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Los investigadores crean un microscopio cuántico que puede ver lo imposible

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Impresión artística del nuevo microscopio cuántico de UQ en acción. Crédito: Universidad de Queensland

En un gran salto científico, los investigadores de la Universidad de Queensland han creado un microscopio cuántico que puede revelar estructuras biológicas que de otro modo serían imposibles de ver.


Esto abre el camino para aplicaciones en biotecnología y podría extenderse mucho más allá en campos que van desde la navegación hasta la obtención de imágenes médicas.

la microscopio está alimentado por la ciencia del entrelazamiento cuántico, un efecto descrito por Einstein como “interacciones aterradoras a distancia”.

El profesor Warwick Bowen, del Laboratorio de Óptica Cuántica de la UQ y del Centro de Excelencia de Ingeniería de Sistemas Cuánticos (EQUS) de ARC, dijo que era el primer sensor basado en enredos con un rendimiento superior a la mejor tecnología existente posible.

“Este avance desencadenará todo tipo de nuevas tecnologías, desde los mejores sistemas de navegación hasta las mejores máquinas de resonancia magnética, lo que sea”, dijo el profesor Bowen.

“Creemos que el entrelazamiento está en el corazón de una revolución cuántica.

“Finalmente hemos demostrado que los sensores que lo utilizan pueden reemplazar la tecnología no cuántica existente.

“Esto es emocionante, esta es la primera prueba del potencial de cambio de paradigma del entrelazamiento para la detección”.

La hoja de ruta de la tecnología cuántica de Australia predice que los sensores cuánticos impulsarán una nueva ola de innovación tecnológica en salud, ingeniería, transporte y recursos.

Investigadores australianos crean microscopio cuántico que puede ver lo imposible

Los investigadores del equipo de la UQ (en sentido antihorario desde la parte inferior izquierda) Caxtere Casacio, Warwick Bowen, Lars Madsen y Waleed Muhammad alineando el microscopio cuántico. Crédito: Universidad de Queensland

Uno de los principales éxitos del microscopio cuántico del equipo ha sido su capacidad para catapultar a sí mismo sobre una “barrera dura” en la microscopía óptica tradicional.

Los investigadores del equipo de la UQ (en sentido antihorario desde la parte inferior izquierda) Caxtere Casacio, Warwick Bowen, Lars Madsen y Waleed Muhammad alineando el microscopio cuántico.

“Los mejores microscopios ópticos utilizan láseres brillantes que son miles de millones de veces más brillantes que el sol”, dijo el profesor Bowen.

“Los sistemas biológicos frágiles como una célula humana solo pueden sobrevivir por un corto tiempo y este es un gran obstáculo.

“El cuántico enredo en nuestro microscopio proporciona un 35% de claridad mejorada sin destruir la célula, lo que nos permite ver pequeñas estructuras biológicas que de otro modo serían invisibles.

“Los beneficios son obvios, desde una mejor comprensión de los sistemas vivos hasta tecnologías de diagnóstico mejoradas”.

El profesor Bowen dijo que había oportunidades potencialmente ilimitadas para entrelazamiento cuántico en tecnología.

Los investigadores crean un microscopio cuántico que puede ver lo imposible

Microscopio cuántico de UQ, listo para enfocarse en biología nunca antes vista. Crédito: Universidad de Queensland

“El entrelazamiento está a punto de revolucionar la informática, la comunicación y la detección”, dijo.

“La comunicación absolutamente segura se demostró hace décadas como la primera demostración de una ventaja cuántica absoluta sobre las tecnologías convencionales.

“La computadora más rápida que cualquier computadora convencional posible fue demostrada por Google hace dos años como la primera demostración de una ventaja absoluta en informática.

“La última pieza del rompecabezas fue la detección, y ahora hemos cerrado esa brecha.

“Esto abre la puerta a revoluciones tecnológicas de gran alcance”.

La investigación se publica en Naturaleza.


Quantum tiene la clave para asegurar las conferencias telefónicas


Más información:
Microscopía no lineal mejorada cuántica, Naturaleza (2021). DOI: 10.1038 / s41586-021-03528-w , www.nature.com/articles/s41586-021-03528-w

Proporcionado por
Universidad de Queensland

Cita: Investigadores crean microscopio cuántico que puede ver lo imposible (2021, 9 de junio) recuperado el 9 de junio de 2021 de https://phys.org/news/2021-06-quantum-microscope-impossible.html

Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte del uso legítimo para fines de estudio o investigación privados, no se puede reproducir ninguna parte sin permiso por escrito. El contenido se proporciona solo a título informativo.

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El telescopio Webb de la NASA viajará en el tiempo y utilizará quásares para descubrir secretos del universo temprano

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Es el concepto de un artista de una galaxia con un quásar brillante en su centro. Un quásar es un agujero negro supermasivo muy brillante, distante y activo que tiene de millones a miles de millones de veces la masa del Sol. Entre los objetos más brillantes del universo, la luz de un quásar supera a la de todas las estrellas de su galaxia anfitriona combinadas. Los quásares se alimentan de materia en caída libre y liberan torrentes de viento y radiación, dando forma a las galaxias en las que residen. Usando las habilidades únicas de Webb, los científicos estudiarán seis de los cuásares más distantes y brillantes del universo. Crédito: NASA, ESA y J. Olmsted (STScI)

Eclipsando todas las estrellas en sus galaxias anfitrionas combinadas, los quásares se encuentran entre los objetos más brillantes del universo. Estos agujeros negros supermasivos brillantes, distantes y activos dan forma a las galaxias en las que residen. Poco después de su lanzamiento, los científicos utilizarán Webb para estudiar seis de los cuásares más distantes y brillantes, junto con sus galaxias anfitrionas, en el universo muy joven. Examinarán el papel que juegan los cuásares en la evolución de las galaxias en esta era temprana. El equipo también utilizará cuásares para estudiar el gas en el espacio entre las galaxias del universo naciente. Esto solo será posible con la extrema sensibilidad de Webb a los niveles bajos de luz y la excelente resolución angular.

Los quásares son agujeros negros supermasivos muy brillantes, distantes y activos que tienen de millones a miles de millones de veces la masa del Sol. Por lo general, se encuentran en el centro de las galaxias, se alimentan de materia en caída libre y liberan fantásticos torrentes de radiación. Entre los objetos más brillantes del universo, la luz de un quásar supera a la de todas las estrellas de su galaxia anfitriona combinadas, y sus chorros y vientos dan forma a la galaxia en la que reside.

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Poco después de su lanzamiento a finales de este año, un equipo de científicos entrenará al telescopio espacial James Webb de la NASA en seis de los cuásares más lejanos y brillantes. Estudiarán las propiedades de estos cuásares y sus galaxias anfitrionas, y cómo están interconectados durante las primeras etapas de la evolución de las galaxias al comienzo del universo. El equipo también utilizará los cuásares para examinar el gas en el espacio entre galaxias, especialmente durante el período de reionización cósmica, que terminó cuando el universo era muy joven. Lo conseguirán utilizando la extrema sensibilidad de Webb a niveles bajos de luz y una excelente resolución angular.

Cultura infográfica de reionización cósmica.

(Haga clic en la imagen para ver la infografía completa). Hace más de 13 mil millones de años, durante la Era de la Reionización, el universo era un lugar muy diferente. El gas entre las galaxias era en gran parte opaco a la luz energética, lo que dificultaba la observación de galaxias jóvenes. ¿Qué permitió que el universo se volviera completamente ionizado o transparente, lo que finalmente condujo a las condiciones “claras” detectadas en gran parte del universo actual? El telescopio espacial James Webb escaneará profundamente en el espacio para recopilar más información sobre los objetos que existieron durante la Era de la Reionización para ayudarnos a comprender esta importante transición en la historia del universo. Crédito: NASA, ESA y J. Kang (STScI)

Webb: Visitando el universo joven

A medida que Webb escanea profundamente el universo, en realidad estará mirando hacia atrás en el tiempo. La luz de estos cuásares distantes comenzó su viaje a Webb cuando el universo era muy joven y tardó miles de millones de años en llegar. Veremos las cosas como eran hace mucho tiempo, no como son hoy.

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“Todos estos cuásares que estamos estudiando existían muy temprano, cuando el universo tenía menos de 800 millones de años, menos del 6% de su edad actual. Por tanto, estas observaciones nos dan la oportunidad de estudiar la evolución de las galaxias y la formación y evolución de los agujeros negros supermasivos en estos tiempos tan remotos ”, explicó Santiago Arribas, miembro del equipo, profesor e investigador del Departamento de Astrofísica del Centro. para Astrobiología en Madrid, España. Arribas también es miembro del equipo científico de instrumentos del Espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec) de Webb.

¿Qué es la cultura cosmológica del corrimiento al rojo?

(Haga clic en la imagen para ver la infografía completa.) El universo se está expandiendo, y esta expansión extiende la luz que viaja a través del espacio en un fenómeno conocido como corrimiento al rojo cosmológico. Cuanto mayor es el corrimiento al rojo, mayor es la distancia recorrida por la luz. Como resultado, se necesitan telescopios con detectores infrarrojos para ver la luz de las primeras galaxias más distantes. Crédito: NASA, ESA, ET L. Hustak (STSci)

La luz de estos objetos muy distantes se ha estirado por la expansión del espacio. Esto se llama corrimiento al rojo cosmológico. Cuanto más lejos tiene que viajar la luz, más rojo se desplaza. De hecho, la luz visible emitida al comienzo del universo está tan estirada que se desplaza hacia el infrarrojo cuando nos alcanza. Con su conjunto de instrumentos ajustables por infrarrojos, Webb se adapta particularmente bien al estudio de este tipo de luz.

Estudiar los quásares, sus galaxias y entornos de acogida, y sus poderosos flujos de salida.

Los quásares que estudiará el equipo no solo son algunos de los más distantes del universo, sino también algunos de los más brillantes. Estos cuásares suelen tener las masas de agujeros negros más altas y también tienen las tasas de acreción más altas, las tasas a las que la materia cae en los agujeros negros.

“Estamos interesados ​​en observar los cuásares más brillantes, porque se espera que la gran cantidad de energía que generan en su núcleo cause el mayor impacto en la galaxia anfitriona a través de mecanismos como la salida y el calentamiento de los cuásares”, dijo Chris Willott, un investigador del Centro de Investigación Herzberg en Astronomía y Astrofísica del Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC) en Victoria, Columbia Británica. Willott también es el científico del Proyecto Webb de la Agencia Espacial Canadiense. “Queremos observar estos cuásares cuando tienen el mayor impacto en las galaxias que los albergan”.

Se libera una enorme cantidad de energía cuando el agujero negro supermasivo acumula materia. Esta energía se calienta y empuja el gas circundante hacia afuera, generando fuertes flujos que desgarran el espacio interestelar como un tsunami, causando estragos en la galaxia anfitriona.


Observe cómo los chorros y vientos de un agujero negro supermasivo afectan a su galaxia anfitriona y al espacio cientos de miles de años luz durante millones de años. Crédito: NASA, ESA y L. Hustak (STScI)

Los flujos salientes juegan un papel importante en la evolución de las galaxias. El gas alimenta la formación de estrellas, por lo que cuando el gas se retira debido a los flujos, la tasa de formación de estrellas disminuye. En algunos casos, los flujos de salida son tan poderosos y expulsan tal cantidad de gas que pueden detener por completo la formación de estrellas en la galaxia anfitriona. Los científicos también creen que los flujos de salida son el mecanismo principal por el cual el gas, el polvo y los elementos se redistribuyen a grandes distancias dentro de la galaxia o incluso pueden ser expulsados ​​al espacio entre galaxias: el intergaláctico medio. Esto puede provocar cambios fundamentales en las propiedades de la galaxia anfitriona y el medio intergaláctico.

Examen de las propiedades del espacio intergaláctico en el momento de la reionización.

Hace más de 13 mil millones de años, cuando el universo era muy joven, la vista estaba lejos de ser clara. El gas neutro entre galaxias ha hecho que el universo sea opaco a ciertos tipos de luz. Durante cientos de millones de años, el gas neutro del medio intergaláctico se ha cargado o ionizado, haciéndolo transparente a la luz ultravioleta. Este período se llama la era de la reionización. Pero, ¿qué llevó a la reionización que creó las condiciones “claras” detectadas en gran parte del universo actual? Webb escaneará profundamente en el espacio para obtener más información sobre esta importante transición en la historia del universo. Las observaciones nos ayudarán a comprender la era de la reionización, que es una de las principales fronteras de la astrofísica.

El equipo utilizará cuásares como fuentes de luz de fondo para estudiar el gas entre nosotros y el cuásar. Este gas absorbe la luz del cuásar en longitudes de onda específicas. Usando una técnica llamada espectroscopia de imágenes, buscarán líneas de absorción en el gas intermedio. Cuanto más brillante sea el quásar, más fuertes serán estas características de línea de absorción en el espectro. Al determinar si el gas es neutral o ionizado, los científicos aprenderán qué tan neutral es el universo y cuánto de este proceso de reionización ocurrió en ese momento preciso.


El telescopio espacial James Webb utilizará un instrumento innovador llamado Unidad de campo integrado (IFU) para capturar imágenes y espectros al mismo tiempo. Este video proporciona una descripción básica de cómo funciona la IFU. Crédito: NASA, ESA, CSA y L. Hustak (STScI)

“Si quieres estudiar el universo, necesitas fuentes de fondo muy brillantes. Un cuásar es el objeto perfecto en el universo distante porque es lo suficientemente brillante como para que podamos verlo muy bien ”, dijo Camilla Pacifici, miembro del equipo, que está afiliado a la Agencia Espacial Canadiense pero trabaja como especialista en instrumentos en la Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial. en Baltimore. “Queremos estudiar el universo temprano porque el universo está evolucionando y queremos saber cómo empezó”.

El equipo analizará la luz procedente de los cuásares con NIRSpec para encontrar lo que los astrónomos llaman “metales”, que son elementos más pesados ​​que el hidrógeno y el helio. Estos elementos se formaron en las primeras estrellas y las primeras galaxias y fueron expulsados ​​por los flujos. El gas sale de las galaxias en las que se encontró originalmente y entra en el medio intergaláctico. El equipo planea medir la generación de estos “metales” tempranos, así como también cómo son empujados al ambiente intergaláctico por estos lanzamientos tempranos.

El poder de Webb

Webb es un telescopio extremadamente sensible capaz de detectar niveles de luz muy bajos. Esto es importante, porque si bien los quásares son inherentemente muy brillantes, los que este equipo observará son algunos de los objetos más distantes del universo. De hecho, están tan separados que las señales que recibirá Webb son muy, muy débiles. Es solo con la exquisita sensibilidad de Webb que se puede lograr esta ciencia. Webb también ofrece una excelente resolución angular, lo que permite desenredar la luz del cuásar de su galaxia anfitriona.

Los programas de cuásar descritos aquí son Observaciones de tiempo garantizado que involucran las capacidades espectroscópicas de NIRSpec.

El telescopio espacial James Webb será el primer observatorio de ciencia espacial del mundo cuando se lance en 2021. Webb resolverá los misterios de nuestro sistema solar, verá más allá de mundos distantes alrededor de otras estrellas y explorará las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar. en eso. Webb es un programa internacional dirigido por la NASA con sus socios, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la Agencia Espacial Canadiense.

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Un tipo humano prehistórico previamente desconocido para la ciencia

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Cráneo estático, mandíbula y ortografía parietal. Crédito: Universidad de Tel Aviv

Descubrimiento dramático en excavaciones israelíes

  • El descubrimiento de un nuevo grupo Homo en esta región, que se asemeja a las poblaciones preneandertales de Europa, desafía la hipótesis predominante de que los neandertales se originaron en Europa, lo que sugiere que al menos algunos de los antepasados ​​de los neandertales procedían en realidad del Levante.
  • El nuevo descubrimiento sugiere que dos tipos de grupos Homo vivieron uno al lado del otro en el Levante durante más de 100.000 años (hace 200 a 100.000 años), compartiendo conocimientos y tecnologías de herramientas: el pueblo Nesher Ramla que vivió en la región hace unos 400.000 años. y Homo sapiens, que llegó más tarde, hace unos 200.000 años.
  • El nuevo descubrimiento también da pistas sobre un misterio de la evolución humana: ¿cómo penetraron los genes del Homo sapiens en la población neandertal que presumiblemente había vivido en Europa mucho antes de la llegada del Homo sapiens?
  • Los investigadores afirman que al menos algunos de los últimos fósiles de Homo encontrados previamente en Israel, como los desenterrados en las cuevas de Skhul y Qafzeh, no pertenecen al arcaico (temprano) Homo sapiens, sino a grupos mixtos de ‘Homo sapiens y Nesher Ramla. . .

Tipo Nesher Ramla Homo – un humano prehistórico previamente desconocido para la ciencia.

Investigadores de la Universidad de Tel Aviv y la Universidad Hebrea de Jerusalén han identificado un nuevo tipo de humano primitivo en el sitio de Nesher Ramla, que data de hace 140.000 a 120.000 años. Según los investigadores, la morfología humana de Nesher Ramla comparte características con los neandertales (especialmente dientes y mandíbulas) y el Homo arcaico (especialmente el cráneo). Al mismo tiempo, este tipo de Homo es muy diferente de los humanos modernos: muestra una estructura de cráneo completamente diferente, sin mentón y dientes muy grandes.

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Siguiendo los resultados del estudio, los investigadores creen que el tipo Nesher Ramla Homo es la población “fuente” a partir de la cual se desarrollaron la mayoría de los humanos del Pleistoceno Medio. Además, sugieren que este grupo es la población llamada “extinta” que se apareó con homo sapiens que llegó a la zona hace unos 200.000 años, lo que sabemos por un estudio reciente de los fósiles encontrados en la cueva de Misliya.

Dos equipos de investigadores participaron en el dramático descubrimiento, publicado en la prestigiosa La ciencia revista: un equipo de antropología de la Universidad de Tel Aviv dirigido por el profesor Israel Hershkovitz, la Dra. Hila May y la Dra. Rachel Sarig de la Facultad de Medicina Sackler y el Centro Dan David para la Evolución Humana y la Investigación de la Biohistoria y el Instituto de Antropología de la Familia Shmunis, ubicado en el El Museo Steinhardt de la Universidad de Tel Aviv; y un equipo arqueológico dirigido por el Dr. Yossi Zaidner del Instituto de Arqueología de la Universidad Hebrea de Jerusalén.

Cronología: El tipo Nesher Ramla Homo fue un antepasado tanto de los neandertales en Europa como de las arcaicas poblaciones Homo de Asia.

Prof. Israel Hershkovitz: “El descubrimiento de un nuevo tipo de Homo” es de gran importancia científica. Nos permite dar un nuevo significado a los fósiles humanos encontrados anteriormente, agregar otra pieza al rompecabezas de la evolución humana y comprender las migraciones de los humanos al viejo mundo. A pesar de que vivieron hace tanto tiempo, al final del Pleistoceno medio (hace 474.000 a 130.000 años), la gente de Nesher Ramla puede contarnos una historia fascinante, que revela mucho sobre la evolución y el modo de vida de sus descendientes.

Restos fósiles del cráneo y la mandíbula

Restos fósiles del cráneo y la mandíbula. Crédito: Universidad de Tel Aviv

El gran fósil humano fue encontrado por el Dr. Zaidner de la Universidad Hebrea durante las excavaciones de rescate en el sitio prehistórico de Nesher Ramla, en el área minera de la Fábrica de Cemento Nesher (propiedad de Len Blavatnik) cerca de la ciudad de Ramla. Al excavar unos 8 metros, los excavadores encontraron grandes cantidades de huesos de animales, incluidos caballos, ciervos y uros, así como herramientas de piedra y huesos humanos. Un equipo internacional dirigido por investigadores de Tel Aviv y Jerusalén identificó la morfología ósea como perteneciente a un nuevo tipo de Homo, hasta ahora desconocido para la ciencia. Es el primer tipo de Homo que se define en Israel y, según la práctica común, recibió el nombre del sitio donde se descubrió: el tipo Nesher Ramla Homo.

Dr. Yossi Zaidner: “Este es un descubrimiento extraordinario. Nunca imaginamos que al lado homo sapiens, el arcaico Homo vagó por la región tan tarde en la historia de la humanidad. Los hallazgos arqueológicos asociados con fósiles humanos muestran que “Nesher Ramla Homo” poseía tecnologías avanzadas para producir herramientas de piedra y probablemente interactuó con la población local. Homo sapiens.”La cultura, el estilo de vida y el comportamiento de Nesher Ramla Homo se analizan en un artículo adjunto también publicado en La ciencia periódico de hoy (24 de junio de 2021).

El profesor Hershkovitz añade que el descubrimiento del tipo Nesher Ramla Homo cuestiona la hipótesis dominante según la cual los neandertales se originaron en Europa. “Antes de estos nuevos descubrimientos”, dice, “la mayoría de los investigadores pensaban que los neandertales eran una” historia europea “, en la que pequeños grupos de neandertales se vieron obligados a migrar hacia el sur para escapar de los glaciares en expansión, algunos llegaron a la Tierra de Israel alrededor de 70.000 años. Los fósiles de Nesher Ramla nos hacen cuestionar esta teoría, sugiriendo que los antepasados ​​de los neandertales europeos vivieron en el Levante hace 400.000 años, migrando varias veces al oeste a Europa y al este a Asia. De hecho, nuestros hallazgos implican que los famosos neandertales de Europa Occidental son sólo los restos de una población mucho mayor que vivía aquí en el Levante, y no al revés “.

Equipo de investigación de Nesher Ramla

(De izquierda a derecha): Israel Hershkovitz, Marion Prevost, Hila May, Rachel Sarig y Yossi Zaidner. Crédito: Universidad de Tel Aviv

A pesar de la ausencia de ADN en estos fósiles, dice la doctora Hila May, los hallazgos de Nesher Ramla ofrecen una solución a un gran misterio en la evolución del Homo: cómo los genes de homo sapiens penetrar en la población neandertal que presumiblemente vivió en Europa mucho antes de la llegada de homo sapiens? Los genetistas que han estudiado el ADN de los neandertales europeos ya han sugerido la existencia de una población similar a la de los neandertales a la que llamaron “población desaparecida” o “población X” que se había apareado con ella. homo sapiens hace más de 200.000 años.

En el artículo antropológico ahora publicado en La ciencia, los investigadores sugieren que el tipo Nesher Ramla Homo puede representar esta población, hasta ahora ausente de los registros fósiles humanos. Además, los investigadores sugieren que los humanos de Nesher Ramla no son los únicos de su tipo descubiertos en la región, y que algunos fósiles humanos encontrados anteriormente en Israel, que han desconcertado a los antropólogos durante años, como los fósiles de las cuevas de Tabun (hace 160.000 años). , Zuttiyeh Cave (250.000) y Qesem Cave (400.000) – pertenecen al mismo nuevo grupo humano ahora llamado del tipo Nesher Ramla Homo.

“La gente piensa en paradigmas”, dice la Dra. Rachel Sarig. “Es por eso que se han hecho esfuerzos para atribuir estos fósiles a grupos humanos conocidos como homo sapiens, Homo erectus, Homo heidelbergensis o neandertales. Pero ahora decimos: No. Es un grupo en sí mismo, con características y características diferenciadas. En una etapa posterior, pequeños grupos del tipo Nesher Ramla Homo emigraron a Europa, donde evolucionaron a los neandertales “clásicos” que conocemos bien, y también a Asia, donde se convirtieron en poblaciones arcaicas con características de tipo neandertal. Cruce de caminos entre África, Europa y Asia, la Tierra de Israel sirvió como un crisol donde diferentes poblaciones humanas se mezclaron para luego extenderse por el Viejo Mundo. El descubrimiento del sitio de Nesher Ramla escribe un nuevo capítulo fascinante en la historia de la humanidad.

El profesor Gerhard Weber, asociado de la Universidad de Viena, dice que la historia de la evolución de los neandertales se contará de manera diferente después de este descubrimiento: “Europa no fue el refugio exclusivo de los neandertales de los que procedían, a veces transmitida en Asia occidental. Creemos que ha habido mucho más comercio lateral en Eurasia, y que el Levante es geográficamente un punto de partida crucial, o al menos una cabeza de puente, para este proceso.

Referencia: 24 de junio de 2021, La ciencia.
DOI: 10.1126 / science.abh3169

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Horoscopo

Los hallazgos de atrofia cardíaca podrían allanar el camino para prevenir daños causados ​​por vuelos espaciales prolongados

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IMAGEN: Los científicos del Cincinnati Children’s han descubierto una vía molecular que desencadena una atrofia cardíaca potencialmente mortal. Encontrar una forma de detener este proceso podría ayudar a proteger a las personas durante los viajes espaciales. vista Después

Crédito: Cincinnati Children’s

En muchas situaciones, las células del músculo cardíaco no responden al estrés externo de la misma manera que las células del músculo esquelético. Pero bajo ciertas condiciones, el corazón y los músculos esqueléticos pueden debilitarse a un ritmo mortalmente rápido, según un nuevo estudio realizado por expertos del Cincinnati Children’s.

Los nuevos hallazgos, basados ​​en estudios con modelos de ratones, representan un paso importante en un largo esfuerzo para prevenir o incluso revertir la atrofia cardíaca, que puede provocar una insuficiencia cardíaca fatal cuando el cuerpo pierde o experimenta grandes cantidades de peso. Largos períodos de ingravidez en el espacio. . . Los resultados detallados fueron publicado en Internet el 24 de junio de 2021, dentro Comunicación de la naturaleza.

“La NASA está muy interesada en la atrofia cardíaca”, dice Jeffery Molkentin, PhD, Codirector del Cincinnati Children’s Heart Institute. “Este podría ser el mayor problema para los vuelos espaciales de larga duración y la salud de los astronautas, especialmente cuando entran en una situación de mayor gravedad, ya sea llegando a Marte o regresando a la Tierra”.

Los astronautas y cosmonautas se ejercitan en órbita para minimizar la pérdida de masa muscular desde que los médicos observaron hace años que los astronautas que regresaban a menudo apenas podían caminar cuando regresaban a la Tierra. En el camino, los médicos también observaron un mayor riesgo de problemas cardíacos durante el período de recuperación.

Los nuevos hallazgos de Molkentin y sus colegas ayudan a explicar por qué el corazón también se ve afectado por condiciones de desgaste muscular, lo que a su vez sugiere posibles nuevas formas de prevenir o tratar el problema.

Un ataque de tres frentes a las células cardíacas

El equipo de investigación estudió modelos de ratón de varias formas para rastrear el marchitamiento de las células cardíacas hasta un proceso molecular de tres pasos.

Al igual que el músculo esquelético, el corazón puede crecer o encogerse según la carga de trabajo. La nueva investigación identifica un proceso por el cual el gen de la trombospondina-1 puede conducir a una pérdida dramática de masa cardíaca.

La sobreexpresión de trombospondina-1 en los corazones de los ratones causa una pérdida rápida y fatal de la masa cardíaca, llamada atrofia, al activar directamente la proteína de señalización llamada PERK. La actividad excesiva de PERK, a su vez, desencadena una respuesta del factor de transcripción ATF4, que en conjunto programan directamente la atrofia de las células del músculo cardíaco.

Cuanto más tiempo estén activos estos genes, más grave se vuelve la atrofia. Eliminar o reducir la actividad de estos genes bloquearía o reduciría la respuesta de atrofia, lo que podría ser una nueva estrategia interesante para combatir la pérdida de músculo cardíaco durante largos períodos de viajes espaciales.

“Nuestros resultados describen un nuevo camino hacia la pérdida de masa muscular”, explica Molkentin. “Se necesita más investigación para desarrollar métodos o fármacos que puedan interrumpir esta vía de señalización a través de estos genes para detener la atrofia cardíaca una vez detectada”.

Próximas etapas

Los investigadores aún tienen que confirmar que el proceso observado en ratones también ocurre en humanos. También se necesita más trabajo para determinar si existen medicamentos (o deben desarrollarse) que puedan manejar de manera segura la actividad molecular identificada por el equipo de investigación.

En los seres humanos, incluso si no tenemos la capacidad de reemplazar el tejido del músculo cardíaco perdido, debería ser posible restaurar las células del músculo cardíaco debilitadas o atrofiadas a su estado original.

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Sobre este estudio

Además de Molkentin, los investigadores de Cincinnati Children que contribuyeron a este estudio incluyen a los coautores principales Davy Vanhoutte, PhD, y Tobias Schips, PhD, (ahora en Janssen Pharmaceuticals); Alexander Vo, BS, Kelly Grimes, PhD, Tanya Baldwin, PhD, Matthew Brody PhD, (ahora en la Universidad de Michigan), Federica Accornero, PhD, (ahora en la Universidad Estatal de Ohio) y Michelle Sargent, BS.

Las fuentes de financiación para este estudio incluyen los Institutos Nacionales de Salud de Molkentin (2R01HL105924) y una subvención de la fundación de investigación alemana Deutsche Forschungsgemeinschaft en Schips (SCHI 1290 / 1-1).

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