Archivo de la categoría ‘Biología’

La hipótesis de la abuela: el papel de la menopausia en la evolución humana

Antonio Rosas (CSIC)*

La especie humana cuenta entre sus muchas singularidades con una elevada capacidad reproductiva; y eso a pesar de que nuestro desarrollo individual es muy lento. Los humanos tenemos un largo periodo de crecimiento, con lo que pasan muchos años hasta llegar a la edad adulta. ¡Que se lo digan hoy a algunos padres! Por lo general, en las especies en las que las crías maduran muy despacio, como es el caso de los grandes simios, los intervalos entre nacimientos se alargan mucho, lo que en última instancia se traduce en una baja tasa de reproducción. En las especies cuyos miembros maduran más deprisa, las hembras quedan encintas más rápidamente, con intervalos entre nacimientos más reducidos.

Una simple comparación con nuestros primos evolutivos nos ilustra. Las hembras de los grandes simios (orangutanes, gorilas y chimpancés) comienzan su reproducción a una edad promedio de unos 13 años, mientras que los humanos en las sociedades de cazadores recolectores tienen su primer hijo alrededor de los 18-20 años (en las sociedades modernas esta edad se ha retrasado considerablemente). A su vez, la lactancia de los simios puede llegar hasta ocho largos años, de modo que una hembra no podrá concebir hasta pasado ese tiempo.  Es decir, vienen pocos bebés de chimpancé al mundo.

Según esta lógica, una baja natalidad tendría que ser aún más exagerada en el caso humano, con prolongados intervalos entre nacimientos. Sin embargo, la realidad es bien distinta. En promedio, el periodo de lactancia humana dura entre 2,5 y 3,5 años en sociedades preindustriales. Pasado este tiempo, la fisiología femenina permite reiniciar la ovulación y la mujer puede quedar encinta de nuevo. En las sociedades más avanzadas estos parámetros biológicos se están alterando muy rápidamente por diferentes efectos culturales, los avances médicos y asuntos económicos. Sea como fuere, las densidades de población humana pueden llegar a ser muy elevadas, a pesar de su largo periodo de crecimiento.

¿Qué ha ocurrido en la evolución humana para que se haya acortado tanto el intervalo entre nacimientos? Para dar respuesta a esta pregunta tendremos que dar un rodeo y acabar por entender el significado evolutivo de la menopausia ¡Cosas de la biología!

Los 13 de El Sidrón

Recreación de los 13 individuos neandertales del yacimiento de El Sidrón, en Asturias. © De la exposición ‘Los 13 de El Sidrón’/ Albert Álvarez Marsal

Una característica esencial del ciclo vital humano radica en una larga longevidad, lo que se traduce en que las mujeres presentan un largo periodo de vida tras el cese de su ciclo menstrual. Es decir, la vida femenina continúa durante décadas aun cuando ya no se producen óvulos (las células reproductoras). Esta peculiaridad humana representa una excepción en la naturaleza, tan solo compartida con algunas especies de ballenas. Prácticamente la totalidad de los vertebrados mueren poco después del cese de su función reproductora. Los grandes simios, por ejemplo, llegan a la edad senil en torno a los 40 años y apenas sobreviven a su periodo fértil. Las mujeres –y las hembras de orcas y calderones–, por el contrario, viven muchos años tras la menopausia.

Para los teóricos de la evolución este hecho exige una explicación, ya que los rasgos más característicos de las especies suelen ser adaptaciones resultado de la selección natural. ¿Por qué la longevidad humana ha evolucionado más allá del cese de la fertilidad femenina? Si la menopausia es una adaptación, ¿qué ventaja proporciona? Para explicar la supuesta ventaja selectiva de una duración inusual de la vida post reproductiva se ha formulado lo que se conoce como lahipótesis de la abuela.

Esta hipótesis propone que las hembras en edad post reproductiva (tras la menopausia, cuando ya no pueden tener más hijos) aún pueden fomentar su contribución genética a las generaciones futuras. ¿Cómo? Pues ayudando a la descendencia de sus hijos; es decir, a sus nietos, quienes portarán algunos de los genes de su abuela. La hipótesis de la abuela se fundamenta en el hecho de que con la edad y el deterioro fisiológico la reproducción de las mujeres se hace más costosa. Si en vez de reproducirse, esa energía se desvía en ayudar a los nietos, eso contribuye mejor a asegurar la pervivencia de sus genes. Como refuerzo, la ayuda a los familiares estrecha los lazos sociales y garantiza una mejora en la adquisición de recursos.

Superabuela

‘Superabuela’/Joly Navarro Rognoni, en Abueland, una plataforma con viñetas para reflexionar desde el humor sobre la conciliación y el valor de los cuidados que ejercen los abuelos y las abuelas

Por tanto, la hipótesis de la abuela trata de explicar cómo en circunstancias ecológicas donde los juveniles no pueden obtener sus alimentos de forma eficiente, el cuidado provisto por mujeres en periodo post fértil eleva la tasa de reproducción del grupo. Tal incremento se obtiene al favorecer en las hembras en período fértil el acortamiento del intervalo entre nacimientos. El papel de las abuelas permite a las mujeres jóvenes concentrarse en la cría de los aún lactantes y luego, tras el destete, traer al mundo nuevos hijos, despreocupándose en buena medida del cuidado de los ya creciditos. Volviendo al inicio del artículo, la hipótesis de la abuela ayuda explicar el éxito reproductivo humano a la vez que justifica la gran longevidad humana. Hembras más longevas ayudan a dejar más descendientes portadores de sus genes de modo que aumentan la longevidad de las posteriores generaciones. Así, una larga supervivencia post reproductiva es favorecida por la selección natural.

A una escala más cercana, en los últimos tiempos hemos presenciado cómo la contribución de los abuelos a la crianza de los hijos es manifiesta. Sobre ellos reposa, a veces con un claro sesgo abusivo, la carga de los nietos. Para colmo, en la última gran crisis económica a principios del siglo XXI la contribución de la pensión de los abuelos a la economía de los hijos se ha revelado como fundamental, siendo lógicamente los nietos los grandes beneficiarios. Queda demostrado que en todas las escalas: la evolutiva, la social y la económica, los abuelos y las abuelas son agentes esenciales de la biología y la cultura humana.

*Antonio Rosas es director del grupo de Paleoantropología del Museo Nacional de Ciencias Naturales del CSIC.

 

 

¿Nos encaminamos hacia la sexta extinción?

Por Mar Gulis (CSIC)

“El 25% de las especies de la Tierra desaparecerá en las próximas décadas si el cambio climático persiste. Es decir, en función de las emisiones y del grado de calentamiento global, perderemos de 500.000 a un millón de especies de animales y plantas”. Esta es la respuesta de la bióloga evolutiva Isabel Sanmartín, investigadora en el Real Jardín Botánico (RJB-CSIC), a la pregunta de si hay evidencias científicas suficientes para predecir el impacto del aumento de las temperaturas sobre la biodiversidad.

Invernadero del Real Jardín Botánico del CSIC / Irene Lapuerta

A partir del análisis de fósiles y de reconstrucciones de ADN, Sanmartín investiga cómo se adaptaron las plantas en el pasado a las variaciones climatológicas. Esas indagaciones le dan pistas para entender lo que sucede en el presente y vislumbrar qué sucederá en el futuro. Y las evidencias se acumulan: “El calentamiento global se está produciendo tan rápido que es muy difícil que las especies consigan adaptarse”, señala. Ahí están los datos: “Por ejemplo, en los bosques tropicales, donde vive el 50% de los organismos de la Tierra, calculamos que desaparecerá el 45% de las plantas”.

El aumento de la temperatura y la destrucción de hábitat, en gran medida provocados por la actividad humana, son las principales causas de esta pérdida de biodiversidad que ya se denomina “sexta extinción masiva”, afirma la bióloga.

Las variaciones del clima no son algo nuevo. A lo largo de la historia de la Tierra, factores geológicos como la tectónica de placas han generado cambios climáticos. Las reconstrucciones paleoclimáticas realizadas permiten afirmar que “cuando los continentes estaban juntos, en Pangea, el clima era árido y frío; en cambio, cuando se separaron el clima se hizo tropical. Eso se ve a lo largo de los últimos 600 millones de años”, explica Sanmartin.

¿Qué es entonces lo que hace que el actual calentamiento global dispare las alarmas en la comunidad científica? Básicamente, la velocidad a la que se producen estos cambios y lo que ello implica. “Quizá lo más relevante de esta era del Antropoceno es precisamente lo distinta que es de otras extinciones masivas que se han producido antes. En los cambios climáticos producidos por el movimiento de los continentes, los tiempos son geológicos; estamos hablando de varios de millones de años. El Antropoceno son [como mucho] 10.000 años, desde la aparición de la agricultura, y sin embargo la tasa de extinción de fondo –el número de extinciones por millón de especies por año (background extinction)– ha aumentado entre 100 y 10.000 veces”, detalla Sanmartin.

Más allá del impacto ambiental, la desaparición de tantas especies afectará directamente a la agricultura y por tanto a la obtención de alimentos para el sustento humano, pero también a la economía o incluso a la aparición de conflictos entre comunidades. La Plataforma Intergubernamental de Ciencia y Política sobre Biodiversidad y Servicios de los Ecosistemas (IPBES) de la ONU advierte que estamos ante la primera gran extinción causada por el ser humano, y desde distintos foros científicos, personal investigador de todo el mundo acumula conocimiento y plantea soluciones a este problema.

La pérdida de biodiversidad es uno de los grandes desafíos asociados al cambio global, entendido este como el conjunto de impactos medioambientales provocados por la actividad humana. En el CSIC queremos divulgar lo que dice la ciencia respecto a esta cuestión. Con ese objetivo hemos creado el espacio ‘Científicas y Cambio Global’, donde entrevistamos a Isabel Sanmartin y otras investigadoras que, desde muy diversas disciplinas, tratan de comprender el alcance de este fenómeno, sus causas, sus efectos y qué podemos hacer para afrontarlo.

Científicas y Cambio Global cuenta con la colaboración de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología – Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades.

‘Regnum vegetabile’: una curiosa fusión de botánica y arte te espera en el Real Jardín Botánico

Por Mar Gulis (CSIC)

El 13 de agosto de 1785 llegó a la costa bilbaína, procedente de Holanda, el navío San Gabriel. El barco transportaba un peculiar tesoro: 160 carpetas con dibujos que había adquirido el Reino de España en una subasta pública. Cuidadosamente empaquetadas y distribuidas en 16 cajones, las obras llegaron a Bilbao intactas y fueron trasladadas al Real Gabinete de Historia Natural de Madrid, que había abierto sus puertas al público en 1776.

¿Qué contenían exactamente aquellas carpetas? Más de 8.000 ilustraciones y grabados de todas las especies botánicas conocidas en aquella época. Las piezas procedían de la colección del médico y naturalista Jan le Francq van Berkhey (Leiden, 1729-1812). Hijo del tratante de lana Evert Le Francq y de Maria Berkhey, este holandés, a quien le apasionaba el dibujo científico y los gabinetes zoológicos y de curiosidades, fue coleccionando a lo largo de 40 años un conjunto de obras realizadas entre los siglos XVI – XVIII. Las piezas, ejecutadas en su mayor parte con acuarela y sobre papel de alta calidad, procedían de distintos países y algunas de ellas estaban firmadas por famosos ilustradores botánicos, como Georg Dyonisius Ehret, Pieter Holsteyn, Johann Michael Seligmann y Johann Mätthaus Meriam, entre otros. Ahora, una selección de aquel tesoro artístico-botánico puede contemplarse en el Real Jardín Botánico (RJB-CSIC) hasta el próximo 8 de diciembre. Pero sigamos con la historia de esta singular colección.

 

Una de las ilustraciones que integran la exposición ‘Regnum vegetabile’ del Real Jardín Botánico

Van Berkhey pretendía reunir, de forma ordenada y sistemática, ilustraciones de las especies del mundo conocido y crear un gran Atlas donde estuvieran representadas todas ellas. Ese afán le llevó a coleccionar no solo pinturas, también minerales, fósiles, piedras preciosas, libros, manuscritos, cuadros, monedas o medallas. ¿Cómo fueron a parar a España? Ese año de 1785, el Cónsul General de España en Ámsterdam, Ignacio Jordán de Asso y del Río (1742-1814), escribió al conde de Floridablanca, ministro del rey Carlos III, informándole de que la colección de un conocido médico y naturalista holandés iba a ser subastada. Debido a su interés artístico y científico, el Cónsul recomendaba que el Real Gabinete de Historia Natural de Madrid comprase la colección. La diplomacia se puso en marcha. Floridablanca comentó el plan a Pedro Franco Dávila, un sabio naturalista español que, entusiasmado con la idea de incorporar ese patrimonio, animó a la compra. Así, el Cónsul General Asso terminó adquiriendo las 160 carpetas que arribaron a la costa bilbaína a bordo del San Gabriel.

Con el tiempo, la colección Van Berkhey terminó repartida entre el Real Jardín Botánico y el Museo Nacional de Ciencias Naturales -curiosamente, dos centros de investigación del CSIC-, donde permanece. Ahora, el original tesoro se exhibe por primera vez en Madrid, en el Pabellón Villanueva del Jardín Botánico, en forma de exposición. Bajo el título Regnum vegetabile [reino vegetal], la muestra reúne una selección de 94 piezas que incluyen dibujos, estampas, libros, cajas originales y plantas secas. Más allá de su valor estético, las obras reflejan el saber científico del siglo XVIII en el campo de la botánica. Además de representar la fisiología de las plantas de África, América, Europa y Asia, los dibujos muestran la convivencia entre antiguos y nuevos sistemas de clasificación de especies, que cristalizarían en la adopción generalizada, ya avanzado el siglo XVIII, del modelo ideado por el sueco Carlos Linneo.

Actualmente se conservan 1.646 dibujos y grabados atesorados por Van Berkhey en el archivo del Real Jardín Botánico. Recuerda: hasta el 8 de diciembre puedes disfrutar de las 94 piezas seleccionadas que componen esta exposición.

¿Qué sabemos del cambio climático? Respuestas científicas a 5 preguntas frecuentes

Por Armand Hernández (CSIC)*

Aunque ha habido muchos cambios climáticos a lo largo de la historia de nuestro planeta, sabemos que ahora la Tierra se está calentando a un ritmo sin precedentes.  Ya no hay duda de que el cambio climático actual es un hecho reconocido por la ciencia. Sin embargo, la sociedad sigue haciéndose preguntas al respecto. En este post respondemos a algunas de las más frecuentes.

¿Cómo sabemos que el clima está cambiando?

 Los registros instrumentales a nivel global nos muestran que estamos experimentando las temperaturas más altas desde que se empezaron a medir hace algunos siglos. Diecisiete de los dieciocho años más cálidos desde que existen registros instrumentales se han producido durante el siglo XXI. Además, las observaciones indirectas de registros naturales como el hielo de los casquetes polares, las estalagmitas, los anillos de los árboles, los corales y los sedimentos marinos y lacustres sugieren que este calentamiento no tiene precedentes en los últimos cientos de miles de años.

Gráfica calentamiento

Temperaturas globales anuales entre 1850 y 2017. La escala de colores representa el cambio en las temperaturas en un rango de 1.35°C. / Autor: Ed Hawkins (University of Cambridge). Datos: HadCRUT4 (Climatic Research Unit-University of East Anglia y Hadley Centre-Met Office).

¿Qué está causando el cambio climático actual?

La fuente principal de la energía que consumimos en la actualidad proviene de combustibles fósiles como el carbón, el petróleo y el gas, que producen emisiones de gases de efecto invernadero.

Cuando la comunidad científica trata de reproducir el calentamiento global actual con modelos climáticos, solo se obtienen resultados satisfactorios si se tienen en cuenta las concentraciones de gases de efecto invernadero procedentes, principalmente, de la quema de combustibles fósiles. De esta manera, se descarta que esta tendencia sea causada sólo por procesos naturales.

¿Qué va a pasar?

Con el aumento de la temperatura global, podemos esperar cambios más rápidos y de mayor magnitud en el medio ambiente, con diversas implicaciones para las diferentes regiones del planeta.

El deshielo en los polos, así como la expansión del agua debido a las mayores temperaturas, provocarán un aumento del nivel del mar, que se prevé que alcanzará más de 1 metro a finales del siglo XXI. Esto es muy importante, ya que la mayor parte de la población mundial vive en zonas costeras.

También se espera que los fenómenos climáticos extremos se hagan más frecuentes, duraderos, intensos y devastadores. Una consecuencia de todos estos cambios podría ser un aumento de los movimientos migratorios y la generación de una inestabilidad geopolítica creciente.

¿Cuánto tiempo tenemos hasta que el cambio climático sea irreversible?

Es casi imposible saber cuánto tiempo nos queda para que el cambio climático sea irreversible. En realidad, algunos de los impactos causados por el cambio climático ya no tienen vuelta atrás, mientras que otros se reducirían si se detuvieran de inmediato las emisiones de gases de efecto invernadero de origen humano.

Según el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático de las Naciones Unidas (IPCC, siglas en inglés), deberíamos reducir a la mitad las emisiones de dióxido de carbono para el año 2030 y alcanzar el “cero neto” para el año 2050, para así poder mantener el calentamiento global en 1,5 °C a finales del siglo XXI.

Esto es importante, ya que mantener el aumento de la temperatura global por debajo de 2°C es vital para reducir los impactos asociados a los efectos de larga duración, como la pérdida de algunos de los ecosistemas más sensibles (los arrecifes coralinos, por ejemplo) o la capacidad de cultivar ciertos alimentos básicos, como el arroz, el maíz o el trigo.

Estas y otras preguntas, así como sus respuestas, las puedes encontrar en el audiovisual “Climate Change: the FAQs” elaborado por un grupo de científicos/as internacionales (entre los que se encuentran dos integrantes del CSIC) para resolver las dudas planteadas por estudiantes de secundaria y bachillerato.

¿Qué están haciendo las instituciones al respecto?

A menudo se hace hincapié en que los pequeños cambios, como por ejemplo el uso del transporte público o la bicicleta, pueden ayudar a reducir las emisiones de CO2. Sin embargo, para que estas acciones sean suficientes, deben ir acompañadas de cambios drásticos en los sistemas de producción y consumo promovidos por los gobiernos e instituciones a nivel internacional.

La Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (CMNUCC) es el principal acuerdo internacional sobre el clima. Entró en vigor en el año 1994 como medio de colaboración entre los países para limitar el aumento de la temperatura mundial y hacer frente a sus consecuencias.

Veinte años después, en el famoso Acuerdo de París 2015, y siguiendo las directrices del IPCC, se alcanzó un consenso político mundial para detener el incremento de temperaturas por debajo de los 2ºC respecto a los niveles preindustriales. En virtud de ese acuerdo, cada país decide su contribución a la mitigación del calentamiento global. Como no existe ningún mecanismo que obligue a un país a fijar o cumplir objetivos específicos en fechas concretas, el acuerdo tiene un impacto limitado.

A modo de ejemplo tenemos los resultados de la reciente Cumbre sobre la Acción Climática de las Naciones Unidas, en la que sólo 77 países se comprometieron a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero a “cero neto” para el año 2050. Además, únicamente 70 países anunciaron que impulsarán sus planes de acción nacionales para 2020 (en el marco del Acuerdo de París) o que han comenzado el proceso para hacerlos realidad.

Si es suficiente o no, sólo el futuro nos los dirá, pero de lo que no hay duda es que nos enfrentamos a un reto global sin precedentes.

 

* Armand Hernández (@armandherndz) es paleoclimatólogo e investigador en el Instituto de Ciencias de la Tierra Jaume Almera del CSIC.

¿Qué son las “enzimas promiscuas”?

Por Francisco J. Plou (CSIC)*

Las enzimas son catalizadores biológicos, o biocatalizadores, responsables de regular y acelerar de forma sustancial la velocidad de las reacciones químicas en los seres vivos. Trabajos de los químicos estadounidenses Sumner y Northrop (ambos compartieron Premio Nobel de Química en 1946, junto con Stanley) permitieron determinar que las enzimas eran proteínas. Por tanto, al igual que estas últimas, las enzimas están formadas por aminoácidos y juegan un papel crucial en casi todos los procesos biológicos. El potencial químico de un ser vivo queda definido por su información genética, y las enzimas son las entidades biológicas que convierten dicha información en acción. Dicho de otro modo, las enzimas son proteínas que incrementan la velocidad de una reacción química sin consumirse y recuperándose sin cambios esenciales. Así, las enzimas son muy eficaces y específicas, ya que cada una está especializada en procesar una reacción concreta.

En esta imagen de microscopía electrónica de barrido se pueden observar tres enzimas distintas formando complejos cristalinos con fosfato de cobre. Los complejos de proteína y sal crecen formando estructuras semejantes a algunas flores. / David Talens Perales (IATA-CSIC). FOTCIENCIA16

En esta imagen de microscopía electrónica de barrido se pueden observar tres enzimas distintas formando complejos cristalinos con fosfato de cobre. Los complejos de proteína y sal crecen creando estructuras semejantes a algunas flores. / David Talens Perales (IATA-CSIC). FOTCIENCIA16

En los últimos años, un nuevo concepto, que se contrapone a esta especificidad de las enzimas, ha adquirido un notable protagonismo: la promiscuidad. Este término nos puede evocar a relaciones poco estables o “de flor en flor” entre personas, pero también se ha he­cho un hueco en el ámbito de la bioquímica, si bien suele utilizarse en su lugar el concepto más académico de “amplia especificidad”. En el metabolis­mo cada enzima se ha especializado, a través de la evolución, en una determinada reacción química, para lo que es necesa­rio que la enzima reconozca un sustrato muy concreto. Este es el caso de la glucosa oxidasa, una enzima que solo reconoce a la glucosa y se muestra indiferente con azúcares muy similares como la galactosa o la fructosa. Por ello tiene múltiples aplicaciones en biotecnología, entre las que destaca el poder cuantificar la glucosa libre en los fluidos biológicos (sangre y orina), base de los biosensores de las personas diabéticas. Sin embargo, cada año se publican nuevos artículos en los que se reseña cómo una enzima es capaz de aceptar sustratos alternativos al original (lo que se denomina “promiscuidad de sustrato”) o, lo que resulta mucho más rompedor, catali­zar otro tipo de transformaciones químicas (lo que se conoce como “promiscuidad catalítica”). La mayoría de enzimas, entonces, son promiscuas.

¿De dónde proviene esta propiedad? Se cree que las enzimas actuales han evolucionado a partir de enzimas ancestrales que mostraban una gran promiscuidad, esto es, las primeras enzimas eran generalistas y realizaban por tanto funciones muy diversas. Así, las células no podían gastar energía en producir enzimas especializadas y preferían en­zimas multifunción, como esos sacacorchos que, además de permitirnos abrir una botella de vino, incluyen una pequeña navaja y un sinfín de accesorios. Pero con el tiempo fue nece­sario dotar a las enzimas de mayor actividad catalítica y espe­cificidad, como laboriosa “mano de obra” cada vez más especializada y eficaz. Parece ser una consecuencia evidente de la divergencia evolutiva.

Estos conceptos chocan de frente con los descritos en uno de los libros más vendidos sobre estas cuestiones en los últimos años, La enzi­ma prodigiosa, del médico Hiromi Shinya. El autor señala, con poca base científica, que en nuestro organismo “hay una enzima madre, una enzima prototipo, sin especialización. Hasta que esta enzima madre se convierte en una enzima específica como respuesta a una necesidad particular, tiene el potencial de convertirse en cual­quier enzima”.

La Mata Hari de las enzimas

Pero sigamos con nuestras enzimas promiscuas. Desde el punto de vista aplicado, la promiscuidad de sustrato presenta connotaciones de gran interés. Por un lado, para ciertos usos es deseable que las enzimas sean poco es­pecíficas. Nos referimos, por ejemplo, a su empleo en deter­gentes, donde una lipasa debe atacar cuantos más tipos de manchas de grasa, mejor, o a su utilización en descontaminación, en la que una oxidorreductasa es preferible que oxide el mayor número posible de compuestos recalcitrantes.

En cuanto a la promiscuidad catalítica, que implica que una misma enzima es funcional en reacciones que pertenecen a varias de las seis clases descritas en el cuadro de la imagen (tabla 1), es notorio el caso de la lipasa B de la levadura Candida an­tarctica. Esta enzima, a la que podríamos denominar la Mata Hari de la enzimología, se ha convertido en uno de los bio­catalizadores con mayores aplicaciones industriales. Por citar algunas: cataliza reaccio­nes diversas que incluyen la hidrólisis e interesterificación de grasas, la obtención de poliésteres, la síntesis de amidas, reso­luciones racémicas, condensaciones aldólicas, epoxidaciones y la reacción de Mannich, que se usa por ejemplo para sintetizar fármacos, entre otras cosas. Como señalan algunos científicos, “es el momento de investigar nuevas re­acciones para viejas enzimas”. Con ello aumentarán las posibilidades catalizadoras de las enzimas.

 

* Francisco J. Plou es investigador en el Instituto de Catálisis y Petroleoquímica del CSIC y autor del libro ‘Las enzimas’ (Editorial CSIC  Los Libros de la Catarata).

Cremas solares: ¿una amenaza para el Mediterráneo?

Por Antonio Tovar (CSIC)*

¿Sabías que España es, sólo por detrás de Francia, el segundo destino mundial en cuanto a visitantes extranjeros? Cada año batimos nuestro récord, con 82,6 millones de visitantes en 2018, casi el doble de la población española. La mayoría buscan un turismo de sol y playa: cerca de la mitad se concentran en las zonas costeras, muy particularmente en la costa mediterránea durante los meses de verano. Si contamos los turistas que reciben otros países del área (por ejemplo, Italia, Francia, Turquía, Grecia, Croacia o Marruecos) veremos que en 2016 se alcanzaron en el Mediterráneo 329,2 millones de visitas, cifra equivalente a la población del tercer país más poblado del mundo, Estados Unidos. Esta afluencia afecta positivamente a la economía de estos países –la actividad turística generó a la Unión Europea 1,1 billones de euros durante 2016–, pero supone también un impacto en el medio ambiente, especialmente en el medio marino, que requiere de una urgente atención.

Crema solar

Entre los múltiples impactos que tiene el turismo sobre los mares, la contaminación por el uso de las cremas solares está recibiendo especial atención de la comunidad científica, ya que nos encontramos ante un problema de alcance global. Las pruebas que sustentan esta afirmación son:

  • La creciente preocupación en las últimas décadas sobre los riesgos asociados con la exposición de la piel a la radiación ultravioleta (UV) se traduce en un incremento en el uso de protectores solares. Estos productos acaban en el mar, bien durante el baño o indirectamente a través de las plantas de aguas residuales.
  • El aumento del turismo de sol y playa lleva aparejado un incremento del consumo de cosméticos. De hecho, el valor de los protectores solares en el mercado alcanzó en 2018 los 7.350 millones de euros y se pronostica que llegará a los 10.430 millones de euros en 2025.
  • Se trata de cosméticos en cuya formulación se incluyen multitud de ingredientes químicos, no todos específicamente indicados en sus etiquetas.
  • Estudios científicos recientes han demostrado la toxicidad de las cremas solares en su conjunto o de alguno de sus ingredientes (como el dióxido de titanio, el óxido de zinc, o la oxibenzona) sobre organismos del ecosistema marino (microalgas, mejillones, erizos, crustáceos, peces, corales, etc.).
  • Se han encontrado ingredientes químicos usados en la formulación de las cremas solares en multitud de animales, como peces, delfines o huevos de aves, y en lugares muy remotos del planeta, como la Antártida.

Todo apunta, por tanto, a que nos encontramos con un problema real, de alcance global y con efectos de magnitud aún desconocida. Ante tales ‘pistas’, algunos gobiernos ya han adoptado medidas sin precedentes para tratar de proteger sus ecosistemas. Así, el estado de Hawái (Estados Unidos) aprobó en 2018 una ley para prohibir la venta y distribución de protectores solares que contengan entre sus ingredientes oxibenzona y sus derivados, que resultan tóxicos para los corales. En el mismo año, y por el mismo motivo, el archipiélago de Palaos (Micronesia) aprobó una ley para prohibir por completo el uso de cremas solares, convirtiéndose en el primer país del mundo en adoptar dicha medida. Sin embargo, existen otras zonas del planeta, como el Mediterráneo, donde el problema puede estar especialmente magnificado, y donde no se ha adoptado ninguna medida encaminada a evaluar o minimizar el impacto de las cremas solares en sus ecosistemas marinos.

Punto caliente de biodiversidad

A pesar de que este impacto no ha sido aún evaluado, el Mediterráneo presenta una serie de características físicas, químicas, biológicas y socioeconómicas que hace que sus ecosistemas sean, desde el punto de vista de la contaminación, unos de los más amenazados del mundo.

Este mar es una cuenca semi-cerrada donde la pérdida de agua por evaporación supera la entrada por precipitaciones y descargas de los ríos. Esto genera un déficit hídrico que se compensa parcialmente con un intercambio limitado de agua con el océano Atlántico a través del Estrecho de Gibraltar (de tan solo 12,8 km de ancho y unos 300 metros de profundidad), y que es la única conexión con el océano abierto. Todo ello hace que la renovación del agua del Mediterráneo sea mucho más lenta que la de cualquier otra zona oceánica, y por tanto el efecto de cualquier contaminante, como podrían ser las cremas solares, permanezca en sus aguas durante más tiempo.

Posidonia

Posidonia oceanica. / Alberto Romeo (CC BY-SA 2.5).

Con más de 17.000 especies marinas, el Mediterráneo es uno de los puntos calientes de biodiversidad del planeta, con especies endémicas de gran valor ecológico y muy sensibles a la contaminación, como las praderas de Posidonia oceanica. A pesar de su riqueza biológica, es un mar oligotrófico, es decir, su producción primaria es muy baja como resultado de la escasa concentración de determinados nutrientes disueltos en sus aguas, principalmente el fósforo. Esta característica confiere a sus aguas un aspecto azulado y cristalino.

Además tiene una media de 250 días de sol al año, el clima es suave y húmedo durante el invierno, y cálido y seco durante el verano. Todo esto, junto con un rico patrimonio cultural y una situación sociopolítica favorable, crea en las regiones costeras mediterráneas un escenario idílico que atrae a millones de turistas cada año.

Nos encontramos, por tanto, ante una región que recibe de manera masiva turistas atraídos en buena parte por las características medioambientales y ecológicas del medio. Esto genera una gran riqueza económica, pero a la vez perjudica y amenaza los recursos ambientales. Es una responsabilidad de los gobiernos buscar alternativas que garanticen un turismo sostenible que priorice la conservación de los ecosistemas y evitar que el crecimiento turístico del que presumimos se convierta en víctima de su propio éxito. La búsqueda de dichas alternativas requiere ineludiblemente de la cooperación entre la comunidad científica, empresas cosméticas y farmacéuticas, gestores ambientales y políticos.

 

* Antonio Tovar es investigador en el Instituto de Ciencias Marinas de Andalucía, del CSIC.

Blockchain, tierras raras, aceleradores de partículas… El CSIC lleva la actualidad científica a la Feria del Libro

Por Mar Gulis (CSIC)

¿Sabes cómo funcionan el bitcoin y otras criptomonedas? Si quieres algunas pistas, el martes 11 de junio en la Feria del Libro de Madrid David Arroyo, Jesús Díaz y Luis Hernández presentarán su libro Blockchain. Los autores explicarán al público los entresijos de esta tecnología y sus aplicaciones en la denominada criptoeconomía.

Como cada año, investigadores e investigadoras del CSIC acudirán a esta emblemática cita para dar a conocer los últimos libros publicados en las colecciones ‘¿Qué sabemos de?’ y ‘Divulgación’ (CSIC-Catarata), que acercan la ciencia al público general. El mismo día 11, además de criptoeconomía, se hablará del futuro de la óptica; el LHC, el mayor acelerador de partículas del mundo; y las tierras raras, 17 elementos químicos omnipresentes en las sociedades tecnológicamente avanzadas y, sin embargo, poco conocidos.

El 12 de junio, la investigadora Pilar Ruiz Lapuente se ocupará de la energía oscura, del posible final “frío y estéril” del cosmos y de otras cuestiones relacionadas con la astrofísica que aborda en su libro La aceleración del universo. En la misma jornada tendrán cabida temas como la tabla periódica de los elementos químicos, el albinismo y otras mutaciones genéticas o el papel de las áreas protegidas en la sostenibilidad ambiental.

En total, el CSIC y la editorial Los Libros de la Catarata, presentarán ocho obras de divulgación a través de las intervenciones de sus propios autores.

Estas son las coordenadas

Las presentaciones se realizarán los días 11 y 12 de junio, a partir de las 12:30 horas, en el Pabellón Bankia de Actividades Culturales, situado en las proximidades de los jardines de Cecilio Rodríguez del parque de El Retiro. De acceso libre, estas citas son una oportunidad para escuchar y plantear preguntas a los protagonistas de la ciencia.

Quienes busquen actividades para público más joven, el sábado 8 de junio tienen además una cita en el Pabellón infantil. Allí, investigadores del CSIC que han participado en la obra Descubriendo la luz. Experimentos divertidos de óptica realizarán demostraciones para niños y niñas. Las sesiones, de entrada libre y una duración de 15 minutos, se prolongarán desde las 12:30 hasta las 15:00 horas.

Y si la prioridad es llevarte tu libro con dedicatoria incluida, pásate por la caseta del CSIC (número 19) o la de Los Libros de la Catarata (número 336). Durante toda la feria, los autores de las novedades editoriales estarán en firmando ejemplares.

La información de las firmas se puede consultar aquí.

25.000 especies están amenazadas: ¿cómo nos afecta esta pérdida de biodiversidad?

Por Mar Gulis (CSIC)*

Cerca de 25.000 especies están amenazadas por el cambio global causado por el ser humano. Más concretamente, el cambio climático amenaza la extinción de entre el 15 y el 37% de todas las especies terrestres de aquí a 2050. Estas son algunas de las cifras que recoge el libro colectivo Cambio global. Una mirada desde Iberoamérica, una publicación de LINCglobal en la que han participado una decena de investigadores e investigadoras del CSIC.

Las cascadas de Houpeton (Australia), póximas al Otway National Park, forman parte de un entorno de extraordinario valor ecológico por su gran biodiversidad. / David Iliff

La comunidad científica coincide en que vivimos en un periodo de extinción masiva de especies. Esta pérdida de biodiversidad es una de las consecuencias más perniciosas del denominado cambio global, referido al conjunto de transformaciones que la actividad humana está provocando a escala planetaria, y que ha llevado a algunas voces expertas denominar al actual momento como la Era del Antropoceno.

Pero este proceso comenzó hace mucho tiempo. Como explica el libro, “en los últimos 11.000 años (…), la humanidad se ha venido apropiando, de forma creciente y continuada, de los recursos biológicos y de la productividad natural de la tierra y el mar, para generar crecimiento y expandir las civilizaciones”. Como resultado, más de la mitad de la superficie habitable de la tierra ha sido significativamente modificada por la actividad humana. Hemos alterado la naturaleza, y por tanto la biodiversidad, a través de la agricultura, la silvicultura y la pesca; la sobreexplotación de las especies de valor comercial; la destrucción, conversión, fragmentación y degradación de hábitats; la introducción de especies exóticas; la contaminación del suelo, el agua y la atmósfera, etc. Nuestro modelo de “desarrollo” es insostenible, pues se apoya en la explotación de recursos naturales y en la generación de todo tipo de desechos sobre los sistemas naturales. Esa actividad frenética va acompañada de una mayor producción y consumo de energía, un aumento de contaminantes y un incremento de las temperaturas.

Las deforestaciones realizadas en la Amazonía ponen en peligro a muchas especies que habitan en esta región. / Aaron Martin

Pero, ¿qué efectos tiene la pérdida de la biodiversidad para la humanidad? Este concepto va mucho más allá de la diversidad de especies; se refiere a todas las variaciones de las formas de vida en una determinada región, lo que incluye también la diversidad genética, de formas, de atributos funcionales, de interacción entre especies e incluso de ecosistemas. Por ello, la pérdida de biodiversidad, en  cualquiera de sus formas, tiene consecuencias muy perjudiciales para la humanidad a corto y a largo plazo. Sectores como la producción de alimentos, el suministro de agua potable y la producción de medicamentos dependen directamente de la biodiversidad y los servicios ecosistémicos. Por ejemplo, la sobreexplotación de los océanos puede poner en peligro la pesca y afectar a la soberanía alimentaria de muchas comunidades, como sucede en la costa chilena, donde las pesquerías están prácticamente en colapso. También la deforestación y consiguiente pérdida de los bosques promueve la concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera y puede alterar el ciclo hidrológico. Esta situación se observa en la Amazonía a través de los llamados ‘ríos voladores’, expresión que alude al vapor de agua generado por el bosque y que regula la precipitación en diferentes regiones del continente. Dicha regulación garantiza a su vez el agua necesaria para el consumo humano, la agricultura, la ganadería y la electricidad, de ahí que la pérdida de diversidad biológica sea tan nociva.

Junto a lo anterior, la obra se refiere a los efectos en el ecoturismo. Esta actividad, importante fuente de riqueza para muchas regiones, puede comprometerse si se pierde biodiversidad y se degradan los paisajes. Lógicamente, el deterioro del sector conllevaría la destrucción de empresas y puestos de trabajo relacionados con el turismo sostenible.

Aunque aún no conocemos el papel exacto de la biodiversidad en el mantenimiento de los procesos ecológicos, el debate científico en torno a esta cuestión se ha intensificado. Tanto es así que la ONU ha declarado el 22 de mayo Día Internacional de la Diversidad Biológica.

Como señala la obra Cambio global. Una mirada desde Iberoamérica, “asignar un valor a la biodiversidad no es sencillo, no podemos establecer un valor monetario, pero sin ninguna duda su mantenimiento y conservación son esenciales para el bienestar humano en el planeta”.

LiquenCity: busca líquenes urbanitas y conoce la calidad del aire de tu ciudad

Por Mar Gulis (CSIC)

La clasificación de los líquenes fotografiados es la base de este proyecto de ciencia ciudadana.

“En 1866, William Nylander fue el primer investigador que observó la desaparición de los líquenes según se adentraba en el centro de París durante el auge de la revolución industrial”, señala la web del proyecto LiquenCity. En efecto, durante décadas la comunidad científica ha utilizado los denominados epífitos, que crecen en la corteza de los árboles, para conocer el grado de contaminación atmosférica.

¿Por qué los líquenes? Estos organismos, formados por la unión simbiótica de un hongo y, al menos, un organismo fotosintético (un alga verde o una cianobacteria), son muy sensibles a los cambios ambientales en general y a la contaminación atmosférica en particular; por eso son buenos bioindicadores. “A diferencia de las plantas, no tienen estructuras activas para regular la entrada y salida del agua y los gases del aire, por lo que las sustancias que hay en la atmósfera, entre ellas las contaminantes, se acumulan fácilmente en su interior. Esto provoca síntomas de deterioro mucho más rápido que en otros organismos, lo que les convierte en excelentes centinelas de problemas potenciales para nuestra salud”, explica la misma web. De hecho, “se han publicado más de 2.000 trabajos científicos basados en el uso de líquenes como bioindicadores de la calidad del aire y los niveles de contaminación por dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno, metales pesados… en los 5 continentes”.

Si te interesa saber cuál es la calidad del aire de tu ciudad o cómo varía de unos distritos a otros, quizá puedas participar en LiquenCity. En este proyecto de ciencia ciudadana, cuyo investigador principal es el liquenólogo Sergio Pérez Ortega, cualquiera puede identificar líquenes urbanos que servirán después para medir la contaminación atmosférica.

El equipo que impulsa la iniciativa, del Real Jardín Botánico (RJB) del CSIC y el Nodo Nacional de Información de la Biodiversidad (GBIF), trabaja bajo la hipótesis de que, tras analizar los datos recopilados, se confirmará que cuanta mayor diversidad de líquenes se observe en un área, mejor será la calidad del aire, y viceversa. Sin embargo, no todas las especies de líquenes tienen la misma sensibilidad hacia la contaminación. Algunas desaparecen al menor atisbo de polución en el aire, mientras que otras son capaces de medrar en áreas muy contaminadas. De momento, LiquenCity se basa en una selección de especies que viven en Madrid y Barcelona con distinta resistencia a la contaminación.

¿Cómo puedes participar?

Dos estudiantes toman una muestra de líquen.

Muestrear líquenes es sencillo. Solo tienes que buscarlos en los troncos de los árboles de tu ciudad, hacerles una foto y colgarla en Natusfera a través de su página web o la app móvil. La comunidad de Natusfera –que incluye a expertos del RJB y de la Universidad de Barcelona– te ayudará a identificar la especie que hayas visto. El proyecto se ha diseñado para que la ciudadanía, de forma voluntaria, realice el monitoreo de los líquenes. Acompañados por alguien experto, los participantes, lupa en mano, acuden a un punto de la ciudad para buscar ejemplares y obtener muestreos en distintas zonas. De momento, LiquenCity se ha centrado en el ámbito educativo: desde el pasado octubre, esta iniciativa se ha presentado en más de 50 centros escolares, donde ha llegado a más de 2.000 estudiantes que han realizado unas 4.000 observaciones. Estos datos se han volcado en Natusfera y han permitido identificar más de 30 especies de líquenes.

También se busca la participación del público general. Por ejemplo, en Madrid LiquenCity ha reunido a grupos de 50 personas de diversos perfiles en la Casa de Campo y el Parque del Oeste para que, durante unas horas, se convirtieran en ‘buscadoras de líquenes’.

Ahora el proyecto está en la segunda fase, que consiste en analizar la información recopilada para elaborar mapas de contaminación de varios distritos de Madrid y Barcelona. Estos mapas se basarán en el cruce de datos sobre la diversidad de líquenes detectada y los niveles de contaminación registrados por los medidores que gestionan los respectivos ayuntamientos. Uno de los objetivos de LiquenCity es dar recomendaciones para que se adopten medidas que mitiguen la contaminación en las zonas más afectadas.

Si te interesa lo que has leído hasta ahora, echa un ojo a la web del proyecto. En los próximos meses, el equipo de LiquenCity pretende ampliar su radio de acción, así que previsiblemente se necesitarán más personas dispuestas a detectar líquenes urbanitas en otras ciudades como Zaragoza, Pontevedra, Pamplona y Oviedo.

Esta iniciativa cuenta con el apoyo de la FECYT, y en ella participan también el Instituto de Ciencias del Mar (ICM-CSIC), el Centro de Investigación Ecológica y Aplicaciones Forestales (CREAF) y el Instituto de Investigación de la Biodiversidad (IRBio-UB), todos en Barcelona.

Canibalismo… y otras formas de interacción galáctica

Por Mariano Moles y Mar Gulis (CSIC)*

Las galaxias son sistemas de estrellas, gas y polvo encerrados en un enorme halo de materia oscura. La mayoría de ellas forman sistemas múltiples en los que viven y evolucionan. De hecho, es complicado encontrar galaxias verdaderamente aisladas, es decir, que hayan evolucionado fuera de la influencia de otras, al menos durante los últimos dos mil millones de años. La interacción de las galaxias con otras del entorno, aun si esta no es violenta ni destructiva, juega un papel esencial en sus propiedades.

Vamos a considerar tres situaciones que nos permiten visualizar, brevemente, lo que puede significar esta interacción gravitatoria para la evolución de las galaxias.

Interacción secular

En las regiones externas de los cúmulos de galaxias o de grupos dispersos, la interacción entre galaxias no es en general violenta sino que va actuando a lo largo del tiempo, produciendo transformaciones paulatinas. Incluso las galaxias que están en situación de interacción suave presentan propiedades claramente distintas a las de las galaxias aisladas en las masas, los tamaños e incluso los colores fotométricos. Las galaxias aisladas son más pequeñas, menos masivas y más azuladas.

Galaxy Cluster Abell 1689. Los cúmulos de galaxias, en tanto que entidades gobernadas por la interacción gravitatoria, son lugares ideales para estudiar la evolución de las galaxias bajo los efectos de esa interacción. / hubblesite

Galaxy Cluster Abell 1689. Los cúmulos de galaxias, en tanto que entidades gobernadas por la interacción gravitatoria, son lugares ideales para estudiar la evolución de las galaxias bajo los efectos de esa interacción. / hubblesite

Choques de galaxias

Aunque no es muy frecuente, en los cúmulos también se producen agrupamientos y hasta colisiones destructivas de galaxias. Esto suele ocurrir en las etapas iniciales de la formación de la parte central del cúmulo. Pero hay casos, como el de la galaxia IC 1182, en los que la colisión de dos galaxias se produce en etapas posteriores.

¿Qué sucede en estas colisiones galácticas? Sabemos que las estrellas por su lado y la materia oscura por el suyo solo responden a las fuerzas gravitatorias. Además, lo que podríamos llamar gas de estrellas, es decir, el conjunto de todas las estrellas con sus velocidades respectivas, es de muy baja densidad. En efecto, la distancia media entre dos estrellas es más de un millón de veces superior al tamaño medio de estas. De modo que la probabilidad de colisión entre estrellas de una galaxia es, por lo general, muy baja.

Cuando dos galaxias colisionan, sus respectivos gases de estrellas pueden pasar uno a través del otro casi inalterados salvo por efectos de larga escala cuando una de ellas es capturada por otra y empieza a orbitar en espiral a su alrededor. Entonces pueden producirse largas colas o apéndices que se extienden a gran distancia de la galaxia y que evidencian la interacción. También el gas puede ser arrancado del cuerpo de la galaxia y formar apéndices y estructuras de gran escala. Magníficas muestras de esos procesos son la galaxia que se denomina, por su forma, del renacuajo (Tadpole Galaxy), catalogada como NGC 4676; y la galaxia llamada de los ratones (Mice Galaxy).

La galaxia IC 1182 está ya en una fase avanzada del proceso de fusión. La larga cola de marea atestigua la violencia del choque. / eso

La galaxia IC 1182 está en una fase avanzada del proceso de fusión. La larga cola de marea atestigua la violencia del choque. / eso.org

Por otra parte, la interacción violenta altera fuertemente el ritmo de formación estelar de una galaxia y provoca una aceleración notable de su evolución. Quizá uno de los ejemplos más espectaculares de este proceso es el que puede apreciarse en la galaxia de las Antenas. La extensión total abarcada por las dos antenas es de casi cuatro veces la dimensión de nuestra Galaxia (Vía Láctea). En la zona central capturada por el telescopio espacial Hubble se observa una intensísima formación estelar, con más de 1.000 cúmulos jóvenes de estrellas.

El resultado final de esas grandes colisiones es una única galaxia de forma esferoidal, relajada y exhausta, evolucionando tranquilamente a medida que sus estrellas jóvenes desaparecen y las demás van envejeciendo. A veces ocurre que las colisiones no sólo dan lugar a nuevas estrellas, sino también a nuevas galaxias que se van construyendo en las colas de marea o en los aledaños de la zona más directamente afectada por la interacción. Estas galaxias, llamadas enanas de marea, por producirse en esas situaciones, se han detectado en el apéndice de IC1182 o en las colas producidas en el Quinteto de Stephan.

Canibalismo galáctico

Cuando una de las galaxias que interaccionan es mucho mayor que la otra puede ocurrir que la segunda acabe siendo engullida por la primera, sin que se produzcan los fenómenos que acabamos de ilustrar, propios de colisiones entre dos galaxias más o menos similares. Los signos de este canibalismo galáctico son mucho menos espectaculares y difíciles de detectar. Por eso el estudio de este fenómeno y su importancia para la evolución de las galaxias es reciente.

Simulación por ordenador del proceso de canibalismo: una galaxia enana está siendo desorganizada para ser luego engullida por una galaxia como la Vía Láctea. / astro.virginia.edu

Simulación por ordenador del proceso de canibalismo: una galaxia enana está siendo desorganizada para ser luego engullida por una galaxia como la Vía Láctea. / astro.virginia.edu

En nuestro Grupo Local de galaxias hay tan solo tres masivas: Andrómeda, la Vía Láctea y M33 (mucho menos masiva que las otras dos), mientras que existen cerca de 50 galaxias enanas, poco masivas, pequeñas, meros satélites de las dominantes. A lo largo de la evolución del sistema puede ocurrir que una de esas galaxias sea atrapada definitivamente por una de las masivas y acabe siendo tragada por ella. Las estrellas de la galaxia canibalizada van a constituir una corriente estelar en la galaxia grande, que solo con muy sofisticados medios se puede detectar, medir y caracterizar. Aunque de momento solo podemos conjeturarlo, ese parece ser el caso de la galaxia enana Sagitario, que podría estar siendo engullida por nuestra galaxia.

 

* Este texto está basado en contenidos del libro de la colección ¿Qué sabemos de? (Editorial CSIC – Los Libros de la Catarata) ‘El jardín de las galaxias’, escrito por Mariano Moles.