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Tracto reproductor femenino guía la evolución de la forma de los espermatozoides

2012-02-08T22:26:00.001-05:00

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

¿Los Polinesios y Amerindios se mezclaron antes de la colonización de América?

2012-02-07T09:58:00.001-05:00

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: 10.1111/j.1399-0039.2009.01233.x

Vía | ScienceNOW.

Científicos rusos excavan 3,800 metros de hielo y alcanzan el lago Vostok

2012-02-06T16:11:00.001-05:00

Después de 22 años de arduo trabajo, científicos alcanzaron la superficie de un lago sub-glacial antártico sellado por más de 14 millones de años.

En 1990, un grupo de investigadores rusos empezaron a excavar una capa de hielo de cuatro kilómetros de profundidad con el fin de alcanzar un lago sub-glacial prehistórico llamado Vostok, ubicado cerca al Polo Sur. Según el anuncio publicado hoy en el portal RIA Novosti, los científicos tuvieron que perforar 3,768m de hielo para llegar a la superficie del lago que ha permanecido aislado por alrededor de 14 millones de años.

El lago Vostok es la red de lagos sub-glaciales más grande del mundo. Está compuesto por al menos 200 pequeñas lagunas que se formaron cuando la Antártida era un continente mucho más cálido de lo que es en la actualidad, ya que aún permanecía unida a Australia.

Las estimaciones sugieren que los niveles de oxígeno son 50 veces superiores al encontrado en un típico lago de nuestros días. Todas estas características lo convierten en un ambiente único para encontrar extrañas formas de vida —especialmente extremófilos— que pueden haber evolucionado de manera diferente a las especies que hoy conocemos.

La expectativa generada en los astrobiólogos también es importante ya que las condiciones del Lago Vostok serían bastante similares a las encontradas en los polos marcianos o en ciertas lunas de Júpiter (Europa) y Saturno (Encélado), donde la sonda espacial Cassini de la NASA encontró sólidas evidencias de la presencia de un océano de agua salada bajo su superficie helada.

Si se logra encontrar vida en lugares tan inhóspitos como en el lago Vostok —un lugar profundo, oscuro, frío y sometido a una gran presión— abriría las posibilidades para encontrarla en otros lugares dentro y fuera de nuestro sistema solar que cumplan con las mismas condiciones.

Recordemos que el año pasado el trabajo fue cancelado a escasos 29 metros de alcanzar el objetivo debido a las duras condiciones del Polo Sur. Los científicos trabajan contra reloj ya que el verano antártico dura muy pocas semanas y está muy próximo a terminar. Si no logran culminar con el trabajo a tiempo, deberán esperar hasta el próximo año para hacerlo.

La tarea es sumamente complicada porque se debe evitar a toda costa contaminar un ambiente único en el mundo. Para esto, los investigadores están desarrollando pequeños robots nadadores que tomará muestras del agua y los sedimentos del lago Vostok. Esta etapa se desarrollará el próximo año después de que las evaluaciones de impacto ambiental sean aprobadas en una reunión de los miembros consultivos del Tratado del Antártico en Mayo del presente año.

Vía | Rianovosti & WiredSience

Resumen semanal #05-12

2012-02-04T09:00:00.000-05:00

Científicos determinan la velocidad de evolución del tamaño de los mamíferos. (También en ABC Ciencia)

El salón de la fama de los insectos más raros del mundo.

Momia de 2200 años de antigüedad presentaba signos de cáncer de próstata.

Mediante la reprogramación genética, científicos lograron transformar directamente células del fibroblasto de ratones en células del sistema nervioso. (También en BBC Mundo)

¿Las enzimas usan los principios de la mecánica cuántica para acelerar los procesos reactivos?

Científicos logran reconstruir palabras midiendo la actividad de la corteza auditiva cerebral. No permite leer la mente pero sería un gran avance hacia el desarrollo de prótesis para personas que han perdido la capacidad del habla. (También el El Mundo-Ciencia).

El telescopio Hubble observa la galaxia más brillante a la fecha.

El organismo más viejo de la Tierra: Un clon de Posidonia oceanica, una planta marina descubierta en Formentera, alcanza los 100.000 años de edad. (También el Público-Ciencia)

¿Cuál es la carga del neutrón? Cero. ¡No tan rápido Billy!

Las mejores imágenes del 2011 según Science. (También en NewScientist)

Diez minutos de masaje desencadenan una serie de reacciones que reduce la inflamación y el dolor muscular después de realizar un ejercicio intenso.

¿Qué pasó con las bacterias del arsénico? Así va la cosa.

Un estudio realizado con hermanos, unos adictos a las drogas y otros no, ha detectado que ciertas personas tienen unas características cerebrales que les hace más vulnerables a las dependencias. (También en La información).

Muertes por malaria estarían subestimadas. (También en El País)

¿Hallado un agujero negro supermasivo en medio de una región del universo, o qué?

AMAZINGS: Hielo a 100°C.

RECOMENDABLE: Los artículos de Nature. ¡Vaya timo!

RECOMENDABLE: Las 10 enfermedades más frecuentes que la ciencia todavía no puede curar.

Científicos usan novedosa técnica de microscopía para observar el funcionamiento cerebral

2012-02-03T12:37:00.001-05:00

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.

Estudio revela las propiedades mecánicas de la telaraña

2012-02-02T11:57:00.001-05:00

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.

Con estos datos los investigadores generalizaron las propiedades de la telaraña usando la mecánica de fractura cuantizada, teoría que explica el mecanismo de fallo de estructuras discretas, tal como lo es la telaraña. Esta teoría dice que el área dañada cerca al punto de estrés se reduce cuando el material es más rígido, el cual fue demostrado con las simulaciones.

Gracias al comportamiento no lineal de la seda de la araña, la red es resistente, elástica y los daños debido al estrés mecánico son muy localizados. Esto sin dudas ha sido una ventaja evolutiva. Las arañas demandan grandes cantidades de energía para producir sus hilos y construir sus redes. Esta propiedad de las telarañas permite que la cantidad de energía requerida para su reparación sea la mínima posible.

Referencia:

Cranford, S., Tarakanova, A., Pugno, N., & Buehler, M. (2012). Nonlinear material behaviour of spider silk yields robust webs Nature, 482 (7383), 72-76 DOI: 10.1038/nature10739

Esta entrada participa en la XXVIII edición del Carnaval de la Física que alberga el blog Física, Arroz y Frijoles

Pérdida de vuelo promueve la diversificación de los escarabajos

2012-02-01T10:13:00.001-05:00

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

El presupuesto energético de la Tierra

2012-01-31T11:22:00.001-05:00

Navegando por NewScientist, encontré esta bonita infografía [Dale click para ampliar]:

La humanidad usa 16 Teravatios (TW) de energía un momento dado, que no es nada comparado con los 120,000TW de energía solar absorbida por la Tierra en ese mismo instante. Sin embargo, lo que importa es el balance entre la cantidad de calor que entra y la cantidad que sale.

Si la cantidad de calor que sale por la superficie de la atmósfera es igual a la que entra, entonces la temperatura del planeta será prácticamente la misma, estaremos en equilibrio. Si la Tierra libera menos cantidad de calor —o genera más calor interno (producción de energía de la humanidad más otras fuentes geotérmicas)— entonces se calentará.

Durante miles de años, la Tierra ha estado en equilibrio energético por lo que el clima ha cambiado muy poco. No obstante, durante los últimos años, se ha calculado que el planeta pierde 380TW menos energía de lo esperado debido a que los gases de efecto invernadero retienen ese calor en la atmósfera. Esto ha conducido a un aumento en la temperatura de equilibrio de la Tierra.

Toda la energía que usamos termina como calor residual. Esto quiere decir que a medida que la humanidad requiere más energía para sus actividades diarias, la cantidad de calor generado en el planeta será mayor. Si bien los 16TW actuales son algo relativamente insignificante, la demanda energética aumenta cada año, y si esta alcanza los 5,000TW (aprox. en el año 2300), se calcula que el planeta se calentará en 3°C.

Entonces, la única fuente de energía que no aumentará calor a la Tierra es el que proviene directamente del sol. En otras palabras, cualquier fuente de energía que no derive de los 120,000TW absorbidos de la energía solar, por más “verdes” y “limpios” que sean, terminarán por añadir más calor al planeta.

Vía | NewScientist.

Número anormal de cromosomas favorece la adaptación al estrés en levaduras

2012-01-29T21:25:00.000-05:00

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

Resumen semanal #04-12

2012-01-28T09:00:00.000-05:00

Paleontólogos encuentran un nido de dinosaurios de 190 millones de años en Sudáfrica. Es el más antiguo descubierto hasta la fecha. (También en RTVE).

Usan células madre para solucionar problemas funcionales del pene en ratas. Contribuyeron a la restauración de los tejidos eréctiles y aumentaron la circunferencia del mismo. Por otro lado, también se usaron células madre para tratar la ceguera por degeneración macular. Sin embargo, aún son resultados preliminares.

Censura a los artículos sobre los virus de la gripe aviar H5N1 sigue generando controversia. Después de que Science y Nature pusieron una moratoria de 60 días para su publicación, la sociedad se pregunta si un sólo país (EEUU) puede controlar la política científica del mundo.

Esta semana se desató la tormenta solar más fuerte desde el 2005.

Usando la biofotónica, científicos graban en vídeo la forma de infección del VIH. Usan las células dendríticas a manera de “caballos de Troya”.

Los compuestos perfluorados presentes en utensilios de cocina antiadherentes, ropa impermeable, y envases de comida rápida, podrían afectar la efectividad de las vacunas en los niños.

Investigadores del SLAC National Accelerator Laboratory (EEUU) usaron el láser de rayos X más potente del mundo para calentar un filamento de aluminio hasta los 2,000,000°C.

Científicos de la UC San Diego desarrollaron células madre a partir de fibroblastos de cuatro pacientes con Alzheimer y dos con demencia con el fin de diagnosticar tempranamente la enfermedad y probar nuevos agentes terapéuticos.

¿Por qué los aminoácidos son de la versión L y los azúcares la D?. Investigadores de la Universidad de York encontraron que los aminoácidos L catalizan la formación de azúcares principalmente de la versión D. Pero ¿por qué los aminoácidos son L y no D? Ese es otro tema.

Dos artículos publicados en Science analizan en sistemas microbianos los cambios genéticos que son necesarios para incorporar nuevos rasgos físicos ventajosos. En el primer experimento analizan la coevolución del virus bacteriófago lambda y su huésped habitual, la bacteria E. Coli, y en el segundo la respuesta de la E. Coli a cambios de temperatura.

Científicos descubren el peculiar sistema de visión que permite a estas criaturas abalanzarse rápidamente y sin errores.

RECOMENDABLE: Los zapatos de un científico peruano.

DOCUMENTAL: “El mal del cerebro”

Sinfonía de la ciencia:

RECOMENDABLE: Emotiva crónica de Daniel Marín sobre la tragedia del Challenger, ocurrida un día como hoy hace 26 años.

(Autobombo MODE ON) RECOMENDABLE: TOP 10: Las peores cosas de trabajar en un laboratorio. (Autobombo MODE OFF).

TOP 10: Las peores cosas de trabajar en un laboratorio

2012-01-27T14:43:00.001-05:00

Encontré este interesante artículo publicado en Science Careers. La verdad es que me ha gustado mucho —me sentí identificado con varios aspectos— tanto que me tomé la libertad de traducirlo y hacerle algunas modificaciones, en base a mi experiencia personal, para ustedes.

Tus amigos no-científicos no entienden lo que haces.

Cuando te reúnes con tus amigos del colegio o del barrio y empiezan a hablar acerca de sus trabajos, qué es lo que hacen y cuáles han sido los logros más recientes, ellos fácilmente lo pueden resumir en un “he construido una casa/edificio/puente/carretera”, o “he dejado satisfecho a un cliente” (que feo sonó eso xD), o tu amigo abogado dirá “he sacado de la cárcel a un asaltante confeso y encima he logrado que lo indemnicen”, pero cuando te toca a ti ¿qué dirás? “Bueno he curado… uhm, la verdad no he curado, las ratas viven un poco más pero no las he curado, así que he descubierto… no, esa palabra es muy fuerte. La verdad he probado… este… tampoco, las pruebas están en curso y hay resultados buenos pero no concluyentes que están generando nuevas preguntas, este… !ya no jodan y sigan bebiendo!” Al menos estás mejor que tu amigo con un doctorado en humanidades que podría haber contestado “he vendido todo mi stock de agendas 2012 en el bus”.
El científico más exitoso o con mayor trayectoria se lleva el crédito por todo lo que tu haces.

Si tú descubres algo, el investigador principal o el jefe del laboratorio (en adelante él) se lleva todo el crédito. A él le entrevistarán, a él le invitarán a dar conferencias o salir en la televisión. Si tú escribes un artículo con una imagen digna de una portada de Nature, él se llevará todo el reconocimiento. Si tu proyecto de investigación consigue un fondo de financiamiento de $1,000,000, él se llevará todo el prestigio (y el dinero). Y ¿tú que obtienes? Con suerte, escribir más artículos y proyectos de financiamiento que reforzarán el currículo de él.
Los equipos del laboratorio son extremadamente costosos y delicados. Tú no.

”Ups! Podemos mandar a comprar la pieza de repuesto del equipo “X” o contratar a otro investigador de posdoctorado por un año”.
A veces los experimentos fallan por una razón. A veces fallan sin razón.

Todos los que trabajamos o hemos trabajado en un laboratorio sabemos que las cosas pueden funcionar perfectamente por meses, incluso años, pero de repente dejan de hacerlo sin una razón aparente (Lo mismo que ocurre con el Internet Explorer®). Esta falla abrupta e inexplicable cambia tu trabajo a un meta-trabajo, ya que dejas de hacerte preguntas sobre la ciencia y empiezas a cuestionar la consistencia de tu técnica. Puedes perder años diciendo cosas como: “La última vez que funcionó el experimento autoclavé los tips y microtubos por 21 minutos en vez de 20” o “la última vez que funcionó el experimento no había desayunado” o “la última vez que funcionó el experimento me olvidé de encender el aire acondicionado”.
Tu horario está determinado por cosas intangibles.

¡Las malditas líneas celulares necesitan ser atendidas regularmente! Las HeLa cada 24 horas, las VERO cada 48, las DH82 cada semana. La PCR sale en tres horas y la electroforesis en dos. Tengo que evaluar el crecimiento microbiano a las 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21 y 24 horas. Tengo que determinar la tasa a la que el tejido canceroso reduce su tamaño durante los próximos siete días, no importa si es domingo, feriado, o si mañana es la única presentación del Richard Dawkins en la ciudad, porque tengo que saber si el fármaco que estoy desarrollando es eficiente o no para el tratamiento de adenocarcinomas. ¡La maldita galaxia sólo es visible a la una de la madrugada y debo tener suerte que el cielo esté despejado!. Si no fuera por tu trabajo en el laboratorio, tu vida social sería muy animada. Así que deben entender por qué a veces no podemos ir al cumpleaños de fulano, a la graduación de mengano, a la boda de zutano, o… a la fiesta greco-romana (“el que se aburre, se pone su ropa y se va”), en una casa de playa con piscina y modelos de lencería colombiana de ******.
La ciencia que sale en la televisión te ha condicionado a esperar los grandes descubrimientos del día o la semana.

¿Alguna vez has hecho algún descubrimiento sorprendente en el laboratorio? Bueno, yo tampoco. Claro, he tenido ciertas experiencias exitosas, que por lo general significa que los controles funcionaron bien (el control negativo salió negativo, sin contaminaciones) o que los experimentos no dañaron a nadie. Sin embargo, un ¡Eureka! real es ese que te lleva a correr por el pasillo del Instituto llevando una copia impresa de tu cromatograma o la imagen de tu gel de electroforesis donde aparece la bandita que cambiará la historia de la humanidad, o ese que te da derecho a irrumpir en una habitación llena de militares de alto rango y pedirles que llamen al presidente sin importar que sean las tres de la mañana. Ese descubrimiento no lo tendrás ni en tus mejores sueños. A menos que cuentes cómo te salió una PCR positiva cuando te olvidaste de poner los primers en el mix de reacción (¿?), a mí me ocurrió xD. Eso sí es un gran descubrimiento… aunque lo más probable es que los reactivos estaban contaminados.
Tu trabajo es peligroso.

Innumerables veces he oído a las personas decir que su trabajo los está matando, pero ninguno de ellos trabaja con cosas que realmente pueden matarlos, por ejemplo: productos químicos cáusticos, venenos, agentes sumamente infecciosos, instrumentos altamente electrificados; o con cosas que pueden causarles un gran daño, tales como: sustancias radiactivas, cloroformo, ácido sulfúrico o clorhídrico concentrado y, por su puesto, un jefe de investigación molesto.
Los laboratorios no son propicios para el sexo.

A menos que tu trabajes en un laboratorio sexual, que puede o no ser algo real, es poco probable que puedas convencer a alguien a tener sexo bajo la cabina de bioseguridad de clase 2B, o en la oscuridad del cuarto de revelación de geles de electroforesis con la luz UV encendida para crear un ambiente ‘más romántico’ (“ignora los tips desechados, nena”) y decirle cosas románticas como “pon tus dedos de zinc en mis cremalleras de leucina”. A ver, demuéstrenme que estoy equivocado.
Te tienes que vestir como un científico.

Cuando era un ‘boyescou’ (Boy Scout) tenía que vestir una horrible camiseta con cuello bordado a crochet de color celeste, metido dentro de mi pantalón corto de color verde kaki, con una zapatilla de lona marca Converse y un ridículo sombrero con un escudo de un águila al centro. Yo creí que las cosas no podían ser peores. Pero, algunos de nuestros uniformes científicos son bastante feos. Unos guantes de látex de color morado, cubre-zapatos desechables que parecen gorros de ducha, lentes de protección que atrapan la humedad corporal como si estuviéramos recolectando coca en medio de la selva tropical y batas blancas con cuello y solapas que a los hombres nos hace ver como nerds y a las mujeres las hace ver como hombres que se ven como nerds.
Sientes que el tiempo te arrastra inexorablemente hacia tu propia muerte.

Si piensan que he sido muy melodramático y hasta exagerado es porque, obviamente, ustedes nunca han sido estudiantes de posgrado o de posdoctorado en una carrera de ciencias. Cuando lo eres, gastas más tiempo de lo planeado trabajando en cosas menos interesantes de lo que habías creído, ganando menos dinero de lo que habías pensado y con un futuro menos tangible y probable de lo que te habías proyectado.

Si bien esta entrada puede ser muy desalentadora, siempre es bueno exponer la verdad con algo de ironía, a veces es más fácil de digerir. Obviamente, en mi caso, nunca me he arrepentido de haberme dedicado a la investigación científica, porque gracias a ella tengo la libertad de hacerme ciertas preguntas, que estoy seguro muchas personas en el mundo también se las han hecho, pero que yo soy capaz de poder responderlas. Bueno, sólo capacidad porque el dinero es el otro 50% que se necesita para lograrlo. En la ciencia, ¡EL DINERO SI HACE LA FELICIDAD!

Vía | Science Careers.

Imagen: ©Hal Mayforth.

Empaquetamiento del ADN viral

2012-01-26T11:35:00.001-05:00

Uno de los procesos claves en el ciclo de vida de los virus es el empaquetamiento de su material genético dentro de la cápside viral. El mecanismo es sumamente complejo. Por ejemplo, en el caso del bacteriófago Phi29 (imagen de portada) su ADN tiene una longitud de 6500 nanómetros (nm) pero la cápside mide sólo 50nm de largo por 40nm de diámetro. Entonces, cómo hace el fago para meter todo eso en un volumen sumamente pequeño? Cuál es la fuerza necesaria para superar las 60 atmósferas de presión interna que la cápside viral alcanza a medida que introduce el ADN?

Para saber la respuesta lee mi primera colaboración para Amazings: Como empaquetan los virus su ADN?

Virus empaqueta fragmentos de ARN de su hospedero

2012-01-25T18:08:00.001-05:00

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.

VIDEO: El grafeno

2012-01-25T09:03:00.001-05:00

Interesante forma de explicar qué es el grafeno, cómo se obtuvo y cuáles son sus asombrosas propiedades. El video llamado “Misión Posible: Grafeno” (“Mission Possible: Graphene”), producido por los australianos Derek Mueller y Chris Stewart, fue el ganador del Cyberscreen Science Film Festival, llevado a cabo en la conferencia Science Online 2012.

[El video está en inglés pero pueden activar y traducir los subtítulos (CC) al español]

Para ver todos los videos ganadores, sigan este enlace.

Desarrollan bacteria que produce etanol a partir de algas marrones

2012-01-23T12:11:00.001-05:00

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:

Wargacki, A., Leonard, E., Win, M., Regitsky, D., Santos, C., Kim, P., Cooper, S., Raisner, R., Herman, A., Sivitz, A., Lakshmanaswamy, A., Kashiyama, Y., Baker, D., & Yoshikuni, Y. (2012). An Engineered Microbial Platform for Direct Biofuel Production from Brown Macroalgae Science, 335 (6066), 308-313 DOI: 10.1126/science.1214547

Imagen: Flickr ©Black Balance.

Resumen semanal #03-12

2012-01-21T09:00:00.000-05:00

Varios fósiles recogidos por el naturalista inglés Charles Darwin en el siglo XIX, dados por desaparecidos, han sido hallados en un armario de la institución científica British Geological Survey. (Galería)

Un equipo de investigadores chinos ha encontrado indicios de que el anticiclo de Krebs (ciclo reductivo de los ácidos tricarboxílicos) puede estar fotocatalizado en la superficie de los minerales de sulfuro comunes.

Espectaculares imágenes de la Nebulosa del Águila, donde se encuentran los famosos “pilares de la creación”, fueron captadas por el Telescopio Espacial Herschel y el XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea. (También en ABC blogs y RTVE).

Científicos recrean la evolución de la multicelularidad en el laboratorio. Demostraron que, bajo condiciones óptimas, las levaduras podían agregarse en complejos multicelulares después de 60 días de selección. (También en ABC Ciencia).

Las boas constrictoras pueden sentir el latido del corazón de sus víctimas y dejan de estrujarlas cuando éste se detiene.

Observatorios espaciales de la NASA vuelven a capturar en video la desintegración de un cometa aproximándose al sol.

La selva del Amazonas: del pulmón del mundo a emisor de CO2.

Proteína BCL2 proporciona beneficios similares al ejercicio físico en ratones.

¿Los fenómenos climáticos como La Niña pueden 'anunciar' la propagación de una enfermedad como la influenza?. Existe cierta correlación que no debe confundirse con causalidad. (También en El Mundo – Ciencia).

Espectacular imagen del espectro infrarrojo de la Nebulosa de la Hélice.

Moratoria a los artículos científicos sobre la gripe H5N1.

Los ordenadores cuánticos, además de ofrecer nuevas posibilidades en los cálculos, han de preservar la privacidad de la información.

RECOMENDABLE: Decálogo de la divulgación científica por José M. López Nicolás.

Nueve formas en la que los periodistas demuestran que no entienden la ciencia.

Caminando sobre huevos

2012-01-20T09:42:00.001-05:00

Los huevos son estructuras extremadamente resistentes a la presión externa, pero muy frágiles a la vez. Así han evolucionado. La resistencia a la presión les permiten soportar el peso de la madre —la gallina en este caso— cuando los empolla; mientras que la fragilidad le permite al polluelo romperlo con la ayuda de su pequeño pico.

Los huevos adquirieron esa forma (de huevo), no por un capricho de la naturaleza, sino porque ésta le permite distribuir mejor el peso de la madre. Recuerden que nada en la naturaleza está puesto por casualidad, todo cumple una función importante.

Entonces, si distribuimos adecuadamente nuestro peso sobre una fila de huevos, podremos caminar sobre ellos sin romperlos. Es así como funciona este truco. Sin embargo, si ejercen una mayor presión en una pequeña porción del cascarón, lo romperán con facilidad.

Este video fue realizado por Steve Spangler, quien desarrolla interesantes kits de experimentos de ciencia para niños. Pueden visitar su canal en YouTube y ver más trucos como esta cinta de pH casera:

Todos los experimentos se hacen con materiales que podemos encontrar en casa, especialmente en la cocina. Recuerda siempre usar lentes protectores.

Vía | Nature Blogs.

Restos de maíz ancestral descubiertos en costas peruanas

2012-01-18T22:10:00.001-05:00

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

¿El ATN fue el primer material genético de la vida?

2012-01-17T08:36:00.001-05:00

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 fueron confrontadas con moléculas de trombina (una proteína humana). Luego, separaron y eliminaron aquellas secuencias que no se unían a la trombina, mientras que las que lograban hacerlo, pasaban a otra ronda de síntesis. De esta manera, cada ciclo de selección enriquecía la solución con secuencias de ATN que reconocen y se unen específicamente a la trombina. Finalmente, confrontaron estas moléculas de ATN seleccionadas con otras proteínas diferentes a la trombina. Ninguna mostró afinidad por ellas.

Si bien estas secuencias de ATN carecen de nucleótidos de Citosina (Citidina), desde el punto de vista evolutivo, es una ventaja: la Citidina tiene un tiempo de vida media de sólo 340 años porque tiende a perder su grupo amino muy fácilmente, y 340 años en el tiempo evolutivo es prácticamente nada. Por otro lado, se ha demostrado que las ribozimas (moléculas de ARN con la capacidad de autoreplicarse) pueden prescindir de la Citidina y, aún así, conservar su estructura terciaria y función.

Todos estos resultados indicarían que las moléculas de ATN adquieren estructuras terciarias que reconocen específicamente determinadas regiones de la superficie de la trombina, demostrando por primera vez la selección in vitro y la evolución molecular de un material genético hecho a base de treosa.

Si bien los resultados no son concluyentes (es muy difícil que lo sean cuando se trata de explicar el origen de la vida), si proveen ciertas evidencias que pudo haber un material genético mucho más simple que el ARN, en las primeras etapas de la evolución de la vida. El ATN demostró ser capaz de almacenar y transmitir información, así como de adquirir estructuras complejas para desarrollar funciones sofisticadas. Un azúcar de cuatro carbonos es más fácil de sintetizar que uno de cinco en una química prebiótica.

Referencia:

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

Esta entrada participa del IX Carnaval de Biología celebrado en La ciencia de la vida y el XI Carnaval de Química albergado por La aventura de la ciencia.

PASANTÍA: Vienna Biocenter Summer School

2012-01-16T08:17:00.001-05:00

¿Tienes algo planeado para este ~~verano~~ invierno (por este lado del mundo)? Por qué mejor no aprovechas para participar del Vienna Biocentre (VBC) Summer School.

Esta es una gran oportunidad para todos los estudiantes de pre-grado que deseen obtener experiencia de trabajo en un laboratorio de primer nivel en el mundo, formando parte de un grupo de investigación en diferentes proyectos, seminarios semanales y simposios. Además, pasarla muy bien y conocer diferentes ciudades europeas.

“Vienna Biocenter es uno de los mejores centros de investigación en Europa y cualquiera que este interesado en hacer investigación debería postular, no se pierde nada y se puede ganar mucho”, comenta Omar Julca, egresado de la UNALM y ex-becario del programa.

Lo único que necesitas es haber cursado, como mínimo, dos años de estudios universitarios en cualquier área de las ciencias naturales y tener una verdadera pasión por la ciencia. La fecha límite para postular es el 17 de Febrero, ¿qué esperas?

Página Web: http://www.vbcsummerschool.at/

Aquí también les presento otras oportunidades:

Fecha límite: 1 de Febrero, 2012.
Vanderbilt International Scholar Program
http://www.mc.vanderbilt.edu/visp/visra.html

Fecha límite: 6 de Febrero, 2012
Summer Research Program for Undergraduate Life Science Students, SCHOOL OF LIFE SCIENCES
LAUSANNE, SWITZERLAND
http://sv.epfl.ch/summer-research

Fecha límite: 26 de Marzo, 2012
LSM Summer Research Program
http://www.lsm.bio.lmu.de/summer_school/

Resumen semanal #02-11

2012-01-14T09:00:00.000-05:00

Plantas carnívoras hay de muchos tipos, pero ésta es diferente a todas… captura a sus presas bajo el suelo.

El tamaño de los telómeros podría ayudar a predecir la esperanza de vida… al menos en el pinzón cebra.

Científicos brasileños descubren abejas “soldado”. Tienen un tamaño y contextura superior a la de sus compañeras y su función es proteger la colonia.

Científicos encuentran híbridos de una especie de tortuga gigante (Chelonoidis elephantopus) de las Islas Galápagos extinta hace más de 150 años. El estudio revela que los híbridos encontrados podrían ser los descendiente directos de al menos 38 C. elephantopus puros. (Información adicional en Público-Ciencia, 20 Minutos y Agencia SINC).

Astrónomos de la NASA descubren un gran cúmulo de galaxias a 7,000 millones de años luz de la Tierra. Éstas se mantienen unidas gracias al efecto gravitatorio de la esquiva materia oscura. Por otro lado, investigadores británicos y canadienses elaboran el mapa más completo de distribución de la materia oscura en el universo (también en El Mundo-Ciencia).

Sistemas solares binarios (con dos soles) no serían raros en nuestra galaxia: Descubren dos nuevos planetas similares a “Tatooine”. Además, la NASA observa el sistema planetario más pequeño conocido hasta la fecha a 130 años luz y el primer exoplaneta “con anillos” a 420 años luz de la Tierra. Y los científicos estiman que hay más planetas que estrellas en la Vía Láctea.

Encuentran abundante vida en las fuentes hidrotermales más profundas del mundo, entre ellas una nueva especie de camarón con un receptor fotosensible en la espalda (También en Europa Press).

Usando la técnica de “eye tracking” (monitorización visual), investigadores húngaros demostraron que los perros interpretan las miradas humanas tal como lo hace un niño pequeño.

Una rana descubierta en Papúa y Nueva Guinea es el vertebrado más pequeño del mundo. Mide menos de 8 milímetros.

Después de 30 años de sospechas, investigadores de la UC SAn Francisco descubren por qué ciertas personas tienden a volverse alcohólicas y otras no. La clave estaría en la liberación de opioides en las áreas del cerebro responsables de la valoración de la recompensa.

Para los más jóvenes (13 – 18 años), participen del la Feria de las Ciencias de Google.

Un bit de información requiere de un millón de átomos para ser almacenado. Sin embargo, IBM logró reducir este número a tan sólo 12 átomos.

Altas dosis de opiáceos podrían curar el dolor crónico y restaurar la función de los nervios en ratas.

DOCUMENTAL: “El mal del cerebro”. Estreno, éste miércoles 18 de Enero. Más información AQUÍ.

Tu foto podría ser portada del segundo número de la Revista Amazings, ¡participa del concurso!

Estas son las cinco cosas que debes saber antes de salir con un científico.

De los creadores de “No enseñen evolución en las escuelas públicas” por ejemplo en Texas (EEUU), “No a las matemáticas en las escuelas públicas”.

“Resucitan” proteínas ancestrales para ver cómo evolucionaron

2012-01-13T02:32:00.001-05:00

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 lados (enlace Q y R).

Y entonces ocurrió lo inevitable… Hace unos 800 millones de años (después que los animales y los hongos se separaran), Anc.3-11 se duplicó y cada una empezó a adquirir nuevas mutaciones. Uno de los genes perdió su capacidad de unirse con la Anc.16 mediante el enlace Q (Anc.11), y el otro mediante el enlace R (Anc.3), pero si conservaron la capacidad de unirse entre sí mediante el enlace P (Figura a).

Fue así como evolucionaron las tres subunidades que ahora observamos en el anillo V₀ de la ATPasa-V de los hongos. Sin embargo, aún faltaba entender qué mutaciones condujeron a esta diferenciación y especialización de funciones.

Al comparar las secuencias de aminoácidos de Anc.3-11 con Anc.3 y Anc.11, los investigadores encontraron 25 y 31 sustituciones, respectivamente. Para determinar cuál de estos cambios fue el responsable de la divergencia de estas proteínas hermanas, Finningan y su equipo manipularon el gen Anc.11-3 e probaron cada una de las mutaciones.

Los resultados mostraron que sólo dos sustituciones de aminoácidos fueron los responsables de toda esta especialización y complejidad del anillo V₀. El cambio de una valina por una fenilalanina en la posición 15 hacía que Anc.11-3 perdiera su capacidad de funcionar como Anc.3; mientras que el reemplazo de una metionia por una isoleucina en la posición 22 hacía que Anc.11-3 perdiera su función como Anc.11.

Este estudio es bastante interesante por dos cosas. Primero, porque nos permitió observar directamente cómo evolucionan las maquinarias moleculares complejas gracias a la reconstrucción de proteínas ancestrales. Y segundo, porque el trabajo demostró que la complejidad se puede adquirir fácilmente a través de simples procesos de duplicación genética y simples mutaciones degenerativas, que a la larga ofrecen algún tipo de ventaja adaptativa al organismo.

Sin embargo, los investigadores son bastante prudentes con sus conclusiones. “Somos conscientes de que no hay otro análisis similar de la trayectoria evolutiva de una maquinaria molecular, por lo que la generalidad de nuestras observaciones es desconocida”, advierte Thornton. Simplemente, el estudio nos da una respuesta sencilla y elegante de cómo estas maravillas de la naturaleza se hacen cada vez más complejas.

Referencia:

Finnigan, G., Hanson-Smith, V., Stevens, T., & Thornton, J. (2012). Evolution of increased complexity in a molecular machine Nature DOI: 10.1038/nature10724

Joseph W. Thornton. (2004). Resurrecting ancient genes: experimental analysis of extinct molecules Nat Rev Gen 5, 366-375 DOI: 10.1038/nrg1324

Esta entrada participa en el IX Carnaval de Biología celebrado en el blog La ciencia de la vida de mi colega Carlos Lobato.

Descubren señal química que vuelve sociable a los nemátodos

2012-01-11T09:01:00.001-05:00

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

Esperanza de vida de un ave dependería del tamaño de sus telómeros

2012-01-10T10:11:00.001-05:00

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

Planta carnívora atrapa su presa bajo el suelo

2012-01-09T22:39:00.001-05:00

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 habitan. 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 usen 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