Brownian Carnot engine

The Carnot cycle imposes a fundamental upper limit to the efficiency of a macroscopic motor operating between two thermal baths. However, this bound needs to be reinterpreted at microscopic scales, where molecular bio-motors and some artificial micro-engines operate. As described by stochastic thermodynamics, energy transfers in microscopic systems are random and thermal fluctuations induce transient decreases of entropy, allowing for possible violations of the Carnot limit. Here we report an experimental realization of a Carnot engine with a single optically trapped Brownian particle as the working substance. We present an exhaustive study of the energetics of the engine and analyse the fluctuations of the finite-time efficiency, showing that the Carnot bound can be surpassed for a small number of non-equilibrium cycles. As its macroscopic counterpart, the energetics of our Carnot device exhibits basic properties that one would expect to observe in any microscopic energy transducer operating with baths at different temperatures. Our results characterize the sources of irreversibility in the engine and the statistical properties of the efficiency-an insight that could inspire new strategies in the design of efficient nano-motors.

Papel de los esfingolípidos en las alteraciones vasculares asociadas al daño pulmonar agudo

El síndrome de distrés respiratorio agudo (SDRA) se caracteriza por edema pulmonar y colapso alveolar que conduce a hipoxemia arterial grave. Las causas más frecuentes de SDRA son la sepsis y los traumatismos. Aunque las estrategias protectoras de soporte ventilatorio y hemodinámico han permitido mejorar el pronóstico, la mortalidad asociada se mantiene intolerablemente elevada por lo que el descubrimiento de nuevos tratamientos efectivos tendría un gran impacto en la supervivencia de los pacientes. Además, la existencia de disfunción vascular pulmonar es un factor independiente asociado a un peor pronóstico en estos pacientes. Los esfingolípidos son componentes estructurales de las membranas, que regulan la dinámica de éstas y forman parte de los microdominios de membrana denominados balsas lipídicas de membrana (“lipid rafts”). Los esfingolípidos actúan también como segundos mensajeros intracelulares implicados en la regulación de procesos celulares clave como la diferenciación, el crecimiento, la apoptosis o la inmunidad innata y adquirida. Estudios previos sugieren que la ceramida producida por la esfingomielinasa (SMasa) neutra (nSMasa) está implicada en la regulación del tono vascular pulmonar. Además, la esfingomielinasa ácida (aSMasa) se encuentra elevada en pacientes en estado crítico. Las evidencias acumuladas durante los últimos años sugieren que los esfingolípidos podrían desempeñar un papel en el SDRA. La imipramina o su análogo desipramina y el D609 son compuestos no relacionados químicamente que tienen en común su capacidad de inhibir la esfingomielinasa ácida...

Análisis virológico y epidemiológico del síndrome de despoblamiento de las colmenas en España: estudio de causas y consecuencias

La abeja de la miel Apis mellifera es la principal especie polinizadora empleada por el hombre para aumentar la productividad de los cultivos, y además desempeña una importante función en el mantenimiento de la biodiversidad en todo el mundo. En las últimas décadas, se ha apreciado un incremento de la mortalidad de las colonias de abejas en numerosas regiones, lo que ha llevado a generar una gran alarma debido a sus potenciales repercusiones económicas y medioambientales. Este fenómeno, caracterizado por no tener una causa conocida, se ha clasificado principalemente en “Síndrome de Despoblamiento de las Colmenas” (SDC), cuando presenta una sintomatología concreta de despoblamiento de abejas adultas, o simplemente “mortalidad invernal”, cuando las colmenas no superan el invierno por causas no identificadas. Estas pérdidas se han observado también en España, el país con mayor censo de colmenas de la Unión Europea e importante productor de miel. Esta situación ha generado la necesidad de estudiar las causas de tales pérdidas. Actualmente se considera que no existe una causa única que explique esta mortalidad sino que, por el contrario, se trata de un fenómeno en el que la interacción de varios factores afecta a las colonias. Entre estos factores considerados ‘de riesgo’ destacan la mala nutrición y la escasez de recursos, la climatología adversa y el cambio climático, la exposición a pesticidas neonicotinoides empleados en los cultivos donde pecorean las abejas, la presencia de depredadores naturales y especies invasoras y la acción de los patógenos presentes en las colmenas. Entre los patógenos que pueden afectar a la abejas, destacan los virus porque a pesar de conocerse su amplia distribución y prevalencia en las colmenas y haber sido asociados con eventos de mortalidad de colonias de abejas, aún son muchos los interrogantes sobre su patogenia, cómo se ven afectados por otros factores y cómo son capaces de alterar el equilibrio con el hospedador produciendo estados patológicos...