En busca de la célula primigenia

El requisito más importante para que surja la vida es la existencia de un compartimiento cerrado, y la materialización de este concepto en la vida actual es la membrana celular.

La célula es una máquina muy compleja y evolucionada, y los registros fósiles más antiguos, que datan de varios miles de millones de años atrás, muestran organismos con estructuras que no son muy diferentes de las versiones modernas. Por lógica, estas sofisticadas estructuras celulares tuvieron que evolucionar a partir de un progenitor menos complejo, pero la falta de evidencia fósil de esa "célula primigenia" o protocélula representa el más importante eslabón perdido de la evolución de la vida.

El profesor Stephen Mann y sus colegas de la Escuela de Química de la Universidad de Bristol han abordado ahora este enigma recurriendo al diseño de un sistema químico que espontáneamente se organiza en microgotas que contienen agua, y que además albergan la molécula generadora de energía celular, el trifosfato de adenosina (ATP), y un polímero corto de lisina, un aminoácido natural.

Se trata de un sistema químico que quizá represente el modelo de protocélula más simple en la posible historia de la formación de células en un pasado remoto de la Tierra.

Además de señalar caminos factibles de la organización prebiótica antes de que apareciera la compartimentación basada en lípidos en las células de la Tierra arcaica, estas microgotas preparadas en la investigación pueden ser consideradas como un nuevo tipo de modelo de protocélula que podría ser usado para desarrollar biorreactores revolucionarios, e incluso células primitivas artificiales.

Gotas de agua con péptidos y ATP. (Foto: U. Bristol)

Computación biológica

En la revista Natural Computing, investigadores de la Universidad Politécnica (UPM) y la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) proponen una alternativa para resolver problemas matemáticos complejos en un simple tubo de ensayo.

Desde que surgieron hace 4.000 de millones de años, los seres vivos han desarrollado la capacidad de adaptarse a su entorno. Son capaces de percibir lo que les rodea, comunicarse con otros organismos y modificar su entorno según sus necesidades. Un ejemplo lo podemos encontrar en determinadas bacterias que pueden formar macroestructuras conocidas como biopelículas.

En dichas estructuras existe un alto grado de organización y comunicación que permiten la supervivencia de la comunidad. Pero, ¿cómo unos organismos en teoría tan simples son capaces de producir sistemas tan complejos? Y lo que es más importante, ¿podemos aprovechar esos sistemas para nuestro beneficio?

Los últimos avances que se están realizando en el campo de la secuenciación de genomas y en la actividad de los genes en general, están ampliando nuestros conocimientos de los distintos modos en los que funcionan los mecanismos de percepción de los microorganismos y a su vez los mecanismos de interacción entre ellos. Dichos conocimientos han dado lugar a la aparición de una disciplina denominada Biología de Sistemas, que se encarga de recopilar esos datos y correlacionarlos con lo que se observa en la naturaleza.

De hecho, aprovechando ese conocimiento se han modificado genéticamente ciertas bacterias con el fin de que proporcionen una señal medible ante un estímulo dado. No obstante, la utilización de una única estirpe bacteriana conlleva una serie de problemas, por ejemplo: la disminución de la viabilidad de la bacteria o la fiabilidad de la respuesta, según lo complejo del diseño experimental.

El Grupo de Computación Natural de la Universidad Politécnica de Madrid junto con el grupo Rizosfera-UAM, en un artículo publicado recientemente en la revista Natural Computing, han propuesto una alternativa para que se puedan resolver problemas matemáticos complejos en un simple tubo de ensayo.

Dicha alternativa consistiría en dividir las tareas entre varias estirpes de bacterias, en vez de utilizar una única estirpe bacteriana modificada. Partiendo de esta premisa, los investigadores proponen diseñar bacterias “a la carta” mediante modificación genética, que respondan de una manera determinada y con una intensidad dada ante una señal química presente en el ambiente.

(Foto: UAM)

De tal modo, los investigadores podrían tener a su disposición un arsenal de bacterias que posiblemente puedan mezclarse en un tubo de ensayo como si fueran las líneas de un código de un programa, en donde pudieran recibir las señales externas y a su vez comunicarse entre ellas para obtener una respuesta adecuada.

Así, y a modo de ejemplo, han mostrado cómo se deberían modificar tres bacterias para resolver un problema lógico simple, a saber, determinar si en un medio dado aparece uno y sólo uno de dos compuestos químicos determinados produciendo o no una proteína fluorescente como respuesta.

Dada la versatilidad de este sistema, las aplicaciones a desarrollar pueden ser múltiples.

Por ejemplo, se podrían construir dispositivos de tamaño reducido y con un bajo impacto ambiental capaces de determinar qué contaminantes y en qué cantidad hay en un embalse con destino al consumo humano. Además, dada la gran cantidad de bacterias que pueden crecer en un volumen mínimo, los investigadores consideran que se encuentra ante la posibilidad de construir microcircuitos que podrían permitir resolver problemas matemáticos complejos. (Fuente: UAM)

Vinculan El Niño con el aumento de conflictos civiles

Un equipo interdisciplinar del Instituto de la Tierra de la Universidad de Columbia (EE UU) relaciona el fenómeno climático de Oscilación del Sur El Niño (ENSO, por sus siglas en inglés) y la incidencia de conflictos violentos. Según el estudio, publicado en la revista Nature, El Niño ha tenido un papel importante en el 21% de las guerras civiles en todo el mundo de 1950 a 2004.

“Está documentado que El Niño conduce a situaciones de sequía y calor en todo el trópico, y que estas condiciones tienen importantes efectos negativos en las sociedades”, declara a SINC Kyle Meng, investigador de la Universidad de Columbia (EE UU) y coautor de un estudio sobre la relación entre este fenómeno climático y la incidencia de guerras.

El trabajo recaba datos de los conflictos civiles ocurridos desde 1950 a 2004 a través del Centro para el Estudio de las Guerras Civiles de Noruega.

Los resultados indican que la probabilidad de que ocurran conflictos durante los años de El Niño, cuando las condiciones meteorológicas son por lo general más cálidas, es dos veces mayor que en los años más fríos de La Niña. “Esta es la primera demostración de que la estabilidad de las sociedades modernas se relaciona fuertemente con el clima mundial”, apuntan los autores del estudio.

“Se ha sugerido que los cambios climáticos globales han sido responsables de los incidentes de violencia generalizada e incluso el colapso de las civilizaciones”, señala el estudio. “Sin embargo, la mayor parte del apoyo a esta idea ha sido anecdótica y las metodologías que rigen los estudios cuantitativos no han arrojado resultados concluyentes”.

Las cifras señalan que El Niño ha podido estar relacionado de manera importante con el 21% de las guerras civiles de todo el mundo, y cerca del 30% en los 90 países tropicales afectados directamente por él. Además, los expertos sugieren que el ‘caos’ en lugares como Somalia está aumentando por el calentamiento global.

Los científicos apuntan que el fenómeno de El Niño está vinculado con pérdidas en los cultivos de gran tamaño, escasez de alimentos y aumento de los precios. “En los países con una economía basada en la agricultura, una mala cosecha puede conducir a un aumento del desempleo y desestabilizar a la sociedad, que puede tomar la decisión de luchar de forma más activa”, afirma Meng.

También han descrito cómo en otros lugares El Niño se correlaciona con un aumento de los desastres naturales, como huracanes, y la propagación de enfermedades infecciosas. “Existen además explicaciones no económicas. Algunos trabajos recientes de sociólogos han demostrado que las personas son más agresivas cuando las temperaturas suben”, indica el investigador.

Por otro lado, este fenómeno no perturba a todos los países de la misma forma. Solomon M. Hsiang, autor principal del estudio, asegura que países como Australia, que se ha visto afectado por El Niño, nunca ha conocido una guerra civil.

En rojo, los países donde la mayoría de la población vive en zonas muy cálidas durante los años de El Niño. (Imagen: Nature)

En contraste, en 1982, este evento climático golpeó a la empobrecida sierra de Perú, destruyendo las cosechas. “Ese año los ataques del movimiento guerrillero Sendero Luminoso se convirtieron en una escalada de violencia durante 20 años de guerra civil que aún continúa en la actualidad”, explica Hsiang.

Otros países en los que se han enquistado los conflictos durante El Niño son El Salvador, Filipinas y Uganda (1972), Angola, Haití y Myanmar (1991), y el Congo, Eritrea, Indonesia y Ruanda (1997).

Los científicos plantean que sus hallazgos podrían mejorar la prevención global de algunos conflictos y crisis humanitarias asociadas. “Sin embargo, la generalización de estos resultados requiere una comprensión más profunda de los mecanismos que relacionan el conflicto con el clima”, señalan.

“Tenemos la sospecha de que todos estos conflictos se están produciendo de forma simultánea durante los eventos de El Niño. El reto está en identificar cuál de estos problemas se está produciendo, cuándo y dónde”, concluye Meng. (Fuente: SINC)

Las neuronas espejo

Sin duda la existencia de las neuronas espejo fue algo fundamental para el desarrollo de le empatía, para reorientar algunas emociones y para modificar algunos aspectos de la motivación humana.

Somos ultrasociales

¿Qué implicaciones tiene el ser sociales para los diversos aspectos de la vida humana?. En el siguiente video R. Dunbar explica parte de estos aspectos.

chimpis generosos

La generosidad no es un rasgo exclusivo del ser humano. Investigadores del Centro Nacional de Investigación de Primates Yerkes (EE UU) han demostrado que los chimpancés tienen una clara tendencia al altruismo y el comportamiento prosocial.

Para el estudio, los investigadores Victoria Horner y Frans de Waal realizaron una prueba que se centró en ofrecer a siete chimpancés hembra adultas una elección entre dos acciones similares: una que premiaba tanto al participante como a un compañero, y otra que recompensaba sólo al participante. En cada ensayo, el sujeto que elegía, siempre con una compañera a la vista, escogía entre fichas de diferente color. Una ficha podía ser intercambiada por comida ofrecida a ambos miembros (prosocial), y otra ficha de otro color ofrecía alimento únicamente al que elegía (egoísta). Los siete chimpancés mostraron preferencia por la opción prosocial.

El estudio también muestra que los sujetos eran altruistas en especial con los que esperaban pacientemente y les recordaban con cuidado que estaban allí. Los chimpancés que elegían las fichas tenían menos probabilidades de premiar a los que montaban un alboroto, pedían con insistencia o les escupían agua, mostrando así que su altruismo es espontáneo y no está sujeto a la intimidación.

Ahora, los investigadores planean determinar si la tendencia altruista de los chimpancés está relacionada con las interacciones sociales dentro del grupo, tales como el intercambio de alimentos o el apoyo social.

Las sabanas, los paisajes habituales de la evolución humana

Las sabanas africanas prevalecieron en la mayoría de los lugares del este de África, donde los ancestros del ser humano y sus parientes simios evolucionaron durante los últimos seis millones de años. Así lo confirma en la revista Nature un equipo internacional de científicos que ha desarrollado un nuevo método de análisis para cuantificar la superficie vegetal.

Un grupo de científicos estadounidenses, australianos, y keniatas ha utilizado isótopos de suelo antiguo para medir la superficie de árboles prehistóricos y la sombra en el pasado geológico, y ha determinado que las sabanas cubiertas de pasto y salpicadas de árboles estuvieron presentes en la mayoría de los lugares del este de África desde hace seis millones de años.

“Existieron hábitats abiertos en los entornos del este de África donde se han encontrado algunos de los primeros fósiles humanos de los últimos millones de años”, afirma Thure Cerling, autor principal del estudio e profesor de geología, geofísica y biología en la Universidad de Utah (EE UU).

Según el geoquímico, “donde hay restos de ancestros humanos, existen indicios de hábitats abiertos mucho más parecidos a las sabanas que a los bosques”.

El estudio, que se publica en Nature, ha permitido desarrollar un método que ha correlacionado ratios de isótopos de carbono en 3.000 muestras de suelo con fotografías por satélite de superficies de árboles y vegetación en 75 ubicaciones tropicales de todo el mundo (la mitad en África).

Las localizaciones representaban cualquier medio: desde el bosque cerrado hasta el pasto abierto, lo que permitió a los científicos determinar el porcentaje de superficie de árboles y de arbusto frondoso de hace millones de años.

Esta nueva forma de cuantificar el grado de apertura de los paisajes tropicales es el primer método “que realmente cuantifica la superficie de canopea, que es la base para clasificar algo como sabana”, afirma el investigador.

Según Cerling, aunque las sabanas del este de África se hicieron más extensas en los últimos dos millones de años, y los ancestros humanos y sus parientes pasaron épocas en estrechos “bosques en galería” paralelos a los corredores fluviales, el nuevo método demuestra que los pastos y las dehesas han prevalecido durante más de seis millones de años en la cuna de la humanidad, con una superficie de árboles de un 40% aproximadamente en la mayoría de las ubicaciones.

Para el equipo de investigación, durante los últimos 7,4 millones de años, en la superficie forestal el 75% eran arboledas cerradas y el 5% o menos pastos abiertos. Pero importantes áreas con superficie forestal por debajo del 40% (arboledas y pastos de sabana) han estado constantemente presentes.

La investigación ha permitido demostrar que más del 70% de las ubicaciones analizadas presentaba menos del 40% de superficie forestal, lo que indica que se trataba de dehesa arbolada o pasto. Menos del 1% de las muestras indicaron ubicaciones donde la superficie arbolada superara el 70%.

“Por tanto, los bosques ‘cerrados’ (más del 80% de superficie forestal) representan una fracción muy reducida de los entornos representados por estos paleosuelos”, detalla Cerling.

Sabana del este de África en la Reserva Nacional de Samburu en Kenia. (Imagen: Thure Cerling / Universidad de Utah)

A esto se añade el que los fósiles de los primeros humanos y de sus ancestros y parientes extinguidos se han encontrado en entornos abiertos y arbolados del este de África. Los Ardipithecus, por ejemplo, que vivieron hace 4,3 millones de años en bosques según sus descubridores, presentaban un pequeño componente de pastos y otras plantas en su dieta.

“El hecho de que incluyeran pasto significa que se adentraban en la sabana, a menos que estuvieran degustando comida para llevar”, añade Cerling. Según el estudio, durante el paso al bipedalismo (hace unos 4 millones de años), los espacios abiertos ya existían, “incluso predominaban”.

“En algunos periodos, había más arbustos y en otras épocas, menos. Casi nada podría haberse denominado un bosque denso, pero podemos observar ciertos periodos en los que determinados entornos estaban constantemente más poblados de árboles que otros. Descubrimos homínidos en ambos lugares”, declara el experto quien añade que la forma en la que los primeros homínidos repartieron su tiempo entre hábitats “más abiertos” y “más cerrados” sigue siendo una cuestión pendiente. (Fuente: SINC)