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Radio Pulsar Binary demuestra que Einstein tiene al menos un 99,99% de razón

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Radio Pulsar Binary demuestra que Einstein tiene al menos un 99,99% de razón

Los investigadores realizaron un experimento de 16 años para desafiar la teoría de la relatividad general de Einstein. El equipo internacional observó las estrellas, un par de estrellas extremas llamadas púlsares para ser precisos, a través de siete radiotelescopios en todo el mundo. Crédito: Instituto Max Planck de Radioastronomía

Han pasado más de cien años desde que Einstein formalizó su teoría de la Relatividad General (GR), la teoría geométrica de la gravitación que revolucionó nuestra comprensión del Universo. Y, sin embargo, los astrónomos todavía lo están sometiendo a pruebas rigurosas, con la esperanza de encontrar desviaciones de esta teoría establecida. La razón es simple: cualquier indicio de física más allá de GR abriría nuevas ventanas al Universo y ayudaría a resolver algunos de los misterios más profundos del cosmos.

Una de las pruebas más rigurosas jamás realizadas fue realizada recientemente por un equipo internacional de astrónomos dirigido por Michael Kramer del Instituto Max Planck de Radioastronomía (MPIfR) en Bonn, Alemania. Usando siete radiotelescopios en todo el mundo, Kramer y sus colegas observaron un par único de púlsares durante 16 años. En el proceso, observaron por primera vez los efectos predichos por GR, y con un precisión al menos el 99,99%!

Además de los investigadores de MPIfR, a Kramer y sus asociados se unieron investigadores de instituciones de diez países diferentes, incluido el Jodrell Bank Center for Astrophysics (Reino Unido), el ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (Australia), el Perimeter Institute of Theoretical Physics (Canadá), el Observatorio de París (Francia), el Osservatorio Astronomico di Cagliari (Italia), el Observatorio de Radioastronomía de Sudáfrica (SARAO), el Instituto de Radioastronomía de los Países Bajos (ASTRON) y el Observatorio de Arecibo.

Pulsar estrella de neutrones de giro rápido

Los púlsares son estrellas de neutrones que giran rápidamente y emiten haces estrechos y anchos de ondas de radio. Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA

Los «radio púlsares» son una clase especial de estrellas de neutrones fuertemente magnetizadas y de rotación rápida. Estos objetos súper densos emiten poderosos rayos de radio desde sus polos que (cuando se combinan con su rápida rotación) crean un efecto estroboscópico que se asemeja a una baliza. Los astrónomos están fascinados con los púlsares porque brindan una gran cantidad de información sobre la física que rige los objetos ultracompactos, los campos magnéticos, el medio interestelar (ISM), la física planetaria e incluso la cosmología.

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Además, las fuerzas gravitatorias extremas involucradas permiten a los astrónomos probar las predicciones hechas por teorías gravitacionales como GR y Dinámica newtoniana modificada (MOND) en algunas de las condiciones más extremas imaginables. A los efectos de su estudio, Kramer y su equipo examinaron PSR J0737-3039 A/B, el sistema «Double Pulsar» ubicado a 2400 años luz de la Tierra en el constelación de cachorros.

Este sistema es la única radio púlsar binario jamás observado y fue descubierto en 2003 por miembros del equipo de investigación. Los dos púlsares que componen este sistema giran rápidamente, 44 veces por segundo (A), una vez cada 2,8 segundos (B), y se orbitan entre sí con un período de solo 147 minutos. Si bien son aproximadamente un 30% más masivos que el Sol, solo tienen unos 24 km (15 millas) de diámetro. De ahí su extrema atracción gravitatoria y sus intensos campos magnéticos.

Además de estas propiedades, el rápido período orbital de este sistema lo convierte en un laboratorio casi perfecto para probar las teorías de la gravedad. Como declaró el profesor Kramer en un reciente comunicado de prensa de MPIfR:

“Hemos estudiado un sistema de estrellas compactas que es un laboratorio inigualable para probar teorías de la gravedad en presencia de campos gravitatorios muy fuertes. Para nuestro deleite, pudimos probar una piedra angular de la teoría de Einstein, la energía transportada por ondas gravitacionales, con una precisión 25 veces superior a la del púlsar Hulse-Taylor, ganador del Premio Nobel, y 1000 veces superior a la que es posible actualmente con los detectores de ondas gravitacionales.

campo de gravedad de agujero negro

Impresión artística de la trayectoria de la estrella S2 pasando muy cerca de Sagitario A*, lo que también permite a los astrónomos probar las predicciones realizadas por la Relatividad General en condiciones extremas. Crédito: ESO/M. Kornmesser

Se utilizaron siete radiotelescopios para la campaña de observación de 16 años, incluido el Radiotelescopio Parkes (Australia), el Telescopio Green Bank (EE. UU.), el Radiotelescopio Nançay (Francia), el Telescopio Effelsberg de 100 m (Alemania), el Radiotelescopio Lovell (Reino Unido), el radiotelescopio de síntesis de Westerbork (Países Bajos) y el Very Long Baseline Array (EE. UU.).

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Estos observatorios cubrieron diferentes partes del espectro de radio, desde 334 MHz y 700 MHz hasta 1300 – 1700 MHz, 1484 MHz y 2520 MHz. Al hacerlo, pudieron ver cómo los fotones provenientes de este púlsar binario se vieron afectados por su fuerte atracción gravitatoria. Como explicó la coautora del estudio, la profesora Ingrid Stairs de la Universidad de Columbia Británica (UBC) en Vancouver:

“Seguimos la propagación de los fotones de radio emitidos por una baliza cósmica, un púlsar, y seguimos su movimiento en el fuerte campo gravitatorio de un púlsar compañero. Vemos por primera vez cómo la luz no solo se retrasa debido a una fuerte curvatura del espacio-tiempo alrededor del compañero, sino que también la luz se desvía en un pequeño ángulo de 0,04 grados que podemos detectar. Nunca antes se había realizado un experimento de este tipo en una curvatura de espacio-tiempo tan alta.

Como agregó el coautor, el profesor Dick Manchester de la Organización de Investigación Científica e Industrial de la Commonwealth (CSIRO) de Australia, el rápido movimiento orbital de objetos compactos como estos les permitió probar siete predicciones diferentes de GR. Estos incluyen ondas gravitacionales, propagación de la luz («retraso de Shapiro y curvatura de la luz), dilatación del tiempo, equivalencia masa-energía (E = mc2), y qué efecto tiene la radiación electromagnética en el movimiento orbital del púlsar.

Telescopio Robert C. Byrd Green Bank

El telescopio Robert C. Byrd Green Bank (GBT) en Virginia Occidental. Crédito: GBO/AUI/NSF

“¡Esta radiación corresponde a una pérdida de masa de 8 millones de toneladas por segundo! dijo. «Si bien eso parece mucho, es solo una pequeña fracción, 3 partes de un billón de billones (!) – de la masa del púlsar por segundo». Los investigadores también realizaron mediciones extremadamente precisas de los cambios en la orientación orbital de los púlsares, un efecto relativista que se observó por primera vez con la órbita de Mercurio y uno de los misterios que la teoría GR de Einstein ayudó a resolver.

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Solo que aquí, el efecto fue 140 000 veces más fuerte, lo que hizo que el equipo se diera cuenta de que también tenían que considerar el impacto de la rotación del púlsar en el espacio-tiempo circundante, también conocido como. el efecto Lense-Thirring, o «marco de arrastre». Al igual que el Dr. Norbert Wex del MPIfR, otro autor principal del estudio, esto proporcionó otro avance:

«En nuestra experiencia, esto significa que tenemos que considerar la estructura interna de un púlsar como un estrella neutrón. Por lo tanto, nuestras mediciones nos permiten por primera vez utilizar el seguimiento de precisión de las rotaciones de estrellas de neutrones, una técnica que llamamos sincronización de púlsares para proporcionar restricciones sobre la extensión de una estrella de neutrones.

Otra lección valiosa de esta experiencia fue cómo el equipo combinó técnicas de observación complementarias para lograr mediciones de distancia de alta precisión. Estudios similares a menudo se han visto obstaculizados por estimaciones de distancia mal limitadas en el pasado. Al combinar la técnica de sincronización de púlsares con mediciones interferométricas cuidadosas (y los efectos de ISM), el equipo logró un resultado de alta resolución de 2400 años luz con un margen de error del 8%.

Nuevas observaciones de colisión de estrellas de neutrones desafían algunas teorías existentes

Representación artística de la fusión de dos estrellas de neutrones. Los haces estrechos representan el estallido de rayos gamma, mientras que la cuadrícula espacio-temporal ondulada indica las ondas gravitacionales isotrópicas que caracterizan la fusión. Crédito: NSF/LIGO/Universidad Estatal de Sonoma/A. simonnet

En última instancia, los resultados del equipo no solo coincidieron con GR, sino que también pudieron ver efectos que no se podían estudiar antes. Como lo expresó Paulo Freire, otro coautor del estudio (y también de MPIfR):

«Nuestros resultados son muy complementarios a otros estudios experimentales que prueban la gravedad en otras condiciones o ven diferentes efectos, como los detectores de ondas gravitacionales o el telescopio Event Horizon. También complementan otros experimentos de púlsares, como nuestro experimento de sincronización con el púlsar en un triple star system, que proporcionó una prueba independiente (y soberbia) de la universalidad de la caída libre.

“Hemos alcanzado un nivel de precisión sin precedentes”, concluyó el profesor Kramer. «Los experimentos futuros con telescopios aún más grandes pueden ir más allá y lo harán. Nuestro trabajo ha demostrado cómo se deben realizar tales experimentos y qué efectos sutiles deben tenerse en cuenta ahora. Y, tal vez, encontremos una desviación de la relatividad general».

El artículo que describe su investigación apareció recientemente en la revista Exploración física X,

Publicado originalmente en Universo hoy.

Para saber más sobre esta investigación:

Referencia: «Pruebas de gravedad de campo fuerte con el doble púlsar» por M. Kramer et al., 13 de diciembre de 2021, Exploración física X.
DOI: 10.1103 / PhysRevX.11.041050

Experiencia en periódicos nacionales y periódicos medianos, prensa local, periódicos estudiantiles, revistas especializadas, sitios web y blogs.

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Nuevos descubrimientos revelan vínculos antiguos entre humanos y neandertales

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Nuevos descubrimientos revelan vínculos antiguos entre humanos y neandertales

Los humanos modernos se han cruzado con los neandertales durante más de 200.000 años, informa un equipo internacional dirigido por Josh Akey de la Universidad de Princeton y Liming Li de la Universidad Southeastern. Akey y Liming Li identificaron una primera ola de contacto hace unos 200 a 250 000 años, otra hace 100 a 120 000 años y la más grande hace unos 50 a 60 000 años. Utilizaron una herramienta genética llamada IBDmix que utiliza IA, en lugar de una población de referencia de humanos vivos, para analizar 2.000 humanos vivos, tres neandertales y un denisovano. Crédito: Matilda Luk, Universidad de Princeton

El genetista Joshua Akey afirma que los humanos modernos y los neandertales interactuaron durante un período de 200.000 años.

Una nueva investigación genética revela extensos cruces e interacciones de larga data entre neandertales, denisovanos y humanos modernos, lo que sugiere una historia más integrada de lo que se pensaba anteriormente y respalda las teorías de la asimilación de los neandertales en las poblaciones humanas modernas.

Desde el descubrimiento de los primeros huesos de neandertal en 1856, la curiosidad por estos antiguos homínidos ha seguido creciendo. ¿En qué se diferencian de nosotros? ¿Qué tan similares son a nosotros? ¿Se llevaban bien nuestros antepasados ​​con ellos? ¿Lucharon contra ellos? ¿Les gustaron? El reciente descubrimiento de un grupo llamado denisovanos, un grupo similar al neandertal que habitó Asia y el sur de Asia, ha añadido una serie de preguntas.

Hoy, un equipo internacional de genetistas y expertos en inteligencia artificial está trabajando para agregar nuevos capítulos a la historia compartida de los homínidos. Dirigidos por Joshua Akey, profesor del Instituto Lewis-Sigler de Genómica Integrativa de Princeton, los investigadores descubrieron una historia de mezcla e intercambio genético que sugiere una conexión mucho más estrecha entre estos primeros grupos humanos de lo que se pensaba anteriormente.

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«Esta es la primera vez que los genetistas han identificado múltiples oleadas de mezcla entre humanos modernos y neandertales», dijo Liming Li, profesor del Departamento de Genética Médica y Biología del Desarrollo de la Universidad del Sureste en Nanjing, China, quien realizó este trabajo como investigador. investigador asociado en el laboratorio de Akey.

«Ahora sabemos que durante la mayor parte de la historia de la humanidad tuvimos contacto entre los humanos modernos y los neandertales», dijo Akey. Los homínidos, nuestros ancestros más directos, se separaron del árbol genealógico de los neandertales hace unos 600.000 años y luego desarrollaron nuestras características físicas modernas hace unos 250.000 años.

Interacción continua durante milenios

“Desde entonces hasta la desaparición de los neandertales -es decir, durante unos 200.000 años- los humanos modernos interactuaron con las poblaciones de neandertales”, afirmó.

Los resultados de su trabajo aparecen en el número actual de la revista. Ciencia.

Los neandertales, antes estereotipados como lentos y estúpidos, ahora son vistos como hábiles cazadores y fabricantes de herramientas, que curaban las heridas de otros con técnicas sofisticadas y estaban bien adaptados para prosperar en el frío europeo.

(Nota: Todos estos grupos de homínidos son humanos, pero para evitar decir «humanos neandertales», «humanos Denisova» y «versiones tempranas de nuestra propia especie de humanos», la mayoría de los arqueólogos y antropólogos utilizan las abreviaturas neandertales, denisovanos y humanos modernos. )

Utilizando los genomas de 2.000 humanos vivos, así como de tres neandertales y un denisovano, Akey y su equipo mapearon el flujo de genes entre grupos de homínidos durante el último cuarto de millón de años. Los investigadores utilizaron una herramienta genética que diseñaron. algunos años Hace unos años se desarrolló un nuevo método llamado IBDmix, que utiliza técnicas de aprendizaje automático para decodificar el genoma. Investigadores anteriores se basaron en comparar genomas humanos con una «población de referencia» de humanos modernos que se pensaba que tenían pocos o ningún neandertal o denisovano. ADN.

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El equipo de Akey estableció que incluso los grupos a los que se hace referencia, que vivían a miles de kilómetros al sur de las cuevas de Neandertal, tienen rastros de ADN neandertal, probablemente transportados hacia el sur por los viajeros (o sus descendientes). Con IBDmix, el equipo de Akey identificó una primera ola de contacto hace unos 200 a 250.000 años, otra hace unos 100 a 120.000 años y la más grande hace unos 50 a 60.000 años.

Revisión de modelos de migración humana.

Esto contrasta marcadamente con los datos genéticos anteriores. “Hasta la fecha, la mayoría de los datos genéticos sugieren que los humanos modernos evolucionaron en África hace 250.000 años, permanecieron allí durante los siguientes 200.000 años y entonces «Decidieron dispersarse fuera de África hace 50.000 años y poblar el resto del mundo», dijo Akey.

«Nuestros modelos muestran que no hubo un largo período de estancamiento, sino que poco después de la aparición de los humanos modernos, emigramos de África y regresamos a África también», afirmó. “Para mí, esta historia es una historia de dispersión, del hecho de que los humanos modernos se movieron y se encontraron con neandertales y denisovanos mucho más a menudo de lo que pensábamos anteriormente. »

Esta visión de la humanidad en movimiento coincide con investigaciones arqueológicas y paleoantropológicas que sugieren intercambios culturales y de herramientas entre grupos de homínidos.

La idea clave de Li y Akey era buscar ADN humano moderno en los genomas de los neandertales, y no al revés. «La gran mayoría del trabajo genético durante la última década se ha centrado en cómo el apareamiento con los neandertales afectó los fenotipos humanos modernos y nuestra historia evolutiva, pero estas preguntas también son relevantes e interesantes en otros aspectos», dijo Akey.

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Se dieron cuenta de que los descendientes de estas primeras oleadas de apareamiento entre neandertales y humanos modernos debieron permanecer con los neandertales, por lo que no dejaron rastro en los humanos actuales. «Debido a que ahora podemos incorporar el componente neandertal en nuestros estudios genéticos, estamos observando estas primeras dispersiones de una manera que antes no podíamos», dijo Akey. La última pieza del rompecabezas fue descubrir que la población de neandertales era incluso menor de lo que se pensaba anteriormente.

El modelado genético tradicionalmente utiliza la variación (diversidad) como indicador del tamaño de la población. Cuanto más diversos sean los genes, mayor será la población. Pero utilizando IBDmix, el equipo de Akey demostró que una parte importante de esta aparente diversidad procedía de secuencias de ADN tomadas de humanos modernos, cuyas poblaciones son mucho mayores.

Como resultado, la población efectiva de neandertales se redujo de unos 3.400 individuos reproductores a unos 2.400.

En conjunto, estos nuevos hallazgos pintan una imagen de cómo los neandertales desaparecieron del registro, hace unos 30.000 años.

«No me gusta hablar de extinción, porque creo que los neandertales fueron absorbidos en gran medida», dijo Akey. Su idea es que las poblaciones de neandertales disminuyeron lentamente hasta que los últimos supervivientes se integraron en las comunidades humanas modernas.

Este «modelo de asimilación» fue formulado por primera vez por Fred Smith, profesor de antropología en la Universidad Estatal de Illinois, en 1989. «Nuestros resultados proporcionan datos genéticos sólidos consistentes con la hipótesis de Fred, y creo que es realmente interesante», dijo Akey.

«Los neandertales estuvieron al borde de la extinción, probablemente durante mucho tiempo», afirmó. “Si se reduce su número en un 10 o 20 por ciento, que es lo que hacen nuestras estimaciones, eso representa una reducción sustancial de una población que ya está amenazada. »

“Los humanos modernos eran como olas rompiendo en una playa, erosionando lenta pero seguramente la playa. Al final, simplemente abrumamos demográficamente a los neandertales y los incorporamos a las poblaciones humanas modernas. »

Referencia: “Flujo genético recurrente entre neandertales y humanos modernos durante los últimos 200.000 años” por Liming Li, Troy J. Comi, Rob F. Bierman y Joshua M. Akey, 12 de julio de 2024, Ciencia.
DOI: 10.1126/ciencia.adi1768

Esta investigación fue financiada por el Institutos Nacionales de Salud (conceder R01GM110068 a JMA).

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La primera 'barba de jubilación' de la Fuerza Espacial está fuera de este mundo

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La primera 'barba de jubilación' de la Fuerza Espacial está fuera de este mundo

La primera «barba de retiro» de la Fuerza Espacial está aquí y es increíble.

Roger A. Towbermanquien hasta septiembre pasado fue el primer suboficial de la Fuerza Espacial, vivió el sueño de jubilarse esta semana cuando sus antiguos compañeros lo invitaron a volver a trabajar para una ceremonia y apareció luciendo una barba absolutamente hermosa, ese ya no es mi problema.

La ceremonia fue Inauguración de su propio retrato oficial, bien afeitado, en el Pentágono.un honor otorgado a los jefes de servicio y asesores senior alistados al jubilarse. Con un corte de pelo y una barba decididamente inusuales, Towberman y su retrato fueron un estudio clásico del estatus antes y después de la jubilación.

En su retrato oficial, Towberman aparece con su uniforme de la Fuerza Espacial, rodeado de objetos destinados a reflejar su tiempo de servicio. Estas incluyen fotografías de su familia y su gato, una réplica en miniatura de la Piedra Rosetta. considerada una reliquia esencial de la criptología – y el libro bola de dineroquien relató la llegada del análisis de datos complejos al mundo de la inteligencia de la búsqueda de talentos de las grandes ligas de béisbol.

El Sargento Mayor de la Fuerza Espacial John Bentivegna y Roger A. Towberman, el primer CMSSF, posan para una foto después de una ceremonia de inauguración de retratos en el Pentágono, Arlington, Virginia, 9 de julio de 2024. Foto aérea del ejército por Chad Trujillo Chad Trujillo

Secretario de la Fuerza Aérea Frank Kendall reveló el retrato con hombre de remolque 9 de julio. Towberman prestó juramento como segundo Guardián de la Fuerza Espacial de EE. UU. el 3 de abril de 2020. Como CMSSF, Towberman contribuyó al desarrollo del servicio. valores fundamentalesimplementó las políticas de reclutamiento y personal del departamento y asesoró a los líderes superiores del departamento sobre bienestar, preparación y moral. Pasó 30 años en la Fuerza Aérea, incluso como jefe de comando del Comando Espacial de EE. UU., antes de hacer la transición a la Fuerza Espacial.

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«Es un honor increíble y estoy muy feliz de haber sido parte de él», dijo Towberman. “Todo lo que hicimos, lo hicimos para intentar crear las condiciones para el éxito. »

Incluso como líder de alto rango, Towberman tenía un sentido del humor bien documentado. En 2022, acompañado de una entrevista poco convencional e incluso inusual con Stephen Colbert Cuando el comediante nocturno llevó su programa a Thule, Groenlandia, para perfilar la estación de la Fuerza Espacial, posiblemente la misión de tiempo completo más remota del ejército estadounidense. Towberman se sentó para una entrevista completa y llena de chistes con el comediante, absorbiendo chistes sobre «hacer «eso» en el espacio» Y un Línea del Círculo Polar Ártico para alumnos de 5º grado para edades (vídeo de las 9:00) a lo que Towberman reacciona con una gran carcajada y lo califica de «fantástico».

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Gran parte de la diversidad genética de los neandertales provino de los humanos modernos.

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Gran parte de la diversidad genética de los neandertales provino de los humanos modernos.

Las líneas generales de las interacciones entre los humanos modernos y los neandertales están ahora bien establecidas. Los dos entraron en contacto cuando los humanos modernos comenzaron su gran expansión fuera de África, hace unos 60.000 años. Los humanos adquirieron el ADN de los neandertales a través del mestizaje, mientras que la población de neandertales, todavía bastante pequeña, fue arrasada por oleadas de recién llegados.

Pero algunos aspectos de este panorama general no encajan del todo con los datos. Si bien explica bien el hecho de que las secuencias neandertales son mucho más comunes en poblaciones no africanas, no tiene en cuenta el hecho de que cada población africana que estudiamos tiene una parte de su ADN que coincide con el de los neandertales.

Un estudio publicado el jueves sostiene que esta coincidencia se debe en gran medida al hecho de que una población humana moderna también abandonó África y se cruzó con los neandertales. Pero en este caso, el resultado fue introducir ADN humano moderno en la población de neandertales. El estudio muestra que este ADN es responsable de gran parte de la diversidad genética de los neandertales, lo que sugiere que su población era incluso más pequeña de lo que sugerían estimaciones anteriores.

Salir de África antes de lo previsto

Este estudio no es el primero en sugerir que los humanos modernos y sus genes encontraron a los neandertales mucho antes de nuestra gran expansión fuera de África. La clave para entender esto es el genoma de un neandertal de la región de Altai en Siberia, que data de hace unos 120.000 años. Esto es mucho antes de que los humanos modernos se expandieran fuera de África, pero su genoma tiene algunas regiones que tienen excelentes coincidencias con el genoma humano pero que están ausentes en el linaje denisovano.

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Una posible explicación es que estos segmentos de ADN de neandertal fueron posteriormente recogidos por la población que se extendió fuera de África. El problema de esta hipótesis es que la mayoría de estas secuencias también aparecen en poblaciones africanas. Por ello, los investigadores han propuesto la idea de que una población ancestral de humanos modernos abandonó África hace unos 200.000 años y que parte de su ADN fue preservado por los neandertales siberianos. Esto es consistente con algunos hallazgos de fósiles que ubican a humanos anatómicamente modernos en el Medio Oriente aproximadamente al mismo tiempo.

Sin embargo, hay otra explicación: parte de la población que abandonó África hace 60.000 años y que recuperó ADN neandertal regresó a África, llevándose consigo ese ADN neandertal. Esto permitió que una pequeña porción del ADN neandertal persistiera dentro de las poblaciones africanas.

Para abordar este problema, un equipo de investigación con sede en la Universidad de Princeton se centró en el ADN neandertal encontrado en africanos, aprovechando que ahora contamos con una gama mucho más amplia de genomas humanos completos (aproximadamente 2.000).

El estudio se basó en una hipótesis simple. Todo nuestro trabajo sobre el ADN de los neandertales indica que su población era relativamente pequeña y, por tanto, menos diversa genéticamente que la de los humanos modernos. De ser así, la adición de ADN humano moderno a la población de neandertales debería haber aumentado su diversidad genética. Si este es el caso, entonces los fragmentos de ADN «neandertales» encontrados en las poblaciones africanas deberían incluir algunas de las regiones más diversas del genoma neandertal.

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