La autonomía de la célula en una molécula que se creyó aburrida

Uno de los mayores hallazgos de la historia de la ciencia es el descubrimiento de que el ADN es la molécula de la herencia y que contiene toda la información necesaria para que una célula ejecute sus funciones. Y para que, en el caso de los pluricelulares, construya toda la organización del ser vivo. Información, por tanto, funcional y estructural. Combinadas. En un mismo lenguaje, el de la secuencia de nucleótidos.

¿Por qué uno de los mayores descubrimientos? Porque eso hace a la célula autónoma. De cualquier entidad exterior a ella. Sea una divinidad, sea un ser mitológico, sea un principio misterioso. No, no… La vida no es misteriosa. Es complicada y compleja. Difícil de investigar porque nace a escala molecular y se propaga hacia lo supramolecular. Pero no es misteriosa. Es asequible; siempre que contemos con la tecnología adecuada.

Hacia mediados del siglo XX se contó con la mezcla adecuada de ingenio y tecnología. O, al menos, Avery, McLeod y McCarty la alcanzaron. Lograron identificar qué molécula era responsable de algo, descubierto 15 años antes por Griffith, y que aún no se había logrado explicar.

Experimento de Griffith
Tomado de Wikipedia

El experimento de Griffith

Si “A” no mata, y “B” no mata, “A” junto con “B” tampoco deberían matar, ¿no? Pues sí que matan, sí… “A” y “B”, que por sí solas no causan problemas, cuando están juntas matan.

¿Qué es “A”? ¿Qué es “B”?

“A” son bacterias de una cepa no patógena de Streptococcus pneumoniae. La cepa R, concretamente. Y “B” son bacterias muertas por calor de una cepa patógena de Streptococcus pneumoniae. La cepa S, concretamente. Una cepa que produce neumonía. Al inyectar la cepa R en ratones, no pasaba nada, no había enfermedad. Y tampoco al inyectar la cepa S tras matar las bacterias mediante calor. Pero… Pero al inyectar ambas simultáneamente, la cepa R viva y la S muerta, el ratón sufría neumonía. Algo había en la cepa S capaz de transformar a la R. Pero también a su descendencia. Porque del ratón muerto se recuperaban bacterias S vivas. Y sus hijas eran también S.

Durante mucho tiempo, durante 15 años, este resultado no supo ser explicado.

El experimento de Avery, McLeod, McCarty

Consistió, en esencia, en repetir el experimento de Griffith. Pero no con bacterias de la cepa S muertas por el calor, sino con fracciones moleculares de ellas. Es decir, quitando unas moléculas para dejar otras. Cuando quitaban lípidos y proteínas y dejaban solo los ácidos nucleicos, se producía el mismo resultado de Griffith. En cambio, quitando los ácidos nucleicos y dejando los lípidos o las proteínas, no lo lograban. Es más. Añadiendo enzimas que rompían el ARN se seguía obteniendo la transformación en patógena de la cepa R. Pero añadiendo enzimas que degradaban el ADN no se lograba nada de eso.

Por tanto concluyeron que el ADN era la molécula portadora de la herencia.

Pero su idea fue poco aceptada. Porque se consideraba que el ADN era una molécula poco interesante, formada por repetición constante de nucleótidos unos tras otros. De hecho, se consideraba, entonces, que el ADN de todos los seres vivos era igual porque tenía las mismas propiedades químicas y físicas. En cambio, las proteínas resultaban moléculas más interesantes, con más “glamour”. Eran diferentes de unos seres vivos a otros. Hacían multitud de cosas.

No, no… La vida no podía haber elegido para una cosa tan interesante como la herencia a una molécula tan aburrida (se pensaba entonces) como el ADN.

El cambio de mentalidad gracias a Chargaff

Poco después, el ADN comenzó a convertirse en una molécula mucho más interesante gracias a los resultados de Chargaff. Que descubrió que las cantidades de adenina y timina eran iguales entre sí. Y que las de guanina y citosina también entre sí. Pero lo que había de adenina y timina no tenía por qué ser igual que lo que había de citosina y guanina. Es más. En cada especie las cantidades de ambas parejas eran distintas de las de otras especies. Y razonablemente constantes dentro de ella. Al menos en lo tocante a animales.

Eso hizo que se prestara más atención al ADN. Eso facilitó que Hersey y Chase pensaran en una manera distinta de corroborar los resultados de Avery, McLeod y McCarty.

Experimento de Hersey-Chase
Tomado de Wikipedia

El experimento de Hersey-Chase

En microbiología se aceptó pronto que el ADN era el responsable. Al fin y al cabo, Griffith, Avery, McLeod y McCarty eran microbiólogos. Pero en el resto de las ramas de la biología, no. No hasta que otros microbiólogos, Hersey y Chase, lograron confirmar, con otro enfoque, los resultados previos. Intrigados, también por el interés que los descubrimientos de Chargaff habían revelado que tenía el ADN, esa molécula que había pasado de aburrida a interesante.

Infectaron bacterias con virus marcados. De dos tipos los virus. Los había que llevaban en su ADN un isótopo radiactivo del fósforo: 32P. Y es que las proteínas no tienen fósforo. O, mejor dicho, no en cantidades apreciables (pueden llevar algún que otro grupo P, pero muy poca cosa comparado con el ADN). Y los había que llevaban en sus proteínas un isótopo radiactivo del azufre: 35S. Y es que el ADN no tiene nada de azufre. Pero nada nada.

Infectaron las bacterias con virus marcados en su azufre. Y dentro de las bacterias no había ninguna radiactividad. De ninguna clase. Pero se producían los virus hijos. Luego las proteínas no eran. Luego infectaron con virus marcados con fósforo. Y dentro de las bacterias sí que había radiactividad. Aún más. En algunos virus detectaban esa radiactividad (no en todos, claro, porque los virus nuevos fabrican ADN nuevo, sin marcar).

1952 fue la fecha del experimento de Hersey y Chase. 1953 fue la fecha en la que Watson, Crick y Wilkins, basándose en los trabajos de Franklin, descubrieron la estructura del ADN, que encajaba perfectamente con los descubrimientos de Chargaff.

El resto de cómo hemos ido descubriendo la autonomía de la célula, su independencia de cualquier dios, mito o principio misterioso, de cómo hemos ido aumentando nuestro desconocimiento y dándonos cuenta de que no hay misterios sino hechos por descubrir, ya es historia escrita y bien conocida. Historia viva de la que somos herederos.

Filosofía de célula, virus y viroides

Es complicado definir vida. Por la sencilla razón de que es un fenómeno evolutivo. Es decir, no es un estado estacionario. La vida misma ha concretado algunas de sus características desde su origen. Incluso ha adquirido algunas que consideramos hoy como algo esencial, consustancial a la vida. Pero que no las tenía al principio.

Para resolver la cuestión podemos recurrir a dos enfoques. Uno inclusivo, que trate de recoger todo lo que sea vida. Es un enfoque maximalista. Otro restrictivo. Que busca qué es lo mínimo que comparten todas las formas de vida. Incluso las más extremas, las que están en la frontera, las que dudamos en incluirlas dentro de lo vivo, como virus y viroides. Este es más bien minimalista. Sea cual sea el enfoque, en ambos casos hay que ir a las raíces, al origen de la vida. Para comprender qué tenía entonces, y definirla así (restrictivo) o para recoger toda la variedad que ha desarrollado desde entonces (inclusivo).

Hoy, tras haber leído un artículo de opinión de Edward Trifonov, me centro en el enfoque restrictivo. Gracias a él podemos llegar a una idea: la de información almacenada en moléculas, capaz de autoreplicarse fielmente, pero no exactamente, y de crear un entorno favorable a ese proceso; o de aprovecharlo si lo encuentra.

Viroide
Tomado de Cronodon.com

Esa definición altera la idea que tenemos de célula. Porque la célula ya no sería la vida, sino ese entorno favorecedor. Un entorno que la vida crea porque contiene las instrucciones para ello. O también un entorno que la vida aprovecha cuando lo encuentra. Y así incluimos virus y viroides como formas de vida. Porque sabrían usar entornos ya creados, aunque no sean propios. Tendrían por tanto dos modalidades: vida y vida a la espera de ser vida.

Con este concepto la vida baja a un nivel molecular. Y no sale de ahí. Y todo lo demás su hábitat. La vida no sería, entonces, un fenómeno celular. La célula dejaría de ser la unidad mínima de vida para cederle el trono a una molécula capaz de autorreplicarse al encontrar un entorno favorable para ello. Y capaz de pervivir mientras lo encuentra y no lo encuentra.

¿Y tú y yo? ¿Qué seríamos tú y yo? Seríamos portadores de vida. Pero no seríamos vida. Seríamos su producto, su entorno, su hábitat.

Bueno, como puedes comprobar, todo esto es modos de mirar. Uno de entre varios posibles. Ni siquiera uno que me convenza plenamente porque yo me inclino por entender la vida como una propiedad emergente, algo que ninguno de sus elementos tiene pero que aparece cuando se juntan todos. Algo que posee el conjunto pero no las partes. Igual que las ruedas de un coche o su volante no tienen la propiedad “ir a alguna parte” a no ser que se organicen con todos los elementos necesarios.

Pero me ha interesado mirar así. Me gusta contemplar las cosas desde varios ángulos. Me amplía. De hecho, admito que tiene mucho sentido desde el punto de vista de la biología molecular.

Pero, ¿sabes que te digo? Que sea yo un ser vivo o un mero portador, me voy. A tomar un café. Ahora mismo… :P

Endosimbiosis bacteriana y políticos a los que les toca la lotería varias veces

Las mitocondrias son orgánulos que proceden de un proceso de endosimbiosis. Sí, sí, ese proceso por el que un organismo introduce dentro de sí a otro y, en vez de digerirlo se lo queda y se aprovecha de él y lo mantiene. O quizás fue al revés, que el que se introducía buscaba matar al hospedador, pero de alguna manera este aguantó con él dentro y terminaron colaborando.

El caso es que fue hubo una simbiosis. La cual fue única, sucedió una única vez. ¿Cómo sabemos eso? Porque las mitocondrias de diversos organismos tienen diferentes genomas. Es decir, hay mitocondrias que han perdido genes por el camino de la historia. Probablemente porque a la célula no le hacía falta que los tuvieran, quizá por habérselos pasado al genoma de la célula. El resultado es que todas las mitocondrias tienen ADN propio, pero ese ADN no es exactamente igual en todas las mitocondrias de todos los eucariotas.

Reclinomonas
Reclinomonas tomado de EOL

Hay algunos genes mitocondriales que están presentes en todas ellas, estén en el eucariota que estén. Sin embargo, eso no garantiza que la endosimbiosis fuera un proceso único, no. Eso garantiza que en todas ellas hubo un evento de endosimbiosis común. Pero los demás genes, pudieron llegar por otros eventos. Y la mitocondria ser el resultado de varias endosimbiosis.

Pero no.

Pero hay un protozoo, llamado Reclinomonas americana, que tiene todos los genes. Todos. Todos los genes que tienen todas las demás mitocondrias. Cualquier gen que haya en una mitocondria cualquiera en un eucariota cualquiera, ese gen lo tienen las de Reclinomonas americana. Y sí que sería muy, muy, muy, muy improbable que haya habido varios episodios de endosimbiosis y que todos le hayan pasado a Reclinomonas. Eso es como cuando hay políticos que dicen que le tocan premios importantes de la lotería varias veces (y encima ponen cara de ofensa porque no nos lo creamos…).

La estadística sirve para mentir. Pero la estadística no miente…

Rickettsia
Rickettsia tomada de MicrobeLibrary

Además, comparando los genes de las mitocondrias con los de las bacterias, hemos encontrado una candidata a ser pariente de ellas: Rickettsia prowazekii. Las mitocondrias y Rickettsia debieron tener antepasados comunes.

Ya sabes a quién le debes tu energía…

La próxima vez que oigas un nombre raro, no huyas de él. Al revés. Trata de averiguar si es algo importante en tu vida. Que una palabra extraña, o que no conoces, no te aparte ni del saber, ni de lo que podrías hacer con ese saber.

Metabolismo (algo) abstracto

¿Que qué es el metabolismo? Todas las reacciones químicas que tienen lugar en el interior de una célula, sí; pero solo las catalizadas (es decir, buscadas, elegidas). Hay más reacciones químicas, claro que sí. Algunas espontáneas, otras inducidas por la existencia de algún factor en el medio. Pero no forman parte del metabolismo si no están catalizadas. Y conectadas entre sí, organizadas en un entramado de moléculas que son productos de una reacción y reactivos de la siguiente.

Rutas metabólicas
Tomado de KEGG Pathway

El metabolismo busca dos objetivos: exprimir la energía almacenada en moléculas, en sus enlaces y en sus electrones disponibles, para reducir a otras moléculas; y construir moléculas nuevas, propias, a partir de las que se tomen del medio. Parecen objetivos contrapuestos. Arruinar una estructura química y edificar otra. No son contrapuestos, no. Son complementarios. Y me dan lo que necesito cuando lo necesito. Energía y materia. Convirtiendo la una en la otra.

En una bacteria típica pueden estar sucediendo unas 1.000 reacciones químicas habituales. Ese es su metabolismo. Y todas ellas suceden en el mismo compartimento. Pequeño, concentrado. Las 1.000 reacciones tienen que ser compatibles entre sí, porque las condiciones químicas y físicas son las mismas para todas ellas. Esa es la dificultad de las procariotas.

Célula eucariota Célula procariota
Tomado de Cell Biology Tomado de Cell Biology

En una célula eucariota suceden muchas más reacciones químicas. Tiene una variedad más amplia en su metabolismo. Lógico. Tiene compartimentos y puede aislar unas reacciones de otras, cambiando las condiciones de un lugar dentro de ella a otro lugar dentro de ella si están separados por membranas. Y, además, tiene mucho mayor volumen.

Pero toda esa diversidad de reacciones tiene denominadores comunes. Aunque haya muchas, no hay muchos tipos. Aunque haya muchas, no hay muchos objetivos. Aunque haya muchas, no hay muchas estrategias.

Podríamos considerar estos puntos como los comunes:

  1. Todos los procesos, de degradación o de síntesis, se dan paso a paso, evitando liberar o introducir la energía de golpe.
  2. Las reacciones se acoplan a la síntesis o hidrólisis del ATP (habitualmente), que actúa como intermediario de energía. Aportándola para las reacciones que la precise, tomándola de las reacciones que la liberen. Por tanto, muchas de las reacciones del metabolismo se acoplan a ATP <-> ADP + Pi
  3. En las rutas metabólicas todo producto (salvo los residuos) es reactivo de otra reacción.
  4. Toda ruta metabólica comparte alguno de sus componentes con otra, por lo que todas están interrelacionadas.
  5. Hay una alta regulación de las rutas metabólicas, lo cual justifica el decir que la biología se basa en una química elegida.
  6. Cualquier reacción metabólica, cualquiera, es termodinámicamente favorable. Puede que alguna  no lo sea pero, entonces, se tiene que acoplar con otra que sí lo sea, y que lo sea de sobra. Y así el conjunto de ambas sí que cumple la condición. Que es ineludible.

La obtención de energía es un objetivo ineludible para todo ser vivo, dado que es un sistema que se mantiene lejos del equilibrio. A él dedica toda una serie de reacciones químicas encadenadas (rutas metabólicas). Que, agrupadas, reciben el nombre de catabolismo. Para lograr ese objetivo de conseguir energía, cualquier ser vivo sigue alguna de estas dos grandes estrategias (ocasionalmente, en algunos casos, ambas): la litótrofa (foto o quimio) y la organótrofa (foto o quimio). En la primera, se introduce energía en moléculas inorgánicas que se capten del medio; dicha introducción puede ser mediante energía luminosa o energía química contenida en moléculas del medio. En la segunda la energía procede de moléculas ya orgánicas, ya creadas por otro ser vivo, que se captan.

Y estos como los objetivos de la obtención de energía:

  1. Ejecución de movimientos gracias a la existencia de proteínas contráctiles.
  2. Intercambio de iones a través de las membranas y mantenimiento de gradientes
  3. Síntesis de biomoléculas a partir de sus precursores y de polímeros a partir de sus monómeros.

Al tercero de esos objetivo se le llama anabolismo. Que es otro conjunto de reacciones químicas, pero destinadas a construir biomoléculas a partir de la energía antes extraída. Aunque la separación entre catabolismo y anabolismo no es exhaustiva. Muchas rutas son reversibles en todo o en parte. Y funcionan tanto oxidando, y ordeñando la energía, como reduciendo, e incorporándola. A esas rutas que funcionan en ambas direcciones se las llama anfibólicas.

¿Te parece complejo, abstracto, complicado? Eso es porque no puede ser más sencillo. Mejor dicho. Porque tú no puedes ser más sencillo. Sin dejar de ser tú, sin dejar de vivir. Y es que todas esas reacciones están pasando ahora mismo en tu cuerpo. Y vienen pasando desde que naciste. No, no… Desde antes. Desde que fuiste una célula, un cigoto. Y seguirán pasando. Hasta que mueras. Incluso algunas reacciones químicas de algunas células se mantendrán un tiempo después de que tú mueras. Y, si dejas descendencia, si tienes hijos e hijas, tus óvulos o tus espermatozoides les habrán legado todo ese entramado de reacciones químicas.

La forma de nacer y de morir marca cómo son corteza oceánica y continental

La corteza forma parte de la capa rígida exterior de la Tierra. Junto con una fracción del manto que también es rígida. Ambas forman la litosfera, una capa relativamente fría además de rígida. La corteza está hecha a base de materiales de baja densidad. Por eso está en la superficie del planeta, claro. Pero no de un único tipo de material, no. De dos tipos de materiales. Relacionados entre sí, pero distintos. Los primeros proceden del manto, que se han separado por procesos magmáticos en las dorsales, para formar la corteza oceánica. Los segundos son más ligeros aún. Nacidos de la corteza continental al separarse los más ligeros en ella de los más densos en ella. Cosa que ocurre en las zonas de subducción.

Y bueno, también hay materiales que representan que tienen características mezcladas de ambas cortezas. Materiales que representan la corteza de transición entre oceánica y continental. Son muy interesantes, pero de ellos mejor te hablo otro día.

La corteza oceánica es la más delgada de las dos (entre 3 y 15 km), además de la más densa. ¿Por qué? Porque se forma en las dorsales, pero no se acumula allí. El material que ha salido deja sitio a nuevo material que sale. Por tanto, nunca alcanza elevado grosor. De hecho, la mayor parte de las zonas gruesas se debe a acumulación de sedimentos que caen sobre ella. Ese origen tan sencillo (apertura de una dorsal y salida de magma), casi tan aburrido, hace que la estructura de la corteza continental sea más bien simple: una capa inferior de material plutónico (gabros), una capa de material volcánico (basaltos) y otra, variable en espesor, de muy gruesa (8 Km) a incluso ausente, de sedimentos. Todo muy clarito, como corresponde a un proceso tranquilo y constante.

Falta decir que la corteza oceánica se hunde en las zonas de subducción. Vuelve al manto del que nació. Pero, en su camino de vuelta, provoca el nacimiento de otra corteza: la continental.

La corteza continental se forma por magmatismo de subducción. Eso significa que al chocar dos placas, la más ligera queda por encima de la más densa. Y por el roce entre ambas, o al fundirse parte de la roca de la corteza que se hunde cuando entra en el manto más caliente, se producen magmas. Y de ellos llega al exterior el material más ligero. Por tanto, lo que hace la subducción es seleccionar el material menos denso de entre un material que ya era poco denso, de por sí, comparado con el manto del que procedía. La corteza continental, en consecuencia, está hecha del material más ligero de entre un material ya ligero. Es una selección de la corteza oceánica.

Hemos visto cómo nace. Pero, ¿cómo muere la corteza continental? Al ser tan ligera, la corteza continental no subduce, no se hunde en el manto. Sí puede erosionarse y los sedimentos pueden volver a entrar en el manto al depositarse sobre la corteza oceánica. Pero subducir, hundirse, no subduce, no se hunde. Por tanto, se acumula, y se acumula, y se acumula. La corteza continental tiene, por ligera, una vida más larga que la oceánica. Hay zonas de ellas que llegan a los 4.300 millones de años. No muchas, es cierto. Pero las hay. La corteza oceánica más vieja ronda los 200 millones de años. Un 5% de la edad de la continental más vieja. Lo que para una es toda una vida, para otra es un suspiro.

Esa acumulación, y acumulación, y acumulación, unida a ese choque, hace que la corteza continental, más ligera, más vieja, más gruesa (entre 30 y 70 km), tenga una estructura compleja. En la que no hay capas tan claras como en la oceánica. Lógico, después de tanto choque y añadido de magma, y vuelta a chocar y a añadir magma. Y a erosionar y perder parte de lo añadido. Y la cosa se complica porque la corteza continental puede chocar con la continental. En un proceso llamado obducción, en el que ninguna de las dos se hunden, sino que se empujan. Levantando grandes orógeno, levantando grandes cordilleras.

Bajo ambas cortezas, la continental y la oceánica, separándolas del manto, hay una discontinuidad sísmica muy clara: la de Mohorovicic.

Cómo conseguir que la geología sea fiable

La Geología, como ciencia, tiene un problema. Su método. Y es que hay partes en esa ciencia cuyas preguntas sí que pueden responderse con la metodología habitual de cualquier ciencia: observación, experimentación, modelización y simulación. Peeeero…

Pero en Geología las incertidumbres son muy grandes. Y los resultados tienen que acomodarse a esas incertidumbres y contener un amplio margen de error.

¿Por qué en geología existe tanta incertidumbre? Porque es muy complicado observar y experimentar. Y sin buenas observaciones y experimentos, es complicado alimentar modelos y simulaciones con datos de calidad para que rindan resultados con garantía.

En Geología solo se puede observar extensa y directamente lo que haya en la superficie. Esto es lo que se llama un método directo. Observas realmente lo que hay, experimentas con ello. Pero solo tenemos acceso real a la superficie. Tú pensarás ¿Y no podemos excavar? Y sí, sí podemos. Podemos sondear lo que haya cerca de la superficie. Pero… ¡Pero no podemos llenar de agujeros todo el planeta! ¿Entonces? ¿Qué hacemos? Es verdad que los sondeos son un método directo porque realmente tomas datos de lo que existe. Pero con ellos solo podemos saber realmente lo que había en ese agujero. Para otros lugares tenemos que extrapolar. Es decir, tenemos que intentar suponer lo que allí hay a partir de diversos datos de diversos sondeos. Es verdad que se puede comprobar si el método va bien. Porque se puede intentar predecir qué nos vamos encontrar y luego excavar. Y así comprobar que vamos bien o tenemos que corregir algo. Pero, en último término, siempre tenemos que extrapolar, que suponer. Y eso conlleva incertidumbre.

Y con el resto de la Tierra, ni te cuento. Son regiones en las que no hemos estado y no es previsible que podamos ir. Será muy complicado obtener datos de allí. ¿Entonces? Usamos métodos indirectos. En vez de medir lo que no podemos, medimos lo que sí podemos o sea más fácil. Y buscamos a ver si hay una relación entre lo uno (lo que no puedo) y lo otro (lo que sí). Si encuentro una asociacion, entonces basta con fijarse en una cosa para calcular la otra. Es lo que se llama un método indirecto. Esto también implica grandes incertidumbres. Porque puede que la asociación no sea correcta.

Te pongo un ejemplo. Yo miro los meteoritos y, como el planeta se formó a base de la unión de muchos de ellos, supongo que si averiguo su composición química, averiguo la del planeta. ¿Correcto? No. Porque queda la incertidumbre de si los meteoritos que hay hoy representan bien a los meteoritos que hubo cuando nació nuestro planeta. Es posible que alguno de los tipos de entonces ya no exista hoy al haberlo engullido la Tierra en su crecimiento.

O sea… ¿Que no hay manera de despejar las incertidumbres? Sí, sí la hay.

Puedo estudiar algo con varios métodos e ir reduciendo los resultados posibles hasta quedarme solo con los más probables. Te lo explico gráficamente.

Correlación 1 Correlación 2
Tomado de Perl/Bioinfo Modificado de Perl/Bioinfo

Como ves en el gráfico de la izquierda, con un método de investigación, el que sea, hay una cantidad de resultados posibles muy grandes. Todos los que están dentro de la zona verde. Aunque los más probables son todos los que están dentro de la línea negra. Demasiado poco concreto parece el método… Pero si aplicamos un segundo método y obtenemos unos segundos resultados, como muestra el gráfico de la derecha, aunque también haya incertidumbre, solo la región de intersección es válida para los dos. Por tanto, hemos reducido la gama de lo que puede ser a un valor más concreto. Y si aplicáramos un tercer método, aún habría más posibilidad de afinar.

Aunque la Geología es una ciencia de incertidumbres, también cuenta con maneras de evitarlas. Y lo que cuenta es muy, muy fiable. Aunque seguro que el planeta tiene reservadas sorpresas para nosotros todavía.

La ciencia y la censura

Tengo muchas dudas acerca de qué hacer con un blog como este. Por un lado me parece un espacio de reflexión personal necesario. El que no haya escrito en los últimos tiempos refleja que no estoy leyendo lo suficiente de ciencia. En ese sentido, el blog es mi conciencia. Pero por otro veo más ágiles otros modos de comunicar lo que pienso, descubro, dudo… Google plus es uno de esos modos.

Google Plus
Logo de Google Plus

En google plus la posibilidad de comentar una noticia es mucho más ágil que en el blog. Y la posibilidad de que esa noticia sea compartida por otros, lo cual convierte en mucho, mucho más social el trabajo. Me lleva mucho menos tiempo escribir allí que en el blog. Para muchas cosas es más eficiente. Para comentar la cotidianeidad o la novedad. Ese tipo de cuestiones aparecerán allí mucho más que aquí.

Pero a veces la novedad y la reflexión se encuentran. Esta es una de esas veces. Y te traigo aquí lo que escribí allí. Porque creo que merece una reflexión. ¿Qué papel juega la sociedad en la orientación de la ciencia? Y es que la ciencia es una actividad social, y como tal, sujeta a la decisión política. ¿Puede la política evitar que conocimientos científicos sean divulgados? Yo creo que sí. ¿Indiscriminadamente? Yo creo que no.

Poderes extraordinarios deben conllevar deberes extraordinarios. La ciencia nos ha llevado a impresionantes cotas de poder para modificar nuestra vida, para moldearla. Una ciencia tan poderosa debe estar sujeta a la voluntad de la gente. Una ciencia tan poderosa debe estar atada a la democracia. Pero sujeta no quiere decir impedida. Una parte esencial de la ciencia es la comunicación. Sin comunicación no hay ciencia, no hay transferencia de conocimiento para validar sus resultados, para usarlos, para tomar mejores decisiones. La ciencia, aún sujeta, debe seguir siendo libre.

En algún punto ha de estar el equilibrio… En algún punto deben coexistir la legítima aspiración de las sociedades a que sus recursos invertidos en ciencia resulten optimizados y la legítima aspiración de la ciencia a conocer y comunicar todo lo que pueda ser conocido y comunicado.

Bozal
Tomado de Letras Perras (CC-BY-NC-ND)

Aquí te dejo lo que pensé que debía escribir en G+ acerca de esta noticia que me ha repugnado, para ver si existía la posibilidad de conversar con alguien sobre el tema. Una noticia en la que creo que ese equilibrio no se ha alcanzado. Una noticia en la que la democracia representativa se manifiesta, cada vez más, como un sistema opresivo e injusto, sujeto a grupos de presión y a tomas de decisión alejadas de la voluntad de las personas, cada vez menos capaz de garantizar la voluntad de la gente. Creo que es una muy mala noticia: “Canadian government is ‘muzzling’ its scientists” (El gobierno canadiense pone “bozal” a sus científicos).

Creo que la noticia de la BBC importa. Voy a tratar de dar bandazos de un lado a otro intentando explicar mi posición…

Por un lado, estoy convencido de que la ciencia debe estar sujeta a la política mediante la financiación pública de unas determinadas líneas de investigación que se consideren prioritarias. La sociedad debe consensuar a qué dedica recursos limitados, claro que sí.

Pero por otro lado toda línea de investigación científica debe poder ocurrir. Debe haber libertadpara investigar. Incluso si puede causar daño. Porque la ciencia no es tecnología, sino conocimiento.

Pero los resultados que puedan causar daño deberían estar sujetos a algún tipo de vigilancia por parte de la sociedad, que les impida convertirse en tecnología lesiva.

Pero si no comunicas tus resultados, la ciencia no sucede. Debe haber libertad para transferir ese conocimiento a otras instancias. A tus pares para que lo revisen y validen, a otros interesados y usuarios para que lo puedan incorporar a sus tomas de decisiones.

Parece que poderes extraordinarios, como los que suministra el conocimiento acumulado por varios miles de años de ciencia, varias décadas de ciencia acelerada, requieren deberes extraordinarios. En alguna parte está la divisoria entre lo que está bien que ocurra y lo que no. Pero no es una línea neta, definida. Más bien una zona gris. En alguna parte está la ciencia que acelera nuestra búsqueda de la felicidad y proporciona utilidad a la gente. Y en alguna parte la ciencia que hoy resulta inútil, que no aporta gran cosa a la sociedad.

Pero, lo que nunca, nunca debe existir en la ciencia, es censura sin proporción. Censura incapaz de equilibrar medios y objetivos. Censura administrativa indiscriminada. Impedir a la ciencia hablar con la prensa, o con cualquiera, es impedir a la ciencia transferir conocimiento a la sociedad. Solo debe hacerse cuando esté absolutamente justificado.

Ejemplo de censura que creo útil: no deben publicarse los resultados de las mutaciones que convierten al virus de la gripe H5N1 en letal.

Ejemplo de censura que me repugna: la prensa debe pedir permiso al gobierno de Canadá para entrevistar a científicos, los cuales tienen prohibido hablar con ellos sin esa censura previa. Sea cual sea la línea de investigación del científico.

Esta noticia no viene en los libros de texto, pero sí en el currículum…

¿La debatimos si te es útil? En G+ mejor, creo…

El generador de electricidad biológico

Generador eléctrico
Fuente: Bo Krantz Simonsen (dominio público)

Seguro que sabes acerca de los generadores eléctricos. Sí, esos aparatos que usan el magnetismo para producir electricidad. Como las turbinas de las centrales hidroeléctricas. O mareomotrices, o eólicas, o… Hay muchos tipos de generadores por la fuente de energía que emplean, pero la mayoría comparten un mismo diseño básico: algo hace dar vueltas a un imán cerca de una bobina hecha de material conductor. Es decir, un generador convierte energía cinética de alguna clase en energía eléctrica.

Y de eso vivimos… De dispositivos como este obtienes la electricidad que facilita tu día a día.

Pero… Pero nos faltan generadores más diversos. Bueno, sí los tenemos, pero no son tremendamente eficaces. Muchos de ellos son secundarios. Es decir, toman energía eléctrica ya creada, la almacenan en alguna otra clase de energía (normalmente química, como las pilas o las baterías de tu móvil) y luego la entregan de nuevo como energía eléctrica. Muchos de ellos acuden a energías primarias, como la del Sol, para producir energía eléctrica (fotovoltaica). Y mejores baterías y mejores paneles solares forman parte de nuestras esperanzas de futuro.

Pero estamos desdeñando un camino importante. La transformación directa de energía química en electricidad. Y es importante porque la química es la energía de la que se vale la vida. Es la que está almacenada en los enlaces entre átomos para formar moléculas. Es la misma energía que ata unos átomos a otros en una losa y resiste tu peso cuando pisas. O la misma que hay en el pan de un bocadillo.

Ahora hay un equipo científico está probando un enfoque diferente. Un enfoque que imita, al menos en parte, el metabolismo. Un enfoque en el que el ánodo de un circuito resulta alimentado por unos enzimas que le pasan electrones. ¿Y de dónde sacan los enzimas esos electrones? Ellos se los arrancan a glúcidos (primero hay enzimas que rompen los polisacáridos en monosacáridos; luego hay enzimas que oxidan -roban electrones- a los monosacáridos). Eso se parece, al menos en concepto, a la glucólisis. A una serie de reacciones químicas que ejecutamos nosotros para obtener energía de la glucosa. Es, por tanto, una imitación a una parte de nuestro metabolismo.

Generador eléctrico metabólico
Fuente: JACS

Esos electrones, robados a los glúcidos por los enzimas y pasados al ánodo, ponen en marcha un circuito eléctrico que alimenta algún tipo de dispositivo. Del cuerpo o añadido. Podría ser una minicámara, podría ser una neurona, podría ser un músculo, podría ser una grabadora…

Y los electrones llegan al cátodo, otro enzima se tiene que deshacer de ellos para mantener la corriente. Y para quitárselos de encima se los pasa al oxígeno. Lo cual deja un residuo, un desecho nada peligroso. La basura del proceso es agua (o lo que es lo mismo, oxígeno reducido). Que es exactamente lo que pasa en otra parte de nuestro metabolismo: la cadena de transporte electrónico.

Según Daniel Scherson

«The key to converting the chemical energy is using enzymes in series at the anode. The first enzyme breaks the sugar, trehalose, which a cockroach constantly produces from its food, into two simpler sugars, called monosaccharides. The second enzyme oxidizes the monosaccharides, releasing electrons. The current flows as electrons are drawn to the cathode, where oxygen from air takes up the electrons and is reduced to water».

Desde luego, el circuito se inspira en el metabolismo, sí. Aunque aún le falta mucho para llegar al nivel alcanzado por la evolución. Solo rinde unas pocas decenas de microwatios por centímetro cuadrado (µw/cm2) a una diferencia de pontencial de 0,2 voltios. Exiguo para las necesidades que se le auguran a este tipo de dispositivos. Pero lo importante es que la idea está en marcha.

Y lo importante es que tú puedas imaginar qué hacer con esto. Los autores lo que han hecho es implantarle el generador a una cucaracha y ver que sí funciona. Y con él podrían lograr, más adelante, que opere una microcámara sobre ella, recorriendo lugares a los que no podemos acceder nosotros. Quizá con otro generador conectado a sus neuronas que la haga moverse como queramos; a derecha o a izquierda, o pararse, o avanzar. Y todo, todo, alimentado por los nutrientes que hay en la sangre de la propia cucaracha. Por glúcidos. Es muy probable que tras una misión de exploración la pobre acabe con mucho apetito, pues parte de sus nutrientes no irían a sus células, sino a los generadores.

¡Ah! Y de paso, una buena razón para conservar ecosistemas. Sí, sí… Porque los organismos vivos tienen múltiples enzimas. Las cuales podrían ser, algún día, parte de un circuito eléctrico. No parece tener mucho sentido, ante este empuje de la biotecnología, sustituir ecosistemas por ladrillos… Creo…

Me enteré de esto leyendo Fayerwayer y siguiendo la pista de los links…

ResearchBlogging.orgRasmussen, M., Ritzmann, R., Lee, I., Pollack, A., & Scherson, D. (2012). An Implantable Biofuel Cell for a Live Insect Journal of the American Chemical Society, 134 (3), 1458-1460 DOI: 10.1021/ja210794c

Frases sencillas sobre el ADN

Sabemos mucho, mucho, acerca de qué es estar vivo. Y lo que es más. Sabemos tanto que ya hemos aprendido a decirlo con frases claras, sencillas, rotundas, breves. Cada una de ellas ha costado muchas horas de esfuerzo de mucha gente durante mucho tiempo. Pero ese es el mejor fruto de la ciencia. Frases claras, sencillas, rotundas, breves. Información, mucha, condensada en conocimiento.

  • Sabemos que el ADN es la molécula que almacena información. Es decir, que guarda datos sobre la forma. Sobre la forma de las proteínas, pero también sobre la forma de algunos ARN.
  • También sabemos que el ADN es un polímero lineal. Una cadena, vamos. Hecha de cuatro tipos de nucleótidos.
  • Sabemos que los nucleótidos están hechos de un azúcar, llamado desoxirribosa, que forma el esqueleto del ADN, uniéndose unos a otros mediante enlaces fosfodiéster.
  • Sabemos que el enlace fosfodiéster es especialmente fuerte gracias al fenómeno de resonancia electrónica. Es decir, que hay un electrón que baila entre los enlaces que el fósforo a la desoxirribosa, reforzándolos más de lo normal. Lo suficiente para que el ADN sea una molécula difícil de romper. Como debe ser.
  • Sabemos que, unida al azúcar desoxirribosa, hay una base nitrogenada. Una de entre cuatro posibles. Ni una más, ni una menos. Es decir, los cuatro tipos de nucleótidos que te comentaba antes. Nucleótido con timina, nucleótido con adenina, nucleótido con guanina, nucleótido con citosina.
  • Sabemos que el orden de las bases nitrogenadas en el ADN es la clave para construir moléculas con forma. Y que si ese orden cambia, puede cambiar la forma.
  • Sabemos que la forma está íntimamente relacionada con la función. Luego cambiar la forma puede conllevar alterar la función.
  • Sabemos que la estructura del ADN está formada por dos hebras arrolladas una sobre la otra, unidas en forma de doble hélice. Y lo que es más notable, esa forma es constante, independientemente del orden de las bases nitrogenadas.
  • Sabemos que cada hebra se une a la otra por las bases nitrogenadas mediante puentes de hidrógeno. Sí, ya lo sé, es un enlace débil… Pero es que hay muchos, muchísimos, a lo largo del ADN.
  • Sabemos que las bases no se unen al azar sino que se emparejan. Frente a una adenina siempre hay una timina (con dos puentes de hidrógeno). Y frente a una citosina siempre hay una guanina (con tres puentes de hidrógeno). Siempre… salvo error.
  • Por lo tanto, a partir de una hebra podemos reconstruir la otra. Porque son complementarias, porque encajan como una pieza y su molde. Y reconstruir ADN a partir de ADN se llama replicación. Esta es la base de la reproducción de la vida.

Y no solo tenemos frases… ¡Tenemos imágenes!

Del ADN…

ADN animado
Fuente: Zephrys en wikipedia

De como la desoxirribosa (y la ribosa, el azúcar del ARN) se une a bases nitrogenadas y fósforo para formar nucleótidos (o incluso a varios fósforos para formar otras moléculas muy importantes, como el ATP).

Nucleótidos y nucleósidos
Fuente: Boris en wikipedia

De los emparejamientos entre nucleótidos que tienen bases complementarias y de cómo el fósforo une las desoxirribosas para formar el esqueleto del ADN…

Esqueleto del ADN
Fuente: Miguelsierra en wikipedia

Incluso algún vídeo de la replicación…

Lo que nos perdemos si solo miramos

Marcgravia evenia
Fuente: Science

Creemos que lo más importante es lo que se ve. Y eso es solo porque somos primates. Si fuéramos murciélagos (he estado a punto de decir quirópteros, su nombre científico) lo más importante sería lo que oyéramos. Pero, ¿y si fuéramos un murciélago vegetariano, que se alimenta de néctar y que vuela en la oscuridad? El olor podría servir, pero el viento lo dispersaría de modos poco predecibles y eso significaría un precioso tiempo perdido y, con él, energía malgastada.

La solución procede de la planta, Marcgravia evenia. Mejor dicho, de sus hojas con forma de platillo. Y es que resulta que ella, como otros cientos de especies tropicales, quieren ser visitadas por alguna de las cuatro decenas de especies de murciélagos que se alimentan de néctar. Porque dependen de ellos para la polinización.

Y la solución que ofrece la planta a un murciélago es a la vez extraña y obvia. Sus hojas hacen que el sonido emitido por ellos les devuelva un eco característico aunque reciba la señal desde ángulos muy diversos.

Es un excelente caso que ejemplifica la coevolución. Que es más una norma que una excepción. De hecho, se pueden estudiar relaciones ecológicas del pasado mirando características de una especie que, en el presente, son inexplicales. Es el caso del berrendo, un antílope norteamericano cuya extraordinaria velocidad hace que carezca completamente de depredadores. En el pasado, era la presa del extinto guepardo norteamericano. Sin esa paleorelación, no se podría entender por qué es como es, más veloz de lo que realmente necesita.

Así, que nos quedamos con dos ideas. Una, que hay muchas más cosas de las que vemos. Otra, que los ecosistemas son seres vivos, sí, pero también sus relaciones. Un zoológico conserva diversidad biológica, pero no relaciones, no diversidad ecológica. Y es que la diversidad no es solo genes, no es solo especies. Es también, y sobre todo, relaciones. Si realmente queremos conservar, tienen que ser espacios naturales, no artificiales.