Podcast CB SyR 275: fotosíntesis y energía nuclear

Por Francisco R. Villatoro, el 10 julio, 2020. Categoría(s): Biología • Ciencia • Noticias • Podcast Coffee Break: Señal y Ruido • Recomendación • Science ✎ 12

He participado en el episodio 275 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVooxiTunes], titulado “Ep275: Fotosíntesis; Energía Nuclear”, 09 jul 2020. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. En el episodio de hoy: Música y adiós a Ennio Morricone (min 7:30); Estabilización de la fotosíntesis (22:30); Energía nuclear y entrevista a Alfredo García (56:00); Señales de los Oyentes (2:50:00). Todos los comentarios vertidos durante la tertulia representan únicamente la opinión de quien los hace… y a veces ni eso. CB:SyR es una colaboración del Museo de la Ciencia y el Cosmos de Tenerife con el Área de Investigación y la UC3 del Instituto de Astrofísica de Canarias».

Ir a descargar el episodio 275.

En la foto, arriba, por videoconferencia, Sara Robisco Cavite  @SaraRC83, y Francis Villatoro  @emulenews, y, en el Museo de la Ciencia y el Cosmos de Tenerife, su director Héctor Socas Navarro @hsocasnavarro (@pcoffeebreak), y abajo, también por videoconferencia, Alfredo García @OperadorNuclear, y Alberto Aparici  @cienciabrujula.

El vídeo de YouTube estará disponible completo durante unos días y luego será recortado, pues Coffee Break: Señal y Ruido es un podcast, no un canal de YouTube.

Tras la presentación, Héctor recuerda la reciente pérdida de Ennio Morricone a los 91 años (el pasado 6 de julio de 2020). Alberto nos cuenta su admiración al gran genio de las bandas sonoras y sus famosas combinaciones sonoras. Así pasamos a hablar de ciencia y música, de forma breve, pero rotunda.

Nos habla Alberto de la fotosíntesis y cómo las dos clorofilas de las antenas fotosintéticas funcionan a dos frecuencias distintas y permiten «domar» el ruido al que está sometido el sistema. Hay que recordar que la eficiencia cuántica del transporte en la fotosíntesis es próxima al 100% (es decir, si 100 fotones de luz inciden en la antena fotosintética se producen unos 100 electrones químicamente disponibles). Además, es muy robusta, funciona incluso bajo agua en un ambiente marino (donde el espectro de la luz solar cambia mucho). Un punto clave es el uso de más de un pigmento fotosintético, por ejemplo, el complejo fotosintético II (LHC II por Ligth Harvesting Complex) combina las clorofilas a y b (en plantas y algas) o las bacterioclorofilas c y e (en las bacterias verdes del azufre). La distribución de diferentes pigmentos, colocados a distancias y orientaciones diferentes, permite una transferencia de energía rápida y direccional hacia hacia el centro de reacción fotosintética (situado en la parte interior de la antena).

Muy famosa es la hipótesis de que su eficiencia es debida a efectos cuánticos no triviales. La razón sería que el tiempo de transporte de los electrones es mayor que el tiempo esperado (para un sistema cuántico cerrado sería τQ = max{ π ℏ/(2 ∆E), π ℏ/(2 E)}). Sin embargo, si se considera que es un sistema cuántico abierto pueden aparecer escalas de tiempo τ >> τQ que no requieren efectos cuánticos no triviales para explicar el fenómeno. Recomiendo leer a David M. Wilkins, Nikesh S. Dattani, «Why Quantum Coherence Is Not Important in the Fenna–Matthews–Olsen Complex,» Journal of Chemical Theory and Computation 11: 3411-3419 (2015), doi: https://doi.org/10.1021/ct501066k; Junjie Liu, Dvira Segal, Gabriel Hanna, «Hybrid quantum-classical simulation of quantum speed limits in open quantum systems,» Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 52: 215301 (2019), doi: https://doi.org/10.1088/1751-8121/ab15eb;

El trabajo publicado en Science usa la teoría de redes para estudiar el papel de dos pigmentos (dos clorofilas) en la dinámica de la antena. Resulta que su distribución es óptima a la hora de canalizar una señal de entrada con ruido de tal forma que se obtenga una señal de salida con un mínimo de ruido. Los dos pigmentos son sensibles a frecuencias cercanas pero diferentes que se encuentran en las regiones donde el espectro solar incidente cambia más rápido, en lugar de donde se encuentra el pico de dicho espectro. En la figura se ven la pareja de pigmentos para las plantas y algas (rojo y naranja) y para las bacterias verdes del azufre (azul y verde), sobre el espectro solar a 1 y 5 metros de profundidad. Por cierto, la situación de dichos pigmentos a ambos lados de la región verde del espectro visible es responsable de que las plantas sean verdes.

Alberto explica muy bien cómo funciona este sistema para obtener una respuesta óptima incluso ante una entrada ruidosa (recomiendo escucharlo en el podcast). El artículo es Trevor B. Arp, Jed Kistner-Morris, …, Nathaniel M. Gabor, «Quieting a noisy antenna reproduces photosynthetic light-harvesting spectra,» Science 368: 1490-1495 (26 Jun 2020), doi: https://doi.org/10.1126/science.aba6630, arXiv:1912.12281 [physics.bio-ph] (27 Dec 2019); más información divulgativa en Christopher D. P. Duffy, «The simplicity of robust light harvesting,» Science 368: 1427-1428 (26 Jun 2020), doi: https://doi.org/10.1126/science.abc8063.

Ahora presentamos una entrevista a Alfredo García, muy interesante (prepararé una reseña de su libro para mañana sábado 11 de julio). Así que omitiré resumir el contenido de la entrevista (que duró más de 90 minutos).

Finalmente, respondemos a algunas preguntas de los oyentes y presentamos la agenda cultural. ¡Qué disfrutes del podcast!



12 Comentarios

  1. Sería interesante escuchar qué tienen para decir sobre la música y la ciencia, espero que en algún episodio continúen hablando un poco más del tema. Hace unos años hice una carrera corta de música electroacústica y quedé maravillado con la posibilidad que se me presentó de tener un acercamiento científico a algo creativo como lo es la composición musical. Entender la física detrás del funcionamiento de los instrumentos musicales (organología), la psicoacústica, etc. realmente fue inspirador.

    1. Juan Pablo:

      El siguiente video divulgativo que le comparto entra en la categoría de «vínculo música-matemáticas» más que «vínculo música-física» https://www.youtube.com/watch?v=cyW5z-M2yzw. Sin embargo le aseguro que cada segundo es fascinante, en especial porque la teoría de la medida está en el corazón del análisis armónico y este último suele ser el punto de partida de muchas discusiones interesantes entre música y física.

      Mi ejemplo favorito es «Why it’s impossible to tune a piano» https://www.youtube.com/watch?v=1Hqm0dYKUx4. Esta pieza divulgativa plantea una pregunta que se aborda en un contexto científico, sin embargo la solución termina siendo una observación matemática analizada con detalle en el video «Música y teoría de la medida»; al menos bajo ciertas hipótesis ideales. Me gusta que la barrera entre la física y las matemáticas, en este caso y bajo hipótesis ideales, se torna tan difusa.

      Un saludo.

      1. Ramiro, gracias por los videos, los voy a mirar y cuando pueda comentaré al respecto.

        Me adelanto a comentar sobre el tema del segundo video: el piano está repleto de disonancias. Cuando se presiona una tecla no sólo se excita la cuerda respectiva sino que entran en resonancia los armónicos (múltiplos de esa frecuencia), el efecto llamado string resonance (resonancia de cuerdas). Es por eso que el piano tiene un sonido muy difícil de imitar con instrumentos virtuales (VST) de manera realista.

        El piano es una buena herramienta para usar como ejemplo del funcionamiento de nuestro aparato auditivo. Por ejemplo, por qué un acorde mayor tocado en la 1er octava (la más grave) suena tan «sucio» o «feo»?. Tiene que ver con la decodificación de las frecuencias por parte de la membrana basilar. Un tema fascinante!

  2. Hola Francis

    Que pensas de Amplificación de pulso gorjeado o Chirped pulse amplification para eliminar o acortar la vida de los residuos nucleares?
    segunda pregunta de todos las opciones de reactores de 4 Gen, cual es el que piensas es el mas viable? el de torio es posible en 2030? con alguno de estos de 4 gen se podria acortar la vida de los residuos?

    tercera pregunta con mucho dinero se podria lograr fusion nuclear comercial antes de 2050?

    1. Benjamin, (1) CPA es poco práctico por su alto coste y su baja eficacia; (2) hay seis propuestas firmes (VHTR, MSR, SFR, SCWR, GFR y LFR, entre más de 100 publicadas) y me es imposible saber cuál es más viable a día de hoy (se comparan en «Generation IV nuclear reactors,» doi: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-818483-7.00006-8 ); los MSR de torio son comparables a los demás (con sus ventajas y sus inconvenientes relativos respecto a las alternativas); (2bis) la vida de un residuo no se puede acortar, lo que se puede es reducir la cantidad de residuos de larga vida (y la mayoría de las propuestas logran reducciones por encima del 90%), pero recuerda que los residuos de larga vida son el menor problema de la nuclear (sabemos gestionarlos muy bien); y (3) hay propuestas de vía ultrarrápida para la fusión comercial que llevan en paralelo ITER, IFMIF y DEMO, logrando PROTO antes de 2050, cuyo gran problema es el dinero (y la voluntad política para aportarlo).

      1. cual es el problema mayor de la energia de fision nuclear? los residuos de mediano o corto plazo? existen el gen IV formas de reducir esos residuos ?

  3. Hola Francis,

    Crees que seria posible organizar un podcast dedicado a los recientes desarrollos del “swampland”? Quiza invitando a Luis Ibañez?

    Saludos!

    1. Javier:

      Hay decenas de artículos y charlas que revisan el tema en la red, incluso a nivel divulgativo.

      A nivel divulgativo y en español le recomiendo: https://www.youtube.com/watch?v=9BM3lCi621E&list=PLiD-IJzweXR9N7Njz2pwcH-Bo4c16nnuQ&index=6

      A nivel semi-divulgativo: https://www.youtube.com/watch?v=ZZCmrnsrEMY + https://arxiv.org/abs/1711.00864 https://www.youtube.com/watch?v=5ZLGRIvo5a8 y en especial https://www.youtube.com/watch?v=Q7SCciWasDc

      A nivel técnico: https://www.youtube.com/watch?v=ct0B5WQPYVc y el excelente https://arxiv.org/abs/1903.06239
      Y las charlas:
      Cumrun Vafa – A Swampland Update https://www.youtube.com/watch?v=H9Ls6c2qzUw
      Cumrun Vafa (2020) On New Swampland Conjectures https://www.youtube.com/watch?v=fS59jCnFH-c
      Cumrun Vafa «Cobordism Classes, Baby Universes and the Swampland» https://www.youtube.com/watch?v=tBs6hVaFILk
      Cumrun Vafa «Transplanckian Censorship and the Swampland» http://150.244.223.31/videos/video/2106/

      Saludos.

      1. Gracias Ramiro.

        Simplemente preguntaba porque A pesar de todas las fuentes divulgativas, escuchar a Francis hablar sobre un tema lo hace mucho mas interesante

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