Entradas etiquetadas como ‘Editorial CSIC. Los Libros de la Catarata’

Tres teorías para explicar el origen de la asimetría en los seres vivos

Por Luis Gómez- Hortigüela (CSIC) *

La quiralidad es la propiedad que tienen ciertos objetos de no ser superponibles con su imagen especular. Así, cada una de las imágenes especulares constituyen entidades diferentes. El mundo que nos rodea está lleno de objetos quirales, como el clásico ejemplo de nuestras manos (la izquierda se convertirá en la derecha si la ponemos frente a un espejo), u objetos que posean ejes helicoidales, como tornillos o escaleras de caracol.

La trascendencia más fundamental de la quiralidad tiene lugar en el nanomundo de las moléculas, en particular en las que conforman el funcionamiento de los seres vivos. Esto es así porque, ya desde su más remoto origen, la vida decidió funcionar de manera asimétrica, empleando compuestos quirales para construir las biomoléculas funcionales: aminoácidos para formar proteínas y azúcares para los ácidos nucleicos. En una entrada anterior, ya hablábamos de la asimetría como una propiedad esencial para la vida. Por alguna misteriosa razón, de las dos posibles formas especulares de estos compuestos quirales, la vida decidió comenzar su andadura empleando exclusivamente la forma zurda (L) de los aminoácidos y la forma diestra (D) de los azúcares, fenómeno que se conoce como homoquiralidad.

El pez platija con su extravagante asimetría en la posición de los ojos es un claro ejemplo de quiralidad.

A su vez, consciente de su eficiencia, la evolución trasmitió esta caprichosa selección quiral a todos los seres vivos, al menos en lo que concierne a nuestro planeta. Ahora bien, una vida imagen especular de la existente, con aminoácidos diestros y azúcares zurdos, en principio debería ser igualmente viable. ¿Por qué entonces la naturaleza se decantó por la vida basada en L-aminoácidos y D-azúcares? ¿Fue fruto de una mera casualidad o existe un imperativo cósmico detrás? ¿Podría existir vida imagen especular de la nuestra en otros planetas? Hasta el momento, hay tres posibles teorías que responden esta cuestión.

La homoquiralidad surgió por azar

Al ser las dos formas especulares (enantiómeros) de compuestos quirales igualmente estables, en principio existen en igual proporción (50% de cada uno). La senda hacia la homoquiralidad requiere el establecimiento de ciertos desequilibrios enantioméricos primigenios, una ruptura inicial de esa simetría del 50% que pueda derivar por diversos mecanismos de amplificación hacia la exclusividad quiral requerida para traspasar la barrera de la materia inerte a la viva. Un primer agente que podría haber generado esos desequilibrios es el propio azar.

Imaginemos que lanzamos una moneda al aire 100 veces; la estadística predice que lo más probable es que obtengamos 50 caras y 50 cruces. Sin embargo, si realizamos el experimento varias veces, es muy posible que en alguna ocasión obtengamos 49 caras y 51 cruces (o viceversa), lo que da lugar a una ruptura de la simetría. De manera similar, pequeños desequilibrios estocásticos en la proporción de uno y otro enantiómero de biomoléculas quirales en el caldo prebiótico habrían generado un germen de asimetría que habría derivado en la homoquiralidad. De ser este el mecanismo, la vida terrestre basada en L-aminoácidos y D-azúcares constituiría un mero accidente congelado fruto de un azaroso desequilibrio primigenio, condenado a la eternidad por la selección natural y las ventajas bioquímicas de la homoquiralidad. Esta selección quiral, por tanto, no sería imperativa en el universo, sino que podría encontrarse vida imagen especular en otros rincones del mismo.

El Hibiscus hawaiano, es quiral: los pétalos se montan unos sobre otros de manera helicoidal. / Wikipedia

Imperativo cósmico

No obstante, Einstein encontraba poco espacio en el universo para el azar: “Dios no juega a los dados con el universo” (o en este caso, la selección natural a través de la evolución química). Así, también se han propuesto mecanismos deterministas, donde ciertas influencias asimétricas debieron concurrir para generar esa ruptura inicial de simetría, lo que establecería una causa última para la selección quiral de la vida.

La primera de las teorías deterministas está relacionada con la naturaleza íntima de la materia. Uno de los más desconcertantes descubrimientos científicos del siglo XX fue la llamada caída de la paridad, que se deriva del hecho de que las partículas que conforman nuestro universo de materia son asimétricas. En palabras de Asimov, que el electrón es zurdo (su reverso de antimateria, el positrón, sería su análogo diestro).

Nuestro universo está constituido por partículas de materia, como el electrón, y por tanto es asimétrico. Esta asimetría es debida a un desequilibrio inicial, cuyas causas aún se desconocen, entre la cantidad de materia y antimateria tras el Big Bang, que hizo que la primera prevaleciera en su épica batalla ancestral contra la antimateria, conformando así nuestro universo.

Tal asimetría de la materia que configura las moléculas de nuestro universo implica que existe una ínfima diferencia de estabilidad entre los enantiómeros L y D de los aminoácidos construidos a base de materia, lo cual podría proporcionar la causa para un desequilibrio inicial. De hecho, estudios teóricos sugirieron una ligerísima mayor estabilidad para los L-aminoácidos y los D-azúcares, coincidente con la selección quiral de la vida. Sin embargo, las diferencias de energía calculadas eran extremadamente pequeñas y controvertidas. Así, por muy eficientes mecanismos de amplificación que existieran, resulta difícil predecir que tales mínimos desequilibrios condujeran a la homoquiralidad de la vida. En todo caso, si este fuera el origen, la quiralidad estaría impresa en los mismos entresijos de la materia, y por tanto cualquier vida en nuestro universo de materia debería reflejar la misma selección quiral que la terrestre.

La espiral de las conchas de caracol giran invariablemente hacia la derecha, una muestra de la quiralidad en esta especie.

Origen extraterrestre

En 1969, la llegada de un inesperado visitante en forma de meteorito a Murchison (Australia) proporcionó una nueva pista para otro posible mecanismo de ruptura de simetría quiral. El célebre meteorito contenía aminoácidos de origen extraterrestre. Sorprendentemente, se observaron ciertos desequilibrios enantioméricos en dichos aminoácidos, lo que sugería la provocativa idea de un germen de quiralidad exógeno, forjado en algún rincón del universo donde pudieran darse condiciones que no serían posibles en la Tierra. De esta manera, el desequilibrio quiral inicial habría alcanzado nuestro planeta a bordo de meteoritos.

Para estudiar esta sugerente posibilidad, la Agencia Espacial Europea envió en 2004 la sonda Rosetta al cometa 64P-Churiumov Guerasimenko para analizar in situ la existencia de desequilibrios enantiómericos en compuestos quirales de interés para el origen de la vida, si bien azares del destino impidieron llegar a conclusiones definitivas. En este caso, no existiría una quiralidad universal, sino que su origen sería local asociado a una región particular del universo, y podría por tanto existir vida imagen especular en otros planetas de otras regiones estelares.

Sea como fuere, resulta sobrecogedor pensar que el código quiral que describe la asimetría de la vida pudiera proceder en último término de algún lejano rincón del universo bañado por la luz asimétrica de una estrella de neutrones durante la llamada era química, o bien de lo más recóndito de la existencia, en el más insondable periodo posterior al Big-Bang, cuando la materia venció en su decisiva batalla contra la antimateria durante la era cósmica, salvándose de su desintegración absoluta y permitiendo la formación de las galaxias y el desarrollo de la era biológica que condujo, de la mano de la evolución, a nuestra propia existencia para admirar la asimétrica belleza del Universo… ¿O no fue más que una mera casualidad?

Luis Gómez-Hortigüela es investigador del Instituto de Catálisis y Petroleoquímica del CSIC y autor del libro ‘La quiralidad’ (CSIC-Catarata) de la colección ¿Qué sabemos de?

¿Por qué oímos hasta con los oídos tapados?

Por Mar Gulis (CSIC)

Imagina que oyes de repente un ruido muy molesto, como una alarma a todo volumen, un pitido intenso que no cesa durante minutos o que estás en medio de una conversación bulliciosa entre varias personas. Seguramente lo primero que vas a hacer es taparte los oídos, pero te darás cuenta de que lo vas a seguir oyendo… aunque sea de una forma más leve. ¿Por qué ocurre esto?

Nuestros oídos son un laberinto para el sonido. Un laberinto dividido en tres partes: oído externo, medio e interno. El recorrido comienza cuando el sonido llega al oído externo y golpea al tímpano, haciéndolo vibrar, y esa vibración se transmite a través de la cadena de huesecillos (martillo, yunque y estribo) que se encuentran en el oído medio. Las vibraciones continúan hasta la cóclea, en el oído interno y en forma de espiral, también conocida como caracol, donde se convierten en impulsos electroquímicos que viajan hasta el cerebro, capaz de interpretar y entender a través de las terminaciones nerviosas del ganglio auditivo. Esto es lo que nos permite oír.

oído, sonido, sordera

Así lo explican la investigadora Isabel Varela Nieto, del Instituto de Investigaciones Biomédicas Alberto Sols (CSIC-UAM), y el otorrinolaringólogo Luis Lassaletta Atienza, autores del libro La sordera, de la colección ¿Qué sabemos de? (Editorial CSIC – Los Libros de la Catarata). La energía acústica se transmite desde el exterior hasta la cóclea, y toda esa cadena “proporciona una amplificación a la señal sonora de unos 35 decibelios (dB)”. Oímos, incluso aunque tengamos los oídos tapados, porque el sonido puede llegar hasta la cóclea a través de la vía ósea. De esta forma la vibración sonora se transmite a través del cráneo, que pone en marcha los líquidos del laberinto de nuestro oído.

Exposición constante al ruido: trauma acústico y la sordera del siglo XXI

La explosión de un petardo, un disparo o la música de una discoteca a todo volumen. Estos son algunos de los ruidos que si escuchas de forma intensa o prolongada podrían pasarte factura: desde provocar lesiones en el oído hasta el conocido como trauma acústico, que se produce cuando el deterioro es irreversible, señalan los investigadores. Por ello, advierten sobre una serie de factores a tener en cuenta para prevenir estos trastornos: la intensidad sonora (límite de 80 dB), el tiempo de exposición, la frecuencia de ruido (las más lesivas, comprendidas entre 2.000 y 3.000 Hz) y la susceptibilidad de cada persona.

De hecho, hay personas que por su profesión están más expuestas al ruido, incluso a más de 80 dB, como por ejemplo armeros, militares o personal de una discoteca. Sobrepasar este límite “produce de forma característica una pérdida de audición bilateral con afectación inicial en 4.000 Hz que con el tiempo afecta al resto de frecuencias”. Y peor aún, el impacto sonoro puede desembocar en hipoacusia neurosensorial –que responde a problemas en el receptor auditivo, la cóclea o en las vías nerviosas– o en acúfenos, es decir, la sensación de oír ruidos dentro de la cabeza.

El ruido es, por tanto, la principal causa evitable de sordera en el mundo. Aunque no siempre llega del exterior: el uso de dispositivos de audio a una intensidad alta durante varias horas también puede derivar en esta dolencia. Por ello, los autores destacan que “el mejor tratamiento para el trauma acústico es la prevención”, ya que todavía no existe un tratamiento específico, lo que constituye uno de los retos de la medicina del siglo XXI. De hecho, evitar el ruido puede ser una opción recomendable.

 

* Puedes leer más en el libro La sordera (Editorial CSIC – Los Libros de la Catarata), de la colección ¿Qué sabemos de?

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

Por Mar Gulis (CSIC)

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

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

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

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

Estas son las coordenadas

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

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

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

La información de las firmas se puede consultar aquí.