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Timestamp: 2013-05-24 17:53:59+00:00

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Estudio realizado en ratones deficientes para el receptor GPR120 da claves sobre el balance energético en humanos. La obesidad es un grave problema que afecta a la humanidad. Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), es el quinto factor de muerte en el mundo, cobrando 2.8 millones de vidas al año debido a su relación con otras patologías como la diabetes, cánceres y algunos problemas cardiacos. Las causas son muchas, desde desórdenes alimenticios (ingesta de comidas hipercalóricas) hasta problemas fisiológicos y predisposiciones genéticas, que se resumen en un desequilibrio energético: se gasta menos energía de las que se consume. En un reciente estudio publicado el 19 de Febrero en Nature, investigadores de la Universidad de Kioto (Japón) y del Centro Internacional de Investigaciones Científicas (Francia), han descubierto que ratones deficientes para la proteína receptora de ácidos grasos libres GPR120 desarrollan obesidad cuando son alimentados con una dieta rica en grasas. Además, la mutación de esta misma proteína en humanos aumenta el riego de obesidad. Los ácidos grasos son una importante fuente de energía y actúan como moléculas señalizadoras en diversos procesos celulares. Para que cumplan su función adecuadamente deben ser reconocidos por unas moléculas receptoras ubicadas en la superficie de las células. Uno de estos receptores es el GPR120 y se encarga de reconocer los ácidos grasos insaturados libres de cadena larga que circulan por la sangre. Estudios previos han demostrado la importancia del GPR120 en la formación del tejido adiposo, la regulación del apetito y la preferencia por las comidas, por lo que podría cumplir un rol importante en el desarrollo de la obesidad. Entonces, para evaluar esta hipótesis, los investigadores liderados por el Dr. Philippe Froguel usaron dos tipos de ratones, uno sano y el otro deficiente para el receptor GPR120. Cuando los ratones fueron alimentados con dietas normales (13% de grasa), sus masas corporales fueron bastante similares. Sin embargo, cuando los alimentaron con dietas ricas grasas (60% de grasa), los ratones deficientes para el receptor GRP120 pesaban un 10% más que sus compañeros sanos y su gasto de energía en reposo fue menor, especialmente cuando eran jóvenes —de viejos no mostraron diferencias— explicando así la ganancia de peso. Al analizar el cociente respiratorio (cantidad de CO2 producido por O2 consumido en un periodo de tiempo), los investigadores observaron que valores en los ratones GPR120-deficientes eran muy bajos, indicando que la glucosa no era utilizada adecuadamente. La causa fue una falta de sensibilidad a la insulina (hormona clave en la utilización de la glucosa), que a su vez provocó problemas de diferenciación de los adipocitos blancos (células encargadas de almacenar las grasas) y la síntesis de otros ácidos grasos como el C16:1n7 palmitoleato, una hormona lipídica que comunica el tejido adiposo con el hígado e importante para mantener la homeostasis metabólica. Otra observación interesante fue que los adipocitos blancos y el hígado de los ratones GRP120-deficientes tenían un volumen superior al normal; así como también hubo un incremento en los niveles de lipoproteínas de alta y baja densidad (HDL y LDL), colesterol, aminotransferasas y leptina en la sangre, todas ellas asociadas con la obesidad. Los datos obtenidos en ratones fueron contundentes. Sin embargo, ¿ocurrirá lo mismo en humanos? Para responder a esta interrogante, Froguel y analizaron las secuencias genéticas del receptor GPR120 en 320 franceses obesos (tanto niños como adultos), hallando dos versiones mutantes que lo inactivaban, siendo el cambio de una Histidina por una Arginina en la posición 270 la más frecuente. Luego, buscaron estas mismas mutaciones en 6,942 individuos obesos y 7,654 sanos de origen europeo, observando que su presencia era más frecuente en las personas obesas. Este resultado indica que una deficiencia en el receptor GPR120 aumenta el riesgo a desarrollar obesidad en humanos. Este estudio nos ha dado evidencias del rol como que cumple el sensor lipídico GPR120 en el desarrollo de la obesidad, tanto en ratones como en humanos. Si bien los efectos fisiológicos y metabólicos sólo han sido observado en ratones, es probable que en los humanos sean relativamente parecidos y nos ayudaría a explicar por qué una dieta rica en grasas, tal como se da en muchas ciudades del mundo, influye en la obesidad temprana (niños y adolescentes). No hay dudas que se a abierto una nueva línea de investigación en este tema. Referencia: Ichimura, A., Hirasawa, A., Poulain-Godefroy, O., Bonnefond, A., Hara, T., Yengo, L., Kimura, I., Leloire, A., Liu, N., Iida, K., Choquet, H., Besnard, P., Lecoeur, C., Vivequin, S., Ayukawa, K., Takeuchi, M., Ozawa, K., Tauber, M., Maffeis, C., Morandi, A., Buzzetti, R., Elliott, P., Pouta, A., Jarvelin, M., Körner, A., Kiess, W., Pigeyre, M., Caiazzo, R., Van Hul, W., Van Gaal, L., Horber, F., Balkau, B., Lévy-Marchal, C., Rouskas, K., Kouvatsi, A., Hebebrand, J., Hinney, A., Scherag, A., Pattou, F., Meyre, D., Koshimizu, T., Wolowczuk, I., Tsujimoto, G., & Froguel, P. (2012). Dysfunction of lipid sensor GPR120 leads to obesity in both mouse and human Nature DOI: 10.1038/nature10798 BioUnalm
Ichimura, A., Hirasawa, A., Poulain-Godefroy, O., Bonnefond, A., Hara, T., Yengo, L., Kimura, I., Leloire, A., Liu, N., Iida, K.... (2012) Dysfunction of lipid sensor GPR120 leads to obesity in both mouse and human. Nature. DOI: 10.1038/nature10798 Dysfunction of lipid sensor GPR120 leads to obesity in both mouse and human Biology
En la mosca de la fruta, la edad afecta la cantidad y composición de feromonas sexuales. A algunos chicos —como Ashton Kutcher— les gusta las maduritas. A ciertas chicas les parece más atractivo George Clooney ahora que hace 15 años. Y es que, al parecer, la experiencia y la madurez están de moda. Pero, no nos engañemos, la vejez no es atractiva. Afecta a la salud, aumenta la vulnerabilidad a las enfermedades, reduce el potencial reproductivo, la piel se arruga, los órganos empiezan a fallar y a la larga mueres inevitablemente. Pero, siéntete afortunado de ser un humano, porque si fueras una mosca de la fruta, tu vejez sería aún más triste porque ni siquiera tendrías una vida sexual activa. No hay dudas que para cualquier animal el sexo y la reproducción encabezan la lista de cosas por hacer. En las moscas de la fruta (Drosophila melanogaster) el sexo y la reproducción están regulados por unas señales químicas que emanan los machos y las hembras. Un reciente estudio publicado esta semana en The Journal of Experimental Biology demuestra que la edad afecta de manera considerable la composición química de dichas feromonas, volviéndolos menos atractivos para el sexo opuesto. Sería lógico pensar que los animales se hacen menos atractivos a medida que envejecen. Pero en un mundo guiado sólo por señales químicas, como es el de los insectos, ¿cómo podría observarse este efecto? Investigadores del Colegio de Medicina Baylor en Houston (EEUU), liderados por el Dr.Scott Pletcher, estudiaron el cambio en la composición química de las feromonas producidas como hidrocarburos cuticulares (CHC: cuticular hydrocarbons) colectadas de moscas con edades entre 7 y 65 días. Los machos y las hembras producen diferentes CHCs. En las hembras abunda los dienos como el 7,11-hexacosadieno (7,11-HD); mientras que en los machos, los monoenos como el 7-tricoseno (7-T) y el 11-cis-vaccenil acetato (cVA). Al analizar estas moléculas colectadas a diferentes edades mediante dos técnicas analíticas (espectrometría de masas), los investigadores observaron que los niveles de estas tres feromonas se reducían con la edad, y el cVA lo hacía ya desde el séptimo día de vida. En cuanto a la composición química de las feromonas, las moscas más viejas producían una mayor cantidad de CHCs de cadena larga. Luego Pletcher y sus colegas quisieron determinar si este cambio químico tenía un efecto en el poder atractivo de las moscas. Para ello compararon la preferencia de los machos por hembras de 8 y 52 días de edad. Los resultados mostraron que las moscas invertían un 50% más de tiempo en conquistar a las más jóvenes. Pero, ¿sería que los machos preferían a las más jóvenes porque les parecían más atractivas visualmente? [En términos humanos sería como decir que los varones prefirieron a las mujeres jóvenes por sus senos grandes, cintura pequeña y trasero levantado, que por su perfume Chanel de $500]. Para descartar esta hipótesis, los investigadores realizaron tres experimentos. En el primero, bañaron a las hembras con hexano para eliminar los CHCs de su cuerpo. En este caso lo machos no pudieron distinguir a las jóvenes de las viejas. En el segundo, pusieron a las moscas en una habitación oscura. Los machos las identificaron correctamente a las hembras jóvenes a pesar de no verlas. Y en el tercero, usaron dos grupos de hembras de la misma edad pero genéticamente modificadas para no producir feromonas. A cada grupo le rociaron con feromonas de hembras jóvenes y viejas. Los machos escogieron siempre al grupo que tenía el perfume de las jóvenes. Los experimentos también se repitieron para las hembras, quienes prefirieron a los machos jóvenes. Con todos estos resultados, los investigadores concluyen que la edad afecta el poder atractivo de las moscas debido a cambios en los perfiles químicos de sus feromonas. Estos cambios podrían ser un reflejo de la condición fisiológica del insecto que los demás aprendieron a percibir para mejorar sus chances de tener crías más saludables y así asegurar el éxito reproductivo. Ahora queda estudiar este efecto en otros insectos y, por qué no, en animales superiores. Referencia: Kuo, T., Yew, J., Fedina, T., Dreisewerd, K., Dierick, H., & Pletcher, S. (2012). Aging modulates cuticular hydrocarbons and sexual attractiveness in Drosophila melanogaster Journal of Experimental Biology, 215 (5), 814-821 DOI: 10.1242/jeb.064980 Imagen: Fickr @Image Editor. BioUnalm
Kuo, T., Yew, J., Fedina, T., Dreisewerd, K., Dierick, H., & Pletcher, S. (2012) Aging modulates cuticular hydrocarbons and sexual attractiveness in Drosophila melanogaster. Journal of Experimental Biology, 215(5), 814-821. DOI: 10.1242/jeb.064980 Aging modulates cuticular hydrocarbons and sexual attractiveness in Drosophila melanogaster Biology
Podría ser la principal barrera para el desarrollo de agentes terapéuticos contra los meduloblastomas. El meduloblastoma, es el tumor cerebral más común que afecta a los niños. Empieza en el cerebelo y luego se disemina a otras regiones del cerebro y la médula espinal. Una vez diagnosticado, la esperanza de vida del niño es muy baja, sobre todo si es menor de tres años. El tratamiento consta de dos fases: primero una radioterapia y luego una quimioterapia, ambos con efectos perjudiciales para el desarrollo del sistema nervioso del niño. El 80% de los pacientes que reciben el tratamiento pueden llegar a vivir cinco años más. La diseminación de un tumor primario hacia otros lugares (también conocido como metástasis) es uno de los procesos claves en el desarrollo de muchos tipos de cáncer. El tratamiento de estos tumores secundarios o metastásicos es mucho más complicado y representa uno de los mayores retos de la oncología. En el caso de los meduloblastomas, se desconoce el mecanismo de diseminación de las células cancerosas a través del fluido cerebroespinal. Ahora, un equipo internacional de investigadores, liderados por el Dr. Xiaochong Wu del Centro de Investigaciones de Tumores Cerebrales Arthur & Sonia Labatt, han desarrollado dos nuevas cepas de ratones que sirven como modelos biológicos para estudiar este tipo de cáncer. Y no solo eso, también descubrieron que los tumores primarios y metastásicos presentan diferencias genéticas sustanciales según reportaron el 15 de Febrero en Nature. Los investigadores usaron dos cepas de ratones con predisposición a desarrollar tumores cerebrales. A estos ratones les insertaron un sistema genético llamado “Sleeping Beauty” (SB). El SB no es más que un transposón encargado de introducir mutaciones aleatorias en el genoma de las células que conforman el cerebelo, provocando que el tumor se disemine a través del fluido cerebroespinal. Al estudiar las células metastásicas de los ratones bajo el microscopio vieron que tenían una forma alargada, similar a las observadas en las biopsias de meduloblastomas humanos. Además, cuando estudiaron los genes que fueron mutados por el transposón en los ratones, muchos de ellos eran oncogenes o genes supresores de tumores que previamente fueron implicados en el desarrollo de los meduloblastomas. Todos estas semejanzas anatómicas, patológicas y genéticas apuntaban a lo mismo: estos ratones recreaban el desarrollo del meduloblastoma humano, en otras palabras, son los modelos biológicos adecuados para estudiar esta enfermedad. Los transposones generan mutaciones gracias a su capacidad de salir e insertarse en cualquier parte del genoma, de ahí su famoso apodo de “genes saltarines”. Sin embargo, hay sitios llamados gCISs (gene-centric common insertion sites) donde es más frecuente su inserción. Cuando Wu y sus colaboradores compararon los gCISs en los tumores primarios y metastásicos de los ratones modificados, observaron que sólo el 9% eran similares en el mismo individuo. Ciertas mutaciones presentes en las células metastásicas fueron detectadas pero en bajos niveles en los tumores primarios, incluso hubo otras mutaciones que eran exclusivos en uno de ellos. Estos resultados sugieren que la metástasis se origina partir de un tipo de célula derivada del tumor primario temprano (un sub-clon), con mutaciones que activan unos “genes de virulencia metastásicos”, permitiéndoles diseminarse a través del fluido cerebroespinal. Tanto las células del tumor primario como las metastásicas van acumulando mutaciones y evolucionando de manera independiente. Al final, los dos tipos de tumores presentarán diferencias genéticas sustanciales a pesar de originarse de la misma célula cancerosa. Pero, ¿se dará el mismo fenómeno en humanos?. Para responder a esta pregunta, Wu y sus colegas usaron las biopsias de tumores primarios y metastásicos de siete pacientes del Hospital para Niños Enfermos de Toronto (Canadá), encontrando ciertas diferencias genéticas entre uno y el otro. Si bien siete pacientes no es significativo, es una primera evidencia de que estos dos tipos de tumores no son genéticamente similares a pesar de corresponder al mismo paciente, tal como se pensaba anteriormente. Los investigadores también estudiaron otros 17 pares de tumores primarios y metastásicos embebidos en parafina (una forma de almacenamiento de tejidos cancerosos) para determinar la presencia de dos genes relacionados con los meduloblastomas: MYCN y MYC. Los resultados mostraron que en tres pares, MYCN estaba presente sólo en el tumor primario. Esto explicaría porque el tratamiento con anti-MYCN (un anticuerpo terapéutico) a veces es ineficaz, simplemente los tumores metastásicos son inmunes a ellos. Lo importante de este estudio ha sido el desarrollo de un dos modelos biológicos para el estudio de los meduloblastomas, en los cuales se podrán hacer pruebas con novedosos agentes terapéuticos. Además, se ha descubierto que los tumores primarios y metastásicos no son genéticamente idénticos, y tal vez este mismo fenómeno puede ocurrir en otros tipos de cáncer. Referencias: Wu, X., Northcott, P., Dubuc, A., Dupuy, A., Shih, D., Witt, H., Croul, S., Bouffet, E., Fults, D., Eberhart, C., Garzia, L., Van Meter, T., Zagzag, D., Jabado, N., Schwartzentruber, J., Majewski, J., Scheetz, T., Pfister, S., Korshunov, A., Li, X., Scherer, S., Cho, Y., Akagi, K., MacDonald, T., Koster, J., McCabe, M., Sarver, A., Collins, V., Weiss, W., Largaespada, D., Collier, L., & Taylor, M. (2012). Clonal selection drives genetic divergence of metastatic medulloblastoma Nature DOI: 10.1038/nature10825 ... Read more »
Wu, X., Northcott, P., Dubuc, A., Dupuy, A., Shih, D., Witt, H., Croul, S., Bouffet, E., Fults, D., Eberhart, C.... (2012) Clonal selection drives genetic divergence of metastatic medulloblastoma. Nature. DOI: 10.1038/nature10825 Clonal selection drives genetic divergence of metastatic medulloblastoma Clifford, S. (2012) Cancer genetics: Evolution after tumour spread. Nature. DOI: 10.1038/nature10949 Cancer genetics: Evolution after tumour spread Biology
Estudio revela la dimensión global del consumo del agua. El acceso al agua es uno de los grandes problemas del siglo XXI. Considerado como derecho humano por la ONU desde el 2010, son casi mil millones de personas en el mundo no cuentan con una fuente de abastecimiento directa y segura, debido principalmente a las políticas de manejo de los recursos hídricos de cada país, al cambio climático y la globalización. Cada nación demanda una determinada cantidad de agua dividida en tres grandes áreas: i) el consumo humano, ii) la agricultura (alimentos, ganadería, biocombustibles y otras materias primas) y iii) la producción industrial. Sin embargo, debemos considerar que en nuestro mundo globalizado, los productos generados por estas actividades son exportados o importados, indicando que además hay un flujo virtual de agua a través de las fronteras que muchas veces no son considerados dentro de los cálculos de consumo de agua de un determinado país. A todos estos aspectos los podemos resumir bajo el término huella hídrica, que no es más que un indicador del uso del agua que tiene en cuenta tanto el uso directo como indirecto por parte de un consumidor o productor y se define como el volumen total de agua dulce que se utiliza en la producción de bienes y servicios. En nuestros días, todos los gobiernos están considerando en reducir sus demandas de agua y aumentar sus suministros. Sin embargo, ninguno toma en cuenta la dimensión global de la huella hídrica. Todos los países importamos bienes o servicios pero nunca nos ponemos a pensar en la cantidad de agua que fue utilizada o contaminada para producirlos. Para entender la dimensión global de la huella hídrica (HH), Arjen Hoekstra y Mesfin Mekonnen, investigadores del Departamento de Ingeniería y Manejo del Agua de la Universidad de Twente (Holanda), han cuantificado y elaborado un mapa de gran resolución de la huella hídrica de la humanidad. Los resultados fueron publicados el 13 de Febrero en PNAS. Los investigadores usaron los datos y estadísticas colectados por las autoridades competentes de cada país entre 1996 y 2005, y los dividieron el consumo en tres componentes: HH Azul (aguas subterráneas y superficiales), HH Verde (lluvias) y HH Gris (aguas contaminadas). A diferencia de otros estudios realizados anteriormente, Hoekstra & Mekonnen consideraron la heterogeneidad de consumo dentro de cada país, hicieron una distinción entre el HH Verde y Azul, entre HH Azul y Gris e incluyeron el tratamiento de las aguas servidas, y consideraron las diferencias en la alimentación y crianza de los animales de granja. Con estos datos elaboraron el siguiente mapa: El consumo mundial de agua entre 1996 y 2005 fue de ~9000Gm3/año (unos 9x1033 litros de agua por año, o nueve mil billones de trillones de litros de agua al año), de los cuales el 74%, 11% y 15% fueron HH Verde, Azul y Gris, respectivamente. El 92% se destinó a la producción agrícola, el 4.4% a la producción industrial y el 3.6% al consumo humano. El 38% del consumo mundial lo comparten entre EEUU, China y la India, con más de 1000Gm3/año cada uno. Brasil está en el cuarto lugar con 480Gm3/año. La India usa la cuarta parte de las aguas subterráneas y superficiales del mundo (el 24% del HH Azul), mientras que China genera la cuarta parte del agua contaminada del mundo (el 26% del HH Gris). China y EEUU comprenden el 40% mundial del agua destinada a la producción industrial. Casi el 20% del consumo del agua mundial es exportado a través de bienes y servicios. Mapa del consumo de la huella hídrica mundial: Como mencionamos anteriormente, el agua no es un recurso estático usado dentro de los límites de cada país, sino es un recurso dinámico que se mueve de un lugar a otro a través de la importación y exportación de bienes y servicios industriales y agrícolas. A esto se le denomina Flujo Virtual Internacional del Agua. El Flujo Virtual Internacional del Agua a través de productos agrícolas e industriales es de 2320Gm3/año (~25% del agua consumida en el mundo). El 76% se mueve a través de la comercialización de productos agrícolas y sus derivados, mientras que el resto se da a través de la comercialización de animales y productos industriales (12% cada uno). Los mayores exportadores de agua virtual son EEUU, China, India, Brasil, Argentina, Canadá, Australia, Indonesia, Francia y Alemania, todos potencias mundiales. La mayoría de estos países viven bajo un gran estrés hídrico. Los mayores importadores de agua virtual son EEUU, Japón, Alemania, China, Italia, México, Francia, Reino Unido y Holanda. La mayor parte del Flujo Virtual Internacional del Agua está relacionado con la comercialización de plantas oleaginosas (palma aceitera, soya, girasol, semillas de colza, canola, entre otras), algodón y sus productos derivados. Todo junto corresponde el 43% del agua virtual. Con estos datos elaboraron el mapa de Flujo Virtual Internacional del Agua. Los países en verde exportan más agua virtual de la que importan, mientras que los amarillos y rojos, importan más de lo que exportan. En promedio, cada persona consume 1385m3/año (un poco más de 1000 tanques de agua de 1000 litros cada uno por año). Cuando nos enfocamos al agua consumida a través de productos agrícolas e industriales, la mitad del total es a través de los cereales y las carnes (27% y 22%, respectivamente), mientras un 7% es a través de productos derivados de la leche. Estos valores dependen mucho de la forma de producción en cada país. Según la tecnología, unos consumirán más agua que otros para generar el mismo producto. En los países desarrollados, el consumo de agua por persona varía entre 1250 – 2850m3/año, siendo el Reino Unido el extremo inferior y EEUU el superior. Mientras que en los países en vías de desarrollo, estos valores varían entre 550 – 3800m3/año, siendo la República Democrática del Congo el extremo inferior y Bolivia, Mongolia y Nigeria los extremos superiores.... Read more »
Hoekstra, A., & Mekonnen, M. (2012) The water footprint of humanity. Proceedings of the National Academy of Sciences. DOI: 10.1073/pnas.1109936109 The water footprint of humanity Geosciences
El estudio realizado en escarabajos acuáticos da claves sobre la importancia de la selección sexual poscopulatoria en la diversificación morfológica de los espermatozoides. Por lo general, en la mayoría de especies de animales, son las hembras quienes tienen la tarea de elegir al afortunado con quien deseen aparearse. Como respuesta, el macho desarrolla ciertas características y comportamientos llamativos, por ejemplo: vistosos colores, cantos cautivadores, danzas eróticas, cuernos, colmillos o pinzas enormes, etc., que le permiten vencer a sus competidores en la lucha por el apareamiento, y que son la base de la teoría de la selección sexual que propuso Darwin al publicar su obra “El origen de las especies”. Sin embargo, no son sólo estas características las que influyen en la selección de la pareja. Hay otras mucho más difíciles de ver pero más fáciles de cuantificar que también juegan un rol importante en el apareamiento. Estamos hablando de la forma de los espermatozoides. Los espermatozoides exhiben una gran variedad morfológica —incluso entre individuos de la misma especie. Esto lo podemos apreciar principalmente en aquellos organismos cuyas hembras se aparean con una gran cantidad de machos al mismo tiempo. En ellas se observa que la arquitectura de su tracto reproductor puede influir en la competitividad por la fecundación, favoreciendo a una determinada característica del espermatozoide. No obstante, los estudios realizados sobre este tema sólo se han enfocado en encontrar una relación entre el tamaño de los espermatozoides y la longitud del ducto reproductor de la hembra. Un reciente estudio publicado el 7 de Febrero en PNAS revela una asombrosa diversidad de formas en los espermatozoides de escarabajos acuáticos (Dytiscidae). Los investigadores liderados por la Dra. Dawn Higginson de la Universidad de Syracuse, reportaron que la forma, tamaño y ubicación de los órganos que componen el tracto reproductor femenino guían la evolución morfológica de los espermatozoides, una característica importante para la selección sexual poscopulatoria. Para el estudio, Higginson y sus colaboradores tomaron 42 especies de escarabajos acuáticos, tanto machos como hembras, a quienes les colectaron sus espermatozoides y les diseccionaron sus tractos reproductivos con el fin de estudiar sus morfologías. En algunos grupos de especies se observó que el tamaño del espermatozoide variaba de acuerdo a las dimensiones de la espermateca y el ducto de fertilización de la hembra. Los espermatozoides de estos escarabajos también mostraron un fenómeno conocido como conjugación, el cual se caracteriza por la unión de dos o más de ellos [Figura de portada] para moverse como si fueran uno solo. La longitud de los espermatozoides conjugados fue mayor cuando más corto era el tracto reproductor de la hembra y menos esférico era su espermateca. Además, se volvían a separar una vez se posicionaban para la fertilización. Todos estos resultados apuntan a que la forma del tracto reproductor femenino guió la evolución morfológica de los espermatozoides de los escarabajos acuáticos porque al calcular la tasa de transición evolutiva (en otras palabras, la velocidad a la que se dan los cambios evolutivos) el de las hembras fue mayor. En vista que la reproducción es una tarea que demanda gran cantidad de energía, esta debe ser lo más eficiente posible. Para garantizarlo, se requiere de algo más que depositar el esperma en el tracto reproductivo de la hembra, los espermatozoides deben tener la capacidad de llegar hasta el óvulo. Este estudio nos da una nueva perspectiva de la selección sexual por características menos aparentes que los ornamentos o las habilidades para el canto o el baile de ciertos animales. Referencia: Higginson, D., Miller, K., Segraves, K., & Pitnick, S. (2012). Female reproductive tract form drives the evolution of complex sperm morphology Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1111474109 BioUnalm
Higginson, D., Miller, K., Segraves, K., & Pitnick, S. (2012) Female reproductive tract form drives the evolution of complex sperm morphology. Proceedings of the National Academy of Sciences. DOI: 10.1073/pnas.1111474109 Female reproductive tract form drives the evolution of complex sperm morphology Biology
Reciente estudio basado en el análisis de antígenos leucocitarios humanos sugiere que sí. En medio del Océano Pacífico, a más de 3,500Km de las costas chilenas y 4,200Km de Tahití, se encuentra uno de los lugares más remotos y enigmáticos del planeta, la Isla de Pascua. Sus habitantes, unos 5,000 en promedio, descienden de la cultura ancestral Rapa Nui cuyo origen sigue siendo un misterio. La hipótesis más aceptada sugiere que los Rapa Nui son descendientes de los Polinesios, quienes colonizaron por primera vez la isla hace más de 800 años; mientras que otros sugieren que este episodio se dio mucho antes de los pensado. Incluso hay algunos investigadores que piensan que fueron los Amerindios los primeros habitantes de la isla, aunque esta idea es la menos aceptada porque las evidencias genéticas son inconsistentes con ella. Sin embargo, se han encontrado pruebas muy sólidas de un contacto ancestral entre estas dos poblaciones. En 1974, el etnobotánico Douglas Yen, actualmente profesor emérito de la Universidad Nacional de Australia, publicó un ensayo titulado “The Sweet Potato and Oceania”, el cual resumía los 20 años de investigación que hizo sobre la presencia del camote en ese continente. En la monografía concluía que la introducción del camote en Oceanía se dio en tres ocasiones, siendo la primera hace más de 1,000 años desde Sudamérica a través de la Isla de Pascua. Esta es una prueba muy sólida de un contacto temprano entre estos dos mundos, mucho antes de la llegada de Cristóbal Colón a América en 1492. Cabe resaltar que el centro de origen del camote (Ipomoea batatas) es el Perú hace más de 10,000 años. También se encontraron evidencias arqueológicas de la presencia de la calabaza de botella o poroto (Lagenaria siceraria) en el este de la Polinesia, las cuales datan de hace 1,000 años. En el 2005, investigadores neozelandeses hicieron un estudio genético de esta planta encontrando marcadores tanto de origen asiático como americano en las muestras obtenidas de la Polinesia. Eso no es todo, en el 2007 un grupo de investigadores neozelandeses, australianos y chilenos hallaron restos de pollos (Gallus gallus) en un centro arqueológico precolombino ubicado en la Península de Arauco (Chile). Usando la datación por radiocarbono y el análisis genético del ADN ancestral obtenido de los huesos encontrados, los investigadores determinaron que son de origen Polinesio, incuestionablemente, lo que sugiere que fueron ellos los primeros navegantes en llegar al continente americano. Ahora, un nuevo estudio publicado el 6 de Febrero en Philosophical Transactions of the Royal Society B por el inmunólogo Erik Thorsby de la Universidad de Oslo, respalda la hipótesis de un contacto ancestral entre los habitantes de la Isla de Pascua con los nativos americanos. Para su análisis, Thorsby colectó muestras de sangre de pobladores de la Isla de Pascua. Esto lo hizo en 1971 y en el 2008 con el fin de analizar marcadores específicos en el ADN nuclear (el antígeno leucocitario humano), el ADN mitocondrial y el cromosoma Y. Como era de esperarse, la mayoría de los marcadores analizados eran de origen Polinesio, incluso hubo algunos de origen europeo. Sin embargo, cuando analizó los antígenos leucocitarios se dio con la sorpresa que unos pocos individuos portaban alelos que previamente habían sido encontrados sólo en Amerindios. Pero esto no queda ahí. Al estimar el tiempo en que estos alelos fueron introducidos en los pobladores de la Isla de Pascua, Thorsby calculó que fue algunos siglos antes de que fueran deportados al Perú durante el tráfico de esclavos de los años 1860’s. “Los resultados sugieren que los Polinesios visitaron América del Sur entre los años 1400 y 1500, llevándose a algunos Amerindios de vuelta a la Isla de Pascua”, comenta Thorsby. Sin embargo es consciente que esta conclusión es todavía algo especulativa. Estos resultados en vez de esclarecer si hubo o no contacto entre los Polinesios y Amerindios antes de la colonización europea de América, generan mucho más controversia. Las evidencias arqueológicas son muy escasas, la desaparición de la cultura Rapa Nui sigue siendo un completo misterio, y la falta de restos óseos de donde se pueda extraer ADN ancestral con el cual elaborar un buen reloj molecular no ha permitido corroborar estos resultados. Referencias: Thorsby, E. (2012). The Polynesian gene pool: an early contribution by Amerindians to Easter Island Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 367 (1590), 812-819 DOI: 10.1098/rstb.2011.0319 Thorsby, E., Flåm, S., Woldseth, B., Dupuy, B., Sanchez-Mazas, A., & Fernandez-Vina, M. (2009). Further evidence of an Amerindian contribution to the Polynesian gene pool on Easter Island Tissue Antigens, 73 (6), 582-585 DOI: ... Read more »
Thorsby, E. (2012) The Polynesian gene pool: an early contribution by Amerindians to Easter Island. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 367(1590), 812-819. DOI: 10.1098/rstb.2011.0319 The Polynesian gene pool: an early contribution by Amerindians to Easter Island Thorsby, E., Flåm, S., Woldseth, B., Dupuy, B., Sanchez-Mazas, A., & Fernandez-Vina, M. (2009) Further evidence of an Amerindian contribution to the Polynesian gene pool on Easter Island. Tissue Antigens, 73(6), 582-585. DOI: 10.1111/j.1399-0039.2009.01233.x Further evidence of an Amerindian contribution to the Polynesian gene pool on Easter Island Anthropology
Neuronas de ratones vivos fueron capturados en video con una resolución de 70 nanómetros. Uno de los grandes retos de las neurociencias es estudiar el funcionamiento del cerebro a nivel neuronal y en tiempo real. Novedosas técnicas han aparecido en el mercado, por ejemplo: la microscopía confocal y multifotón. Estas técnicas son muy parecidas ya que en ambas se usa una luz puntual (láser) para excitar la muestra marcada con moléculas fluorescentes. En el microscopio confocal, el láser es continuo, y la luz emitida por la muestra es recibida a través de colimadores especiales (‘pinhole’) para eliminar la luz desenfocada y los destellos, generándose imágenes en tres dimensiones y con un alto nivel de contraste. En el microscopio multifotón, el láser es pulsante y sólo escanea un plano focal a la vez, evitando así la necesidad de usar el pinhole; además usa un detector externo para aumentar la sensibilidad. El problema con estas técnicas es que al láser le toma un buen tiempo escanear toda la muestra y, durante el proceso, se generan radicales libres que podrían dañar las células. Por otro lado, la resolución de estos dos microscopios está limitada por la longitud de onda de la luz empleada en el análisis (400nm a 700nm). Esto quiere decir que estructuras celulares del orden de los 200nm para abajo no podrían ser observadas. Aquí más información. Con el fin de superar estos inconvenientes, científicos del Instituto Max Planck (Alemania) liderados por el Dr. Sebastian Berning, han desarrollado una técnica basada en la microscopía de depleción por emisión estimulada (STED, stimulated emission depletion microscopy), una técnica que permite alcanzar una resolución del orden de los 60nm, para estudiar el funcionamiento neuronal en tiempo real. El estudio fue publicado el 3 de Febrero en Science. En 1873, el físico y uno de los pioneros en la óptica moderna, Ernst Abbe, descubrió un paradigma dentro de la microscopía: la incapacidad de los microscopios basados en lentes ópticas de discernir detalles que sean menores a la mitad de la longitud de onda de la luz (que va de los 400 a 700nm), un límite de resolución impuesto por la difracción. La microscopía STED permite superar este inconveniente usando dos láser: El primer láser excita las moléculas fluorescentes de la muestra tal como lo hace un microscopio confocal [En la figura: Exc PSF]. El segundo láser (compuesto por fotones de menor energía) sale un instante después del primero y es el encargado de atenuar la emisión de la fluorescencia periférica al punto de excitación del primer láser [En la figura: STED PSF]. De esta manera se genera una especie de rosquilla, donde el punto central será el único que emita fluorescencia [En la figura: Eff PSF], aumentando así la resolución de la microscopía. Lo primero que hicieron Berning y sus colegas fue modificar genéticamente a un ratón para que produzca la proteína fluorescente amarilla (EYFP: Enhanced Yellow Fluorescent Protein) dentro del citoplasma de sus neuronas. Luego, anestesiaron al ratón y le hicieron un pequeño agujero de 2mm de diámetro en el cráneo (trepanación), justo sobre la corteza somatosensorial, el cual cubrieron con una pequeña lámina de vidrio. Finalmente, ubicaron el microscopio STED sobre la lámina y empezaron a tomar imágenes del cerebro en funcionamiento cada 10 segundos para crear el siguiente video: 2012 ©Science DOI:10.1126/science.1215369 [Supporting Online Material] En el video podemos ver que las conexiones neuronales a través de las dendritas presentan un comportamiento muy dinámico, moviéndose y cambiando de forma a cada minuto. Según los autores, esta técnica permitirá investigar a fondo cómo se da el desarrollo cerebral in situ, determinar las conexiones defectuosas presentes en cerebros de ratones diseñados para expresar enfermedades neurológicas humanas y observar el efecto de ciertas sustancias psicoactivas y compuestos destinados a aliviar el dolor, quitar el insomnio, aliviar la depresión, etc., en la sinapsis. Referencia: Berning, S., Willig, K., Steffens, H., Dibaj, P., & Hell, S. (2012). Nanoscopy in a Living Mouse Brain Science, 335 (6068), 551-551 DOI: 10.1126/science.1215369 Esta entrada participa en el VII Carnaval de Tecnología albergado este mes en el blog Zemiorka. BioUnalm
Berning, S., Willig, K., Steffens, H., Dibaj, P., & Hell, S. (2012) Nanoscopy in a Living Mouse Brain. Science, 335(6068), 551-551. DOI: 10.1126/science.1215369 Nanoscopy in a Living Mouse Brain Neuroscience
Comportamiento elástico no-lineal es la clave de su resistencia y estabilidad. Las propiedades de la seda de las arañas son espectaculares. Con un grosor menor al de un cabello humano puede llegar a ser más resistente que una fibra de acero del mismo espesor, a parte de ser cientos de veces más elástico. Por esta razón, muchos científicos en el mundo está buscando la forma de sintetizarla en el laboratorio; una tarea sumamente complicada por ahora. Esta vez no hablaremos de ella (ya lo hicimos en un post anterior), sino que nos enfocaremos en la maravilla que con ella construyen: la telaraña. Pese a todos estudios realizados sobre la seda de las arañas, hasta ahora se desconoce en que medida contribuye sus propiedades mecánicas a la integridad y desempeño de las telarañas aéreas. Para dar una respuesta a esta interrogante, científicos estadounidenses liderados por el ingeniero Steven Cranford del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), han desarrollado modelos en computadora de las telarañas aéreas para entender su funcionamiento cuando son sometidos a diferentes tipos de estrés mecánico. Los resultados publicados el 2 de Febrero en Nature revelan que es el comportamiento elástico no lineal de las fibras las responsables de su resistencia y estabilidad. Los tejidos y fibras naturales se caracterizan por tener un comportamiento elástico no lineal. Esto quiere decir que a presiones ligeras, la deformación es proporcional a la fuerza ejercida. Pero, una vez superada una determinada presión (umbral de deformación), la estructura no se deforma más y adquiere un comportamiento rígido. El comportamiento no lineal de la seda de las arañas es debido a su composición química: estructuras beta plegadas cristalizadas (que da la rigidez) embebido en fase proteica semi-amorfa (que da la elasticidad). Para sus simulaciones, Cranford y sus colaboradores usaron las propiedades mecánicas de la seda de una araña muy común, la Nephila clavipes (o araña de seda dorada). Diseñaron una telaraña típica en espiral apoyado sobre ocho hilos radiales [Figura inferior b] y las sometieron a diferentes situaciones de estrés. Tal vez muchos de ustedes se habrán dado cuenta que las telarañas no son regulares, sino que tienen ciertas imperfecciones o huecos dentro de sus estructuras. ¿Tendrá esto alguna finalidad? Para responder la pregunta se incluyeron estas imperfecciones en sus simulaciones [figura superior c]. En las pruebas d1, d2 y d3, se quitaron secciones espirales; y en la prueba d4, se quitó una sección radial. Los investigadores observaron que se podía remover hasta el 10% de los hilos sin afectar la respuesta mecánica de la seda, es más, la capacidad de carga aumentó entre un 3 y 10% cuando se incluían estas imperfecciones. Como siguiente experimento, Cranford y su equipo estudiaron la deformación de la telaraña al someterla a distintos tipos de estrés mecánico. Los resultados fueron elocuentes. Cuando se aplicaba la fuerza a los hilos espirales, la deformación fue muy localizada [Figura inferior e]. Sin embargo, cuando se aplicó la misma fuerza a los hilos radiales, la deformación fue más extendida [Figura inferior f]. Gracias a esto la energía era disipada eficientemente y, en ambos casos, los hilos se rompían sólo en el punto de estrés. Los resultados fueron confirmados experimentalmente. La pregunta que quedaba ahora era si el comportamiento de la telaraña se debía a las propiedades mecánicas de la seda o a la estructura de su diseño. Para ello hicieron dos modificaciones a la simulación original. Cambiaron el comportamiento elástico no lineal de la seda original, por uno elástico lineal (la deformación es proporcional a la fuerza todo el tiempo) y por otro elástico-perfectamente plástico (la deformación primero es elástica y luego perfectamente plástica donde pequeñas tensiones provocan deformaciones irreversibles, por ejemplo: la plastilina). Los resultados mostraron que la deformación y resistencia fue similar en los tres modelos. Sin embargo, la diferencia sustancial se observó cuando los hilos se rompieron. Las telarañas hechas con hilos con comportamientos lineal y elástico-plástico, sufrieron un daño más generalizado —el segundo más que el primero [Figura inferior]— aunque la ventaja era que había una mejor distribución de la tensión y un incremento del 34% en la resistencia de la telaraña. Pero, en la naturaleza, los hilos radiales y los espirales tienen distintas propiedades mecánicas. Los radiales son más gruesos y rígidos (hilo Dragline) y son los encargados de aumentar la capacidad de carga y dar soporte a la red, mientras que los espirales son más elásticos y viscosos y se encargan de la captura. Para ver el efecto de los diferentes tipos de hilos, los investigadores añadieron estas modificaciones a su simulación y los probaron con los tres comportamientos del experimento anterior. Los resultados fueron similares. Finalmente, el último experimento consistía en aplicar una fuerza global (ya no puntual como en las pruebas anteriores). Para ello simularon la respuesta de la telaraña a vientos de diferentes velocidades. El efecto también fue probado en los tres tipos de comportamiento elástico. A bajas velocidades de viento (10m/s), los tres comportamientos respondieron de la misma manera. Sin embargo, a mayores velocidades, la deformación de la telaraña fue mayor en el modelo original (no lineal) que en los modelos lineal y elástico-plástico. ... Read more »
Facilita el aislamiento geográfico de las poblaciones. Los insectos cuentan con alrededor de 930,000 especies conocidas (aunque las estimaciones sugieren que al menos son 5 millones) que pueden ser encontrados en todos los rincones de la superficie del planeta. Su amplia distribución se debe a que hace unos 400 millones de años adquirieron la capacidad de volar, permitiéndoles diseminarse con facilidad y llegando a colonizar distintos nichos ecológicos. Los coleópteros (escarabajos), por su parte, son los más diversos ya que constituyen al menos el 40% de todas las especies de insectos conocidas, a pesar de su pronta evolución hace unos 270 millones de años. Dentro de éste orden, el 10% han perdido su capacidad de volar. Sin embargo, esto no ha sido una desventaja evolutiva. Un grupo de investigadores japoneses, liderados por Hiroshi Ikeda del Forestry and Forest Products Research Institute (Tsukuba, Japón), han observado que la pérdida del vuelo ha acelerado la diversificación de una familia de escarabajos, los sílfidos, y se cree que el mismo efecto podría ocurrir en otros grupos de insectos no-voladores según un artículo publicado el 31 de Enero en Nature Communications. La pérdida del vuelo es una ventaja evolutiva porque reduce el gasto energético que demanda mantener un sistema de alas. No obstante, la capacidad de diseminación y colonización de nuevos hábitats se ve muy afectado. La principal consecuencia de esto es que el flujo genético entre poblaciones separadas por grandes distancias, o por accidentes geográficos, se reduce. Pero, si lo tomamos desde el punto de vista de la especiación, esto es una ventaja porque garantiza el aislamiento geográfico de las poblaciones que es una de las principales fuerzas en la diversificación de especies (especiación alopátrica). Ikeda y sus colegas estudiaron la familia de los sílfidos porque presentan tanto especies voladoras como no voladoras y están distribuidas por todo el archipiélago japonés. Si la hipótesis es correcta, aquellos géneros de escarabajos incapaces de volar serán mucho más diversos que su contraparte voladora. Para determinar esto, los investigadores tomaron muestras de ADN de diferentes poblaciones correspondientes a ocho especies de sílfidos. Al comparar las secuencias genéticas observaron que en las especies no-voladoras había una gran variabilidad genética entre distintas poblaciones, pero no dentro de ellas. Todo lo contrario fue observado en las poblaciones de especies voladoras. Esto confirmaba que la incapacidad de volar reducía el flujo genético entre distintas poblaciones de escarabajos. Usando herramientas estadísticas, Ikeda y sus colaboradores calcularon que la tasa de especiación en los sílfidos no-voladores es el doble comparado con su contraparte voladora. Un resultado similar se obtuvo cuando repitieron el análisis en otras 51 especies de escarabajos pertenecientes a 15 familias diferentes. Un factor más que promueve una especiación alopátrica es la persistencia de un hábitat a lo largo del tiempo. Una especie se adapta y especializa para vivir bajo las condiciones del ambiente donde vive, y si este no varía durante el tiempo, el efecto es más significativo. En este caso, los investigadores no encontraron relación alguna entre la especiación y la persistencia del hábitat en los sílfidos después de hacer una reconstrucción de la distribución de las poblaciones durante el último máximo glaciar, lo que indicaría que el único factor que promovió la diversificación de estos escarabajos fue la pérdida de vuelo. De esto podemos concluir que, en el caso de los insectos, principalmente los escarabajos, la pérdida de la capacidad de vuelo promueve la diversificación de especies a través del aislamiento geográfico (especiación alopátrica). Sin embargo, no podemos dejar de mencionar que fue la capacidad de volar adquirida mucho antes, la que permitió a los insectos colonizar toda la superficie del planeta, y evolucionar en la gran cantidad de especies que hoy conocemos. Referencia: Ikeda, H., Nishikawa, M., & Sota, T. (2012). Loss of flight promotes beetle diversification Nature Communications, 3 DOI: 10.1038/ncomms1659 BioUnalm
Ikeda, H., Nishikawa, M., & Sota, T. (2012) Loss of flight promotes beetle diversification. Nature Communications, 648. DOI: 10.1038/ncomms1659 Loss of flight promotes beetle diversification Biology
Levaduras sometidas a condiciones adversas ganan o pierden cromosomas como respuesta adaptativa rápida y eficiente. El proceso puede ser reversible. Para los humanos, tener cromosomas de más o de menos (aneuploidía) es un problema muy grave e irreparable. Por ejemplo, un cromosoma 21 extra es la causa del síndrome de Down o la falta de un cromosoma X en las mujeres provoca el síndrome de Turner. Sin embargo, esto no parece ser un inconveniente para las levaduras. Un grupo de investigadores del Stowers Institute for Medical Research (EEUU) han descubierto que la ganancia o pérdida de cromosomas en las levaduras les permite adaptarse rápidamente a las condiciones adversas del medio. Según el estudio publicado el 29 de Enero en Nature, la inhibición de la proteína Hsp90, encargada de asegurar la distribución equitativa de los cromosomas durante la división celular, favorecería esta respuesta. “Los resultados presentados en este trabajo revelan un nuevo papel para la Hsp90 —el guardián de la estabilidad cromosómica— en la evolución adaptativa”, comenta la Dra. Rong Li, líder de la investigación. Además añade que la inhibición de esta proteína promueve la aparición de nuevas variedades cariotípicas (patrón de cromosomas) que permiten una rápida adaptación a través de la aneuploidía. Estudios previos ya han dado evidencias de que la aneuploidía puede ser beneficiosa bajo ciertas condiciones. Gracias a ella, las células cancerosas pueden adquirir resistencia a los agentes terapéuticos o hacerse mucho más proliferativas que sus contrapartes sanas. Esto se debe a que estas mutaciones afectan una gran variedad de genes al mismo tiempo, cambiando por completo el fenotipo de la célula, tal vez hacia uno más ventajoso bajo una situación de estrés. Con el fin de demostrar si es el estrés quien promueve la variación en el número de cromosomas, el estudiante de posgrado Guangbo Chen, autor principal del estudio, y sus colaboradores sometieron a levaduras haploides —con un solo juego de sus 16 cromosomas— a diferentes tipos de estrés por 16 horas. Al cuantificar la tasa de pérdida de cromosomas observaron que el tratamiento con radicicol (un inhibidor de la Hsp90) fue el más pronunciado. El mismo efecto se observó al usar inhibidor (macbecina II) o cuando suprimieron los genes para la Hsp90 y su proteína colaboradora (STI1). Estos primeros resultados demostraron que la inhibición de la proteína Hsp90 induce la aneuploidía ya que es necesaria para la formación del cinetocoro y la correcta segregación de los cromosomas durante la división celular. Ahora quedaba determinar si la inhibición de la Hsp90 promovía la adaptación al estrés por medio de la aneuploidía. Para esto usaron levaduras diploides —con dos copias de sus 16 cromosomas— a quienes sometieron a un tratamiento previo con radicicol. Los investigadores observaron que colonias que adquirieron resistencia al inhibidor de la Hsp90 presentaban una o dos copias adicionales del cromosoma 15. ¿Este número excesivo de cromosomas 15 sería el responsable de la resistencia al radicicol? Para responder a esta pregunta Chen y sus colegas desarrollaron una levadura haploide con un cromosoma 15 de más y lo sometieron a un medio con el inhibidor observando que crecían normalmente. Por otro lado, cuando le quitaron las copias de cromosoma 15 extras de las levaduras resistentes, éstas dejaron de serlo. La explicación es que en éste cromosoma están los genes STI1 y PDR5, una proteína que elimina el radicicol de la levadura. Finalmente, los investigadores quisieron determinar si las levaduras propensas a la aneuploidía podían adquirir resistencia a otras situaciones de estrés. Para esto usaron levaduras diploides sometidas a un pre-tratamiento con radicicol. Luego las cultivaron en medios con diferentes concentraciones de fluconazol, tunicamicina y benomilo (antimicóticos). Las levaduras resistentes al fluconazol tenían un cromosoma 8 de más, las que adquirieron resistencia a la tunicamicina les faltaba un cromosoma 16 y las que se volvieron resistentes al benomilo perdieron una copia del cromosoma 12. Esto demuestra que hay una asociación entre el cariotipo y la resistencia a una determinada droga. Sin embargo, cuando cultivaron dos de las levaduras que se volvieron resistentes a la tunicamicina (cromosoma 12 monosómico) en un medio sin antimicótico, se formaron dos tipos de colonias: unas grandes y otras pequeñas. Al analizar los cromosomas de las colonias grandes, Chen y su equipo se llevó la sorpresa que estas levaduras habían recuperado el cromosoma 12 que les faltaba, demostrando así que la aneuploidía podía regresar a su estado euploide original. Esto indicaría que la aneuploidía es una mutación de fácil acceso con grandes impactos fenotípicos que puede ser revertida cuando la situación de estrés está ausente. Por suerte, los humanos contamos con la proteína p53 quien activa la apoptosis (muerte celular programada) cuando las células tienen un número anormal de cromosomas. Sin embargo, la mitad de los cánceres se caracterizan por ausencia o mutación de esta proteína. Entonces, este estudio nos ayudaría a explicar la aparición de células cancerosas resistentes a la quimioterapia por medio de la aneuploidía. Es más, aquellos inhibidores de la Hsp90 usados para el tratamiento de ciertos tipos de cáncer, tendrían un efecto contrario al esperado. Referencia: Chen, G., Bradford, W., Seidel, C., & Li, R. (2012). Hsp90 stress potentiates rapid cellular adaptation through induction of aneuploidy Nature DOI: 10.1038/nature10795 BioUnalm
Chen, G., Bradford, W., Seidel, C., & Li, R. (2012) Hsp90 stress potentiates rapid cellular adaptation through induction of aneuploidy. Nature. DOI: 10.1038/nature10795 Hsp90 stress potentiates rapid cellular adaptation through induction of aneuploidy Biology
Posibilitaría la transferencia horizontal de genes entre organismos que comparten el mismo patógeno viral, así como la evolución de nuevos virus. Si generalizamos, todos los virus cumplen el mismo ciclo de vida. Primero infectan una célula, ya sea eucariota, bacteria o arquea. Luego liberan su material genético —que puede ser ADN o ARN— para ser copiado y traducido usando la maquinaria molecular del hospedero. Finalmente la cápsula viral se ensambla, el ácido nucleico es empaquetado y los nuevos virus son liberados para repetir el proceso. En ciertos casos, el virus empaqueta algo más que su propio material genético. Por ejemplo, los bacteriófagos como el fago λ integran su ADN al genoma de la bacteria y se mantiene ahí hasta que algún tipo de estrés desencadene su liberación. Al escindirse, puede llevar consigo porciones de ADN o incluso genes completos del hospedero que llegarán a formar parte del fago y serán transportados hacia un nuevo microbio. A esto se le conoce como transducción y es un tipo de transferencia horizontal de genes en bacterias. Pero, qué pasa en el caso de los virus de ARN que, con excepción de los retrovirus, no llegan a integrar su genoma al de su hospedero. ¿Ellos también tendrán la capacidad de realizar algún tipo de transferencia horizontal de genes? ¿Podrán empaquetar las moléculas de ARN que deambulan por el citoplasma del hospedero? Según un estudio publicado el 24 de Enero en PNAS esto es posible. Usando técnicas de secuenciamiento de ARN de última generación, investigadores del Scripps Research Institute encontraron ARN de origen eucariota en virus y cápsulas virales vacías de la familia Nodaviridae. “Hemos observado que el 1% del ARN contenido dentro de los virus corresponde al hospedero”, reportó el Dr. Andrew Routh, autor principal del estudio. Routh y sus colegas estudiaron el Flock House Virus (FHV), un nodavirus bastante simple porque lo único que tiene es una cápsula proteica sin envoltura externa y un material genético compuesto por una molécula de ARN dividida en dos: el ARN1 que codifica para la enzima que lo replica (ARN polimerasa), y el ARN2 que codifica las proteínas que conforman la cápside viral. Los virus fueron infectados en líneas celulares derivadas de la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster), para luego ser aislados y tratados con enzimas degradadoras de ARN y ADN que eviten la contaminación con ácidos nucleicos externos. El resultado fue que el 1% del ARN secuenciado no correspondía ni al ARN1 ni al ARN2 del FHV, sino a ARN mensajeros de la D. melanogaster. Además hallaron pequeñísimas proporciones de ARN ribosomal, ARN no codificante y transposones (secuencias que se integran en cualquier región del genoma causando mutaciones). En un segundo experimento, Routh y sus colegas quisieron determinar si lo mismo ocurría en cápsulas virales vacías (o partículas tipo virales). Para ello introdujeron la secuencia que codifica para las proteínas de la cápside viral —o sea el ARN2— en una línea celular derivada de la polilla Spodoptera frugiperda (una plaga agrícola importante), para que se sinteticen y ensamblen dentro de ella. Se cree que las partículas tipo virales son inocuas porque carecen del material genético que vuelve patógeno a un virus (sólo están llenos principalmente de ARN ribosomal, el ARN más abundante dentro cualquier célula). Esta propiedad les ha permitido ser útiles para el desarrollo de nuevas vacunas y transportadores de agentes terapéuticos en el tratamiento de ciertas enfermedades como el cáncer. Sin embargo, cuando los investigadores analizaron y secuenciaron el contenido se dieron con la sorpresa que el 5% eran transposones, una proporción muy superior al 0.1% encontrado en los virus completos del experimento anterior. El mismo resultado fue obtenido cuando usaron partículas virales de otro nodavirus. “Esta observación podría tener un impacto sobre la evolución de nuevos virus”, comenta Routh. “Si estos componentes adquiriesen la capacidad de interactuar con las proteínas de la cápside viral, y si esta interacción fuera beneficiosa evolutivamente, entonces uno podría presenciar la evolución de un nuevo virus”, añade. Pongamos como ejemplo que el FHV logra insertar una secuencia de ARN que codifica para la transcriptasa inversa obtenido de otro virus presente en la misma célula. Cuando el FHV infecte otra célula, a parte de sus dos genes esenciales (ARN1 y ARN2) tendrá uno que codifique para una enzima que le permitirá transcribir su material genético de ARN a ADN y así poder integrarse en el genoma del hospedero. El FHV ahora será un retrovirus —habrá evolucionado. Por otro lado, este estudio nos ayudaría a explicar la aparente proliferación de transposones entre diversos organismos, por ejemplo, entre diferentes especies de Drosophila, de plantas superiores, incluso de tetrápodos poco relacionados. Estos elementos transponibles presentan una notable similaridad en sus secuencias, que descarta la idea que hayan evolucionado de manera independiente. La transferencia horizontal de genes es la mejor explicación y este estudio abre un nuevo rango de agentes para realizar este proceso. Referencia: Routh, A., Domitrovic, T., & Johnson, J. (2012). Host RNAs, including transposons, are encapsidated by a eukaryotic single-stranded RNA virus Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1116168109 Imagen: Vía VirusWorld. BioUnalm
Routh, A., Domitrovic, T., & Johnson, J. (2012) Host RNAs, including transposons, are encapsidated by a eukaryotic single-stranded RNA virus. Proceedings of the National Academy of Sciences. DOI: 10.1073/pnas.1116168109 Host RNAs, including transposons, are encapsidated by a eukaryotic single-stranded RNA virus Biology
Científicos insertaron los genes necesarios para la fermentación del alginato generando un rendimiento superior al 80% del esperado. Los precios de los combustibles aumentan, las reservas se van agotando y el mundo demanda cada vez más energía. Una solución a este problema son los combustibles renovables obtenidos a partir de materias primas vivas (plantas). Sin embargo, las plantas también son la base de nuestra alimentación. Sin ellas no tendríamos frutas, verduras, carnes, huevos, leche, etc. Esto nos ha llevado a una encrucijada: decidir entre usar los campos de cultivo para la producción de energía o alimentos. Por suerte el mundo cuenta con biólogos. Ellos vieron la posibilidad de usar cualquier cosa de origen vivo como materia prima, por ejemplo: los desechos de la industria agrícola, las malezas, las algas marinas, etc., y así no competir con la biomasa destinada a la alimentación. El problema es degradar y fermentar los azúcares complejos que componen estas materias primas, por ejemplo: la lignocelulosa. Los avances en la biotecnología y la ingeniería genética han permitido superar este obstáculo gracias a que conocemos ciertos organismos capaces de degradar cada uno de estos azúcares. Lo único que debemos hacer es caracterizar la enzima empleada para ese trabajo y el gen que la codifica. Luego sólo queda sintetizarlo e insertarlo en un microorganismo que sea más fácil de manejar. Se ve un trabajo sencillo pero no lo es. Insertar una nueva reacción bioquímica a un organismo tiene sus pros y sus contras. Por un lado solucionamos el problema de degradar y fermentar la materia prima; mientras que por el otro podemos afectar reacciones propias del organismo, reduciendo así su eficiencia y rendimiento (cantidad de etanol producido por gramo de biomasa). Una de estas materias primas abundantes pero difíciles de degradar son las algas marrones, las cuales son cultivadas industrialmente con rendimientos que alcanzan las 60 toneladas métricas por hectárea por año. No requieren de mano de obra para su mantenimiento, tampoco el uso de fertilizantes y el principal uso que se le da en la actualidad es como ingrediente en la producción de alimento para animales, fertilizantes y biopolímeros. Lamentablemente los azúcares que componen esta alga —glucanos, manitol y alginato— complican su fermentación. Se han identificado enzimas que degradan los glucanos y el manitol, es más, se han desarrollado bacterias capaces de producir etanol a partir de ellos, pero los rendimientos no son muy altos debido a que se requieren de ambientes con pequeñas cantidades de oxígeno (microaeróbicos) para neutralizar el exceso de agentes reductores generados por la fermentación del manitol. Otro inconveniente es que no hay microorganismos industriales que degraden el alginato. Por suerte, en los últimos años se han identificado bacterias capaces de hacerlo. Estos cuentan con tres enzimas principales: i) la alginato liasa (Aly), que es la encargada de romper los polímeros del alginato y convertirlos en cadenas más pequeñas (de 2, 3 o 4 azúcares); ii) la oligoalginato liasa (Oal), que rompe estas pequeñas cadenas en sus azúcares individuales; y iii) una enzima que transforma estos azúcares en otros más fáciles de fermentar. Un grupo de investigadores de Bio Architecture Lab, liderados por Adam Wargacki desarrollaron una E. coli capaz de degradar y fermentar el alginato mediante la introducción de los genes requeridos para este trabajo. Según el artículo publicado el 20 de Enero en Science, la bacteria fue capaz de producir etanol con un rendimiento que alcanzó el 80% del máximo teórico predicho, abriendo el camino para la producción de bioetanol de forma más barata y sostenible. Lo primero que hicieron fue buscar una enzima capaz de romper los polímeros de alginato (Aly) y la hallaron en una bacteria conocida como Pseudoalteromonas sp. Luego buscaron la forma de secretar la enzima para que su función la realice fuera de la bacteria. Para esto fusionaron la enzima con una proteína de membrana externa de E. coli llamada antígeno 43 (Ag43). Esta proteína tiene una actividad proteasa propia, así que se aprovechó de ella para cortar la enzima Aly fusionada y liberarla al medio externo una vez que alcance la membrana extracelular. Ahora se debía buscar la forma de meter éstas pequeñas cadenas de alginato al espacio que separa la membrana extracelular de la pared celular (periplasma). Se encontraron unos transportadores de alginato en una bacteria poco conocida llamada Sphingomonas sp. Sin embargo, fue muy difícil expresar el sistema de transporte en E. coli. Fue así que los investigadores buscaron una forma alternativa de hacerlo y la encontraron en una bacteria más relacionada llamada Erwinia chrysanthemi. E. chrysanthemi tiene un sistema de transporte muy simple y usaron esta información para buscar una bacteria que degrade el alginato y que a su vez incluya éste transportador. En la base de datos del NCBI encontraron una bacteria llamada Vibrio splendidus que tenía un fragmento de ADN de casi 30,000 pares de base, el cual incluía los genes que codificaban para los transportadores, las enzimas que degradan los oligoalginatos (Oal) y las que transforman estos azúcares en unos más sencillos. Wargacki y sus colegas clonaron esta secuencia y la introdujeron en la E. coli. Como resultado obtuvieron una bacteria que degrada las algas marrones (el alginato, manitol y glucanos) sin necesidad de someterlas a un tratamiento previo de sacarificación (romper los azúcares complejos en unos más simples mediante procesos químicos, térmicos o mecánicos). La E. coli, que de por sí puede degradar el manitol y los glucanos, ahora también degradaba el alginato. La nueva bacteria fue probada en un medio con estos tres azucares en proporciones 5:8:1 (A:M:G) —la misma encontrada en las algas marrones— para determinar los parámetros óptimos de trabajo. Finalmente la probaron en cultivos de Saccharina japonica (una especie de alga marrón) y determinaron que su rendimiento de producción alcanzó el 80% del estimado teórico. Sin dudas un trabajo que genera muy buenas expectativas para el futuro de la biología sintética y la producción de biocombustibles de manera rentable y eficiente. No obstante, como todo organismo vivo, las rutas metabólicas están integradas (el producto de una reacción sirve de sustrato para otra reacción), lo que podría traer consigo algunos efectos no deseados para la bacteria o en el producto final, por ejemplo, la contaminación con acetato, lactato y otros productos secundarios de la fermentación microbiana. Si bien los investigadores cuantificaron los niveles de estas sustancias obteniendo valores casi indetectables, el proceso de escalamiento (llevarlo a volúmenes industriales) es el último obstáculo por superar, y muchas veces el más difícil, donde muchos proyectos biotecnológicos tienden a fallar. Esperemos que éste no sea el caso. Referencia: ... Read more »
Tienen más de 6,000 años de antigüedad y darían claves sobre la cronología, evolución de razas y los contextos culturales asociados a este cultivo en Sudamérica. Hace unos 8,700 años, los antiguos pobladores mexicanos domesticaron una planta silvestre llamada teosinte. Mil años después, ya se había diseminado por América Central. Hace unos 7,000 años llegaron a América del Sur. Y hoy es el cultivo más importante del mundo. Sí… estamos hablando del maíz. El Perú es uno de los países con mayor número de variedades de maíz en el mundo. Estudios previos concuerdan que esta planta ya era cultivada por los antiguos pobladores peruanos hace más de 4,000 años. Sin embargo, debido a la falta de fósiles bien preservados de mayor antigüedad, sabemos muy poco sobre la evolución y diversificación temprana de este cultivo en nuestro territorio. Entre los años 2007 y 2011, mientras se hacían excavaciones en el complejo arqueológico de Paredones y Huaca Prieta, ubicado en la costa norte del Perú, un equipo de arqueólogos liderados por el Dr. Tom Dillehay de la Universidad de Vanderbilt, halló una gran cantidad de restos de maíz en excelentes condiciones. La colección que estaba compuesta por mazorcas, tallos, granos, espigas, harinas y fitolitos, era la más grande y diversa descubierta hasta la fecha. Los restos fueron enviados a Estados Unidos para calcular su antigüedad. Usando la técnica de datación por radiocarbono acoplado a un espectrómetro de masas con aceleradores (AMS), se determinó que la colección databa de hace unos 3,000 a 6,700 años —en pleno periodo pre-cerámico—, siendo catalogados como los macrofósiles de maíz más antiguos descubiertos en América, según un artículo publicado el 17 de Enero en PNAS. La antigüedad de las muestras concuerdan con los restos de almidón y fitolitos hallados en Panamá y Ecuador, los cuales datan de hace 7,600 y 7,000 años, respectivamente. Sin embargo, éstos aparecen de manera intermitente a través del tiempo, lo que indicaría que su consumo no formaba parte de la dieta primaria de los antiguos pobladores peruanos. En cuanto a sus características morfológicas, las mazorcas eran muy pequeñas —tenían entre tres y seis centímetros de longitud— y estaban compuestos por 96 granos repartidos en ocho filas. Según el Dr. Alexander Grobman, profesor emérito de la Universidad Nacional Agraria La Molina y autor principal del estudio, los restos pertenecerían a las razas Proto-Confite Morocho, Confite Chavinense y un híbrido de ambas [Figura de portada]. Estas razas son las precursoras de la mayoría de los maíces andinos de la actualidad, tales como: Huayleño, Granada, Paro y Chullpi; y la raza costera, Mochero. Los antiguos agricultores peruanos empezaron a seleccionar los maíces con mayor número de filas de granos, generados por la fasciación (alargamiento) de las mazorcas. Así fue como lograron obtener variedades cada vez más productivas, las cuales empezaron a ser halladas a inicios del periodo cerámico (hace 4,000 años), sugiriendo que las razas proto-Chullpi y proto-Alazan aparecieron a fines del pre-cerámico. Por otro lado, no se hallaron restos de vasijas, vasos o recipientes de almacenamiento, que indiquen la fermentación de los granos de maíz para la producción de bebidas, tal como sugieren ciertos investigadores. Grobman y sus colegas concluyen que cuando el maíz abandonó las tierras mexicanas, dejó de cruzarse con el teosinte, mejorando así su productividad y facilitando su selección. “Los maíces peruanos descritos aquí son diferentes —en ciertos aspectos significativos— a las muestras casi contemporáneas halladas en la cueva Guila Naquitz (México)”, comenta Dolores Piperno, co-autora del trabajo e investigadora del Smithsonian Tropical Research Institute. Para terminar, los investigadores recomiendan que se vuelva a excavar otros complejos arqueológicos de la costa peruana, con el fin de encontrar y analizar nuevos restos vegetales y recabar información sustancial sobre el desarrollo y dispersión de este cultivo en América del Sur. Referencia: Grobman, A., Bonavia, D., Dillehay, T., Piperno, D., Iriarte, J., & Holst, I. (2012). Preceramic maize from Paredones and Huaca Prieta, Peru Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1120270109 BioUnalm
Grobman, A., Bonavia, D., Dillehay, T., Piperno, D., Iriarte, J., & Holst, I. (2012) Preceramic maize from Paredones and Huaca Prieta, Peru. Proceedings of the National Academy of Sciences. DOI: 10.1073/pnas.1120270109 Preceramic maize from Paredones and Huaca Prieta, Peru Ecology / Conservation
Ácido nucleico más simple tiene la capacidad de transmitir información y adquirir estructuras complejas con funciones químicas sofisticadas. La información se transmite a través del ADN y se expresa gracias al ARN. Pero, ¿por qué la naturaleza eligió los azúcares de cinco carbonos (las ribofuranosas) y no otros, como el componente central del material genético? Muchas líneas de investigación apuntan a lo mismo: la evolución temprana de la vida pudo haber estado dominada por el ARN. Esta molécula tiene la capacidad de almacenar y transmitir información, es indispensable para la iniciación de la replicación y la transcripción del ADN (los primers), establece el nexo entre los genes y las proteínas (el ARN mensajero) y adquiere estructuras secundarias (horquillas y bucles) y terciarias (como el ARN ribosomal o el ARN de transferencia) para realizar funciones complejas (catalizar reacciones químicas o regular la expresión genética). Sin embargo, para entender cómo emergió la vida desde una química prebiótica, se deben explicar los pasos que generaron este “mundo del ARN”. Es por esto que también existe la hipótesis del “mundo del pre-ARN”, el cual postula que el ARN estuvo precedido por un material genético mucho más simple y estable. En 1999, Albert Eschenmoser hizo un estudio sistemático de todos los ácidos nucleicos alternativos que podían formar el emparejamiento de Watson y Crick (Adenina con Timina y Citosina con Guanina), encontrando que una gran cantidad de ellos eran capaces de almacenar la información genética. Se pudieron formar ácidos nucleicos de doble cadena con azúcares de tres (glicerol), cuatro (treosa, eritrosa), cinco (xilosa, arabinosa, lixosa) y seis (glucosa, altrosa) carbonos; incluso con péptidos. Esto indica que la replicación es un proceso bastante versátil. Sin embargo, para sostener un metabolismo primitivo, el material genético primordial debía formar estructuras terciarias que le permitieran realizar funciones más sofisticadas, tales como: reconocer moléculas específicas y catalizar reacciones químicas. Entonces, determinar que ácidos nucleicos alternativos presentan dicha capacidad, ayudaría a entender cómo se originó y evolucionó la vida en la Tierra. Uno de estos candidatos ha generado un considerable interés entre los investigadores dada su simplicidad y su habilidad para formar estructuras helicoidales complementarias estables con el ARN, el ADN, y consigo misma. Se trata del ácido treonucleico (ATN o ácido nucleico de treosa). El ATN está formado por un azúcar de cuatro carbonos llamado treosa (treofuranosa, para ser precisos). Los grupos fosfato se unen a los carbonos número 3 y 2, así que su sentido de lectura será 3’ –> 2’, a diferencia del ARN y ADN que es 5’ –> 3’. En el 2003, científicos del Howard Hughes Medical Institute (Boston, EEUU), descubrieron algunas enzimas capaces de sintetizar pequeños segmentos de ATN a partir de un molde de ADN; y en el 2005, desarrollaron una variante de la ADN polimerasa llamada ‘Therminator’ que, bajo condiciones óptimas, podía sintetizar un ATN de 80 nucleótidos con una alta eficiencia y fidelidad. Ahora, un grupo de investigadores de la Universidad Estatal de Arizona (EEUU), liderados por el Dr. John Chaput, han sintetizado diferentes moléculas de ATN y han demostrado que ésta puede adquirir formas complejas, con la capacidad de evolucionar y unirse a objetivos arbitrarios con una alta afinidad y especificidad. Los resultados fueron publicados la semana pasada en Nature Chemistry. Chaput y sus colegas tomaron un grupo de moléculas de ADN llamada biblioteca L1, compuestas por secuencias de 90 nucleótidos (nt): 50nt arbitrarios centrales flanqueados por secuencias constantes de 20nt que serán reconocidas por los iniciadores. El proceso de síntesis del ATN es similar a una PCR (en realidad es una PCR). Cada solución de reacción está compuesta por los moldes de ADN que han de ser copiados (biblioteca L1), la enzima que hará el trabajo (ADN polimerasa Therminator), los iniciadores (primers de 20nt) y los nucleótidos a base de treosa (tTTP, tCTP, tGTP y tDTP*). [*Se usó la Diaminopurina, un análogo de la Adenina, porque aumenta la estabilidad del híbrido ATN-ADN]. Sin embargo, cada vez que procedían a hacer la reacción, ésta se truncaba. Simplemente, no se podía sintetizar el ATN. Los investigadores estaban confundidos. ¿Por qué Therminator podía transcribir secuencias individuales de ADN a ATN eficientemente, pero fallaba cuando el sustrato era cambiado por un grupo de secuencias aleatorias? Al cambiar cada uno de los nucleótidos de treosa por sus versiones normales (con desoxirribosa)descubrieron que Therminator no podía sintetizar repeticiones de Guanina presentes en el ADN molde. Resulta que el 90% de las secuencias de la biblioteca L1 tenían al menos una repetición GGG o GGGG que truncaba la reacción. Entonces, para superar este inconveniente, Chaput y sus colegas desarrollaron dos bibliotecas de ADN más: L2 (sin Guaninas) y L3 (baja frecuencia de Guaninas). Esta vez el rendimiento de síntesis de ATN fue de un 60% y 30%, respectivamente. Por primera vez se creaban bibliotecas genéticas de ATN. Ahora quedaba algo más por hacer. Los investigadores querían ver si estas secuencias de ATN arbitrarias podían evolucionar y formar un aptámero. Los aptámeros son ácidos nucleicos de cadena simple (ADN o ARN), de 70 a 100 nucleótidos de longitud, con la capacidad de reconocer, de manera específica y con alta afinidad, varios tipos de moléculas diana mediante un plegamiento tridimensional de su cadena. En otras palabras, serían unos “anticuerpos” hechos de ácidos nucleicos en vez de aminoácidos. Para ello usaron una técnica conocida como selección in vitro (evolución molecular en un tubo de ensayo). A partir de la biblioteca de ADN L2 formaron secuencias de ATN, las cuales fu... Read more »
Yu, H., Zhang, S., & Chaput, J. (2012) Darwinian evolution of an alternative genetic system provides support for TNA as an RNA progenitor. Nature Chemistry. DOI: 10.1038/nchem.1241 Darwinian evolution of an alternative genetic system provides support for TNA as an RNA progenitor Biology
Simples mutaciones, que en principio son degenerativas, aumentan el grado de complejidad de las maquinarias moleculares. Esta maravilla que vemos en la figura superior es la ATPasa vacuolar (ATPasa-V), y no es más que una “máquina” que usa la energía provista por el ATP para bombear protones —átomos de hidrógeno sin su electrón (H+)— hacia el interior de ciertos organelos, con el fin de intercambiarlos después por otras sustancias, tales como: iones de calcio, neurotransmisores y hormonas; o también acidificar las cabezas de los espermatozoides (acrosomas) para facilitar la penetración del óvulo. Al igual que muchas maquinarias celulares, la ATPasa-V está conformada por varias proteínas, lo que la convierte en una molécula sumamente compleja. La región V1 —compuesta por ocho proteínas— hidroliza el ATP y provee de energía al anillo V0 —conformado por seis proteínas— para que rote y mueva los protones hacia el interior de los organelos. Pero, ¿cómo se alcanzó tal complejidad? Todo parte de un ensamblaje muy simple y primitivo que va adquiriendo nuevas partes durante su evolución, confiriéndole nuevas funciones con un grado de complejidad cada vez superior. El problema radica en cómo se adquieren dichas partes. La evolución nos dice que este proceso empieza por la duplicación de un gen. Luego, las mutaciones tomarán un rol protagonista, modificando y combinando sus secuencias, por lo tanto, su función. Al final del camino, y si la selección natural se lo permite, estos nuevos genes originados del mismo gen ancestral (parálogos), codificarán proteínas que cumplirán con tareas específicas diferentes, aumentando la complejidad del sistema. Sin embargo, explicarlo de esta manera es bastante abstracto. Lamentablemente, no podemos seguir la evolución de una maquinaria molecular compleja “paso a paso”, porque no disponemos de millones de años para hacerlo. Entonces, ¿habrá alguna manera de “ver la evolución” en el laboratorio? Pues sí. Un grupo de investigadores del Instituto de Biología Molecular de la Universidad de Oregón, liderados por Gregory Finningan y Joe Thornton, resucitaron las proteínas ancestrales que formaron parte del anillo V0 primitivo y las expresaron en una levadura, observando que lograban ensamblarse correctamente para formar una ATPasa-V funcional. Según el artículo publicado el 9 de Enero en Nature, los investigadores también determinaron las mutaciones que condujeron al grado de complejidad observado en la actualidad. Aunque la ATPasa-V está presente en todas las células eucariotas, el anillo V0 varía dependiendo del linaje. En los animales y la mayoría de eucariotas, el anillo V0 está compuesto por dos subunidades (una Vma16 y cinco Vma3); mientras que en los hongos, está compuesto por tres (una Vma16, una Vma11 y cuatro Vma3). Todas estas proteínas son codificadas por genes parálogos, que como explicamos hace algunos párrafos, se originaron a partir del mismo gen ancestral. Desde 1990, los científicos han sido capaces de resucitar proteínas ancestrales. En principio, la metodología se basa en comparar la secuencia de aminoácidos de una determinada proteína en diferentes organismos —algunos serán más primitivos que otros, por lo tanto, sus secuencias también lo serán. Estas diferencias proveen a los investigadores de claves de cómo las secuencias cambian: habrán aminoácidos que serán sustituidos por otros con una mayor facilidad. A esto le llamamos, parsimonia. A inicios del siglo XXI, Thornton desarrolló un algoritmo computacional que le permitía reconstruir proteínas ancestrales de una manera más rápida. Lo primero que se hace es alinear y comparar las secuencias en base a su filogenia (a). Luego se analizan los cambios más probables y se reconstruye la proteína ancestral (b). Después se pasa a una secuencia de nucleótidos en base al código genético. Y, finalmente, se sintetiza el gen (c) para introducirlo y en un organismo modelo (d), quien se encargará de expresarlo para hacer los análisis respectivos (e). Entonces, usando las secuencias de las proteínas Vma16 (fucsia), Vma3 (celeste) y Vma11 (amarillo), Finningan y sus colaboradores reconstruyeron los genes ancestrales. Al compararlas, los investigadores observaron que Vma3 y Vma11 son proteínas hermanas, que compartieron una proteína ancestral común hace más de 800 millones de años. A su vez, Vma3/Vma11 y Vma16 también se originaron a partir de un mismo ancestro común, tal vez a inicios del origen de los eucariotas. Usando el algoritmo computacional, los investigadores lograron reconstruir cuatro proteínas ancestrales: Anc.3 (ancestro de todas las Vma3 de hongos), Anc.11 (ancestro de todas las Vma11), Anc.16 (ancestro de todas las Vma16) y Anc.3-11 (ancestro de Anc.3 y Anc.11). Luego, insertó los genes correspondientes en diferentes levaduras. Los resultados fueron asombrosos. Cuando las levaduras carecían de las proteínas Vma3, o la Vma11, o ambas a la vez, no podían desarrollarse ni formar colonias. Sin embargo, cuando se les insertó el gen que codifica para la proteína Anc.3-11, el crecimiento de estas levaduras fue restaurado: la Anc.3-11 tomó el papel de la Vma3 y Vma11. El mismo resultado se obtuvo cuando pusieron el gen Anc.16 en levaduras deficientes para la subunidad Vma16. Y, por si fuera poco, al poner las proteínas Anc.3-11 y Anc.16 en levaduras deficientes para las tres subunidades del anillo V0, éstas pudieron crecer con toda normalidad. Además, un análisis de acidificación demostró que la ATPasa-V “ancestral” era completamente funcional. Con estos resultados Finningan y sus colegas pudieron revelar cómo evolucionó el anillo V0 para volverse cada vez más complejo. Al inicio, el anillo estaba formado por un sólo tipo de subunidad: la proteína más ancestral de todas (digamos la “Anc.3-11-16”). Luego, ésta se duplicó y cada una empezó a adquirir mutaciones que las diferenciaron mutuamente. Una pasó a formar la subunidad Anc.16 y la otra la subunidad Anc.3-11 (Figura b). Anc.3-11 tenía la capacidad de interactuar con otra Anc.3-11 (enlace P) y con la Anc-16, por cualquiera de los dos ... Read more »
Finnigan, G., Hanson-Smith, V., Stevens, T., & Thornton, J. (2012) Evolution of increased complexity in a molecular machine. Nature. DOI: 10.1038/nature10724 Evolution of increased complexity in a molecular machine Biology
La presencia o ausencia de indol en la feromona atrae o repele a los que son hermafroditas. El nemátodo Caenorhabditis elegans es un buen modelo biológico para hacer estudios básicos sobre el comportamiento social, especialmente los que involucran la alimentación, la densidad poblacional, el apareamiento y la agregación. Estudios recientes han demostrado que un grupo de moléculas, conocidas como los ascarósidos, regulan diversos aspectos del comportamiento del diminuto animal. Los ascarósidos ascr#1, ascr#2 y ascr#3 han sido identificados como los principales componentes de las feromonas que promueven la agregación de los machos. Sin embargo, los hermafroditas, quienes conforman la mayor parte de la población de los nemátodos, son insensibles a bajas concentraciones de estos ascarósidos y son repelidos a concentraciones usadas por los machos para reunirse. Con el fin de identificar las señales químicas que promueven la agregación de los hermafroditas, un grupo de investigadores, liderados por el bioquímico Frank Schroeder de la Universidad de Cornell, analizaron los compuestos generados tanto en nemátodos silvestres como en mutantes para la proteína DAF-22, la cual es requerida en la biosíntesis de las feromonas de estas especies. Según reportaron el 10 de Enero en PLoS BIology, los indol-ascarósidos ejercen un potente efecto atractivo en los nemátodos hermafroditas, sugiriendo que estos pequeños gusanos tienen un lenguaje químico de comportamiento social bastante complejo. Schroeder y sus colaboradores identificaron muchos compuestos unidos al indol —una molécula derivada del tritófano— en los gusanos silvestres, pero no en los mutantes para el gen daf-22; siendo el indol unido al ascr#3 (icas#3), el más abundante de todos estos compuestos [Figura de portada]. Entonces, como había una diferencia sustancial (químicamente hablando) entre el ascr#3 y el icas#3, los investigadores quisieron saber si estas moléculas generaban respuestas diferentes en el nemátodo. Para ello, sintetizaron químicamente el icas#3 y otros ascarósidos indolados más como el icas#1 e icas#9, y los pusieron en el medio de cultivo. A concentraciones elevadas, estos indol-ascarósidos promovían la agregación de machos y hermafroditas. Pero cuando se repitió el experimento a bajas concentraciones, los icas#3 e icas#9 sólo promovieron la agregación de los hermafroditas mas no de los machos. El efecto de estos indol-ascarósidos es potente. Los investigadores también analizaron que neuronas eran activadas por esta novedosa feromona. Lo que encontraron fue que los hermafroditas respondían al icas#3 aún en ausencia de las neuronas RMG, las cuales detectan las condiciones del entorno, integran la información y mandan la señal a los músculos para promover la agregación; por ejemplo, cuando hay abundancia de alimento. Sin embargo, cuando las neuronas ASK estaban ausentes, la respuesta no se daba. Estos resultados contradicen lo encontrado en estudios previos. En estos se decía que los ascarósidos actúan tanto a nivel de las neuronas RMG como las ASK. Sin embargo, como podemos ver en el párrafo anterior, cada respuesta es mediada por un circuito neuronal diferente: los ascarósidos (feromonas que repelen a los hermafroditas) son reconocidos por las neuronas RMG y los indol-ascarósidos (feromonas que promueven la reunión de los hermafroditas) son reconocidos por las neuronas ASK. Estos dos tipos de feromonas actúan en una coordinación magistral. Cuando está presente la icas#3, aún en presencia de ascr#3, los hermafroditas se agregan, siempre y cuando las concentraciones sean bajas. Sin embargo, cuando se incrementa la concentración de ascr#3, las hermafroditas se ven repelidas, aún icas#3 esté presente en el medio. De estas observaciones podemos concluir que, cuando las densidades poblacionales son elevadas, la concentración de ascr#3 aumenta gradualmente. Esto provoca que los hermafroditas, quienes conforman la mayor parte de la población, se vean repelidas, reduciendo así la competencia por el alimento. Además, los investigadores sugieren que los nemátodos tienen la capacidad de ajustar los niveles de feromonas liberados. Pueden promover la agregación liberando la versión no-indolada y así reunirse para reproducirse, o pueden reprimirla, liberando la versión indolada para evitar la competencia por el alimento. Estos resultados demuestran el alto nivel de complejidad en la comunicación social de los nemátodos. Referencias: Srinivasan, J., von Reuss, S., Bose, N., Zaslaver, A., Mahanti, P., Ho, M., O'Doherty, O., Edison, A., Sternberg, P., & Schroeder, F. (2012). A Modular Library of Small Molecule Signals Regulates Social Behaviors in Caenorhabditis elegans PLoS Biology, 10 (1) DOI: 10.1371/journal.pbio.1001237 Weaver J (2012) New Signaling Chemicals Spur Worms to Seek Company. PLoS Biol 10(1): e1001240. doi:10.1371/journal.pbio.1001240 BioUnalm
Srinivasan, J., von Reuss, S., Bose, N., Zaslaver, A., Mahanti, P., Ho, M., O'Doherty, O., Edison, A., Sternberg, P., & Schroeder, F. (2012) A Modular Library of Small Molecule Signals Regulates Social Behaviors in Caenorhabditis elegans. PLoS Biology, 10(1). DOI: 10.1371/journal.pbio.1001237 A Modular Library of Small Molecule Signals Regulates Social Behaviors in Caenorhabditis elegans Biology
Estudio realizado en pinzones cebra muestra una fuerte relación entre los telómeros y la longevidad. Los telómeros son unos recubrimientos especiales ubicados en los extremos de los cromosomas. Cumplen con dos funciones importantes: i) evitar que estos extremos sean reconocidos como rupturas en el ADN, lo que llevaría a activar un mecanismo de reparación que los uniría con otros, provocando graves daños a la célula, y ii) proteger al ADN de la reducción que sufre cada vez que la célula se divide, porque, la enzima que copia el ADN, no puede replicar completamente uno de los extremos (la cadena retrasada donde se ubican los fragmentos de Okazaki) al no tener de donde sostenerse. Durante nuestro desarrollo embrionario, tenemos activa una enzima llamada telomerasa que se encarga de reponer los telómeros perdidos durante la replicación del ADN. Sin embargo, una vez que nacemos y empezamos a crecer, se inactiva. Se cree que esta inactivación evolucionó como un mecanismo que reprime la formación de tumores. Lamentablemente, cuando los telómeros son muy cortos, ya sea por problemas genéticos o por su reducción a lo largo de la vida, la célula deja de dividirse y empieza a envejecer. He aquí su relación con el envejecimiento. Es entonces donde sale a la luz la siguiente pregunta: ¿si tenemos unos telómeros más largos, viviremos más años? Si aplicamos la lógica, la respuesta sería afirmativa. Es más, hay estudios donde se ha encontrado cierta relación entre el tamaño de los telómeros y la esperanza de vida. Sin embargo, estos resultados no han sido concluyentes porque también hay otros estudios donde dicha relación no aparece. Uno de los principales problemas es la forma como se aborda el estudio. En humanos, por ejemplo, los telómeros son analizados en personas de avanzada edad, para ver si su longitud tiene algo que ver con su longevidad. El problema es que no se puede hacer un estudio a largo plazo (desde que nace hasta que muere) porque tomaría más de 70 años en hacerlo. Otro dato que no se toma en consideración es que la mayor parte de los telómeros se pierden durante los primeros años de vida, y esta tasa varía entre una persona y otra, dando resultados sumamente dispersos y confusos. La exposición a agentes que propician la reducción de los telómeros (altas dietas calóricas, esfuerzo físico constante, agentes químicos en los alimentos, etc.) también juegan un rol importante en este efecto. Ahora, un grupo de investigadores británicos, liderados por el Dr. Britt Heidinger de la Universidad de Glasgow, han estudiado el tamaño de los telómeros de un centenar de pinzones cebra durante distintas etapas de su vida, encontrando que la longitud que tiene a los 25 días de nacidos está muy relacionado con su esperanza de vida, según un artículo publicado el 9 de Enero en PNAS. Heidinger estudiaron 99 pinzones cebra durante 9 años. Cada cierto tiempo les tomaban muestras de sangre para evaluar el tamaño de sus telómeros. Lo primero que observaron fue que la tasa de reducción fue mayor durante el primer año de vida, y ésta se aceleraba si las aves se reproducían. Al terminar el estudio, los investigadores observaron que aquellos pinzones que tenían los telómeros más largos a los 25 días de nacidos, mostraban una mayor esperanza de vida. Esta correlación se perdía cuando se analizaba el tamaño de los telómeros después de ese momento. Sin embargo, como pueden ver en el gráfico, la variación de lo resultados es muy grande. Si bien se observa cierta tendencia (a mayor es la longitud de los telómeros, mayor es la esperanza de vida), la variabilidad de los resultados hace que su índice de correlación no sea tan contundente como para dar por sentada la afirmación. Y si a esto le sumamos que factores externos de muerte como son las enfermedades, la depredación o la inanición han sido controlados, lo que ocurre en la naturaleza es mucho más complejo. Tampoco indica que estos resultados sean aplicados a otros modelos biológicos, incluso a los humanos. Cada uno presentan una distinta tasa de pérdida de telómeros que está en función a su propia fisiología. Sin embargo, hay datos bastante buenos que pueden ser rescatados, por ejemplo, el hecho que la reproducción acelera la pérdida de los telómeros. Otro dato interesante es la confirmación de que ésta tasa es mayor durante los primeros meses de vida. Bueno, concluiremos diciendo que si bien los telómeros juegan un rol importante en la senescencia celular, no podemos usarlos para predecir la esperanza de vida de un organismo porque éste depende de muchos factores, tanto internos como externos. Referencia: Heidinger, B., Blount, J., Boner, W., Griffiths, K., Metcalfe, N., & Monaghan, P. (2012). Telomere length in early life predicts lifespan Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1113306109 BioUnalm
Usan hojas adhesivas subterráneas para atrapar y digerir nemátodos. Estamos acostumbrados a pensar en las plantas como unos seres inmóviles e inofensivos. Sin embargo, las plantas carnívoras —que para Darwin eran las plantas más asombrosas en el mundo— no se ciñen a este estereotipo. Las adaptaciones morfológicas y fisiológicas que han adquirido a lo largo de su historia evolutiva, las convierten en unos organismos fascinantes. Las manifestaciones más asombrosas son sus hojas especializadas que se convierten en trampas mortales, con la capacidad de digerir a sus presas y absorber los nutrientes, lo que les ha llevado, en algunos casos, a prescindir de la fotosíntesis. Esto lo hacen porque sus hábitats naturales se caracterizan por ser pobres en nutrientes elementales como lo son: el nitrógeno, fósforo, potasio, entre otros. No obstante, ésta no es la forma más económica de obtenerlos. Las plantas carnívoras representan menos del 0.2% del total de plantas con flores descritas a la fecha. Esto se debe principalmente al costo energético que deben invertir para producir néctares y aromas atractivos para sus presas (Sarracenia purpurea), jarrones coloridos con patrones de radiación UV que sean reconocibles por los insectos (Nepenthes sp.), sustancias mucilaginosas (Drossera rotundifolia) o resinosas (Roridula gorgonias) que no dejen escapar el alimento una vez capturado, o incluso trampas que se activen por un sofisticado gatillo (Dionaea muscipula). Así como también desarrollar glándulas especializadas en producir enzimas digestivas. Sin embargo, un estudio publicado hoy en PNAS sugiere que el porcentaje que representan las plantas carnívoras podría estar subestimado porque científicos brasileños, liderados por el biólogo Caio Pereira de la Universidad Estatal de Campinas, han descrito una planta del género Philcoxia que tiene la capacidad de capturar y digerir nemátodos usando unas hojas adherentes subterráneas. El género Philcoxia, que pertenece a la familia Plantaginaceae, está compuesta por tres especies que crecen exclusivamente en los campos rocosos del centro de Brasil. Esta zona se caracteriza por ser muy rocosa y arenosa, con bajas cantidades de nutrientes pero bien iluminado, y con un régimen de lluvias estacionales. Todas estas condiciones favorecen la existencia de plantas carnívoras, por lo que hacía sospechar que las Philcoxia eran carnívoras. Pero, a pesar que las Philcoxia presentaban características típicas de las plantas carnívoras, nunca se pudo determinar la estrategia empleada para capturar sus presas. La forma como obtenía sus nutrientes fue un gran misterio para los botánicos y ecólogos brasileños. Todo cambio en el 2007 cuando el Dr. Peter Fritsch y sus colaboradores de la Academia de Ciencias de California y la Universidad Estatal de Campinas, descubrieron la presencia de nemátodos adheridos a las hojas subterráneas de Philcoxia minensis almacenadas en un herbario. Todo apuntaba a que esta planta era carnívora. Para corroborar esta hipótesis, Pereira y sus colaboradores “alimentaron” a la planta con unos sabrosos nemátodos marcados con Nitrógeno-15 (un isótopo más pesado del nitrógeno que no se encuentra normalmente en los seres vivos). Al analizar sus hojas, observaron que los niveles de 15N alcanzaron el 5% y 15% del total a las 24 y 48 horas, respectivamente. Además, la concentración total de nitrógeno y fósforo también fue significativamente superior al promedio observado en las especies vecinas. Estos resultados demostraban que la planta asimilaba los nutrientes liberados por el nemátodo. Al hacer un estudio enzimático de las hojas de P. nimensis observaron que las fosfatasas se encontraban muy activas, lo que indicaría que la planta digería sus presas por sí misma, descartando así que el proceso sea realizado por algún tipo de bacteria simbionte. Lo reportado en este estudio es una estrategia única no descrita anteriormente. La P. nimensis, y posiblemente las otras dos especies de Philcoxia, usan unas hojas subterráneas adhesivas para atrapar los nemátodos que allí habita. Luego, secretan enzimas que empiezan a digerir a la desafortunada presa para que finalmente asimilen los nutrientes generados. Esta estrategia es bastante críptica en comparación a las otras. Esto porque sus hojas especializadas son bastante pequeñas (de 0.5 a 1.5mm de diámetro) y se encuentran escondidas bajo el suelo. Además, sus presas son microscópicas. Todo esto nos llevaría a pensar que podrían haber muchas más especies de plantas que se alimenten de algún tipo de microorganismo o que usan estrategias que no pueden ser apreciadas a simple vista, subestimando así el número total de especies de plantas carnívoras descritas en la actualidad. Referencia: Pereira, C., Almenara, D., Winter, C., Fritsch, P., Lambers, H., & Oliveira, R. (2012). Underground leaves of Philcoxia trap and digest nematodes Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1114199109 BioUnalm
Pereira, C., Almenara, D., Winter, C., Fritsch, P., Lambers, H., & Oliveira, R. (2012) Underground leaves of Philcoxia trap and digest nematodes. Proceedings of the National Academy of Sciences. DOI: 10.1073/pnas.1114199109 Underground leaves of Philcoxia trap and digest nematodes Biology
Sus células prescinden de ellos, pero su capacidad regenerativa y desarrollo embrionario no se ven afectados. Los centrosomas son unos organelos esenciales en todas las células animales. Están formados por dos centriolos orientados perpendicularmente, cada uno compuesto de nueve tripletes de microtúbulos ordenados en forma cilíndrica y rodeados por una masa amorfa de proteínas llamada materia pericentriolar. Su principal función es organizar los microtúbulos tanto para dar forma, polaridad y movilidad a la célula como para generar el huso mitótico por donde migrarán los cromosomas durante la división celular. Los centriolos, además, son el punto de anclaje de los cilios (protuberancias celulares que sirven para dar movimiento). Decimos que estos organelos son esenciales porque son casos muy peculiares en los cuales no están presentes en las células animales, por ejemplo: durante las primeras fases del desarrollo embrionario de ratones y en los estados avanzados de desarrollo en la mosca de la fruta. No obstante, un estudio publicado esta semana en Science demuestra que las células de las planarias carecen de centrosomas, sugiriendo que su mantenimiento a través del proceso evolutivo tenga poco o nada que ver con la división celular. Las planarias son los maestros de la regeneración. Pueden perder cualquier parte de su cuerpo —incluso su cabeza— y volver a regenerarla rápidamente. Tal es su habilidad que el año pasado, un grupo de investigadores del Howard Hughes Medical Institute (HHMI), lograron regenerar una planaria completa a partir de una única célula. Todo el proceso se basa en divisiones celulares continuas y posterior diferenciación de tejidos gracias a que sus células mantienen la pluripotencia y totipotencia (neoblastos) durante toda su vida. Estos gusanos planos carecen de centrosomas pero no de centriolos, los cuales están presentes en las células multiciliadas de su cuerpo. Como los centriolos son el núcleo de los centrosomas y estos, a su vez, son importantes para la división celular, un grupo de investigadores liderados por la Dra. Juliette Azimzadeh de la UC California decidieron revelar el papel que juega los centriolos en la regeneración de las planarias. Para sus experimentos, Azimzadeh y sus colegas usaron la planaria Schmidtea mediterranea, a quien le bloquearon la expresión de las proteínas que conforman el centriolo usando ARNs de interferencia. Los investigadores observaron que este bloqueo afectaba la locomoción del animal porque los cilios no llegaban a desarrollarse. Sin embargo, su capacidad regenerativa no se vio afectada en lo más mínimo. Por otro lado, al estudiar los embriones de S. mediterranea usando moléculas fluorescentes que se unen a las proteínas centriolares, los investigadores no observaron fluorescencia alguna. Estos dos resultados apuntaban a lo mismo: los centriolos, y por tanto, los centrosomas, no son necesarios para la división celular, la regeneración de tejidos o el desarrollo embrionario; sólo se ensamblan durante la diferenciación de las células ciliadas. El estudio además reveló que, durante su evolución, las planarias perdieron genes necesarios para el ensamblaje y duplicación de los centrosomas, entre ellos los que codifican para las proteínas SPD-2/Cep192, CNN/CDK5RAP2 y Nek2; mientras que los genes esenciales para la formación de los centriolos se conservaron para ser expresados durante la diferenciación de las células multiciliadas. Al estudiar otros gusanos planos más primitivos como el Macrostomum lignano, se observó que ellos presentaban genes homólogos a SPD-2/Cep192 y Nek2 y que los centriolos se ubicaban hacia los polos de sus células, lo que indicaría que los centrosomas aún estaban presentes en las primeras etapas evolutivas de las planarias. Entonces, la conservación de los centrosomas en el resto de animales a lo largo de su evolución no sería porque cumplen un rol fundamental en la división celular, sino que, en realidad, su principal función sería coordinar procesos de desarrollo específicos aún desconocidos. Referencia: Azimzadeh, J., Wong, M., Downhour, D., Alvarado, A., & Marshall, W. (2012). Centrosome Loss in the Evolution of Planarians Science DOI: 10.1126/science.1214457 BioUnalm
Azimzadeh, J., Wong, M., Downhour, D., Alvarado, A., & Marshall, W. (2012) Centrosome Loss in the Evolution of Planarians. Science. DOI: 10.1126/science.1214457 Centrosome Loss in the Evolution of Planarians Biology
Usando materiales que modifican la velocidad de la luz crean un hoyo temporal donde cualquier suceso puede ser ocultado. Tener una capa de invisibilidad temporal sería el sueño de cualquier asaltante de bancos o museos porque le permitiría hacer todas sus fechorías sin que nadie se diera cuenta de ello. Así que, para todos los malhechores que leen diariamente el blog les traigo una “excelente noticia”. Físicos de la Universidad de Cornell (Estados Unidos) han demostrado experimentalmente que crear hoyos temporales es posible. Según un estudio publicado el 4 de Enero en Nature, el grupo de investigadores liderados por el Dr. Moti Fridman lograron ocultar sucesos durante 50 picosegundos (0.00000000000005 segundos). Nosotros podemos ver objetos, y por lo tanto, sucesos gracias a la luz. La materia tiene la propiedad de interactuar con ella, ya sea absorbiéndola, reflejándola, dispersándola o refractándola. Entonces, si logramos modificar estas propiedades podríamos modificar la forma en cómo detectamos un determinado objeto. Estoy seguro que muchos recordaremos haber visto en los dibujos animados o en el Chapulín Colorado la famosa “pintura invisible”. Bastaba untarte un poco de ella para desaparecer completamente. Bueno, si bien no existe dicha pintura, existen materiales artificiales (metamateriales) con índices de refracción negativos o que cambian a lo largo de toda su estructura, haciendo que la luz, en vez de chocar contra ella y dispersarse —como lo haría típicamente al toparse con cualquier objeto— lo rodee tal como lo hace una corriente de agua cuando hay una piedra en medio. La luz seguirá su rumbo como si no hubiera nada en frente, creando una capa de invisibilidad espacial. Entonces, si pudiéramos crear un hueco en medio de un rayo de luz, ¿todo lo que esté o pase durante el tiempo que dure ese hueco sería invisible ante nuestros ojos?. Sí, porque la luz no interactuará con el objeto y, por lo tanto, no modificará ninguna de sus propiedades. Esto fue precisamente lo que hicieron los investigadores de la Universidad de Cornell. Fridman y sus colegas usaron una lente de tiempo dividida (STL) y un medio dispersivo. Seguro se estarán preguntando ¿qué es una lente de tiempo? Bueno, si recuerdan sus cursos de óptica, las lentes normales (lentes ópticas) son dispositivos que convergen (concentran) o divergen (separan) los rayos de luz espacialmente. Las lentes de tiempo hacen lo mismo, pero no en el espacio, sino en el tiempo. Sabemos que la luz visible está compuesta por diferentes longitudes de onda, cada una cae dentro de un rango de color específico. Así que este tipo de lentes hace que la luz cambie de color en diferentes momentos en el tiempo. La STL, por su parte, hace esto pero de dos formas, una mitad separa los colores azules y la otra los colores rojos, en diferentes momentos. Luego, la luz separada en colores pasa a través de un medio dispersivo el cual modifica la velocidad de la luz según su color. El primer medio dispersor hace que los rayos de luz roja se vuelvan más lentos que los azules creándose un hueco. Todo lo que ocurra en este hueco será invisible porque no habrá luz que interactúe con el suceso. Luego, para regenerar el rayo de luz y sea apreciado como si nada hubiera pasado, el sistema se repite pero de forma inversa. El medio dispersivo esta vez hará que los rayos de luz azul sean más lentos y otra STL volverá a unir los rayos de luz para regenerar el original. Este video lo explica de manera detallada: Sin dudas es un bonito experimento que demuestra la factibilidad de crear una capa de invisibilidad temporal. El estudio ya había sido pre-publicado en el mes de Julio del 2011 vía ArXiv.org y el blog Aventura de la ciencia lo comentó en aquel entonces. Como pueden ver los investigadores usaron un pulso de rayo láser verde el cual atravesó la lente de tiempo dividida y el medio dispersivo (fibra de modo simple) con el que lograron generar una capa de invisibilidad temporal de 50 picosegundos (50 veces la milésima de la millonésima de la millonésima parte de un segundo). El suceso que ocultaron durante este periodo de tiempo fue un pulso de luz con la capacidad de interactuar con el rayo láser. Los resultados mostraron que la amplitud del evento se redujo en más de 10 veces. Ahora los físicos buscan combinar las capas de invisibilidad espacial con la temporal y lo creen poder hacer porque ambas actúan en dimensiones físicas diferentes. La principal aplicación que se le puede dar es mejorar la seguridad de la transmisión de información a través de las redes de fibra óptica, así que Fridman y sus colegas están buscando crear capas de invisibilidad temporal mucho más largas, del orden de los micro y, por qué no, de los milisegundos. P.D: Siento desilusionar a mis lectores asaltantes que llegaron hasta este punto de la historia. Referencias: Fridman, M., Farsi, A., Okawachi, Y., & Gaeta, A. (2012). Demonstration of temporal cloaking Nature, 481 (7379), 62-65 DOI: 10.1038/nature10695 Boyd, R., & Shi, Z. (2012). Optical physics: How to hide in time Nature, 481 (7379), 35-36 DOI: 10.1038/481035a Video vía Scientific American Blogs. Esta entrada participa en el VI Carnaval de la Tecnología celebrado este mes en Scientia. BioUnalm

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