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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.

Genes duplicados. Tsunamis marcianos. Antibióticos y memoria. 10.000 millones de Tierras.

Genes duplicados y 10 millones de Tierras. Ciencia Fresca Podcast. CienciaEs.com

¿Por qué existen genes duplicados en los genomas?

Una de las características más notables de los genomas animales es que contienen familias de genes que producen proteínas muy similares, las cuales, por tanto, deben realizar funciones semejantes, o participar en procesos vitales relacionados.

Durante la evolución, cuando durante la reproducción de las células germinales se producen errores de copia de ADN que generan estas duplicaciones, en general, la selección natural no las mantiene, pero en ocasiones sí lo hace. Se han avanzado diversas hipótesis para explicar las razones de que una duplicación génica pueda ser retenida a lo largo de la evolución. Una de ellas mantiene que la duplicación de los genes se mantiene porque una de las copias puede mutar manteniendo a la otra intacta, y así adquirir una nueva función. Otra de las hipótesis indica que la duplicación génica permite el reparto del trabajo y la especialización entre las copias. Si el gen original realizaba más de una función, Una copia se dedicaría a realizar una función y la otra copia se especializaría en realizar la otra.

Sin embargo, estas explicaciones teóricas tienen un problema, y es que no permiten explicar qué sucede justo tras el momento de la duplicación, cuando los dos genes son aún copias idénticas, para permitir que esta se mantenga. En este caso se produciría una dosis doble del mismo gen, que podría perturbar el equilibrio de los procesos vitales. Por ello, algunos científicos mantienen que la duplicación inicial solo se puede mantener si, tras la copia, el nivel de funcionamiento de ambos genes se regula de manera que las dos copias funcionen a la mitad de su ritmo normal. Si esto sucede, la pérdida de una de las copias no podría ya producirse, porque en ese caso la otra tal vez no pudiera recuperar los niveles de funcionamiento anteriores a la duplicación.

Para ampliar conocimientos sobre la duplicación génica, Xun Lan y Jonathan Pritchard analizan las secuencias de los RNA mensajeros producidos por 46 tipos de tejidos y órganos humanos de diez participantes del proyecto Genotype-Tissue Expression y también replican estos estudios en 26 tejidos y órganos de ratón. En el audio explicamos los hallazgos de este estudio, los cuales proporcionan interesantes datos sobre los mecanismos de evolución génica que han permitido la aparición de muchas especies, en particular la nuestra.

Referencia: Xun Lan and Jonathan K. Pritchard. Coregulation of tandem duplicate genes slows evolution of subfunctionalization in mammals. Science. 20 May 2016 • VOL 352 ISSUE 6288 pp. 1009.

Escarabajos peloteros y dinosaurios.

Alimentarse de los excrementos de otros puede parecer una forma de vida poco atractiva, pero, al menos para las especies de la familia Scarabaeidae, es sorprendentemente exitosa. Existen en la actualidad más de 5000 especies descritas de esta familia de insectos, con una variedad enorme de tamaños, colores y aficiones. Unos son claramente fitófagos, es decir, se alimentan de plantas, y otros son coprófagos, o sea, que se alimentan de los excrementos de otros animales.

Entre estos últimos, una imagen familiar es la que ofrecemos a la derecha. Representa a un escarabajo negro que se afana por hacer rodar una pelota de excremento hasta su nido. Allí, la hembra depositará el huevo del que, al abrigo del estiércol, surgirá una larva que se alimentará de, para nosotros, tan poco apetecible manjar hasta hacerse adulto.

La cuestión que se hacían los científicos es esta: ¿cuánto tiempo llevan estas criaturas alimentándose de esa manera? En un principio se pensaba que estas especies han estado ligadas a la existencia de los mamíferos, al fin y al cabo, son sus excrementos los que les proporcionan la comida. Sin embargo, una investigación dirigida por Nicole Gunter, del Museo de Historia Natural de Cleveland, ha demostrado que, antes de que los mamíferos domináramos la Tierra, estos escarabajos ya se alimentaban de estiércol.

Tras un análisis evolutivo del ADN de 125 especies de escarabajos de la familia Scarabaeidae, han llegado a la conclusión de que estos surgieron hace más de 115 millones de años y fueron comensales de las deposiciones de los dinosaurios.

Referencia:

If Dung Beetles (Scarabaeidae: Scarabaeinae) Arose in Association with Dinosaurs, Did They Also Suffer a Mass Co-Extinction at the K-Pg Boundary? Nicole L. Gunter http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0153570

¿Cómo detectan campos eléctricos las rayas y tiburones?

En 1678, Stefano Lorenzini identificó unas estructuras largas y tubulares en la raya torpedo que acababan en una especie de ampolla. Estas estructuras se denominaron Ampollas de Lorenzini (ADL). Más tarde se vio que los tiburones y las mantas también poseen estos órganos, por lo que parecen ser unas estructuras propias de los animales que perteneces a la subclase de los elasmobranquios.
La función de las ADL fue un misterio durante casi tres siglos, hasta que Murray descubrió su función electrosensorial en 1962. Murray descubrió que las ADL permiten a los elasmobranquios detectar cambios en los campos eléctricos generados por las contracciones musculares y la fisiología de sus presas potenciales.

¿Cómo están formadas estas ampollas? Una ADL consiste de un poro en la piel en contacto con el agua de mar. El poro está conectado a un canal cilíndrico de colágeno que contiene un epitelio. Este epitelio segrega una sustancia gelatinosa. Este canal se extiende bajo la piel y termina en un alveolo, una ampolla, que contiene células electrosensibles. Las células electrosensibles están comunicadas con neuronas.

La integración de cada una de las señales eléctricas individuales detectada por cada una de las ADL permite a los elasmobranquios detectar cambios minúsculos en los campos eléctricos, tan pequeños como 5 nV/cm. Puesto que la gelatina del canal que conecta el exterior con la ampolla parece ser determinante de la capacidad para detectar estos cambios, se han estudiado las propiedades eléctricas de esta gelatina.

Así, se han publicado estudios que indican que la gelatina es un semiconductor cuya conductividad depende de la temperatura, lo cual es un poco sorprendente, puesto que eso indicaría que la capacidad de detectar a las presas depende también de la temperatura. Otros estudios sugieren que la gelatina es un conductor iónico simple que tiene las mismas capacidades eléctricas que el agua de mar, lo cual es también algo sorprendente porque en ese caso no haría falta sino rellenar los canales de agua de mar para conseguir el mismo resultado.

Los nuevos estudios realizados ahora revelan una nueva y curiosa propiedad conductora de la gelatina de las Ampollas de Lorenzini, que explicamos en el audio.

Referencias:

Josberger, E.E. et al. Proton conductivity in ampullae of Lorenzini jelly Science Advances 13 May 2016. http://advances.sciencemag.org/content/2/5/e1600112

Dos enormes megatsunamis redibujaron las líneas de costa de un océano marciano.

Marte es un planeta que, aunque más pequeño frío que la Tierra, tuvo momentos en su historia con muchas cosas en común con nuestro planeta. Las imágenes que nos han proporcionado las sondas de exploración que hemos enviado al Planeta Rojo nos dicen que ahora es un desierto seco y frío, donde la presión atmosférica es tan baja que el agua no puede existir en estado líquido sobre la superficie. Sin embargo, esas mismas imágenes revelan las huellas de un pasado muy distinto, en el que el agua líquida corría por la superficie y se acumulaba en mares que cubrían preferentemente el hemisferio norte del planeta.

Apoyados en los datos obtenidos, los científicos habían intentado trazar las líneas de costa de un antiguo océano, pero sabemos que las líneas de costa deben estar al mismo nivel y éstas no parecían cuadrar del todo.

Ahora, los investigadores Alexis Rodríguez, del Planetary Science Institute, NASA y Alberto G. Fairen, del Centro de Astrobiología, en España, junto a otros investigadores, han publicado los resultados de una investigación que propone la solución al problema.

Hace 3.400 millones de años, existía un gran océano en Marte, pero los datos geomorfológicos, las imágenes térmicas, apoyados con cálculos numéricos revelan la existencia de depósitos de sedimentos que podrían indicar que, al menos en dos ocasiones, el océano fue golpeado por el impacto de dos enormes cuerpos celestes capaces de levantar enormes olas que superaron las líneas de costa y se adentraron hasta 250 kilómetros tierra adentro.

Los investigadores proponen la hipótesis de que el agua del primer megatsunami, después de inundar las tierras emergidas, se retiró de nuevo al océano formando verdaderas riadas que excavaron canales cuya impronta ha quedado grabada en la superficie. Los lugares inundados por la enorme ola conservan las huellas de la retirada del agua, un flujo que dejaba atrás grandes rocas y rodeaba las zonas más elevadas como se puede observar en el cráter de la imagen adjunta.

Un tiempo después de la catástrofe, el clima de Marte cambió y se volvió más frío. Fue entonces cuando el impacto del segundo cuerpo levantó una nueva ola, tal vez de un centenar de metros de altura, que volvió a inundar las tierras emergidas. En esa ocasión, el avance del agua se fue deteniendo hasta quedar congelada, dejando una serie de formaciones dendríticas que, según los investigadores, podrían contener todavía los restos de aquel antiguo océano. Este sería, según ellos, un buen lugar para enviar naves que investiguen cómo era ese antiguo océano y busquen indicios de la vida que pudo haberlo poblado, si es que la vida tuvo tiempo de abrirse camino en el Planeta Rojo.

Referencia:

Tsunami waves extensively resurfaced the shorelines of an early Martian ocean. J. Alexis P. Rodriguez1,2, Alberto G. Fairén3,4, et al http://www.nature.com/articles/srep25106

Antibióticos y pérdida de memoria.

A nadie le revelamos nada nuevo al afirmar que los antibióticos han sido tal vez los fármacos que más vidas han salvado. ¿Quién no ha tomado antibióticos alguna vez? Sin embargo, como todos los fármacos, los antibióticos, aunque muy útiles, también pueden causar efectos secundarios.

La investigación que relatamos tiene su base en observaciones realizadas hace más de diez años por uno de los autores del estudio. Estas investigaciones indicaban que las células T del sistema inmune podían influir el crecimiento y la salud de las células cerebrales.

Este crecimiento parece ser muy importante para la salud mental. La producción de nuevas neuronas en la zona subgranular del giro dentado, en la zona del cerebro llamada hipocampo, es fundamental para mantener una buena memoria. Esta nueva producción de neuronas no solo se ha comprobado en animales de laboratorio, sino también en el caso humano.

El hipocampo se ha estudiado desde hace mucho tiempo por estar involucrado en numerosas patologías mentales. Se ha comprobado que la función cognitiva del hipocampo depende de la formación de nuevas neuronas.

Se ha confirmado que una menor formación de neuronas en el hipocampo puede estar generada por numerosas causas, como un insuficiente cuidado maternal o aislamiento social, lo que causa problemas comportamentales. Igualmente, el estrés crónico y el abuso del alcohol impactan negativamente a la formación de nuevas neuronas en el hipocampo e influyen en la generación de enfermedades mentales como la depresión, el estrés postraumático y la enfermedad de Alzheimer.

Afortunadamente es también conocido que la actividad física y mental afecta beneficiosamente a la formación de neuronas en el hipocampo, lo que puede contrarrestar los efectos negativos de otras causas.

Volviendo a la relación entre crecimiento neuronal y funcionamiento del sistema inmune, puesto que es hoy bien conocido que la flora intestinal es fundamental para el buen funcionamiento de dicho sistema, los investigadores se preguntan si el empleo de antibióticos que la matan no podría indirectamente también afectar a la génesis de neuronas en el hipocampo.

Los científicos tratan a ratones de laboratorio adultos con dosis de antibióticos que eliminan la práctica totalidad de la flora intestinal y estudian qué sucede con la formación de nuevas neuronas en el hipocampo. En el audio explicamos los sorprendentes hallazgos que encuentran y qué células del sistema inmune son probablemente las responsables de los efectos de los antibióticos sobre el hipocampo y la memoria.

Referencia:

Möhle et al., Ly6Chi Monocytes Provide a Link between Antibiotic-Induced Changes in Gut Microbiota and Adult Hippocampal Neurogenesis, Cell Reports (2016), http://dx.doi.org/10.1016/j.celrep.2016.04.074

Diez mil millones de planetas en zona habitable

Es impresionante cómo, gracias a investigaciones recientes, va cambiando nuestra visión del Universo. Hace apenas 20 años, nadie había podido demostrar que existieran planetas alrededor de estrellas distintas a la nuestra, ahora su número aumenta a una velocidad de vértigo demostrando que, en ese sentido, nuestro sistema planetario, lejos de ser un caso especial, no es más que sistema de los muchísimos que abundan en nuestra galaxia.

El instrumento que ha forzado en mayor medida ese cambio de visión, es un observatorio espacial que recibió el nombre misión Kepler, de la NASA. Kepler fue lanzado con la idea de observar las variaciones de luz que se producen en las estrellas de una pequeña porción del firmamento, un pequeño parche de 200.000 estrellas entre los 400.000 millones que pueblan la Vía Láctea. Esas variaciones tienen lugar cuando un planeta pasa por delante de la estrella, impidiendo que parte de su luz llegue hasta nosotros, un fenómeno conocido como “tránsito”. Por supuesto, solamente una pequeñísima parte de los planetas que existen orbitan en un plano tal que se coloquen en la misma línea de visión a la estrella, el planeta y la Tierra.

Sin embargo, a pesar de estas limitaciones, Kepler logró detectar 4.302 planetas potenciales hasta julio de 2015. Lógicamente, antes de lanzar las campanas al vuelo anunciando el descubrimiento de cada nuevo planeta extrasolar, hay que comprobar que no se trata de un “falso positivo”. Esto es lo que ha hecho un equipo de investigadores de la Universidad de Princeton.

El estudio revela que, de todos los posibles candidatos, 1.284 son exoplanetas confirmados con una probabilidad que supera al 99.9 por ciento. Otros 1.397 probablemente son también exoplanetas pero la fiabilidad es inferior al 99%. Los restantes pertenecen, con más probabilidad, a otros fenómenos físicos. Y, de todos los planetas descubiertos, ¿cuántos son comparables a la Tierra en tamaño? La cantidad es considerablemente alta, de todos ellos, 550 son planetas rocosos como nuestro planeta, además, de ellos 9 están en zona habitable, es decir, a una distancia de su estrella tal que el posible la existencia de agua en estado líquido, una condición imprescindible para la existencia de vida. Con estos ya son 21 los planetas que pertenecen a este selecto grupo. Lo importante de estos resultados es que ya se puede empezar a usar la estadística para calcular de forma aproximada cuántos planetas existen en nuestra galaxia. El resultado es impresionante, según comenta Natalie Batalha, responsable de la investigación, “al menos hay un planeta por cada estrella de nuestra galaxia” y, atendiendo a la posibilidad de que alguno de ellos contenga vida, añade, “el número de planetas semejantes a la Tierra, situados en zona habitable, supera los diez mil millones, solamente en la Vía Láctea”. Imagínense cuántos habrá en los cientos de miles de millones de galaxias que pueblan el Universo.

Referencia:

False positive probabilities for all Kepler objests of interest. 1284 newly validated planets and 428 likely false positives. Timothy D. Morton et al. The Astrophysical Journal, 822:86 (15pp), 2016 May 10

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