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CURIOSIDADES CIENTÍFICAS PARA COMPARTIR

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‘Nanobásculas’ para pesar virus y bacterias en la detección de enfermedades

Por Eduardo Gil Santos, Alberto Martín Pérez y Marina López Yubero  (CSIC)*

Cada virus y bacteria tiene una masa diferente. El simple hecho de poder pesarlos nos permitiría identificarlos y distinguirlos y, con ello, detectar de forma altamente precoz las enfermedades que provocan. Los recientes avances en nanotecnología han permitido la creación de unos nuevos dispositivos, los sensores nanomecánicos, que actúan como básculas a escala nanométrica, permitiendo detectar estos objetos con una precisión mucho mayor que los métodos convencionales de diagnóstico de estas enfermedades.

Cuerdas de ukelele

Los nanosensores vibran como las cuerdas de una guitarra para detectar virus y bacterias.

La detección de estas partículas mediante sensores nanomecánicos se obtiene estudiando los cambios en su vibración. Estos sensores vibran igual que las cuerdas de una guitarra: cuando pulsamos una cuerda de una guitarra, esta vibrará y las ondas se transmitirán por el aire, lo que percibiremos como sonido. Además, si unimos un objeto a la cuerda, esta pesará más y, en consecuencia, su movimiento será más lento, lo que dará lugar a un sonido más grave. Esta diferencia en el tono del sonido se puede relacionar directamente con la masa del objeto unido. De la misma manera, los sensores nanomecánicos vibrarán más lentamente cuando se une a ellos una partícula (virus o bacteria). Esto se comprueba fácilmente adhiriendo un pequeño imán a un diapasón. Sin embargo, en estos sensores las vibraciones no son perceptibles por el oído y se necesitan métodos ópticos muy avanzados (similares a los utilizados en la detección de ondas gravitacionales, pero a escala nanométrica) para detectar estos cambios en la vibración del sensor.

Bacteria en nanosensor

Imagen de microscopía electrónica de barrido de una bacteria E. coli sobre un sensor nanomecánico con forma de micropalanca. El peso de esta bacteria es de 300 femtogramos (0,0000000000003 gramos, diez mil millones de veces menos que una hormiga).

Estos dispositivos también permiten medir otra propiedad muy interesante de las partículas depositadas: la rigidez. Conocer la rigidez de las partículas biológicas (virus, bacterias o células) puede ser de gran utilidad, ya que, por una parte, la rigidez junto con la masa permite una identificación todavía más precisa de los distintos virus o bacterias. Asimismo, podría permitir diferenciar entre células cancerígenas y sanas, ya que se ha descubierto que aunque ambas tienen una masa similar (lo que no permite distinguirlas a través de su masa), muestran una rigidez distinta: las células cancerígenas son menos rígidas que las células sanas. Por último, medir la rigidez de los virus hace posible distinguir su estado de maduración y conocer su capacidad infecciosa.

El grupo de Bionanomecánica del Instituto de Micro y Nanotecnología del CSIC desarrolla este tipo de dispositivos desde hace más de diez años. En la actualidad, este grupo lidera una serie de proyectos financiados por la Unión Europea (ViruScan, LiquidMass, Nombis) que contribuirán a la implantación definitiva de estas tecnologías a nivel clínico. En tan solo cinco años, estos sensores se probarán en países empobrecidos con gran riesgo de epidemias para la detección de los virus que producen fiebres hemorrágicas.

Al mismo tiempo, el equipo trabaja en el desarrollo de nuevas tecnologías para la comprensión y detección precoz de muchas otras enfermedades (distintos tipos de cáncer, Alzhéimer, etc.). En un futuro no muy lejano, este tipo de sensores estarán implantados directamente en el interior de nuestro cuerpo, preparados para detectar cualquier infección en el mismo momento de contraerla, lo que permitirá actuar contra ella de manera mucho más eficaz.

 

* Eduardo Gil Santos, Alberto Martín Pérez y Marina López Yubero son personal investigador del CSIC en el grupo de Bionanomecánica del Instituto de Micro y Nanotecnología.

¿Influyen nuestras bacterias en la forma en que nos comportamos?

Por Mar Gulis (CSIC)

Imagina un villano que logra controlar la voluntad de la gente mediante la manipulación de su microbiota intestinal, es decir, el conjunto de microorganismos –en su mayoría bacterias– que habitan en nuestro intestino y nos ayudan a digerir los alimentos. Tore Midtvedt, del Instituto Karolinska de Estocolmo, sugirió en clave de humor que éste podría ser el argumento de una novela negra. Cuentan la anécdota Carmen Peláez y Teresa Requena, investigadoras del CSIC, en su libro La microbiota intestinal (CSIC-Catarata). Tal y como señalan en la obra, hoy existe un creciente interés en torno a ese fascinante eje cerebro-intestino-microbiota.

Una parte de la comunidad científica está investigando la relación bidireccional que se da entre la microbiota y el funcionamiento del cerebro o incluso nuestros comportamientos. Se trata de un campo sumamente interesante, pero también muy complejo. La pregunta que espera respuesta es “si podemos conceder a los microorganismos cierto papel como participantes en nuestra inconsciencia”, que a su vez imperceptiblemente puede dictar nuestra conducta, señalan Peláez y Requena.

Las investigadoras recogen en el libro algunos ejemplos de esta tesis. John Cryan y Timothy Dinan, de la Universidad de Cork (Irlanda), sostienen que “las bacterias influyen en nuestro comportamiento alimentario”. Desde esta perspectiva, “la microbiota lanzaría alguna señal al cerebro para informarle de que le aporte tal o cual tipo de nutrientes, que son los que habitualmente ingerimos y a los que se ha adaptado su metabolismo”. Es más, el que nos apetezcan determinados alimentos se debe a la ‘expectativa de recompensa’ (el placer anticipado que nos aporta la elección), algo que depende de los niveles de dopamina en el cerebro. Y precisamente “algunas bacterias como H. pylori modulan la producción de dopamina y, por tanto, los niveles de recompensa. ¿Estaría esta bacteria del estómago diciéndonos qué es lo que nos apetece comer?”, se preguntan las investigadoras.

Helicobacter Pylori es una de las bacterias que habitan en nuestro estómago KGH / Wikipedia

Pero las relaciones entre el cerebro y la microbiota pueden ser más sofisticadas. Algunos autores consideran que esos millones de microorganismos serían capaces de manipular otros comportamientos. Por ejemplo, “influir en nuestro estado de ánimo a través de la serotonina, conocida como hormona de la felicidad, o tener el papel contrario y producir malestar o incluso dolor”. Peláez y Requena aluden a estudios recientes que han vinculado el estrés de los recién nacidos que sufren de cólicos con un desequilibrio intestinal producido por una pérdida de diversidad bacteriana.

Y aún más sorprendente es la siguiente hipótesis que plantean: la posibilidad de que las bacterias puedan manipular los comportamientos sociales, es decir, “nuestras preferencias para relacionarnos incluso sexualmente o para vivir en grupos sociales”. Las investigadoras se refieren a la mosca del vinagre, un insecto que, a la hora de aparearse, parece estar influido por la bacteria Lactobacillus plantarum, ubicada en su tracto intestinal. “Aparentemente esta bacteria produce metabolitos a partir de la fermentación del almidón que ingiere la mosca y que inducen la producción de feromonas, influyendo así en sus preferencias sexuales de apareamiento al solo elegir moscas que también ingieren almidón. Podríamos decir que la bacteria ayuda a la mosca a buscar pareja y, además, una pareja con sus mismos gustos alimentarios”.

Ahora bien, ¿se pueden extrapolar estas teorías a los seres humanos? Según algunos expertos, sí. Concretamente, las investigadoras citan a Michael Lombardo, de la Universidad Grand Valley (EE UU). Este autor defiende que la evolución de los seres vivos invertebrados y vertebrados hacia el comportamiento gregario y social “no ha respondido solo a la necesidad común de defensa, optimización de recursos alimentarios o crianza de la prole. Podría existir también otro factor más sutil como la necesidad de transmisión interindividual de una microbiota beneficiosa que aporta múltiples beneficios”.

Peláez y Requena coinciden en que, teniendo en cuenta los beneficios nutricionales y protectores que la microbiota intestinal nos aporta y la facilidad de transmisión vertical y horizontal en el ámbito familiar y social, estas teorías también pueden ser válidas para la especie humana. No obstante, advierten, “aún hay que profundizar en los mecanismos concretos por los que la microbiota afecta a la salud humana y a nuestro comportamiento”.

Acabar con los incendios es antinatural e insostenible

* Por Juli G. Pausas (CSIC)

Para que se produzca un incendio forestal se requieren tres condiciones: una ignición que inicie el fuego, un combustible continuo e inflamable, y unas condiciones de propagación adecuadas. ¿Se dan estas tres circunstancias en nuestros ecosistemas?

Empecemos por el final, las condiciones de propagación. Una de las principales características del clima mediterráneo es que la estación más seca coincide con la más cálida (el verano), cosa que no se da en la mayoría de los climas del mundo. En verano se genera un periodo relativamente largo con unas condiciones de elevadas temperaturas y baja o nula precipitación, que son ideales para que, si hay un incendio, se propague fácilmente. Además, no es raro tener días de viento relativamente fuerte, seco y cálido (por ejemplo, los ponientes en la costa valenciana) que facilitan aún más los grandes incendios.

Las tormentas de verano actúan como fuente de ignición e inician incendios forestales / D. Maloney.

La siguiente condición es la existencia de un combustible continuo e inflamable. En la mayoría de los ecosistemas ibéricos, la vegetación es lo suficientemente densa y continua como para que, si hay un incendio en verano, pueda extenderse a grandes superficies. Esto es aplicable tanto a los bosques como a la gran diversidad de matorrales que encontramos en nuestro territorio. De manera que la vegetación mediterránea forma lo que a menudo se llama el combustible de los incendios forestales. No hay que olvidar que este combustible está compuesto por una gran diversidad de seres vivos que tienen detrás una larga historia evolutiva; son parte de nuestra biodiversidad. Esta continuidad en la vegetación era especialmente evidente antes de que los seres humanos realizaran esa gran fragmentación que se observa actualmente en nuestros paisajes, principalmente debida a la agricultura, pero también a las abundantes vías y zonas urbanas.

Pero con una vegetación inflamable y unos veranos secos no es suficiente para que haya incendios, se requiere una ignición inicial. Hoy en día, la mayoría de igniciones son generadas por personas, ya sea de manera voluntaria o accidental. Pero, ¿hay igniciones naturales? La respuesta es . A menudo tenemos tormentas secas en verano, cuando las condiciones de propagación son óptimas, de manera que los rayos generados por estas tormentas pueden actuar como fuente de ignición e iniciar un incendio forestal. Tenemos muchos ejemplos de incendios generados por rayos (la mayoría sofocados rápidamente por los bomberos); y en los meses de verano, la Agencia Estatal de Meteorología (AEMET) detecta miles de rayos potencialmente capaces de generar igniciones (ver mapa).

31-07-2015, localización de 12.835 rayos que se registraron durante 6 horas en la Península Ibérica. / AEMET.

Por lo tanto, las tres condiciones arriba mencionadas se dan de manera natural en nuestros ecosistemas, y por lo tanto podemos afirmar que sí hay incendios naturales. Pero, ¿cuántos?

Las estadísticas de incendios actuales nos dicen que los generados por rayos son una minoría, comparado con la gran cantidad de incendios provocados por el ser humano. ¿Podría esta minoría de incendios por rayo representar la cantidad de los incendios esperables en condiciones naturales? La respuesta es no. Una gran cantidad de rayos cae en suelo sin vegetación combustible (zonas agrícolas y urbanas) y por lo tanto no producen los incendios que producirían en unas condiciones más naturales. La mayoría de las igniciones en el monte generadas por rayos son apagadas por los bomberos forestales cuando aún son sólo conatos o incendios muy pequeños. Nuestros bomberos apagan la inmensa mayoría de las igniciones; sólo un porcentaje muy pequeño se escapa y se transforma en los incendios que aparecen en los medios. Además, de los incendios que realmente progresan, la mayoría son más pequeños de lo que sería esperable en condiciones más naturales, porque los apagan los bomberos o porque se detienen en zonas no inflamables (zonas agrícolas, urbanas, cortafuegos, etc.). Como consecuencia, las estadísticas de incendios por rayos, ya sea en número de incendios o en área afectada, no reflejan la importancia que tendrían los incendios en condiciones naturales, sino que los subestiman. Algunos de los incendios que actualmente se dan por actividad humana, en realidad están sustituyendo a incendios naturales.

Es decir, en unos paisajes más naturales (con menos presión humana) que los actuales, sería de esperar que hubiese menos incendios porque habría muchas menos igniciones (la elevada población actual genera la mayor parte) pero, en muchos casos, esos incendios podrían ser más grandes. El balance probablemente sería de menos áreas afectadas por el fuego, pero sí habría incendios frecuentes. A todo esto hay que añadir que actualmente estamos alterando el clima, de manera que la estación con incendios tiende a ser más larga y las olas de calor más frecuentes. Todo ello incrementa la actividad de los incendios.

Incendio en el Parque Nacional Bitterroot, Montana (EE.UU.) . / John McColgan.

En definitiva, lo importante es saber si el régimen de incendios actual y futuro es ecológica y socialmente sostenible teniendo en cuenta el cambio climático. Eliminar los incendios es imposible, antinatural y ecológicamente insostenible. Nuestra sociedad ha de aceptar la existencia de incendios, aprender a convivir con ellos, adaptar las estructuras y los comportamientos, y gestionar las zonas semiurbanas, los paisajes rurales, las plantaciones forestales y los parques naturales para que el régimen de incendios sea ecológica y socialmente sostenible. Todo ello sin olvidar que lo normal es que un día puedan ser sorprendidos por un incendio.

* Juli G. Pausas trabaja en el Centro de Investigaciones sobre Desertificación (CIDE) del CSIC y es autor del libro Incendios forestales de la colección ¿Qué sabemos de?, disponible en la Editorial CSIC y Los Libros de la Catarata.

La ayahuasca: un brebaje chamánico convertido en reclamo turístico

Por José Antonio López Sáez (CSIC)*

Entre algunos colectivos urbanos cercanos a la filosofía New Age, la ayahuasca ha adquirido cierta notoriedad en nuestros días. Sin embargo, debido a sus efectos psicoactivos, en numerosos pueblos indígenas del Amazonas su uso religioso y ritual tiene miles de años de historia y aún se mantiene en países con cierta libertad de culto. Fuera de este contexto, la venta, distribución y consumo del antiguo brebaje están penados por las leyes internacionales.

Preparación de la ayahuasca. / Awkipuma.

La ayahuasca es una liana o bejuco del Amazonas, Banisteriopsis caapi, de la familia malpigiáceas. Esta vigorosa enredadera habita en las selvas de Bolivia, Brasil, Colombia, Ecuador, Perú y Venezuela. Pero la ayahuasca es también una bebida chamánica que se elabora cociendo a fuego lento porciones de tronco de caa­pi y hojas del arbusto conocido como chacruna (Psychotria viridis). El término ‘ayahuasca’ deriva de dos palabras quechua: aya (muerto) y huasca (soga); por eso, al caapi también se le conoce como soga de los muertos, enredadera de las almas u ombligo de la tierra. Los efectos alucinógenos de esta bebida se deben fundamentalmente a un alcaloide triptamínico pre­sente en ambas especies, dimetiltriptamina o DMT, aunque Banisteriopsis caapi también cuenta con otros β-carbolínicos como harmina, te­trahidroharmina y harmalina.

Vid de ayahuasca en Iquitos (Perú). / Apollo.

Su uso ritual está ligado a la cosmovisión de las tribus indígenas amazónicas, que consideran al yagé –otro de sus nombres comunes– una planta sagrada, espiritual y medicinal capaz de provocar visiones y cambios perceptuales notables. De hecho, se está considerando seriamente su uso terapéutico fren­te a trastornos psiquiátricos de tipo depresivo, así como en el tratamiento de problemas de adicción. En algunos lugares de la selva amazónica están prospe­rando clínicas de desintoxicación mediante tratamientos con ayahuasca. Incluso existen centros que publicitan experiencias extraordinarias con esta droga visionaria y que se ofre­cen dentro de paquetes turísticos por medio de agencias de viajes. Sin entrar en la veracidad de los tratamientos, que en algunos casos han sido constatados como muy beneficio­sos y efectivos mediante ensayos clínicos, lo cierto es que este tipo de turismo está alentando una concepción del mito de la ayahuasca muy diferente y alejada de que la que tuvieron y tienen los chamanes amazónicos. Algunos de ellos incluso han llegado a formar parte de este mercado, renunciando así a la vertiente ritual y espiritual en pos de otra exclusivamente lúdica o recreativa.

Los chamanes amazónicos consideran a la ayahuasca como un vehículo para contactar con los espíritus y el mundo sobrenatural, permitiéndoles a su vez ejercer un poder sanador diagnosticando las causas de las enferme­dades y estableciendo la cura preceptiva. La ayahuasca les dicta los cánticos ceremoniales o ícaros que deben entonar, y los conduce a estados alte­rados de conciencia plagados de visiones que los acercan a un estado de muerte del que renacen como personas nuevas. Visiones que recrean seres ancestrales, míti­cos y sobrenaturales, inclusive con formas animales entre las que predominan los felinos.

Mapa de las zonas de cultivo de ayahuasca. / ayahuasca.com

Los efectos derivados del consumo de ayahuasca com­prenden tres fases. En la primera aparecen síntomas como mareos, salivación, temblor, náuseas, aumenta la pre­sión arterial y la frecuencia cardiaca y se entra ya en un estado alterado de la conciencia, con los primeros efectos psicodéli­cos. A continuación se intensifican los cambios visuales, con visiones de tipo cósmico o místico, fenómenos de tipo geomé­trico y caleidoscopios de colores. Finalmente, el chamán o un potencial consumidor entran en un profundo estado de introspección muy emotivo, donde las ideas fluyen y la me­moria se conserva. También son frecuentes las sinestesias: se escuchan colores y la música fluye como ondas rítmicas en for­ma de extrañas nubes que flotan sobre el cuerpo.

Es importante señalar que la DMT por sí sola, ingerida por vía oral, resulta prácticamente inactiva, pues se degrada muy rápidamente en los intestinos y el hígado; de ahí que ne­cesite las β-carbolinas, que inhiben la enzima que degrada la DMT, para ejercer su efecto alucinógeno. Inhalada, fumada o inyectada, la DMT provoca efectos a los pocos minutos, si bien estos duran menos de una hora.

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

¿Se pueden clasificar los olores?

Por Laura López Mascaraque (CSIC)* y Mar Gulis (CSIC)

En los últimos años nos han llegado noticias de la posible existencia de nuevos sabores. A los que ya nos son conocidos (dulce, salado, amargo, ácido y umami), se van sumando otros como el ‘oleogustus’ o sabor a grasa o el ‘sabor a almidón’ de los alimentos ricos en carbohidratos o azúcares complejos. No obstante, ninguno de estos sabores está confirmado, dado que todavía no se han descubierto receptores específicos en la lengua que los identifiquen. Pero, ¿qué pasa con los olores? Ambos sentidos, el gusto y el olfato han estado siempre muy ligados. Somos capaces de detectar infinidad de olores, eso es cierto, pero, ¿somos capaces de definirlos? ¿Percibimos todos los humanos los mismos olores y nos provocan a todos la misma sensación?

De los cinco sentidos, el olfato es el más desconocido, pero también el más primitivo, el más directo, el que más recuerdos evoca y el que perdura más en nuestra memoria. Nos da información de nuestro mundo exterior; aunque con frecuencia esto sucede de forma inconsciente. Cuando olemos, las moléculas emitidas por una determinada sustancia viajan por el aire y llegan a las neuronas sensoriales olfativas, situadas en la parte superior de la nariz, que son las responsables de reconocer el olor y hacer una conexión directa entre el mundo exterior y el cerebro.

El olfato es el sentido más primario. / Christoph Schültz.

El mecanismo es el siguiente: en nuestra nariz se encuentra el epitelio olfativo donde hay millones de células denominadas neuronas sensoriales olfativas.  En los cilios que tienen estas neuronas (receptores olfativos) es donde ocurre la interacción entre el compuesto volátil y el sistema nervioso. Las moléculas de olor encajan en los receptores olfativos como una llave en una cerradura. Cuando esto ocurre, se libera una proteína y tras una serie de acontecimientos se crea una señal que finalmente es procesada por el encéfalo. Parece un mecanismo relativamente sencillo, pero si tenemos en cuenta que nuestra nariz conserva aproximadamente 400 tipos de receptores olfativos o que las neuronas olfativas se renuevan constantemente a lo largo de nuestra vida, la única población neuronal donde esto sucede, la cosa se complica.

En nuestra cultura el valor que se le atribuye al sentido del olfato es muy bajo. Es casi imposible explicar cómo huele algo o describir cómo es un olor a alguien que carece de olfato, que es anósmico. Ya que no existe un nombre para un olor determinado, es generalmente el objeto lo que da nombre a ese olor: a limón, a jazmín…pero, ¿existe alguna clasificación? A lo largo de la historia los olores se han tratado de clasificar de diferentes maneras. Platón ya distinguía entre olores agradables y desagradables y, más adelante, el naturalista Linneo distinguía hasta siete tipologías de olores basándose en que los olores de ciertas plantas nos evocan olores corporales o recuerdos. Así, teníamos olorosas o perfumadas, aromáticas, fuertes o con olor a ajo, pestilentes o con olor a cabra o sudor, entre otras. En 1895, Zwaardemaker agregó a la lista de Linneo dos olores (etéreo y quemado) y en 1916, Hans Henning presentó un diagrama en forma de prisma donde colocaba seis olores básicos en la base y olores intermedios en las aristas y caras. John Amoore, ya en el siglo XX, clasificaba siete olores primarios en la naturaleza basándose en el tamaño y forma de sus moléculas: alcanfor, almizcle, menta, flores, éter, picante y podrido.

Ninguna de estas clasificaciones ha llegado a aceptarse universalmente. Una de las más recientes utiliza métodos matemáticos y, tras el estudio de 144 olores, los clasifica en diez categorías: fragante/floral, leñoso/resinosa, frutal no cítrico, químico, mentolado/refrescante, dulce, quemado/ahumado, cítrico, podrido y acre/rancio. Sin embargo, probablemente ninguna de estas clasificaciones representa las sensaciones primarias verdaderas del olfato. Los aromas son mezcla de olores primarios formados por diferentes compuestos químicos y cada estructura molecular confina un olor propio. Hasta la orientación de las moléculas afecta a su olor, ya que cuando una molécula es quiral o espejo (sin eje de simetría), en una forma huele a una cosa y en su forma especular, a algo distinto. Este es el caso de la carvona, que puede oler a comino o a menta según su orientación, o del limonelo, que asociamos a la naranja o al limón.

Esquema funcional de olor. / Lluis Fortes.

A estas alturas ya habrá quedado claro que es muy complejo llegar a una clasificación concreta y a gusto de todos. Además hay que tener muy en cuenta la importancia de la componente social, cultural y personal de los olores. Al percibir determinados olores, estos evocan imágenes, sensaciones o recuerdos. Esto se debe a que el olfato forma parte del llamado sistema límbico, el centro de emociones del cerebro, formado por varias estructuras que gestionan las respuestas fisiológicas ante estímulos emocionales.

La información olfativa se procesa en la corteza olfatoria primaria, que tiene una conexión directa con la amígdala y el hipocampo. Dado que la amígdala está relacionada con la memoria emocional y el hipocampo con la memoria y el aprendizaje, ambos tienen un potencial enorme para evocar recuerdos. Los recuerdos asociados a olores no son tanto hechos o acontecimientos, como las emociones que estos olores pudieron haber provocado en nosotros en un momento determinado de nuestras vidas.

En definitiva, el olfato tiene unas implicaciones sociales y emocionales muy importantes: determinados olores pueden cambiar nuestro humor, despertar emociones o evocar recuerdos ¿Podremos llegar en un futuro a poder guardar olores en alguna ‘caja de recuerdos’? Esto nos permitiría destaparlos y desencadenar un torrente de emociones en todos los sentidos.

* Laura López Mascaraque es investigadora del Instituto Cajal  del CSIC y autora, junto con José Ramón Alonso de la Universidad de Salamanca, del libro El olfato de la colección ¿Qué sabemos de?, disponible en la Editorial CSIC y Los Libros de la Catarata.

La mala hierba ¿nace o se hace?

* Por José Manuel Martín (CSIC)

Pocos grupos de estudio dentro de la ecología y la agricultura son bautizados con un término tan contundente y negativo como las malas hierbas. Cuando hablo del objeto de nuestro trabajo con amigos, no falta la rápida respuesta tirando de refranero: “mala hierba nunca muere”. Incluso a veces los más centrados solicitan la pócima mágica que acabe con esas molestas plantitas que invaden su huerto vecinal.

En las definiciones dadas por los expertos, queda claro el carácter subjetivo y antropocéntrico del concepto. La European Weed Research Society (EWRS) en 1986, y después la Sociedad Española de Malherbología (SEMh), definen las malas hierbas como toda planta o vegetación que interfiere con los objetivos o las necesidades del hombre”. Por tanto, además de en huertos y cultivos, colocamos a la mala hierba obstruyendo viales y acequias o malogrando el césped de cualquier instalación deportiva. Las características que definen a estas plantas pioneras son tener más de un ciclo vital por año, órganos subterráneos con los que regenerarse, producciones muy altas de semillas, rápido crecimiento y pronta floración… Del número de ‘habilidades’ que presente depende que nos encontremos ante una planta con alto potencial como mala hierba.

Borago officinalis y Portulaca oleracea. / Sonja Schlosser y Frank Vincentz

De las 250.000 especies vegetales que existen, se calcula que un 3% actúan como malas hierbas. Así, aunque pueda parecer que cualquier especie tiene el potencial de interferir con nuestros intereses, la realidad es que hay características que predisponen a este 3% a manifestar un comportamiento pernicioso. Podríamos traducir más de una veintena de estos atributos fisiológicos en un único rasgo ecológico: la capacidad para colonizar y desarrollarse con éxito en hábitats perturbados. No hay que olvidar que nuestras protagonistas ya estaban aquí mucho antes de que existieran cultivos, caminos, acequias y campos de fútbol. Simplemente hemos puesto a su alcance entornos con una fuerte antropización que favorecen su carácter colonizador.

Así pues, una mala hierba lo es en la medida que afecta al ser humano, sin ser algo intrínseco a la biología de la planta. De hecho, especies catalogadas como malas hierbas y que pueden ocasionar pérdidas en huertos y cultivos, como la borraja (Borago officinalis), son a la vez cultivadas de manera habitual para su consumo. Y vamos más allá. Según el The world’s worst weeds -algo así como la biblia de las especies nocivas para la agricultura-, en el top ten de las malas hierbas, encontramos la verdolaga (Portulaca oleracea), que resulta habitual en las fruterías de Portugal.

El caso más paradójico se da cuando una especie de cultivo ya cosechada, por ejemplo una cebada, se presenta como hierba no deseada en otro cultivo posterior sobre el mismo terreno. Esta situación se designa con el término de ‘ricio’. ¿Podríamos deducir por tanto que la cebada en este caso es una mala hierba? Sí, sin duda.

‘Campo de trigo con cuervos’. / Vincent Van Gogh

Las malas-buenas hierbas

Parece una contradicción intentar resaltar aspectos positivos de algo que se califica como malo en su denominación, por eso nos deberíamos referir a este grupo vegetal con un término sin carga peyorativa: plantas arvenses. Proteger el suelo de la compactación y erosión, servir de hábitat a enemigos naturales de las plagas, favorecer la presencia de polinizadores, ser utilizadas para fines medicinales y alimenticios son algunos de sus beneficios, además de su indudable valor paisajístico y social. ¿Cómo hubiera pintado Van Gogh ‘Campo de trigo con cuervos’ o Monet sus ‘Amapolas’?

Además, la presencia de arvenses contribuye a la biodiversidad y el equilibrio ecológico. Muchas veces ha sido el propio ser humano, en su afán de convertir los campos en factorías intensivas de producción alimentaria, el que ha creado el ‘monstruo’ de la mala hierba, provocando la irrupción de especies de difícil control a causa de la eliminación de especies compañeras que ejercían un control sobre aquellas.

Desde este punto de vista, se ha empezado a tomar conciencia de la necesidad de protección legal sobre las comunidades de arvenses. Gran Bretaña, en su Plan de Acción por la Biodiversidad de 1994, ya establece como uno de sus 46 hábitats prioritarios los Cereal field margin hap, definidos como “franjas de terreno entre los cultivos de cereal y el límite con la campiña, extendiéndose dentro del cultivo en una distancia concreta, manejada para favorecer a las especies objeto de conservación”. No todo van a ser osos panda y flores inaccesibles de remotas cumbres en el conservacionismo.

 

* José Manuel Martín es técnico del departamento de Protección Vegetal del Instituto de Ciencias Agrarias (ICA) del CSIC.

Neumáticos que se reparan solos: un sueño hecho realidad

Por Marianella Hernández (CSIC)*

Uno de los problemas a los que se enfrenta la sociedad en la actualidad es la cantidad de desechos plásticos. Entre ellos, se encuentra el gran número de cauchos utilizados en la fabricación de neumáticos para aeronaves, vehículos de carga y de pasajeros. Tras una larga vida, los neumáticos se convierten en inservibles y necesitan ser desechados.

Tradicionalmente estos materiales se venían depositando en vertederos al aire libre; con los riesgos medioambientales que esto conlleva debido a que no se descomponen fácilmente. Sin embargo, a partir de julio de 2006 y gracias a la entrada en vigor del Real Decreto 1619/2005 sobre gestión de neumáticos fuera de uso, ha quedado prohibido arrojarlos en los vertederos como medida para paliar el problema medioambiental.

cementerio de neumaticos

Cementerio de neumáticos.

Por ende, se han comenzado a explorar diferentes alternativas para la disposición de desechos de neumáticos, siendo el reciclado una de ellas. No obstante, de cerca de tres millones de toneladas que se lanzan cada año a la basura en Europa, solo en España se reciclan unas 200.000 toneladas. Nos preguntamos entonces ¿por qué es tan difícil reciclar neumáticos? Esta dificultad viene asociada a su complicada estructura y composición. Un neumático está formado por varios tipos de cauchos que han sido vulcanizados con azufre, además de filamentos de acero y fibras de nylon, poliéster o celulosa. Todos estos componentes deben ser separados y clasificados durante el proceso de reciclado. Adicionalmente, los neumáticos son materiales insolubles y estables térmicamente que no pueden ser reprocesados fácilmente, como sí lo son las botellas de agua o de bebidas gaseosas por ejemplo, que comúnmente consumimos y desechamos en los contenedores amarillos de reciclaje.

Es por ello que además de gestionar el reciclado de neumáticos, los fabricantes están investigando nuevos materiales que generen un impacto menor en el medioambiente. Así pues, los materiales auto-reparadores se presentan como otra alternativa para solventar el problema de la disposición de desechos de neumáticos. ¿En qué consisten estos materiales? Para entenderlo de manera sencilla, veamos ejemplos presentes en la naturaleza capaces de auto-repararse. Cuando una persona sufre algún daño en su piel, ésta se regenera mediante el proceso de cicatrización. A los lagartos después de cierto tiempo les crece alguna parte de su cuerpo que haya sido previamente cortada. Mientras que los tallos y ramas de los árboles se regeneran de manera espontánea después de ser podados.

Ciclo de reparación de un caucho natural.

Ciclo de reparación de un caucho natural.

Inspirados en estos mecanismos propios de la naturaleza, los neumáticos auto-reparadores buscan imitarlos, de manera que una vez que se pinchen o se rompan, las fisuras o daños creados se reparen una y otra vez, extendiendo el ciclo de vida regular de los mismos y contribuyendo a disminuir la cantidad de desechos generados. Un estudio reciente de la firma n-tech Research ha identificado el potencial comercial de los materiales auto-reparadores que están emergiendo de laboratorios industriales. La firma ha cuantificado la relevancia económica de estos materiales y ha proyectado un crecimiento de 2.500 millones de euros para el año 2020.

Actualmente, en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros del CSIC estamos desarrollando materiales con inherente capacidad auto-reparadora, y estudiando la integración de materiales reciclados con nuevos sistemas de auto-reparación. La tecnología está basada en los enlaces de azufre presentes en el caucho que han sido previamente dañados y que son capaces de reformarse al aplicar temperatura por un tiempo determinado. Los resultados logrados son muy prometedores, alcanzando actualmente una capacidad reparadora de más del 70%.

En conclusión, creemos que el impacto global de estos desarrollos será extraordinario. El concepto de auto-reparación mejorará significativamente la seguridad y eficiencia energética de los materiales desarrollados por el ser humano. Además, la prolongada vida útil de los productos hechos con estos materiales inteligentes ayudará a solventar el problema de los desechos y disminuirá los costos de mantenimiento. Y quizás, en muy poco tiempo el sueño de tener neumáticos que se reparen solos sea una realidad.

*Marianella Hernández es investigadora del Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros del CSIC.

Una de libros científicos para la Feria de Madrid

Cada junio los libros acuden a una cita obligada en el Parque de El Retiro de Madrid. La ciencia también tiene hueco en este encuentro anual entre textos y lectores. La Editorial CSIC y Los Libros de la Catarata presentan las novedades de sus colecciones ¿Qué sabemos de? y Divulgación, ambas escritas por investigadores e investigadoras con el fin de acercar al gran público temas de actualidad científica de forma sencilla y amena. Este año los microbios que habitan en nuestro intestino, las algas como alimento, el olfato y la participación de las mujeres en la Primavera Árabe protagonizan algunos de los títulos que se presentarán en el pabellón de actividades culturales de la Feria del Libro.

El jueves 1 de junio a las 12:30 horas, la ciencia de lo diminuto aparece en escena. En pocos años la nanotecnología se ha incorporado a un ritmo frenético en múltiples ámbitos, pero, como toda tecnología, la capacidad de controlar el nanomundo también tiene su ‘lado oscuro’. Marta Bermejo y Pedro Serena intentan centrar el debate sobre las aplicaciones y los posibles daños que puede comportar esta actividad en Los riesgos de la nanotecnología.

Uno de los retos a los que se enfrenta la sociedad en el siglo XXI es el de ser capaz de alimentar a una creciente población mundial, y las algas –uno de los recursos marinos más abundantes y menos explotados- son una posibilidad para paliar este problema. Elena Ibáñez y Miguel Herrero describen en Las algas que comemos algunas de las características únicas que poseen estos organismos vivos para convertirse en la base de la alimentación del futuro.

¿Quién no ha pasado tardes enteras jugando al ajedrez? Su complejidad, su profundidad e incluso su belleza nos siguen atrayendo como el mejor de los retos. La inserción de las matemáticas en el estudio del juego ha supuesto una simbiosis perfecta que alimenta, por un lado, el avance hacia la partida de ajedrez perfecta y, por otro, el desarrollo de nuevas mejoras en campos como el de la programación informática o la inteligencia artificial. Razvan Iagar habla de este juego milenario en Matemáticas y ajedrez.

El proceso reproductivo tiene una importancia vital en cada una de sus fases. El libro La reproducción en la Prehistoria de la colección Divulgación busca contribuir a valorar este proceso social básico, que además es susceptible de regulación y control. Sus autores Assumpció Vila-Mitjà, Jordi Estévez, Francesca Lugli y Jordi Grau, sostienen que este proceso no se limita a lo biológico y, apoyándose en un ilustrativo recorrido fotográfico, transmiten que ha estado regulado por normas sociales que permitían garantizar la continuidad de las sociedades desde la Prehistoria.

 

 

Tardes de feria con ciencia

El lunes 5 de junio a las 18:00 horas, Carmen Peláez y Teresa Requena, autoras de La microbiota intestinal, explicarán la importancia de las bacterias que habitan en nuestro intestino y contribuyen a mantenernos saludables. La microbiota intestinal nos ayuda a digerir los alimentos, coopera con nuestro sistema inmune y optimiza el aprovechamiento energético de la dieta. Pero además, investigaciones recientes están tratando de descifrar en qué medida estos seres microscópicos también pueden afectar a nuestra actividad cerebral.

Por su parte, El olfato nos habla del más desconocido de nuestros cinco sentidos, a pesar de que es el más directo, el que más recuerdos evoca y el que más perdura en nuestra memoria. Sus autores Laura López-Mascaraque y José Ramón Alonso expondrán como el olfato puede ser una nueva herramienta diagnóstica para algunas enfermedades.

M. Valderrama presentará Los desiertos y la desertificación. En su texto, el investigador de la Estación Experimental de Zonas Áridas aclara las diferencias entre ambos términos, explicando qué es un desierto y qué no lo es, identifica las causas que lo originan y expone cómo se produce el proceso de degradación del territorio.

Cierra esta tarde de presentaciones La isla de Pascua, de la colección Divulgación. Escrito por Valentí Rull, la publicación sobre el lugar habitado más remoto del planeta responde a cuestiones como quiénes fueron los pobladores originarios de este lugar y con qué fin construyeron los moai, o cuándo y por qué desapareció esta civilización de la isla.

Las presentaciones se realizarán en el Pabellón Bankia de actividades culturales. Puedes consultar aquí la programación detallada. Además, los autores de las colecciones firmarán sus libros en las casetas de la Editorial CSIC (número 14) y de la editorial Los libros de la Catarata (número 149).

Diez años de Top 10 de especies asombrosas

Por Mar Gulis (CSIC)

Una saltamontes rosa brillante y una araña con forma de sombrero de mago con increíbles dotes para el camuflaje; plantas que ‘sangran’ y orquídeas que recuerdan a la representación del diablo son algunas de las Top 10 descubiertas en 2016. Como cada año, el comité liderado por el doctor Quentin D. Wheeler, del International Institute of Species Exploration , en el que participa el investigador del CSIC en el Museo Nacional de Ciencias Naturales Antonio García Valdecasas, elabora esta lista que nos recuerda la importancia de conocer y clasificar la biodiversidad.

Este año se cumplen diez años desde que comenzó a elaborarse este listado. El objetivo de la iniciativa es recordar que la crisis de la biodiversidad actual hace que las especies se extingan antes de que dé tiempo a descubrirlas.

La lista se da a conocer hoy para celebrar el aniversario de Carlos Linneo, botánico sueco del siglo XVIII considerado padre de la taxonomía moderna. Las cifras varían, pero, según la comunidad científica, quedan alrededor de 12 millones de especies por descubrir, cinco veces más de las que ya se conocen.

Las especies Top 10 de 2016

1. Eriovixia gryffindori, una araña con sombrero de mago

Esta araña diminuta, de menos de dos milímetros de largo, debe su nombre al sombrero del mago Godric Gryffindor, uno de los personajes de la saga de Harry Potter. Hasta  ahora solo se han descubierto hembras de esta especie cuyas forma y colores le sirven para camuflarse en la hojarasca en la que se esconde durante el día. Se cree que la especie es nocturna y endémica de los bosques húmedos de la zona centro-occidental de la India donde construye redes verticales en forma de esfera.

Eriovixia gryffindori. / Sumuka J. N.

2. Eulophophyllum kirki, la saltamontes rosa de camuflaje

Algunas especies se encuentran cuando menos te lo esperas. Esta experta del camuflaje fue descubierta mientras los investigadores buscaban tarántulas y serpientes en Borneo. Las hembras de estos saltamontes aprovechan su color y su capacidad para mimetizarse (tanto el cuerpo como las patas parecen hojas) para esconderse entre el follaje. Miden unos cuatro centímetros y frente al rosa brillante que exhiben, los machos de la especie son completamente verdes.

Debido a que la zona en la que viven está altamente protegida, los investigadores no han podido colectar ningún ejemplar y solo las fotografías prueban su existencia. A veces el avance de la ciencia choca con las medidas que se imponen para proteger áreas naturales.

Eulophophyllum kirki. / Peter Kirk

3. Pheidole drogon, una hormiga con grandes espinas para masticar

Es una de las dos especies de hormigas espinosas descubiertas en Papúa Nueva Guinea. Hasta ahora se pensaba que las espinas dorsales características de este grupo de especies eran un mecanismo de defensa, pero su estudio pormenorizado, que incluye microtomografías (imágenes de rayos x en tres dimensiones), sugiere que algunas de estas espinas sirven de anclaje para los músculos encargados de sostener unas cabezas y mandíbulas, especialmente grandes en el caso de los soldados. Estas hormigas usan las espinas para triturar semillas que, de otra manera, no podrían utilizar como alimento.

Pheidole drogon. / Masako Ogasawara

4. Gracilimus radix, la rata omnívora

Esta rata parece ser una buena muestra de inversión evolutiva ya que es la única de entre sus parientes, estrictamente carnívoros, que mantiene una dieta variada. Es gris-marrón, pequeña y esbelta con orejas redondeadas y una cola con poco pelo. Está estrechamente emparentada con las ratas de agua de la isla indonesia de Célebes e incluye raíces en su alimentación, de ahí su nombre. Incluyendo esta, ya se han descubierto siete especies de ratas en esta isla desde 2012.

Gracilimus radix. / Kevin Rowe

5. Scolopendra cataracta, un ciempiés submarinista en peligro

Este nuevo ciempiés es negro, tiene 20 pares de patas y llega a medir 20 centímetros de largo. Es la primera especie de ciempiés jamás observada capaz de sumergirse en el agua y correr por el fondo de la misma manera que en tierra firme. La situación de su población es muy preocupante debido a que su hábitat está desapareciendo rápidamente por el aumento de la actividad turística en el área.

Scolopendra cataracta. / Siriwut Edgecombe

6. Potamotrygon rex, una raya de agua dulce brasileña

Potamotygon Rex. / Marcelo R. de Carvalho

Esta gran raya de agua dulce es endémica del río Tocantins, en Brasil. El espécimen tipo mide 1.110 milímetros de longitud y los ejemplares grandes pueden pesar 20 kilos. Es otra de las 350 especies de este río que no es encuentran en ningún otro lugar de la Tierra. Es de color pardo negruzco y con motivos sorprendentes amarillos y anaranjados.

7. Solanum ossicruentum, un arbusto con frutos ‘sangrientos’

Cuando maduran, los frutos de este arbusto son duros, como si fueran huesos de frutas y al cortarlos, la planta parece sangrar. Esas características han servido para bautizarlo como ossicruentum, hueso sangriento. Cuando se corta, su carne se oxida y pasa del color verde blanquecino al rojo sangre. Los botánicos conocen la especie desde hace 50 años, pero erróneamente se había considerado que era una variación de la especie S. Dioicum.

Solanum ossicruentum. / Christopher T. Martine

8. Illacme tobini, el milpiés extensible

Los milpiés Siphonorhinid  tienen el record de número de patas con 750, pero esa cifra se podría ver superada por Illacme tobini. Este milpiés recién descubierto tiene 414, pero continúa añadiendo segmentos de cuerpo con las patas correspondientes a lo largo de su vida. Alargado, similar a un hilo de unos dos centímetros de longitud y sin ojos, este milpiés, descubierto en el Parque Nacional Sequoia (EEUU),  pertenece a un antiguo linaje de hace 200 millones de años. Vive en pequeñas grietas bajo la superficie del suelo y segrega un producto químico desconocido para defenderse. Cuatro de sus patas están modificadas para transferir espermatozoides a las hembras que segregan seda.

Illacme tobini. / Pail Marek

9. Telipogon diabolicus, la orquídea del diablo

Dicen que el diablo está en los detalles. En este caso, está en esta orquídea. La nueva especie Telipogon diabolicus tiene una estructura reproductiva derivada de la fusión de la flor masculina y femenina con un aspecto que recuerda a las representaciones de la cabeza del diablo. Considerada en peligro crítico, la especie es conocida solo en el sur de Colombia, donde crece en un bosque de montaña actualmente muy amenazado por la reconstrucción de una carretera. Solo en Colombia existen alrededor de 3.600 especies de orquídea, cientos de ellas a la espera de ser descritas.

Telipogon diabolicus. / M. Kolanowska

10. Xenoturbella churro, un gusano primitivo y simétrico

Descubierto a más de 1.700 metros de profundidad en el Golfo de California,  Xenoturbella churro, un gusano marino de diez centímetros de longitud, es un representante de un grupo de gusanos primitivos de una de las ramas más tempranas en el árbol genealógico de animales bilateralmente simétricos. Al igual que algunos de sus parientes, se cree que se alimenta de moluscos. Es de color naranja rosáceo y tiene cuatro surcos longitudinales profundos que recuerdan a los churros, de ahí su nombre. Estas criaturas primitivas tienen boca, pero no ano, y nos recuerdan la increíble biodiversidad que habita en los océanos.

Xenoturbella churro. / Greg Rouse

Géiseres, fumarolas y fuentes termales: cuando la tierra hierve bajo el suelo

* Por Mar Gulis (CSIC)

Se cree que Geysir, el primer géiser conocido del mundo y que da nombre a este fenómeno, situado en el valle de Haukadalur, al norte del lago Laugarvatn (Sur de Islandia), ha ejercido su actividad geotérmica desde hace más de 10.000 años. Este fenómeno natural tan longevo como espectacular puede albergar la energía renovable del futuro. Es el caso de la energía geotérmica, un recurso natural que aprovecha el calor de las aguas subterráneas para la climatización de los hogares y obtener agua caliente sanitaria de forma ecológica.  Este tipo de energía es muy utilizada en países con un terreno de alta actividad volcánica, como Islandia, Nueva Zelanda, Japón, Filipinas o el oeste de los Estados Unidos. Además de ser una energía 100% renovable, también se manifiesta en la naturaleza de formas sorprendentes y diversas.
En la naturaleza podemos encontrar las diferentes formaciones de hidrogeología geotermal:

Aguas termales del Potosí, Bolivia. / Iain y Sarah vía Wikimedia Commons

Fuente termal: Las más comunes, ya que no necesitan de terreno volcánico, tan solo encontrarse cerca de una línea de falla que permita el ascenso del agua a altas temperaturas. El agua, en forma de laguna o fuente, emana a una temperatura superior a los 36.7o C, la temperatura del cuerpo humano, y es apta para el baño y el uso sanitario y/o calefactor.

Géiser Strokkur (Islandia). / Eliezer Sánchez

Géiser: El agua escapa a presión en forma de surtidor a intervalos regulares. La temperatura oscila entre los 80o y los 100oC. El fenómeno se produce cuando el agua de lluvia se acumula en depósitos subterráneos o cavidades internas y posteriormente el magma calienta el líquido hasta aumentar su presión vaporizándolo y expulsándolo al exterior.

Fumarola: El agua mana en forma de vapor de manera continuada por las grietas de un volcán o superficie volcánica debido a que su temperatura supera los 100o. En función de la temperatura y las sustancias que expulsen hay varios tipos: frías, secas, alcalinas, etc.

A diferencia de estas formaciones, otras tienen el mismo tipo de emanación, pero se dan en lugares muy diferentes. Tal es el caso del volcán de fango, en el que la emanación de gases proviene de un yacimiento de petróleo y provoca un burbujeo de lodo en la superficie, o las fuentes hidrotermales, en las cuales la fumarola se encuentra sumergida bajo el agua.

Incluso en estos lugares tan extremos del paisaje también es posible la vida, ya que como explicamos en este post, bacterias como ‘Conan’ son capaces de sobrevivir, incluso bajo las temperaturas más altas.  O en entornos como el Mar Muerto donde, con niveles de salinidad casi diez veces superiores a los del Mediterráneo, aún es posible albergar vida. A estos organismos, capaces de resistir las condiciones más adversas posibles, se les conoce como extremófilos.

Fumarola en Námaskarð (Islandia). / José Ángel Acinas

Para el aprovechamiento de esta energía en España es necesario saber que en los yacimientos geotermales de la península la temperatura del agua oscila entre los 50º y los 90ºC. Las áreas con mayor concentración de energía de estas características se encuentran en el sureste andaluz, Cataluña, Galicia y en la zona central de la península ibérica (Madrid).

Estos yacimientos de baja temperatura son utilizados parcialmente y no a pleno rendimiento, ya que esta energía geotérmica se usa principalmente para la calefacción y el suministro de agua caliente en edificios de balnearios, así como en viviendas, colegios y recintos agrícolas (invernaderos).

El archipiélago canario, sin embargo, posee yacimientos de alta temperatura (superiores a los 100-150°C), aptos para la producción de energía eléctrica, dado que se trata de un terreno de origen volcánico. No obstante, aún no se ha establecido ninguna planta de energía geotermal de alta temperatura.

 

* Parte de la información ha sido extraída del libro ‘La vida al límite’ (CSIC-Catarata) del investigador Carlos Pedrós-Alió, del Instituto de Ciencias del Mar de Barcelona ICM-CSIC