Mes: mayo 2017

¿Coevolu…qué?

La coevolución es el proceso por el que dos o más organismos ejercen presión de selección mutua y sincrónica, en tiempo geológico, que resulta en adaptaciones específicas recíprocas (Janzen, 1980). Ehrlich y Raven acuñaron el término coevolución en 1964 aunque ya Darwin (1859) hablaba de este fenómeno en su libro El Origen de las Especies: “Así puedo comprender yo cómo una flor y una abeja pudieron lentamente -ya simultáneamente, ya una después de otra- modificarse y adaptarse entre sí del modo más perfecto mediante la conservación continuada de todos los individuos que presentaban ligeras variaciones de conformación mutuamente favorables”.

Una de las hipótesis más famosas referidas a la coevolución es la hipótesis de la Reina Roja, propuesta por Leigh Van Val en en 1973. Esta establece que “para un sistema evolutivo, la mejora continua es necesaria para sólo mantener su ajuste a los sistemas con los que está coevolucionando”. Un ejemplo de esto se encuentra en el modelo depredador-presa. Si el conejo corre más rápido, el zorro debe adaptarse para poder correr más rápido y cazar a su presa (Ene, 2014).

Un ejemplo de coevolución por mutualismo entre una planta y un polinizador es el observado entre colibríes y flores. Algunos investigadores creen que las plantas y colibríes han coevolucionado ya que se observa una gran complementariedad entre sus estructuras, lo que aumenta la eficiencia en la extracción del néctar por parte de las aves. Características de las plantas tales como el color de las flores, la secreción de néctar, orientación, disposición de estructuras sexuales y forma tubular de las corolas, entre otras, se consideran producto de esa co-adaptación respecto a ciertas características de los colibríes, como su capacidad visual, dependencia del néctar, forma de sus picos, patrón de vuelo, etc. Sin embargo, otros científicos afirman que se necesita una fuerte especialización que induzca el proceso co-evolutivo y en este caso, no la hay. Alegan que muchos colibríes visitan plantas con corolas que no se ajustan exactamente a su pico con bastante frecuencia como para no depender de aquellas que se acoplan con precisión.

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Imagen 1. Colibrí alimentándose del néctar de una flor

Otro ejemplo se da entre las mariposas del género Heliconius y las plantas del género Passiflora, popularmente conocidas como “flores de la pasión”. Este nombre fue escogido por el botánico inglés Leonard Plukenet y proviene del latín flos passionis (flor de la pasión). Los primeros misioneros en América, identificaron en las flores similitudes morfológicas con los instrumentos usados en la pasión de Cristo, como la corona floral con tintes sanguíneos simulando la corona de espinas ensangrentada y los tres carpelos cabezudos simulaban los tres clavos.

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Imagen 2. Huevo de mariposa sobre un zarcillo de una flor de la pasión.

Estas plantas son capaces de desarrollar estructuras que se asemejan a los huevos de las mariposas que la usan como hospedadora. Se trata de un ingenioso mecanismo que evita la oviposición por parte de otras mariposas. Las larvas que se desarrollan sobre las hojas se alimentan de ellas por lo que una superpoblación de larvas podría poner en peligro la integridad de la planta.

Otro ejemplo de coevolución con el que convivimos a diario es el microbioma humano. Este conjunto de microorganismos que habitan de forma natural en individuos sanos, ha coevolucionado con nosotros. Un ejemplo de ello son los microorganismos que habitan en nuestro tracto intestinal (Ruth, 2008).

En los últimos años ha surgido una teoría llamada Teoría Hologenómica de la evolución, según la cual, nuestro microbioma juega un papel fundamental en la evolución de la especie. Por ejemplo, estos micoorganismos son los encargados de producir compuestos aromáticos que actúan como reclamo sexual (feromonas) y por lo tanto condicionan la conducta reproductiva, y con ello, la supervivencia de la especie. Esto sugiere que el éxito en la reproducción de plantas y animales puede depender, en parte, del conjunto particular de microbios albergados por cada individuo.

Algunos investigadores han empezado a considerar a los individuos como el conjunto del individuo en sí y su microbioma y la coevolución de ambos podría ser determinante en la supervivencia del individuo. Un caso curioso se da en los corales. Debido a su escaso sistema inmune, no serían capaces de luchar contra infecciones simples que pronto se conviertirían en su sentencia de muerte. Su microbioma actúa como defensa en caso de infección, salvando así a los individuos (Donaire, 2013).

La coevolución es un proceso que aún presenta multitud de incógnitas a los investigadores, cuya respuesta puede ser clave para el paradigma evolutivo. Por ello, debemos centrar nuestros esfuerzos en esclarecer los sucesos coevolutivos y quién sabe si la concepción de la evolución podría cambiar por completo.

 

Bibliografía:

Donaire, P. (2013) Hologenoma: Una nueva visión de la evolución. Recuperado el 24 de abril de 2017 de: http://bitnavegante.blogspot.com.es/2013/01/hologenoma-una-nueva-vision-de-la-evolucion.html

Ene, I. V. y Bennett, R. J. (2014) The Red Queen hypothesis: Review from The cryptic sexual strategies of human fungal pathogens. Nature Reviews Microbiology, 12, 239–251. doi:10.1038/nrmicro3236

Janzen, D. H. (1980) When is it coevolution?. Evolution, 34(3) pp. 611-612.

Ruth, E. L., Hamady, M., Lozupone, C., Turnbaugh, P. J., Ramey, R. R., Bircher, J. S., Schlegel ML, Tucker TA, Schrenzel MD, Knight R, Gordon JI. (2008) Evolution of mammals and their gut microbes. Science, 20;320(5883):1647-51. doi: 10.1126/science.

Superorganismo, lo que deberíamos aprender (I).

Uno de los factores del comportamiento que más ha llamado la atención de científicos, ingenieros e ingenieros informáticos de todo el mundo es la inteligencia colectiva en el reino animal. El primer acercamiento al término de Inteligencia Colectiva fue de la mano de William Morton Wheeler (1991), quien adoptó el concepto de “superorganismo”. Con él se refería a la capacidad observada en los insectos sociales de comportarse como una unidad (Wenseleers, 2009). El “flocking behaviour” en pájaros, la danza comunicativa de las abejas, la construcción de puentes con los propios cuerpos de las hormigas son ejemplos -cuanto menos, asombrosos- del comportamiento animal en base a una inteligencia colectiva. Todos ellos han proporcionado ideas a programadores, matemáticos e ingenieros para llevar a cabo simulaciones informáticas, teoremas, algoritmos y múltiples herramientas que, sin ellas, el avance científico-tecnológico no sería el mismo que hoy conocemos. Existen infinidad de casos en el que la presencia de inteligencia colectiva en el reino animal es llamativa, y a partir de hoy, cada domingo en esta sección se tratarán algunos de ellos, con el fin de sembrar la duda -madre de la ciencia- en los lectores. Sembrar ese “¿y los animales pueden hacer eso, pero nosotros aún, humanos, avanzados social y tecnológicamente hablando, no somos capaces de comunicarnos entre nosotros?”.

Sin lugar a dudas, las hormigas son unos de los máximos representantes de este término en la naturaleza. Déborah M. Gordon, autora del “Sabiduría colectiva de las hormigas” en la revista Investigación y Ciencia, ha estudiado a fondo el comportamiento de las hormigas recolectoras y sus interacciones entre ellas; conozcamos un poco más a fondo sobre el tema.

Si observamos el comportamiento de una hormiga aleatoria que encontremos en cualquier lugar del mundo, se la verá torpe e incluso algo perdida, siguiendo movimientos erráticos. Sin embargo, son las grandes arquitectas del suelo por excelencia, capaces de coordinar colonias de millones de individuos. Y todo eso, ¿cómo lo hacen? En nuestras cabezas no cabe cómo grupos tan numerosos de insectos son capaces de coordinarse para conseguir comida, reproducirse, crear su hormiguero y, en fin, sobrevivir como si fueran una sola unidad. Lo primero que se nos viene a la cabeza es la necesaria presencia de un líder, un organismo dominante que, como en otros muchos casos en la naturaleza (por ejemplo, en primates) marque pautas de comportamiento y órdenes en una estricta jerarquía social. Jerarquía social, sí. Órdenes, ninguna en el hormiguero. Se podría pensar que es la hormiga reina el cerebro de toda operación en el conjunto de hormigas, sin embargo, su labor no va más allá de la de poner huevos y aumentar la comunidad. Se trata de un comportamiento colectivo sin ningún tipo de órdenes superiores (como pasa también en los estorninos, en las neuronas, moléculas…).

Y ¿cómo, entonces, pueden tantos pequeños insectos carentes de organización directa sobrevivir en un mundo lleno de depredadores (desmesuradamente mayores que ellos) y con un acceso al alimento que requiere de recolección, exploración del territorio y por lo tanto coordinación?

Tendremos que esperar al domingo que viene para conocer la respuesta.

BIBLIOGRAFÍA

Gordon, Deborah M. (2016) La sabiduría colectiva de las hormigas. Investigación y ciencia, 475, 58-61.

Wenseleers, T. (2009). The uperorganism Revisited. BioScience, 59(8), pp.702-705.

 

 

El cáncer de mama y los organomateriales

Los organometales son compuestos que poseen enlaces entre átomos de metal y átomos de carbono. Estos enlaces son de tipo covalentes y bastante polares, comparten la polaridad de los metales del grupo II (los más polares), siendo estos los alcalinotérreos, como los irganoberillio y organocalcio. Muchos de estos organometales tienen tanto como propiedades termodinámicas como cinéticas. Debido a esto, los organometales tienen aplicaciones en muchos campos; como la medicina, química, biología, bioquímica… etc.
En este articulo nos centraremos en el ferroceno o ferrocene. La síntesis original del ferrocene fue descrita por Keasly y Pauson en 1951 en la Duquesne University of the Holy Ghost. Sugirieron que el Ferrocene se formaba después de la reducción del cloruro de hierro II con el bromuro de cilopentadienilmagnesio según la ecuación química:

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El ferrocene se trata de un cristal solido naranja cuya fórmula química es Fe(C5H5)2. Sus principales aplicaciones son en la medicina. Por ejemplo, en el cáncer de mama, donde el ferrocene ocupa un papel importante. Esto es debido a que el ferrocene tiene propiedades únicas como su aromaticidad, estabilidad en medio acuoso y potencial redox (medida de la actividad de los electrones de las reacciones redox). El medicamento por excelencia es el Tamoxifeno, que se emplea en la reducción del riesgo de cáncer de mama en mujeres.

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Imagen 1: Estructura química de la molécula de ferrocene.
El Tamoxifeno puede reducir el riesgo de recurrencia del cáncer de mama, reduce el riesgo de que se forme un tumor en la otra mama, es capaz de disminuir grandes tumores antes de la cirugía y desacelera o detiene (dependiendo del caso) el crecimiento del cáncer de mama en estado avanzado y en mujeres premenopáusicas y postmenopáusicas. Pero también ofrece otros beneficios que no están relacionados con el cáncer como la reducción de concentración de colesterol y ayuda a detener la pérdida de tejido óseo después de la menopausia. Estos beneficios son posibles gracias a que bloquea la acción de estrógenos en las células de las mamas, pero activa su función en las células del hígado y de los huesos.
El Tamoxifeno es un anti estrógeno no esteroidal, es decir, sin hormonas y ha sido un anticancerígeno muy usado en el cáncer de mama en los últimos 30 años. Su mecanismo de acción es el siguiente. Al ser un anti estrógeno se adhiere a unos estrógenos específicos (busca ciertos receptores en su membrana y se adhiere ellos) y los induce un cambio conformacional. De esta manera, altera o bloquea la expresión de los genes que dependan de estos estrógenos. Sus efectos, entre otros, son: la reducción de niveles de cierto factor de crecimiento que estimula la proliferación de células tumorales (factor de crecimiento insulina simil tipo 1) y el aumento de la secreción de un factor que inhibe el crecimiento de las células tumorales.
Pero no acaba ahí, el tamoxifeno es un medicamento que se transforma en el hígado en varios metabolitos activos, es decir, sustancias que se producen en el organismo debido a un medicamento que posee unas propiedades terapéuticas. Este es el caso del hidroxitamoxifeno, que posee una mayor afinidad por los estrógenos específicos que se nombraron anteriormente. Otro sería el endoxifeno, que tiene mayor concentración, pero tiene las mismas características que el hidroxitamoxifeno. Este último es el metabolito más activo y se ha demostrado en muchos estudios que la respuesta clínica viene ligada muy fuertemente.
En conclusión, no sabemos mucho acerca de los organometales, pero se han descubierto una gran cantidad de aplicaciones; tanto en la industria, en la química, como en la medicina. Este último caso es el del tamoxifeno, un ferroceno que reduce el riesgo de formación de un tumor en el otro pecho, en el caso de mujeres con cáncer de mama.
Referencias:
Gilles Gasser y Nils Metzler-Nolte, 2012, The potential of organometallic complexes in medicinal chemistry. ScienceDirect. Disponible en: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1367593112000051

Malay Patra y Gilles Gasser. 2012. Organometallic Compounds: An Opportunity for Chemical Biology?. NCBI. Disponible en: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22619182

Marvin Rausch, Martin Vogel y Harold Rosenberg. 1957. Ferrocene: A novel organometallic compound. ACS. Disponible en: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ed034p268

Pieter CA Bruijnincx y Peter J Sadler. 2008. New trends for metal complexes with anticancer activity. ScienceDirect.Disponible en: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S136759310700169X
Wee Han Ang, Angela Casini, Gianni Sava, Paul J. Dyson. 2011. Organometallic ruthenium-based antitumor compounds with novel modes of action. ScienceDirect. Disponible en:
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022328X1000700X

Imagen destacada: Hospital de la milagrosa (Unidad de mama), del artículo Cancer de mama:10 factores de riesgo.

¿Te gusta buscarle formas a las nubes?¿Y ponerles nombre?

Can you tell your cavum from your cauda? Your homogenitus from your homomutatus? Those four cloud formations, along with eight others, have been added to the International Cloud Atlas, the official compendium of all things cloud. Cloud Appreciation Society founder Gavin Pretor-Pinney introduces us to them and to the wild and wonderful world above us.…

a través de Gallery: 12 glorious new reasons to celebrate cloudy days — ideas.ted.com

¿Podría un gusano comerse todo el plástico que producimos?

¿El gusano de la cera? ¿Qué es? Se conoce coloquialmente como gusano de la cera, pero a nivel científico se denomina Galleria mellonella y es una especie de insecto lepidóptero del suborden Glossata y del clado Ditrysia. Se considera una gran plaga agrícola en las colmenas de las abejas de la miel. En la mayor parte de su ciclo celular esta especie se presenta en forma de larva y es su etapa más activa, ya que en esta forma de larva es la que más daño puede hacer a los panales de abejas, al poder biodegradarlos.

¿Entonces si biodegrada los panales, como puede biodegradar el plástico? Fácilmente, la estructura de un panal está formada por celdas hexagonales de ceras siendo estas, ésteres de los ácidos grados con alcoholes, además las ceras son sustancias insolubles en agua, pero solubles en disolventes no polares, orgánicos. Los polietilenos por su parte, son los polímeros más simples formados por cadenas lineales repetidas de metilos, además también son sustancias insolubles en agua y solubles en disolventes no polares. Como se pude ver, tanto las cadenas de la cera como las de polietileno, son bastantes similares, con lo que la Galleria mellonella puede ser “confundida”, y pensar que el polietileno es cera y así poder digerirlo.

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Ilustración 1. A la izquierda se puede observar la estructura del polietileno y a la derecha la estructura de la cera. En azul los carbonos y en rojo se simbolizan los oxigenos. Autora: Roxana Nicoleta Murgu, creado con (ChemSketch. Bombelli, Paolo 2017)

Cada año se generan 80 millones de toneladas de polietileno en todo el mundo y una bolsa de plástico, por ejemplo, puede tardar en descomponerse hasta 400 años. Debido a esto, investigadores del CSIC y más concretamente Federica Bertocchini que ha trabajado conjuntamente con Paolo Bombelli y Chris Howe de la Universidad de Cambridge, aislaron a 100 gusanos y con una bolsa de plástico. Al cabo de una noche, estos gusanos de la cera degradaron unos 92 mg de polietileno. Hasta ahora, todos los productos creados con polietileno se pueden reciclar y darles una nueva vida, o pueden ser eliminados usando métodos químicos que suelen durar meses en descomponer el polietileno y además son perjudiciales para la salud, ya que son químicos corrosivos.

Con este descubrimiento, la eliminación del polietileno en vez de llevar tanto tiempo, se podría conseguir en unas pocas horas. Ahora, lo que los científicos están intentando llevar a cabo es el aislamiento de lo que suponen que puede ser la molécula o enzima, que ha evolucionado con el gusano de la cera, el cual segrega esta sustancia y desintegra la cadena de polietileno y la convierte en un monómero. Si llegaran a ser capaces de aislar esta molécula, serían capaces de producirla in vitro, y poder suministrarla de forma masiva a las distintas industrias del reciclaje, y así, no tendrían que depender de estos gusanos para su biodegradación; podrían llegar a degradar permanentemente kilos y kilos de polietileno en muy poco tiempo y sin causar daños nocivos al planeta y a los seres vivos.

REFERENCIA

Bombelli, P., Howe, C. J., & Bertocchini, F. (2017). Polyethylene bio-degradation by caterpillars of the wax moth galleria mellonella. Current Biology, 27(8), R292-R293.