en atletismo, o de 50 y de 100 metros de nado libre en natación, tienen esta clase de músculos.

Los ratones que carecían del gene que codifica la proteína IL-15 alfa presentaban una diferencia respecto de los ratones del grupo de control (o ratones normales) porque sus fibras musculares rápidas empezaban a conducirse como lo hacen las fibras musculares lentas, que son más resistentes.

Los autores explican que los músculos rápidos tienen un número más grande de fibras y también un número mayor de núcleos por cada fibra. Plantean que, de ocurrir algo similar en los humanos, mostraría una ventaja específica en los atletas que muestran esta carencia del gene codificador de la proteína IL-15 alfa.

Cuando no se dispone de ese gene, aparece una reprogramación de la actividad fisiológica del músculo, generándose así un tipo diferente de fibras musculares.

El trabajo fue realizado por once investigadores de seis instituciones distintas y fue publicado, como ya mencionamos, en The Journal of Clinical Investigation, este primero de agosto de 2011.
Fuente: http://www.jci.org/articles/view/44945
http://www.sciencedaily.com/releases/2011/07/110718121555.htm

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