jueves, 29 de agosto de 2013

Sobre neuronas y explosiones nucleares


Las técnicas que han permitido cuantificar el nacimiento de nuevas neuronas en animales adultos no se pueden aplicar fácilmente a seres humanos. Como consecuencia, hasta muy recientemente no se ha podido probar en qué partes del encéfalo de un adulto es importante este fenómeno.

Si quieres saber cómo un grupo de investigadores ha resuelto este problema, sigue leyendo en mi colaboración para Mapping Ignorance "On Neurons and Nuclear Explosions".

domingo, 25 de agosto de 2013

Reseñas rápidas de tres libros sobre biología

En los últimos meses me he dedicado a leer libros de divulgación sobre biología en general. Tres libros (relativamente) recientes me han llamado la atención especialmente, así que voy a compartirlos aquí junto a una pequeña reseña de cada uno.

1. Nick Lane, "Power, sex, suicide: mitochondria and the meaning of life"

Pese a su título, este es un libro de divulgación bastante serio y un tanto complejo. El autor, en un magnífico estilo, coloca a las mitocondrias, esos orgánulos en tus células dedicados a la respiración, en el lugar central que se merecen.

La respiración, ya sea en una bacteria o en tus mitocondrias, tiene que ver con mover protones a través de una membrana. El uso de la membrana exterior por parte de las bacterias para este proceso, produce unas restricciones en cuanto a tamaño y complejidad que no se aplican a organismos con mitocondrias. Tras millones de años de evolución bacteriana, la aparición de la célula eucariota —originalmente una simbiosis con los antepasados bacterianos de las mitocondrias— fue el suceso clave que desencadenó la evolución de organismos más complejos.

Nick Lane explica luego la importancia de las mitocondrias para el surgimiento de la reproducción sexual, y cual es la razón de que el ADN mitocondrial se trasmita exclusivamente por vía materna. Finalmente, Lane explora la relación de las mitocondrias con el envejecimiento de los organismos y con la apoptosis, el espectacular botón de suicidio instalado en las células de organismos multicelulares.

2. Andrew Parker, "In the Blink of an Eye: The Cause of the Most dramatic Event in the History of Life"

Hace 543 millones de años la vida sobre la Tierra era bastante aburrida. La mayor parte de los casi 40 phyla (subdivisiones más amplias) del Reino Animal estaba ya representada, pero los animales no presentaban por lo general partes duras ni otras especializaciones características de sus formas actuales. Simplificando mucho, se podría decir que los animales de diferentes phyla, pese a sus diferentes organizaciones internas, externamente se veían casi todos como "gusanitos".

Hace 538 millones de años, sólo 5 millones de años después, todo había cambiado. La mayoría de los phyla se podían identificar con sus formas actuales. Esta diversificación repentina afectando a un porcentaje tan amplio del Reino Animal no se ha vuelto a repetir. Aún no hay consenso sobre la causa de este evento, conocido como explosión cámbrica. En este libro, Andrew Parker propone que la aparición de los primeros ojos (en ciertas especies de trilobites), cambiaría las reglas del juego para siempre. La explosión cámbrica sería principalmente la adaptación de las diferentes especies a la depredación visual.

El libro de Parker, aunque quizás más controvertido y peor escrito que el anterior, es más accesible al público en general.

3. Iain McCalman "Darwin's Armada: Four Voyagers to the Southern Oceans and Their Battle for the Theory of Evolution"

Este es un libro sobre Charles Darwin, Joseph Hooker, Thomas Huxley y Alfred Wallace. Pese a sus diferencias de edad —Darwin era una generación anterior a los demás— y de clase —Darwin y Hooker nacieron en familias acomodadas, mientras que Huxley y Wallace vieron la pobreza de cerca—, las vidas de estos cuatro biólogos tuvieron bastante en común.

La primera parte del libro es la historia de sus viajes de juventud, que establecieron la base de sus respectivas carreras, y que estuvieron cerca de llevarse la vida de alguno de ellos. En la segunda parte, vemos cómo Darwin va dando forma, conocido sólo por su círculo de amistades más íntimo, a su teoría de la evolución, y de cómo Wallace desarrolló la misma teoría de forma independiente. En la parte final asistimos a la lucha conjunta de los cuatro para que la comunidad científica de la época acepte la nueva teoría.

Un gran libro para aquellos que quieran una aproximación a este episodio clave de la historia de la ciencia.

sábado, 22 de junio de 2013

Matrioskas simbióticas

Wolllaus

A simple vista es difícil encontrar un insecto más aburrido que la cochinilla algodonosa (Planococcus citri). Día sí y día también, durante su par de meses de vida, podemos ver a esta criatura alimentándose de la savia de su planta, normalmente una planta de café, cacao o un cítrico. Sin embargo este animal alberga uno de los ejemplos más fascinantes de simbiosis que se pueden encontrar en la naturaleza.

La simbiosis es una relación estrecha y persistente entre dos organismos de diferentes especies en la que ambos salen beneficiados. Un ejemplo es la relación entre las hormigas y sus rebaños de áfidos y cochinillas. Las hormigas las protegen y las pasean por la planta como si de un rebaño se tratase. A cambio, las hormigas reciben melaza. Bien conocido, este primer ejemplo de relación simbiótica de las cochinillas palidece con el que podemos encontrar en su interior.

Ya hemos comentado que las cochinillas tienen una alimentación un tanto aburrida: savia de primer plato, savia de segundo... más savia de postre. Esta sustancia tiene azúcares, pero es pobre en proteínas. Las cochinillas solucionan en parte este problema filtrando grandes cantidades de savia y desechando azúcares que las hormigas aprovechan. Aún purificando savia en grandes cantidades, hay unos 10 aminoacidos esenciales que la cochinilla no puede obtener de la planta. Para sintetizarlos, como muchos otros organismos, la cochinilla pide ayuda de los mayores expertos del mundo natural en bioquímica: las bacterias.

Lo que hace peculiar a la cochinilla Planococcus son los detalles de esta colaboración. Primero, a diferencia de las bacterias que viven en nuestro intestino y que nos ayudan a digerir largas cadenas de carbohidratos, las que ayudan a sintetizar productos para la cochinilla viven en el interior de sus células (endosimbiontes). La célula huesped provee a las bacterias en su interior de todos los nutrientes necesarios, de protección y de un entorno no muy variable, y estas a cambio le ayudan a sintetizar ciertos productos. Una asociación de este tipo fue probablemente la que hace alrededor de mil millones de años terminó dando origen a las mitocontrias y los cloroplastos, los orgánulos celulares que se encargan respectivamente de la respiración y de la fotosítesis.

En segundo lugar, son dos los endosimbiontes que podemos encontrar en las células de la cochinilla, la Candidatus Tremblaya princeps y, en su interior, la diminuta gammaproteobacteria Candidatus Moranella endobia. Sí, habéis leído bien: una bacteria dentro de otra bacteria que vive en el interior de una célula de un insecto. La imagen a la derecha de estas líneas (tomada de esta entrada) fue obtenida por microscopía electrónica y se han coloreado artificialmente los diferentes componentes de esta auténtica matrioska simbiótica. En verde y gris, el núcleo y el citoplasma de la célula de la cochinilla. En azul las bacterias T. princeps que viven en su interior y en rojo la matrioska más pequeña del conjunto, M. endobia.
 
Ambas bacterias llevan el título de Candidatus antes de su nombre, nombre que además no se escribe en cursiva, indicando que necesitan a su huésped para sobrevivir y que por tanto no pueden cultivarse en el laboratorio de forma aislada. Esto es debido a que tras tanto tiempo viviendo en el interior de su huésped, estas bacterias han perdido parte del genoma que les permitía una vida independiente (T. princeps sólo tiene 140 genes y 138.000 "letras" de ADN. M. endobia, que vive en su interior, tiene curiosamente unas tres veces esa cantidad).


Una consecuencia de este proceso de pérdida de genes es que la colaboración se hace más estrecha todavía: como se puede ver en la imagen superior, cada organismo se encarga de una parte de la síntesis, y los productos intermedios tienen que cruzar varias veces de uno a otro en el proceso, haciendo de esta matrioska biológica una verdadera matrioska simbiótica.

Fuentes:

An Interdependent Metabolic Patchwork in the Nested Symbiosis of Mealybugs
Power, Sex, Suicide: Mitochondria and the meaning of life
Cow-like Mealybug home to sexy symbiotic machine

lunes, 27 de mayo de 2013

Un nuevo tipo de cámara inspirada en los ojos de los artrópodos


Los ojos compuestos de insectos y otros artrópodos no parecen la mejor solución para capturar imágenes, pues su resolución óptica es mucho peor que la de un ojo simple del mismo tamaño. Sin embargo, un puñado de ventajas puede que conviertan a las cámaras basadas en el ojo compuesto en una opción a considerar en pequeños drones que requieran vistas panorámicas, sustituyendo a una cámara más ortodoxa con una pesada lente de ojo de pez.

Un equipo de ingenieros ha presentado recientemente una de estas cámaras en la revista Nature. Os lo cuento (en inglés) en mi última contribución para Mapping Ignorance: "A new type of arthropod-inspired cameras".

jueves, 9 de mayo de 2013

Sobre abejas, antenas y campos eléctricos


Dos equipos de científicos han descubierto de forma independiente que las abejas pueden detectar pequeños campos eléctricos. Este "sentido eléctrico" podría servir para recolectar néctar de manera más eficiente y para mejorar la comunicación entre abejas.

Si quieres conocer más detalles, sigue leyendo en esta colaboración (en inglés) para Mapping Ignorance: "On bees, antennae and (electrical) flower power"

Foto: Olivier Bacquet (CC BY 2.0) 

lunes, 29 de abril de 2013

Células inmortales

Como parte del proceso de diagnóstico de un cáncer, los médicos procedieron a hacer una biopsia del cuello de útero de Henrietta Lacks. Cuando George Otto Grey colocó algunas de esas células en un cultivo, descubrió que seguían dividiéndose mientras que tuviesen nutrientes y se mantuviesen las condiciones adecuadas. La joven Henrietta moriría meses después pero las células obtenidas en aquella biopsia no dejaron nunca de dividirse. Se habían vuelto inmortales.

Hoy en día las células descendientes del cáncer de Henrietta pueden encontrarse en miles de institutos de investigación por todo el mundo. Las líneas celulares HeLa, llamadas así en honor de la paciente, han sido utilizadas en el desarrollo de la vacuna de la Polio y en otras investigaciones publicadas en más de 60.000 artículos científicos. Pese a sus problemas, su aberrante cariotipo (bajo estas líneas; se pueden apreciar los cromosomas "extra") y la contaminación con ADN del virus del papiloma humano, las líneas HeLa siguen siendo muy populares en la actualidad.
En los extremos de cada uno de los cromosomas hay una secuencia de ADN que no codifica ninguna proteína, los telómeros. En cada división celular, esta secuencia se acorta. Tras un número determinado de divisiones, el telómero se vuelve demasiado corto y la célula activa la secuencia de autodestrucción que tiene instalada de serie. Mutaciones genéticas desactivando éste y otros controles son los que permiten a las células cancerosas dividirse sin control. Casi siempre, la línea de células cancerosas se extingue al morir el paciente, pero eso no pasó en el caso de HeLa. Y aunque parezca extraño, esto ha ocurrido sin ningún tipo de intervención humana en, al menos, dos ocasiones.




En 1996 se describió por vez primera una enfermedad que desfiguraba el rostro de un diablo de Tasmania en la esquina nororiental de la isla de Tasmania. 17 años después, la enfermedad se ha extendido por prácticamente toda la isla. ¿Cuál era la causa? Pronto quedó claro que no se trataba de un microorganismo ni de un parásito; se trataba de un cáncer trasmisible por clonación.

Análisis genéticos de muestras del cáncer facial de los diablos de Tasmania (DFTD) tomadas en diferentes puntos de la isla pusieron de manifiesto que se parecían entre si mucho más que a los huéspedes respectivos. Posteriores estudios, que incluyeron la secuenciación del genoma del diablo de Tasmania y el del propio DFTD, sugieren que todos los cánceres provienen del mismo individuo (una hembra, fallecida a comienzos de los noventa). El cáncer sobrevivió a su huésped original, extendiéndose a otros Diablos. Mediante contacto físico, algunas de las células se trasmitían a un nuevo huésped, que desarrollaba la enfermedad (un clon del cáncer original) y a su vez la trasmitía a otros animales.



Este cáncer no responde bien a tratamientos, y termina matando al animal al impedirle ingerir comida y agua. El cáncer no sólo acabó con el huesped original; ha reducido la población de diablos de Tasmania en un 60% y es posible que acabe con el 40% restante en un plazo de unos 20 o 30 años si no se hace nada para evitarlo. Afortunadamente, hace un par de meses se publicaron avances que podrían concluír en el desarrollo de una vacuna.

No es el que amenaza con extinguir a este pequeño marsupial el único cáncer trasmisible por clonación en la naturaleza. El tumor canino trasmisible venéreo (CTVT) es muy común en perros de todos los lugares del mundo. Es menos agresivo que el anterior, raramente fatal y responde muy bien a un tratamiento de quimioterapia. Las primeras referencias conocidas a esta enfermedad venérea en los perros son de 1810 (en un libro sobre la salud de perros y caballos escrito por un tal Delabere Blaine). Al principio se pensó que podía ser un cáncer producido por un virus, como ocurre con el virus del papiloma humano, pero diversos trabajos indican que no es así: el CTVT es la línea de células procedentes de un mamífero más antigua de las conocidas hasta el momento.



En realidad, el CTVT ha estado extendiéndose desde hace mucho más tiempo. Estudios genéticos muestran que el primer huesped del CTVT vivió hace varios miles de años y que estaba más emparentado con las llamadas "razas antíguas" de perros (Husky, Chow Chow...) y con el lobo que con otras razas más modernas y comunes. Desde entonces, casi podría decirse que el CTVT se ha comportado como un organismo unicelular, con su propia carga genética, que parasita a los perros en casi cualquier lugar del mundo.

¿Puede un cáncer trasmisible por clonación producirse en humanos? Por lo que sabemos no hay nada que lo impida. De hecho ha ocurrido al menos una vez.

Un cirujano opera de urgencia a un hombre joven con un cáncer en el abdomen. Durante la operación, el cirujano se corta accidentalmente en la mano al hacer un drenaje. El paciente fallece por complicaciones tras la cirugía, pero su cáncer no moriría con él. Cinco meses después, al cirujano le sería extirpado un tumor de 3 cm de su mano. El análisis genético desveló que los dos cánceres tenían la misma carga genética, y por tanto confirmó la primera trasmisión por clonación de un cáncer entre humanos.

Agradezco a Elizabeth Murchinson la interesante charla que dio recientemente en Cambridge, de la que he tomado algunas ideas para este post.