Antes que tener sexo contigo…

… me arrancaría medio cuerpo, aunque fuéramos los dos últimos sobre la Tierra. Es un modo metafórico de rechazar a un pretendiente, siempre que no seas una estrella de mar.

Milton Tan / MT Your Mind

Ruptura de simetría en redes de filamentos de actina produce una “cola cometaria” que impulsa a las células

Las células de nuestro organismo son capaces de desplazarse en determinadas circunstancias: durante el desarrollo embrionario, durante la respuesta inmune, etc. Dicho desplazamiento (esto es, el desplazamiento por arrastre; hay otro tipo de desplazamiento basado en el impulso mecánico de flagelos, como en el caso de los espermatozoides) se realiza a través de redes de microfilamentos de actina, una proteína. Un artículo interesante describiendo este proceso es el titulado

• The Forces Behind Cell Movement

realizado por Ananthakrishnan y Ehrlicher, y publicado en el International Journal of Biological Sciences, una revista de acceso abierto. Una de las cuestiones más interesantes en relación a este fenómeno es la ruptura de simetría que finalmente da lugar al movimiento. Cuando se observa el proceso se aprecia cómo se forma una envoltura simétrica de actina, y cómo esta envoltura se “rompe” de manera asimétrica, dando lugar a una especie de cola cometaria que propulsa a la célula, ya sea de manera suave o pulsante. Pulsando sobre la imagen inferior puede verse un vídeo ilustrativo.

Dayel et al. / PLoS Biology

El vídeo anterior está tomado de un artículo de Mark J. Dayel y colaboradores titulado

• In Silico Reconstitution of Actin-Based Symmetry Breaking and Motility

recién publicado en PLoS Biology. Dayel et al. han analizado mediante simulaciones y experimentos in vitro como pequeñas microesferas simétricas experimentan esta propulsión. En sus simulaciones una envoltura simétrica de filamentos de actina empieza a crecer en la superficie de la esera hasta que -al alcanzar un grosor del orden del radio de la esfera- se produce una rotura en dicha envoltura, y la esfera emerge de la misma dejando tras de sí una especie de cola cometaria de baja densidad. Hay diversos factores que entran en juego en el proceso: la mayor densidad de la red de filamentos junto a la superficie de la esfera que en el exterior de la envoltura provoca que sean más probables las microrroturas en esta última región. Una rotura de este tipo actúa de semilla para una rotura completa de la envoltura, debido a que la tensión de la red se realimenta positivamente en la zona de la fractura causando un fallo catastrófico en la misma, que se abre como las valvas de un molusco. Pulsando sobre la figura inferior puede verse un espectacular vídeo de una de las simulaciones.

Dayel et al. / PLoS Biology

Pueden verse más vídeos e ilustraciones en la página web de artículo. Realmente impresionante.

Simios anti-evolucionistas

Credit: Dan Piraro

O quizás simplemente humanófobos. Menos mal que no salió adelante lo del Gran Simio…

“Code of the Lifemaker” de James P. Hogan

Code of the Lifemaker es una novela de James P. Hogan, el prolífico –y en los últimos tiempos controvertido– escritor británico. Es fundamentalmente una pieza de ciencia-ficción dura que el autor emplea como vehículo para explorar el rol del individuo en la sociedad, los choques de culturas, así como el conflicto entre ciencia y superstición, todo ello aderezado con acción e intrigas en un apasionante entorno alienígena como telón de fondo.

Decía un celebérrimo director cinematográfico que si en una película no sucede nada interesante en los primeros 30 segundos, el abandonaba la sala. No es fácil trasladar esta idea al mundo literario, ya que hay grandes obras cuyo arranque pone a prueba al lector, pero si algo puede decirse de Code of the Lifemaker es que no adolece de este problema. El prólogo con el que comienza la novela es uno de los hitos de la ciencia-ficción, y ha llegado a ser publicado como pieza separada en antologías de cuentos cortos del autor. Todo comienza hace 1,1 millones de años, en algún sistema estelar situado a 1 000 años luz de la Tierra. Una sonda automatizada de una civilización alienígena llega a un planeta virgen con el objeto de explotar sus recursos mineros. Para ello emplea un patrón de auto-replicación: una plétora de robots de diferentes tipos se afanan en la construcción de una factoría cuyo propósito inicial es la fabricación de robots análogos. Estos robots serán despachados para la construcción de una segunda factoría idéntica a la primera, y así sucesivamente. Tras un cierto número de replicaciones, cada factoría pasa a modo de explotación, extrayendo materia prima del terreno, procesándola y manufacturando las naves de carga en las que los bienes producidos serán devueltos al sistema de origen. El patrón de replicación da lugar a un crecimiento exponencial de los centros de explotación, convirtiendo toda la superficie del planeta en una planta industrial en apenas 50 años. En ese momento, la sonda embarca al contingente principal y procede al siguiente planeta. Desafortunadamente para la sonda (y para la civilización que la construyó, que pereció en el evento) una estrella se vuelve supernova en la proximidad, y el baño de radiación daña profundamente los sistemas y programas de la nave. Cuando 100 000 años después la sonda llega al primer cuerpo celeste en el que puede aterrizar y comienza la rutina de explotación, la situación se descontrola irreversiblemente. La capacidad de auto-replicación se mantiene, pero los fallos en los programas y en los sistemas de producción hacen que finalmente se desencadene un proceso evolutivo: empiezan a surgir robots con ligeras variaciones que compiten por los recursos materiales y por el acceso a las plantas de ensamblaje. Esta presión selectiva provoca la aparición de formas complejas de auto-defensa y replicación efectiva, así como patrones de comportamiento social, especiación y relaciones simbióticas. Una ecología robótica en la que –salvo el componente orgánico– todos los ingredientes de lo que consideramos vida están presentes.

Tras el cautivador prólogo, la novela arranca en un futuro muy próximo al actual (segunda década del s. XXI) y se divide inicialmente en dos hilos de acción. El primero tiene lugar en la Tierra, y se centra en Kart Zambendorf, un mentalista muy hábil. Gracias a dicha habilidad y a la del equipo de colaboradores que le rodea, Zambendorf es capaz de mantener una imagen de autenticidad en sus supuestos poderes ESP, lo que le permite una gran popularidad así como influyentes contactos en la GSEC –General Space Enterprise Corporation– una poderosísima megacorporación. A través precisamente de la GSEC se le plantea la idea de participar en una misión de la NASO (la North Atlantic Space Organization, resultado de la fusión de la ESA, la NASA y la OTAN) a Marte. Su papel sería oficialmente el de experimentar con sus poderes ESP sobre distancias interplanetarias, lo que indirectamente daría cobertura mediática a la misión y permitiría a la GSEC promocionar la futura colonización de Marte. Para sorpresa de Zambendorf, que aceptó la idea pensando que la NASO la descartaría, ésta se muestra favorable a la misma y contacta con Gerold Massey –un afamado psicólogo, ilusionista aficionado, y especializado en desenmascarar a videntes y otros farsantes– para que también forme parte de la misión.

Enterados de la composición de la tripulación (formada por un equipo multidisciplinar de científicos, muy diferente del que el perfil de la misión sugiere), la GSEC intenta desactivar a Massey desde el más alto nivel, lo que despierta el recelo de Zambendorf. Tanto más cuando al llegar a la estación en órbita en los días anteriores al comienzo del viaje advierten que un importantísimo contingente militar viajará con ellos. Cuando finalmente averigua que el equipamiento de los militares incluye vehículos para desplazarse por superficies heladas y densas atmósferas, todos los cabos quedan atados: esa misión no irá a Marte sino más bien a alguno de los satélites del Sistema Solar exterior. El anuncio público de esa “profecía” fuerza a la NASO y a la GSEC a reconocer abiertamente que el destino final del la misión no es Marte sino Titán. Más aún, se revela que las sondas de exploración que se han acercado al satélite han descubierto lo que parecen ser los restos de fábricas de origen extraterrestre, así como numerosos robots, aunque extrañamente ningún signo de los alienígenas que los construyeron. El posterior análisis de la información recopilada en relación a los tipos de robots detectados, así como a su comportamiento lleva a la sorprendente conclusión de que esas máquinas constiyen la biosfera de Titán. La especie dominante recibe el nombre de taloides, por Talos, el hombre de bronce de la mitología griega, creado por Hefestos y guardián de Creta.

Paralelamente a lo anterior, los acontecimientos se desarrollan en la superficie de Titán, cuyos habitantes se encuentran en un régimen feudal similar al de la Edad Media. El protagonista principal es Thirg, un filósofo que tiene en la duda y en el anhelo de conocimiento su razón de ser. Esto le causa problemas con las estructuras de poder de Kroaxia, su nación, y fundamentalmente con los jerarcas religiosos. La creencia oficial es que el mundo es plano, y que detrás del manto de nubes que perennemente cubre a Titán no hay nada. Se venera asimismo al Creador de Vida, el ser que creó la primera máquina (y que por lo tanto no era una máquina, la única forma de vida conocida para los taloides). Esto no casa con el conocimiento que a través de los viajeros había adquirido Thirg y que le indica que el mundo es en realidad esférico, pues alguno de los viajeros que se aventuró mucho hacia al Este llegó a ciudades que se encontraban al Oeste. Este pensamiento le lleva a conjeturar que si no hay barreras físicas sobre la superficie tampoco puede que las haya en los cielos, y que detrás de las nubes haya otros mundos, quizá habitados también. Estas ideas le llevan al terreno de la herejía, por lo que debe huir de Kroaxia hasta Cartoghia, una pequeña nación cuyo rey ha instaurado una suerte de pensamiento libre, y en la que inventores y filósofos perseguidos en otras naciones buscan refugio.

Avisado por su hermano Groork de la inminencia de su arresto y ayudado por un pequeño grupo de soldados de Cartoghia, Thirg comienza su huida perseguido por un gran contingente de tropas de Kroaxia. El destino quiere que en una zona desértica fronteriza y cuando ya el encuentro con los perseguidores parecía inminente, un módulo de superficie terrestre haga acto de presencia para establecer el primer contacto. Para los taloides este módulo es una criatura viva y desconocida, un gigantesco dragón que baja de los cielos emitiendo una misteriosa luz violeta. El asombro aumenta cuando ven que junto al dragón están los que parecen ser sus sirvientes, unas extrañas criaturas con carcasa flexible en cuyo interior una masa de aspecto gelatinoso brilla con un intenso calor. Ajenos a este encuentro, el ejército de Kroaxia inicia el ataque sobre los fugitivos, lo que provoca la respuesta armada terrestre y la inmediata e irremisible destrucción del contingente kroaxiano. El asombro de los absortos taloides no cesa cuando finalmente comprenden que los que creían sirvientes del dragón son en realidad los visitantes, y que de hecho el dragón no es más que la obra de éstos, seres vivos que no son máquinas, y que son capaces de crear máquinas. ¿Serán los Creadores de Vida?

Tras el contacto inicial, y una vez que se desarrolla un sistema de traducción (los robots se comunican entre sí mediante ultrasonidos), se concierta una reunión con Kleippur, rey de Cartoghia, para transmitirle los deseos de los terrícolas (“lumianos” para los taloides, debido a su intenso brillo infrarrojo): colaboración para explotar las factorías alienígenas, a cambio de tecnología terrestre (por ejemplo, armamento). Kleippur rechaza sin embargo este trato: el desea que los terrestres les proporcionen conocimiento de sus artes de fabricar vida (es decir, que les enseñen a desarrollar tecnología). Un acuerdo de estas características está fuera de lugar tanto para los dirigentes políticos de la Tierra como para GSEC, que espera obtener billones de la explotación de Titán, por lo que la dirección de la misión decide comenzar una aproximación en los mismos términos con Eskenderom, rey de Kroaxia, mucho más receptivo a la idea puesto que ambiciona conquistar toda Robia (nombre que los taloides le dan a Titán). Sin embargo, la jerarquía religiosa es un contrapoder importante que puede comprometer la realización del plan, por lo que se decide neutralizarla buscando un sumo sacerdote más maleable, al que se aupará gracias a los “milagros” de la tecnología terrestre. Ante la perspectiva que se cierne sobre los taloides, Massey y Zambendorf unirán esfuerzos para conseguir que no acaben como meros esclavos de la Tierra.

Tal como comentaba al comienzo, el desarrollo argumental de la novela incide en la relevancia del individuo frente a la masa, y en la importancia del pensamiento crítico y la ciencia frente a la superstición. No es por ello sorprendente que el telón de fondo guarde bastantes similitudes con la Edad Media. A pesar de que esto supone una visión un tanto antropocéntrica de una civilización alienígena, cabe destacar que tanto el escenario físico (Titán) como la naturaleza de los taloides proporcionan constantemente la oportunidad de hacer volar la imaginación. Máxime cuando gran parte de la acción se nos muestra desde el punto de vista de los taloides, para quienes los humanos son extrañas criaturas que necesitan estar permanentemente bañadas en gases corrosivos a alta temperatura, y cuyo mundo es tan caliente que hay océanos de hielo fundido y el metano sólo existe como gas. Para los taloides las máquinas están vivas, los dispositivos electrónicos de los humanos son “vegetales”, y perciben que el anhelo de los humanos es “domesticar” los bosques salvajes.

La ambientación está muy bien conseguida (destaca el habla medievalizada de los personajes), hay intrigas tanto entre los humanos como entre los taloides, y un amplio abanico de personajes que tienen un papel importante en la trama. A pesar de haber sido publicada originalmente en 1983, y obviando un par de anacronismos sin importancia (e.g., todavía existe la Unión Soviética) la novela aguanta impertérrita el paso del tiempo sin perder frescura. En resumen, una muy recomendable novela para todos los amantes de la ciencia-ficción.

Robots flexibles y manipuladores biomiméticos

Uno de los clichés de la ciencia-ficción es la del robot metálico. La literatura y el cine nos han dejado la imagen de robots de inimaginables formas (androides, insectoides, cefalopoides, …) pero que en fondo son simplemente mecanos articulados más o menos complejos. Por supuesto, los cyborgs y otros híbridos biomecánicos también han sido considerados, pero en muchas ocasiones vienen a caer en el mismo saco que los anteriores (véase por ejemplo Terminator). Típicamente estos robots tienen por un lado la ventaja en durabilidad y fuerza que su solidez estructura les proporciona, pero por otro lado la desventaja que su tamaño o rigidez les causa. Una excepción interesante podría ser el T-1000, con su estructura de “polialeación mimética”, pero éste es un caso un tanto extremo. La cuestión básica, centrándonos ya en el mundo real y en las posibles aplicaciones a las que un robot podría dedicarse, es que es concebible que en ciertas circunstancias sea preferible la flexibilidad aun a costa de perder tenacidad.

En general un robot sin estructura rígida sería deseable en escenarios en los que haya que manejarse en un entorno muy reducido o irregular, y en los que la destreza en manipular objetos del entorno sea básica. Por ejemplo, en la exploración del fondo marino. Un robot de estas características es indudablemente un desafío ingenieril en el que como en muchas otras ocasiones puede buscarse la ayuda de la Madre Naturaleza, aunque sólo sea como fuente de inspiración. En este caso, un muy buen ejemplo lo constituyen los pulpos y su fenomenal anatomía. Todo el que en alguna ocasión los haya degustado (y más aún si además los ha cocinado) habrá apreciado la consistencia de sus extremidades, sin esqueleto interno pero dotadas de cuatro músculos longitudinales que recorren el tentáculo de extremo a extremo, así como de músculos transversales que rodean a un nervio central. Puede verse un análisis de esta estructura y de su respuesta neurofisiológica en un trabajo titulado

• Neuromuscular System of the Flexible Arm of the Octopus: Physiological Characterization

realizado por Henry Matzner et al. y publicado en el Journal of Neurophysiology. Una de las características más destacadas de esta estructura anatómica es su respuesta biomecánica, que guarda cierta similaridad con la de otros hidrostatos musculares como puede ser la lengua de los mamíferos. Básicamente mantienen en todo momento su volumen constante, lo que además de la intuitiva relación de contracción/extensión en músculos antagonistas de la extremidad quiere decir que cuando se produce una elongación de la misma se reduce su grosor, y viceversa, al realizar una contracción longitudinal aumenta la sección transversal, lo que permite una amplificación de la fuerza muscular. Puede verse un análisis detallado de esta dinámica en un trabajo titulado

• Tongues, tentacles and trunks: the biomechanics of movement in muscular-hydrostats

realizado por William Kier y Kathleen Smith, y publicado en el Zoological Journal of the Linnean Society. Además de fuerza y destreza, esta anatomía dota a los pulpos de gran flexibilidad y maniobrabilidad, como puede verse en el vídeo inferior.

No es de extrañar que la comunidad científica haya puesto sus ojos en este modelo con vistas a su implementación en robots flexibles. Esto es precisamente lo que un grupo de científicos italianos está intentando abordar en los últimos tiempos. Hace un par de años publicaron en la 29th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, un trabajo titulado

• Biorobotic Investigation on the Muscle Structure of an Octopus Tentacle (B. Mazzolai et al.)

en el que intentaban proporcionar una caracterización biomecánica de la citada estructura muscular. Este análisis se ha sustanciado este año en otro trabajo en el que ya proponen un posible diseño robótico para el mismo. Dicho diseño se basa en el empleo de cilindros de goma de silicona para los músculos longitudinales, intercalados con otros de un polímero electroactivo (concretamente un elastómero dieléctrico) que reacciona a las corrientes eléctricas contrayéndose. De esta forma se pueden conseguir los movimientos de torsión en la extremidad. La figura inferior muestra un diagrama explicativo.

Credit: Italian Institute of Technology

El artículo en el que han descrito este diseño se titula

• Design of a biomimetic robotic octopus arm (C. Laschi et al.)

y ha sido publicado en Bioinspiration and Biomimetics. Habrá que esperar a la primera implementación del diseño para ver si de veras puede dar de sí lo que promete.

Happy Birthday, Mr. Darwin!

Como hablábamos hace algunos días, este año 2009 es el “Año de Darwin”, y precisamente hoy es el día del 200º aniversario del nacimiento de Charles Darwin. En un gran ejemplo de sincronía cósmica, desde ayer día 11 hasta mañana día 13 se está desarrollando en Málaga el congreso español de metaheurísticas, algoritmos evolutivos y bioinspirados. No podíamos dejar de aprovechar esta coincidencia para celebrar el acontecimiento, como se aprecia en el vídeo inferior (con JJ de cameraman):

Las celebraciones de esta efemérides han sido múltiples, y sin ir más lejos, Google se ha vestido hoy de Darwin (de los pinzones de las Galápagos concretamente).

Por cierto, y hablando de Darwin en particular y de libros en general, recomiendo una visita por La Biblioteca de Alejandría, blog de mi compañero Paco Fernández, que en su último apunte nos habla de “los autobuses de Darwin“.

Jugando con Darwin a la Evolución – ¿Quién quiere vivir un millón de años?

En este año 2009 se cumple el segundo centenario del nacimiento de Charles Darwin, y el 150º aniversario de la publicación de su obra “El Origen de las Especies“. Con motivo de esta efemérides, la Unión Internacional de Historia y Filosofía de la Ciencia ha declarado este año el “Año Mundial de la Biología”, y la Unión Internacional de Ciencias Biológicas lo ha declarado el “Año de Darwin”. Hay varias webs en las que se recopila información sobre (aquí, aquí y aquí, por ejemplo). 

Glosar la contribución de Darwin a la biología en particular y a la ciencia en general es a estas alturas innecesario, a pesar de que por motivos ideológicos haya aún quién intenta negar lo evidente. En cualquier caso, no está de más resaltar una vez más la belleza y elegancia del proceso evolutivo, ya tenga lugar a nivel biológico, cultural, o computacional. Precisamente en relación a esto último, puede ser divertido dedicar un rato a jugar con una pequeña aplicación flash que con motivo de la celebración del Año de Darwin ha publicado en su web Science Channel (¡gracias Pablo por el aviso!)

Se trata de un juego a caballo entre los algoritmos genéticos y la vida artificial, en la línea (simplificada) de aquel famoso SimLife. El objetivo es contribuir a que un pequeño grupo de animales similares a aves perdure durante un millón de años, adaptándose a los cambios ambientales que se suceden. En la misma aplicación se puede acceder a información biográfica de Darwin, y a un juego tipo test sobre Darwin y la evolución. Que se diviertan Vds.

La cresta de los lambeosaurios, vista por tomografía axial computarizada

Uno de los aspectos más fascinantes de la paleobiología como ciencia es el desafío que supone inferir pautas de comportamiento o características fisiológicas de criaturas extintas hace millones de años, y de las que se dispone de limitadísima evidencia fósil. Esto se suple de dos maneras: exprimiendo al máximo la información extraída de los restos disponibles, y extrapolando a partir de lo que se conoce sobre otras especies relacionadas, presentes o pasadas. Esto tiene su componente de bootstrapping, y es por supuesto sensible a interpretaciones erróneas, como sin ir más lejos puede apreciarse consultando tratados y láminas de comienzos del siglo pasado. En cualquier caso, esto se va mitigando gracias a que las técnicas de análisis biomolecular permiten tener una mejor compresión de la filogenia de las especies actuales, y a que los medios técnicos disponibles hoy en día facilitan acceder a facetas de los restos fósiles impensables hace tiempo.

Reconstrucción de un Corythosaurus. Cortesía de Michael Skrepnick.

Una buena muestra de esto lo tenemos en un reciente trabajo de David C. Evans y colaboradores -del Royal Ontario Museum, la Ohio University, y la Montana State University- en el que han analizado la estructura y función de la llamativa cresta que lucían los lambeosaurios (véase la imagen superior). El trabajo en cuestión lleva por título

• Endocranial anatomy of Lambeosaurine dinosaurs: Implications for cranial crest function and evolution

y acaba de ser presentado ayer, 16 de octubre, en la reunión anual de la Society of Vertebrate Paleontology. Como puede apreciarse en la ilustración anterior, los lambeosaurios estaban dotados de una espectacular cresta, sobre cuya función se han vertido todo tipo de suposiciones. Indudablemente, al menos por lo que podemos saber de otras especies animales que exhiben aparatosos “adornos”, la cresta pudo cumplir una función visual, ya sea de identificación o de exhibición para el apareamiento. En cualquier caso, razonable como esto puede parecer, no excluye que hubiera otras funciones -incluso quizás más importantes- para las que la cresta fuera esencial. Hay que notar en este sentido que la cresta enraíza con la nariz, y que está atravesada por largos conductos nasales. Así, una de las propuestas lanzadas a la luz de esta observación era que dichos conductos permitían albergar grandes receptores olfativos, que dotarían al animal de un olfato de gran sensibilidad. Es en este contexto en el que se ha realizado el estudio de Evans et al. En el mismo se ha usado tomografía axial computarizada para analizar las cavidades craneales y los conductos nasales de diferentes especímenes de Lambeosaurus, Corythosaurus, y Hypacrosaurus.

Reconstrucción del cráneo de un Corythosaurus joven. Cortesía de Witmer & Ridgely, Ohio University.

El análisis ha sido revelador en diferentes sentidos. Por un lado, la cavidad craneal es similar a la de otros hadrosáuridos, y los bulbos olfativos se revelan pequeños, lo que no apoya la hipótesis de que la cresta tuviera una función primordialmente olfativa. El cerebro ocupaba una proporción relativamente elevada de la cavidad (un 43%), lo que a su vez sugiere un desarrollo mayor de las funciones cognitivas, esto es, estos animales tendrían el potencial para sostener formas de comunicación más complejas que la olfativa, basadas en estímulos visuales y auditivos. De hecho, parece no haber correlacción entre la estructura externa de la cresta, que presenta gran variabilidad entre especies, y la estructura interna, mucho más homogénea, y con grandes cámaras resonantes. Unido a la delicada estructura del oído interno, todo sugiere que el rol fundamental de estas cavidades es la comunicación. No sólo es un resultado muy interesante, sino que demuestra la utilidad de este tipo de tecnología informática para el estudio peleobiológico.

Los “osos de agua” sobreviven a la exposición al ambiente espacial

La posibilidad de que haya formas de vida (o proto-vida) capaz de sobrevivir a un viaje espacial es un tema al que se le viene dando vueltas desde hace siglos. La hipótesis de la panspermia se basa precisamente en la idea de que la vida sobre la Tierra surgió a partir de la llegada de esporas o microorganismos de algún tipo en cometas o meteoritos. Para que un viaje de estas características fuera posible es preciso que se den tres circunstancias: (1) que los organismos en cuestión sobrevivan al lanzamiento al espacio, (2) que sobrevivan al viaje, y (3) que sobrevivan a la reentrada en el planeta destino. Los puntos (1) y (3) son bastante dependientes de las condiciones particulares en las que se produce el lanzamiento/llegada, y no es descabellado suponer que existe la posibilidad de que bien sea a través de impactos meteoríticos, o simplemente a través de un programa espacial (la contaminación de las sondas es algo que se toma muy en serio por las agencias aerospaciales; considérese por ejemplo el caso de la sonda Galileo, que fue lanzada contra Júpiter para evitar la contaminación accidental de Europa), se pueda producir la transferencia de formas de vida. Por supuesto, siempre y cuando se salve el punto (2), la supervivencia en el espacio exterior durante el viaje.

La supervivencia en el vacío espacial es extremadamente difícil para las formas de vida terrestre, como es fácil imaginar. Los organismos que se vieran expuestos a este ambiente tendrían que hacer frente a la microgravedad, temperaturas extremas (de apenas unos 4ºK en el espacio profundo, mayor -e incluso potencialmente letal- si hay exposición directa a la luz solar), presiones ínfimas (del orden de 10^-14 Pa, aproximadamente 10^-19 atmósferas), y altas dosis de radiación ionizante (al menos tres órdenes de magnitud superior a la que se recibe en la superficie terrestre). Existen diversos extremófilos que pueden soportar algunas de estas condiciones, pero sobrevivir a la combinación de todas ellas durante un periodo potencialmente muy largo de tiempo es indudablemente un desafío biológico. Este desafío es incluso superior si en lugar de microorganismos unicelulares simples consideramos organismos pluricelulares. Pues bien, sorprendentemente parece haber organismos capaces de sobrevivir en estas hostiles circunstancias, tal como K. Ingemar Jönsson y 4 colaboradores, de las Universidades de Kristianstad, Sttutgart y Estocolmo, acaban de mostrar en un artículo titulado

• Tardigrades survive exposure to space in low Earth orbit (si el DOI no fuenciona, probar este enlace directo)

recién aparecido en Current Biology. El estudio de Jönsson et al. se centra en los tardígrados, popularmente conocidos como “osos de agua” (hay un par de páginas muy buenas con fotografías y películas sobre tardígrados aquí y aquí). Se trata de unos pequeños invertebrados de hasta 1.2 mm de tamaño que constituyen un filo propio, y que tienen la curiosa propiedad de ser eutélicos, i.e., todos los individuos adultos de una cierta especie tienen el mismo número de células (hasta 40,000 en algunas especies). Son ovíparos, tienen reproducción sexual, y una resistencia extrema: pueden soportar (al menos temporalmente) temperaturas de +151ºC a -271ºC, altísimas dosis de radiación, presiones de hasta 6000 atmósferas, y pueden permanecer en estado criptobiótico durante años.

Tardígrado (Hypsibius dujardini)

El estudio de Jönsson et al. se ha realizado en el contexto de la misión Foton-M3 de la ESA, y tiene el sugerente acrónimo geek de TARDIS (Tardigrades in Space). Hay un blog en el que los investigadores dan cuenta de las novedades del proyecto. Durante 10 días dos especies de tardígrados -Richtersius coronifer y Milnesium tardigradum- han estado expuestos al vacío en una órbita terrestre baja, y a dos espectros diferentes de radiación ultravioleta (280-400nm y 116.5-400nm). Mientras que la exposición al vacío no ha parecido tener efectos en la supervivencia de los tardígrados, la exposición a la radiación UV -especialmente en el espectro más amplio- produjo una considerable mortandad en los animales. No obstante, algunos especímenes de M. tardigradum fueron capaces de sobrevivir en estas condiciones, soportando (en estado desecado) una dosis de radiación de 7000 kJ/m².

El mecanismo por el que estos organismos son capaces de soportar estas condiciones de desecación y radiación no está claro, y se presume la existencia de algún sistema de reparación del ADN dañado. En cualquier caso, dado que estas condiciones no se presentan en la Tierra, debe concluirse que son un efecto secundario de su adaptación criptobiótica. Realmente apasionante.

Autocatálisis y sistemas autorreplicantes artificiales

Sopa prebiótica (ilustración de Jac Depczyk)

La autorreplicación no es sólo uno de los ingredientes fundamentales de la vida, sino que la precede y eventualmente da lugar a la misma. Así, las diferentes hipótesis planteadas sobre el origen de la vida -dispares en sí la genética precedió al metabolismo o no, o en si la proto-vida se desarrolló en medio de los océanos o en superficies minerales submarinas o subterráneas, por citar algún ejemplos- coinciden en la aparición de sistemas autorreplicantes o autocatalíticos. Contrariamente a lo que pueda pensarse, un sistema de estas características no ha de ser de manera forzosa extremadamente complejo, y de hecho se han podido conseguir en el laboratorio en la última década. Véase por ejemplo el trabajo de Natasha Paul y Gerald F. Joyce, del Scripps Research Institute, titulado

• Minimal self-replicating systems

publicado en Current Opinión in Chemical Biology en 2004. Lo interesante de los sistemas autorreplicantes es que pueden explotar el entorno hasta dominarlos completamente. Un buen ejemplo es el proporcionado por Douglas Philp, de la Universidad de St Andrews. En un trabajo de 2006 con Eleftherios Kassianidis titulado

• Design and Implementation of a Highly Selective Minimal Self-Replicating System

y publicado en Angewandte Chemie International Edition, mostraron una molécula que actuaba como plantilla para su propia replicación. Lo más interesante sin embargo es que si se da la composición química adecuada, incluso sin la presencia de la molécula en cuestión, el proceso se pone en marcha, llegando un momento en el que la sopa química está compuesta casi exclusivamente por copias de dicha molécula. Estos resultados han sido presentados la última reunión nacional de la American Chemical Society, celebrada en Filadelfia del 17 al 21 de agosto, en una comunicación que tiene por título

• Selecting one reagent from a mixture: Exploiting replication networks in dynamic covalent chemistry.

El trabajo, realizado conjuntamente por Douglas Philp y Jan Sadownik, un miembro de su grupo, describe como cuando en una sopa química formada por 24 aldehídos se añade una cierta maleimida, se dispara una reacción autocatalítica en relación con la molécula señalada anteriormente. A pesar de que las posibilidades de interreacción entre los compuestos de la mezcla son inmensas, esta reacción domina totalmente la dinámica del sistema, amplificando la especie autorreplicante hasta una proporción 15:1 (i.e., el 93% de la sopa química). En palabras del propio Philp, “esto muestra que se puede extraer orden del caos“.

Esta investigación no sólo da pistas sobre los procesos autocatalíticos que pudieron dar lugar al origen de la vida, sino que puede resultar de gran interés también en relación al diseño de sistemas para la producción bajo demanda de compuestos químicos específicos, una suerte de ingeniería molecular a través de sistemas autorreplicantes artificiales que podrían ser controlados a través de las especies presentes en la sopa química primordial. Se trata sin duda de uno de los grandes desafíos de la química moderna para los próximos años.