El equipo de SSwEET fue uno de los tres finalistas del Desafío de conversión de CO2 de la NASA. El equipo de UC Berkeley recibirá más de $ 240,000 para mejorar su proceso electroquímico para producir azúcar en el espacio usando solo dióxido de carbono. De izquierda a derecha, el profesor de química Peidong Yang, el ex becario postdoctoral Michael Ross, el ex estudiante de posgrado Yifan Li y el estudiante de posgrado Stefano Cestellos-Blanco. (Foto de UC Berkeley por Michael Ross)
Cuando Stefano Cestellos-Blanco ingresó a la Universidad de California, Berkeley en 2016, nunca soñó que intentaría hacer azúcar en el espacio.
Pero lo que resultó ser un proyecto de investigación fuera de horario, impulsado por una competencia de la NASA para hacer girar el azúcar directamente a partir del dióxido de carbono, ahora es un ganador.
El proceso de elaboración de azúcar desarrollado por Cestellos-Blanco y su equipo de UC Berkeley, dirigido por el químico y profesor Peidong Yang, compartió el premio mayor – $ 650,000 – con otros dos equipos que compiten en el CO2 Desafío de conversión.
La participación del equipo de UC Berkeley en el premio, alrededor de $ 217,000 más un bono de $ 25,000, por un total de alrededor de $ 242,000, se utilizará para refinar aún más su proceso. Lejos de hacer que la comida chatarra sea tan barata en todo el sistema solar como en la Tierra, el equipo tiene como objetivo suministrar azúcar a los microbios que harán cosas más complejas, como alimentos o medicinas, para los astronautas o colonos en Marte, donde el CO2 es abundante.
Los resultados fueron anunciado hoy en una ceremonia virtual de premios, donde Cestellos-Blanco respondió preguntas sobre el proyecto en nombre del equipo SSwEET en UC Berkeley – Space-Sugar con tecnología de energía electroquímica. Compartieron el premio con Teams Air Company de Brooklyn, Nueva York, y Hago Energetics Inc. de Thousand Oaks, California.
“Estamos muy orgullosos del hecho de que somos el único laboratorio universitario que queda en la competencia”, dijo. “Los otros competidores son empresas de tamaño industrial.
El equipo de SSwEET explica su proceso electroquímico de conversión de dióxido de carbono y agua en azúcar, que se puede utilizar para alimentar microbios modificados genéticamente para producir productos químicos más complejos, incluidos los alimentos. (Video del equipo SSwEET y Peidong Yang)
Cestellos-Blanco admite que el proceso del equipo de SSwEET no está listo para pasar a la producción a granel de azúcares, pero confía en que funcionará según lo prometido, con aplicaciones potenciales en la Tierra, así como en Marte y en el mundo. medios para reducir el dióxido de carbono en la atmósfera resultante de la combustión de combustibles fósiles.
“Comenzó como un proyecto paralelo que involucró mucho, pero fue un proceso de aprendizaje realmente asombroso”, dijo Cestellos-Blanco, quien está en el departamento de ciencia e ingeniería de materiales, donde Yang tiene un co-mandato. «Suceden muchas cosas en la escuela de posgrado que no planeas cuando comienzas».
La principal investigación de Cestellos-Blanco implica un proceso diferente para transformar el CO2 en productos químicos más complejos. Inventado por Yang, el proceso biohíbrido conecta microbios con nanocables semiconductores para transformar CO2 en los componentes básicos de las moléculas orgánicas, como los combustibles o los plásticos. Este proceso también sería útil para los colonos de Marte o durante misiones en el espacio profundo a otros planetas.
Pero la competencia de la NASA especificó un proceso no biológico para hacer azúcar, ya que el objetivo es alimentar los azúcares, idealmente glucosa, un azúcar de seis carbonos, a los microbios para exploradores espaciales o colonos.Los planetas pueden biofabricar moléculas orgánicas como alimentos, bioplásticos y medicamentos. El equipo de Yang, que incluía al ex estudiante graduado Yifan Li, ahora en el Centro de Tecnología Avanzada Lockheed Martin, y al ex becario postdoctoral Michael Ross, ahora profesor asistente en la Universidad de Massachusetts, Lowell, tuvo que volver a la literatura química para ver cómo otros se acercaban a la problema. Encontraron cero.
«Para convertir el CO2 al azúcar, esencialmente no hay química en la literatura ”, dijo Yang, SK y Angela Chan catedrática de energía de la Facultad de Química.
Una reacción química clave que da inicio a la vida
Sin embargo, sí descubrieron un antiguo proceso químico de mediados del siglo XIX que utilizaba cal (hidróxido de calcio) para convertir un compuesto diferente, el formaldehído, en varios tipos de azúcares. Algunos científicos han sugerido que esta llamada reacción de formosa creó las primeras moléculas orgánicas en el espacio que eventualmente se convirtieron en los componentes básicos de la vida.
Alguna vez se pensó que la reacción procedía de la condensación y la adición de formaldehído solo para formar azúcares, pero el primer paso de la reacción, la conversión de formaldehído en glicolaldehído, ocurre a una velocidad indetectable con un mecanismo incierto. El equipo de UC Berkeley descubrió que agregar un poco de glicolaldehído desencadena la reacción de la formosa, como un autocatalizador, para producir azúcares.
Dado que tanto el formaldehído como el glicolaldehído son cadenas cortas de átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno, los científicos se preguntaron: «¿Podrían estos productos químicos fabricarse directamente a partir del CO?»2 luego se introduce en la reacción de la formosa para dar azúcar? «
“Le pedí al equipo que pensara en cómo aplicar ingeniería inversa al CO2– reacción al azúcar ”, dijo Yang.
La propuesta de los miembros del equipo para demostrar este proceso obtuvo una Subvención de la Fase Uno de la NASA de $ 50,000 en 2019, y a pesar de las restricciones de investigación que hizo necesaria la pandemia COVID-19, Cestellos-Blanco pudo demostrar a fines del año pasado que un proceso electroquímico que involucra solo electricidad, nanopartículas de cobre como catalizadores y CO2 en agua, produce glicolaldehído que puede usarse en la reacción de formosa. En el espacio, la electricidad sería suministrada por energía solar.
“En última instancia, en las aplicaciones del espacio profundo o de Marte, todo tiene que ser electroquímico porque se puede alimentar a través de paneles solares”, dijo Yang, quien anteriormente había cosechado energía solar con nanocables de silicio.
Yang y Cestellos-Blanco han demostrado desde entonces que al usar un catalizador diferente pueden generar formaldehído electroquímicamente a partir de CO.2, además. Para la competencia, el equipo demostró que la reacción de la formosa con formaldehído, potencialmente de CO termoquímico2 fijación y CO glicolaldehído2 electrosíntesis, genera azúcares – desde azúcares de tres carbonos hasta azúcares de ocho carbonos – en aproximadamente cuatro horas, dentro del tiempo especificado en la competencia.
«Hicimos una sopa de azúcar y pudimos identificar qué azúcares son, y pudimos seguir adelante y usar nuestros azúcares como alimento. E. coli y cultivarlos en cultivos ”, dijo Cestellos-Blanco, refiriéndose a las bacterias de laboratorio más comunes y bacterias avanzadas para la ingeniería genética.
Con los nuevos fondos de la NASA, los investigadores planean mejorar el rendimiento de formaldehído y glicolaldehído utilizando sus procesos electroquímicos separados. Actualmente, el glicolaldehído es un producto menor en su proceso electroquímico, pero afortunadamente solo se necesita en pequeñas cantidades en la reacción de la formosa. El ingrediente principal requerido es el formaldehído. Con estos químicos en la mano, la reacción de la formosa es muy eficiente para convertir todos los átomos de carbono en carbonos dulces.
“Al seguir una ruta en cascada inspirada en la naturaleza, hemos hecho un buen uso de nuestra experiencia en CO.2 reciclaje para abrir una puerta a la producción abiótica de azúcares, presentando un enfoque para lograr la producción de azúcar renovable ”, dijo Cestellos-Blanco. «Usando electricidad y CO2 y agua, creemos que nuestros hallazgos se pueden utilizar para planificar la exploración del espacio profundo.
Cestellos-Blanco dijo que estaba gratamente sorprendido de que su equipo se hubiera colocado entre los tres primeros del CO2 Desafío de conversión después de dos rondas de presentación de propuestas e informes, entrevistas con un panel de jueces y una visita in situ, considerando que han comenzado a saber muy poco sobre formas no orgánicas de corregir el CO2 en moléculas complejas, como azúcares.
«Conversión de CO2 directo al azúcar es una tarea bastante larga que nunca antes se había demostrado, y no solo querían que demostraras que puedes hacerlo, sino también en unas pocas horas, un período de tiempo relativamente corto ”, dijo. “Ya se han señalado las diferentes partes de nuestro proceso, pero nadie sabía que se podían unir y básicamente encontrar una manera de producir azúcares útiles a partir de CO.2. «
Cestellos-Blanco está especialmente emocionado de que el proceso involucre una antigua reacción química que puede haber llevado a la vida en el universo.
«Creo que la parte más interesante para mí es que combinamos dos tipos de CO2 conversión – electrocatálisis de CO2 para formar formaldehído y glicolaldehído, con algo, la reacción de la formosa, que se considera principalmente importante para el origen de la vida ”, dijo.
El observatorio solar espacial STEREO-A de la NASA está monitoreando de cerca el «cometa del diablo» 12P/Pons-Brooks mientras se prepara para realizar su máxima aproximación al sol, conocida como perihelio, el 21 de abril.
En esta secuencia, el cometa pasa cerca de Júpiter desde la perspectiva del observatorio, justo cuando se lanza al espacio una eyección de masa coronal (CME), una gran expulsión de plasma y campo magnético del Sol.
Las CME se forman de la misma manera que las erupciones solares: son el resultado de la torsión y realineación del campo magnético del sol, conocido como reconexión magnética. Cuando estas líneas de campo magnético se “enredan”, producen fuertes campos magnéticos localizados que pueden atravesar la superficie del Sol y liberar CME.
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Una animación que muestra el cometa 12P/Pons-Brooks brillando intensamente cerca de Júpiter cuando una gran CME es liberada del Sol el 12 de abril de 2024. (Crédito de la imagen: NASA STEREO/Edición de Steve Spaleta)
En este vídeo de la NASA se puede ver una curvatura en la cola del cometa 12P/Pons-Brooks, creada durante un «evento de desconexión» provocado por una CME o una fuerte ráfaga de viento solar, según Clima espacial.com. Durante un evento de desconexión, estas explosiones solares pueden arrancar la cola de un cometa y alejarla del cometa.
El mismo pliegue es visible en esta increíble imagen capturada por Chris Schur el 9 de abril.
«El cometa es una vista espectacular tanto con binoculares como con la cámara desde nuestra ubicación en el norte de Arizona», dijo Schur a Space.com.
El cometa 12P/Pons-Brooks, también conocido como el cometa del diablo. (Crédito de la imagen: Chris Schur)
«Esta imagen es nuestra mejor toma de esta maravilla hasta ahora, la hermosa cola curvada de gas azul sigue la coma polvorienta teñida de ámbar en forma de parábola mientras se dirige hacia su próximo perihelio», continuó Schur.
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El 21 de abril, el cometa 12P/Pons-Brooks pasará aproximadamente a 116,8 millones de kilómetros (72,6 millones de millas) del sol, lo que equivale a tres cuartos de la distancia entre la Tierra y el sol.
El cometa ha atraído mucha atención de los medios en los últimos años debido a sus repentinos aumentos de brillo y su apariencia cambiante.
Aunque se desconoce la causa exacta de estas erupciones, Richard Miles de la Asociación Astronómica Británica cree que el cometa 12P/Pons Brooks podría ser uno de los 10 a 20 cometas conocidos que contienen volcanes de hielo activos.
El «magma» de estos volcanes es una mezcla fría de hidrocarburos líquidos y gases disueltos, todos atrapados bajo una superficie que tiene la consistencia de cera, dijo el columnista y meteorólogo Joe Rao. Previamente reportado. «Estos volátiles embotellados pueden explotar cuando la luz del sol abre una grieta», explicó Rao.
El cometa 12P/Pons-Brooks se ganó el apodo de «Cometa del Diablo» cuando una gran explosión el 20 de julio de 2023 provocó la aparición de una capa de gas en expansión que rodeaba el núcleo, conocida como coma, con forma de herradura. Después de eso, el cometa 12P/Pons-Brooks fue comparado con un cangrejo herradura, el Halcón Milenario de Star Wars y, sí, lo has adivinado, el «Cometa del Diablo».
Una nueva investigación demuestra que la médula espinal puede aprender y recordar movimientos de forma independiente, desafiando las opiniones tradicionales sobre su función y mejorando potencialmente las estrategias de rehabilitación para pacientes con lesiones de la médula espinal.
Una nueva investigación revela que las neuronas de la médula espinal poseen la capacidad de aprender y retener información independientemente del cerebro.
La médula espinal se describe a menudo como un canal simple para transmitir señales entre el cerebro y el cuerpo. Sin embargo, la médula espinal puede aprender y memorizar movimientos por sí sola.
Un equipo de investigadores de Neuro-Electronics Research Flanders (NERF), con sede en Lovaina, detalla cómo dos poblaciones neuronales diferentes permiten que la médula espinal se adapte y recuerde conductas aprendidas de una manera completamente independiente del cerebro. Estos notables descubrimientos, publicados en la revista Ciencia, arrojan nueva luz sobre cómo los circuitos espinales podrían contribuir al control y la automatización del movimiento. Este conocimiento podría resultar relevante para la rehabilitación de personas con lesiones de columna.
La asombrosa plasticidad de la médula espinal
La médula espinal modula y refina nuestras acciones y movimientos integrando diferentes fuentes de información sensorial, sin intervención del cerebro. Además, las células nerviosas de la médula espinal pueden aprender a ajustar diversas tareas de forma autónoma, con suficiente práctica repetitiva. Sin embargo, la forma en que la médula espinal logra esta notable plasticidad ha intrigado a los neurocientíficos durante décadas.
Uno de estos neurocientíficos es la profesora Aya Takeoka. Su equipo en Neuro-Electronics Research Flanders (NERF, un instituto de investigación apoyado por IMEC, KU Leuven y VIB) estudia cómo la médula espinal se recupera de las lesiones explorando cómo se conectan las conexiones nerviosas, cómo funcionan y cambian cuando aprendemos. nuevos movimientos.
«Aunque tenemos evidencia de 'aprendizaje' dentro de la médula espinal a partir de experimentos que se remontan a principios del siglo XX, la pregunta de qué neuronas están involucradas y cómo codifican esta experiencia de aprendizaje sigue sin respuesta», explica el profesor Takeoka. .
Parte del problema es la dificultad de medir directamente la actividad de neuronas individuales en la médula espinal en animales que no están sedados pero que están despiertos y en movimiento. El equipo de Takeoka aprovechó un modelo en el que los animales entrenan movimientos específicos en cuestión de minutos. Al hacerlo, el equipo descubrió un mecanismo específico del tipo de célula para el aprendizaje de la médula espinal.
Dos tipos de células neuronales específicas
Para comprobar cómo aprende la médula espinal, el estudiante de doctorado Simon Lavaud y sus colegas del laboratorio Takeoka construyeron un dispositivo experimental para medir los cambios de movimiento en ratones, inspirado en métodos utilizados en estudios con insectos. «Evaluamos la contribución de seis poblaciones neuronales diferentes e identificamos dos grupos de neuronas, una dorsal y otra ventral, que median el aprendizaje motor».
«Estos dos conjuntos de neuronas se turnan», explica Lavaud. «Las neuronas dorsales ayudan a la médula espinal a aprender un nuevo movimiento, mientras que las neuronas ventrales la ayudan a recordar y realizar el movimiento más tarde».
“Podemos compararlo con una carrera de relevos dentro de la médula espinal. Las neuronas dorsales actúan como las primeras corredoras, transmitiendo información sensorial esencial para el aprendizaje. Luego, las células ventrales toman el control, asegurando que el movimiento aprendido se recuerde y se ejecute sin problemas.
Los resultados detallados, publicados en Ciencia, ilustran que la actividad neuronal en la médula espinal se asemeja a varios tipos clásicos de aprendizaje y memoria. Será crucial comprender mejor estos mecanismos de aprendizaje, ya que probablemente contribuyan a diferentes formas de aprender y automatizar el movimiento, y también podrían ser relevantes en el contexto de la rehabilitación, explica la profesora Aya Takeoka: «Los circuitos que hemos descrito podrían proporcionar la significa que la médula espinal contribuya al aprendizaje del movimiento y a la memoria motora a largo plazo, los cuales nos ayudan a movernos, no solo con buena salud, sino especialmente durante la recuperación de una lesión en el cerebro o la médula espinal.
Referencia: “Dos clases neuronales inhibidoras gobiernan la adquisición y recuperación de la adaptación sensoriomotora espinal” por Simon Lavaud, Charlotte Bichara, Mattia D'Andola, Shu-Hao Yeh y Aya Takeoka, 11 de abril de 2024, Ciencia. DOI: 10.1126/ciencia.adf6801
La investigación (equipo) fue apoyada por la Fundación de Investigación de Flandes (FWO), Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA), una beca de doctorado Taiwan-KU Leuven (P1040) y la Fundación de Investigación de la Médula Espinal Wings for Life.
Agrandar/ El cohete SLS se ve en su plataforma de lanzamiento en el Centro Espacial Kennedy en agosto de 2022.
Trevor Mahlmann
El jueves, altos funcionarios de Boeing que lideran el programa del Sistema de Lanzamiento Espacial, incluidos David Dutcher y Steve Snell, convocaron una reunión general para los más de 1.000 empleados que trabajan en el cohete.
Los funcionarios anunciaron que habría un número significativo de despidos y reasignaciones de personas que trabajan en el programa, según dos personas familiarizadas con la reunión. Ofrecieron varias razones para las reducciones, incluido el hecho de que los plazos para las misiones lunares Artemis de la NASA que utilizarán el cohete SLS se están desplazando hacia la derecha.
Más tarde el jueves, en un comunicado proporcionado a Ars, un portavoz de Boeing confirmó los recortes de Ars: «Debido a factores externos no relacionados con el desempeño de nuestro programa, Boeing está revisando y ajustando los niveles actuales de dotación del programa del Sistema de Lanzamiento Espacial».
¿Más vale tarde que nunca?
Durante casi una década y media, Boeing ha liderado el desarrollo de la etapa central del enorme cohete SLS que la NASA pretende utilizar para lanzar la nave espacial Orion para sus misiones tripuladas a la Luna.
El contrato ha sido lucrativo para Boeing y ha enfrentado críticas generalizadas a lo largo de los años por su generosidad, ya que la NASA gastó decenas de miles de millones de dólares en el desarrollo de un cohete que reutiliza los motores principales y otros componentes del transbordador espacial. Además, originalmente se suponía que el cohete debutaría a fines de 2016 o 2017, pero en realidad no voló por primera vez hasta noviembre de 2022. Y el inspector general de la NASA a veces ha calificado el manejo del programa por parte de Boeing como un cohete SLS “malo”. «.
Sin embargo, cuando el cohete SLS debutó hace un año y medio, funcionó excepcionalmente bien al impulsar una nave espacial Orion sin tripulación a la Luna. Tras esta misión, la NASA declaró «operativo» el cohete y Boeing inició la producción del vehículo para futuras misiones que llevarán astronautas a la Luna.
Entonces, en cierto sentido, estas reducciones eran inevitables. Boeing necesitaba muchos recursos para diseñar, desarrollar, probar y escribir software para el cohete. Ahora que la fase de desarrollo ha terminado, es natural que la empresa reduzca sus actividades de desarrollo para la fase principal.
La declaración de Boeing no lo dice, pero las fuentes le dijeron a Ars que los recortes de empleo podrían eventualmente llegar a cientos de empleados. Se distribuirán principalmente en las instalaciones de cohetes de la compañía en Alabama, Luisiana y Florida. Las reducciones afectarán tanto al programa de la etapa central como al programa de exploración Upper Stage, una nueva etapa superior del cohete que también está comenzando a pasar del desarrollo a la producción.
Esperando otros artículos
Cuando Boeing cita «factores externos», se refiere a los diferentes cronogramas del programa Artemis de la NASA. En enero, funcionarios de la agencia espacial anunciaron retrasos de aproximadamente un año para la misión Artemis II, un sobrevuelo lunar tripulado, hasta septiembre de 2025; y Artemis III, un alunizaje, hasta septiembre de 2026. Ninguno de estos cronogramas tampoco está escrito en piedra. Es posible que se produzcan retrasos adicionales para Artemis II, y probablemente para Artemis III, si la NASA se apega a los planes de misión actuales.
Aunque el cohete SLS estará listo según el calendario actual, salvo que se produzca una catástrofe, otros elementos son inciertos. Para Artemis II, la NASA aún no ha resuelto un problema con el escudo térmico de la nave espacial Orion. Este problema debe resolverse antes de que la misión obtenga luz verde para continuar el próximo año.
Los desafíos son aún mayores para Artemis III. Para esta misión, la NASA necesita un módulo de aterrizaje lunar, proporcionado por SpaceX con su vehículo Starship, además de trajes espaciales para la superficie lunar proporcionados por Axiom Space. Ambos permanecen firmemente en la fase de desarrollo.
Además, la NASA está luchando con desafíos presupuestarios. Por primera vez en más de una década, la agencia enfrenta recortes presupuestarios. Esta semana, el administrador de la agencia espacial, Bill Nelson, dijo al Congreso: «Con menos dinero, tenemos que tomar decisiones muy difíciles». Entre ellos, se podría intentar utilizar la financiación futura de SLS para consolidar otros elementos de Artemis.
Una de las personas cercanas a la reunión interna de Boeing del jueves dijo que la agencia espacial visitó a la compañía a principios de este año y dijo que, de hecho, Boeing recibiría menos financiación a medida que finalizara el desarrollo del SLS. A la empresa se le dio la opción de “ampliar” la financiación que recibiría o hacer una pausa de un año debido a retrasos en la misión Artemisa. Boeing optó por aumentar sus fondos, lo que fue la causa de las reducciones de esta semana.
Sería fácil, pero injusto, culpar a SpaceX y Axiom por los retrasos en futuras misiones Artemis. El Congreso creó el cohete SLS con un proyecto de ley de autorización en 2010, pero Boeing en realidad había recibido financiación para trabajos relacionados. que data de 2007. Por el contrario, la NASA no comenzó a financiar el trabajo en el módulo de aterrizaje lunar Starship hasta finales de 2021, y los trajes espaciales Axiom antes de 2022. En cierto sentido, estos desarrollos son tan exigentes técnicamente como el trabajo en el cohete SLS, si no, más.
