La Singularidad Desnuda

Un universo impredecible de pensamientos y cavilaciones sobre ciencia, tecnología y otros conundros

Posts Tagged ‘Biología’

Nanobacterias, nanopartículas y proto-vida

Posted by Carlos en abril 23, 2008

ALH84001 nanostructuresCuando en 1996 se hicieron públicos los estudios preliminares de las nanoestructuras encontradas en el meteorito marciano ALH84001 hubo un gran revuelo, controversia y expectación. Se sugería que estas nanoestructuras -con un tamaño de 20-100 nm- podrían ser restos fosilizados de formas de vida bacteriana o similar, lo que supondría la confirmación de la existencia de vida fuera de la Tierra. Entre los primeros argumentos contrarios a tal interpretación de estas estructuras estaba su pequeño tamaño, inferior a la de las más pequeñas bacterias terrestres conocidas (los micoplasmas, de unos 150-250 nm de tamaño). Actualmente sigue sin estar claro si dichas estructuras tienen origen biológico, o incluso si de tenerlo hay que buscarlo fuera de la Tierra o puede ser una contaminación posterior a la llegada del meteorito. En cualquier caso, es interesante retomar la cuestión del tamaño, precisamente en relación con otra hipotética familia de microorganismos (o mejor dicho, nanoorganismos) que está dando que hablar en los últimos tiempos: las nanobacterias.

Las primeras referencias específicas hacia las nanobacterias en un entorno biológico datan de 1998 (previamente -en 1981- había habido especulación a partir de hallazgos en rocas, similares a los mencionados en el caso del meteorito marciano). En un artículo publicado en PNAS, dos investigadores de la Universidad de Kuopio en Finlandia sugerían que este tipo de organismos -autorreplicantes y con ADN- eran los responsables de la deposición de fosfato de calcio en los cálculos renales. Este planteamiento fue muy controvertido, ya que se estaba hablando de tamaños inferiores a los de la mayoría de virus, que no pueden replicarse de manera autónoma. De hecho, se ha sugerido que unos 140 nm es el límite inferior para el tamaño de una célula: con menos de eso no hay espacio para el ADN y las proteínas necesarias para que ésta funcione. La interpretación alternativa era la de nanopartículas contaminadas con ADN de bacterias circundantes y que de alguna forma eran capaces de replicarse y producir apatita, extremo este último que no resultaba tampoco muy satisfactorio como planteamiento.

La controversia puede estar sin embargo cerca de su fin si se confirman los hallazgos de Jan Martel y John Ding-E Young en un reciente trabajo titulado

y que ha sido publicado en los Proceedings of the National Academy of Sciences. En este trabajo los autores han sido capaces de sintetizar nanopartículas cuya apariencia y comportamiento son idénticos a las supuestas nanobacterias identificadas en el suero sanguíneo. Estas nanopartículas se forman a partir de una reacción química entre calcio y CO2, sustancias que se encuentran de manera natural en la sangre, y asombrosamente son capaces de “reproducirse”, esto es, de producir nuevos cristales calizos. El fenómeno distintivo que hace que estos cristales no sean de gran tamaño es la presencia de moléculas orgánicas que envuelven a estas nanopartículas, impidiendo su crecimiento normal y forzándolas a adoptar la forma esférica o alargada típica de bacterias. No se ha localizado traza alguna de ADN, y las supuestas bacterias continuaron comportándose de la misma forma tras ser literalmente cocidas con una dosis de 30 kGy de rayos gamma (el doble de lo que tolera Deinococcus radiodurans, la bacteria más resistente a la radiación).

Aunque esto puede suponer el fin de la especulación acerca de si estas partículas eran realmente seres vivos o no, no deja de ser interesante especular con el papel que han podido jugar en el origen de la vida. Ya en 1985 el químico y biólogo molecular Graham Cairns-Smith propuso la teoría de que la vida tal como la conocemos surgió a partir de un proto-ecosistema basado en cristales de arcilla que por medios puramente químicos se “reproducían” y estaban sujetos a una suerte de selección natural. Las moléculas orgánicas eran inicialmente una “adaptación evolutiva” de estos cristales que encontraban en ellas una ventaja con vistas a su propagación. Eventualmente el proceso se cortocircuitó, y las moléculas orgánicas alcanzaron la capacidad de autorreplicación de manera independiente de los cristales arcillosos. ¿Pudiera ser que un proceso análogo hubiera podido producirse de alguna forma a través de cristales de carbonato cálcico? Quién sabe. La cuestión es en cualquier caso apasionante, y engarza con algunas discusiones que tuvimos hace tiempo sobre formas de vida fundamentalmente diferentes a la bioquímica terrestre. Merecerá la pena retomar este hilo próximamente.

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Estrategias de inmortalidad en el mundo natural

Posted by Carlos en abril 18, 2008

A través de Microsiervos he llegado a un apunte en Novedades Científicas en el que se hace eco del descubrimiento de evidencia del que podría ser el ser vivo más longevo conocido, una conífera noruega cuyo sistema de raíces tiene restos en estratos correspondientes a 9.550 años de antigüedad (lo que en principio sería una cota inferior de la edad de este organismo en particular). Este apunte me hizo recordar a otro organismo también de record y que podría competir (y de hecho apabullar a esta conífera) en términos de longevidad. Se trata de Pando, un bosque de álamos temblones radicado (nunca mejor dicho) en Utah, EE.UU. También conocido como El Gigante Tembloroso, Pando es una colonia clónica de árboles que comparten el sistema de raíces. Todos los miembros de la colonia tienen el mismo perfil genético, lo que unido a la compartición de las raíces justifica pensar en la colonia como un único organismo, del que cada miembro clónico sería sólo una extremidad.

Pando quaking aspen clonal colony

Este organismo es realmente formidable, con una extensión de 43 Ha, un peso de 6.000 toneladas, y una edad estimada en 80.000 años. Para tener una idea de lo que esto significa, el hombre llegó a América procedente de Asia hace unos 10.000-20.000 años, más o menos el momento en el que se produjo la última (hasta ahora) floración de Pando: los cambios climáticos han hecho del ambiente actual un entorno muy diferente del aquél en el que Pando surgió. Hay incluso cierta controversia en cuanto a la estimación exacta de la edad del organismo, y hay quien aventura que podría ser de un millón (!) de años. De hecho, se especula con que otros organismos similares menos estudiados también en Utah podrían tener más edad que Pando. Incluso sin ir tan lejos, hay un formidable ejemplo de colonia clónica en Ibiza: se trata de un ejemplar de Posidonia oceánica, una planta marina, de 8 km de largo y unos 100.000 años de antigüedad (esto es, más que la estimación actual de la edad de Pando).

Si lo anterior es realmente asombroso, hay otro organismo (animal para más señas) que realmente riza el rizo y puede considerarse en cierta medida inmortal. Se trata de la Turritopsis nutricola, una hidromedusa que tiene la fantástica capacidad de revertir su estado adulto y convertirse de nuevo en pólipo. Este proceso puede repetirse indefinidamente, lo que a efectos prácticos supone que un ejemplar nunca muere como tal. Este comportamiento fue descrito por Stefano Pireano y colaboradores en un trabajo titulado

publicado en 1996 en The Biological Bulletin. El proceso por el cual se produce una nueva diferenciación de células ya diferenciadas se denomina transdiferenciación, y es mediante el que algunas especies animales consiguen regenerar algunos de sus órganos. Sin embargo, la completa vuelta a la infancia de esta medusa es realmente excepcional. Hay un análisis más detallado del ciclo vital de esta especie en otro trabajo -también de Pireano y colaboradores- titulado

publicado en Tissue and Cell. Desde el punto de vista externo, el proceso es bastante curioso, ya que la medusa evierte su umbrela y reabsorbe los tentáculos, fijándose a una roca por lo que anteriormente constituía su parte interna. Hay una figura ilustrativa de todo el proceso aquí.

turritopsis nutricula

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Pérez Mercader habla de astrobiología en Vive la Ciencia

Posted by Carlos en febrero 28, 2008

En la emisión de Vive la Ciencia del pasado día 05 estuvo Juan Pérez Mercader, físico y director del Centro de Astrobiología dependiente del CSIC y del INTA, hablando precisamente sobre astrobiología. Al hilo de los últimos descubrimientos de planetas extrasolares de características super-terrestres o situados en la franja de habitabilidad del correspondiente sistema planetario, Pérez Mercader hace comentarios sobre qué es la astrobiología, la detección de planetas extrasolares, el surgimiento de la vida y la búsqueda de la misma (de señales de ésta) tanto en planetas extrasolares como en nuestro propio sistema solar. En particular aborda el caso de Marte, y el tipo de vida que pudo haber sido posible en su pasado. El vídeo del programa puede verse a continuación.

Pérez Mercader es un científico que siempre me ha parecido sumamente interesante de escuchar. Además de su indiscutible calidad científica, tiene un tono muy llano, una forma muy clara y didáctica de expresarse, y una personalidad muy afable. Todo un crack. Al margen de la astrobiología -aunque relacionado con este tema- hubo también una entrevista a César Nombela, catedrático de Microbiología de la Universidad Complutense y ex-presidente del CSIC, sobre vida artificial, o más exactamente sobre vida sintética (como bien puntualizó luego Pérez Mercader), esto es, la generación de nuevas formas de vida en el laboratorio (e.g., microorganismos que realicen funciones ad hoc).

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La volubilidad sexual de las alondras y sus posibles beneficios evolutivos

Posted by Carlos en enero 30, 2008

Tal como Verdi inmortalizó en su Rigoletto, la mujer es voluble como una pluma al viento. Sin embargo, esta volubilidad no es tal en términos reproductivos, al menos de manera general. En esto no hay gran diferencia con una gran mayoría de especies animales, en las que las hembras dirigen la evolución de ciertas características sexuales de los machos mediante la selección continuada de parejas con dichas características. El espectacular despliegue de plumas, colores, cornamentas, etc. de diferentes especies se debe a esta presión selectiva, gracias al uso que la hembra hace de estos rasgos como indicadores de la salud, fortaleza, o capacidad reproductora del macho. Sin embargo, hay un caso que está intrigando a los biólogos, y que hace referencia a la volubilidad de los gustos sexuales de las alondras.

Alondra macho Alondra hembra
Credit: Alexis Chaine

Alexis Chaine y Bruce Lyon, dos investigadores del CNRS y de la Universidad de California en Santa Cruz respectivamente, han realizado un seguimiento del apareamiento de las alondras durante 5 años, recopilando información de 384 apareamientos, para intentar determinar que características físicas de los machos eran las que las hembras estaban seleccionando. Las conclusiones a las que han llegado son sorprendentes, y están incluidas en un artículo titulado

publicado en Science. Según indican, las características seleccionadas en los machos varían drásticamente de un año para otro, e incluso incluyen cambios en la dirección de selección. Así, en 1999 las hembras buscaban picos grandes, mientras que en 2000 era coloración oscura, en 2002 un tamaño corporal pequeño, y al año siguiente un tamaño corporal grande. Este comportamiento tan aparentemente errático indica que hay algún factor subyacente que se está ignorando, y en este caso la hipótesis es que las hembras de alondra realizan su selección de acuerdo con las circunstancias actuales del entorno, y de forma aún no totalmente comprendida seleccionan a los machos cuyas características favorecerán más la cría ese año (capacidad de recolección de alimento si éste escasea, o de proteger el nido si hay mayor presencia de depredadores, etc.). En entornos cambiantes esta capacidad de selección es fundamental, y tiene como efecto añadido que potencia la diversidad de los rasgos masculinos, lo que resulta importante en este tipo de entornos dinámicos.

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España en el ranking europeo de excelencia universitaria

Posted by Carlos en enero 8, 2008

Vía Backreaction he encontrado un estudio realizado por el Centro para el Desarrollo de la Educación Superior (CHE), un think-tank alemán dedicado al análisis de los sistemas e instituciones de educación superior. Se trata de un trabajo sobre la excelencia universitaria en Europa, y como ya ocurrió con el conocido Informe PISA [pdf], España no termina de salir bien parada.

El estudio ha estudiado la calidad de las universidades europeas en ciencias naturales (física, química, biología) y matemáticas, desde una perspectiva basada en la investigación. Han considerado cuatro indicadores de calidad:

  • Número de publicaciones en la Web of Science (1997-2004)
  • Número de citas bibliográficas (excluyendo auto-citas y normalizando a la media del área).
  • Número de investigadores sobresalientes (que hayan ganado un Premio Nobel o Medalla Fields, o que aparezcan en los Highly Cited Researchers 1984-2003).
  • Número de proyectos Marie Curie (en el 6º Programa Marco).

Para cada uno de estos indicadores, se asigna una “medalla de oro” a las instituciones que están en el primer cuartil de la medida correspondiente, una “medalla de plata” a las que están en el segundo cuartil, y una “medalla de bronce” a las que están por debajo de la mediana, pero por encima de la media. La figura inferior muestra el acumulado por países, y la distribución de oros, platas y bronces.

Ranking Europeo Excelencia Universitaria (por puestos)

Como puede verse, el Reino Unido es el claro vencedor con un 23.4% de las medallas (Alemania tiene un 23.1% del total, pero sólo la mitad de los oros del Reino Unido). España está en el octavo puesto, no sólo detrás de los cuatro grandes (Reino Unido, Alemania, Francia e Italia), sino detrás de Holanda, Suecia y Suiza. Si nos vamos a la distribución por áreas (mostrada en la figura inferior), resulta sorprendente el mal papel en términos relativos de la biología, y cómo la química salva un poco la cara de España.

Ranking Europeo Excelencia Universitaria

El informe completo puede verse aquí [pdf]. El palo no es ciertamente tan fuerte como con el Informe PISA, pero da que pensar. También es verdad que no se trata de un estudio realizado por un organismo oficial, y que la medida de calidad es básicamente la investigación, que no es el único elemento en el que la Universidad contribuye a la sociedad. Habrá que ponerse las pilas en cualquier caso.

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La chinche del murciélago eleva a nuevas cotas la guerra de sexos

Posted by Carlos en septiembre 24, 2007

Chinche del murciélago (Credit: Richard Naylor)Los derroteros por lo que transita la evolución son a menudo sorprendentes, y si como en el caso que nos ocupa hay además una guerra de sexos de por medio, el resultado es simplemente increíble. La chinche del murciélago -Cimex pilosellus- es un insecto parásito de la misma familia de las chinches de las camas que -como su nombre indica- se alimenta de la sangre de los murciélagos (aunque llegado el caso no le hacen ascos a los humanos). Lo más llamativo de esta especie es su inusual protocolo reproductivo: el macho inyecta unos aguijones en el abdomen de la hembra para introducir el esperma directamente en el flujo sanguíneo. Esto traspasa la frontera de lo molesto para la hembra para convertirse en doloroso e incluso peligroso para la misma. Para darle una vuelta de tuerca adicional a la situación, los machos realizan frecuentemente sus “ataques” sexuales sobre otros miembros de la especie, sin comprobar su sexo, lo que resulta en un gran número de encuentros macho-macho que se saldan con heridas serias para uno de ellos.

Una situación como la descrita es la idónea para que se produzcan adaptaciones evolutivas ad hoc, como efectivamente es el caso: las hembras comenzaron a desarrollar unas estructuras externas a modo de embudo en el abdomen, con el objetivo de atraer hacia las mismas los aguijones del macho; de ese modo las heridas se producen en un lugar controlado, en el que además se han desarrollado unas bolsas de células inmunitarias que minimizan los riesgos de infección. Estas estructuras no son en cualquier caso exclusivas de las hembras, ya que los machos también se atacan entre sí. Los embudos de los machos son no obstante ligeramente diferentes, más abiertos y expuestos, lo que aparentemente actúa de señalización ante otros machos y disminuye el riesgo de ataques.

Sin embargo, la cosa no podía terminar ahí como era previsible. La siguiente adaptación evolutiva que se ha producido es asombrosa, tal como describen Klaus Reinhardt y colaboradores, de la Universidad de Sheffield y del Max-Planck-Institute for Metals Research, en un artículo titulado

que será publicado en The American Naturalist. Reinhardt et al. han realizado un estudio en poblaciones africanas de la chinche del murciélago, y han encontrado que algunas hembras están empezando a imitar la morfología de los órganos paragenitales de los machos. De esta manera consiguen una menor atención por parte de éstos, y reducen el número de ataques. Puede parecer sorprendente que las hembras desarrollen una estrategia para evitar tener encuentros sexuales, y realmente lo es en parte. La explicación reside en un compromiso subyacente entre la fertilidad de la hembra, y el coste de la fertilización (muy alto en este caso, dado la forma tan traumática de realizar la cópula). Algunas hembras apuestan por una fertilidad alta, a riesgo de padecer muchos encuentros sexuales potencialmente peligrosos, mientras que otras reducen este riesgo a costa de una menor fertilidad. Este polimorfismo sexual en las hembras puede tener consecuencias de alcance, ya que la estructura de los órganos sexuales es el factor definitorio de muchas especies de insectos. Como apuntan los autores, podemos entonces estar presenciando el nacimiento de una nueva especie.

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¿Se puede (o se debe) definir la vida?

Posted by Carlos en septiembre 13, 2007

En todas las discusiones sobre las posibilidades de existencia de vida fuera de la Tierra surge siempre la cuestión de qué es lo que se entiende por vida. Ese es el caso de por ejemplo las estructuras autorreplicantes que se han teorizado en simulaciones de nubes de polvo interestelar: de existir realmente, ¿deberían ser consideradas como vivas? En este caso concreto los autores argumentaban que sí en base a una definición -bastante razonable por otra parte- de vida, en la que la capacidad autoorganizativa, el consumo energético, y la adaptación evolutiva se consideraban características esenciales. La cuestión es: ¿debe aceptarse esa definición? O yendo más lejos aún, ¿es posible/correcto hacer una definición de vida?

Esta última cuestión fue lanzada por Carol Cleland, profesora de filosofía de la Universidad de Colorado, según nos cuenta Carl Zimmer en un interesante artículo en Seed Magazine. Para entender mejor el punto de vista de Cleland puede hacerse un recorrido por algunas de las diversas definiciones de vida que se han realizado. Por ejemplo, las primeras definiciones modernas, allá por los años 50 del siglo pasado, se centraban en la biología molecular, y en cómo se producían complejos orgánicos y se almacenaba información en los mismos. Este tipo de definición puede considerarse problemática en tanto en cuanto mezcla el qué con el cómo. Recuérdese en este sentido el caso de la búsqueda de vida en Marte, y cómo los resultados de las pruebas realizadas en la misión Viking -orientados a buscar formas de vida análogas a las existentes en la Tierra- dieron resultados ambiguamente negativos. Al fin y al cabo, las condiciones de vida en Marte distan mucho de las terrestres, por lo que de existir vida, ésta podría diferir formalmente en aspectos que estamos dando por sentados.

Esta problemática sugiere que puede ser más interesante buscar una definición funcional de la vida. Ése era el caso mencionado en el ejemplo de las hélices en las nubes de polvo interestelar, en la que la capacidad evolutiva -diferente en la forma, pero en el fondo equivalente en términos de los mecanismos básicos subyacentes, esto es, replicación imperfecta y selección natural- es uno de los aspectos fundamentales. Este tipo de definiciones resulta más satisfactoria, en tanto en cuanto intenta ir más a la esencia de qué es la vida, y no a los aspectos de su implementación (que pueden estar dictados por condiciones locales). No obstante, sigue existiendo un problema, en parte debido a nuestra percepción subjetiva de qué esta vivo y qué no (incluso hay quien distingue entre seres vivos y formas de vida, aunque esta distinción puede ser quizás sólo justificable a posteriori). De hecho, Cleland ha seguido el enfoque de buscar para cada definición de vida propuesta contraejemplos positivos o negativos. Algunos son meramente experimentos mentales, como por ejemplo imaginar unos microorganismos en los que no hubiera código genético, sino sólamente enzimas. Unos seres de este tipo se podrían reproducir por bipartición, y adaptarse a cambios ambientales mediante cambios en la “demografía” enzimática. Se podría seguir hablando de evolución, aunque sólo en un sentido mucho más general del que normalmente se emplea.

Quizás uno de las mejores analogías para ilustrar la posición de Cleland es la que ésta proporciona en relación a los alquimistas medievales, que entendían los compuestos químicos a través de sus propiedades. Por ejemplo, el agua se definía por su capacidad de disolver otras sustancias sólidas, lo que por un lado excluía al hielo, y por otra parte incluía a compuestos como el ácido nítrico (el aguafuerte) o la combinación de éste con ácido clorhídrico (el agua regia). Hoy sabemos que el agua es H2O, pero esto no es una definición, sino un hecho descubierto dentro de una teoría química. Eso es precisamente lo que Cleland reclama, una teoría de la vida, un marco científico que explique qué es lo relevante para la vida, qué formas puede tomar, y por qué es eso así. En otras palabras, una especie de meta-biología. El problema evidente es que sólo tenemos un ejemplo de vida, por lo que difícilmente se puede desarrollar una teoría que se generalice a formas de vida de las que no tenemos conocimiento.

Ante un problema tan evidente como el anterior, hay una solución igualmente obvia: encontrar otras formas de vida, ya sea surgidas de manera natural en otros cuerpos del Sistema Solar, o creada de manera artificial en la propia Tierra (por ejemplo, formas de vida independiente enteramente basadas en ARN). Puede parece que hay una circularidad en esta situación: para encontrar nuevas formas de vida y generalizar nuestra concepción de la misma hay que empezar por ser capaces de reconocerla, lo que de entrada puede requerir dicha generalización. Esto puede ser así, aunque también puede considerarse simplemente un caso de bootstrapping. Siempre pueden encontrarse criterios lo suficientemente genéricos para considerar como vivos a organismos enormemente diferentes a los que conocemos. La cuestión entonces no es que no se deba definir qué es la vida, sino encontrar una definición inicial que sea lo suficientemente relajada para que la vida tal como se presenta en la Tierra no sea la única posibilidad, y a la vez lo suficientemente estricta como para que el tipo de sistemas susceptibles de ser considerados vivos pueda ser reconocido de manera razonable. Al fin y al cabo, si se encuentran formas de vida diferente a la que conocemos vamos a estar ocupados mucho tiempo antes de tener que volver a preocuparnos por criterios todavía más genéricos.

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¿Hemidactylus turcicus o Tarentola mauritanica? He ahí la cuestión

Posted by Carlos en julio 27, 2007

Acabo de cruzarme con este simpático geco, que ha tenido la gentileza de permitirme que le tome una fotografía ya que su coloración me ha llamado la atención. Indagando sobre el ejemplar, estoy en duda sobre si se trata de una salamanquesa rosada (Hemidactylus turcicus) que suele presentarse en colores amarillos o blanquecinos, o de una salamanquesa común (Tarentola mauritanica) que más raramente puede tomar un color gris blanquecino (aunque lo normal es el gris pardo). ¿Algún biólogo con conocimiento sobre estos adorables reptiles puede arrojar algo de luz sobre este inquietante dilema?

White Gecko

Leaving the weeds

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