Los neutrinos son grandes. Realmente grandes.

Pensamos en las partículas fundamentales como algo muy pequeño, pero los neutrinos “vestigiales” del Big Bang podrían ser grandes. Realmente grandes. Según un artículo aparecido el 22 de mayo en Physical Review Letters, la onda mecanocuántica asociada a uno solo de ellos podría tener un tamaño de miles de millones de años luz de largo, un buen porcentaje del universo observable [1]. Una onda tan grande suscita preguntas acerca de  como una partícula cuántica interacciona con la gravedad de galaxias y cúmulos de galaxias; preguntas que no tienen aún respuestas.

Los neutrinos vestigiales, como los fotones vestigiales que constituyen la radiación de fondo de microondas [en la imagen], son residuos del universo caliente y denso de hace 13.700 millones de años. Si bien la densidad de partículas ha descendido muchísimo conforme el universo se expandía, y lo sigue haciendo, todavía quedan poco más o menos 300 neutrinos vestigiales por cada centímetro cúbico, casi lo mismo que fotones vestigiales. La energía media también ha descendido a lo largo del tiempo a un valor tan bajo que los neutrinos vestigiales son completamente indetectables por los observatorios terrestres.

Los neutrinos oscilan entre tres “sabores” cuando se mueven por el espacio, y cada estado correspondiente a un sabor es una combinación de tres estados de masa. La masa precisa de estos estados aún no se conoce, pero los investigadores han establecido límites a los valores que puede adoptar. Los estados de masa son algo así como los “colores primarios”, los neutrinos, como el resto de colores, son una combinación de ellos. George Fuller y Chad Kishimoto, de la Universidad de California en San Diego (EE.UU.), querían comprobar si el límite teórico superior calculado para las masas de los neutrinos basado en las observaciones de galaxias se vería afectado si se tenía en cuenta la oscilación entre sabores. La respuesta fue que no, al menos para el nivel de precisión que tienen las mediciones actuales.

Al hacer sus cálculos los físicos se encontraron con algo inesperado relacionado con las funciones de onda de los neutrinos, con la dualidad onda-partícula en mecánica cuántica no relativista.

La dualidad onda-partícula esta profundamente arraigada en los fundamentos de la mecánica cuántica. Así, la teoría establece que toda la información de la partícula está codificada en su función de onda, una función compleja que viene a ser análoga a la amplitud de la onda en cada punto del espacio. Esta función de onda cambia según una ecuación diferencial, la famosa ecuación de Schrödinger, que explica los comportamientos ondulatorios asociados a la partícula, como la interferencia o la difracción.

El comportamiento de partícula se hace más evidente en los fenómenos asociados a la medición en mecánica cuántica. En el momento en que se mide la localización de una partícula, la función de onda colapsará al azar a una función de valores concretos para cada localización posible, siendo estos valores la probabilidad de cada una, y ésta igual al cuadrado de la amplitud en ese punto. Por lo tanto la medición dará una localización bien definida (una nube de probabilidad), una propiedad asociada con las partículas.

Fuller y Kishimoto encontraron que las funciones de onda de los neutrinos vestigiales podían abarcar miles de millones de años luz. La mitad de la función de onda de un neutrino podría estar, por ejemplo, en nuestra galaxia y la otra al borde del universo observable. Esto sería consecuencia de la combinación de los estados de masa que constituyen cada neutrino. Cada estado de masa por si mismo viajaría a diferente velocidad, más lento cuanto más masa. A los niveles de energía habituales de los neutrinos estas velocidades estarían todas muy próximas a la velocidad de la luz. Pero los neutrinos vestigiales tienen una energía muy baja. Tan baja que la velocidad intrínseca del estado con mayor masa podría ser mucho menor que la velocidad de la luz, mientras que los otros dos seguirían estando próximos a c. Lo suficientemente menor como para que sea de aplicación la mecánica cuántica no relativista que comentábamos antes.

¿Qué pasa entonces cuando el neutrino viaja a través de una galaxia y va tan lento que puede ser atrapado por el campo gravitatorio? ¿Podría esto considerarse una “medición”? Hemos visto que al medir colapsamos la función de onda, ¿significa esto que la función de onda colapsa por el efecto del campo gravitatorio o simplemente se distorsiona? Las respuestas a estas y otras preguntas todavía son objeto de debate [2].

Referencias:

[1]

Fuller, G., & Kishimoto, C. (2009). Quantum Coherence of Relic Neutrinos Physical Review Letters, 102 (20) DOI: 10.1103/PhysRevLett.102.201303

[2]

Christian, J. (2005). Testing Gravity-Driven Collapse of the Wave Function via Cosmogenic Neutrinos Physical Review Letters, 95 (16) DOI: 10.1103/PhysRevLett.95.160403

Para vivir más, activa la respuesta hipóxica.

La respuesta hipóxica es un mecanismo que ayuda a mantener las células vivas cuando hay poco oxígeno disponible. Investigadores de la Universidad de Washington han encontrado que el nemátodo C. elegans vive más si su sistema genético permite a sus células activar la respuesta hipóxica en condiciones de oxígeno normales. No sólo viven más sino que además sus células casi no contienen las proteínas tóxicas que normalmente se acumulan y agrupan conforme se envejece. El descubrimiento se publica hoy en Science.

Varias enfermedades humanas neurodegenerativas, como la de Alzheimer, la de Creutzfeld-Jacobs o la de Huntington, están causadas por una agregación anormal de proteínas. La β-amiloide [en la imagen] en el caso de las dos primeras y poliglutaminas en el de la de Huntington. Estas enfermedades aparecen habitualmente después de la quinta década de vida por lo que parece que debería haber una conexión con el envejecimiento.

En distintas especies, el tiempo de vida puede aumentarse por una dieta restrictiva (a este respecto se puede leer “Cómo el comer poco hace que vivas más”) y una reducción de la actividad de la insulina y del factor de crecimiento insulínico tipo 1 (IGF-1, por sus siglas en inglés). Estos mecanismos pueden disminuir la agregación de proteínas tóxicas, con lo que ya tendríamos una conexión causa efecto entre envejecimiento y enfermedades proteotóxicas.

Mientras buscaban reguladores de la proteotoxicidad en Caenorhabditis elegans, Mehta y colaboradores encontraron  que la reducción del VHL-1 (homólogo del supresor tumoral de von Hippiel-Landau tipo 1), en gusanos alterados genéticamente, incrementaba significativamente el tiempo de vida (un 30%) y aumentaba la resistencia a la toxicidad por poliglutamina y  β-amiloide. El VHL-1 es una ligasa E3 que regula negativamente la respuesta hipóxica promoviendo la ubiquinización (marcado para su destrucción) y degradado del factor de transcripción de la respuesta hipóxica HF-1. Es decir, a mayor presencia de HF-1 mayor tiempo de vida y menor proteotoxicidad.

Este es un mecanismo completamente nuevo para el envejecimiento y las enfermedades asociadas con la edad. Si podemos llegar a comprender a un nivel muy detallado cómo el HF-1 retrasa el envejecimiento, podríamos usar esa información para el desarrollo de terapias para las enfermedades neurodegenerativas.

Ahora bien,  no todo iba a ser bueno. Las mutaciones del VHL-1 están asociadas con varios tumores, por lo que cualquier terapia basada en la activación del HF-1 tendrá que ser específica para células que no se dividen rápidamente como las cerebrales o las musculares. 

Referencia:

Mehta, R., Steinkraus, K., Sutphin, G., Ramos, F., Shamieh, L., Huh, A., Davis, C., Chandler-Brown, D., & Kaeberlein, M. (2009). Proteasomal Regulation of the Hypoxic Response Modulates Aging in C. elegans Science, 324 (5931), 1196-1198 DOI: 10.1126/science.1173507

La eyaculación precoz tiene una componente genética.

La eyaculación precoz podría ser un problema de origen genético, la disfunción eréctil, no.

Investigadores de la Universidad Abo Akademi de Turku (Finlandia) han estudiado el equilibrio entre factores genéticos y ambientales en las disfunciones sexuales de los varones durante la primera relación sexual.

Para ello, el equipo dirigido por Pekka Santtila entrevistó a 3.186 gemelos varones  y a sus hermanos (mayores y menores) sobre su primera vez.  Muchos participantes en el estudio afirmaron que habían sufrido disfunción eréctil y eyaculación precoz en su primer encuentro sexual. Estos problemas se atribuyen habitualmente a factores externos (estar borracho, bajo el efecto de las drogas, nerviosismo, cansancio), y el estudio confirma que esto es cierto para la disfunción eréctil. Por otra parte la eyaculación precoz no parece tener sólo un origen psicológico sino que estaría fuertemente ligada a factores genéticos. Los resultados se han publicado en el Journal of Sex and Marital Therapy [1].

Este estudio viene a confirmar los resultados obtenidos por  Marcel Waldinger de la Universidad de Yale y otros investigadores de varios hospitales y universidades de Holanda [2], según el cual la eyaculación precoz estaría asociada a polimorfismos, las distintas formas alternativas que puede tener un gen, en la neurotransmisión de la serotonina, concretamente en el gen de sus receptores específicos 5-HTT. Así existen tres genotipos posibles: SS, SL y LL. Los varones con genotipo SS “durarían” el doble que los que tienen el LL, y los que tienen el SL un 90% más que estos últimos.

La buena noticia es que esto abre la vía para la investigación de tratamientos farmacológicos para el tratamiento de la eyaculación precoz gracias a una mejor comprensión de los mecanismos subyacentes. Así, por ejemplo, los resultados ya obtenidos con la dapoxetina [3] atribuidos a su acción antidepresiva  y de reducción del estrés, podrían estar de hecho actuando sobre la transmisión de la serotonina, al ser este fármaco un inhibidor de la recaptación del neurotransmisor.

Es necesario recordar que sigue existiendo una componente psicológica en las disfunciones sexuales, por lo que no deben abandonarse o descartarse las intervenciones en este aspecto.

Referencias:

[1]

Santtila P., Sandnabba N.K., & Jern P. (2009). Prevalence and determinants of male sexual dysfunctions during first intercourse.Journal of Sex and Marital Therapy 35(2), 86-105 PMID: 19266379

[2]

Janssen, P., Bakker, S., Réthelyi, J., Zwinderman, A., Touw, D., Olivier, B., & Waldinger, M. (2009). Serotonin Transporter Promoter Region (5-HTTLPR) Polymorphism is Associated with the Intravaginal Ejaculation Latency Time in Dutch Men with Lifelong Premature Ejaculation Journal of Sexual Medicine, 6 (1), 276-284 DOI: 10.1111/j.1743-6109.2008.01033.x

[3]

Safarinejad, M. (2007). Safety and Efficacy of Dapoxetine in the Treatment of Premature Ejaculation: A Double-Blind, Placebo-Controlled, Fixed-Dose, Randomized Study Neuropsychopharmacology, 33 (6), 1259-1265 DOI: 10.1038/sj.npp.1301500

La formación de una sinapsis pillada in fraganti

Investigadores de la Universidad de Oregón y de la Universidad de California en Davis (ambas en los EE.UU.) han identificado el mecanismo de anclaje molecular que emplean dos neuronas glutamatérgicas a la hora de formar una sinapsis. Además han podido captar imágenes del momento en que se forma la sinapsis (se puede descargar el video aquí).

La investigación se ha realizado empleando neuronas de crías de rata tomadas justo después de nacer y cultivadas in vitro durante su desarrollo. El resultado aparece online en Neural Development [1].

Lo que se puede ver es cómo uno de los filopodios  que parten de una neurona es atrapado por moléculas de neuroligina (Nlg1) de la membrana de otra molécula. Para mantener los componentes de la sinapsis en su sitio las neuroliginas se unen al menos a dos proteínas clave más procedentes de la densidad postsináptica (PSD, por sus siglas en inglés; una especialización del citoesqueleto en la sinapsis que aparece densa en electrones en microscopía electrónica, de ahí su nombre). Estas proteínas son la PSD-95 y los receptores NMDA.

La proteína de la PSD de 95 kDa (PSD-95) [kDa, kilodaltons; 1 dalton = 1 unidad de masa atómica] y la proteína asociada a la sinapsis (SAP por sus siglas en inglés) de 102 kDa (SAP-102) son proteínas del dominio PDZ [nombre derivado de las tres primeras proteínas identificadas en el dominio: Post synaptic density protein (PSD95), Drosophila disc large tumor suppressor (DlgA), y Zonula occludens-1 protein (zo-1)] encargado de fijar los receptores NMDA en la PSD. [2]

Se había propuesto que debido a esta relación entre la PSD-95 y los receptores NMDA la Nlg1 ligaba los receptores NMDA a las sinapsis a través de su interacción con la PSD-95. Esto es lo que quería comprobar el equipo de investigación en el trabajo que nos ocupa: si se empleaban distintos mecanismos y velocidades o PSD-95 y receptores NMDA eran un “pack de venta”.

Los investigadores, dirigidos por Washbourne de la Universidad  de Oregón, constataron que la Nlg1 está presente en las neuronas corticales antes de la formación de la sinapsis de dos maneras: dispersa y agrupada. La técnica empleada de imagen por fluorescencia permitió determinar la distribución a lo largo del tiempo revelando que la Nlg1 dispersa se agregaba en los lugares de contacto axón-dendrita rápidamente. De igual forma la Nlg1 agrupada se movía, también rápidamente, hacia esos mismos lugares.

Así pues los contactos axodendríticos provocan una rápida acumulación de Nlg1. Posteriormente aparecen en la zona los receptores NMDA asociados a Nlg1 y, más tarde, y más lentamente, se asocia la PSD-95. Por lo tanto, los mecanismos para ambas proteínas son independientes.

Este trabajo contribuye a nuestra compresión del proceso molecular de construcción de las sinapsis. Fallos durante esta construcción pueden ser origen de distintas afecciones. Así, por ejemplo, mutaciones que afectan a otras dos neuroliginas, la 3 y la 4, se han asociado con el autismo [3]. Nuestra comprensión de estos mecanismos permitirá el desarrollo de tratamientos para la prevención y/o tratamiento del autismo y otras afecciones.

Referencias:

[1]

Barrow, S., Constable, J., Clark, E., El-Sabeawy, F., McAllister, A., & Washbourne, P. (2009). Neuroligin1: a cell adhesion molecule that recruits PSD-95 and NMDA receptors by distinct mechanisms during synaptogenesis Neural Development, 4 (1) DOI: 10.1186/1749-8104-4-17

[2]

Lau, C., & Zukin, R. (2007). NMDA receptor trafficking in synaptic plasticity and neuropsychiatric disorders Nature Reviews Neuroscience, 8 (6), 413-426 DOI: 10.1038/nrn2153

[3]

Südhof, T. (2008). Neuroligins and neurexins link synaptic function to cognitive disease Nature, 455 (7215), 903-911 DOI: 10.1038/nature07456

90 años de un eclipse histórico

Un eclipse solar total ocurre cada par de años, pero son solamente visibles desde las regiones ecuatoriales. El eclipse solar del 29 de mayo de 1919 tuvo lugar por suerte frente a una brillante constelación de estrellas y dio la oportunidad perfecta para comprobar experimentalmente la nueva teoría de la gravedad de Albert Einstein, propuesta por primera vez en 1911 [1].

Tanto la vieja teoría de la gravedad de Newton como la nueva de Einstein predecían que la luz no viaja necesariamente en líneas rectas, sino que puede ser desviada cuando pasa cerca de algo tan pesado como el Sol. Sin embargo Einstein predecía que se desviaba más: lo suficiente como para que las posiciones aparentes de las estrellas detrás del Sol se desplazasen de forma detectable con respecto a las posiciones conocidas y verdaderas.

Desde Oxford, Arthur Eddington observó cuidadosamente la posición de las estrellas en enero y febrero de 1919. El eclipse sería visible desde ambos lados del Atlántico por lo que, para asegurarse buen tiempo en al menos en un punto de observación, Frank Dyson, el Astrónomo Real, mandó un equipo de observación a Sobral (Brasil) y a Eddington a Príncipe (São Tomé e Príncipe). Los cielos estuvieron despejados en ambas localizaciones y, durante cinco minutos en total, ambos equipos se las arreglaron para tomar varía fotografías nítidas de las estrellas.

Cuando Eddington volvió a casa y comparó las posiciones aparentes de las estrellas detrás del Sol con las reales, ambos conjuntos de datos confirmaron que la teoría de Einstein era correcta. El descubrimiento fue publicado en Philosophical Transactions of the Royal Society [2] y en la edición del 22 de noviembre de 1919 de Illustrated London News [en la imagen].

El fenómeno predicho por Einstein y comprobado por Eddington es conocido hoy día como lente gravitacional. El efecto se usa a diario por parte de los astrónomos y en él se basa mucha de la investigación sobre la materia y energía oscuras.

Esta primera demostración de la teoría general de la relatividad de Einstein se considera uno de los puntos culminantes de la ciencia del siglo XX.

Referencias:

[.] Celebrating the 1919 eclipse at Príncipe

[1]

Einstein, A. (1911). Über den Einfluß der Schwerkfraft auf die Ausbreitung des Lichtes Annalen der Physik (ser. 4), 35, 898–908

[2]

Dyson, F., Eddington, A., & Davidson, C. (1920). A Determination of the Deflection of Light by the Sun's Gravitational Field, from Observations Made at the Total Eclipse of May 29, 1919 Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical or Physical Character (1896-1934), 220 (1), 291-333 DOI: 10.1098/rsta.1920.0009

Porqué los opuestos se atraen.

Un nuevo estudio confirma que las mujeres eligen a sus parejas, entre otros factores, por su olor corporal. La preferencia por un determinado olor estaría determinada genéticamente, como una forma de garantizar el éxito evolutivo.

En una conferencia dada hoy en la convención anual de la  European Society of Human Genetics , la profesora Maria da Graça Bicalho, de la Universidad del Paraná (Brasil) ha presentado los resultados de un estudio según el cual las mujeres tienen preferencia por parejas con complejos de histocompatibilidad principales (MHC, por sus siglas en inglés) diferentes a los propios. Esta preferencia es probable que sea un mecanismo evolutivo para asegurarse una reproducción sana.

La inclinación de las mujeres por parejas con MHC distinto se ha demostrado que existe en muchas especies de vertebrados, incluyendo la humana. También se ha demostrado que el MHC influye en la selección de pareja haciendo que se tenga predilección por determinados olores corporales.

En 1995, el equipo del biólogo suizo Claus Wedekind determinó por primera vez esta influencia del MHC. En el experimento, un grupo de estudiantes universitarias olían camisetas que habían sido llevadas por varones durante dos noches, sin desodorantes, colonias ni jabones. La inmensa mayoría de las mujeres eligieron a los varones con MHC distinto al propio. Sin embargo su preferencia se invertía si estaban tomando anticonceptivos orales.

El MHC es una región genética situada en el cromosoma 6 y que se encuentra en la mayoría de los vertebrados. Tiene una importante función en el sistema inmunitario

Los científicos brasileños han estudiado los datos de MHC de 90 parejas casadas y lo han comparado con 152 parejas virtuales, generadas al azar. Contaron entonces el número de diferencias en MHC entre las que eran parejas reales y lo compararon con el de las parejas virtuales. Si los genes del MHC no tuviesen influencia en la selección de pareja deberían obtenerse resultados similares. Lo que se encontró es que las parejas verdaderas tenían significativamente más diferencias de las que cabría esperar que tuviesen por azar.

¿Qué implica este comportamiento? Por lo pronto desciende la probabilidad de endogamia (emparejarse con parientes) y aumenta la variabilidad genética de la descendencia. La variabilidad genética es un factor importante en la evolución pues afecta a la respuesta diferencial de los individuos ante el estrés ambiental, incluyendo la resistencia a enfermedades. Por lo tanto un aumento en la variabilidad genética de la descendencia es aumentar la probabilidad de que tus genes sobrevivan, pues es más probable que alguno de tus descendientes lo haga y se reproduzca.

Muchos factores pueden influir en la selección de una pareja; sociales, culturales, psicológicos o de oportunidad. Pero lo que no se puede negar es el impulso subconsciente que nos lleva a desear hijos sanos.

Más información:

No puedes ocultárselo a las mujeres

¡Qué bien hueles!

Wedekind, C., Seebeck, T., Bettens, F., & Paepke, A. (1995). MHC-Dependent Mate Preferences in Humans Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 260 (1359), 245-249 DOI: 10.1098/rspb.1995.0087

Prejuicios científicos y la planitud del universo.

¿Qué diríamos hoy día de alguien que afirma que la Tierra es plana, un disco suspendido en el espacio? Lo llamaríamos negacionista o ignorante pues, o bien niega la evidencia experimental que afirma que la Tierra es esférica o la ignora (como le puede pasar a una tribu perdida del Amazonas). ¿Está pasando lo mismo con los que afirman que la geometría del universo es plana? Un estudio que se publicará próximamente en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society explora la cuestión.

Eratóstenes, 240 años antes de la era común (240 a.C.), ya probó experimentalmente que la Tierra era una esfera y dio un cálculo de sus dimensiones. A pesar de ello la creencia en una Tierra plana duró siglos. Así cerca de 800 años después la “Topografía cristiana” de Cosmas Indicopleustes todavía afirmaba que la Tierra era plana basándose en un prejuicio: las sagradas escrituras cristianas. Es posible que hoy día se haya abrazado la idea de que la geometría del universo es plana con una alegría demasiado acrítica.

Cuando nos referimos al universo “plano” estamos pensando en lo que les ocurre a dos rayos de luz paralelos que viajan largas distancias. Si el universo es plano seguirán siendo paralelos. Si el universo está curvado positivamente (como la superficie de una esfera) los rayos paralelos se van acercando conforme viajan. Si está curvado negativamente (la forma de una silla de montar) los rayos de luz cada vez se separan más, divergen. En la página web del equipo científico de la Sonda Wilkinson de Anisotropía de Microondas, más conocida como WMAP por sus siglas en inglés, se enumeran los grandes logros de la misión. Entre ellos, en el punto 3, el equipo dice: 

“La WMAP ha establecido con certeza que la curvatura del espacio está dentro del 1% de plana euclídea, mejorando la precisión de anteriores mediciones que han merecido premios en más de un orden de magnitud”

Tras estos datos de la WMAP la mayoría de los astrónomos están bastante seguros de que la geometría del universo es plana. Pero podrían estar engañándose a sí mismos. Esto es lo que sugieren Joe Silk de la Universidad de Oxford (Reino Unido) y sus colegas en un artículo que han colgado en internet, en el que usan el teorema de Bayes para calcular las probabilidades de las distintas geometrías para el universo si se aplican distintas hipótesis de partida (prejuicios) a los datos de la WMAP y otros experimentos.

 

Usando la visión de los astrónomos actuales, que presupone un universo plano, calcularon la probabilidad de que el universo estuviese en uno de tres estados posibles: plano, curvado positivamente o curvado negativamente. El resultado fue que había un 98% de probabilidad de que el universo fuese realmente plano.

Ahora bien cuando volvieron a hacer los cálculos partiendo de hipótesis más abiertas la probabilidad de un universo plano cayó al 67%.  Hasta este punto pueden  influir los prejuicios a la hora de sacar conclusiones a partir de datos experimentales.

Otra pregunta que se plantean los autores es si se podrá saber algún día con suficiente certeza la geometría del universo. Y la respuesta es que posiblemente no, ya que establecen como certeza un 99,999% de confianza (5 sigma) lo que hace que la geometría del universo no se pueda conocer a no ser que el parámetro de curvatura esté por encima de determinado valor (0,0001), ya que, si está por debajo, los errores de medida que se prevé que tengan las futuras sondas harán que los resultados obtenidos no sean estadísticamente significativos.

Mihran Vardanyan, Roberto Trotta, & Joe Silk (2009). "How flat can you get? A model comparison perspective on the curvature of the Universe";  arXiv:arXiv:0901.3354v2

Cómo el comer poco hace que vivas más

Los estudios que se están llevando a cabo con Caenorhabditis elegans [en la imagen] están permitiendo comprender los mecanismos por los cuales una dieta restrictiva hace que vivamos más tiempo y con menor incidencia de enfermedades como el cáncer.

En concreto, un estudio que se publica hoy en PLoS Genetics revela que una proteína, que ya era conocida por su papel en la formación de tumores y el metabolismo del oxígeno, también está implicada en el mecanismo por el que se incrementa el tiempo de vida al someterse a una dieta restrictiva.

Una dieta restrictiva es una de las formas más fiables que tienen varias especies de aumentar el tiempo de vida y retrasar las enfermedades cuya aparición está asociada con la edad. El descubrimiento identifica, pues, nuevas dianas para el desarrollo y prueba de fármacos que podrían ampliar el número de años de vida saludable.

Antes de entrar en los detalles del trabajo en cuestión es interesante conocer porqué el estudio se realiza en este gusano en concreto. El C. elegans  es un nemátodo (un gusano redondo) transparente y, por lo tanto, un organismo eucariótico multicelular (como los humanos) que tiene la particularidad de que su genoma está secuenciado en su totalidad. Además, el desarrollo de cada una de sus 959 células somáticas y 302 neuronas es conocido al detalle,  aparte de ser prácticamente invariante entre individuos. Estas circunstancias hacen de este gusano un modelo ideal (también es barato de producir y se puede congelar) para realizar estudios en los que se altera la expresión de un gen (hacer que el gen no realice lo que en principio debía realizar, dar lugar a una proteína concreta). Así, por ejemplo, el C.Elegans es un modelo para el estudio de la dependencia de la nicotina, presentando los mismos síntomas que los humanos cuando dejan de fumar. Como curiosidad, los premios Nobel de medicina y cirugía de 2002 y 2006 y el de química de 2008 se concedieron por trabajos realizados con C. elegans.

El equipo del Instituto Buck de Investigación de la Edad en Novato (California, EE.UU.) dirigido por Pankaj Kapahi han descubierto que la proteína HIF-1 (siglas en inglés de factor inducible por hipoxia 1) está implicada en el mecanismo que se sabe regula el crecimiento celular en respuesta a los nutrientes y factores de crecimiento.

La investigación se realizó alterando genéticamente ejemplares de C. elegans de forma que unos produjesen menos (subexpresasen) y otros más (sobreexpresasen) la proteína HIF-1. A los gusanos se les suministró entonces dietas diferentes. Los animales que producían más HFI-1 no presentaban aumento en el tiempo de vida, ni siquiera con una dieta restrictiva. Por el contrario, los que expresaban menos la proteína sí tenían una vida más larga aunque hubiesen tenido una dieta rica en nutrientes.

Otro aspecto muy interesante de la investigación es que la extensión del período de vida que resulta de una dieta restrictiva requería de la actividad del retículo endoplasmático, la parte de la célula implicada en el procesado y plegado correcto de las proteínas. Este descubrimiento apoya la teoría de que el envejecimiento se origina en los efectos de las proteínas mal plegadas y abre una nueva línea de investigación en la que la respuesta al estrés del retículo endoplasmático y su relación con el tiempo de vida sería su objeto.

 

Más información:

 

Chen, D., Thomas, E., & Kapahi, P. (2009). HIF-1 Modulates Dietary Restriction-Mediated Lifespan Extension via IRE-1 in Caenorhabditis elegans PLoS Genetics, 5 (5) DOI: 10.1371/journal.pgen.1000486

El infierno en la Tierra no fue tan malo.

Hace unos cuatro mil millones de años, llovían asteroides y cometas sobre nuestro planeta con tal intensidad que aquello era lo más parecido al infierno que se puede imaginar. Los geólogos han llamado a esta época el eón hadeico por aquello del país de los muertos griego (Hades) [estrictamente hablando lo tendrían que haber llamado eón tartárico, por el Tártaro, sección del Hades correspondiente al infierno cristiano, ya que el Hades también incluía los Campos Elíseos, equivalente al paraíso]. De acuerdo con un nuevo estudio que se publica hoy en Nature, estas condiciones infernales no habrían sido suficientes para acabar con la vida primitiva que, incluso, podría haber florecido en los cráteres, calientes y húmedos, dejados por los impactos.

La historia primitiva de la Tierra estuvo marcada por acontecimientos tremendamente violentos. Poco después de su formación hace 4.600 millones de años, un cuerpo del tamaño de Marte impactó contra ella, generando como resultado, entre otros muchos escombros, la Luna. Cuando la Tierra se estaba enfriando después del impacto, los restos de la formación del Sistema Solar impactaban continuamente sobre ella en forma de meteoritos fundamentalmente. Este bombardeo tuvo fluctuaciones en intensidad, siendo su último pico hace 3.900 millones de años, período llamado último bombardeo intenso del eón hadeico.

El bombardeo podía haber eliminado la vida incipiente de la faz de la Tierra. De hecho, los primeros cálculos sugerían que algunos de los meteoritos más grandes, de varios cientos de kilómetros de diámetro (el tamaño de la Gran Bretaña),  podían haber vaporizado los océanos y esterilizado el planeta un kilómetro por debajo de la superficie al impactar. Sin embargo, en los últimos años los análisis de los registros químicos e isotópicos preservados en minúsculos cristales rocosos han mostrado que las condiciones tan sólo 200 millones de años después de la formación de la Luna eran relativamente lo suficientemente moderadas como para permitir la vida.

Las nuevas simulaciones que han realizado Oleg Abramov y Stephen Mojzsis de la Universidad de Colorado en Boulder (EE.UU.) respaldan estos resultados. El trabajo ha consistido en calcular qué ocurre con el calor que se produce en los grandes impactos en los que se vaporiza el meteorito y se funde la corteza en el lugar de la colisión. En las simulaciones, estos impactos no generan tanto calor continuo como se pensaba inicialmente. Incluso en el último pico de bombardeo, suficiente agua se podría haber filtrado a través de la corteza calentada como para enfriarla rápidamente [zonas azules de la imagen creada por los investigadores; las rojas corresponden a impactos]. También asumen, basándose en los estudios recientes sobre microorganismos hallados a grandes profundidades, que la vida pudo haber prosperado en la roca hasta una profundidad de 4 kilómetros, lo que la pondría fuera del radio de acción de los impactos.

Pero los investigadores no se quedan ahí. No sólo la vida habría sobrevivido al último bombardeo intenso sino que podría haber surgido hace 4.300 millones de años, cientos de millones de años antes de lo que sugieren los registros geológicos. Esto podría explicar porqué los primeros ancestros de la vida actual se cree que fueron organismos termófilos (amantes del calor): una forma de vida como esta podría haberse basado en las fuentes de aguas termales muy anteriores al último bombardeo intenso.

 

Más información:

La Tierra era habitable hace 4.300 millones de años

Abramov, O., & Mojzsis, S. (2009). Microbial habitability of the Hadean Earth during the late heavy bombardment Nature, 459 (7245), 419-422 DOI: 10.1038/nature08015

Sociabilidad, comida y sexo: una base cerebral común.

Una persona sociable es aquella que, en principio, es más feliz tratando con la gente que con cosas o conceptos. ¿De qué depende el que una persona sea sociable? ¿Por qué otras son solitarias? ¿Porqué algunos enfermos mentales son asociales si no abiertamente sociópatas? Puede que un estudio realizado por el departamento de psiquiatría de la Universidad de Cambridge (Reino Unido) en colaboración con la Universidad de Oulu (Finlandia) nos dé una pista.

Según este estudio, que se publica hoy en el European Journal of Neuroscience, los investigadores han descubierto que la sociabilidad parece depender de la estructura cerebral: cuanto mayor es la concentración de materia gris en ciertas partes del cerebro, más probable es que seas una persona sociable.

Los autores, liderados por Graham Murray y Moël Lebreton, examinaron la relación existente entre la personalidad y la estructura cerebral de 41 voluntarios masculinos. Éstos se sometieron a un escáner de Imagen por Resonancia Magnética (IRM). También completaron un cuestionario de personalidad diseñado para medir la sociabilidad, cuyas respuestas dieron una medida de la calidez emocional y la sociabilidad llamada dependencia de la recompensa social (DRS).

A continuación analizaron la relación entre la DRS y la distribución de la materia gris en diferentes regiones cerebrales. Los resultados ponen de manifiesto que existe una correlación positiva entre mayor concentración de materia gris en el córtex orbitofrontal [en la imagen en amarillo, justo detrás de los ojos] y el estriado ventral [ese arco gris azulado justo encima de la gran masa roja del centro] y mayor DRS. Ambas áreas cerebrales están asociadas con el procesado de la llamada recompensa hedónica: la que obtenemos de la comida o del sexo. Esto podría indicar que algo tan complejo como la interacción social humana tendría un origen evolutivo en estructuras básicas para la supervivencia biológica. También que patologías que afecten a las concentraciones de materia gris en estas áreas podrían derivar, al menos parcialmente, en rasgos de conducta asociales.

Pero atención, como hemos dicho en otras ocasiones, correlación no implica causalidad. Podría ocurrir justo lo contrario, que nuestra naturaleza sociable fuese la causa del incremento de materia gris en estas áreas. Se hace pues necesario un estudio longitudinal (a lo largo de la vida de varios sujetos) para comprobar qué es lo cierto.

Más información:

Lebreton, M., Barnes, A., Miettunen, J., Peltonen, L., Ridler, K., Veijola, J., Tanskanen, P., Suckling, J., Jarvelin, M., Jones, P., Isohanni, M., Bullmore, E., & Murray, G. (2009). The brain structural disposition to social interaction European Journal of Neuroscience DOI: 10.1111/j.1460-9568.2009.06782.x

El cerebro eficiente: el papel de Syt-IV

El manual de instrucciones para mantener un cerebro eficiente puede que pronto incluya una sección sobre la sinaptotagmina-IV (Syt-IV), una proteína que se sabe influye el aprendizaje y la memoria.

Un estudio publicado el 17 de mayo en Nature Neuroscience por el equipo de Camin Dean, Universidad de Wisconsin en Madison, muestra que la Syt-IV mantiene la fuerza de las sinapsis, las conexiones entre las células nerviosas (neuronas) en las que tiene lugar la comunicación, dentro de un rango óptimo, ni muy fuerte ni muy débil.

La capacidad de las sinapsis para ajustarse a lo largo del tiempo volviéndose mayores y más fuertes o menores y más débiles (su plasticidad) es la base del recuerdo, el olvido y el aprendizaje. Se necesita un equilibrio muy fino para una plasticidad neuronal óptima.

Aparentemente Syt-IV realiza su función manteniendo la homeostasis sináptica (el equilibrio interno de la sinapsis) mediante el dominio de la potenciación a largo plazo (cambio en la fortaleza de una sinapsis tras un periodo de actividad; mecanismo básico de la memoria/aprendizaje). La proteína actúa indirectamente regulando el factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF por sus siglas en inglés), un factor de crecimiento esencial para el bienestar de la célula a largo plazo que afecta a las sinapsis.

Estos hallazgos pueden ser útiles en un futuro para el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer o el Parkinson así como los ataques epilépticos. Las primeras fases de estos desórdenes parecen relacionadas con déficits sinápticos.

En general, un fármaco que se diseñase para el control de la expresión de Syt-IV y modificase su efecto sobre compuestos clave que intervienen en la función sináptica, haría que las sinapsis funcionasen mucho mejor con lo que ello implica para la mejora del aprendizaje. Desgraciadamente, también es posible pensar en un fármaco para todo lo contrario.

 

Más información:

La memoria olfatoria: Proust y la magdalena

Dean, C., Liu, H., Mark Dunning, F., Chang, P., Jackson, M., & Chapman, E. (2009). Synaptotagmin-IV modulates synaptic function and long-term potentiation by regulating BDNF release Nature Neuroscience DOI: 10.1038/nn.2315

¿Herencia no basada en el ADN? El retorno del lamarckismo.

Durante años, los genes han sido considerados como la única forma en la que los rasgos biológicos podían pasarse a las siguientes generaciones de un organismo. Ya no.

Cada vez más los biólogos están encontrando que variaciones adquiridas durante la vida de un organismo pueden, en algunas ocasiones, pasarse a la descendencia: un fenómeno conocido como herencia epigenética. Un artículo en el próximo número de junio de The Quaterly Review of Biology enumera más de 100 casos bien documentados de herencia epigenética, y sugiere que la herencia no basada en el ADN ocurre mucho más a menudo de lo que los científicos pensaban antes.

Los biólogos han sospechado durante años que algo de herencia epigenética tiene lugar a nivel celular. Las diferentes clases de células en nuestro cuerpo nos dan un ejemplo. Las células de la piel y las del cerebro tienen diferentes formas y funciones a pesar de tener exactamente el mismo ADN. Debe haber mecanismos, distintos al ADN, que se aseguran que una célula de la piel sigue siendo una célula de la piel cuando se divide.

Sin embargo, sólo recientemente se ha empezado a encontrar evidencia molecular de herencia no basada en ADN tanto entre organismos como entre células. La pregunta importante es: ¿con qué frecuencia ocurre?  

En el artículo de Eva Jablonka y Gal Raz de la Universidad de Tel-Aviv (Israel) se muestra que la herencia epigenética es omnipresente. Se relacionan casos en bacterias, protistas, hongos, plantas y animales. En palabras de los autores, estos hallazgos “representan la punta de un enorme iceberg”.

Por ejemplo, Jablonka y Raz citan un estudio en el que se recoge que, cuando las moscas de la fruta se exponen a ciertos compuestos químicos, al menos 13 generaciones nacen con protuberancias hirsutas sobre los ojos. Otro estudio encontró que la exposición de una rata embarazada a una sustancia química que altera las hormonas de la reproducción conduce a generaciones de descendientes enfermos. Otro estudio más muestra tasas más altas de enfermedades coronarias y diabetes en los hijos y nietos de personas mal nutridas durante la adolescencia.

En estos casos, como en el resto de casos que citan Jablonka y Raz, la fuente de la variación en las subsiguientes generaciones no fue el ADN. Los nuevos rasgos se transmitieron por medios epigenéticos.

Las nuevas pruebas en favor de la herencia epigenética tienen profundas implicaciones para el estudio de la evolución.

Esto es una especie de rehabilitación del naturalista del siglo XVIII Jean Baptiste Lamarck. Lamarck, cuyos escritos sobre la evolución fueron anteriores a los de Darwin, creía que la evolución estaba impulsada en parte por la herencia de los rasgos adquiridos. Su ejemplo clásico fue la jirafa. Los ancestros de la jirafa, conjeturaba Lamarck, estiraban sus cuellos para masticar las hojas que estaban más altas en los árboles. El estiramiento hacía que sus cuellos se volviesen ligeramente más largos, un rasgo que se pasaba a los descendientes. Generación tras generación heredaba cuellos ligeramente más largos, y el resultado es la jirafa actual.

Con el descubrimiento de la genética mendeliana y el posterior del ADN, las ideas de Lamarck fueron desechadas por completo. La investigación en epigenética, aunque todavía tiene que encontrar algo tan espectacular como las jirafas de Lamarck, sí sugiere que Lamarck no estaba tan equivocado, después de todo.

 

Más información:

Eva Jablonka y Gal Raz, "Transgenerational Epigenetic Inheritance: Prevalence, Mechanisms, and Implications for the Study of Heredity and Evolution"; The Quarterly Review of Biology, June 2009, vol. 84, no. 2; DOI: 10.1086/598822

El polvo de los cometas

A los cometas no se les llama sucias bolas de nieve por nada. Estos vagabundos espaciales están repletos de finas partículas de polvo no muy diferentes a las que se encuentran en el humo de los cigarrillos. Y resulta que las culpables son las estrellas. El viento solar y la radiación empujan el polvo al espacio donde, según recientes investigaciones, se mezcla con los cristales de hielo que forman los cometas.

La presencia de polvo en los cometas ha sorprendido a los astrónomos durante décadas. El polvo o, para ser más precisos, silicatos cristalizados (el material del que están hechas las rocas terrestres) necesita muchísimo calor para formarse, pero los cometas son mayormente agua congelada. Por lo tanto, si los cometas contienen este material, o se formaron mucho más cerca de las estrellas de lo que se pensaba, o los silicatos fueron lanzados al espacio profundo por una fuerza no identificada. Los científicos consideran la primera posibilidad improbable, ya que se cree que los cometas se aglomeran en el borde exterior del sistema solar.

El pasado 14 de mayo se publicaron dos artículos en Nature que parecen resolver el problema. En el primero [1], un equipo europeo liderado por P. Ábrahám del Observatorio Konkoly (Hungría) ha analizado los datos que el telescopio espacial Spitzer obtuvo el año pasado de un gran estallido de la estrella joven EX Lupi, localizada a unos 500 años luz en la constelación Lupus (Lobo). El estallido, que aumentó el brillo de las estrella temporalmente unas 100 veces, produjo suficiente calor (alcanzó los 700ºC) para cristalizar las partículas de silicato amorfas (no cristalinas) que flotaban alrededor de la parte interior del disco protoplanetario de la estrella. Esta delgada extensión de polvo y gas en rotación acabará formando un sistema solar alrededor de la estrella.

En el segundo artículo [2], el físico Dejan Vinković de la Universidad de Split (Croacia) desarrolla un modelo que muestra cómo una combinación de viento estelar y radiación infrarroja del disco interior puede impulsar las partículas ultrafinas de silicato cristalizado desde las regiones más interiores del disco protoplanetario a las exteriores más frías, donde los cometas y otros objetos fríos pero rocosos como Plutón se pueden formar.

Este modelo ayuda a explicar no sólo cómo las partículas de silicato llegan a formar parte de los cometas sino también cómo aparecieron cristales en el disco protoplanetario poco después de la erupción de EX Lupi.

 

Más información:

[1] “Episodic formation of cometary material in the outburst of a young Sun-like star”; Ábrahám, P. et al.; Nature 459, 224-226 (14 May 2009) | doi:10.1038/nature08004

[2] “Radiation-pressure mixing of large dust grains in protoplanetary disks”; Vinković, D.; Nature 459, 227-229 (14 May 2009) | doi:10.1038/nature08032

 

 

El europio es superconductor o Bardeen en el recuerdo.

El descubrimiento de que el elemento europio es superconductor nos sirve de excusa para recordar a uno de los más grandes y desconocidos científicos del siglo XX.

El equipo de James S. Schilling y Mathew Debessai de la Universidad Washington en San Luis (Misuri, EE.UU.) han descubierto que el europio se vuelve superconductor a 1,8 K (-271 C) y 80 GPa (790.000 atmósferas) de presión, convirtiéndolo en el elemento superconductor número 53 y el número 23 de los que lo son a alta presión. Los resultados se han publicado en el número del 15 de mayo de 2009 de Physical Review Letters.

Los materiales superconductores tienen propiedades eléctricas y magnéticas únicas. No presentan resistencia eléctrica, por lo que una corriente puede fluir a través de ellos sin pérdidas, y son diamagnéticos, lo que significa que un imán colocado encima levitará (en la imagen).

Estas propiedades pueden ser usadas para crear potentes imanes para la generación de imágenes médicas (los IRM que tanto mencionamos en este blog), construir líneas para el transporte de electricidad de forma eficiente o la construcción de generadores eléctricos de alta potencia.

Sin embargo, para conseguir algunas de estas aplicaciones es necesario mejorar el modelo teórico de la superconductividad, a lo que contribuirá el descubrimiento de Schilling y Debessai.

El modelo teórico actual para la superconductividad es básicamente el BCS, nombrado así por sus autores. La B corresponde a John Bardeen, y este trabajo le supuso su segundo premio Nobel de física.

John Bardeen es uno de los científicos más desconocidos del siglo XX si tenemos en cuenta sus logros. Sin embargo fue un genio en toda regla, cuyo trabajo tuvo y tiene un impacto enorme no sólo en la ciencia y la técnica, sino en nuestro día a día. Todos los que le conocieron apreciaron su talento inmediatamente, recibiendo continuas ofertas para engrosar las listas de las instituciones más prestigiosas. De momento, es la única persona que ha conseguido ganar dos premios Nobel en física.

No debe ser confundido con su hijo, James Maxwell Bardeen, físico como su padre y descubridor del vacío de Bardeen (una solución exacta a la ecuación de campo de Einstein).

John Bardeen nació en Madison (Wisconsin, EE.UU.) el 23 de mayo de 1908.

 

Tras graduarse en ingeniería eléctrica por la Universidad de Wisconsin en Madison en 1928, trabajó como ayudante de investigación en esta misma universidad. Siguió a su profesor Leo J. Peters a los Laboratorios de Investigación Gulf donde, entre 1930 y 1933, trabajó en métodos de interpretación de mediciones gravitacionales y magnéticas.

 

En 1933 renuncia a su puesto porque siente que tiene inclinaciones más teóricas. Se inscribe en el programa de postgrado de física matemática de Princeton. Es aquí, donde bajo la dirección de E.P. Wigner, comienza a trabajar en física del estado sólido. Antes incluso de acabar su tesis se le ofrece un puesto de Junior Fellow en la Universidad de Harvard, donde pasa los siguientes tres años trabajando con los profesores van Vleck y Bridgman en problemas de cohesión  y conducción eléctrica en metales y, marginalmente, en los niveles de densidad de núcleos. Obtiene el doctorado por Princeton en 1936.

De 1938 a 1941 trabaja como professor ayudante de física en la Universidad de Minnesota y entre 1941 y 1945 como físico civil en el Laboratorio de Armamento de la Armada en Washington.

Después de la guerra, el profesor Bardeen se incorpora al grupo de investigación de física del estado sólido de los Laboratorios Bell Telephone, donde  permanecerá hasta 1951. Es aquí donde junto a W. Shockley y W.H. Brattain descubre el efecto transistor en 1947, origen de la electrónica moderna, y por el que reciben los tres el premio Nobel de física en 1956.

   

En 1951 entra a formar parte del claustro de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. Es aquí donde, en 1957, al año siguiente de recibir el Nobel, Bardeen propone junto a L.N. Cooper y J.R. Schrieffer la primera explicación satisfactoria de la superconductividad desde que se descubriese en 1908, la llamada teoría BCS.

John Bardeen murió  el 30 de enero de 1991.

Más información:

"Pressure-induced Superconducting State of Europium Metal at Low Temperatures."; Debessai et al; Phys. Rev. Lett. 102, 197002 (2009); doi:  10.1103/PhysRevLett.102.197002

John Bardeen en wikipedia

 

Más cerca de leer la mente: ahora, las emociones.

Observando el patrón de actividad del cerebro, los científicos han descubierto que pueden “leer” si una persona está oyendo palabras pronunciadas con enfado, alegría, alivio o tristeza. El estudio, que aparece publicado en Current Biology, es el primero en mostrar que la información emocional está representada por firmas espaciales definidas en el cerebro y, esto es lo interesante, generalizables para las distintas personas que puedan pronunciar esas palabras.

La interpretación correcta de la emoción en la voz es muy importante, especialmente en los entornos actuales en los que la información visual no siempre está presente, como al hablar por teléfono.

Thomas Ethofer de la Universidad de Ginebra (Suiza), autor principal del estudio, afirma: “Hemos demostrado que el patrón espacial de actividad en el área cerebral que procesa las voces humanas contiene información sobre las emoción expresada”.

Estudios anteriores de neuroimagen habían mostrado que las áreas auditivas sensibles a la voz se activan más cuando se expresan emociones vocalmente que cuando se oye un discurso neutro. Sin embargo esta activación era independiente del tipo de emoción expresada, lo que hacía imposible distinguir entre distintas emociones con análisis convencionales.

En el nuevo estudio, los investigadores hicieron que distintas personas oyeran pseudopalabras (suenan como palabras pero no significan nada) expresadas de cinco formas distintas: con enfado, tristeza, alivio, alegría o sin emoción. Mientras, sus cerebros estaban siendo escaneados con imagen por resonancia magnética funcional (IRMf).

Los resultados fueron analizados aplicando un método llamado análisis multivariado de patrones al patrón espacial completo de la actividad. Habitualmente lo que se analiza es cada punto del cerebro separadamente.

Los resultados fueron concluyentes: podían clasificar cada emoción frente a todas las demás alternativas.

Hemos de recordar en este punto el resultado que el año pasado publicó el equipo de Tom Mitchell de la Universidad Carnegie Mellon, según el cual podían, también usando IRMf, saber en qué palabra estaba pensando un individuo si bien, a diferencia del resultado de Ethofer, era necesario calibrar el análisis para cada individuo.

 A la vista de los avances de la investigación, ¿podremos algún día leer la mente?

 

Más información:

 

“Decoding of Emotional Information in Voice-Sensitive Cortices”; Ethofer et al.; Current Biology, 14 May 2009; doi:10.1016/j.cub.2009.04.054

 

Un charco caliente al sol: una solución para el misterio del ARN

John D. Sutherland, químico de la Universidad de Manchester, ha resuelto (aparentemente) un problema que durante 20 años  ha frustrado a los investigadores que intentan comprender el origen de la vida: cómo las moléculas constituyentes del ARN, los nucleótidos, pueden haberse ensamblado espontáneamente en las condiciones de la Tierra primitiva.

 El descubrimiento, si es correcto, permitiría poner a los investigadores en el camino correcto para comprender muchos de los misterios del origen de la vida. Significaría también que, por primera vez existe una explicación plausible para cómo el ARN surgió mediante procesos naturales a partir de compuestos químicos presentes en la Tierra primitiva.

 Los científicos han sospechado durante mucho tiempo que las primeras formas de vida portaban su información biológica no en el ADN sino en el ARN. Aunque el ADN sea más conocido debido a que almacena la información genética, es el ARN el que lleva a cabo las tareas más complicadas en las células vivas. El ARN parece haber delegado la tarea de almacenamiento de información al más estable ADN hace eones. Si las primeras formas de vida estaban basadas en ARN, entonces la cuestión es explicar como se formaron las primeras moléculas de ARN.

 Durante más de 20 años los investigadores han estado trabajando en este problema. Los nucleótidos del ARN consisten cada uno en una base, una molécula de un azúcar llamado ribosa y un grupo fosfato. Los químicos encontraron rápidamente vías plausibles naturales para que estos componentes se formasen a partir de compuestos químicos naturales. Pero no se conocía una vía natural para que se combinasen todos entre sí. Es lo que Orgel y Joyce llamaron el “casi milagro”. El problema parecía tan insoluble que algunos ya postulaban que debería haber habido una molécula previa al ARN y ya se empezaba a hablar de un mundo pre-ARN.

 En el artículo que se publica hoy en Nature, Sutherland y sus colegas informan de que han encontrado una posible solución al misterio. Explican que han tomado los mismos compuestos de partida que se han usado en otras ocasiones pero han hecho que reaccionasen en diferente orden y en diferentes combinaciones que en los experimentos anteriores. Descubrieron la receta, que no es nada intuitiva, después de 10 años de combinar moléculas de todas las formas posibles.

 De esta manera la formación de dos de los cuatro nucleótidos quedaría explicada. Si los cuatro nucleótidos se forman naturalmente, se combinarían con facilidad para formar una molécula de ARN con una estructura de grupos azúcar y fosfato alternos. Las bases unidas al azúcar forman un alfabeto de cuatro letras en el que se puede representar la información biológica.

 La propuesta de Sutherland establece que las reacciones del origen de la vida tuvieron lugar a temperaturas moderadas, aunque una de de ellas va mejor a 60ºC, y en presencia de luz ultravioleta. Lo que es consistente con un charco caliente evaporándose por la acción del sol directo y  descartaría como lugares de origen las fisuras de los volcanes o las fumarolas hidrotermales del fondo marino.

 Ya en 1871 Darwin escribió a Hooker una carta en la que especulaba que la vida habría comenzado “en algún charquito caliente, con toda clase de sales de amoniaco y fósforo”. Puede que aquí también tenga razón.

 

Más información:

“Synthesis of activated pyrimidine ribonucleotides in prebiotically plausible conditions”; Sutherland et al.; Nature 459, 239-242 (14 May 2009) | doi:10.1038/nature08013

 

[Foto cortesía de Zoa]