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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.

Zona habitable atmosférica. Genes de su padre y de su madre. Siete planetas. Cables de ADN.

Zona habitable atmosférica - genes de su padre y de su madre - Ciencia Fresca podcast - CienciaEs.com

Zona habitable atmosférica extraterrestre.

Nuestra búsqueda de vida más allá de la Tierra está condicionada por lo que conocemos sobre nuestro entorno inmediato. Pensamos que el lugar ideal para la vida debe ser un planeta semejante a la Tierra, que orbite alrededor de una estrella semejante al Sol y a una distancia adecuada para la existencia de agua líquida. Sin embargo, los últimos descubrimientos de planetas situados en zona habitable alrededor de estrellas distintas al Sol están ofreciendo cada vez más evidencias de que la vida podría existir en lugares muy distintos al nuestro.
La prueba la encontramos en un artículo científico, publicado en The Astrophysical Journal, que define un entorno denominado “Zona Habitable Atmosférica”. Se trata de una región de la atmósfera que, aunque pertenezca a una cuerpo cuyas condiciones en superficie sean inapropiadas para la vida, ofrece las condiciones de temperatura, presión, humedad y nutrientes necesarios para que se desarrollen y perduren seres vivos.
En el pasado se habían propuesto dos escenarios cercanos a nosotros que podrían contener una zona habitable atmosférica: Venus y Júpiter.
El primero (Dartnell, 2015) sugiere la posibilidad de que Venus, cuya superficie es inhabitable por estar a una temperatura media de 450ºC, contenga una zona habitable en su atmósfera. La capa está situada entre los 51 y 62 km de altitud, y tiene unas condiciones ambientales que serían aceptables para la existencia de microorganismos extremófilos como los que existen en la Tierra.
El segundo (Sagan, 1976) propone la existencia de una zona habitable atmosférica en Júpiter. En el planeta gigante existe una amplia región capaz de albergar, al menos en teoría, las condiciones ideales para el desarrollo y supervivencia de organismos flotantes de muy diverso tipo y tamaño.
A aquellas propuestas se añade ahora la publicada por Jack S. Yates de School of GeoSciences, University of Edinburgh, en el Reino Unido. Yates estudia la posibilidad de que exista una región habitable atmosférica en una enana marrón. Las enanas marrones son cuerpos pertenecientes a una categoría intermedia entre un planeta gigante y una estrella pequeña.
La investigación propone, como ejemplo, a W0855-0714, una enana marrón fría, situada a 7,26 años-luz de la Tierra, con una masa 6,5 veces mayor que la de Júpiter. Estudios realizados hasta ahora indican que está rodeada de una densa atmósfera que podría contener agua líquida en las nubes. El agua estaría en forma de gotas de distinto tamaño arrastradas por corrientes de convectivas. Como sucede aquí en la Tierra, la atmósfera se calienta en ciertos lugares y se eleva cargada de vapor, a determinada altura, el vapor se condensa en gotas que luego se hielan y licúan en función de las condiciones ambientales. Las partículas de polvo en suspensión, arrastradas por las corrientes convectivas servirían de núcleos de condensación y podrían proporcionar nutrientes esenciales para la vida.
Para estudiar si la vida puede subsistir allí, Yates y sus colegas utilizan como modelo a un organismo simple, parecido a los que pueblan el fitoplancton terrestre, pero diseñado de tal manera que pueda crecer y evolucionar en un ambiente atmosférico. Modificando parámetros de tamaño, densidad y ciclos de vida, los investigadores han estudiado si el organismo puede prosperar en un entorno atmosférico habitable, como el que se supone que existe en una enana marrón del tipo W0855-0714.
Los resultados de las simulaciones ha sido positivos e indican que es probable que el ambiente de ciertas regiones de la atmósfera de enanas marrones sea compatible con la vida.
Las conclusiones del estudio amplían notablemente la diversidad de ambientes en los que la vida podría desarrollarse. Las enanas marrones abundan en la galaxia, en un radio de 30 años-luz alrededor del Sol se calcula que hay varias decenas. Si a éstas añadimos la abundancia de planetas gigantes gaseosos que se están descubriendo, cuyas atmósferas también podrían contener una región habitable, se ha ampliado significativamente el volumen de espacio habitable del Universo.
Referencias:
Atmospheric Habitable Zones in Y Dwarf Atmospheres
Jack S. Yates et al. The Astrophysical Journal, 836:184 (10pp), 2017 February 20 https://doi.org/10.3847/1538-4357/836/2/184
Dartnell et al. 2015. Constraints on a potential aerial biosphere on Venus: I. Cosmic rays. Icarus, Volume 257, 1 September 2015, Pages 396–405 http://dx.doi.org/10.1016/j.icarus.2015.05.006
Particles, environments, and possible ecologies in the Jovian atmosphere. Sagan, C.; Salpeter, E. E. 1976 Astrophysical Journal Supplement Series

Neuronas con genes de su padre y de su madre
Cuando comenzó a estudiarse el funcionamiento de los genes, se supuso inicialmente que los genes funcionaban al mismo nivel independientemente de su origen paterno o materno. Esto quería decir, entre otras cosas, que la mitad de las proteínas producidas en una célula, provenían del gen heredado de la madre, y la otra mitad provenía del gen heredado del padre. Sin embargo, hace unas décadas, se descubrió el fenómeno de la impronta génica, que determina que solo uno de los genes, de los alelos, como se les conoce en el lenguaje científico, el del padre o el de la madre, se encuentra funcionando, mientras que el otro ha sido silenciado. Solo unos 200 genes, de los cerca de los 20.000 con los que cuenta el genoma humano, sufren el fenómeno de la impronta génica.
Los genes con impronta génica surgen de un conflicto biológico entre el padre y la madre por los recursos dedicados a la descendencia, en particular en los mamíferos, que se desarrollan en el interior del cuerpo materno. Tanto los genes del padre como los de la madre “pretenden” transmitir cuantas más copias de ellos mejor a las siguientes generaciones. Los genes del padre, por tanto, tienen interés en conseguir que el feto en desarrollo obtenga de la madre cuantos más recursos mejor para ser luego grande y fuerte en la vida y poder competir con éxito en la batalla por la reproducción. La madre, en cambio, aunque desea que su descendencia sea también fuerte y sana, no quiere dedicar todos los recursos solo a un embarazo y quedarse exhausta sin posibilidad de reproducirse de nuevo, lo que impactaría negativamente en la trasmisión de sus genes. Por tanto, los genes de la madre tienen interés en frenar la actividad de los genes del padre por extraer recursos del cuerpo de la madre durante la gestación, para permitir que esta pueda volver a reproducirse.
De esta manera, durante el desarrollo embrionario, algunos genes funcionan solo a partir de los cromosomas heredados del padre y otros, a partir de los cromosomas heredados de la madre. En este caso, unos contrarrestan la acción de los otros y se consigue un equilibrio, un acuerdo genético que, en principio, es adecuado para la transmisión de los genes de ambos progenitores.
La impronta génica se basa en mecanismos moleculares que modifican químicamente los genes, o las proteínas que se encuentran en contacto con ellos, bien del padre, bien de la madre, y de manera diferente. Esta es la base de la llamada epigenética (el prefijo epi significa sobre). Por ejemplo, se pueden añadir químicamente grupos metilo (–CH3) a uno de los alelos, pero no al otro y, de esta manera, las interacciones químicas con las proteínas necesarias para hacer que los genes funcionen se ven alteradas o impedidas. Esto conduce al funcionamiento de solo el alelo materno o paterno.
Sin embargo, las nuevas tecnologías de secuenciación de ADN y de ARN han permitido explorar el fenómeno de la expresión diferencial de los alelos paternos y maternos con mucho mayor detalle. Utilizando estas nuevas tecnologías, hace varios años, se descubrió el fenómeno llamado de la impronta no canónica, es decir, una impronta especial. Esta impronta génica no canónica es revelada por el hecho de que muchos genes funcionan de manera diferente según el gen provenga del padre o de la madre, aunque en este caso ninguno de los dos alelos esté completamente silenciado. Este funcionamiento diferencial depende del tipo de tejido biológico u órgano y del momento del desarrollo.
Ahora, investigadores de la Universidad de Utah, en EE.UU., revelan que, durante el desarrollo de las neuronas de roedores, monos y humanos, hasta un 85% de los genes no funciona de manera igualitaria, sino que es bien el del padre, bien el de la madre mayoritariamente el que lo hace. Este descubrimiento tiene importantes implicaciones para comprender el efecto de ciertas mutaciones génicas sobre las enfermedades mentales. Más detalles en el audio (1).
Referencia (1). Huang et al., Diverse Non-genetic, Allele-Specific Expression Effects Shape Genetic Architecture at the Cellular Level in the Mammalian Brain, Neuron (2017), http://dx.doi.org/10.1016/j.neuron.2017.01.033

Una enana roja con tres planetas terrestres en zona habitable.

Como decía en la primera noticia, los últimos descubrimientos están ampliando de una manera impresionante el número de lugares que podrían ser adecuados para la existencia de vida en el Universo. Si entonces hablaba de la existencia de zonas habitable atmosférica en enanas marrones, el descubrimiento de siete planetas de un tamaño similar a la Tierra que giran alrededor de una estrella enana roja a 39 años luz del Sol, multiplica por un factor de 10 al menos el número de espacios habitables.
La estrella TRAPPIST-1 no se parece en nada a la nuestra. Su tamaño es, en comparación, ridículamente pequeño, tan sólo un 8% de la masa solar. La superficie radiante es una centésima parte de la solar y su temperatura también es menor. En cambio, su evolución es más lenta y podría llegar a durar más de un billón de años, mucho más que el Sol.
Trappist-1 ha sorprendido a propios y extraños porque está rodeada de toda una cohorte de planetas, siete al menos, de un tamaño similar a la Tierra. Y lo más interesante, al menos tres de ellos están situados en lo que se conoce como “zona habitable” porque reciben suficiente energía de la estrella como para contener agua en estado líquido, un componente esencial para la vida.
El descubrimiento, publicado en Nature, ha sido obra de un grupo internacional de científicos dirigidos por Michaël Gillon, del Instituto para las Ciencias y tecnologías espaciales y Astrofísica de Lieja, Bélgica. El estudio es el resultado de varios años de observación durante los cuales se han estado midiendo los cambios de luz de la estrella, cambios provocados por el tránsito frente a ella de los siete planetas descubiertos.
Lo más interesante del descubrimiento es que el tipo de estrellas al que pertenece TRAPPIST-1, es el más abundante en nuestra galaxia. Para hacernos una idea, en una esfera de 30 años luz alrededor del Sol, hay unas 20 estrellas como la nuestra y 250 enanas rojas. Estos datos, por sí solos, multiplican por un factor mayor a 10 la cantidad de estrellas en las que podrían existir planetas potencialmente habitables.
Referencia:
Gillon et al. Seven temperate terrestrial planets around the nearby ultracool dwarf star TRAPPIST-1. Nature 542, 456–460 (23 February 2017) doi:10.1038/nature21360

ADN conductor de la electricidad

Diversos estudios han acumulado evidencia que demuestra que el ADN puede transportar carga eléctrica a lo largo de la doble hélice que lo forma, es decir, el ADN es una molécula conductora de la electricidad. La razón de esta conductividad eléctrica reside en las propiedades químico-físicas de las bases nitrogenadas, es decir, de las letras que forman los peldaños de la doble hélice.
Las nubes electrónicas que rodean los núcleos atómicos de carbono y nitrógeno de las moléculas de las bases se encuentran cercanas entre los peldaños, lo que permite que al aplicar un voltaje entre los extremos de un fragmento de doblé hélice de ADN los electrones puedan saltar de peldaño en peldaño y moverse a lo largo del eje de la doble hélice.
Esta propiedad del ADN lo convierte en una molécula atractiva para aplicaciones en el campo de la nano electrónica y nanotecnología. Sin embargo, el interés de la misma se ve menguado por la incapacidad que se tenía hasta ahora de utilizar interruptores eléctricos, que solo pueden ser moleculares a esa escala, para poder controlar el flujo eléctrico. En otras palabras, al igual que los circuitos que tenemos en casa, resultaría muy conveniente disponer de interruptores para apagar yo encender los circuitos eléctricos formados por moléculas de ADN.
Pues bien, ahora un grupo de investigadores de la Universidad de Arizona descubren una manera de incorporar un interruptor molecular a la propia molécula de ADN, interruptor que puede ser manipulado gracias a la acción de un campo eléctrico externo que modifica el estado de oxidación-reducción de este interruptor, lo que permite o no el paso de la corriente eléctrica a lo largo del eje longitudinal de la molécula de ADN. En el audio lo contamos todo. (2).
Referencia (2): Limin Xiang et al. (2017). Gate-controlled conductance switching in DNA. Nature Communications | 8:14471 | DOI: 10.1038/ncomms14471 http://www.nature.com/articles/ncomms14471

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