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Proteínas recombinantes: una historia de mutantes zombis al servicio de la ciencia

Por María Zapata Cruz, Laura Tomás Gallardo y Alejandro Díaz Moscoso (CSIC)*

Las proteínas son las moléculas que más funciones diferentes desempeñan en los seres vivos. Entre muchas otras cosas, forman nuestros órganos y tejidos, como hace el colágeno; refuerzan nuestras defensas en forma de anticuerpos; y realizan el metabolismo, como las enzimas que transforman los nutrientes en energía y en otras moléculas necesarias para la vida.

Además, las proteínas resultan muy útiles fuera del organismo: la prueba PCR (Reacción en cadena de la Polimerasa), que se hizo famosa durante la pandemia de COVID-19, o las herramientas de edición genética CRISPR-Cas, conocidas como ‘tijeras moleculares’, basan su funcionamiento en estos ingredientes básicos de la vida. Y lo mismo ocurre con medicamentos como la insulina y algunas vacunas.

Por todo ello, fabricar proteínas despierta un gran interés científico e industrial. Necesitamos producirlas para hacer funcionar esas aplicaciones y para analizar su comportamiento en condiciones controladas, algo que hacemos en el Centro Andaluz de Biología del Desarrollo con el objetivo de conocer mejor su funcionamiento.

Sin embargo, crear una proteína en el laboratorio enlazando uno a uno los aminoácidos que la componen puede resultar muy lento y laborioso: en cada proteína se suelen unir cientos de estas moléculas formando una cadena. Una solución muy práctica para obtener proteínas es ‘secuestrar’ la maquinaria natural de las células para que hagan el trabajo, es decir, conseguir células que fabriquen las proteínas que nos interesan.

Domesticando bacterias

Vamos a explicar este procedimiento con algo más de detalle. Para ello, necesitamos saber que las instrucciones para fabricar una proteína se encuentran en el ADN. En el código genético, hay un gen con las indicaciones para crear cada proteína uniendo de una forma determinada los veinte tipos de aminoácidos que existen en la naturaleza.

Los aminoácidos se unen unos a otros químicamente mediante un ‘enlace peptídico’. Podríamos plantearnos tener veinte botes en el laboratorio, cada uno con un aminoácido distinto, e ir uniéndolos según nos indique el gen correspondiente para fabricar la proteína que nos interesa. Pero, como veíamos, los seres vivos poseen una maquinaria celular mucho más eficaz para formar estos enlaces.

Se pueden utilizar distintos tipos de células para fabricar proteínas, pero la más popular entre los científicos es, sin duda, Escherichia coli, una bacteria que vive de forma natural en el intestino de los seres humanos y otros animales sanos. En las últimas décadas, hemos aprendido a criar esta bacteria en el laboratorio y ha resultado ser una ‘mascota’ muy agradecida que, además, es muy fácil de cuidar.

Puede vivir en un rango amplio de temperaturas; incluso permanecer congelada durante largos periodos de tiempo y después recuperar su actividad normal como si nada. Además, su alimentación es muy barata y crece muy rápido, tanto que es capaz de duplicarse en apenas veinte minutos, lo que permite tener un ‘ejército’ de millones de bacterias en un solo día.

Pero lo más importante es que también hemos aprendido a introducir genes de otros seres vivos en Escherichia coli de forma muy sencilla (lo que se conoce como ‘ADN recombinante’). Esto permite meter en la bacteria un gen con las instrucciones para fabricar una proteína de cualquier otro ser vivo, es decir, crear un mutante.

Da igual si el gen es de otra bacteria, de un pez, una mosca, un ratón, una planta, un lobo o un ser humano. Como las bases moleculares de la vida, el lenguaje del ADN y la síntesis de proteínas son iguales en todos los seres vivos de este planeta, la maquinaria de las bacterias es capaz de construir cualquier cadena de aminoácidos (proteína) independientemente de su origen genético.

Sin embargo, no todo es tan sencillo. Por muy pequeñas que sean, las bacterias no son tontas y no se van a poner a sintetizar, así por las buenas, una proteína extraña que no les sirve para nada o que incluso podría hacerles daño. Para resolver este problema, los investigadores han conseguido bacterias capaces de leer el gen de interés solo cuando queremos que lo lean.

Añadiendo una sustancia específica al cultivo de bacterias, estas pierden parcialmente el control de sus actos y empiezan a fabricar la proteína que queremos como si en ello les fuese la vida. Y así es como conseguimos tener un ejército de bacterias mutantes y zombis que realiza el duro trabajo de fabricar la proteína que nos interesa.

Placas de cultivo con distintas bacterias mutantes. Cada puntito blanco es una colonia de bacterias compuesta por millones de células que ha crecido a partir de una sola célula.

¿Y qué hay de lo mío?

Finalmente, hay un último problema que resolver. La gran mayoría de las veces, producir una sola proteína extraña no es suficiente para que las bacterias cambien de aspecto. No les salen alas, ni garras, ni ojos, ni nada que nos permita distinguirlas. A simple vista, una bacteria normal y una bacteria mutante son exactamente iguales. Para saber si nuestras bacterias mutantes han fabricado la proteína que queríamos, hay que destruir las bacterias y ver si, entre toda la mezcla de proteínas que normalmente fabrican para vivir, se encuentra la nueva.

Se pueden utilizar distintas características que nos permitan distinguir unas proteínas de otras en esta mezcla. Una de las características más utilizadas es su tamaño. En cualquier célula podemos encontrar proteínas desde muy grandes hasta muy pequeñas, según lo larga que sea la cadena de aminoácidos que las forman. Y como la secuencia de aminoácidos de la proteína que nos interesa la podemos conocer a partir del gen que previamente hemos introducido en las bacterias, podemos calcular el tamaño que tendrá.

Para separar las proteínas por su tamaño, utilizamos una técnica llamada ‘electroforesis’. Etimológicamente, este término proviene de la unión de los vocablos ‘electro-’, que hace referencia al uso de electricidad, y ‘-foresis’, que en griego significa ‘transporte’. La técnica consiste en poner la mezcla de proteínas en un medio que hace que adquieran carga negativa. Después, se aplica una corriente eléctrica a la mezcla que hace que las proteínas cargadas negativamente se desplacen a un polo positivo (ánodo).

En su camino, las obligamos a pasar por un gel que forma una red de microtúneles. Al encontrarse con este obstáculo, las proteínas pequeñas serán capaces de avanzar mucho más rápido que las grandes, que se irán quedando retrasadas. Más retrasadas cuanto más grandes sean. Así, al cortar la corriente eléctrica y ver el resultado de la ‘carrera’, observaremos bandas que corresponden a proteínas de distintos tamaños. Las más pequeñas cerca del polo positivo y las más grandes cerca del punto de partida.

Comparando el patrón de bandas de bacterias naturales con el de bacterias mutantes, deberíamos poder ver una única diferencia. Una proteína que esté en la mezcla de bacterias mutantes, que no esté en las naturales y que tenga el tamaño calculado para la proteína que nos interesa. Si es así, ¡¡premio!!, habremos conseguido que las bacterias mutantes zombies fabriquen la proteína que necesitábamos.

Ejemplos de electroforesis de proteínas. Cada una tiene 3 carriles: uno con una muestra de referencia de tamaños (Ref), otro con la mezcla de bacterias naturales (Nat) y otro con la mezcla de bacterias mutantes (Mut). La proteína nueva se indica con una flecha.

* María Zapata Cruz, Laura Tomás Gallardo y Alejandro Díaz Moscoso son el equipo técnico de la Plataforma de Proteómica y Bioquímica del Centro Andaluz de Biología del Desarrollo, centro mixto del CSIC y la Universidad Pablo de Olavide de Sevilla.

Fasciolosis, la enfermedad que afecta al ganado y, cada vez más, a las personas

Por Marta López García* (CSIC)

Afirmar que los parásitos son fascinantes no solo es atrevido, sino que es poco frecuente. Solemos verlos como seres dañinos y nos produce rechazo escuchar la palabra. Sin embargo, desde un punto de vista científico, los parásitos son seres increíbles porque tienen una gran diversidad de formas de vida y sus adaptaciones les permiten vivir dentro de otros organismos (hospedadores). Y esta asombrosa capacidad de moverse entre los hospedadores para asegurar su supervivencia es lo que les hace fascinantes en términos biológicos.

Desde el Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Salamanca (IRNASA-CSIC) se trabaja para frenar esta enfermedad

Sin embargo, los parásitos también pueden tener consecuencias muy negativas para la salud y el bienestar del ser humano y los animales. Por eso, conocer su compleja biología supone un gran reto científico en la actualidad. Ante su elevada prevalencia global es necesario desarrollar herramientas de prevención y control frente a ellos.

En este sentido, desde el Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Salamanca (IRNASA-CSIC), trabajamos para frenar la fasciolosis. Esta enfermedad, causada por gusanos del género Fasciola, especialmente Fasciola hepatica, afecta principalmente al ganado ovino y bovino. Tiene una alta prevalencia en Castilla y León, al estar presente hasta en el 50% del ganado. Además, puede infectar a los seres humanos y, de hecho, es considerada una enfermedad emergente porque se encuentra en más de 2,5 millones de personas y 17 millones están en riesgo de infección.

La relación entre ‘Fasciola hepatica’ y hospedador

Fasciola hepatica es el protagonista de nuestra investigación. Se trata de un gusano plano, con forma de punta de lanza, que puede medir hasta 5 cm de largo y 1,5 de ancho cuando es adulto. Trabajamos para conocer las bases moleculares que rigen la infección del parásito dentro del hospedador vertebrado.

Tras ingerir el hospedador alimentos o agua contaminados con las formas infectivas de Fasciola hepatica (formas larvales denominadas metacercarias) se inicia la infección. Cuando estas alcanzan el intestino, salen del quiste como gusanos juveniles y son capaces de atravesar la pared del intestino delgado hasta la cavidad peritoneal, donde inician una compleja ruta de migración hasta el hígado. Allí se mantienen durante mucho tiempo creciendo al alimentarse del tejido hepático. Finalmente llegan a la vesícula biliar, donde se convierten en parásitos adultos y liberan huevos al medio ambiente, a través de las heces del animal, para completar su ciclo de vida.

La patología asociada a la enfermedad se relaciona con la presencia de los parásitos en el hígado. A medida que se alimentan del parénquima hepático (el componente del hígado que filtra la sangre para eliminar las toxinas) pueden causar inflamación y daño en el hígado con síntomas como dolor abdominal, diarrea, fiebre, pérdida de peso y, en los casos más graves, hepatitis, fibrosis y cirrosis. Aunque las infecciones en humanos suelen ser menos comunes que en el ganado, pueden ser graves si no se tratan adecuadamente. En cuanto a las perspectivas de tratamiento, existen medicamentos antiparasitarios, como el triclabendazol para tratarla tanto en seres humanos como en ganado. Sin embargo, cada vez se muestran más indicios de resistencia del parásito, por lo que disminuye la eficacia de este fármaco. Por la complejidad del ciclo biológico del parásito y su inminente resistencia a los fármacos necesitamos nuevas herramientas de control como las vacunas. Desde el laboratorio, tratamos de replicar el ciclo de vida de Fasciola hepatica para desentrañar las moléculas clave que utiliza durante su infección. Esto nos permite conocer qué molécula podría ser una buena candidata para desarrollar una vacuna en los animales frente a la fasciolosis.

Fasciola hepatica afecta principalmente al ganado ovino y bovino / Máximo López Sanz

Sin embargo, como en muchas enfermedades infecciosas, la prevención sigue siendo la clave y es necesario promover prácticas adecuadas de higiene (evitar la ingestión de alimentos y agua contaminada) para reducir la exposición a los parásitos y combatir así la enfermedad.

Como hemos visto, los parásitos son organismos fascinantes que han coexistido con el ser humano desde tiempos inmemoriales, en este caso a través de uno de sus principales sustentos: el ganado. Los estudios sobre los parásitos nos ofrecen una valiosa información sobre la biología y la evolución de sus hospedadores. Por ello, aunque los parásitos no son organismos bienvenidos, sin lugar a duda, nos brindan un gran conocimiento sobre las complejidades de la vida en nuestro planeta.

 

*Marta López García es investigadora del Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Salamanca (IRNASA-CSIC).  

 

¿Cómo sobreviven más de 100 especies diferentes en un solo metro cuadrado?

Por Ignasi Bartomeus (CSIC)*

 

En medio del Parque Natural de Doñana, en Andalucía, hay una pradera con decenas de especies de plantas que rivalizan por atraer a los muchos insectos polinizadores que revolotean por la zona: abejas, moscas, dípteros y hasta escarabajos de diversas clases. Estas plantas también sufren en silencio las mordidas de otros invertebrados que buscan alimento, como los caracoles, las orugas o las chinches. Es la finca Caracoles, que alberga una diversidad única en la que conviven cientos de especies diferentes por metro cuadrado (sin tener en cuenta microorganismos). Y no lo tienen fácil, porque la finca se inunda cada año de forma natural y tiene niveles de salinidad elevados, así que tienen que estar adaptadas a unas condiciones bastante duras. Cómo sobreviven todas esas especies en este espacio es una de las preguntas claves de la ecología.

Imagen de la Finca Caracoles, en el Parque Nacional de Doñana

No sería de extrañar que las mejor adaptadas fueran muy competitivas y desplazaran a las que son peores competidoras, un caso en el que encontraríamos tan solo una o muy pocas especies dominando la pradera. Por el contrario, podríamos preguntarnos por qué, en vez de cientos de especies, no encontramos miles o millones conviviendo en ese espacio.

La teoría ecológica postula que la persistencia de las especies en las comunidades ecológicas está determinada por las interacciones. Es decir, el complejo balance entre quién come a quién, quién ayuda a quién y quién compite con quién determina cuáles podrán coexistir y cuáles no. En la finca Caracoles, investigadores e investigadoras de la Estación Biológica de Doñana del CSIC y de la Universidad de Cádiz hemos medido todas estas relaciones a lo largo de los últimos años, observando una red de interacciones complejas entre cientos de especies. Por ejemplo, la camomila silvestre es una planta bastante abundante en la zona que compite con otras plantas, es polinizada por pequeñas moscas y sus hojas son comidas por orugas. Sin embargo, otras plantas como los melilotus (tréboles de olor) son polinizadas por abejas, y comidas principalmente por caracoles.

Bombus lapidarius sobre Melilotus officinalis (Tallinn) / Ivar Leidus

Con estos datos hemos descubierto que, si estas interacciones fueran al azar, muy pocas especies sobrevivirían. Pero esta red de interacciones tiene una estructura muy precisa que permite que sobrevivan. Para poner un símil, imaginaos que colocamos dentro de una caja unos diodos, un transformador, una antena y algún led y que los conectamos al azar con cables. Es altamente improbable que logremos crear una radio. De todas las conexiones posibles que podríamos hacer, solo una configuración muy precisa de estos componentes dará como resultado una radio funcional. Con la naturaleza pasa lo mismo, solo ciertas estructuras de interacciones entre plantas y animales funcionan y son estables.

¿Cuáles son estas estructuras estables? La primera es que las especies han de competir con ellas mismas más que con las otras. Es decir, que cuando crecen mucho en abundancia y hay muchos individuos de una especie se entorpecen a sí mismas. La segunda, es que se reparten los recursos entre especies, en vez de solaparse en su uso. Esto es similar a lo que pasa con las empresas, que se especializan en vender un producto concreto y se intentan diferenciar de lo que hacen otras lo máximo posible para evitar competir directamente.

Este resultado no es intuitivo. Los primeros ecólogos que empezaron a diseccionar estómagos de aves a mediados del siglo XIX observaron que algunos años las aves comían mucho de algo y otros años de otra cosa, así que hipotetizaron que cuanta mayor sea la diversidad de alimento disponible más estable serían las comunidades de aves, que podrían variar de alimentación en función de la disponibilidad. Tuvieron que pasar casi 100 años para que un ecólogo, Robert May, demostrara que eso no era así, y que la complejidad no es estable: cuantas más piezas tiene un sistema, más difícil es que todas estén conectadas correctamente, y una pequeña perturbación puede desmontar toda la comunidad.

Como vemos en la finca Caracoles, solo ciertas estructuras de interacciones entre especies son estables, y estas son precisamente las que vemos en la naturaleza. Si todas las plantas dependieran de la misma especie de abeja, o todos los caracoles quisieran comer las mismas plantas, la competencia no les permitiría sobrevivir a todos, por eso observamos que las especies interaccionan solo con ciertas especies, y no con otras. Estas estructuras permiten convivir a muchas especies, pero hay un límite en el que, si incrementamos su número, el sistema deja de funcionar y algunas se extinguen. Por eso encontramos cientos de especies en la finca.

 

* Ignasi Bartomeus es investigador de la Estación Biológica de Doñana (CSIC) y autor del libro ¿Cómo se meten 8 millones de especies en un planeta?, perteneciente a la colección ¿Qué sabemos de? (CSIC-Catarata).

Siete ilustraciones científicas para descubrir las neuronas, las tumbas neolíticas o las aves más ruidosas del mundo

Por Mar Gulis (CSIC)

¿Quieres ver las sorprendentes y diferentes formas de las neuronas humanas? ¿Conocer cómo son las cinco especies de lirones que viven en Europa? ¿Descubrir cómo se construyeron algunas tumbas neolíticas para que la luz del solsticio de invierno penetrara en ellas? Estos son solo algunos de los fenómenos que te invitan a explorar las imágenes de Illustraciencia 10, el certamen internacional de ilustración científica y naturalista del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Asociación Catalana de Comunicación Científica (ACCC).

En este post te presentamos las siete obras ganadoras de su décima edición, seleccionadas entre las más de 500 que se presentaron. Infografías, ilustraciones digitales, acuarelas, dibujos a tinta o a lápiz… las propuestas escogidas por el jurado y el público son una muestra clara de que cualquier medio puede resultar útil para transmitir el conocimiento científico. Si después de verlas, te quedas con ganas de más, en la web del certamen puedes ver las cuarenta imágenes que formarán parte de la exposición Illustraciencia 10, que se inaugura el próximo 30 de junio en el Museo Nacional de Ciencias Naturales.

Neuronas

Diversidad morfológica de las neuronas humanas. / Maddi Astigarraga Bergara (España)

Las formas de las neuronas humanas

Premio Año Cajal

Las neuronas del sistema nervioso humano tienen formas muy variadas. Este dibujo realizado a lápiz y ordenador representa algunas de estas células sin la mielina que las recubre, para que así se las pueda apreciar mejor. Algunas de las neuronas que vemos son multipolares, es decir, que de su cuerpo celular o soma salen múltiples ramificaciones denominadas dendritas. Estas neuronas se diferencian entre sí por la longitud de su axón, la prolongación que conduce el impulso nervioso. Las de axón largo incluyen las neuronas motoras (a) y las piramidales (b); y las de axón corto, las células en cesta (c) y las granulosas (d). También existen las neuronas bipolares como las de la retina (e), con dos prolongaciones: un axón y una dendrita, y las neuronas pseudounipolares, que tienen una única prolongación que se divide en dos a muy corta distancia del cuerpo celular, como la neurona ganglionar (f). Otras neuronas reflejadas en la imagen son los conos (g) y bastones (h), que son unipolares, las células de Purkinge (i) y las células amacrinas (j).

Dormice of Europe (Gliridae). / Denitsa Peneva (Bulgaria)

Los lirones de Europa

Premio Ilustración Naturalista

La imagen representa a las cinco especies de lirones que se encuentran en Europa: el lirón colipelado (Myomimus roachi), el muscardino balcánico (Dryomys nitedula), el lirón gris (Glis glis), el lirón enano (Muscardinus avellanarius) y el lirón careto o común (Eliomys quercinus). Cada uno aparece sobre una planta que es típica de su hábitat o de su dieta. Además, el lirón común, que es carnívoro, se muestra junto a un caracol. La ilustración se realizó en acuarela y carboncillo para la 11ª Conferencia Internacional del Lirón, celebrada el año pasado en Svilengrad, Bulgaria, donde recientemente ha sido redescubierta una gran población endémica de lirón colipelado.

El solsticio de invierno en los dólmenes de Sedano y Las Loras. / Marina Lezcano Herrera (España)

El solsticio de invierno en los dólmenes neolíticos

Premio Ilustración Científica

Esta infografía muestra la incidencia de la luz en los túmulos neolíticos del norte de la provincia de Burgos durante el amanecer del solsticio de invierno, cuando los rayos del sol alcanzan el interior de la cámara funeraria gracias a una orientación precisa del corredor de acceso. Se trata de un fenómeno que se repite en las construcciones megalíticas de otras regiones y que refleja la importancia de los ciclos naturales para las sociedades prehistóricas. La reconstrucción está basada en el dolmen de Las Arnillas, que fue utilizado como lugar de enterramiento y, posiblemente, de rituales desde el Neolítico hasta bien entrada la Edad del Bronce.

Conectomas de un corte coronal. / Daniel Casanova Martínez (Chile)

Un cerebro interconectado

Mención especial Año Cajal

Al cortar el cerebro, las fibras de conexión, denominadas sustancia blanca, no se aprecian de forma definida. Este dibujo realizado con tinta y plumilla sobre papel negro representa de forma “anatomo-artística” cómo las fibras conectan diferentes regiones cerebrales. La técnica elegida recrea la forma en que Ramón y Cajal plasmaba en el papel sus observaciones y teorías. La información en la que se basa la ilustración procede de la tractografía, una de las más recientes técnicas de imagen utilizadas en el estudio de las conexiones cerebrales.

Victoria cruziana

Victoria cruziana’. / Juan Luis Castillo Gorroño (España)

Una planta acuática que ‘devora’ escarabajos

Mención especial Ilustración Naturalista

Victoria cruziana es una planta acuática originaria de Sudamérica, donde frecuenta remansos de agua en las cuencas de los ríos Paraná y Paraguay.
Como se refleja en esta imagen digital, tiene grandes hojas circulares de hasta dos metros y medio de diámetro que flotan en el agua. La flor, con un aroma similar a la piña, florece durante la noche y solo durante dos días. La primera noche la flor, femenina y de color blanco, eleva su temperatura mediante una reacción termoquímica que favorece la difusión de su aroma y atrae a polinizadores como el escarabajo Cyclocepahala castanea. Este queda atrapado cuando la flor cierra sus pétalos al amanecer.

Procnias: el género de aves más ruidoso del mundo. / Jaime de la Torre Naharro (España)

Las aves más ruidosas del mundo

Mención especial Ilustración Científica

Cuando ‘cantan’, las procinas emiten un ruido de hasta 125 decibelios, superior al de un concierto de música o al que genera un tren en marcha. Este género de aves es nativo de la América tropical e incluye las cuatro especies retratadas en esta composición digital: Procnias albus (1-2.a), Procnias tricarunculatus (1-2.b), Procnias averano (1-2.c) y Procnias nudicollis (1-2.d). La clave de su potencia sonora es la siringe, un órgano exclusivo de las aves ubicado en el extremo inferior de la tráquea (figura 3) y modulado por una serie de músculos (figura 4) que permiten la variación del sonido y los tonos del canto.

Andreaea nivalis

‘Andreaea nivalis’. / Manuel Sánchez Villegas (España)

Un musgo de alta montaña

Premio especial del público

En la península ibérica habitan las poblaciones más meridionales de Europa de Andreaea nivalis, un musgo acostumbrado a la nieve que crece en la alta montaña. El ejemplar representado en esta lámina proviene de una de las escasas poblaciones de la sierra de Gredos, las únicas conocidas en la península que se reproducen sexualmente. El aumento de las temperaturas y la escasez de agua provocada por el cambio climático amenazan la supervivencia de esta especie en nuestro territorio. En el Libro Rojo de los Briófitos Amenazados de España está catalogada como vulnerable según los criterios de la Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza (IUCN, por sus siglas en inglés).

La explicación que acompaña a cada imagen ha sido elaborada a partir del texto facilitado por su autor o autora en el momento de inscribirse en el certamen.

Nueve libros del CSIC para disfrutar de la ciencia, la historia o el arte

Por Mar Gulis

¿Sabías que el físico Erwin Schrödinger, el creador de la famosa paradoja del gato, fue también poeta? ¿O que en el Tierra hay ocho millones de especies sin contar a las bacterias? ¿Habías oído hablar de los juicios sumarísimos a los que fueron sometidas las personas represaliadas por el franquismo? Estos son solo algunos de los temas que abordan los nuevos libros publicados por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en 2023.

En este post te presentamos las novedades de Editorial CSIC escritas para un público amplio o no necesariamente especializado: libros en los que podrás descubrir aspectos poco conocidos de la historia de la ciencia, como la contribución de las mujeres a la ilustración botánica; explorar los últimos avances científicos en los ámbitos de la nutrición o la búsqueda de vida extraterrestre; o acercarte a un pasado no tan distante, como el de las expediciones militares españolas en Asia a finales del siglo XVIII.

Caseta del CSIC en la Feria del Libro de Madrid / Álvaro Minguito

En todos los casos se trata de libros escritos por especialistas y revisados por pares que podrás encontrar en librerías, el portal de edición electrónica del CSIC o en la caseta de Editorial CSIC en la Feria del Libro de Madrid. Varios de ellos, los marcados con asterisco, también se presentarán el martes 30 de mayo, a las 19:00, en el Pabellón Europa de la Feria. ¡No te los pierdas!

Historias de ciencia, arte y literatura

Ellas ilustran botánica*. Sorteando infinidad de dificultades, las mujeres han estudiado y difundido la flora a lo largo de la historia. Este libro da cuenta de ello reproduciendo más de 50 de obras botánicas de gran valor realizadas por mujeres entre el siglo XVII y la actualidad. Dibujos, grabados, pinturas y fotografías se entremezclan con ensayos y biografías que revelan “cómo se han ido trazando los caminos de la igualdad” en el ámbito de la ilustración botánica. Toya Legido, profesora de Bellas Artes en la Universidad Complutense de Madrid, coordina esta cuidada monografía, en la que historia, sociología y cultura ayudan a desentrañar las relaciones entre ciencia, arte y género.

Fragmento de ‘Los bosques más antiguos?, ilustración incluida en ‘Ellas ilustran botánica’. / © Aina Bestard

Schrödinger, poetaConocido por ser uno de los padres de la física cuántica y el creador de la paradoja más célebre de su disciplina, Erwin Schrödinger tuvo una vida apasionante en la que también cultivó la filosofía y la poesía. En Erwin Schrödinger y el salto espacios-tiempo de Galileo Galilei, la poeta Clara Janés presenta el pensamiento y la obra del Schrödinger humanista. Las relaciones del científico con intelectuales como Ortega y Gasset o Xavier Zubiri o su fascinación con España son otros de los temas tratados por la autora. La obra se ha publicado conjuntamente con ‘Gedichte’ [poemas] y Fragmento de un diálogo inédito de Galileo, una selección de poemas y textos literarios, algunos inéditos, escritos por Schrödinger.

Santiago Ramón y Cajal. Hasta donde quieras llegar. Cajal fue muchas otras cosas además de pionero de las neurociencias y Premio Nobel de Medicina. Esta breve biografía dirigida al público juvenil recorre su trayectoria científica y cuenta aspectos de su vida personal menos conocidos. Los historiadores Elisa Garrido Moreno y Miguel Ángel Puig-Samper reseñan que el prestigioso científico español fue también un niño travieso que trepaba a los árboles, un adolescente rebelde al que le gustaba la pintura o un joven que trabajaba con tesón su musculatura. Publicado por primera vez en 2021, el libro ha sido reeditado este año en acceso abierto con motivo de la celebración del Año Cajal.

Autorretrato de Ramón y Cajal realizado en su juventud.

Erudición sobre hormigas y rositas: acerca de los libros y las mujeres que los escriben*. ¿Qué diferencias hay entre la novela de alguien que se dedica en exclusiva a la escritura y la de alguien que tiene otro trabajo y cuida de su familia? En este ensayo publicado en abierto, la escritora y editora Elena Medel reflexiona acerca de cómo el género y la clase social inciden sobre la escritura. La autora aborda, sin esconder sus “costuras y contradicciones”, cuestiones como si existe o no la literatura femenina; y también dialoga sobre las circunstancias que rodean al hecho de escribir con escritoras de distintas épocas y procedencias, como Virginia Woolf, Gertrude Stein o Carmen Martín Gaite.

Los avances de la ciencia, para todos los públicos

La vida y su búsqueda más allá de la Tierra. ¿La vida extraterrestre será similar o muy distinta a la que conocemos en la Tierra? En este libro de divulgación, Ester Lázaro explica que hay “buenas razones” para creer en la vida extraterrestre, y defiende que probablemente será muy diferente a cómo la imaginamos. La investigadora del CSIC se pregunta qué características tendría que tener un objeto que halláramos fuera de la Tierra para ser considerado un ser vivo, y recorre algunos de los lugares del cosmos más prometedores para encontrar vida: Marte, las lunas de Júpiter o los exoplanetas situados en la zona de habitabilidad de sus respectivas estrellas.

Las moléculas que comemos. Azúcares, hidratos de carbono, fibra, grasas, minerales, proteínas y vitaminas son los componentes básicos de los alimentos, las moléculas que comemos. ¿Qué propiedades tienen? ¿Por qué son importantes para nuestro desarrollo y salud? ¿Cómo proporcionan a los alimentos sus diferentes aromas, colores, sabores y texturas? ¿Qué tipo de reacciones químicas se producen al cocinar? Esta guía didáctica coordinada por las investigadoras del CSIC Inmaculada Yruela e Isabel Varela responde a estas y otras preguntas sobre la alimentación y las moléculas presentes en nuestra dieta. El libro incluye sencillas explicaciones y una amplia variedad de experimentos y talleres que pueden hacerse tanto en la cocina de casa como en el colegio.

Cómo se meten ocho millones de especies en un planeta. ¿Por qué hay monos en Sudamérica? ¿Por qué en el ecuador hay más especies que en los polos? ¿Por qué se dice que hay ocho millones de especies diferentes en el planeta y no solo cien o cien millones? ¿Por qué la especie más competitiva no gana a todas las demás y vive sola dominando el mundo? Para responder estas preguntas, el investigador del CSIC Ignasi Bartomeus realiza un recorrido a través de la historia de la ecología, una disciplina nacida hace apenas 150 años. En este libro de la colección ¿Qué sabemos de? presenta las principales leyes que regulan las comunidades ecológicas y los cuatro mecanismos básicos que determinan los ecosistemas: la evolución, la dispersión, las regulaciones bióticas y abióticas y, por último, la suerte.

Un pasado muy presente

Tragedia en tres actos. Los juicios sumarísimos del franquismo*. Durante la guerra civil y la posguerra, más de medio millón de personas fueron sometidas a juicios sumarísimos: procedimientos regidos por la jurisdicción militar, carentes de garantías y en los que la mayoría de las sentencias supusieron condenas a muerte. El antropólogo de la UNED Alfonso M. Villalta Luna reconstruye la dinámica de estos procesos y las vivencias de sus protagonistas: los presos que desde el interior de la cárcel intentan escapar de la muerte, los militares que sobre el estrado buscan una condena en el consejo de guerra y los familiares y amigos, que realizan viajes y gestiones repletos de incertidumbres y adversidades con el fin de salvar la vida de sus seres queridos.

Consejo de guerra contra los supuestos integrantes de la llamada ‘Checa de Bellas Artes’. / Revista Semana.

La Escuadra de Asia. Entre 1795 y 1803, mientras el mundo entero está en guerra, una pequeña división es enviada a Filipinas para proteger los intereses españoles. Capitaneada por Ignacio María Álava, la Escuadra de Asia tendrá que hacer frente a una misión compleja y lidiar con huracanes, asaltos, incendios, persecuciones, engaños, corruptelas y rivalidades. El historiador Pablo Ortega-del-Cerro relata las hazañas y vicisitudes de la expedición y se adentra en un periodo especialmente convulso, caracterizado por la rivalidad militar y económica entre Gran Bretaña y España. Este episodio excepcional le permite observar el nacimiento de una nueva realidad global.

Cartel del CSIC para la Feria del Libro 2023. / Irene Cuesta

Insectos y otros artrópodos: más de un millón de especies imprescindibles para los ecosistemas

Por Jairo Robla Suárez (CSIC)*

A pesar de recibir el apodo de ‘bichos’, en ocasiones con cierto desprecio, la importancia y la repercusión que tienen los insectos y otros artrópodos para la vida en nuestro planeta son desconocidas para muchas personas. Estos organismos con exoesqueleto externo y apéndices articulados suponen más del 50% de toda la biomasa animal actual de nuestro planeta. Aunque actualmente su diversidad dista mucho de ser bien conocida, suman más de un millón las especies de artrópodos que podemos encontrar campando a sus anchas en absolutamente todos los ecosistemas que atesora nuestro cuerpo celeste. Son capaces de vivir en regiones desérticas que parecen propias de un relato sobre el infierno, en paisajes blancos helados por las temperaturas más frías, en las cortinas de intenso color verde de bosques, selvas o praderas, en cursos de agua y volcanes; pero también habitan en ambientes ruderales (muy alterados por el ser humano) y en nuestras propias casas, pueblan las zonas más altas del planeta y hasta ocupan el gran fondo azul. En todos estos ecosistemas hay artrópodos y en todos ellos realizan una función tremendamente importante y vital, aunque esta nos pase desapercibida.

Insecto de la subfamilia phaneropterinae / Luis F. Rivera Lezama ©RiveraLezama

Insecto ‘hoja’, de la subfamilia Phaneropterinae. / Luis F. Rivera Lezama ©RiveraLezama

Mucho más que polinizadores

La polinización es, sin duda, la misión estrella que se ha atribuido a una gran variedad de insectos voladores. No en vano, más del 90% de las plantas con flor que encontramos en todo el planeta necesitan de un agente animal, concretamente un insecto, para fructificar. Quizá nos acordemos más de ellos cuando compramos esas opulentas y brillantes frutas en nuestro mercado de confianza. Abejas, moscas, escarabajos, mariposas, avispas y un sinfín de pequeños organismos más trabajan día a día por transferir el polen entre las flores para continuar con el milagro de la vida vegetal. Todos ellos nos dan mucho sin pedir nada a cambio.

‘Mosca abejorro’, familia Bombyliidae. Sus larvas son predadoras de los huevos y larvas de otros insectos, tales como orugas, abejas y escarabajos. / Luis F. Rivera Lezama ©RiveraLezama

Pero, más allá de la polinización, podríamos decir que los artrópodos son sustento de todos los hábitats y que son muchas más las funciones que desempeñan. Por encima de las plantas, en las cadenas tróficas, están ellos. Sirven de recurso nutricional para todos aquellos animales que nos llaman más la atención, que nos parecen más bonitos o a los que, desde luego, nunca osaríamos llamar ‘bichos’ con tanto recelo. Si los insectos decidieran hoy ponerse en huelga y viajar a un planeta ignoto más allá de nuestro sistema solar, todas las especies animales, incluyendo los seres humanos, no tardaríamos en extinguirnos. Por lo tanto, es innegable pensar que el mundo actual está dominado por los artrópodos y que estos cargan sobre sus hombros el peso de la vida en nuestro planeta.

Hormiga transportando un pétalo. Género ‘Acromyrmex’. / Luis F. Rivera Lezama ©RiveraLezama

Existen muchos insectos y otros artrópodos que participan en la dispersión de semillas. El hecho de que este bosque que hoy llega hasta aquí mañana llegue un poco más allá puede ser obra de pequeños artrópodos que ayudan a otros dispersores más clásicamente estudiados, como las aves. Conocidos son, por ejemplo, los casos de las hormigas, que, en su incesante colecta de semillas para alimentarse, acaban moviendo estos gérmenes de vida más allá de su planta madre, contribuyendo a que la vegetación se extienda cada vez más.

Detalle de escarabajo joya gema (México), género ‘Chrysina’. / Luis F. Rivera Lezama ©RiveraLezama

También realizan una función esencial por debajo del suelo que pisamos: junto a otros muchos organismos, son los principales aireadores, fertilizadores y preparadores del sustrato. Su actividad genera un suelo con unas condiciones óptimas para el crecimiento de los organismos vegetales. Mientras paseamos por un prado cualquiera en el que aparentemente no vemos nada más que hierbas, bajo nuestros pies se encuentra toda una comunidad subterránea que trabaja día y noche para que todo esté en equilibrio: milpiés, bichos bola, escarabajos, larvas de diferentes organismos y muchos más. Los artrópodos son artífices de este equilibrio gracias a que son los mayores expertos en reciclaje: ayudan en la transformación de los excrementos, cadáveres y restos de otros organismos, devuelven los nutrientes al sistema y los ponen a disposición del resto de organismos.

‘Chrysina quetzalcoatli’ (México). Como en el caso del escarabajo joya gema, sus larvas viven en troncos en descomposición. / Luis F. Rivera Lezama ©RiveraLezama

Además, controlan las poblaciones de otros artrópodos, plantas y de grandes vertebrados al evitar que se establezcan como plagas. Son incontables los artrópodos que viven como parásitos sobre la piel de otros animales o sobre los tejidos de otros vegetales. De esta manera son capaces de extraer de los ecosistemas a aquellos organismos peor adaptados y de evitar que las poblaciones de otros organismos se desmadren. Son como los jinetes del apocalipsis, buscando que todo aquello que les rodea funcione a la perfección.

Araña trampera, altos de Chiapas (México). / Luis F. Rivera Lezama ©RiveraLezama

Grandes benefactores para el equilibrio, amenazados 

Los artrópodos son unos de los organismos más importantes de nuestro mundo y, sin embargo, gran parte de lo que hacemos consigue afectarles. Hemos esquilmado la vegetación natural, tan necesaria para que obtengan refugio y alimento; les hemos bombardeado con pesticidas y otros químicos para alejarlos de nuestras tierras, aun cuando nos proporcionan más beneficios que perjuicios; hemos hecho lo posible por convertir nuestros campos en terrenos baldíos para los artrópodos, en los que encontrarse una mariposa es como buscar una aguja en un pajar; hemos desecado lagunas, urbanizado todas las zonas posibles, contaminado aguas e incluso llevado basura a cuevas y hasta las cimas más altas del Himalaya; hemos provocado la llegada de especies invasoras a prácticamente todos los puntos del planeta. Con todo ello, hoy muchos artrópodos tratan de sobrevivir a duras penas. Parece que les hemos declarado la guerra a estos organismos tan importantes para nuestro planeta y para nuestra propia supervivencia, a pesar de que guardan muchas de las claves que nos permitirían solucionar gran parte de los desafíos actuales. Y, sin embargo, durante todo el tiempo que llevan en la Tierra, estos animales de pequeño tamaño no han hecho más que dar beneficios sin pedir nada a cambio.

Conservar, proteger, cuidar y educar sobre los artrópodos es educar en el equilibrio de los ecosistemas, en el perfecto funcionamiento de las cosas. Y es que, ¿cómo no van a ser importantes más de un millón de especies para la vida en la Tierra y para nuestros ecosistemas?

Insecto ‘palo’, orden Phasmida o Phasmatodea. Entre los fásmidos se encuentran los insectos más pesados y los más grandes. / Luis F. Rivera Lezama ©RiveraLezama

*Jairo Robla Suárez es investigador en la Estación Biológica de Doñana (EBD-CSIC), donde estudia la restauración de comunidades vegetales sometidas a degradación en el entorno del Guadiamar, afectado por el desastre de Aznalcóllar en 1998. Es autor de La astucia de los insectos y otros artrópodos (ed. Guadalmazán).

**Ciencia para llevar agradece especialmente al fotógrafo Luis F. Rivera Lezama por su generosa colaboración con las imágenes que acompañan al texto.

La ecología del miedo: cómo el regreso del lobo revitalizó Yellowstone

Por Fernando ValladaresXiomara CanteraAdrián Escudero* y Mar Gulis (CSIC)

En los años 90 del siglo pasado, la reintroducción de un pequeño número de lobos en el Parque Nacional de Yellowstone (Estados Unidos) provocó una transformación radical de los ecosistemas y el paisaje. En pocos años, el bosque recuperó terreno y los árboles volvieron a crecer en la orilla de los ríos.

¿Por qué la vuelta de lobo, que llevaba más de cien años extinto en este espacio natural, tuvo un efecto tan espectacular? La explicación reside en la denominada ‘ecología del miedo’.

Lobo en la nieve

Lobo en Yellowstone. / NPS-Jim Peaco

Como era de esperar, los lobos ayudaron a regular el tamaño de la población de las especies que cazaban: principalmente, dos tipos de ciervos. Sin embargo, lo determinante, y también sorprendente, fue que el lobo modificó los hábitos de alimentación de estos animales con su mera presencia, más que con sus ataques y capturas.

Presionados por el miedo al depredador, los herbívoros dejaron de moverse libremente por el territorio y de comer donde había más plantas o estas resultaban más apetecibles, y comenzaron a dejar de visitar los sitios más expuestos y abiertos. El riesgo de ser cazados allí era demasiado alto. Como consecuencia de este cambio de conducta, se abrieron oportunidades para que las especies de plantas y árboles más forestales pudieran desarrollarse mejor sin la presión de estas dos especies de ungulados.

Suelta de lobo

Suelta de un cachorro de lobo en Yellowstone en 1997. / NPS-Jim Peaco

Especialmente llamativo fue el caso de algunos árboles ligados a los cauces de los ríos, como los sauces, que prosperaron de forma impensable hasta entonces. Las semillas de estos árboles son capaces de desplazarse a grandes distancias transportadas por el viento, dado que son muy ligeras y están cubiertas de pelos que facilitan su viaje. Sin embargo, con el lobo extinto, buena parte de las riberas del parque nacional aparecían completamente peladas y deforestadas por la presión desmedida de los herbívoros.

Gracias a la presencia del depredador, los arboles encontraron una oportunidad para aumentar sus poblaciones. En muy poco tiempo, el patrón de hábitats y paisajes se modificó completamente. Ahora, las zonas boscosas, antiguas o reforestadas de forma natural, coexisten con zonas dominadas por gramíneas y otras especies de pastos donde los herbívoros prefieren pastar por considerarlas seguras. Incluso se ha comprobado que la estructura y la dinámica del suelo ha cambiado en muchos sitios, dando lugar a suelos más fértiles que almacenan mejor el carbono, algo fundamental frente al cambio climático.

Lobo aullando

NPS-Jim Peaco

Los paisajes del nuevo Yellowstone poco tienen que ver con los de hace solo 40 años y esto demuestra que los cambios son posibles. También, la importancia de la ecología del miedo: miedo al predador, quien con su simple presencia cambia comportamientos y desencadena procesos ecológicos en cascada.

 

Fernando Valladares es investigador del Museo Nacional de Ciencias Naturales (MNCN, CSIC), Xiomara Cantera es la responsable de prensa del MNCN y Adrián Escudero es investigador de la Universidad Rey Juan Carlos. Los tres son autores de La salud planetaria, perteneciente a la colección ¿Qué sabemos de? (CSIC-Catarata).

Ciudad sin árboles: ¿merecemos un cielo sin estrellas?

Por Mariano Sánchez (CSIC)*

Partiendo de la premisa, demostrada por la ciencia y conocida por todo el mundo, de que la presencia de árboles en la ciudad es sanadora, ¿quién puede ir contra esos seres vivos hasta el punto de podarles las ramas periódicamente o incluso talarlos por un muéveme acá esa infraestructura o colgar las luces de Navidad?

Sin embargo, parece que todavía es necesario incidir en que los árboles, con su estructura de ramas y hojas, son un elemento saludable para las personas y otros seres vivos, como las aves que anidan en ellos.

Banco y árboles

Árboles para reducir las islas de calor

Los árboles en entornos urbanos suponen múltiples beneficios: atenúan el efecto isla de calor ofreciendo sombra y evaporando agua, lo que reduce la temperatura ambiente; aportan oxígeno y retienen la contaminación en sus hojas; secuestran carbono en sus ramas, troncos y raíces; sujetan el suelo con sus raíces, evitando avenidas de agua; incrementan la biodiversidad de aves y otras plantas asociadas; y embellecen los paseos con su cromatismo y sus flores.

Como muestra de lo primero, un estudio de modelización realizado con datos de 93 ciudades europeas estimó que un tercio de las muertes atribuibles a las islas de calor podrían evitarse si los árboles cubrieran el 30% del espacio urbano.

Por otro lado, la visión de árboles y vegetación desde las ventanas de hospitales acorta las estancias y mejora las curaciones, como lo confirman estudios realizados en Estados Unidos y cualquier persona que, durante la pandemia, se haya asomado a una ventana desde casa y haya tenido un árbol cerca.

La importancia de los árboles maduros y adaptados

Asimismo, no hay duda de que nos aportan más beneficios los árboles grandes y ya maduros, por su gran número de hojas, que los árboles jóvenes o de menor tamaño. De ahí que, en la medida de lo posible, se deban conservar en su integridad cuando se realizan obras o podas.

Cuando se habla de talar árboles y se añade la coletilla de “es que se van a plantar muchos más de los que había” -se trata de un remedo del conocido “lo que sale por lo que entra”-, hay muchos aspectos que no se tienen en cuenta.

Uno de los más destacables es el cultural y humano. Con la tala, se habrán perdido los beneficios y la historia de los 30 ó 50 años que vivieron los árboles en ese lugar, así como la relación que durante ese tiempo la ciudadanía estableció con ellos: los paseos con charla, la meditación, las palabras perdidas entre las hojas, las lecturas, las miradas y los recuerdos.

Además, en estos momentos en que, tanto en el Real Jardín Botánico del CSIC como en muchas calles y jardines de ciudades españolas, detectamos que algunas especies -como el castaño de indias (Aesculus hippocastanum), el tilo (Tilia platyphyllos), el arce (Acer pseudoplatanus)- están perdiendo vitalidad por el cambio de la pluviometría y de la humedad de la península ibérica, disponer de árboles maduros de 30 o más años, ya adaptados, es un privilegio al que no se puede renunciar.

Plátano de paseo enorme

Mariano Sánchez (RJB-CSIC).

Mejor 50 árboles maduros que 250 jóvenes

En otras ocasiones, sobre todo cuando se habla de tala, se suele hablar de multiplicar la cifra de plantaciones en el espacio ya ocupado por esos árboles a los que se ha sentenciado. Se trata de la cuadratura del círculo; si antes cabían 50, ¿cómo es posible que se puedan plantar en ese mismo lugar 100 ó 250?

Se usan cifras liosas tratando de que sea equivalente cambiar 50 árboles de 50 años por 250 árboles de 10 años. Sin embargo, en arboricultura y para nuestra salud, las cifras y las matemáticas no funcionan de esa manera: 50 árboles grandes y maduros siempre serán mejor que 250 pequeños y jóvenes.

Al plantar árboles en las ciudades, hay que tener en cuenta que los ejemplares deben estar bien separados para que, de adultos, no se molesten. En este sentido, hay que aplicar el mismo razonamiento que se emplea con los vehículos y sus aparcamientos: ¿es que los autobuses pueden usar los aparcamientos de los coches o de las motos? Se ha de ser coherente con los conocimientos de la biología de los árboles y, si la especie es grande, la separación debe ser grande; si su porte es medio, el espacio deberá ser el de un coche; y, si es pequeño, de una moto.

Obras, talas y árboles

Por todo ello, al igual que se buscan soluciones técnicas para determinadas infraestructuras, deben buscarse también soluciones para las obras que afecten al arbolado. De ahí que toda obra que impacte en el arbolado urbano debería tener un informe de impacto obligatorio y vinculante.

Y en todo caso los ejemplares maduros deben permanecer porque suponen un futuro ganado frente a unos árboles jóvenes que no sabemos si se aclimatarán. En caso de que no lo hagan, habremos creado, donde no la había, una zona expuesta al sol, que no retiene la contaminación ni aporta frescor en los meses cada vez más tórridos del verano.

La palabra clave del futuro es CONSERVAR.

* Mariano Sánchez García es conservador del Real Jardín Botánico (RJB-CSIC).

El vacío… o cómo un termo mantiene el café caliente

Por José Ángel Martín Gago y Mar Gulis (CSIC)*

Alguna vez en la vida, quien más quien menos se ha deleitado to­mando un café caliente en un entorno muy frío, remoto o en el que, por ejemplo, hay muy escasas posibilidades de poder encontrar una cafetería. El modo más habitual de conseguirlo es utilizando un simple y económico termo. Pero, ¿te has preguntado alguna vez por el mecanismo que hace posible este ‘milagro’?  Tiene que ver con el vacío. Aquí te lo explicamos.

Un termo consta de dos vasijas: una interior, en contacto con el líquido que queremos mantener a una temperatura dada; y otra exterior, en contacto con el ambiente y que generalmente hace de soporte del termo. La interior se sujeta por el cuello con la exterior a través de una mínima porción de material y dejan­do un pequeño espacio, vacío de aire, entre ambas vasijas. De esta forma, el termo aísla el espacio interior, donde nuestro café se mantiene a 40 °C, del exterior, que puede estar a 4 °C.

Si el recipiente que contiene el café estuviese en contacto directo con el ambiente, en po­cos minutos el café adquiriría la temperatura del entorno y nos lo tomaríamos frío. En cambio, si vaciamos de aire el espacio entre las dos vasijas, conseguimos aislarlas térmi­camente. Esto lo explica la teoría cinética de gases: la transferen­cia de calor se debe básicamente al intercambio de energía entre las moléculas más calientes y las más frías cuando cho­can entre sí. Con esta cámara de vacío intermedia se consigue que la conductividad térmica entre ambos recipientes sea prác­ticamente nula. Es decir, sin moléculas de aire que transfieran el calor, la vasija interior permanecerá aislada y, por tanto, no variará su temperatura.

Curiosamente, este desarrollo no es tan reciente como se podría supo­ner. El primero en realizarlo fue el físico escocés James Dewar en 1892. De ahí que estos recipientes que proporcionan aislamiento térmico se conozcan como Dewar o vasos Dewar.

Un dato muy ilustrativo de la eficacia de este proceso es que, si el vacío estuviese en el rango del ultra alto vacío (con presiones parecidas a las que puede haber en el espacio interplanetario) y el contacto entre ambos recipientes fuese inexis­tente o mínimo, se podría mantener el café caliente más de diez años. Sin embargo, en el caso de un termo di­señado para líquidos o alimentos, el vacío intermedio corres­ponde a lo que llamamos bajo vacío (la presión es poco menor de la atmosférica), lo que ocasiona que las moléculas de aire pongan en contacto ambas superficies, y nuestro café acabe enfriándose.

Criogenia: del termo de café al transporte del nitrógeno líquido

Sin embargo, para muchísimas aplicaciones tecnológicas se utiliza el nitrógeno o el helio líquido, elementos que deben mantenerse a temperaturas muy bajas y se transportan en recipientes metálicos de cientos de litros. La diferencia térmica entre las paredes interiores y ex­teriores en estos casos es muy grande (más de 200 °C). Si utilizáramos un mecanismo como el de un termo normal, el nitrógeno o el helio líquido se sublimarían fácilmente y pasarían de líquido a gas. Para evi­tarlo, es necesario tener alto vacío entre ambas superficies (presiones menores de un millón de veces la presión atmosférica, o menores de 10-6 milibares de presión). Cuando esto se logra, los tanques o recipientes tipo Dewar que transportan estas sustancias pueden conservar y almacenar nitrógeno líquido durante varias semanas a -196 °C.

El uso de temperaturas criogénicas es mucho más extenso de lo que podríamos imaginar. En biología, bioquímica o medicina la criogenia es muy importante para la conservación de célu­las y cultivos, como el esperma y los óvulos; medicamentos, como algunas vacunas; o para tratar algunos alimentos. También en pruebas de diagnóstico, como la resonancia magnética nuclear. Desde el punto de vista de la tecnología, muchos aparatos de inves­tigación, como los detectores de radiación o los imanes supercon­ductores, necesitan nitrógeno o helio líquido para funcionar. Por tanto, de manera indirecta, el vacío ayuda a conservar y transportar estas sustancias criogénicas y hace posible es­tas tecnologías en nuestro día a día.

*José Ángel Martín Gago es investigador del CSIC en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC) y autor del libro de divulgación ¿Qué Sabemos de? El vacío (CSIC-Catarata).

 

De los test COVID al tratamiento del cáncer: la revolución de la nanomedicina

Por Fernando Herranz* (CSIC) y Mar Gulis

Un amigo mío [Albert R. Hibbs] comentaba, aunque sea una idea loca, lo interesante que sería en cirugía si el paciente se pudiera tragar al cirujano. Pones al cirujano mecánico en los vasos sanguíneos y se dirige al corazón “mirando” alrededor […]. Esa máquina encuentra qué válvula es la defectuosa, saca el cuchillo y la corta. Otras máquinas podrían incorporarse en el cuerpo de forma permanente para asistir en el funcionamiento de algún órgano defectuoso.

Este es un extracto de la famosa charla que el físico teórico Richard Feynman dio en 1959 en la reunión anual de la American Physics Society. En esa intervención, considerada como el origen de la nanotecnología, el científico y su colega Hibbs se anticiparon a muchos de los conceptos y desarrollos que hoy son una realidad, como el uso de nanomateriales para mejorar el diagnóstico y el tratamiento de una patología.

Treinta años después de la charla de Feynman, en la década de los 90, la investigación en nanomedicina comenzó a crecer de forma sistemática y, a partir del año 2000, experimentó una auténtica explosión. Pasadas poco más de dos décadas, la comunidad científica ha generado un catálogo de nanomateriales con aplicaciones para problemas biomédicos tan amplio como sorprendente. Los test para detectar en casa enfermedades como la COVID-19, o los eficientes mensajeros que, dentro de nuestro organismo, entregan en tiempo y forma un fármaco allí donde se necesita, o incluso tratamientos de ciertas patologías son solo algunos de los muchos logros de la nanotecnología aplicada a la medicina.

El nanomaterial más empleado en los kits para la COVID-19 son las nanopartículas de oro. / Jernej Furman

Lo más importante de un nanomaterial es el tamaño porque, a medida que aumenta o disminuye, sus propiedades ópticas, magnéticas o eléctricas, entre otras, pueden ser completamente distintas. Por ejemplo, es posible obtener toda una gama de colores fluorescentes usando un mismo material, con idéntica composición química, variando únicamente su tamaño. A veces, una mínima diferencia de un nanómetro hace que la luz emitida por el nanomaterial cambie. Las aplicaciones de una propiedad como esta son enormes en ámbitos como el diagnóstico de una enfermedad.

Nanomedicina para saber qué nos pasa

Una de las aplicaciones más importantes de las nanopartículas son los test de diagnóstico. En el caso del diagnóstico in vitro, cuando la muestra sale del paciente y se aplica a un sistema de análisis, el nanomaterial más empleado son las nanopartículas de oro, presentes tanto en los test de embarazo como en los populares kits para la COVID-19.

De hecho, gracias a los nanomateriales, durante la pandemia se consiguió obtener en tiempo récord varias versiones de kits suficientemente sensibles y con bajos costes de producción. Y hoy ya se pueden comprar test que emplean nanopartículas de oro y que, en una sola medida, pueden detectar la presencia del SARS-CoV2 y de los virus de la gripe A y la gripe B.

Cuando se quiere estudiar el interior del paciente para sacar una prueba in vivo se utiliza la imagen molecular. Para realizar estos ensayos se utilizan diferentes técnicas, como la imagen por resonancia magnética (MRI) o la tomografía por emisión de positrones (PET). La lista de potenciales ventajas de las nanopartículas en este ámbito es muy larga, porque para cada modalidad de imagen existe al menos un tipo de nanopartícula que se puede diseñar con un tamaño ‘a la carta’ y mejorar así el diagnóstico, o reducir la toxicidad de las sustancias inyectadas al paciente. Hay materiales que directamente funcionan como un código de barras hecho a base de nanopartículas, ya que a cada enfermedad le corresponde un perfil de fluorescencia único.

Nanopartículas de oro de distintos colores debido a su distinto tamaño. / Fernando Herranz

Transportistas de fármacos y nanopartículas terapéuticas

Desde el origen de la nanomedicina, las nanopartículas se han empleado como eficientes sistemas de transporte de fármacos. Aquí sucede lo mismo que en otros campos: la variabilidad de nanomateriales es enorme. Su misión es mejorar el funcionamiento in vivo, la seguridad o la estabilidad de un ingrediente farmacéutico activo. Para cumplir esta función, la nanomedicina ya tiene una notable presencia en oncología y hematología. Y después del éxito de las vacunas de la COVID-19, las de ARNm (ARN mensajero) también están creciendo rápidamente.

Hasta ahora, la nanomedicina ha ayudado a detectar de forma más rápida y precisa una patología y ha servido de apoyo fundamental para la liberación de medicamentos en nuestro interior. Pero, ¿y si las nanopartículas también pudieran curarnos? ¿Y si tuvieran efecto terapéutico? Esto no es ciencia ficción. Algunas nanopartículas ya se encuentran en ensayos clínicos de nuevos tratamientos anticancerígenos. En esta línea, existe una técnica denominada hipertemia magnética que trata de matar las células cancerígenas aplicando calor. Para conseguir que este llegue principalmente a las células cancerosas y no a las sanas se emplean nanopartículas magnéticas, principalmente de óxido de hierro. Si situamos nanopartículas magnéticas dentro de un campo magnético se alinearán en el sentido de dicho campo. Si ahora cambiamos el sentido, las nanopartículas girarán con él. Si ese giro se hace de forma continua y rápida, empleando un campo magnético alternante, el giro generará calor en la zona donde las nanopartículas están acumuladas. Este tipo de tratamiento parece prometedor para el cáncer de páncreas (ya se están realizando ensayos en España) y también podría ser eficaz en el cáncer de próstata.

El flujo de artículos científicos y de aplicaciones de la medicina no para de crecer, así que el futuro en este ámbito tiene buen pronóstico. Los retos para la comunidad científica experta en nanomateriales residen en ir de la mano de los profesionales clínicos. También es necesario fomentar la sencillez de los nanomateriales, porque muchas veces las personas que trabajamos en química, tentadas de demostrar la complejidad que pueden alcanzar estos materiales, construimos sistemas con muchos más componentes de los necesarios, y esto puede ser un escollo para las agencias evaluadoras de nuevos fármacos.

* Fernando Herranz es investigador del CSIC en el Instituto de Química Médica (IQM-CSIC) y autor del libro La nanomedicina (CSIC-Catarata).