La vida se organiza acumulando información

Un estudio relaciona la complejidad y la diversidad biológicas con procesos y leyes puramente físicos. 

Investigadores del Centro de Investigación Ecológica y Aplicaciones Forestales (CREAF) han realizado un estudio que compara la complejidad de la vida con procesos y leyes puramente físicos. Señalan que la vida se organiza en "gradientes de energía", acumulando información de forma gradual y destruyéndose de vez en cuando de forma repentina.

La vida se organiza como la energía, acumulando informacióny perdiéndola de vez en cuando. Imagen: Drosera Stenopetala. Fuente: Wikipedia.

Los científicos Josep Peñuelas, profesor de investigación del Centro de Investigación Ecológica y Aplicaciones Forestales (CREAF) y del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), y Jaume Terradas, fundador del CREAF, han llevado a cabo un estudio que explica cómo la complejidad y diversidad de la vida se relacionan con procesos y leyes físicas.

Según el artículo, que ha sido publicado en la revista Open Ecology Journal, la vida se organiza a caballo de gradientes de energía, acumulando información por combinación e innovación de forma gradual y destruyéndose de vez en cuando de forma repentina.

Los investigadores indican que cuanto más complejo y diverso es un sistema, más información contiene. De hecho, señalan, entender cómo la información se acumula en los organismos y los ecosistemas es el objetivo principal de la biología y la ecología.

El proceso de combinación construye átomos de las partículas y moléculas de los átomos. "Por lo tanto, las piezas preexistentes se juntan en estructuras más grandes. Los organismos vivos, acumulan y copian fácilmente información. Estas piezas copiadas se modifican a través de mutaciones y otros mecanismos genéticos en un proceso de innovación y también por combinaciones entre organismos para transferencia de genes, simbiosis, etc", señalan en la nota de prensa de CREAF, recogida por SINC.

"Ambos procesos, la combinación y la innovación, también suceden en la cultura y crean diversidad y complejidad: unas 25 letras de un abecedario o un centenar de elementos químicos pueden crear un número inimaginable de combinaciones", dicen los autores.

En el trabajo también se destaca que "la vida depende del flujo de energía que mantiene nuestro metabolismo: las plantas utilizan la energía solar, nosotros la materia orgánica y las bacterias pueden utilizar una gran variedad de fuentes de energía. Además de esta energía interna que asegura el metabolismo, los ecosistemas también necesitan grandes cantidades de energía externa para evolucionar y seguir funcionando: el agua y el viento ayudan a muchas especies a dispersar sus semillas y de la misma manera la humanidad utiliza la energía para desarrollarse culturalmente y tecnológicamente".

El uso de esta energía ha conllevado una evolución cultural y un crecimiento de la población al tiempo que ha llevado a una mayor perturbación del clima, pérdida de biodiversidad y agotamiento de recursos, subraya Jaume Terradas. 

Ecología y socioeconomía 

Terradas también señala que es preciso incluir a la humanidad y a la cultura dentro de una nueva teoría ecológica y evolutiva más general.

Esto "nos permitiría integrar la ecología y la socioeconomía y cambiar la visión ahora dominante de la tierra y la biosfera como una fuente de recursos que podemos utilizar para nuestro beneficio, que no tiene en cuenta la desestabilización del sistema que ello supondría".

"Una nueva biología o ecología 'física' nos ayudaría a comprender de forma global nuestra dependencia del sistema y nos aportaría las herramientas para cambiar el comportamiento de la humanidad y ser más adaptativos que explotadores", dice el científico.

En su opinión, el proceso de adquisición de información es histórico y no puede ir hacia atrás. "Sin embargo, los sistemas no acumulan complejidad e información de forma infinita".

De vez en cuando se produce la destrucción de los sistemas, que se pueden observar en diferentes escalas, desde la muerte individual en catástrofes parciales (incendios forestales) o globales (grandes extinciones). "Los sistemas más complejos pueden aparecer cuando fluye el tiempo y la historia se acumula. Así es como la vida en la Tierra genera su enorme complejidad, una complejidad y heterogeneidad que puede ser vista como un ruido en la física, pero que nosotros, los ecólogos, vemos como la magia de la vida", dice Josep Peñuelas, coautor del estudio. 

Referencia bibliográfica: 

Josep Peñuelas y Jaume Terradas. Physical Ecology: the Search for Life Law. The Open Ecology Journal (2013). 

Martes, 9 de Julio 2013

CREAF/SINC/T21 

 

Artículo tomado de http://www.tendencias21.net

Liga al artículo original: http://www.tendencias21.net/La-vida-se-organiza-acumulando-informacion_a20974.html

Crean una batería de madera eficiente y de larga duración

Puede resistir 400 ciclos de carga y descarga y es respetuosa con el medio ambiente

Científicos de la Universidad de Maryland, en EEUU, han demostrado que un trozo de madera recubierto con estaño puede convertirse en una pequeña batería de larga duración, eficiente y respetuosa con el medio ambiente. Lo han hecho con materiales mil veces más finos que una hoja de papel. Otros investigadores, del Wyss Institute de Estados Unidos, han conseguido por su parte crear microbaterías del tamaño de un grano de arena, usando para ello una impresora 3D y unas tintas muy especiales. Por Yaiza Martínez.

 

Un trozo de madera recubierto con estaño puede convertirse en una pequeña batería de larga duración, eficiente y respetuosa con el medio ambiente, han demostrado científicos de la Universidad de Maryland (EEUU).

Los materiales utilizados para desarrollar esta batería fueron mil veces más finos que una hoja de papel.

Además, en su fabricación, se empleó el sodio en lugar del litio, como se hace en muchas baterías recargables, para que el dispositivo no resultase nocivo para el medioambiente. Dado que el sodio no almacena energía de manera tan eficiente como el litio, la batería creada no podrá usarse en teléfonos móviles, por ejemplo.

Sin embargo, su bajo coste y el hecho de estar fabricada con materiales comunes la harían adecuada para el almacenamiento continuo de grandes cantidades de energía, como en las plantas de energía solar.  

 

¿Por qué la madera?

Actualmente, las baterías a menudo se fabrican con bases rígidas, que son demasiado frágiles para soportar la expansión y la contracción que se producen cuando se almacenan en ellas los electrones o durante el uso.

Liangbing Hu, Teng Li y sus colaboradores descubrieron que las fibras de madera son lo suficientemente flexibles como para permitir que la batería resista más de 400 ciclos de carga. Esto situaría estos dispositivos al mismo nivel de resistencia que las nanobaterías más duraderas existentes.

"La inspiración para esta idea proviene de los árboles", afirma Hu en un comunicado de la Universidad de Maryland, en la que trabaja como profesor de ciencias de los materiales.

"Las fibras de la madera que forman un árbol han albergado agua rica en minerales, por lo que son ideales para el almacenamiento de electrolitos líquidos y para funcionar no sólo como base, sino también como parte activa de la batería”, añade Hu.

Hay que tener en cuenta que los electrolitos son soluciones de sales en agua que dan lugar a la formación de iones, y que permiten que la energía eléctrica pase a través de ellos. 

 

 

La madera como amortiguador mecánico
 

 La autora principal de la batería, Hongli Zhu, y otros miembros del equipo de investigación constataron que, después de cargar y descargar las baterías cientos de veces, la madera empleada terminó arrugada pero intacta.
Modelos computacionales demostraron, además, que estas arrugas relajaban eficazmente la tensión de la batería durante la carga y la recarga, de modo que ésta podía sobrevivir a muchos ciclos. 

 

"Las fibras de madera son lo suficientemente suaves como para servir de amortiguador mecánico, por lo que pueden adaptarse a los cambios en el estaño.
Esta es la clave para las baterías de iones de sodio de larga duración", explica Li. Los resultados de este estudio han sido publicados por Nano Letters. 

 

Baterías del tamaño de un grano de arena  

Esta misma semana, hemos sabido además de otro avance sorprendente en baterías: científicos del Wyss Institute de la Universidad de Harvard (EEUU) han demostrado que se pueden fabricar baterías tan pequeñas como un grano de arena, usando una impresora 3D. 

Los baterías miniaturizadas resultantes podrían suministrar electricidad a microdispositivos para campos tan diversos como la medicina o las comunicaciones: implantes médicos, robots voladores similares a insectos o cámaras y micrófonos diminutos, que hasta ahora no contaban con una fuente de alimentación lo suficientemente pequeña. 

En su investigación, los científicos imprimieron de manera precisa una serie de finísimos electrodos de batería, cada uno de ellos más finos que un cabello humano. Esto lo hicieron tras darse cuenta de que podían acumular más y más energía con series de electrodos ultradelgados fuertemente entrelazados. 

En general, las impresoras 3D siguen las instrucciones de diseños computacionales: van depositando capas sucesivas de material hasta generar dichos diseños en tres dimensiones. 

El equipo del Wyss Institute había desarrollado previamente una amplia gama de tintas con propiedades químicas y eléctricas, que ya habían usado para crear estructuras precisas con las propiedades electrónicas, ópticas, mecánicas o biológicamente relevantes que deseasen. 

Para imprimir los electrodos en 3D en concreto, crearon con nanopartículas varias tintas especializadas y luego las fueron probando. Las seleccionadas funcionan como materiales electroquímicamente activos y, por tanto, son aptas para la creación de baterías, publica el Wyss Institute en un comunicado. Los resultados de esta otra investigación han aparecido detallados asimismo en la revista Advanced Materials. 

 

Referencias bibliográficas:

Hongli Zhu, Zheng Jia, Yuchen Chen, Nicholas Weadock, Jiayu Wan, Oeyvind Vaaland, Xiaogang Han, Teng Li, Liangbing Hu. Tin Anode for Sodium-Ion Batteries Using Natural Wood Fiber as a Mechanical Buffer and Electrolyte Reservoir. Nano Letters (2013). DOI: 10.1021/nl400998t.

Ke Sun, Teng-Sing Wei, Bok Yeop Ahn, Jung Yoon Seo, Shen J. Dillon, Jennifer A. Lewis. 3D Printing of Interdigitated Li-Ion Microbattery Architectures. Advanced Materials (2013). DOI: 10.1002/adma.201301036.  

Artículo publicado orgimalmente por http://www.tendencias21.net
Liga al artículo original: http://www.tendencias21.net/Crean-una-bateria-de-madera-eficiente-y-de-larga-duracion_a20030.html