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Quilo de Ciencia

El quilo, con “q” es el líquido formado en el duodeno (intestino delgado) por bilis, jugo pancreático y lípidos emulsionados resultado de la digestión de los alimentos ingeridos. En el podcast Quilo de Ciencia, realizado por el profesor Jorge Laborda, intentamos “digerir” para el oyente los kilos de ciencia que se generan cada semana y que se publican en las revistas especializadas de mayor impacto científico. Los temas son, por consiguiente variados, pero esperamos que siempre resulten interesantes, amenos, y, en todo caso, nunca indigestos.

Evolución agridulce

Evolucion agridulce -  Quilo de Ciencia Podcast - CienciaEs.com

Creo firmemente que, si la humanidad debe entender cómo y por qué apareció y el significado de su existencia, debemos conocer cómo funciona la evolución. Somos el resultado de un proceso evolutivo fascinante y, lo que es más importante, hemos sido y continuamos siendo un factor importante en la evolución y supervivencia de otras especies, algunas de las cuales existen y son como son porque las hemos hecho de esa manera.

Una historia muy ilustrativa para ayudarnos a comprender cómo las acciones humanas afectan a la nuestra y también a la evolución de otras especies es la domesticación del almendro. La almendra es el principal fruto seco cultivado en el mundo. La producción anual de almendra se estima en alrededor de 2,2 millones de toneladas, con una superficie total cultivada de alrededor de 1,9 millones de hectáreas.

Lo anterior puede no parecer sorprendente hoy, pero para entender lo que significa es necesario saber que el ancestro de las almendras actuales no solo era amargo, sino también tóxico. Probablemente todos estemos familiarizados con las almendras amargas, que de vez en cuando pueden aparecer acompañando a las almendras dulces. Las almendras amargas son ahora la excepción a la regla, pero hace unos miles de años eran la regla. La excepción eran los escasos mutantes que habían perdido la capacidad de sintetizar el compuesto amargo y tóxico llamado amigdalina (amígdala significa almendra en latín) y que producían almendras dulces. La amigdalina es un compuesto tóxico derivado de un aminoácido común, la fenilalanina, sintetizado a partir de este en unas pocas reacciones bioquímicas, catalizadas, como todas las reacciones bioquímicas, por enzimas específicas. Estas reacciones bioquímicas dan como resultado la adición al aminoácido de una molécula de cianuro, así como la adición de dos moléculas de glucosa, el carbohidrato más común. Esto crea una molécula soluble que puede ser fácilmente absorbida por el intestino si es ingerida.

Una vez dentro del cuerpo, la amigdalina puede liberar cianuro y provocar una intoxicación si la dosis ingerida es alta. Este efecto protegió a las almendras de ser consumidas por los animales y la producción de amigdalina fue, por lo tanto, un factor que favoreció la supervivencia y expansión de los almendros. Así, la amigdalina fue un hallazgo evolutivo que promovió la supervivencia. Como resultado de ello, su producción no se limitó a las almendras y muchas otras plantas, en particular las pertenecientes a la misma familia a la que pertenece el almendro, la familia de las Rosáceas, sintetiza la amigdalina y la acumula en las semillas de sus frutos. Estos incluyen manzanas, ciruelas, albaricoques y melocotones.

Sin embargo, durante la evolución, la aparición de uno u otro mutante es inevitable. De vez en cuando, aparecían mutantes que carecían de al menos uno de los genes funcionales implicados en la producción de amigdalina. Estos mutantes produjeron semillas comestibles y, por lo tanto, no tuvieron una reproducción tan exitosa como sus congéneres normales. Eran rápidamente eliminados de la faz de la tierra.

Expansión dirigida

Esto fue así hasta que apareció una nueva especie. Una especie con la capacidad de comprender y manipular como nunca el entorno en el que vivía. Esta especie es la nuestra. Un día, un miembro de nuestra especie tropezó con un almendro mutante que carecía de amigdalina. Sus semillas se podían comer y eran altamente nutritivas. Este inteligente individuo pensó que podría ser muy beneficioso tratar de cultivar este árbol mutante (incluso si en ese momento nadie sabía qué era un mutante) y usar sus semillas como alimento.

De esta manera, los almendros dulces comenzaron una gran expansión y, gracias a la ayuda de los humanos, llegaron a dominar en la población de almendros. La producción de la amigdalina, antes una ventaja que permitía aumentar la supervivencia de la especie, se convirtió ahora en una seria desventaja. Los almendros productores de amigdalina comenzaron a desaparecer y fueron reemplazados por sus variantes mutantes de semillas dulces. Hoy en día el reemplazo ha sido casi completo.

La época precisa en la que comenzó este curso de eventos sigue siendo controvertida, aunque los estudios arqueológicos y genéticos sugieren que ocurrió en la llamada Media Luna Fértil, la cuna de la civilización, durante la primera mitad del Holoceno, un período que comenzó hace 11,650 años. Las almendras se cultivaron principalmente alrededor de la cuenca mediterránea, y se han encontrado en la tumba de Tutankamón y en la antigua Grecia. Más recientemente, fueron introducidas en América (principalmente en California) y en algunas áreas del hemisferio sur. Las almendras son un ingrediente básico de alimentos tan importantes como el turrón, sin el cual la Navidad en España no podría ser adecuadamente entendida.

Un paso más, de importancia económica, en la comprensión de la evolución del almendro ha sido dado recientemente por un equipo internacional de científicos que ha secuenciado su genoma. No solo eso. El equipo ha comparado también los genomas de los almendros que carecen de la producción de amigdalina con los de los árboles que aún producen esta sustancia tóxica. Esto les ha permitido identificar los genes mutados involucrados en la síntesis bioquímica de esta sustancia. Sorprendentemente, estos genes no generan las enzimas responsables de la biosíntesis de amigdalina, sino que generan factores de transcripción, es decir, proteínas que actúan sobre el interruptor on-off que activa a los genes productores de estas enzimas. Sin el funcionamiento adecuado de este interruptor, los genes de los enzimas permanecen en un estado inactivo, los enzimas no se producen y la amigdalina no se puede sintetizar. Las almendras se pueden comer y resultan deliciosas.

Este estudio, publicado en la revista Science, proporciona nuevos conocimientos que pueden utilizarse para la domesticación de otras plantas generadoras de productos tóxicos o desagradables que las hacen incomestibles, en particular de aquellas plantas que producen sustancias similares a la amigdalalina, como algunas variedades de mandioca. Y es que la domesticación de nuevas plantas podría ser importante para alimentar a una humanidad en constante crecimiento.

Referencia: R. Sánchez-Pérez et al (2019). Mutation of a bHLH transcription factor allowed almond domestication Science 14 JUNE 2019 • VOL 364 ISSUE 6445.

Más información en el Blog de Jorge Laborda.

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