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Ciencia Fresca

La ciencia no deja de asombrarnos con nuevos descubrimientos insospechados cada semana. En el podcast Ciencia Fresca, Jorge Laborda Fernández y Ángel Rodríguez Lozano discuten con amenidad y, al mismo tiempo, con profundidad, las noticias científicas más interesantes de los últimos días en diversas áreas de la ciencia. Un podcast que habla de la ciencia más fresca con una buena dosis de frescura.

Adhesión y evolución. Pintar sin pintura. Carnes rojas y cáncer.

Adhesión y evolución. Pintar sin pintura. Carnes rojas y cáncer. Podcast Ciencia Fresca - CienciaEs.com

La adhesión para andar por las paredes se desarrolló 11 veces en la historia evolutiva.
La primera noticia de hoy tiene que ver con un viejo conocido del programa, el geco, o mejor dicho, los gecos, ya que existen diversas especies de estos animales. Como sabemos, los gecos son capaces de desplazarse por superficies verticales, e incluso los techos de las habitaciones o partes inferiores de ramas de los árboles. Como explicamos en un programa anterior, los gecos pueden realizar esta proeza locomotora gracias a que poseen en sus patas unas estructuras similares a pelitos microscópicos, formadas por queratina, que utilizan las fuerzas de van der Waals para adherirse a virtualmente todo tipo de superficies.

No obstante, estas estructuras microscópicas no son lo único que es necesario para que los gecos consigan esta extraordinaria adhesión. Además, los gecos poseen escamas modificadas en sus dedos, llamadas escansores, y también poseen estructuras esqueléticas modificadas en las palmas de sus patas y en otras partes de sus extremidades. Como tal, este sistema es un ejemplo de adaptación compleja y se cree que ha surgido en la evolución nada menos que 11 veces de manera independiente y se ha perdido otras 9 veces.

Obviamente, el sistema de adhesión de los gecos necesita de componentes que permitan la adhesión y al mismo tiempo también la separación de las patas de su sustrato, ya que de otro modo el movimiento sería imposible. Este complejo sistema, requiere un tiempo de actuación en cada paso, y aunque supone una ventaja para desplazarse por determinados ecosistemas, supone una desventaja para desplazarse por otros. Por ejemplo, cuando corren por una superficie plana, los gecos mantienen extendidos al máximo sus dedos, evitando el ciclo de pegado y despegado, lo que les permite correr a mayor velocidad. Sin embargo, las modificaciones anatómicas necesarias para el sistema adhesivo no les permiten alcanzar la misma velocidad que la que alcanzan lagartos de talla similar que carecen de la capacidad adhesiva. Además, los gecos tampoco pueden excavar el suelo. Esto indica que en algunas circunstancias, el sistema adhesivo de los gecos puede suponer una desventaja.
Lo anterior implica que a lo largo de la evolución, no solo de los gecos, sino también de otras especies, las innovaciones evolutivas, como la adhesividad, pero también el vuelo, o incluso la vista, pueden perderse a la hora de adaptarse a otros entornos en los que las innovaciones no son necesarias o pueden resultar incluso perjudiciales. Esto genera irradiaciones evolutivas de las que se producen numerosas especies a partir de una inicial que poseía la innovación evolutiva que luego se pierde.
Científicos también de la Universidad de California, en Riverside, deciden investigar las consecuencias funcionales y morfológicas de la pérdida de la adhesión a partir del género de gecos Pachydactylus, que vive en la región sur de África. Lo que encuentran es que los gecos muestran una elevada evolución morfológica y locomotora cuando su sistema adhesivo se pierde o es simplificado durante la evolución, lo que indica que la pérdida de una innovación adaptativa, lejos de suponer un retroceso, supone una fuerza evolutiva considerable para la generación de nuevas especies (1).

No hace falta pintura para colorear, basta un poco de interferencia.
Una forma habitual de colorear las cosas consiste en darles una mano de pintura, es decir, cubrirlas con pigmentos que, al recibir la luz blanca, absorben unos colores y reflejan otros. Otra, muy distinta, consiste en aprovechar las propiedades ondulatorias de la luz y provocar interferencias que quiten protagonismo a unos colores y potencien a otros. Esta última opción es la que nos proporciona los colores irisados que adornan la superficie de las pompas de jabón, las manchas de aceite sobre los charcos de agua, los reflejos irisados de las alas de algunas mariposas y en los plumajes de ciertas aves.
Este fenómeno, provocado por la difracción de la luz, es el que ha aprovechado un equipo de investigadores de la Universidad de Harvard para colorear superficies. Utilizando una finísima capa de semiconductor de unos pocos nanómetros de espesor, los investigadores consiguen que la capa de semiconductor divida cada rayo de luz blanca incidente en dos; uno se refleja en la superficie externa y otro penetra en la capa y es reflejado por la superficie interna. Cuando ambos rayos vuelven a unirse, como han recorrido distancias distintas, sus ondas electromagnéticas interfieren entre sí de manera que los colores correspondientes a algunas frecuencias se suman potenciando el color y otros se restan perdiendo intensidad.
Ya en 2012, el equipo liderado por el profesor Federico Capasso logró colorear una superficie metálica lisa al depositar sobre ella una capa de semiconductor de unos pocos nanómetros de espesor. Con este método, controlando el espesor de la capa depositada, lograba obtener por difracción un color concreto. El método era muy efectivo con superficies lisas pero no así con las que tienen rugosidades como, por ejemplo, una hoja de papel.
Ahora, según se publica en la revista Applied Physics Letters, el mismo equipo ha logrado mejorar el método y puede ser utilizado para pintar cualquier superficie, sin importar cuán rugosa sea. El procedimiento es muy simple, pero efectivo. Básicamente se trata de depositar primero una delgadísima capa metálica – en el experimento utilizaron una capa de oro pero especifica que se pueden usar metales más baratos, como el aluminio- también de un espesor nanométrico, para conseguir eliminar las rugosidades. De esta manera, al depositar sobre ella la capa del semiconductor, germanio en concreto, el efecto coloreado volvía a surtir efecto. Dado que la capa es muy delgada, el método podría permitir colorear cualquier objeto empleando un gasto mínimo de material, una ventaja de vital importancia en muchas aplicaciones, por ejemplo en la industria aeroespacial.
Cuando la NASA puso en marcha los transbordadores espaciales, esas naves en forma de avión que despegaban de tierra acoplados a tres inmensos tanques de combustible, los ingenieros decidieron pintarlos de blanco. Aunque la capa de pintura era muy fina, al terminar comprobaron que el enorme tanque central, cuyas dimensiones eran de 47 metros de alto por más de 8 metros de diámetro, había aumentado su masa en 272 kilogramos, una cantidad muy importante a la hora de lanzar una nave al espacio. Con el método que presentan ahora los investigadores de Harvard, la capa de pintura habría sido mil veces más fina y el peso se habría reducido a un par de kilogramos. Es difícil pensar en futuras aplicaciones de esta técnica pero, aparte de la industria aeroespacial, podría tener aplicación en el recubrimiento de células fotovoltaicas y un sinfín de objetos cotidianos que, a buen seguro, llenarían nuestra vida de colores tan vistosos que en nada tendrían que envidiar a los que adornan las alas de las más bellas mariposas. (2)

Comer carne roja hace al organismo más vulnerable al cáncer.
Para terminar, aprovechando que nos encontramos en el corazón de las fiestas navideñas en las que normalmente solemos comer más de la cuenta alimentos que, por otra parte, tampoco resultan demasiado sanos, vamos a comenzar relatando un importante descubrimiento: la causa de que el consumo de carne (vaca, cerdo y cordero) aumente la probabilidad de sufrir cáncer.
El consumo de carne es un factor de riesgo bien establecido para el desarrollo de varias enfermedades, que incluyen la aterosclerosis, la diabetes de tipo 2 y el cáncer, además de aumentar la mortalidad general, es decir, disminuir la longevidad. De hecho, un informe de la fundación mundial del cáncer indica que la carne se encuentra entre los diez primeros factores de riesgo para la progresión de carcinomas (cáncer con origen en células epiteliales o glandulares) en todas las poblaciones humanas.
Como sucede siempre en ciencia, una vez establecido un hecho se postulan hipótesis para explicarlo. En el caso que nos ocupa se han aventurado varias. Una de ellas mantiene que se generan carcinógenos al asar la carne, los cuales producen las mutaciones génicas necesarias para iniciar cualquier tipo de tumor. Aunque esta hipótesis tiene su mérito, es incapaz de explicar por qué no se incrementa la incidencia de cáncer al consumir pollo o pescado asado o la plancha, lo que al parecer también genera los mismos potenciales carcinógenos que se producen al asar la carne. Además estudios realizados en animales indican que la dosis de mutágenos necesaria para inducir cáncer en varias decenas de veces superior a la que se consume normalmente en una dieta rica en carne roja.
Sin embargo, no es menos cierto que animales ávidos consumidores de carne no sufren por ello de mayor incidencia de cáncer. Por esta razón, es probable que exista un mecanismo específico para la especie humana por el cual el consumo de carne cause cáncer. A este respecto, ya en 2008, dos de los investigadores que lideran el estudio que relatamos hoy postularon una hipótesis que mantenía que la carne conduce a una mayor incidencia de cáncer porque promueve la inflamación, es decir, una activación generalizada del sistema inmune. Esta inflamación se suponía inducida por una sustancia que se encuentra en la carne, pero que el organismo humano es incapaz de producir: el ácido N-glicolilneuramínico. Un gen necesario para generar este compuesto ha sufrido una mutación irreversible en los humanos, aunque sí funciona en otros primates. Se cree que la mutación ejerció un efecto protector frente a infecciones por algunos microorganismos que infectaban mediante su unión a esta molécula. No obstante, análisis realizados en varios órganos humanos indican que, a pesar de no poder sintetizar ácido N-glicolilneuramínico, estos contienen cantidades variables de esta sustancia que, evidentemente, solo puede provenir de la dieta, en particular del consumo de carne. Esto implica que esta sustancia puede tal vez ser identificada como extraña por el sistema inmune, que podría generar anticuerpos contra ella. La unión de los anticuerpos al ácido N-glicolilneuramínico podría desencadenar una respuesta inflamatoria que, a la larga, favorecería el desarrollo del cáncer.
Para comprobar si esta hipótesis es definitivamente correcta, investigadores de la Universidad de California en San Diego, en primer lugar analizan en profundidad el contenido de ácido N-glicolilneuramínico, tanto libre como unido a otras moléculas, de varios alimentos y comprueban que, en efecto, la carne es el más rico en esta molécula, en particular el más rico en la variante unida a otra moléculas, que es la única que puede incorporase a órganos y tejidos. Después, utilizan un ratón genéticamente modificado al que se le ha eliminado un gen necesario para la síntesis de ácido N-glicolilneuramínico. Este ratón puede ser ahora alimentado con una dieta rica en esta sustancia para estudiar qué le sucede.
Los resultados de estos estudios indicaron, en primer lugar, que en efecto esta sustancia puede generar un estado de inflamación general y, en segundo lugar, que estos ratones genéticamente modificados muestran una mayor incidencia de cáncer que los mismos ratones alimentados con una dieta exenta de ácido N-glicolilneuramínico. La causa de la mayor incidencia de cáncer causada por el consumo de carne no parece ser, por tanto, de origen genético, sino de origen inmunológico, lo que de nuevo vuelve a incidir en la importancia del sistema inmune en la vigilancia contra el cáncer (3).

(1). Adaptive simplification and the evolution of gecko locomotion: Morphological and biomechanical consequences of losing adhesion. Timothy E. Higham et al. (2014). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1418979112

(2) Ultra-thin optical interference coatings on rough and flexible substrates. Mikhail A. Kats1 and Federico Capasso. Appl. Phys. Lett. 105, 131108 (2014); http://dx.doi.org/10.1063/1.4896527

(3). A red meat-derived glycan promotes inflammation and cancer progression. Annie N. Samraja et al. (2014). PNAS. www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1417508112


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