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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.

Nanojeringa. Continentes rotos. Buscando Tierras. Universo en 3D. Células madre. Catástrofes.

Nanojeringa. Continentes rotos. - Podcast Ciencia Fresca - CienciaEs.com

Extracción de los contenidos de una célula mediante una nanojeringa.

Las células de un organismo, incluso las de la misma clase, como neuronas o células musculares, no son idénticas entre sí. En cada célula, existe un conjunto de genes diferente que se encuentra funcionando. Las diferencias pueden radicar en el tipo de genes, así como en la intensidad a la que cada uno de ellos funciona y produce RNA. Analizar estas diferencias entré células individuales es importante para comprender la dinámica de las poblaciones celulares y órganos.
Existen algunas técnicas muy sofisticadas que permiten aproximarse al análisis de la heterogeneidad de las poblaciones celulares aparentemente idénticas. Una de ellas emplea la citometría de flujo. Esta técnica permite marcar con sustancias fluorescentes a células idénticas en alguna particularidad, por ejemplo, las que tienen una determinada molécula en la membrana, y separarlas del resto de la población que no tiene esta proteína. La población de células separadas de este modo puede disgregada y estudiada para determinar sus características.
No obstante, este tipo de tecnología requiere la muerte de las células, lo que previene poder estudiar si determinados tratamientos podrían modificar la heterogeneidad de una población celular y afectar a su crecimiento o a su capacidad de diferenciar y generar otros topos celulares.
Investigadores del centro universitario ETH de Zürich han desarrollado un nuevo y sorprendente dispositivo que permite el análisis de los contenidos del citoplasma y del núcleo celulares de células individuales y eso sin matar a las células. El dispositivo, basado en la tecnología de microscopía de fuerza fluida, es capaz de extraer volúmenes del citoplasma o del núcleo celulares del orden de una décima de picolitro, es decir, de entre 10 a 100 veces menos del volumen de una célula, lo que permite que continúe viva.

Referencia: Guillaume-Gentil et al., 2016, Tunable Single-Cell Extraction for Molecular Analyses. Cell 166, 1–13 July 28. http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2016.06.025

Cuando un continente se rompe.

¿Qué sucede cuando un continente se rompe? Científicos del Centro Helmhotz de Potsdam han descubierto que la ruptura de un continente se produce en dos fases, la primera sucede a velocidad lenta y se traduce en un adelgazamiento de la placa tectónica, la segunda es mucho más rápida y supone la separación definitiva de los bloques. Los continentes actuales se crearon hace cientos de millones de años a partir de las sucesivas divisiones de un supercontinente llamado Pangea. Una primera ruptura dio lugar a dos nuevas masas continentales llamadas Gondwana y Laurasia, éstos, a su vez sufrieron sucesivas divisiones que permitieron formar los continentes que hoy conocemos. En estos momentos, los continentes continúan moviéndose a velocidades que oscilan entre los 20 y los 80 mm por año. Científicamente no se comprende muy bien cómo se produce la ruptura de un continente. La investigación de Brune y sus colegas del Centro Helmhotz de Potsdam, publicadas en Nature, aportan luz al proceso. Según sus cálculos, los continentes se dividen siguiendo dos fases. La primera sucede a velocidad lenta y se traduce en un adelgazamiento de la placa tectónica; la segunda es mucho más rápida y supone la separación definitiva de los bloques. La velocidad final puede ser hasta 20 veces más rápida que la primera fase. Por supuesto, estos procesos tienen que ser estudiados desde una perspectiva geológica. Estamos hablando de placas que se mueven lentamente, apenas unos pocos milímetros por año, que producen separaciones de miles de kilómetros al cabo de cientos de millones de años. En el estudio se analiza la separación de varias placas. Un ejemplo es la separación entre la placa sudamericana y la placa africana. Hace 150 millones de años, América del Sur y África estaban unidas formando un único continente. La ruptura comenzó entonces con el adelgazamiento de la plataforma continental en una región cuyas orillas pertenecen ahora a la costa brasileña y al golfo de Guinea. En los primeros momentos, la separación era muy lenta, entre 5 y 7 milímetros por año, lo que permitió que aparecieran dos cuencas no muy profundas. El proceso culminó con la ruptura total de la placa continental, una ruptura que se reflejó en la aparición de una profunda fisura de miles de metros de profundidad que sería ocupada por un nuevo océano, el Océano Atlántico. En ese momento, la velocidad de separación se incrementó hasta alcanzar los 40 milímetros por año. Hoy, ambos continentes se continúan separando a razón de 35 mm/año. Este comportamiento se ha podido comprobar en otros lugares de ruptura.

Referencia:

Sascha Brune, Simon E. Williams, Nathaniel P. Butterworth, and R. Dietmar Müller: “Abrupt plate accelerations shape rifted continental margins”, Nature AOP, 18.07.2016, DOI 10.1038/nature18319

Cómo encontrar otra Tierra antes de lo previsto.

La cuestión de si estamos o no solos en el Universo es, sin duda, uno de los mayores desafíos de la ciencia. Una manera de resolverla sería construir un telescopio capaz de tomar fotografías de alta resolución de planetas rocosos extrasolares orbitando a estrellas similares al Sol, para poder examinarlas.
Aunque se confía en que este telescopio será posible, la tecnología que lo conseguiría se encuentra décadas en el futuro, si todo va bien. Sin embargo, una nueva idea ha venido a dar esperanzas de que un telescopio espacial en el infrarrojo que se está preparando para su lanzamiento alrededor de 2025, podría ya ser capaz de tomar fotografías con cierto detalle de planetas similares a la Tierra.
Este telescopio se llama Wide-Field Infra Red Survey Telescope (WFIRST). Constará de un espejo de 2,4 metros de diámetro, idéntico en dimensiones al del telescopio espacial Hubble, pero que a diferencia de este observará en el infrarrojo. El telescopio está diseñado, en principio, para intentar estudiar la misteriosa energía oscura, que es la responsable de la aceleración de la expansión del universo.
Afortunadamente, algunos astrónomos han propuesto la idea de usar este telescopio para intentar conseguir fotografías de planetas similares a la Tierra aprovechando el fenómeno de microlupa gravitatoria. Este fenómeno está basado en la distorsión del espacio-tiempo por la gravedad, descubierto por Einstein en 1915, y cuando se produce genera una magnificación de los objetos situados tras la masa que actúa como microlupa gravitatoria.
Sin embargo, otro problema que debe ser resuelto es el de la luz de la estrella alrededor de la cual orbitaría el planeta. Esta luz sería tan intensa comparada con la emitida por el planeta que cegaría al telescopio e impediría que lo detectara. Y bien, los ingenieros de la NASA están trabajando en el diseño y fabricación de una especie de sombrilla estelar que se situaría delante del telescopio WFIRST y bloquearía la luz de la estrella. En el audio explicamos de qué se trata.

Referencia:
How to Find Another Earth. Scientific American, Advances. July 2016.

Más de un millón de galaxias para un mapa del Universo en 3D.

Hace 13.800 millones de años el Universo nació en un acontecimiento extraordinario que llamamos Big Bang. Como resultado de aquel momento, el universo ha evolucionado hasta la enorme colección de cúmulos de galaxias, estrellas, planetas y cuerpos que hoy observamos a nuestro alrededor. Si aquel momento creador hubiera sido homogéneo, ahora no existiríamos, todo sería aburridamente igual. Por suerte para nosotros, tras el Big Bang, se produjeron una serie de irregularidades que posteriormente se amplificaron provocando la aparición de cúmulos de materia que hoy nos permiten existir y observar el Universo.
Una investigación llevada a cabo dentro del experimento denominado Baryon Oscillation Spectroscopic Survey ha permitido determinar la posición de 1,2 millones de galaxias y, de esa manera, dibujar un mapa tridimensional del Universo. Como consecuencia de las pequeñas fluctuaciones que tuvieron lugar durante el Big Bang, las galaxias y cúmulos de galaxias se organizan en formaciones más o menos densas, formando grumos, separados por regiones donde la materia escasea. Estas variaciones que comprimen y expanden la materia como hace el sonido al desplazarse por el aire, de ahí que hablemos de “oscilaciones acústicas bariónicas” ( los bariones son las pertículas elementales que componen la materia: protones, neutrones, etc)
Esas oscilaciones acústicas que se propagaban cuando el Universo contaba con apenas 400.000 años de edad han dejado una huella observable en el fondo cósmico de microondas. La determinación del tamaño de esas oscilaciones permite a los científicos estudiar cómo era el Universo en aquellos tiempos, conocer cómo fue la expansión en los momentos iniciales y determinar cuánta materia oscura y cuánta energía oscura (materia y energía que no podemos detectar) existe y comprender por qué en estos momentos la expansión del Universo continúa de forma acelerada.
En este estudio han colaborado investigadores del Instituto de Astrofísica de Andalucía, del Instituto de Física Teórica (CSIC y UAM) en colaboración con Sloan Digital Sky Survey III.

Referencia:
Alam, S. et al. “The clustering of galaxies in the completed SDSS-III Baryon Oscillation Spectroscopic Survey: cosmological analysis of the DR12 galaxy sample”. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. http://arxiv.org/abs/1607.03155

Interruptor genético para generar células madre de cordón umbilical.

La sangre que tras el nacimiento queda en el cordón umbilical, fácil de recuperar sin riesgo alguno para madre o bebé, contiene células madre hematopoyéticas, que normalmente solo se encuentran en la médula ósea, desde donde es más difícil conseguirlas. La sangre de cordón puede ser extraída de cada nacimiento, con permiso de los padres, por lo que el número de donantes es elevado. Además, puede mantenerse congelada durante décadas hasta que sea necesario su empleo.
Las células madre hematopoyéticas de la médula ósea son capaces de generar todas las células de la sangre, incluidas las del sistema inmune, los eritrocitos y las plaquetas para la coagulación. Esto lo realizan durante toda la vida de los organismos, por lo que la población de células madre debe, además de generar todas estas células, mantener una reserva de ellas a lo largo de la vida.
El trasplante de médula ósea se ha utilizado como tratamiento de varias enfermedades, que incluyen leucemias y algunas inmunodeficiencias. En este tipo de trasplantes, las células madre introducidas en la sangre del receptor viajan hasta la médula ósea, donde reproducen todo el sistema inmune y sangre de este.
Uno de los mayores problemas de este trasplante es que si no se realiza entre personas compatibles, se produce rechazo. En este caso el rechazo no se produce del organismo a las células trasplantadas, sino de las células trasplantadas a todo el resto del organismo, ya que son las células trasplantadas las que van a generar un sistema inmune que va a identificar el nuevo organismo en el que se encuentra como extraño. Se produce la llamada enfermedad de injerto (trasplante) contra el huésped (receptor).
La sangre de cordón umbilical, sin embargo, carece de ciertas células que estimulan el rechazo, por lo que es más conveniente para tratar las enfermedades que deben tratarse mediante trasplante de médula ósea. Además, el elevado número de donaciones facilita que se encuentre un donante completamente compatible con el receptor que la necesite. La sangre de cordón se ha utilizado para tratar algunas enfermedades en niños desde 1989. Hoy, más de 40.000 trasplantes de sangre de cordón se realizan cada año. Sin embargo, la sangre de cordón extraída de cada nacimiento no contiene suficientes células madre, por lo que para tratar a un adulto hace falta al menos dos unidades de sangre de cordón, unidades que deben ser ambas compatibles con el receptor.
Por estas razones, se está investigando activamente para intentar expandir la población de células madre contenidas en la sangre extraída de cada cordón umbilical. Las investigaciones que explicamos en el audio describen el descubrimiento de un interruptor genético que consigue expandir en el laboratorio las células madre de cordón umbilical antes de ser utilizadas para un trasplante.

Referencia: Wojtowicz et al., 2016, Ectopic miR-125a Expression Induces Long-Term Repopulating Stem Cell Capacity in Mouse and Human Hematopoietic Progenitors Cell Stem Cell 19, 1–14. http://dx.doi.org/10.1016/j.stem.2016.06.008

Pensando en lo impensable.

Por más que estemos acostumbrados a ver catástrofes de tamaño planetario en las películas de ficción, no solemos pensar, seguramente para protegernos a nosotros mismos, que, a veces, bajo esas amenazas se oculta algo de verdad. Ahora un grupo de científicos ha publicado una serie de artículos en Science que pone sobre el tapete algunas de las amenazas reales, no para asustar, sino para hacernos conscientes de su existencia y poder buscar soluciones.
Si descartamos los peligros alimentados directamente por la actividad humana, como son la amenaza nuclear o el cambio climático por el aumento de gases de efecto invernadero, aún queda un buen número de posibilidades de origen natural.
Podemos hablar, por ejemplo, de las tormentas solares, es decir, erupciones que tiene su origen en el Sol y que lanzan al espacio una enorme cantidad de partículas que pueden, en caso extremos, amenazar la vida en el planeta. Aunque no existen registros recientes de erupciones solares de enorme potencia, sí las hay de menor energía. Dos buenos ejemplos son las eyecciones coronales de masa que provocaron dificultades en el suministro eléctrico en Quebec en 1989 y en Suecia en 2003.
Otro tipo de amenaza suele venir del espacio exterior en forma de meteoritos de gran tamaño o cometas que chocan contra la Tierra. Un ejemplo indiscutible fue el choque que acabó con los dinosaurios hace 65 millones de años. Más reciente, aunque por suerte para nosotros, sucedió en otro planeta, fue el choque del cometa Shoemaker Levi 9 contra Júpiter. Una catástrofe, que tiñó de negro las nubes del planeta provocando una mancha oscura de un tamaño superior a la Tierra.
Las amenazas de cuerpos que chocan con la Tierra, si son detectados a tiempo, se podrían intentar evitar desviando su trayectoria, otras, en cambio, son imposibles de evitar porque tienen su origen en el interior de nuestro propio planeta. Este es el caso de los supervolcanes, nombre con el que se denominan a enormes erupciones volcánicas que pueden llegar a cubrir de cenizas a todo un continente y provocar una bajada de la temperatura media del planeta de más de una decena de grados en poco tiempo. Eventos así han sucedido en el pasado y poco se puede hacer contra ellos, salvo preparar a la población para una época de bajas temperaturas y escasez de alimentos.
Aunque no se tienen registros recientes de la erupción de un supervolcán, sí existen ejemplos a menor escala. Este fue el caso del volcán Bârdarbunga, que entró en erupción en Islandia en 2014 y sembró la atmósfera del norte de Europa de cenizas volcánicas que, durante unos días, pusieron en peligro los vuelos de los aviones comerciales. Aquella erupción tuvo la particularidad de ofrecer a los científicos, por primera vez, la posibilidad de observar la formación de una caldera volcánica. Durante la erupción la cima del volcán, situada bajo una capa de nieve de 700 a 800 metros de espesor, la cima comenzó a hundirse a un ritmo de 1 metro diario hasta crear una caldera que tiene 11 km por 8 km. El magma bajo el volcán comenzó a fluir a profundidades de 6 a 10 km por espacio de 41 kilómetros, disminuyendo la presión bajo la cima, lo que propició la creación de la caldera.

Referncias:
Éste y otros artículos se publican en el número de Science del 15 de julio de 2016 • VOL 353 ISSUE 6296

“Gradual caldera collapse at Bárdarbunga volcano, Iceland, regulated by lateral magma outflow,” by M.T. Gudmundsson, http://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aaf8988


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