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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.

Pulpos, sepias y agujeros negros.

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Pulpos, sepias y calamares, una nueva genética de los mares

La información genética, en general, es almacenada en las dos hebras complementarias del ADN, desde donde pasa a ser transcrita al ARN mensajero, en un proceso apropiadamente denominado transcripción. A partir de esta copia de ARN, la célula produce proteínas de acuerdo al código genético, que atribuye el significado de un aminoácido particular a cada conjunto de tres letras, denominado un codón. De esta manera a una secuencia dada de ADN corresponde igualmente una secuencia determinada de aminoácidos, la cual confiere a la proteína sus propiedades y su función.

Este dogma de la biología, sin embargo, tiene sus excepciones. Una de ellas es que algunas de las secuencias de letras del ADN que son transcritas al ARN no son siempre utilizadas. En un proceso llamado procesamiento alternativo, la célula elige las secuencias del ARN inicialmente transcrito que van a ser ensambladas en un ARN maduro. Es este ARN maduro el que va a ser traducido luego a proteína. De este modo, de una misma secuencia de ADN, la célula puede generar proteínas ligera o profundamente diferentes las unas de las otras, e incluso con propiedades o funciones contrapuestas.

El procesamiento alternativo es común en vertebrados, y por supuesto en nuestra especie. De este modo, el número total de proteínas que se pueden generar en una célula es muy superior al número de genes en el genoma, ya que de hecho casi cada gen puede generar dos o más proteínas diferentes.
Recientemente, sin embargo, se ha descubierto que no todas las especies animales utilizan este mecanismo para modificar la información del ADN que se transcribe al ARN y generar así proteínas diversas a partir del mismo gen. En particular, pulpos, sepias y calamares no lo utilizan y utilizan mayoritariamente otro diferente en su lugar. Este mecanismo de edición de la información del ADN se ha dado en llamar edición del ARN. En este proceso, un enzima (la adenosina deaminasa específica de ARN) cataliza una reacción química que transforma las Aes en el ARN en otra letra no tan conocida: la I. La letra I es la inicial para la molécula de Inosina, muy relacionada con la Adenina, de la que deriva la A.
Esta simple transformación química tiene importantes consecuencias, ya que la I no se une a la letra T, como sucede con la A, sino que se une a la C. La transformación química de A en I acarrea pues la consecuencia de un cambio de información genética, ya que cuando el ARN modificado se utilice para generar proteínas, las Íes no van a ser leídas igual que las Aes, y los aminoácidos que se van a utilizar para sintetizar las proteínas serán diferentes en cada una de las posiciones de la cadena de ARN donde se haya producido la transformación de A en I.

¿Cuántos genes son sometidos a este proceso de edición? En los vertebrados son muy pocos. Por ejemplo, de los alrededor de 20.000 genes humanos, solo unos 600 son editados de este modo, pero en el caso de los calamares, que también poseen alrededor de 20.000 genes, cerca de 11.000 son sometidos a este proceso de edición. Una de las funciones que esta edición realiza es la adaptación a los cambios de temperatura en estos animales.

Ahora, investigadores estadounidenses e israelíes analizan si además del calamar, este proceso de edición sucede en otros animales de su familia, como los pulpos y las sepias. Encuentran que esto es lo que sucede, lo que indica un proceso de evolución para este tipo de animales diferente de la evolución que sufren los vertebrados. En el audio damos más detalles.

Referencia:
Liscovitch-Brauer et al., Trade-off between Transcriptome Plasticity and Genome Evolution in Cephalopods, Cell (2017), http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2017.03.025

Fotografiando un agujero negro.

En el centro de la Vía Láctea, a unos 26.000 años luz de distancia de la Tierra, yace un inmenso agujero negro que lleva por nombre Sagitario A. Se trata de un objeto monstruoso que engulle materia a su alrededor, formada por nubes de gas y estrellas, con los que alimenta su enorme masa de más de 4 millones de soles.

Sagiatario A es el objeto más masivo de la galaxia, pero nadie puede verlo, por la simple razón de que nada, ni siquiera la luz, puede escapar de su terrible fuerza de gravedad. Para suerte de los observadores, Sagitario A está rodeado de una frontera, el horizonte de sucesos, que separa dos mundos: el mundo interior, invisible, y el mundo exterior, donde inmensas nubes de gas y estrellas giran a su alrededor liberando radiaciones que inundan la galaxia convirtiendo al conjunto en uno de los objetos más brillantes del Universo.

Un agujero negro concentra la masa de una manera inimaginable. Si la Tierra tuviera la mala suerte de convertirse en un agujero negro, toda su masa quedaría confinada a una esfera de 9 milímetros de radio. El horizonte de sucesos de Sagitario A, a pesar de su enorme masa, es una superficie esférica de 9 millones de kilómetros, es decir, confina la masa de 4 millones de soles en una esfera que cabría holgada dentro de la órbita de Mercurio. Para obtener una imagen de un objeto así, desde una distancia de 26.000 años-luz habría que utilizar un telescopio enorme, tan grande como la Tierra. Así es el Telescopio del horizonte de sucesos o Event Horizon Telescope.

El EHT no es un telescopio al uso, sino el producto de las observaciones coordinadas de “un conjunto de radiotelescopios repartidos por toda la Tierra”: http://www.eventhorizontelescope.org/array/index.html. Los datos de cada uno de los radiotelescopios de la red son enviados al observatorio Haystack del MIT, donde son combinados, utilizando la técnica de interferometría de muy larga base, para obtener un resultado equivalente a observar con un solo radiotelescopio de dimensiones semejantes a la Tierra.

Actualmente se está observando Sagitario A con el EHTLa imagen obtenida permitirá poner a prueba, una vez más, la teoría de la Relatividad General de Einstein. Según los cálculos teóricos, aunque del agujero negro es totalmente negro, la materia que gira alrededor proporcionará una imagen en forma de un anillo de luz rodeando a un círculo más oscuro. El brillo procede la materia que gira alrededor de SagitarioA, tanto la que está situada por delante y a los lados como la situada detrás porque la enorme gravedad del agujero negro curva la trayectoria de la luz y nos permite verla.

Los datos se están recopilando en estos momentos y se espera que pronto podamos observar la imagen de un agujero negro.

Referencia:
Telescopio del horizonte de sucesos o Event Horizon Telescope.

El origen de los virus más grandes del mundo.

Los virus son los organismos más numerosos del planeta, ya que se estima que existen más de 1031 virus en la Tierra, una cantidad que supera con mucho el número de estrellas de nuestra galaxia.
La inmensa mayoría de los virus son parásitos moleculares muy pequeños, ya que suelen constar de una corta cadena de material genético (ADN o ARN) protegida por un “caparazón” de lípidos, carbohidratos y proteínas, algunas de las cuales son también necesarias para que el virus pueda unirse a alguna proteína de la membrana de una célula y desde allí introducir al menos su material genético al interior de esta.

Los virus son, por consiguiente, solo un conjunto de moléculas que puede considerarse muerto hasta que infectan a una célula, dentro de la cual resucitan. La infección consigue poner al servicio de los genes del virus los mecanismos que la célula necesita para el funcionamiento y la reproducción de genes y de proteínas, con lo que esta genera muchas copias de material genético y de proteínas víricas. Cuando se han fabricado suficientes, se ensamblan de forma automática en el interior celular formando nuevas partículas completas de virus que salen al exterior en busca de otras víctimas celulares.

Debido a esta manera de reproducirse, resulta ventajoso para los virus adoptar una filosofía minimalista y contar con el mínimo número de genes necesarios para asegurar su reproducción con éxito. Cuanto menor sea el número de genes que posea un virus, más eficientemente podrá utilizar la energía y materia de una célula para generar un mayor número de nuevas partículas víricas, las cuales tendrán así mayor probabilidad de que al menos una pueda infectar a una nueva célula.

De este modo, los virus que han logrado una mayor prevalencia y éxito son muy eficientes y muy pequeños. Por ejemplo, el archifamoso virus de la gripe es de solo unos 100 nm de diámetro, posee un genoma de solo 13.500 letras (pares de bases) que únicamente contiene 11 genes. Eso es todo lo que necesita para hacer nuestra vida miserable por unas semanas, e incluso para ponerla en serio peligro en algunas ocasiones. No obstante, 11 genes es aún un número casi tres veces superior al mínimo que se estima los virus necesitan para existir, que son solo 4 genes.

Pero a veces la vida escapa a la aparente lógica, aumenta esta última, y expande sus horizontes allá donde pueda hacerlo y cómo la Naturaleza le permita. En 1992, mientras se realizaban estudios sobre la enfermedad de la Legionelosis en aguas estancadas, se identificó por casualidad un organismo extraño en el interior de una ameba, un protozoo que habita las aguas dulces pantanosas, aunque también hay amebas marinas. El organismo era tan grande que se creyó que se trataba de una bacteria capaz de infectar a la ameba y de vivir en su interior. Sin embargo, tras diez años de estudios se determinó que se trataba de un nuevo virus gigantesco, al que se le dio el nombre de Mimivirus.

Mimivirus es un virus realmente grande. Su tamaño es de unos 400 nm de diámetro. Contiene un genoma de 1.184.404 letras, y se estima que posee 979 genes productores de proteínas. Entre estos genes se encuentran algunos jamás vistos antes en un virus, como los necesarios para para unir aminoácidos a sus correspondientes ARN de transferencia, y permitir así la síntesis de proteínas. Normalmente, los virus no necesitan estos genes ya que utilizan los genes de la célula a la que infectan.

Tras estos estudios, los investigadores de la Universidad de Marsella que descubrieron al Mimivirus partieron en busca de nuevos virus gigantes. Sus pesquisas dieron resultado, ya que descubrieron otro virus aún mayor a partir de una muestra de agua marina de la costa chilena, por lo que a este nuevo virus se le llamó Megavirus chilensis. Este virus, que también infecta a amebas, es aún más grande que Mimivirus, ya que mide 500 nanómetros de diámetro y posee 1,26 millones de letras en su genoma.
Algo más tarde, en 2013, el análisis de muestras de agua marina de la costa chilena y de un estanque en los alrededores de Melbourne, Australia, permitió el descubrimiento de otros dos megavirus: Pandoravirus salinus, y Pandoravirus dulcis. Estos virus son de un tamaño de unos 1.000 nanómetros y poseen genomas de 2,5 y de 1,9 millones de letras, respectivamente.
La existencia de estos megavirus suscitó interesantes preguntas científicas sobre su origen. ¿De dónde provienen estos organismos? Algunas hipótesis han propuesto que se trata de un nuevo dominio de la vida, que debería unirse al de las arqueas, los procariotas y los eucariotas. Ahora, un grupo de investigadores descubre un nuevo grupo de megavirus, llamado Klosneuvirus. El análisis de sus genomas revela importantes hechos sobre el origen de este extraño tipo de virus. Damos los detalles en el audio.

Referencia: Frederik Schulz, et al. Giant viruses with an expanded complement of translation system components. http://science.sciencemag.org/content/356/6333/82

¿El instinto, un aprendizaje heredado?

Nacemos con cosas aprendidas. Sabemos succionar la fuente de alimento que nos proporciona nuestra madre al nacer, sin que nadie nos enseñe cómo hacerlo, los delfines empiezan a nadar desde el mismo momento de su nacimiento sin que nadie les enseñe y las abejas conocen la danza que indica la fuente de alimento a sus compañeras sin que nadie se lo haya enseñado. Estos son solo algunos de los muchos ejemplos de lo que conocemos como instintos. Unos conocimientos que nos indican que el cerebro no es una pizarra en blanco dispuesta a recibir información, ya trae un buen número de cosas innatas escritas. Esto nos hace plantearnos preguntas como éstas: ¿Qué significa realmente un instinto? ¿Cómo llegaron los instintos a grabarse en el cerebro de un animal antes de nacer?

Sabemos que la información genética pasa de padres a hijos y con ellas infinidad de instrucciones que el nuevo ser debe llevar a cabo para formarse y sobrevivir. En el proceso de copia de la información genética se producen errores o mutaciones al azar que, aunque la mayoría de las veces son negativas para el individuo, de vez en cuando se convierten en una ventaja que favorece la supervivencia. Así pues, una posibilidad es que los instintos sean debidos a mutaciones genéticas al azar.

Sabemos, también, que las criaturas suelen cambiar de conducta para adaptarse al entorno, es decir, “aprenden” del medio ambiente y este proceso de aprendizaje les ayuda a sobrevivir. El proceso de aprendizaje provoca cambios en las conexiones neuronales que, si bien no modifican el ADN, sí provocan variaciones en la expresión de los genes ¿Podría ser que ese proceso de aprendizaje pasara de alguna manera de una generación a otra y se convirtiera en instinto?

Esta es la hipótesis defendida por Gene Robinson y Andrew Barron en el artículo de Science que comentamos hoy. Según estos investigadores, la vía de transmisión de lo aprendido para llegar a ser hereditario estaría basado no en mutaciones sino en la epigenética. La epigenética consiste en un cambio de la función o la actividad de algunos genes, sin cambiar el ADN. Dicho de otra manera, son cambios bioquímicos que permiten encender o apagar el funcionamiento de ciertos genes o modifican su actividad de manera que regulan la producción e proteínas. Un experimento con ratones parece apoyar esta opción.

Referencia:
Gene Robinson et al. Epigenetics and the evolution of instincts. sciencemag.org 7 APRIL 2017 • VOL 356 ISSUE 6333

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