Horoscopo
Desvela los misterios de cómo funciona la vida
Por
Mirar la vida a escala atómica proporciona una comprensión más completa del mundo macroscópico.
La biología cuántica explora cómo los efectos cuánticos influyen en los procesos biológicos, lo que podría conducir a avances en medicina y biotecnología. A pesar de la suposición de que los efectos cuánticos desaparecen rápidamente en los sistemas biológicos, la investigación sugiere que estos efectos juegan un papel clave en los procesos fisiológicos. Esto abre la posibilidad de manipular estos procesos para crear dispositivos terapéuticos no invasivos controlados a distancia. Sin embargo, lograr esto requiere un nuevo enfoque interdisciplinario de la investigación científica.
Imagine usar su teléfono celular para monitorear la actividad de sus propias células para tratar lesiones y enfermedades. Suena como algo salido de la imaginación de un escritor de ciencia ficción demasiado optimista. Pero eso podría algún día ser una posibilidad gracias al campo emergente de la biología cuántica.
En las últimas décadas, los científicos han logrado avances increíbles en la comprensión y manipulación de sistemas biológicos a escalas cada vez más pequeñas, desde plegamiento de proteínas para Ingeniería genética. Y, sin embargo, apenas se comprende hasta qué punto los efectos cuánticos influyen en los sistemas vivos.
Los efectos cuánticos son fenómenos que ocurren entre átomos y moléculas que no pueden ser explicados por la física clásica. Se sabe desde hace más de un siglo que las reglas de la mecánica clásica, como las leyes del movimiento de Newton, descomponerse a escala atómica. En cambio, los objetos diminutos se comportan de acuerdo con un conjunto diferente de leyes conocidas como Mecánica cuántica.
La mecánica cuántica describe las propiedades de los átomos y las moléculas.
Para los humanos, que solo pueden percibir el mundo macroscópico, o lo que es visible a simple vista, la mecánica cuántica puede parecer contraria a la intuición y algo mágica. En el mundo cuántico están sucediendo cosas que no esperarías, como electrones «túneles» a través de diminutas barreras de energía y aparecer ileso en el otro lado, o estar en dos lugares diferentes al mismo tiempo en uno fenómeno llamado superposición.
estoy entrenado como ingeniero cuántico. La investigación en mecánica cuántica está generalmente orientada a la tecnología. Sin embargo, y algo sorprendente, cada vez hay más pruebas de que la naturaleza, una ingeniera con miles de millones de años de práctica, ha aprendido a utilizar la mecánica cuántica para trabajar de manera óptima. Si esto es cierto, significa que nuestra comprensión de la biología es radicalmente incompleta. También significa que posiblemente podríamos controlar los procesos fisiológicos utilizando las propiedades cuánticas de la materia biológica.
El quantismo en biología es probablemente real
Los investigadores pueden manipular los fenómenos cuánticos para crear una mejor tecnología. De hecho, ya vives en un mundo de la energía cuántica: desde punteros láser hasta[{» attribute=»»>GPS, magnetic resonance imaging and the transistors in your computer – all these technologies rely on quantum effects.
In general, quantum effects only manifest at very small length and mass scales, or when temperatures approach absolute zero. This is because quantum objects like atoms and molecules lose their “quantumness” when they uncontrollably interact with each other and their environment. In other words, a macroscopic collection of quantum objects is better described by the laws of classical mechanics. Everything that starts quantum dies classical. For example, an electron can be manipulated to be in two places at the same time, but it will end up in only one place after a short while – exactly what would be expected classically.
Los electrones pueden estar en dos lugares al mismo tiempo, pero eventualmente terminarán en un solo lugar.
En un sistema biológico complicado y ruidoso, por lo tanto, se espera que la mayoría de los efectos cuánticos se desvanezcan rápidamente, barridos en lo que el físico Erwin Schrödinger llamó el “ambiente cálido y húmedo de la célula.” Para la mayoría de los físicos, el hecho de que el mundo viviente opere a altas temperaturas y en entornos complejos implica que la física clásica puede describir de manera adecuada y completa la biología: sin cruce de barreras funky, sin presencia simultánea en varios lugares.
Los químicos, sin embargo, han suplicado durante mucho tiempo estar en desacuerdo. La investigación sobre reacciones químicas básicas a temperatura ambiente muestra sin ambigüedades que proceso que ocurre dentro de las biomoléculas como las proteínas y el material genético son el resultado de efectos cuánticos. Es importante destacar que estos efectos cuánticos nanoscópicos de corta duración son consistentes con la conducción de ciertos procesos fisiológicos macroscópicos que los biólogos han medido en células y organismos vivos. La investigación sugiere que los efectos cuánticos influyen en las funciones biológicas, incluyendo regulación de la actividad enzimática, detectar campos magnéticos, Metabolismo celular Y transporte de electrones en biomoléculas.
Cómo estudiar biología cuántica
La tentadora posibilidad de que los efectos cuánticos sutiles puedan alterar los procesos biológicos presenta una frontera emocionante y un desafío para los científicos. Estudiar los efectos de la mecánica cuántica en biología requiere herramientas capaces de medir escalas de tiempo cortas, escalas de longitud pequeñas y diferencias sutiles en los estados cuánticos que dan lugar a cambios fisiológicos, todo integrado en un entorno de laboratorio húmedo tradicional.
En mi trabajo, construyo instrumentos para estudiar y controlar las propiedades cuánticas de cosas pequeñas como los electrones. Así como los electrones tienen masa y carga, también tienen propiedad cuántica llamada espín. El espín define cómo interactúan los electrones con un campo magnético, de la misma manera que la carga define cómo interactúan los electrones con un campo eléctrico. Los experimentos cuánticos que he construido desde la escuela de doctoradoy ahora en mi propio laboratorio, pretendo aplicar campos magnéticos hechos a medida para alterar espines de electrones particulares.
La investigación ha demostrado que muchos procesos fisiológicos están influenciados por campos magnéticos débiles. Estos procesos incluyen desarrollo de células madre Y maduración, tasa de proliferación celular, reparación de material genético Y muchos otros. Estas respuestas fisiológicas a los campos magnéticos son consistentes con las reacciones químicas que dependen del giro de electrones particulares en las moléculas. La aplicación de un campo magnético débil para alterar los espines de los electrones puede controlar eficazmente los productos finales de una reacción química, con importantes consecuencias fisiológicas.
Las aves usan efectos cuánticos en la navegación.
Actualmente, la falta de comprensión de cómo funcionan estos procesos en[{» attribute=»»>nanoscale level prevents researchers from determining exactly what strength and frequency of magnetic fields cause specific chemical reactions in cells. Current cellphone, wearable and miniaturization technologies are already sufficient to produce tailored, weak magnetic fields that change physiology, both for good and for bad. The missing piece of the puzzle is, hence, a “deterministic codebook” of how to map quantum causes to physiological outcomes.
In the future, fine-tuning nature’s quantum properties could enable researchers to develop therapeutic devices that are noninvasive, remotely controlled and accessible with a mobile phone. Electromagnetic treatments could potentially be used to prevent and treat disease, such as brain tumors, as well as in biomanufacturing, such as increasing lab-grown meat production.
A whole new way of doing science
Quantum biology is one of the most interdisciplinary fields to ever emerge. How do you build community and train scientists to work in this area?
Since the pandemic, my lab at the University of California, Los Angeles and the University of Surrey’s Quantum Biology Doctoral Training Centre have organized Big Quantum Biology meetings to provide an informal weekly forum for researchers to meet and share their expertise in fields like mainstream quantum physics, biophysics, medicine, chemistry and biology.
Research with potentially transformative implications for biology, medicine and the physical sciences will require working within an equally transformative model of collaboration. Working in one unified lab would allow scientists from disciplines that take very different approaches to research to conduct experiments that meet the breadth of quantum biology from the quantum to the molecular, the cellular and the organismal.
The existence of quantum biology as a discipline implies that traditional understanding of life processes is incomplete. Further research will lead to new insights into the age-old question of what life is, how it can be controlled and how to learn with nature to build better quantum technologies.
Written by Clarice D. Aiello, Quantum Biology Tech (QuBiT) Lab, Assistant Professor of Electrical and Computer Engineering, University of California, Los Angeles.
This article was first published in The Conversation.
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Horoscopo
Las rocas debajo de la capa de hielo de la Antártida revelan un pasado sorprendente
El campamento de campo en el glaciar Thwaites donde se basó el equipo para la perforación. Crédito: Greg Balco (Centro de Geocronología de Berkeley)
Investigadores internacionales[{» attribute=»»>Thwaites Glacier Collaboration found that the West Antarctic Ice Sheet had been thinner in the past and had regrown, suggesting that glacial retreat could be reversed. The study used rock samples to show that ice near Thwaites Glacier was at least 35 meters thinner in the last 5000 years and took a minimum of 3000 years to reach its current size. However, this recovery timeframe poses concerns given the expected impact of sea level rise due to imminent climate change.
The West Antarctic Ice Sheet is shrinking, with many glaciers across the region retreating and melting at an alarming rate. However, this was not always the case according to new research published last month in The Cryosphere. A team of scientists from the International Thwaites Glacier Collaboration (ITGC), including two researchers from the British Antarctic Survey (BAS), discovered that the ice sheet near Thwaites Glacier was thinner in the last few thousand years than it is today. This unexpected find shows that glaciers in the region were able to regrow following earlier shrinkage.
Sea level rise is already putting millions of people in low-lying coastal communities around the world at risk from flooding. The contribution from melting Antarctic ice is currently the greatest source of uncertainty in predictions of how much and how quickly the sea level will rise in the coming decades and centuries. Together with its immediate neighbor, Thwaites Glacier currently dominates the Antarctic contribution to sea level rise. To understand how this important glacier will respond to the climate changes expected in the coming century, scientists need to know how it behaves under a wide range of climatic conditions and over long timescales. Since satellite observations only go back a few decades in time, we need to look at the geological record to find this information.
The rock cores were taken back to the lab from Thwaites for analysis. Credit: Keir Nichols (Imperial College London)
Jonathan Adams, co-author and PhD student at BAS, says:
“By studying the history of glaciers like Thwaites, we can gain valuable insight into how the Antarctic Ice Sheet may evolve in future. Records of ice sheet change from rocks that are presently exposed above the ice sheet surface end around 5000 years ago, so to find out what happened since then, we need to study rock presently buried beneath the ice sheet.”
Using drills specially designed to cut through both ice and the underlying rock, the team recovered rock samples from deep beneath the ice sheet next to Thwaites Glacier. They then measured, in those rock samples, specific atoms that are made when rocks are exposed at the surface of the Earth to radiation coming from outer space. If ice covers those rocks, these particular atoms are no longer made. Their presence can therefore reveal periods in the past when the ice sheet was smaller than the present.
Keir Nichols, a glacial geologist from Imperial College London and a lead author of the study, says:
“This was a huge team effort: several of us spent weeks away from home doing fieldwork in an extremely remote part of Antarctica, whilst others endured literally thousands of hours in the lab analyzing the rocks we collected. The atoms we measured exist only in tiny amounts in these rocks, so we were pushing right to the limit of what is currently possible and there was no guarantee it would work. We are excited that this is the first study to reveal the recent history of an ice sheet using bedrock collected from directly beneath it.”
The team discovered that the rocks they collected were not always covered by ice. Their measurements showed that, during the past 5000 years, ice near Thwaites Glacier was at least 35 meters thinner than it is now. Furthermore, their models demonstrated that its growth since then – making the ice sheet the size it is today – took at least 3000 years.
This discovery reveals that ice sheet retreat in the Thwaites Glacier region can be reversed. The challenge for scientists now is to understand the conditions required to make that possible.
Joanne Johnson, a geologist at BAS and co-author of the study, says:
“On the face of it, these results seem like good news – Thwaites Glacier was able to regrow from a smaller configuration in the geologically-recent past. However, our study shows that this recovery took more than 3000 years, in a climate that was likely not as warm as what we expect for the coming centuries. If we want to avoid the impacts of sea level rise on our world that will result from continued retreat of the West Antarctic Ice Sheet, that timescale is far longer than we can afford to wait.”
Reference: “Reversible ice sheet thinning in the Amundsen Sea Embayment during the Late Holocene” by Greg Balco, Nathan Brown, Keir Nichols, Ryan A. Venturelli, Jonathan Adams, Scott Braddock, Seth Campbell, Brent Goehring, Joanne S. Johnson, Dylan H. Rood, Klaus Wilcken, Brenda Hall and John Woodward, 28 April 2023, The Cryosphere.
DOI: 10.5194/tc-17-1787-2023
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Horoscopo
Complejidad inesperada de estructuras misteriosas en la Vía Láctea
Una superposición de una imagen de la Vía Láctea, tomada por el observatorio espacial Gaia de la Agencia Espacial Europea, y una visualización de simulaciones de las burbujas eRosita y Fermi. Un nuevo estudio publicado en astronomía natural proporcionó información sobre las propiedades de las burbujas de eRosita, estructuras gigantes de gas de alta energía que se extienden por encima y por debajo del centro de la galaxia de la Vía Láctea. Crédito: ESA/Gaia/DPAC
Una nueva mirada a los datos antiguos revela nuevos detalles sobre la formación galáctica.
Los astrónomos han descubierto que las burbujas eRosita, estructuras gaseosas de alta energía en el[{» attribute=»»>Milky Way, are more complex and not hotter than surrounding areas, contrary to previous assumptions. Their analysis of Suzaku satellite data suggests the bubbles originate from nuclear star-forming activity rather than a supermassive black hole.
Astronomers have revealed new evidence about the properties of the giant bubbles of high-energy gas that extend far above and below the Milky Way galaxy’s center.
In a study recently published in Nature Astronomy, a team led by scientists at The Ohio State University was able to show that the shells of these structures – dubbed “eRosita bubbles” after being found by the eRosita X-ray telescope – are more complex than previously thought.
Although they bear a striking similarity in shape to Fermi bubbles, eRosita bubbles are larger and more energetic than their counterparts. Known together as the “galactic bubbles” due to their size and location, they provide an exciting opportunity to study star formation history as well as reveal new clues about how the Milky Way came to be, said Anjali Gupta, lead author of the study and a former postdoctoral researcher at Ohio State who is now a professor of astronomy at Columbus State Community College.
These bubbles exist in the gas that surrounds galaxies, an area that is called the circumgalactic medium.
“Our goal was really to learn more about the circumgalactic medium, a place very important in understanding how our galaxy formed and evolved,” Gupta said. “A lot of the regions that we were studying happened to be in the region of the bubbles, so we wanted to see how different the bubbles are when compared to the regions which are away from the bubble.”
Previous studies had assumed that these bubbles were heated by the shock of gas as it blows outward from the galaxy, but this paper’s main findings suggest the temperature of the gas within the bubbles isn’t significantly different from the area outside of it.
“We were surprised to find that the temperature of the bubble region and out of the bubble region were the same,” said Gupta. Additionally, the study demonstrates that these bubbles are so bright because they’re filled with extremely dense gas, not because they are at hotter temperatures than the surrounding environment.
Gupta and Smita Mathur, co-author of the study and a professor of astronomy at Ohio State, did their analysis using observations made by the Suzaku satellite, a collaborative mission between NASA and the Japanese Aerospace Exploration Agency (JAXA).
By analyzing 230 archival observations made between 2005 and 2014, researchers were able to characterize the diffuse emission – the electromagnetic radiation from very low-density gas – of the galactic bubbles, as well as the other hot gases that surround them.
Although the origin of these bubbles has been debated in scientific literature, this study is the first that begins to settle it, said Mathur. As the team found an abundance of non-solar neon-oxygen and magnesium-oxygen ratios in the shells, their results strongly suggest that galactic bubbles were originally formed by nuclear star-forming activity, or the injection of energy by massive stars and other kinds of astrophysical phenomena, rather than through the activities of a supermassive black hole.
“Our data supports the theory that these bubbles are most likely formed due to intense star formation activity at the galactic center, as opposed to black hole activity occurring at the galactic center,” Mathur said. To further investigate the implications their discovery may have for other aspects of astronomy, the team hopes to use new data from other upcoming space missions to continue characterizing the properties of these bubbles, as well as work on novel ways to analyze the data they already have.
“Scientists really do need to understand the formation of the bubble structure, so by using different techniques to better our models, we’ll be able to better constrain the temperature and the emission measures that we are looking for,” said Gupta.
Reference: “Thermal and chemical properties of the eROSITA bubbles from Suzaku observations” by Anjali Gupta, Smita Mathur, Joshua Kingsbury, Sanskriti Das and Yair Krongold,1 May 2023, Nature Astronomy.
DOI: 10.1038/s41550-023-01963-5
Other co-authors were Joshua Kingsbury and Sanskriti Das of Ohio State and Yair Krongold of the National Autonomous University of Mexico. This work was supported by NASA.
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Horoscopo
MDA se asocia con Toth Technology para la capacidad de conocimiento del dominio espacial canadiense
Foto: BRA y Aurora (CNW Group/MDA Ltd.)
MDA trabajar con Tecnología Thoth para crear una capacidad canadiense de vigilancia por radar y conocimiento del dominio espacial (SDA) en el espacio profundo. Las compañías anunciaron el miércoles un acuerdo estratégico para combinar los servicios de datos comerciales de MDA con la tecnología de radar terrestre de Thoth para la vigilancia soberana en el espacio profundo de Canadá.
Thoth tiene una tecnología de radar terrestre llamada Earthfence que puede caracterizar objetos en órbita geosincrónica (GEO), incluida una instalación de radar en el norte de Ontario. La MDA proporcionará una herramienta de plataforma basada en la web para evaluar y almacenar datos de Earthfence, y brindará una interfaz de cliente para todas las solicitudes de datos.
Las empresas dijeron que Earthfence proporciona información más precisa que los sistemas ópticos actuales y, al trabajar juntas, las empresas desarrollarán capacidades «transformadoras» en la vigilancia del espacio profundo y SDA.
“MDA actualmente opera [Canada’s] La nave espacial Sapphire del Departamento de Defensa Nacional, el único contribuyente espacial no estadounidense a la red de vigilancia espacial de EE. UU., y con este acuerdo con Thoth, estamos bien posicionados para continuar brindando capacidades críticas de conocimiento del dominio espacial que son una parte esencial de la vigilancia espacial. y seguridad espacial”, comentó el director ejecutivo de la MDA, Mike Greenley.
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