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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.

Cooperación vírica contra CRISPR. Agua líquida en Marte. Labranza y efecto invernadero ¿Es real la Materia Oscura?

CRISPR, Marte,agricultura y materia oscura - Ciencia Fresca podcast  - CienciaEs.com

Cooperación vírica contra CRISPR

El sistema CRISPR es sobre todo conocido como uno de los métodos más revolucionarios de edición a voluntad de la información genética y puede ser usado además para controlar cómo esta información genética es puesta en funcionamiento en la célula. La versatilidad y capacidades del sistema CRISPR en estos aspectos no tiene parangón en la historia de la Biología.
CRISPR, no obstante, no es un invento humano para editar el ADN, sino un invento evolutivo bacteriano para luchar contra los principales parásitos de las bacterias: los bacteriófagos. CRISPR funciona como un sistema de inteligencia que primero roba información al enemigo y luego utiliza esta información en su contra. El sistema bacteriano CRISPR cuenta para ello con varios enzimas, llamados enzimas Cas, que participan en el robo, almacenamiento y utilización como arma de la información genética propia de los bacteriófagos.
Para conseguir utilizar la información genética de un bacteriófago en su contra, primero una enzima corta el ADN de un bacteriófago que infectar a la bacteria y usarla para reproducirse. Otro enzima integra los fragmentos de ese ADN en un sitio particular del cromosoma bacteriano: el sitio CRISPR. A partir de este sitio, la bacteria produce ARN, ARN que corresponde a todos los fragmentos de ADN que la bacteria y sus descendientes hayan podido ir capturado a lo largo del tiempo y a lo largo de las infecciones de bacteriófagos que hayan ido sufriendo y venciendo. Este ARN es una copia de la información robada a los bacteriófagos. Si ahora un bacteriófago de una especie cuya información ha sido robada intenta infectar a la bacteria, el ARN se une al ADN del bacteriófago y guía a a otro enzima de la familia Cas para que encuentre y destruya este ADN cortándolo e impidiendo así que este pueda reproducirse en el interior de la bacteria.
CRISPR funciona por tanto como un sistema de defensa bacteriano. Sin embargo, normalmente los microrganismos parásitos ante un sistema de defensa desarrollan medidas de contra defensa. Esto es una constante evolutiva en numerosos microrganismos que intentan infectar a animales o a plantas. A lo largo de la evolución, muchos de ellos han desarrollado ingeniosísimos mecanismos para doblegar los sistemas inmunes de los organismos a los que infectan.
Ante un sistema de defensa tan eficaz y sofisticado como CRISPR, los bacteriófagos no iban a ser una excepción. Hace unos años, se descubrió la existencia de proteínas anti-CRISPR producidas por los bacteriófagos. Estas proteínas impiden que uno de los enzimas Cas corten el ADN del bacteriófago. Sin embargo, la producción de proteínas anti-CRIPSR no es suficiente para evitar que el sistema CRISPR destruya a los bacteriófagos que intentan infectar a las bacterias. Dos grupos de investigación, uno de la Universidad de California y otro de la Universidad de Exeter, en el Reino Unido descubren ahora de manera independiente que los bacteriófagos han desarrollado un sistema de cooperación que es el que realmente permite contrarrestar el sistema CRISPR. En el audio damos los detalles.

Referencia:
Borges et al., Bacteriophage Cooperation Suppresses CRISPR-Cas3 and Cas9 Immunity, Cell (2018), https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.06.013. – Landsberger et al., Anti-CRISPR Phages Cooperate to Overcome CRISPR-Cas Immunity, Cell (2018), https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.05.058

Agua líquida en Marte.

Marte es un planeta desértico en cuya superficie es imposible la existencia de agua en estado líquido, al menos la existencia estable. Aunque los ciertos momentos del año marciano, la temperatura pueda elevarse en algunos de sus puntos por encima de los 0ºC (se ha comprobado que durante el verano se pueden alcanzar los 20ºC en algunos lugares) la bajísima presión atmosférica no permite la existencia de agua líquida estable.

No obstante, aunque el agua líquida estable en la superficie esté descartada en la actualidad, en otros tiempo sí que existió debido a que su atmósfera era mucho más densa y la temperatura más elevada, el debate sobre su existencia, quizás bajo la superficie del Planeta Rojo, se ha mantenido vivo entre los científicos desde hace mucho tiempo. Ahora, gracias a las investigaciones realizadas con el instrumento MARSIS (Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding), a bordo de la nave espacial Mars Express, el debate parece estar llegando a su fin.
MARSIS es un equipo de radar que envía pulsos de ondas electromagnéticas sobre la superficie marciana, especialmente cuando la Mars Express se encuentra a altitudes entre los 800 y los 1000 km. Los pulsos golpean la superficie de marte y penetran bajo la capa de hielo que cubre los polos del planeta, pero cuando las ondas se encuentran con un cambio brusco en las características del suelo, como, por ejemplo, la interfase entre el hielo y agua líquida, son reflejadas de vuelta y detectadas de nuevo por MARSIS.
Entre mayo de 2012 y diciembre de 2015, un equipo de investigadores, dirigido por el italiano Roberto Orosei, utilizó MARSIS para inspeccionar una región llamada Planum Australe, ubicada en el polo sur marciano. Los sucesivos muestreos de radar permitieron ir obteniendo un mapa de las reflexiones de radar de la capa de hielo marciana. Los datos obtenidos revelaron una reflexión brillante de la señal de radar que procedía de un lugar situado a 1,5 kilómetros debajo de la superficie del hielo y se extendía a lo largo de 20 kilómetros.
El perfil del radar obtenido es muy similar al que ha permitido detectar, en la Tierra, la existencia de más de cuatrocientos lagos de agua líquida situados bajo las capas de hielo de la Antártida y Groenlandia, así pues, los investigadores sugieren que existe un lago subglacial en Marte.
A diferencia de lo que sucede en la Tierra, la temperatura a la profundidad detectada alcanza los -68ºC, demasiado baja como para mantener el agua pura en estado líquido. Si embargo, en distintas investigaciones se ha detectado que el suelo marciano contiene grandes cantidades de sales de magnesio, calcio y sodio, unas sales que disueltas en el agua podrían crear una salmuera cuyo punto de congelación puede alcanzar los -74ºC, temperatura suficiente baja como para mantener el agua salada líquida en el lugar que revelan las ondas de radar.

Referencia:
Orosei et al. Radar evidence of subglacial liquid water on Mars. Science 10.1126/science.aar7268 (2018).

A. Diez, Liquid water on Mars Science 10.1126/science.aau1829 (2018).

Uso de tierra de labranza contra el efecto invernadero.

El efecto invernadero que conduce al calentamiento global depende tanto de la emisión neta de CO2 por el consumo de combustibles fósiles, como de la disminución de la captura de CO2 por los bosques, debido a la desforestación y aumento de uso de la tierra para la agricultura. En un mundo de población creciente, determinar cuál es el uso óptimo de la tierra para generar alimentos y minimizar la huella de carbono es fundamental para minimizar el impacto del ser humano sobre el planeta.
La cuestión de cuál es la mejor estrategia de uso de la tierra para la agricultura y la ganadería para minimizar la liberación y maximizar la captura de CO2 no había sido estudiada de manera científica.
Investigadores de la Universidad de California y de la Universidad de Cambridge abordan el estudio de este tema en tres contenientes. Sus análisis incluyen plantaciones de aceite de palma en los trópicos húmedos de Ghana, ranchos ganaderos en bosques tropicales secos de México y tierras húmedas y arables en Polonia. Además, analizaron más de 11.000 árboles para estudiar su crecimiento y generación de biomasa, realizaron entrevistas en profundidad con granjeros para conocer mejor el impacto de sus prácticas, y analizaron también datos ya existentes sobre los rendimientos agrícolas.
Los resultados fueron consistentes en los tres diferentes entornos agrícolas y ganaderos estudiados. Contamos los detalles de este importante estudio para la implantación de mejores políticas agrícolas en el audio.

Referencia:
Williams et al., Carbon Storage and Land-Use Strategies in Agricultural Landscapes across Three Continents, Current Biology (2018), https://doi.org/10.1016/j.cub.2018.05.087

¿Es real la Materia Oscura?

Los investigadores Sabine Hossenfelder and Stacy S. McGaugh han publicado un artículo en Scientific American en el que ponen en evidencia los pros y los contras de las hipótesis científicas más populares que intentan explicar el enigma de la materia oscura.
En 1930, el astrónomo suizo de origen búlgaro Friz Zwicky, observó que algunas galaxias de un Cúmulo de Coma, situado a una distancia media de 320 millones de años luz, rotaban a una velocidad sorprendentemente rápida alrededor del centro de masas. Zwicky intentó justificar esas velocidades utilizando las masas de las galaxias pero no lo logró, los cálculos revelaban la existencia de mucha más materia de la que se podía observar. Llegó a la conclusión de que en el cúmulo debía existir una enorme cantidad de materia nueva y desconocida a la que puso el nombre de “Materia Oscura”.
Los cálculos de Zwicky se vieron corroborados en muchas otras observaciones. El astrónomo americano Vera Rubin descubrió, en 1970, que las estrellas más alejadas del centro en muchas galaxias se movían también más rápido de lo que revelaban los cálculos hechos a partir de la masa visible. Una vez más el Universo se empeñaba en mostrar los efectos de una materia invisible, que influía en los movimientos estelares. A las evidencias de Zwicky y Rubin se añadieron otras observaciones basadas en las fluctuaciones de la radiación de fondo de microondas o la formación de la estructura a gran escala del espacio. Todas estas observaciones indicaban la presencia de la materia oscura.
Se han formulado muchas hipótesis que intentan justificar la existencia de la materia oscura.
La más popular sugiere que deben existir partículas invisibles y muy abundantes en las galaxias y en los cúmulos, unas partículas que no interactúan con la materia visible, pero que en su conjunto superan en mucho la masa total de lo que podemos observar. Alrededor de las galaxias, esas partículas proporcionarían un halo de materia invisible que obligaría a las estrellas situadas en los bordes a girar más rápido.
Una hipótesis mucho menos popular pero, aun así, con bastantes seguidores, sugiere que las partículas que se conocen hasta ahora son las que hay y no existen partículas de materia oscura. En su lugar, deben ser las leyes físicas que manejamos las que necesitan una revisión. Entre los defensores de esta última posibilidad está el físico israelí Mordehai Milgrom quien, en 1983, propuso su idea de la “gravedad modificada” que sugiere que debemos pensar en cambiar las reglas matemáticas que gobiernan cómo la fuerza de la gravedad surge de la masa.
Aunque se han buscado las partículas de materia oscura con ahínco, no se han logrado detectar. La última ronda de búsquedas ha tenido como protagonistas experimentos como el Gran Xenón subterráneo (LUX) en Dakota del Sur, el PandaX-II en la provincia de Sichuan en China, el XENON1T en el Gran Sasso National Laboratory en Italia, el Super-Kamiokande en Japón o Large Had-ron Collider (LHC) en el CERN cerca de Ginebra. Todos ellos han estado buscando partículas nuevas con las propiedades correctas con las que se pueda explicar la materia oscura y no han encontrado ninguna.
En su mayor parte, la hipótesis de que el universo contiene aproximadamente cinco veces más materia oscura que la materia normal funciona bien para explicar el cosmos que nos rodea, pero continuamos si saber de qué demonios está hecha la materia oscura, en el caso de que exista.

Referencia:
Sabine Hossenfelder and Stacy S. McGaugh. Is Dark Matter Real? Scientific American (August 2018), 319, 36-43 17 July 2018 | doi:10.1038/scientificamerican0818-36


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