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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.

Razones evolutivas de la menopausia. Titán, la Tierra prometida. Células madre clonables. La Gran Oxidación.

Menopausia, Titán, células madre y la Gran Oxidación. - Ciencia Fresca Podcast - CienciaEs.com

Razones evolutivas de la menopausia

La menopausia es el periodo en la vida de las hembras de algunos animales en el que la ovulación se detiene y son, por tanto, incapaces de engendrar. La menopausia es un fenómeno raro, que solo experimentan unas pocas especies, entre ellas la nuestra. Desde el punto de vista científico, es necesario explicar la razón o razones de la menopausia, en particular por qué la longevidad de las hembras de las especies que la experimentan es superior, muy superior a veces, al periodo reproductivo, y por qué la incapacidad de reproducirse a una cierta edad podría ser beneficiosos para la supervivencia de las especies.

Desde la perspectiva de que nada en biología tiene sentido si no es a la luz de la evolución, se han emitido varias hipótesis para explicarla, hipótesis que se pueden incluir en dos categorías: no adaptativas, y adaptativas. Las hipótesis no adaptativas sostienen que el elevado coste del embarazo y cuidado de los hijos conlleva un deterioro fisiológico y corporal que hace imposible engendrar más hijos a partir de un momento dado de la vida. Si esta hipótesis fuera cierta, el periodo de la vida en que las hembras serían capaces de engendrar sería más corto conforme más alto fuera el coste reproductivo de las diferentes especies, y no es esto lo que los datos indican.

Las hipótesis adaptativas mantienen que la menopausia posee un valor de adaptación, es decir, paradójicamente posee un valor reproductivo y permite transmitir mejor los genes a las siguientes generaciones. Sin embargo, de ser esto cierto se hace necesario explicar por qué esta ventaja se produciría en algunas especies, pero no en todas. Para ello, se han propuesto dos hipótesis algo similares en su conceptualización, que se denominan la hipótesis de la madre y la hipótesis de la abuela.
La hipótesis de la madre sostiene que la menopausia surgió como un mecanismo para evitar que las madres de una cierta edad dedicaran esfuerzos a generar nueva descendencia, lo que, dadas sus condiciones de envejecimiento, conllevaría ser negligente con la descendencia anterior que aún necesitaría de cuidados. En estas condiciones, es posible que las madres no pudieran dedicar la atención debida ni a los hijos anteriores ni a los recién nacidos, lo que causaría una mayor mortalidad de toda su descendencia en términos globales. La menopausia obligaría a las madres a optimizar sus esfuerzos para sacar adelante a la descendencia anterior sin ponerla en riesgo innecesario al derivar esfuerzos a nueva descendencia, que siempre es más frágil y demás incierta supervivencia. Obviamente, esta hipótesis aplica solo a especies cuya prole necesita de cuidados muy extendidos en el tiempo.

La hipótesis de la abuela sostiene, en cambio, que la menopausia se establece como un mecanismo que favorece la supervivencia de los nietos, más que la de los hijos. Las abuelas, liberadas de la carga de la reproducción (que en la Naturaleza no se elige libremente, sino que solo se sufre), cuidarían de las hijas que estuvieran amamantando a hijos pequeños, y cuidarían de hijos mayores que ya no están en edad de ser amamantados mientras sus hijas amamantan a los que van teniendo. Esta hipótesis mantiene que la tarea de recolección de alimentos de las abuelas en nuestra especie habría sido fundamental para conseguir una nutrición adecuada para sus hijas y la prole de estas, nutrición que los hombres no habrían podido conseguir solo gracias a la caza. Esta hipótesis se ve reforzada por el hecho de que la longevidad de las hembras de las especies con menopausia correlaciona bien con la edad a la que sus nietos se hacen independientes y pueden ya tener su propia descendencia.

Otra hipótesis alternativa a las anteriores es la del conflicto reproductivo entre madres, suegras e hijas. Esta hipótesis implica que la cooperación de las abuelas para el cuidado de los hijos y nietos viene forzada por la incapacidad para competir reproductivamente con sus propias hijas y con hembras más jóvenes. En estas circunstancias, se hace evolutivamente más sensato ayudar a las hijas al cuidado de los nietos.

Investigadores de varias universidades de Estados Unidos, Canadá y el Reino Unido obtienen ahora evidencia que favorece esta hipótesis estudiando dos poblaciones de orcas, una especie muy longeva cuyas hembras experimentan la menopausia. En el audio damos todos los detalles.

Referencia (1). Croft et al., 2017, Reproductive Conflict and the Evolution of Menopause in Killer Whales. Current Biology 27, 1–7 January 23, 2017. http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2016.12.015

Titán, la Tierra prometida.

Nuestro planeta se nos está quedando pequeño y cada día son más los que piensan que, tarde o temprano, será inevitable el salto a otros lugares, más allá de la Tierra, ya sea para satisfacer la necesidad de espacio de nuestra especie o porque nuestro planeta se haya vuelto inhabitable. Lo que ya no está tan claro es cuál será el destino más adecuado para albergar a los primeros colonos terrícolas. El candidato más conocido es Marte, sin embargo, desde que la nave Cassini llegó a las inmediaciones de Saturno y envió a la sonda Huygens a su satélite más grande, Titán, cada vez son más los que piensan que esta gran luna podría ser mejor destino.

La sonda de descenso Huygens sorprendió a todos con las primeras imágenes que revelaban el relieve de la superficie de Titán, hasta entonces sumida en la oscuridad bajo una permanente niebla anaranjada. El 14 de enero de 2005, Huygens atravesó la atmósfera, 1,5 veces más densa que la terrestre, y ofreció imágenes sorprendentes de montañas surcadas por cauces sinuosos que desembocaban en un gélido mar. Cuando tocó la superficie, la sonda mostró una superficie llana, sembrada de rocas redondeadas que se perdían hasta un horizonte.

Después, la nave Cassini, en su incansable periplo alrededor de Saturno, se ha acercado varias veces a Titán captando detalles insospechados. Entre las nubes cercanas al polo norte, ha fotografiado mares de metano, de varios cientos de kilómetros de ancho cientos de metros de profundidad, alimentados por sinuosos canales, parecidos a los ríos. Había, también, lagos más pequeños, con los bordes redondeados y paredes escarpadas que recuerdan a algunas formaciones kársticas de la Tierra. En las regiones del ecuador de Titán se encuentra una región de dunas, algunas de las cuales tienen más de 1500 kilómetros de largo.

Mucho de lo aprendido sobre Titán podría servir para acoger a futuros colonos humanos, defiende Amanda R. Hendrix, científica planetaria de la NASA, en su libro Beyond Earth. La espesa atmósfera del satélite podría proporcionar protección de los dañinos rayos cósmicos y proporcionaría la posibilidad de moverse por la superficie con un traje mucho más liviano que los pesados trajes espaciales. Un traje que no necesitaría ser presurizado, como sería necesario en Marte o la Luna, aunque sí tendría que aislar del frío intenso (-180ºC) que allí impera. El agua abunda bajo la superficie de Titán, agua que puede servir como fuente de oxígeno para respirar y permitiría quemar los abundantes hidrocarburos que allí existen para obtener energía. Además, nuestros músculos poderosos, diseñados para vencer la gravedad terrestre, allí nos permitirían volar. Unas alas, no muy grandes, acopladas a los brazos bastarían para elevarnos en el aire y planear aprovechando que la gravedad es 7 veces menor que en la Tierra. Todo ello bajo la tenue luz del Sol lejano y la enorme figura anillada de Saturno cubriendo la mitad del cielo. Titán es un mundo para soñar.

Referencia: Beyond Earth. Our Path to a New Home in the Planets By Charles Wohlforth
and Amanda R. Hendrix, Ph.D.
Cassini. Peeking over Saturn’s Shoulder. https://saturn.jpl.nasa.gov/

Más cerca de las células madre clonables.

Uno de los problemas aún no bien comprendido ni resuelto con las células madre embrionarias (aisladas de la masa celular interna del blastocisto, un grupo de células generado por división del zigoto cuatro o cinco días tras la fecundación), o las células inducidas pluripotentes (generadas a partir de células adultas por activación de cuatro genes), es por qué estas pueden generar todas las células propias del embrión (corazón, cerebro, piel, etc.) pero no pueden generar, salvo en muy raras ocasiones, células extraembrionarias, como las de la placenta o las del saco vitelino.

Por esta razón, estas células madre son llamadas pluripotentes, pero no totipotentes. Las células totipotentes son el zigoto fecundado o las dos o cuatro primeras células derivadas de él (por eso las mujeres pueden engendrar gemelos o trillizos, pero no mucho más allá).

Sin embargo, en algunas raras ocasiones las células embrionarias pluripotentes se convertían en totipotentes en el laboratorio. Esto indicaba que ciertas mutaciones genéticas podrían tal vez ser la causa del anormal comportamiento de esas células. De hecho, una señal genética propia de estas células totipotentes era la inducción, es decir, la puesta en marcha, de unos genes derivados de una antigua inserción de genes de retrovirus, es decir, virus de ARN como los conocidísimos virus de la gripe y del SIDA. Estos genes se ponen en marcha también en las células totipotentes normales, es decir, el zigoto y las primeras células derivadas de este.

En efecto, a lo largo de la historia evolutiva de muchos animales, estos han estado expuestos al ataque de virus diversos. En algunas ocasiones, y en el caso de los retrovirus, estos se han integrado en el genoma de las células de la línea germinal y han pasado a formar parte del genoma de la especie a la que atacaban. Estos nuevos genes han, sin duda, desarrollado nuevas funciones que probablemente han afectado a la evolución e incluso han llegado a afectar al desarrollo embrionario.

Los genes de estos retrovirus no parece que sean los únicos responsables de la totipotencia, pero su puesta en marcha en las raras células pluripotentes que se convierten en totipotentes indica que algunas mutaciones o eventos moleculares deben ser la causa de esta transformación. Investigadores de varias universidades estadounidenses y australianas exploran ahora qué genes podrían ser los responsables de la totipotencia. Lo que encuentran es que la totipotencia no depende directamente de que se active el funcionamiento de ciertos genes, sino de que se detenga el funcionamiento de un gen particular que sirve como freno al funcionamiento de otros, los cuales, al carecer de “freno” se ponen en marcha. Estos descubrimientos suponen un paso más a la clonación a partir de células adultas sin necesidad de utilizar óvulos para conseguirlo. Lo explicamos en detalle en el programa.

Referencia: Y. J. Choi et al., Deficiency of microRNA miR-34a expands cell fate potential in pluripotent stem cells. Science 10.1126/science.aag1927 (2017).

El oxígeno en la Tierra y la Gran Oxidación.

La Tierra no ha sido siempre el hogar plácido en el que estamos acostumbrados a vivir. Para llegar a ser como ahora la conocemos, han tenido que pasar miles de millones de años de cambios paulatinos, años en los que nuestro planeta ha pasado de ser un mundo irrespirable y sin vida, al paraíso que ahora nos envuelve. Estudiar cómo era la Tierra primitiva y comprender los cambios que sufrió en el pasado remoto es la materia que estudian, entre otros, los geoquímicos. A pesar de los miles de millones de años transcurridos, estos sagaces investigadores son capaces de descubrir lugares en el planeta donde aún quedan rocas que se formaron en aquellos remotos tiempos.

Algunos de esos lugares están en la península de Labrador (Canadá), en Karelia (Rusia o Francevillian (Gabón). Las rocas que allí se conservan guardan en su composición los secretos de la Tierra cuando se desarrollaron los primeros seres vivos. Una de las claves de la evolución terrestre es el oxígeno. Actualmente nuestra atmósfera lo contiene en una gran proporción (21%) pero esta riqueza se debe a la vida. Hace más de 2500 millones de años no existía oxígeno libre ni en la atmósfera ni en las aguas. La atmósfera estaba formada por nitrógeno, metano y dióxido de carbono y las rocas que formaron entonces así lo demuestran porque contienen minerales que sólo pudieron formarse y conservarse en ausencia de oxígeno. En cambio, posteriormente, comenzaron a aparecer otras moléculas que indican lo contrario, moléculas que sólo pudieron formarse en presencia de oxígeno e indican que la Tierra comenzó a cambiar.

Así se han podido determinar varias etapas en la evolución del planeta. Durante la primera (3.850-2.450 millones de años) prácticamente no hay O2 en la atmósfera. Los océanos también eran en gran medida anóxicos con la posible excepción de algunos lugares poco profundos. La vida estaba formada por microorganismos que vivían en ausencia de oxígeno (anaeróbicos). Durante la segunda etapa es el Proterozoico (2.450-1.850 millones de años) los organismos anaeróbicos comienzan a producir oxígeno, aunque era absorbido en los océanos y en las rocas del fondo marino. Se ha determinado, por el estudio de compuestos de azufre, que la cantidad de oxígeno subió durante el periodo entre 2450 y 2.320 millones de años. Este fue el comienzo del periodo de la Gran Oxidación que supuso un cambio ambiental a escala planetaria que dio lugar a la explosión de vida que vino después.

Ahora, un equipo de investigadores, liderados por Michael A. Kipp de la Universidad de Washington, analiza la concentración de Selenio en distintas formaciones del Proterozoico. El Selenio se libera a los océanos predominantemente por oxidación, de manera que su concentración en los sedimentos habla de la abundancia de oxígeno libre en las aguas que lo depositaron. Además, los microorganismos absorben este selenio y lo incorporan a sus cuerpos lo que se traduce en su desaparición. Así pues, se tiene que crear más para suplir la falta lo que indica la existencia de oxígeno.

Los resultados del estudio indican que en un periodo de 2.320 a 2.100 millones de años fue el primer periodo de la historia de la Tierra en el que las condiciones en las que el oxígeno estaba presente y persistía en los márgenes de los océanos menos profundos, dando soporte a la evolución de criaturas aeróbicas. Esto permitió la evolución de las células eucariotas que forma ahora a la inmensa mayoría de los seres vivos, incluidos nosotros. Esta situación se mantuvo en hábitats limitados hasta la segunda subida de oxígeno a final del proterozoico.

Referencia: Selenium isotopes record extensive marine suboxia during the Great Oxidation Event Michael A. Kippa et al aDepartment of Earth & Space Sciences and Astrobiology Program, University of Washington, Seattle, WA 98195-1310. http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1615867114

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