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CURIOSIDADES CIENTÍFICAS PARA COMPARTIR

Archivo de la categoría ‘Biología’

Especies en peligro de extinción… en tu intestino

*Por Carmen Peláez y Teresa Requena (CSIC)

La pérdida de biodiversidad no afecta solo a los grandes ecosistemas; también estamos perdiendo diversidad en nuestro propio cuerpo, en las especies que pueblan nuestro intestino. Paradójicamente, los notables avances sanitarios y tecnológicos que han experimentado las sociedades industrializadas pueden estar conduciendo a una pérdida de diversidad microbiana intestinal en las sociedades industrializadas, paralela a los aumentos de resistencia a antibióticos o a la incidencia de enfermedades autoinmunes.

El ecosistema microbiano humano está perdiendo especies bacterianas ancestrales que evolucionaron con nosotros desde el principio de los tiempos. Esta pérdida se perpetúa entre generaciones por una menor transferencia en el parto con la práctica de cesáreas, por una menor transmisión horizontal por contacto entre familias cada vez menos numerosas o por una mayor higienización del agua y procesado de alimentos que disminuyen su carga microbiana. La pérdida de esa microbiota ancestral se podría estar viendo reflejada en alteraciones de la fisiología humana y posiblemente en el aumento del riesgo de padecer enfermedades.

‘Helicobacter pylori’: las consecuencias de su progresiva desaparición

Un problema es que muchas de las especies bacterianas que están desapareciendo no son las más abundantes, por lo que su falta puede pasar inadvertida en cuanto al número, pero puede ser muy relevante por la función que realizan. La bacteria Helicobacter pylori es el modelo utilizado por Martin Blaser, especialista en el papel que juegan las bacterias en el organismo humano, para apoyar su ‘hipótesis de las especies en extinción’. Microbiota intestinal

H. pylori se encuentra en el estómago humano y ha evolucionado con él como animal mamífero monogástrico. Las primeras referencias sobre H. pylori indicaban que aparecía de forma bastante extendida en la especie humana, pero hacia los años setenta del siglo XX ya solo estaba presente en el 50% de individuos adultos en países desarrollados y en menos del 6% de los niños y las niñas. Este aspecto es importante porque H. pylori no se adquiere en etapas adultas de la vida. Por otro lado, el análisis de individuos en poblaciones rurales africanas, asiáticas o sudamericanas indica que casi todos los adultos contienen H. pylori. La especie parece estar extinguiéndose en las sociedades industrializadas.

Las causas de la desaparición de la bacteria en el estómago humano se asocian, según Blaser, a las dificultades para transmitirse entre individuos y para persistir en el organismo humano en el entorno de la vida moderna. La transmisión de H. pylori sucede solo entre humanos, por contacto directo alimentario de madres a hijos o por contaminación fecal de alimentos y agua. Estas vías de transmisión son muy frecuentes en países en desarrollo, donde muchas madres alimentan a sus hijos e hijas después del destete masticando los alimentos que ponen en su boca. En países desarrollados donde no existe esta práctica y además existe saneamiento de aguas potables y canalización de las fecales, la transmisión y, por tanto, la incidencia de esta bacteria es mucho menor.

La inflamación causada por H. pylori en el estómago sería consecuencia de la respuesta del sistema inmune a esta bacteria, por lo que de alguna forma estaría estimulando la maduración inmunológica en edades tempranas. Se trata de una respuesta equilibrada y controlada que, por otra parte, ayuda a contrarrestar la acidez estomacal. El hecho de que estemos eliminando la bacteria puede desencadenar alteraciones en ese equilibrio y aparición de acidez y reflujo gastroesofágico, que en última instancia puede causar adenocarcinoma de esófago. Este tipo de cáncer ha aumentado muy rápidamente en los países desarrollados: se ha multiplicado prácticamente por seis en los últimos 30 años. También el aumento de casos de reflujo gastroesofágico se ha asociado a la ausencia de H. pylori en el estómago.

Helicobacter pylori

Helicobacter pylori en biopsia gástrica/ Giemsa Stain.

Aunque son más conocidas las consecuencias negativas de tener esta bacteria, H. pylori supone un caso de anfibiosis, tipo Dr. Jekyll y Mr. Hyde. Con la edad, la presencia de la bacteria aumenta la posibilidad de desarrollar úlcera y a continuación cáncer gástrico, pero a la vez previene el reflujo y el desarrollo de cáncer de esófago. La disminución de la bacteria se ha asociado también con un aumento de asma infantil, rinitis alérgica infantil y eczema o dermatitis atópica. La hipótesis de Blaser es que la presencia de H. pylori ejercería una modulación inmunológica en el individuo, regulando la inflamación y disminuyendo las respuestas alérgicas autoinmunes.

Menos lombrices intestinales

Otros  habitantes tradicionales del ecosistema intestinal humano en peligro de extinción serían las lombrices, que están desapareciendo al mejorar las condiciones de higiene. Este hecho también se relaciona con el incremento de enfermedades de base inmune. A diferencia de las bacterias que causan respuestas inflamatorias enérgicas, la respuesta frente a estos helmintos o gusanos es más suave y está fuertemente regulada. Habitualmente no causan síntomas y tienen un nivel de patogenicidad muy bajo. De hecho, se están empleando experimentalmente en el tratamiento de enfermedades autoinmunes como la esclerosis múltiple y las enfermedades inflamatorias intestinales.

La fortaleza del ecosistema intestinal se apoya en la diversidad de sus especies microbianas, que dependen de los nutrientes no digeridos de la dieta que alcanzan el colon. El descenso en el consumo de fibra en la dieta humana ha reducido la diversidad de la microbiota intestinal: estas bacterias son desaparecidas anónimas. Esta pérdida requiere una atención apremiante para superar la brecha del consumo reducido de fibra y promover dietas saludables. Es un mandato para nuestra salud y, en especial, para la de las futuras generaciones.

Carmen Peláez y Teresa Requena son investigadoras del CSIC en el Instituto de Investigación en Ciencias de la Alimentación (CIAL) y autoras de La microbiota intestinal, de la colección de divulgación ¿Qué sabemos de?, disponible en la Editorial del CSIC y Los Libros de la Catarata.

El altramuz, de humilde aperitivo a “superalimento”

Por José Carlos Jiménez-López (CSIC)*

Altramuces en el mercado. / Tamorlan - Wikimedia Commons

Altramuces en el mercado. / Tamorlan – Wikimedia Commons

El altramuz (Lupinus albus) es una legumbre conocida popularmente por ser una planta ornamental en jardines rurales, con bellas y coloridas flores. Su semilla es denominada con varios términos como altramuces, lupín, lupinos, tremosos, así como “chochos” en determinadas localidades de la geografía española, concretamente en Andalucía. Es difícil que en algún momento, tomando una cerveza en el bar, no nos hayan puesto un cuenco de altramuces para picar.

Los altramuces se han consumido tradicionalmente en toda la región mediterránea durante miles de años. En España, las semillas del altramuz se convirtieron en un bien bastante preciado, y casi el único sustento que muchas familias tenían para “llevarse a la boca” tras la guerra civil. Hoy, 28 de mayo, se celebra el Día Nacional de la Nutrición (DNN), que este año está dedicado a promover el consumo de legumbres. Es un buen contexto para destacar los excelentes valores nutricionales de esta leguminosa que suele pasar inadvertida.

Las semillas del altramuz son consumidas típicamente como aperitivo en salmuera. Su harina se usa para la fabricación de horneados como pizza, pan, y repostería. Además de ser un buen acompañamiento en ensaladas, también es utilizado en la elaboración de humus, patés, quesos vegetales, y como integrantes principales de platos más elaborados, dignos de restaurantes renombrados con estrella Michelín. Numerosos productos basados en semillas de lupino están siendo actualmente introducidos comercialmente en tiendas de alimentación como alimentos fermentados, bebidas energéticas, snacks, leche, yogurt, productos de repostería, alimentación vegana, tofu, sustitutos de carnes, salsas, tempe, pastas y como base en dietas de adelgazamiento.

Pese a ello, el altramuz está infravalorado, siendo una legumbre que no está “de moda”, al contrario que otros alimentos como la soja, la quinoa o la chía, con un mayor auge debido a un marketing publicitario agresivo, haciéndolos llegar al consumidor de manera apetecible, para introducirlos en la dieta como productos saludables. Sin embargo, y respecto a beneficios para la salud y aporte nutricional, el altramuz no tiene nada que envidiar a estos alimentos tan publicitados, por ello se le puede adjudicar igualmente el término acuñado como “superalimento”, que puede ser sinónimo de alimento funcional, cuyo consumo proporciona beneficios para la salud más allá de los puramente nutricionales. Hay muchas razones por las cuales se puede incluir el altramuz en esa lista privilegiada, empezando porque es una fuente muy importante de proteínas, aproximadamente el 40%, lo que equivale al doble del contenido en proteínas que los garbanzos, y cuatro veces más que el trigo.

Plantas de lupino. /José Carlos Jiménez-López

Plantas de altramuz (Lupinus). /José Carlos Jiménez-López

Su contenido en fibra dietética es del 34%, que actúa como fibra soluble (como la de la avena) e insoluble (como la del salvado de trigo), incrementando la saciedad, reduciendo la ingesta calórica para un mejor control del peso corporal y ayudando además a la reducción del colesterol y la prevención de dislipemia (altos niveles de lípidos). Posee bajos niveles de grasa (menos de un 6%) y abundantes ácidos grasos insaturados, sobre todo omega-6 y omega-9. El 24% de su contenido es un tipo de hidratos de carbono que favorecen un índice glucémico más bajo que otros granos comúnmente consumidos, ayudando a equilibrar el nivel de glucosa en sangre y, de este modo, a prevenir la hiperglicemia, lo que está especialmente indicado para personas que padecen diabetes tipo 2.

El altramuz es una legumbre naturalmente libre de gluten, por lo que es un alimento apto para personas con intolerancia al mismo (celiaquía). Por otro lado, son una excelente fuente de minerales (hierro, calcio, magnesio, fósforo y zinc), vitaminas B1, B2, B3, B6, B9 (ácido fólico) y Vitamina C, además de contener todos los aminoácidos esenciales, indicado para una correcta actividad intelectual y del sistema inmune. La semilla del altramuz también tiene entre sus componentes compuestos prebióticos, que ayudan al crecimiento de microflora bacteriana beneficiosa para una correcta salud intestinal. Estas semillas son también una de las mejores fuentes naturales del aminoácido arginina, el cual mejora la funcionalidad de los vasos sanguíneos y ayuda a la disminución de la presión sanguínea. Al contrario que otras legumbres como la soja, su contenido en fitoestrógenos (componentes similares a las hormonas) es insignificante, lo que evita problemas potenciales asociados a ellos.

Son abundantes los estudios científicos realizados en los últimos cinco años que demuestran el valor de algunos componentes de estas semillas en la lucha contra enfermedades consideradas como las nuevas epidemias del siglo XXI. Algunos de estos estudios se han realizado en nuestro grupo de investigación de la Estación Experimental del Zaidín (EEZ-CSIC, Granada), donde proteínas denominadas beta-conglutinas podrían ser utilizadas para la prevención y tratamiento de la diabetes tipo 2. Se ha demostrado que estas proteínas favorecen la activación de la ruta de señalización de la insulina, con la consiguiente captación de glucosa por los tejidos (disminución de la glicemia), así como la reversión del estado de resistencia a la insulina por sus tejidos diana, todo ello favoreciendo que el organismo recupere un estado similar a una persona no diabética. Además, numerosas pruebas experimentales han indicado que estas mismas proteínas son capaces de disminuir el estado de inflamación de pacientes diabéticos. Debido a que determinadas enfermedades, cuyo progreso cursa mediante un estado inflamatorio crónico sostenido (síndrome metabólico, obesidad, diabetes, enfermedades cardiovasculares), los altramuces, y concretamente las proteínas beta-conglutinas, constituyen un componente funcional que puede jugar un papel crucial como una nueva opción terapéutica para la prevención y tratamiento de estas enfermedades que tienen una base inflamatoria.

Seguro que a partir de ahora y con todos estos argumentos, recuperaréis el buen hábito de “coger un puñado de altramuces para llevároslos a la boca”, o prepararéis sabrosos platos que sorprenderán incluso a los paladares más exigentes.

 

*José Carlos Jiménez-López es investigador en la Estación Experimental del Zaidín (CSIC) y actualmente desarrolla una línea de investigación sobre las propiedades potencialmente beneficiosas del consumo de altramuces.

Una bacteria volcánica de Canarias, entre las especies más sorprendentes de 2017

Por Mar Gulis (CSIC)

La bacteria Thiolava veneris, capaz de colonizar el material depositado tras la erupción del volcán Tagoro, en la isla del Hierro, es la aportación española al Top 10 de especies descubiertas el año pasado. El comité liderado por Quentin D. Wheeler, del International Institute of Species Exploration (IISE) y coordinado por el investigador del Museo Nacional de Ciencias Naturales del CSIC Antonio G. Valdecasas, ha publicado su selección a partir de las alrededor de 18.000 especies descubiertas a lo largo de 2017. La difusión de este ranking se difunde hoy para celebrar el aniversario del botánico Carlos Linneo y  nos recuerda la importancia que tiene conocer y clasificar la biodiversidad. “Hoy es ya evidente que los seres humanos estamos acelerando el calentamiento global  y la extinción masiva de especies  que pueden enseñarnos cómo afrontar el futuro incierto al que nos enfrentamos”, afirma Valdecasas.

Un inmenso árbol de 40 metros, un crustáceo con joroba y dos escarabajos se suman a esta lista de diez integrantes que repasamos a continuación:

1. Thiolava veneris, la bacteria que colonizó los depósitos del volcán Tagoro

Cuando  en 2011 el volcán submarino Tagoro estalló frente a la costa de El Hierro, aumentó abruptamente la temperatura del agua, disminuyó el oxígeno y liberó cantidades masivas de dióxido de carbono y sulfuro de hidrógeno, eliminando gran parte del ecosistema marino. Tres años después, se descubrieron los primeros colonizadores de los depósitos que dejó la erupción volcánica. Los llamaron ‘pelo de Venus’ y se trata de una bacteria que produce estructuras largas y parecidas a pelos que, a modo de alfombra, cubren una superficie de unos 2.000 metros cuadrados alrededor de la cima recién formada del volcán Tagoro, ubicado a unos 130 metros de profundidad. Parece que esta nueva especie tiene características metabólicas únicas que le permiten colonizar este fondo marino recién formado, allanando el camino para el desarrollo de futuros ecosistemas.

Miquel Canals, Universidad de Barcelona.

2. Ancoracysta twista, un ser diminuto descubierto en un acuario

Este organismo unicelular pertenece al orden de los protistas: es un organismo eucariota, es decir, que tiene células con núcleo diferenciado. Posee un flagelo que  utiliza para impulsarse, así como unos orgánulos con forma de arpón que utiliza para inmovilizar a los organismos de los que se alimenta. La gran cantidad de genes que contiene su genoma mitocondrial podría dar pistas sobre cómo comenzaron a evolucionar los primeros organismos eucariotas. Se desconoce el origen geográfico de este diminuto ser vivo ya que fue descubierto en un acuario tropical de San Diego, EE UU.

 

Denis V. Tikonenkov.

3. Dinizia jueirana-facao, el árbol de más de 40 metros de altura y 60 toneladas que permanecía ‘en la sombra’

Pese a medir más de 40 metros de altura y sobrepasar el dosel de los bosques de Brasil en los que habita, este gigante acaba de ser descrito. Pertenece al género de leguminosas Dinizia, del que hasta ahora sólo se conocía la especie D. excelsa, descubierta hace casi cien años en los bosques amazónicos. Actualmente solo se han localizado 25 ejemplares en la Reserva Natural Vale. Tiene frutos leñosos de medio metro de longitud y se estima que su peso puede llegar a las 60 toneladas. Forma parte de los bosques atlánticos que dan refugio a más de 2.000 especies de vertebrados, incluyendo más de la mitad de las especies amenazadas de Brasil. La superficie de este tipo de bosques se ha visto reducida en más del 15%, una situación que, unida a la fragmentación que sufre, pone en peligro a D. jueirana-facao y a cientos de especies más.

Gwilym P. Lewis

4. Epimeria Quasimodo, el crustáceo jorobado

Nombrado a partir del personaje creado por Víctor Hugo, Epimeria quasimodo  es un pequeño crustáceo de unos 5 centímetros de longitud con un exoesqueleto tan curvado que parece tener joroba. Es una de las muchas especies del género que pueblan el Océano Austral, y se caracteriza por tener una morfología y colores espectaculares, con adornos crestados que recuerdan a los dragones mitológicos. Los dos investigadores que han publicado el trabajo han demostrado lo poco que sabemos de estos sorprendentes invertebrados.

Cédric d’Udekem d’Acoz/Royal Belgian Institute of Natural Sciences.

5. Nymphister kronaueri, un escarabajo que se aloja en el abdomen de hormigas obreras

El orden más prolífico en número de especies, el de los coleópteros, cuenta con un nuevo miembro: Nymphister kronaueri. Este diminuto animal de menos de dos milímetros de longitud, vive camuflado entre las hormigas Eciton mexicanum, una especie nómada que pasa dos o tres semanas capturando presas y otras dos o tres en un solo lugar. N. kronaueri se agarra al abdomen de una hormiga obrera cuando la colonia necesita trasladarse, de modo que, a simple vista, la hormiga cargada con el escarabajo parece tener dos abdómenes.

D. Kronauer.

6. Pongo tapanuliensis, el simio más amenazado del planeta

En 2001, los orangutanes de Sumatra y Borneo fueron reconocidos como dos especies distintas, Pongo abelii y P. pygmaeus. Tras examinar parámetros genéticos y morfométricos así como analizar variables de comportamiento, un equipo internacional de investigadores concluyó en 2017 que en Batang Toru, al norte de Sumatra, hay otra especie diferente de orangutanes: P. tapanuliensis, de tamaño algo menor. Los datos genéticos sugieren que, mientras las especies de Sumatra y Borneo se separaron hace 674.000 años, esta especie divergió mucho antes, hace alrededor de 3,3 millones de años. A día de hoy, este gran simio es el más amenazado del planeta. Se estima que solo quedan alrededor de 800 individuos en un hábitat fragmentado repartido en unos 1.000 kilómetros cuadrados aproximadamente.

Andrew Walmsley.

7. Pseudoliparis swirei, el pez habitante de las profundidades marinas

En el oscuro abismo de la Fosa de las Marianas, el lugar más profundo de los océanos, se ha encontrado esta especie menor de 10 centímetros que parece ser uno de los depredadores de su hábitat. Fue capturado a profundidades de entre 6.800 y 8.000 metros. Se cree que 8.200 metros de profundidad es un límite fisiológico por debajo del cual los peces no pueden sobrevivir. P. swirei pertenece a la familia Liparidae, peces babosos, de la que se conocen más de 400 especies que habitan en todas las profundidades.

Mackenzie Gerringer, Universidad de Washington / Schmidt Ocean Institute.

8. Sciaphila sugimotoi, una planta japonesa que se alimenta de un hongo

Tiene una altura que ronda los 10 centímetros y unas hermosas flores con tiempos cortos de floración entre los meses de septiembre y octubre. Se ha descubierto en Japón, y la mayor particularidad de S. sugimotoi es su condición de heterótrofa, es decir, que se alimenta a partir de otros organismos en lugar de por medio de la fotosíntesis. En este caso, mantiene una relación simbiótica con un hongo, a partir del cual consigue alimentarse sin dañarlo. La especie, cuya supervivencia depende de un ecosistema estable, se considera en peligro crítico de extinción, ya que se ha encontrado en solo dos lugares de la isla con una representación total de unas 50 plantas.

Takaomi Sugimoto.

9. Wakaleo schouteni, un león marsupial australiano descrito a partir de material fósil

Hace unos 23 millones de años, en el Oligoceno tardío, vivió Wakaleo schouteni, un león marsupial que vagaba por el hábitat forestal abierto de Australia, en el noroeste Queensland. Gracias al material fósil recuperado por un equipo de paleontólogos de la Universidad de Nueva Gales del Sur, se ha podido determinar que este león marsupial pasaba alrededor de 25 kilos y pasaba parte de su tiempo subido a los árboles. Sus dientes sugieren que era omnívoro. Los paleontólogos creen que hubo dos especies de leones marsupiales. El otro, Wakaleo pitikantensis, era un poco más pequeño y se describió en 1961 a partir de huesos de dientes y extremidades descubiertos al sur de Australia.

Recreación de ‘Wakaleo schouteni’ / Peter Schouten.

 10. Xuedytes bellus, un escarabajo capaz de vivir en cuevas cerradas gracias a sus adaptaciones

Este pequeño escarabajo de unos 9 milímetros de largo es el habitante de Duan, al sur de China, un área llena de las cuevas características del paisaje kárstico. Los escarabajos que se adaptan a la vida en el interior oscuro y húmedo de las cuevas comparten a menudo muchas de sus de características: un cuerpo compacto, muy alargado, apéndices en forma de araña, y pérdida de alas funcionales, ojos y pigmentación. Estos seres vivos son un excelente ejemplo de evolución convergente, es decir, especies no relacionadas entre sí con atributos similares resultado de su adaptación a medios parecidos. En China ya se han descrito más de 130 especies, que representan casi 50 géneros. Xuedytes bellus  es una incorporación espectacular a la fauna que habita las cuevas.

Sunbin Huang y Mingyi.

El secreto de la Vetusta Morla: ¿por qué unos animales viven más que otros?

Por Marta Fernández Lara*

“Hay un ser en Fantasía que es más viejo que todos los otros. Lejos, muy lejos, al norte, está el Pantano de la Tristeza. En medio de ese pantano se alza la Montaña de Cuerno y allí vive la Vetusta Morla. ¡Busca a la Vetusta Morla!”

Con esta cita, un búfalo purpúreo animaba en sueños a Atreyu a buscar a la Vieja Morla en la Historia Interminable de Michael Ende. Este singular animal no solo es el más viejo de Fantasía. En nuestro mundo, las tortugas de las Galápagos están entre los vertebrados más longevos que existen, llegando a vivir cientos de años. Pero, ¿cuál es la razón por la que estos animales son tan longevos?, ¿por qué hay tanta disparidad entre los años que viven unos organismos y otros?

La ciencia se ha planteado muchas veces este tipo de preguntas pues, de conocer sus respuestas, estaríamos más cerca de alcanzar el ansiado ‘elixir de la juventud’ que permitiera alargar la vida a los seres humanos.

Las bases del envejecimiento

Para tratar de encontrar respuestas a estas preguntas, primero hay que entender qué es lo que determina la esperanza de vida o el envejecimiento.

El envejecimiento es un proceso biológico que evita que un organismo viva eternamente, incluso en condiciones ideales en las que no hay depredación, ni fenómenos ambientales que puedan producir la muerte de los individuos.

En los últimos años, la comunidad investigadora se han sumergido en las profundidades celulares para comprender qué mecanismos biológicos contribuyen al proceso de envejecimiento. Dentro de la maquinaria celular, la acumulación de mutaciones y de daños en el ADN, la molécula que contiene nuestra información genética, está asociada con el envejecimiento. Tanto es así, que científicos como Luis Blanco y su equipo, del Centro de Biología Molecular (UAM-CSIC), se dedican a estudiar los mecanismos de reparación de estos daños. Del mismo modo, la alteración de algunos orgánulos componentes clave de la célula también contribuye a este proceso. Por ejemplo, la modificación de los componentes de la pared que envuelve el núcleo, el orgánulo que contiene el ADN, está relacionada con un envejecimiento prematuro.

Por otra parte, la actividad celular también tiene una gran influencia en el envejecimiento, ya que algunos mecanismos biológicos generan unas moléculas denominadas especies reactivas del oxígeno (ROS), que pueden producir daños a proteínas, membranas celulares, etc. Esto se denomina estrés oxidativo, y en algunos experimentos se ha observado que su reducción puede alargar la vida de ciertos animales de laboratorio.

Estos son solo algunos ejemplos de procesos que se han visto implicados en el envejecimiento, pero todavía queda mucho por comprender de este complejo fenómeno biológico. Resolver estas incógnitas nos acercaría a conocer la clave de las diferencias entre la velocidad a la que envejecen las distintas especies o por qué algunas, como las bacterias, parecen no hacerlo nunca.

Coral cerebro (‘Diploria labyrinthiformis’).

La longevidad bajo una perspectiva evolutiva

Sin embargo, otros investigadores tratan de desvelar ‘el secreto de la Vieja Morla’ observando las características de los ciclos de vida de los organismos desde un punto de vista evolutivo.

En la naturaleza observamos que los organismos tienen diferentes estrategias vitales: algunos crecen más rápido, otros más lento; unos se reproducen antes, otros después y algunos viven más tiempo que otros. Estas diferencias han surgido como consecuencia de la actuación de procesos evolutivos a lo largo del tiempo.

En lo que se refiere al envejecimiento, los científicos han propuesto distintas hipótesis para tratar de explicar cómo ha evolucionado este proceso y por qué se mantiene.

Una de estas hipótesis explica que el envejecimiento se produce principalmente por la acumulación de mutaciones en el ADN cuyos efectos negativos se manifiestan con la edad. Una segunda teoría plantea que habría genes que, en etapas tempranas de la vida, tendrían efectos positivos en los organismos, por lo que se favorecería su transmisión a la siguiente generación por selección natural. Sin embargo, con el tiempo estos genes desencadenarían procesos negativos relacionados con el envejecimiento. Por último, otra de las principales hipótesis explica que las especies tienen una cantidad limitada de energía que deben repartir entre mantenerse vivos y reproducirse; y en reparar los daños del ADN que contribuyen a este proceso.

Todas estas hipótesis estarían relacionadas con un factor esencial que explicaría las diferencias de longevidad entre los animales: la mortalidad por causas ambientales. Por un lado, los animales que viven en ambientes en los que corren menos riesgo de morir por factores externos como la depredación, enfermedades, etc., la selección natural favorecerá un desarrollo más lento de los individuos, la expresión tardía de las mutaciones con efectos negativos y, en definitiva, retrasará el envejecimiento. Por otro lado, si las especies experimentan un riesgo alto de mortalidad por factores externos, su vida será más corta, la selección natural no tendrá tiempo de actuar para eliminar estas mutaciones perjudiciales que se acumularán antes, favoreciendo un envejecimiento temprano.

Un ejemplo de cómo influye el ambiente en la velocidad de envejecimiento de los animales es la investigación en la que ha participado recientemente Jordi Figuerola, investigador de la Estación Biológica de Doñana (EBD-CSIC). El estudio, realizado en mirlos, muestra que las poblaciones de zonas urbanas, que experimentan más estrés, presentan un mayor acortamiento de telómeros frente a las de zonas naturales. Los telómeros son regiones de los cromosomas que protegen el ADN de la degradación, y su acortamiento es un signo de envejecimiento.

Ejemplar de mirlo / Eloy Revilla (EBD-CSIC).

Así, se ha observado que los animales que poseen rasgos que les protegen de morir por causas ambientales presentan una longevidad mayor. Este es el caso de las aves y mamíferos voladores como los murciélagos, que en muchos estudios se ha visto que viven más que los que no poseen esta capacidad. Del mismo modo, parece que los mamíferos que habitan en los árboles viven más años que otros mamíferos terrestres, lo que explicaría que, por ejemplo, los primates tengan una vida tan larga en comparación con otras especies. La explicación que han propuesto las diversas investigaciones a estas observaciones es que la vida en las alturas proporciona una mayor protección frente a los depredadores, reduciendo así la mortalidad por factores externos y favoreciendo un envejecimiento tardío. Un último ejemplo, que nos acerca al enigma que nos proponíamos al principio, es el de los animales con caparazón o conchas protectoras que, como en el caso de las tortugas, presentan también una mayor longevidad.

¿Está resuelto, entonces, el misterio? Sin duda, estas teorías evolutivas dan un paso más en la comprensión de este proceso y de las diferencias de longevidad entre los organismos pero, una vez más, todavía quedan muchas incógnitas por resolver. Parece que aún nos queda un largo camino hasta llegar a la Montaña del Cuerno donde la Vetusta Morla guarda celosamente su secreto.

 

Marta Fernández Lara es colaboradora del Museo Nacional de Ciencias Naturales (CSIC).

‘Operación polinizador’: el imprescindible trabajo de los insectos para el futuro de la agricultura

Por Alberto Fereres (CSIC) *

Trichodes octopunctatus (Familia Cleridae) / Alberto Fereres

Trichodes octopunctatus (Familia Cleridae) / Alberto Fereres

Con la llegada de la primavera, en plena ‘operación polinización’, esta imagen se repite cada año en campos, parques y jardines. Insecto y planta cooperan para obtener un beneficio mutuo, fenómeno que en biología se llama simbiosis. Estas interacciones, de crucial importancia en los ecosistemas naturales y en los agrícolas, se iniciaron hace más de 200 millones de años, en el Jurásico.

Las primeras angiospermas, plantas con flor, dependían del viento para asegurar su reproducción, igual que las gimnospermas, pinos y especies relacionadas. El ovario producía una secreción pegajosa llamada exudado para atrapar los granos de polen que llegaban a él. Este exudado contenía proteínas y azúcares y servía de alimento a los insectos, que empezaron a transportar de manera accidental el polen de una flor a otra. Así comenzó la polinización.

Se ha estimado que este gesto, en apariencia insignificante, representa la nada desdeñable cifra del 9,5% del valor de la producción agrícola dedicada al consumo humano, lo que a nivel europeo supone un total de 5.000 millones de euros al año. Atendiendo a estos datos, no cabe duda de que el servicio ecológico que ofrecen los polinizadores posee una enorme repercusión ambiental, social y económica en nuestro planeta.

La biodiversidad de los insectos que actúan como potenciales polinizadores es muy elevada. El 20% de estos organismos, unas 200.000 especies, visitan las flores. Hay familias de insectos polinizadores importantes entre los coleópteros (escarabajos), dípteros (moscas) y lepidópteros (mariposas) entre otros órdenes, pero los polinizadores por excelencia son los himenópteros: las abejas y abejorros de la superfamilia Apoidea. Son especies en las que el polen se adhiere a sus característicos pelos corporales. Además, pueden disponer de adaptaciones para facilitar su transporte, como las corbículas o cestillos de las patas traseras. En el campo agrícola, las especies que destacan por su importancia son la abeja común Apis mellifera L., los abejorros del género Bombus sp. y otras abejas menos conocidas que son las llamadas abejas solitarias.

Apis mellifera (Familia Apidae) / Alberto Fereres

Apis mellifera (Familia Apidae) / Alberto Fereres

La abeja común produce miel, jalea real, propóleo, cera, y poliniza un amplio espectro de flora silvestre. Es vital para algunos cultivos como los frutales, ya que asegura la polinización cuando otros insectos están ausentes. Su ‘transferencia de polen’ garantiza una tasa elevada de cuajado de frutos, mayor resistencia a las heladas y mejor calidad en los mismos. Esta especie de abeja común, natural de Europa, Asia y África, incluye 26 subespecies agrupadas en cuatro linajes.

Por su parte, los Bombus o abejorros han supuesto una enorme revolución para el sector de la horticultura, especialmente bajo invernadero. A partir de 1987 se empezaron a usar en la polinización de tomate y otras hortícolas. En la actualidad se emplean en más de 40 países. Se conocen más de 240 especies de abejorros a nivel mundial, y la mitad de ellas viven en la región Paleártica (Europa y Norte de Asia). La especie que más se cría para su uso en agricultura es el Bombus terrestris L., ampliamente distribuida por casi toda la zona Paleártica. En España tenemos una especie endémica de las Islas Canarias, B. canariensis Pérez.

A pesar de su papel imprescindible, la población de polinizadores está en declive en todo el mundo. Entre los factores que han contribuido a esta situación, destacan las técnicas agrícolas de producción intensiva que han conducido a la desaparición de hábitats, lo que ha modificado notablemente la estructura del paisaje y ha llevado a la eliminación de recursos alimenticios y refugios esenciales para este importante grupo de artrópodos beneficiosos.

Para intentar compensar esta disminución, las investigaciones en este ámbito apuestan por el uso de márgenes florales, es decir, plantar setos y vegetación entre las parcelas de cultivo que permitan el incremento de los insectos polinizadores y otros artrópodos, a la vez que consiguen preservar y mejorar la biodiversidad en las zonas agrarias. Además de favorecer la polinización, los márgenes florales suavizan el rigor de los elementos climáticos protegiendo los cultivos contra las heladas y la insolación; mantienen la humedad y funcionan como cortavientos; protegen contra la erosión y también aportan valor paisajístico y cultural.

Entre otras iniciativas, desde el Instituto de Ciencias Agrarias del CSIC hemos desarrollado un protocolo para el establecimiento de márgenes y lindes de especies herbáceas con flores que atraen estos insectos beneficiosos y que están bien adaptados a los suelos y condiciones de cultivo de la zona Centro de la Península Ibérica.

 

* Alberto Fereres Castiel es investigador del Instituto de Ciencias Agrarias del CSIC. Junto a investigadores/as de la Universidad Politécnica de Madrid y la empresa Syngenta ha trabajado en el proyecto ‘Operación polinizador’.

¿Te apuntas a un ‘biomaratón’? Fotografía la naturaleza de tu ciudad en el City Nature Challenge 2018

Por Mar Gulis (CSIC)

Si te gusta la naturaleza urbana, entre el viernes 27 y el lunes 30 de abril tienes una cita clave. Durante estos cuatro días, cerca de 70 ciudades de todo el mundo competirán de forma amistosa en el City Nature Challenge 2018, un ‘biomaratón’ que invita a la ciudadanía a hacer la mayor cantidad posible de observaciones de seres vivos y publicarlas en internet. Cualquier persona con acceso a la red y un teléfono o cámara de fotos puede ayudar a que su ciudad sea la ganadora.

Impulsada desde 2016 por la Academia de las Ciencias de California y el Museo de Historia Natural del Condado de Los Ángeles, la competición se celebra este año por primera vez a escala internacional. En nuestro país, varios centros y proyectos vinculados al CSIC promueven la iniciativa, a la que se han sumado tres ciudades españolas y sus respectivas áreas metropolitanas: Madrid (con 28 municipios), Barcelona (con 36) y Cádiz (con 6).

CNC

¿Quieres participar? Es muy sencillo: durante los días que dure la competición haz fotografías o grabaciones sonoras de todo tipo de organismos (desde bacterias hasta árboles monumentales) que encuentres en alguna de estas zonas y luego súbelas a la plataforma de ciencia ciudadana NatuSfera. Ten presente que puedes hacer las observaciones por tu cuenta o acudir a alguno de los maratones convocados, como los organizados en Madrid por el Real Jardín Botánico y el Museo Nacional de Ciencias Naturales, o los que en Barcelona coordinan el Instituto de Ciencias del Mar y el Centro de Investigación Ecológica y Aplicaciones Forestales.

Tus observaciones podrán identificarse y validarse hasta el 3 de mayo gracias a un sistema de identificación colaborativa y quedarán disponibles para todo el mundo en NatuSfera, una herramienta creada por varios centros y proyectos vinculados al CSIC que funciona como un cuaderno de campo para el móvil, una red social naturalista y una plataforma de seguimiento de la biodiversidad.

Gráfica

Sistema de identificación colaborativa incorporado en NatuSfera, que permite identificar y/o validar un gran número de observaciones en un período de tiempo muy corto (como el requerido en la biomaratón).

Además, las observaciones validadas pasarán posteriormente a formar parte de la base de datos de GBIF, la Infraestructura Mundial de Información en Biodiversidad (por sus siglas en inglés), que con casi 1.000 millones de registros constituye la mayor red mundial de datos de biodiversidad.

Las ciudades ganadoras serán las que obtengan el mayor número de observaciones, especies observadas y participantes, pero el verdadero premio será aumentar el conocimiento de la biodiversidad urbana. Así, la información aportada por la ciudadanía proporcionará una ‘instantánea’ en tiempo real que permitirá hacer un seguimiento de cómo cambia la distribución o la presencia de las especies en las ciudades.

Por eso, todas las especies cuentan, sean o no nativas y con independencia de su abundancia o rareza. Y todas las observaciones sirven, aunque no puedas identificar la especie retratada o hayas fotografiado la misma especie en lugares distintos. Con esta metodología, el primer City Nature Challenge, que se celebró solo en San Francisco y Los Ángeles, alcanzó más de 20.000 observaciones, 1.000 participantes y 1.600 especies clasificadas, entre las que se incluían nuevas citas de especies que no se habían visto nunca en estas dos ciudades.

Observación

Jaume Piera, investigador del Instituto de Ciencias del Mar del CSIC, explica que “el objetivo principal de las biomaratones es crear y fortalecer una red de observadores a nivel local que aporten el conocimiento de la biodiversidad de sus respectivas áreas. Esta información, una vez integrada en bases de datos, servirá para obtener un conocimiento actualizado del estado de la biodiversidad a gran escala”. Y añade: “para lograrlo necesitamos datos de todos los lugares y en todo momento, y esto tan sólo lo podemos conseguir con la participación y el conocimiento local de la gente”.

¿Cómo participar?

  1. Inscríbete en el siguiente formulario.
  2. Visita natusfera.gbif.es o bájate la aplicación desde Google Play o AppStore.
  3. Regístrate y/o inicia la sesión.
  4. Haz y sube tus observaciones entre el 27 y el 30 de abril para que sumen al contador de tu ciudad.

¡Anímate y participa en el City Nature Callenge 2018! Tus observaciones serán útiles para la ciencia y para favorecer la conservación de la naturaleza de nuestras ciudades.

Gabriella Morreale, la investigadora del CSIC que introdujo la prueba del talón en España

Gabriella Morreale

Gabriella Morreale siguió trabajando en su laboratorio hasta pasados los 80 años.

Por María Jesús Obregón* y Mar Gulis

Un pequeño pinchazo en el talón a las pocas horas de nacer: quien haya nacido en España a partir de los primeros años 80 no se ha ‘librado’ de esta práctica médica hoy conocida como la prueba del talón. Gracias a ella es posible detectar de manera temprana algunas enfermedades congénitas que pueden generar serios problemas de salud y que, de otro modo, pasarían inadvertidas.

En nuestro país, debemos la introducción de esta prueba a Gabriella Morreale de Escobar, que falleció el pasado mes de diciembre. Nacida en Milán en 1930, hija de padre diplomático y madre bióloga, a los 11 años se afincó con su familia en Málaga. Estudió Química y realizó la tesis doctoral en la Universidad de Granada. Desde entonces su carrera científica estuvo estrechamente vinculada a la de su marido, el médico Francisco Escobar del Rey. Ambos realizaron una estancia postdoctoral en la Universidad de Leiden (Holanda) y se convirtieron en investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en 1958. Más tarde contribuirían a la creación del Instituto de Investigaciones Biomédicas, centro mixto del CSIC y la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), donde Morreale desarrolló su actividad hasta pasados los 80 años, mucho tiempo después de su edad de jubilación.

A lo largo de su vida, está investigadora realizó importantes contribuciones científicas que tuvieron un gran impacto sobre la salud pública en nuestro país. Entre otras cosas, luchó por la introducción de la sal yodada en España para la prevención del bocio, introdujo la mencionada prueba del talón y demostró la importancia de las hormonas tiroideas maternas en el desarrollo del cerebro del feto.

Morreale, junto a varias colaboradoras, en los años 60.

Ya durante su tesis doctoral, realizada bajo la dirección del químico Emilio Gutiérrez Ríos y como becaria del médico Emilio Ortiz de Landázuri, probó que en la Alpujarra granadina, al igual que en otras muchas regiones españolas, la carencia de yodo era la causante del bocio endémico, un aumento de la glándula tiroides que origina un bulto en el cuello y a veces hipotiroidismo y discapacidad intelectual. Morreale también demostró que este trastorno podía prevenirse dando sal yodada a la población, una campaña que resultó muy eficaz.

Estos estudios continuaron en Las Hurdes a partir de 1967 con resultados similares. Pese a ello, la administración de yodo añadido a la sal común no fue adoptada en España hasta 1983; y tampoco se ha logrado la yodación universal de la sal, como sí ocurre en otros países.

En 1976, Morreale inició un estudio piloto para la detección del hipotiroidismo congénito, una enfermedad que se caracteriza por la ausencia de tiroides y que puede derivar en casos de discapacidad intelectual y retardos en el crecimiento. A partir del análisis de la sangre del talón de los recién nacidos, estableció un programa que hacía posible el diagnóstico eficaz y precoz de la enfermedad, lo que a su vez permitía tratar a los afectados con hormona tiroidea y evitar así que desarrollaran los otros trastornos.

Prueba del talón

En España, la prueba del talón ha permitido prevenir unos 6.500 casos de discapacidad intelectual y cretinismo.

En pocos años, el programa fue adoptado por todas las comunidades autónomas, algo que ha permitido prevenir unos 6500 casos de discapacidad intelectual y cretinismo hasta la fecha. Por esta contribución, en 1983 Morreale y Escobar recibieron junto a su equipo el I Premio Reina Sofía de Prevención de la Subnormalidad (hoy conocido como Premio Reina Sofía de Prevención de la Discapacidad).

Otra de sus líneas de investigación fue la importancia de las hormonas tiroideas maternas para el desarrollo del feto y, sobre todo, del cerebro fetal. Morreale fue una pionera a nivel mundial al demostrar que las hormonas tiroideas maternas protegen el desarrollo fetal, una conclusión que llevó a promover el control médico de la función tiroidea (hipotiroxinemia) en las mujeres gestantes, especialmente en las áreas de deficiencia de yodo, así como a la vigilancia de los niños prematuros.

Cuando se repasa la trayectoria de científicos y científicas es habitual destacar imágenes de la última etapa de su vida: normalmente, fotografías de una persona ya entrada en años a la que no le faltan reconocimiento ni galardones. Este también podría ser el caso de Gabriella Morreale, merecedora de innumerables premios, entre los que además del mencionado Premio Reina Sofía destacan el Premio Nacional de Medicina, el Severo Ochoa y el Jaime I.

Mañana, martes 24 de abril, el CSIC y la UAM han organizado un acto de homenaje a su figura, en el que se hablará de sus importantes aportaciones científicas, pero también de su infancia y juventud, de la pasión por el conocimiento que transmitió a las varias generaciones de investigadores e investigadoras a las que formó, así como su carácter afable y de su penetrante inteligencia, siempre acompañada de una gran sencillez.

 

* María Jesús Obregón ha sido investigadora del CSIC y discípula de Gabriella Morreale en el Instituto de Investigaciones Biomédicas “Alberto Sols” (CSIC-UAM).

¿Sabías que el primer “viaje” bajo los efectos del LSD se realizó en bicicleta?

Por José Antonio López Sáez y Mar Gulis (CSIC)*

Corría el año 1938 cuando el prestigioso químico suizo Albert Hofmann (1906-2008), en su búsqueda de aplicaciones medicinales de los alcaloides ergolínicos procedentes del hongo cornezuelo del centeno, consiguió sintetizar un nuevo derivado del ácido lisérgico. Como este nuevo compuesto ocupaba el puesto 25 de la serie de dietilamidas del ácido lisérgico que hasta entonces este eminente investigador había sintetizado en su laboratorio, lo llamó LSD-25.

El consumo de LSD produce notables alteraciones en la percepción visual y auditiva como cambios en el color, forma y brillo de objetos. // Mark Bray. Flickr (modificada)

El consumo de LSD produce notables alteraciones en la percepción visual y auditiva.  / Mark Bray. Flickr (modificada)

En principio, este nuevo alcaloide semisintético pretendía obtener pro­piedades estimulantes de la respiración y la circulación sanguínea. Sin em­bargo, tras numerosos ensayos clínicos acabó siendo desechado por los laboratorios Sandoz, donde trabajaba Hofmann. El LSD fue encerrado en un cajón y pasó a mejor vida, pero el químico no desistió en su empeño: en 1943 decidió sin­tetizar de nuevo el compuesto, a la vez que sintetizaba otro, el LA-111, que resultó ser la ergina, y su isómero isoergina.

Mientras realizaba su trabajo de laboratorio en Basilea (Suiza), sin dar­se cuenta sus dedos se impregnaron de estas tres ergolinas (LSD, ergina e isoergina). De repente comenzó a sentirse extraño, inquieto y mareado, según describió en su propio diario. Dejó el trabajo y se marchó a casa. Allí, tumbado y con los ojos cerrados, comenzaron las alucinaciones: luces deslumbrantes, colores caleidoscópi­cos, imágenes fantásticas… Había descubierto, sin quererlo, el poder alucinógeno de los alcaloides del ergot, aunque a partir de productos sintéticos.

Como buen científico, para estar realmente seguro de lo que había descubierto, unos días después, concretamente el 19 de abril de 1943, decidió hacer un experimento consigo mismo. Ingirió una dosis (que pensaba que era una dosis baja) de 0,25 miligramos (250 microgramos), pero como él mismo narraba más tarde, “resultó que era cinco veces la dosis debida. La dosis normal es 0,05 miligramos, y yo, para mi primer viaje, había tomado cinco veces más”.

Estando en el laboratorio, después de la ingesta, comenzó a sentirse mal. Al parecer se quedó casi sin habla y a duras penas consiguió pedir a su ayudante que le acompañara a casa. Según se cuenta, los vehículos motorizados estaban prohibidos a causa de las restricciones impuestas por la II Guerra Mundial. Así, aquel camino en bicicleta se convertiría en uno de los episodios psicodélicos más emblemáticos de la contracultura de los años 60. “Fue una experiencia terrible, un mal viaje. Todo cambió, y tuve la sensación de que había abandonado mi cuerpo, estaba en el espacio y podía ver mi cuerpo allí, y pensé: tal vez te has vuelto loco, o a lo mejor ya estás muerto. Fue realmente terrible, porque seguía consciente de mi situación y de la realidad cotidiana al mismo tiempo”.

El consumo de LSD produce notables alteraciones en la percepción visual y auditiva como cambios en el color, forma y brillo de objetos. También son frecuentes las sinestesias entre sentidos, es decir, ver un sonido u oír un color. A menudo provoca taquicardias, náu­seas, vómitos y disminución del apetito, incluso temblores y cierta descoordinación motora. Los efectos psicológicos pueden llegar a provocar cambios de ánimo brutales, incapacidad de comunicación, manías o depresio­nes profundas, así como psicosis persistente, cuyos efectos pueden ser devastadores en algunas perso­nas, incapaces de sentir la realidad de su vivir cotidiano y de pensar racionalmente.

El Dr. Albert Hofmann en 2006, con 100 años. // Stepan vía Wikipedia

El Dr. Albert Hofmann en 2006, con 100 años. / Stepan vía Wikipedia.

Prosigue Hofmann el relato de su autoexperimento: “Después de cinco o seis horas volví de nuevo a la normalidad, y entonces realmente me lo pasé muy bien. Disfruté con la sensación de haber vuelto a nacer. Volver de un mundo muy extraño y encontrarme con el mundo cotidiano y familiar. (…) Todas esas cosas que uno no valora en estado normal me parecían bellísimas, me di cuenta de lo bonito que es nuestro mundo, y estaba realmente feliz. Y así fue como descubrí la LSD”.

El LSD es una sustancia líquida, inodora e incolora. Su presentación usual es impregnada en pequeñas planchas de papel secante, que se dividen en cuadraditos o monodosis —conocidos como tripis, ácidos, micropuntos, bichos, secantes, ajos…— que se consumen por vía oral. Los efectos de esta droga psicodélica forman parte del llamado viaje o trip, de ahí que popularmente se la haya co­nocido como “tripi”.

La fecha de aquel viaje en bicicleta, que reveló a Hofmann el descubrimiento de una sustancia psicotrópica de enorme potencia a dosis muy bajas (recordemos que el químico veía el potencial del fármaco como herramienta médica y psiquiátrica, no para uso lúdico), sirvió para que años más tarde, en 1985, se celebrara por primera vez en Illinois (EEUU) el 19 de abril como Día Internacional de la Bicicleta.

Hofmann falleció en su casa de Basilea en 2008 a la increíble edad de 102 años. Un año antes, Lorenzo Veracini, Nandini Nambiar y Marco Avoletta recreaban en el cortometraje de animación A Bicycle Trip lo que pudo ser la experiencia de Hofmann en aquel emblemático viaje:

Aunque el LSD está incluido en la Lista I de los tratados y convenios sobre estupefacientes, es decir, es considerado una sustancia prohibida, la Administración para el Control de Drogas de los Estados Unidos ha aceptado su uso terapéuti­co. En la actualidad se siguen realizando estudios sobre esta sustancia en pacientes con determinadas problemáticas psíquicas, especialmente en aquellos que no han obtenido resultados beneficiosos con tratamientos tradicionales.

 

* José Antonio López Sáez es investigador del Instituto de Historia del CSIC en Madrid y autor del libro Los alucinógenos, disponible en la Editorial CSIC y Los Libros de la Catarata.

¿Qué tiene que ver la gravedad con la vida en el universo?

Por Carlos Barceló Serón (CSIC)*

La gravitación, el fenómeno por el cual los objetos con masa se atraen entre sí, parece estar detrás de la vitalidad que muestra el universo, es decir, de su capacidad para generar vida.

Remolinos de polvo interestelar en la nebulosa del Águila captados por el telescopio Hubble. Son conocidos como los “pilares de la creación” de la nebulosa, por ser un lugar donde nacen estrellas. / NASA-ESA.

Así ocurre porque la vida tal como la conocemos requiere para su existencia de una gran variedad de elementos químicos. Para que esta complejidad química se haya producido, fue necesario formar primero un ecosistema de estrellas. Es en estos inmensos y potentes hornos donde se generaron los elementos químicos complejos (todos salvo los elementos primordiales generados en fases del universo temprano); incluido el carbono, que es fundamental en los compuestos orgánicos. Es más, algunos elementos pesados solo pudieron formarse en explosiones de tipo nova, supernova o en las colisiones de estrellas de neutrones.

Esto quiere decir que únicamente un medio suficientemente procesado por el nacimiento y muerte de generaciones de estrellas es un terreno abonado para la vida. Y la fuerza suprema responsable de la formación de estrellas es la gravedad. Es ella la que tiende a compactar la materia, aumentando su densidad hasta permitir las reacciones termonucleares responsables del enriquecimiento químico.

Sin embargo, existe otro aspecto todavía más importante que relaciona biología y gravedad, considerada una de las cuatro interacciones físicas fundamentales. Es el hecho de que la gravedad, a través de la generación de estrellas, abre una puerta entrópica en el universo.

¿Qué quiere decir esto? Para entenderlo, hay que saber que la entropía es un concepto fundamental en física de sistemas complejos (gases, fluidos, etc., en general, sistemas con muchos componentes). En la descripción propuesta por Ludwig Boltzmann, la entropía de un sistema es una medida de cómo de ordinaria es la configuración en la que se encuentra entre todas las configuraciones que el sistema podría adoptar. Todos los sistemas físicos conocidos satisfacen la segunda ley de la termodinámica, la cual nos dice que todo sistema evoluciona de lo singular a lo ordinario, es decir, que su entropía y su desorden siempre aumentan.

Restos de una explosión estelar en la nebulosa de Orión. /ALMA (ESO-NAOJ-NRAO), J. Bally-H. Drass et al., via Wikimedia Commons.

Sin embargo, la evolución biológica parece ir a primera vista en contra de esta ley, ya que aparentemente produce de forma progresiva estructuras más organizadas, más singulares. No obstante, esta violación es solo una apariencia y, de hecho, la segunda ley de la termodinámica no se vulnera aquí tampoco. Lo que sucede es que cada disminución de entropía de un sistema vivo se ve compensada con aumentos de entropía en otras partes del sistema total. Nosotros y todos los seres vivos consumimos energía empaquetada de forma singular para devolverla al sistema en forma ordinaria. Al contrario de la visión popular, no funcionamos a base de consumir energía como si de hacerla desaparecer se tratara; nuestros procesos vitales conservan la cantidad de energía. Funcionamos a base de desorganizar la energía. Para poder hacer esto necesitamos que haya fuentes de energía susceptibles de ser desorganizadas. Y un foco caliente –una estrella– en un universo frío proporciona precisamente esta situación.

Todo apunta a que el universo comenzó su andadura a partir de un estado extremadamente singular y que este hecho ha permitido que en la actualidad contenga tal riqueza estructural. Aunque la conexión exacta todavía se nos escape, deberíamos retener la idea de que la gravedad guarda la clave de lo que podría ser el más singular de todos los hechos: el nacimiento entrópico del universo.

 

* Carlos Barceló Serón es investigador del CSIC en el Instituto de Astrofísica de Andalucía, autor del libro de divulgación La gravedad (CSIC-Catarata) e impulsor del proyecto audiovisual ‘Territorio gravedad’.

¿Manchas difíciles? La solución está en las enzimas

Por Francisco J. Plou (CSIC)*

Ana Yacobi / Flickr

Ana Yacobi / Flickr

En la actualidad, de cada 100 gramos de cualquier detergente, entre uno y dos corresponden a enzimas, es decir, a catalizadores biológicos utilizados para acelerar las reacciones químicas. El auge del uso de las enzimas en productos para la limpieza de ropa y vajillas es tan grande que en Dinamarca, el principal productor de estas proteínas, hay un detergente que contiene hasta nueve enzimas distintas. ¿De verdad merece la pena añadir enzimas a los detergentes o se trata de una cuestión de marketing?

Antes de responder a esta pregunta, conviene saber que el empleo de enzimas en productos de limpieza es relativamente nuevo en la historia de la humanidad y que no ha estado exento de polémicas.

En 1913 el científico alemán Otto Röhm (1876-1939) patentó el uso de extractos de páncreas de animales muertos en el prelavado de prendas de vestir. Sin embargo, no fue hasta la década de 1960 cuando en los detergentes para la ropa se empezaron a introducir masivamente enzimas, cuya producción se realiza generalmente a partir de cultivos de bacterias, levaduras y hongos. Esto sucedió de forma paralela a la implantación de las lavadoras, que requerían productos cada vez más eficientes capaces de eliminar las manchas a temperaturas bajas o moderadas.

Esta innovación fue velozmente popularizada en Europa pero no en Estados Unidos, donde creció el temor de que las enzimas pudieran causar reacciones alérgicas. Los ánimos se apaciguaron en 1971, cuando la Academia Nacional de Ciencias de este país dictaminó que el empleo de enzimas en detergentes representaba un avance tecnológico sin riesgo alguno para la salud.

De hecho, en 1975 se produjo otro logro biotecnológico que impulsó definitivamente este mercado, al conseguir encapsular las enzimas en pequeñísimos gránulos recubiertos por un material inerte que se dispersaba en contacto con el agua de lavado, liberándolas poco a poco. Esta liberación a través del agua de lavado no supone ningún problema ecológico, pues su naturaleza proteica las convierte en biodegradables.

Daniel Lobo / Flickr

Daniel Lobo / Flickr

Pero entonces, ¿las enzimas son realmente útiles en los detergentes? La respuesta es “sí”. Una de sus principales ventajas es el tratamiento de manchas difíciles que de otra manera sería difícil quitar. Así, los detergentes actuales suelen incorporar al menos cuatro tipos de enzimas, la mayoría especializados en un tipo distinto de mancha:

  1. Lipasas, que sirven para eliminar las manchas que contienen sustancias lipídicas, como las procedentes de grasas y aceites alimenticios, cosméticos, pintalabios o sudor. Las lipasas, además, permiten reducir casi un 25% la cantidad de agentes surfactantes o tensioactivos presentes en el detergente.
  2. Proteasas (las primeras enzimas empleadas en detergentes), que se utilizan para degradar las manchas que tienen una base de proteína, por ejemplo las de sangre, huevo o leche.
  3. Amilasas, que eliminan los depósitos de almidón, muy abundantes en patatas, salsas, pasta o arroz, por ejemplo.
  4. Celulasas, que se añaden para un mejor cuidado de las fibras celulósicas de las prendas de algodón, proporcionando una mayor suavidad a las telas y restaurando los colores.

Algunas compañías, en aras de obtener una eficiencia todavía mayor en el lavado, añaden otros dos tipos de enzimas:

  1. Mananasas, que degradan las manchas que contienen mananos, muy difíciles de eliminar. Los mananos, también llamados gomas, se emplean como espesantes en alimentos como helados y salsas, y también están presentes en lociones corporales o pasta de dientes.
  2. Pectinasas, para eliminar los residuos de la pectina de las frutas, por ejemplo en mermeladas, zumos o yogures.

Además, las enzimas generan una serie de beneficios medioambientales. El más destacado es la posibilidad de emplear programas de lavado más cortos y a temperatura ambiente, lo que supone un notable ahorro energético y de agua. De hecho, la mayor parte de la energía consumida en un lavado se utiliza para calentar el agua.

Pero también las enzimas permiten reducir, e incluso suprimir, la incorporación a los detergentes de algunas sustancias químicas que contaminan las aguas de lavado, fundamentalmente los fosfatos, que tienen un efecto demoledor sobre los medios acuáticos y que, poco a poco, están siendo prohibidos en los productos de limpieza en todo el mundo.

Así pues, como vemos, el tambor de la lavadora es una especie de reactor químico en el que las enzimas tienen que hacer su trabajo durante el breve tiempo de lavado, sorteando todo tipo de dificultades derivadas de la presencia de tensioactivos, agentes blanqueantes y suavizantes, en un entorno alcalino de un pH entre 9 y 12. ¡Y lo consiguen!

 

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