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La NASA endulza la olla: el equipo gana la competencia para hacer azúcar espacial

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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.

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.

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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.

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«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.

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Conferencia Levy: Exploración de la Estación Espacial Internacional

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Michelle Nichols se describe a sí misma como una «astroeducadora», y la etiqueta no podría ser más acertada. En una completa presentación de diapositivas para la audiencia de Levy Lecture el martes 25 de enero, Nichols describió la historia de la Estación Espacial Internacional (ISS), el ingenioso hogar temporal de un grupo de astronautas internacionales en constante cambio.

Cuento de 1869 de Edward Everett Hale

La idea de vivir en el espacio ha sido un pilar de la ciencia ficción durante años. La primera imagen conocida de una casa entre las estrellas apareció en la novela de 1869 «The Brick Moon» de Edward Everett Hale. En 1928, Herman Potoĉnik, un oficial del ejército austrohúngaro, ingeniero y entusiasta del espacio, diseñó humanos viviendo permanentemente en el espacio en una nave espacial en órbita y dibujó el primer modelo arquitectónico de esta estructura.

En la década de 1950, Wernher von Braun era un ingeniero aeroespacial alemán que trabajaba para la NASA después de ser reclutado por los estadounidenses. Fue uno de los principales defensores del uso de cohetes para la exploración espacial y planeó emplear un equipo de científicos para construir un satélite en el espacio basado en la misma forma esférica propuesta por Potoĉnik.

En 1971, la idea de una estación espacial pasó de la fantasía a la realidad. La Unión Soviética lanzó Salyut 1, la primera estación espacial tripulada por humanos. Tenía forma tubular e incluía una estación de acoplamiento para acomodar a los astronautas lanzados en órbita semanas o meses después. El programa Salyut duró 20 años, finalizando en 1991 con Salyut 7.

Nichols resumió el progreso realizado por la Unión Soviética durante este período, incluida la transición de estaciones monolíticas a modulares, el uso de múltiples puertos de acoplamiento, transferencias orbitales de una tripulación a otra, el uso de vehículos de reabastecimiento de combustible no tripulados y la viabilidad de realizar vuelos espaciales largos. programas, que eran experimentos científicos que duraban varios meses. La comunidad científica internacional ha aplaudido estos avances.

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Usando fotos de la NASA y otras fuentes, Nichols llevó a la audiencia a través de décadas de naves espaciales y estaciones espaciales, incluido el Skylab de los Estados Unidos (1, 2 y 3) y la nave espacial Mir de la estación de la Unión Soviética lanzada en 1986. Mir se ensambló esencialmente en órbita entre 1986 y 1996. Más tarde administrado por Rusia después del colapso de la Unión Soviética, sirvió como un ejemplo de asociación y desarrollo internacional ya que se enviaron astronautas de varios países a Mir para participar en la construcción y el mantenimiento de la estructura y realizar experimentos allí. .

Estados Unidos lideró la construcción de la ISS, que comenzó en 1998. Durante 13 años, otros países, incluidos Rusia y Canadá, construyeron y suministraron componentes para la estación. Nichols se maravilló con la foto final de la ISS y le recordó a la audiencia: “La Estación Espacial Internacional se construyó una vez. Estos módulos nunca han sido ensamblados en el suelo, juntos como una sola pieza. Habría sido imposible de hacer. No hubo una segunda oportunidad. »

El público vio fotografías de varios astronautas realizando sus actividades diarias, como trabajar en una computadora portátil, afeitarse, hacer ejercicio, prepararse para dormir, cortarse el cabello, realizar experimentos, preparar alimentos, comer, tocar un instrumento musical y pasar de un módulo a otro. otro. Una de las partes más difíciles de vivir en el espacio es simplemente saber dónde está cada cosa. Hay mucho espacio de almacenamiento, pero cada centímetro de la estructura tiene un propósito, y cada objeto debe tener una función o una razón para estar allí. Dentro de la ISS, el peso y el volumen son demasiado valiosos y costosos para asignarlos de otra manera que no sea a propósito.

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Los astrónomos predicen que la basura espacial de SpaceX llegará a la Luna

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Un cohete SpaceX que lleva un satélite meteorológico de la NASA despega en febrero de 2015 desde Cabo Cañaveral, Florida.

Un trozo de un cohete SpaceX que despegó hace siete años y fue abandonado en el espacio después de completar su misión se estrellará contra la Luna en marzo, dicen los expertos.


El cohete se empleó en 2015 para poner en órbita un satélite de la NASA llamado Deep Space Climate Observatory.

Desde entonces, la segunda etapa del cohete, o propulsor, ha estado flotando en lo que los matemáticos llaman una órbita caótica, dijo el miércoles a la AFP el astrónomo Bill Gray.

Fue Gray quien calculó el nuevo curso de colisión de la basura espacial con la Luna.

El propulsor pasó bastante cerca de la Luna en enero en un encuentro que alteró su órbita, dijo Gray.

Está detrás del Proyecto Plutón, un software que permite calcular la trayectoria de asteroides y otras cosas en el espacio y se utiliza en los programas de observación espacial financiados por la NASA.

Una semana después de que la etapa del cohete zumbara cerca de la Luna, Gray lo detectó nuevamente y concluyó que en realidad se estrellará contra el lado oscuro del satélite el 4 de marzo.

Gray hizo un llamamiento a la comunidad de astrónomos aficionados para que se unieran a él en la observación del impulsor (es brillante y fácil de detectar) y su conclusión fue confirmada.

La hora exacta y el lugar del impacto pueden cambiar un poco con respecto a su pronóstico, pero existe un acuerdo generalizado de que habrá una colisión en la Luna ese día.

«He estado rastreando basura de este tipo durante unos 15 años. Y este es el primer impacto lunar no intencional que hemos tenido», dijo Gray a la AFP.

El impacto de este objeto de cuatro toneladas en la Luna no será visible desde la Tierra en tiempo real.

Pero dejará un cráter que los científicos podrán observar, como con el Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA o el satélite Chandrayaan-2 de la India, y así aprender más sobre la geología de la Luna.

Las naves espaciales se han estrellado intencionalmente contra la Luna antes, con fines científicos.

En 2009, por ejemplo, la NASA sintió que la etapa de un cohete se lanzaba hacia la Luna cerca de su polo sur en busca de agua.

Pero la mayoría de los cohetes no se alejan tanto de la Tierra. SpaceX trae sus propulsores de cohetes a través de la atmósfera de la Tierra para que se desintegren sobre el océano.

Gray dijo que podría haber más choques involuntarios con la Luna en el futuro a medida que los programas espaciales de Estados Unidos y China dejen más basura en órbita.


Asteroides, la Luna y Marte: Misiones espaciales que esperar en 2022


© 2022 AFP

Cita: Tres, dos, uno: los astrónomos predicen que la basura espacial de SpaceX llegará a la Luna (26 de enero de 2022) consultado el 26 de enero de 2022 en https://phys.org/news/2022-01-astronomers-spacex-space-junk-moon .html

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Una nueva investigación fortalece el vínculo entre los glaciares y la desconcertante «gran disconformidad» de la Tierra

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Los investigadores utilizaron datos termocronométricos de cuatro lugares de América del Norte para determinar la causa de la «Gran Disconformidad», una pérdida masiva de roca hace unos 700 millones de años. Crédito: Figura de Kalin McDannell

La acción del hielo parece ser la responsable de la antigua erosión de las rocas en todo el planeta.

Una nueva investigación proporciona más evidencia de que las rocas que representan hasta mil millones de años de tiempo geológico fueron talladas por antiguos glaciares durante el período de «Tierra bola de nieve» del planeta, según un estudio publicado en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.

La investigación presenta los últimos hallazgos en un debate sobre qué causó la «Gran Disconformidad» de la Tierra: un intervalo de tiempo en el registro geológico asociado con la erosión de rocas de hasta 3 millas de espesor en áreas de todo el mundo.

«El hecho de que en tantos lugares falten las rocas sedimentarias de este período ha sido una de las características más desconcertantes del registro de rocas», dijo C. Brenhin Keller, profesor asistente de ciencias de la tierra e investigador principal del estudio. “Con estos resultados, el patrón comienza a tener mucho más sentido”.

La enorme cantidad de roca que falta que se conoce como la Gran Disconformidad se nombró por primera vez en el Gran Cañón a fines del siglo XIX. La característica geológica conspicua es visible donde se intercalan capas de rocas de períodos de tiempo distantes, y a menudo se identifica donde las rocas con fósiles se asientan directamente sobre las que no contienen fósiles.

Disconformidad de la mina de mica

En el Cañón Ladder de Colorado, rocas que difieren en edad en aproximadamente mil millones de años se sientan juntas a lo largo de la Gran Disconformidad. Crédito: C. Brenhin Keller

“Este fue un momento fascinante en la historia de la Tierra”, dijo Kalin McDannell, investigador postdoctoral en Dartmouth y autor principal del artículo. “La Gran Discordancia prepara el escenario para la explosión de vida del Cámbrico, que siempre ha sido desconcertante ya que es tan abrupta en el registro fósil: los procesos geológicos y evolutivos suelen ser graduales”.

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Durante más de un siglo, los investigadores han tratado de explicar la causa del tiempo geológico perdido.

En los últimos cinco años, se han puesto de manifiesto dos teorías opuestas: una explica que la roca fue tallada por antiguos glaciares durante el período de la Tierra Bola de Nieve hace unos 700 a 635 millones de años. El otro se enfoca en una serie de eventos de placas tectónicas durante un período mucho más largo durante el ensamblaje y la ruptura del supercontinente Rodinia desde hace aproximadamente 1000 millones a 550 millones de años.

La investigación dirigida por Keller en 2019 propuso por primera vez que la erosión generalizada de las capas de hielo continentales durante el intervalo glacial criogénico causó la pérdida de roca. Esto se basó en proxies geoquímicos que sugirieron que grandes cantidades de erosión masiva coincidían con el período de la Tierra Bola de Nieve.

“La nueva investigación verifica y avanza los hallazgos del estudio anterior”, dijo Keller. “Aquí proporcionamos evidencia independiente de enfriamiento de rocas y millas de exhumación en el período criogénico en una gran área de América del Norte”.

El estudio se relaciona con una interpretación detallada de la termocronología para realizar la evaluación.

Brenhin Keller y Kalin McDannell

C. Brenhin Keller, profesor asistente de ciencias de la tierra, a la izquierda, y Kalin McDannell, investigadora posdoctoral en ciencias de la tierra. Crédito: Eli Burakian/Dartmouth College

La termocronología permite a los investigadores estimar la temperatura que experimentan los cristales minerales a lo largo del tiempo, así como su posición en la corteza continental dada una estructura térmica particular. Esas historias pueden proporcionar evidencia de cuándo se eliminó la roca que faltaba y cuándo se pudieron haber exhumado las rocas actualmente expuestas en la superficie.

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Los investigadores utilizaron múltiples mediciones de datos termocronométricos publicados previamente tomados en cuatro ubicaciones de América del Norte. Las áreas, conocidas como cratones, son partes del continente que son química y físicamente estables, y donde la actividad de las placas tectónicas no habría sido común durante ese tiempo.

Al ejecutar simulaciones que buscaron la trayectoria de tiempo y temperatura que experimentaron las rocas, la investigación registró una señal generalizada de enfriamiento rápido y de alta magnitud que es consistente con aproximadamente 2-3 millas de erosión durante las glaciaciones de Snowball Earth en el interior de América del Norte.

“Mientras que otros estudios han utilizado la termocronología para cuestionar el origen glacial, un fenómeno global como la Gran Discordancia requiere una evaluación global”, dijo McDannell. “La glaciación es la explicación más simple de la erosión en una vasta área durante el período de la Tierra Bola de Nieve, ya que se creía que las capas de hielo cubrían la mayor parte de América del Norte en ese momento y pueden ser excavadores eficientes de rocas”.

Según el equipo de investigación, la teoría en competencia de que la actividad tectónica esculpió la roca que falta se presentó en 2020 cuando un grupo de investigación independiente cuestionó si los glaciares antiguos eran lo suficientemente erosivos como para causar la pérdida masiva de roca. Si bien esa investigación también usó termocronología, aplicó una técnica alternativa en una sola ubicación tectónicamente activa y sugirió que la erosión ocurrió antes de Snowball Earth.

“El concepto subyacente es bastante simple: algo eliminó una gran cantidad de roca, lo que resultó en una gran cantidad de tiempo perdido”, dijo Keller. «Nuestra investigación demuestra que solo la erosión glacial podría ser responsable a esta escala».

Según los investigadores, los nuevos hallazgos también ayudan a explicar los vínculos entre la erosión de las rocas y la aparición de organismos complejos hace unos 530 millones de años durante la explosión del Cámbrico. Se cree que la erosión durante el período de la Tierra Bola de Nieve depositó sedimentos ricos en nutrientes en el océano que podrían haber proporcionado un entorno fértil para los componentes básicos de la vida compleja.

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El estudio señala que las dos hipótesis de cómo se erosionó la roca no son mutuamente excluyentes: es posible que tanto la tectónica como la glaciación hayan contribuido a la interrupción del sistema global de la Tierra durante la formación de la Gran Discordancia. Sin embargo, parece que solo la glaciación puede explicar la erosión en el centro del continente, lejos de los márgenes tectónicos.

“En última instancia, con respecto a la Gran Discordancia, puede ser que la(s) reconstrucción(es) generalmente aceptada(s) de un empaquetamiento ecuatorial más concentrado de los continentes rodinianos junto con las condiciones ambientales únicas del Neoproterozoico, demostraron ser un tiempo de casualidad geológica diferente a la mayoría de los demás. otro en la historia de la Tierra”, dice el trabajo de investigación.

Según el equipo, esta es la primera investigación que utiliza su enfoque de modelado termocronológico para estudiar un período que se extiende mucho más allá de los mil millones de años. En el futuro, el equipo repetirá su trabajo en otros continentes, donde esperan seguir probando estas hipótesis sobre cómo se creó y preservó la Gran Discordancia.

Según el equipo, resolver las diferencias en la investigación es fundamental para comprender la historia temprana de la Tierra y la interconexión de los procesos climáticos, tectónicos y biogeoquímicos.

«El hecho de que haya habido erosión tectónica a lo largo de los márgenes del cratón no descarta la glaciación», dijo McDannell. “Las discordancias son características compuestas, y nuestro trabajo sugiere que la erosión criogénica fue un contribuyente clave, pero es posible que tanto la erosión anterior como la posterior estuvieran involucradas en la formación de la superficie de discordancia en diferentes lugares. Un examen global nos dirá más”.

Referencia: “Restricciones termocronológicas sobre el origen de la Gran Discordancia” 25 de enero de 2022, procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.
DOI: 10.1073/pnas.2118682119

William Guenthner, de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign; Peter Zeitler de Universidad de Lehigh; y David Shuster de la Universidad de California, Berkeley y el Centro de Geocronología de Berkeley fueron coautores del artículo.

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