¿Cuántos átomos hay en el cuerpo humano?

Tengo la sanísima costumbre de emplear una de mis primeras clases de cada curso universitario en tratar de enseñar a mis estudiantes a hacer cálculos que, aparentemente, pueden resultar imposibles de llevar a cabo. Esta aparente dificultad para llevarlos a buen fin viene dada por la falta de datos, de información relevante.

El físico de origen italiano Enrico Fermi (1901-1954), quien fue una de las cabezas más visibles en el desarrollo del célebre proyecto Manhattan, que concluiría con la construcción de la primera bomba atómica, poseía una asombrosa facilidad para resolver cierto tipo de problemas, como los que os describo en el primer párrafo. Partiendo de unos datos exiguos, era capaz de obtener unas buenas estimaciones, aproximaciones asombrosamente precisas a las soluciones de los problemas planteados. En su honor, a estos problemas o cuestiones se les llama problemas de Fermi. Y para resolverlos, Fermi trataba siempre de descomponer el problema original en otros más simples, lo desmenuzaba hasta que a cada uno de estos micro-problemas le podía asignar una respuesta sencilla.

Para explicaros en qué consisten estos problemas, os pondré un ejemplo de los que suelo proponer a mis estudiantes. Se trata de determinar o estimar el número aproximado de átomos que se encuentran en el cuerpo de un ser humano. No me negaréis que tiene enjundia, ¿verdad? ¿Entendéis ahora por qué digo lo que digo en los párrafos anteriores? ¿Cómo diablos se puede dar una solución aproximada a semejante cuestión? Pues, justamente eso, es lo que me dispongo a contar ahora mismo.

Bien, comencemos por el principio: ¿cuántos átomos hay en un cuerpo humano? Veamos, el cuerpo está formado por una serie más o menos diversa de elementos químicos constituyentes, pero no sabemos exactamente cuántos hay de cada tipo. Sin embargo, sí conocemos que un gran porcentaje de nuestro cuerpo es agua. Digamos, pues, como primera aproximación, que todo nuestro cuerpo está constituido por agua. Aun siendo este porcentaje del 60-70%, esto no quiere decir que cometamos un 30% de error, ya que justamente ese otro 30% está formado por otros átomos, aunque no sean de agua. Bien, un conocimiento básico de química nos dice que cada molécula de agua posee tres átomos: dos de hidrógeno y uno de oxígeno. El siguiente paso modesto es saber cuánto pesa una molécula de agua o, lo que es lo mismo, cada átomo que la constituye. Esto también lo aprendimos en el colegio. En un mol de agua hay el número de Avogadro (unos 600.000 trillones) de moléculas y cada mol pesa 18 gramos. Únicamente nos resta asumir un peso medio para un cuerpo humano. Pongamos 70 kg. Resulta trivial deducir que en un cuerpo humano hay, pues, unos 3900 moles de agua y, por tanto, 10²⁸ átomos, esto es, un 1 seguido de 28 ceros o, lo que es lo mismo, 10.000 cuatrillones. Problema resuelto.

Para que podáis apreciar la potencia del método de Fermi, vamos a llevar a cabo el mismo cálculo, pero esta vez teniendo en cuenta los distintos tipos de elementos químicos de los que está constituido un ser humano. Este dato concreto podemos sacarlo de la Wikipedia. Como allí dice, las abundancias relativas son las siguientes:

·       Hidrógeno 10,0 %

·       Oxígeno 65,0 %

·       Carbono 19,37 %

·       Nitrógeno 3,2 %

·       Calcio 1,38 %

·       Fósforo 0,64 %

·       Cloro 0,18 %

·       Potasio 0,22 %

Con estas proporciones de cada uno de estos nueve elementos y volviendo a suponer que el cuerpo humano promedio pesa unos 70 kg, se encuentra fácilmente que de ellos 7 kg serán de hidrógeno; 45,5 kg de oxígeno; 13,56 kg de carbono; 2,24 kg de nitrógeno; 0,97 kg de calcio; 0,45 kg de fósforo; 0,13 kg de cloro y 0,15 kg de potasio.

Si ahora acudimos a los valores de los pesos atómicos de cada uno de los anteriores ocho elementos de la tabla periódica y utilizamos el número de Avogadro, podremos calcular el número de átomos de cada especie. Así, se obtiene:

·       Hidrógeno 4,18 10²⁷ átomos

·       Oxígeno 1,71 10²⁷ átomos

·       Carbono 6,8 10²⁶ átomos

·       Nitrógeno 9,63 10²⁵ átomos

·       Calcio 1,46 10²⁵ átomos

·       Fósforo 8,75 10²⁴ átomos

·       Cloro 2,21 10²⁴ átomos

·       Potasio 2,31 10²⁴ átomos

Finalmente, tan sólo queda sumar las cifras anteriores. ¿El resultado? 6,7 10²⁷ átomos. ¿No os parece asombroso?

Cuatro razones que hacen al ADN una molécula tan inteligente

Está estructurado como una escalera, se abre y se cierra como una cremallera y codifica los datos como la clave Morse. Es el ADN, la molécula que contiene nuestra información genética, y cuya estructura se conoce desde hace 60 años.

La publicación de esa estructura, el 25 de abril de 1953, fue vital para entender cómo lleva a cabo sus tareas con tal efectividad.

En realidad, es difícil pensar en otra molécula que realice tantas funciones inteligentes con tan poco esfuerzo.

¿Qué es lo que hace que el ADN sea tan inteligente?

Entérese con estas cuatro razones que le presenta BBC Mundo.

Su fortaleza colectiva

Para ser una molécula tan grande, el ADN es muy estable y puede durar mucho tiempo si se mantiene en condiciones frías, secas y oscuras. Por eso ha sido posible extraer y analizar ADN recogido de especies que se extinguieron hace miles de años.

La estructura en doble hélice es la que hace que las moléculas de ADN no se deshagan.

Los científicos han estudiado los genes de especies antiguas como el mamut lanudo.

Esta estructura es como una especie de escalera torcida sobre sí misma.

Los pasamanos de la escalera están hechos de fosfato de azúcar, que le da su forma a la molécula y protege la información que transportan los "escalones" del interior. Cada unidad de fosfato de azúcar está pegada a la siguiente con un enlace covalente, que sólo puede romperse usando una gran cantidad de energía.

Entre los "pasamanos", enlaces más débiles de hidrógeno conectan las dos mitades de los escalones. Por sí solo, cada enlace de hidrógeno es débil, pero hay miles en una sola molécula de ADN, por lo que el efecto combinado es una fuerza estabilizadora extremadamente potente.

Es esta fortaleza colectiva del ADN la que ha permitido a los científicos estudiar los genes de especies antiguas como el mamut lanudo, extinto pero conservado en el hielo.

Una copiadora inteligente

Corrección de errores

Las consecuencias de leer o copiar información de manera equivocada puede ser desastrosa y causar deformidades en las proteínas.

Así que a medida que el ADN se replica, las enzimas llevan a cabo un trabajo de corrección y corrigen errores raros.

Ellas tienden a reparar el 99% de esos tipos de errores, y hay revisiones adicionales posteriores.

Para que crezcamos y nos regeneremos, nuestras células deben dividirse, pero cada célula necesita instrucciones sobre "cómo ser una célula".

El ADN ofrece estas instrucciones, por lo que debe copiarse a sí mismo antes de que se divida cada célula.

Y es la estructura inteligente la que permite esto. Los "escalones" de la escalera de ADN están hechos de cuatro tipos distintos de moléculas con base en el nitrógeno: A, T, G y C. Éstas forman pares complementarios. La A siempre se une con la T, y la G con la C.

Así que una parte de la doble hélice del ADN puede usarse como modelo para producir una parte que lo complemente a la perfección. Es como hacer una cremallera nueva para un abrigo, pero usando como base la mitad de la cremallera vieja.

La parte original y la nueva se unen para formar una nueva hélice, que es idéntica al original.

De manera inteligente, el ADN humano puede "replicarse" en cientos de puntos de la estructura al mismo tiempo, lo que acelera el proceso para una molécula muy larga.

Contorsionista molecular

"Cada uno de nosotros cuenta con suficiente ADN, si se estira en una línea recta, como para ir al Sol y de vuelta más de 300 veces."

El ADN es una de las moléculas más largas del mundo natural. Cada uno de nosotros cuenta con suficiente ADN, si se estira en una línea recta, como para ir al Sol y de vuelta más de 300 veces.

Sin embargo, cada núcleo celular debe tener dos metros de ADN, así que debe ser muy flexible. Se enrolla, casi como el cable de un teléfono, hasta formar apretadas estructuras complejas que se llaman cromatinas.

Y a pesar de estar agrupado de manera tan apretada, todavía puede acceder al material genético para crear nuevas copias y proteínas cuando sea necesario.

Dos metros de ADN se enrollan como el cable de un teléfono para que quepan en cada célula.

Las células humanas contienen 23 pares de cromosomas y cada uno tiene una larga molécula de ADN así como las proteínas que lo empaquetan.

No sorprende, entonces, que el ADN tenga que ser extremadamente flexible.

Esta forma doblada y empaquetada de ADN es aproximadamente 10.000 veces más corta que la línea de ADN si se estirara.

Por eso nos podemos dar el lujo de tener los planes para todo nuestro cuerpo en casi cada célula.

Base de datos biológica

"Apenas un gramo de ADN puede tener unos dos petabytes de datos, el equivalente a tres millones de CDs."

Los genes están formados por tramos de la molécula de ADN que a su vez tienen información sobre cómo construir proteínas, los fundamentos de la vida que forman todo lo que somos.

Las diferentes secuencias de los cuatro tipos de bases de ADN hacen "códigos" que pueden traducirse en los componentes de las proteínas, llamados aminoácidos.

Estos aminoácidos, en sus diferentes combinaciones, pueden producir al menos 20.000 proteínas diferentes en el cuerpo humano.

Podemos imaginarlo como la clave Morse. Ésta también utiliza sólo cuatro símbolos (punto, raya, espacio corto, espacio largo), pero es posible deletrear enciclopedias enteras con este código simple.

El ADN codifica los datos de manera similar a la clave Morse.

Apenas un gramo de ADN puede tener unos dos petabytes de datos, el equivalente a tres millones de CDs.

Eso es particularmente inteligente, en especial cuando se compara con otras moléculas que guardan información. Si se usa la misma cantidad de espacio, el ADN puede guardar 140.000 veces más datos que las moléculas de óxido de hierro (III), que guarda la información en los discos duros de los computadores.

El ADN puede ser minúsculo, pero entre sus propiedades se cuentan la estabilidad, la flexibilidad, la replicación y la habilidad de guardar ingentes cantidades de datos.

Por eso, debe ser una de las moléculas más inteligentes que conozcamos.

Con las enormes cantidades de datos que producen sistemas de computadores cada vez más grandes, las soluciones tradicionales para almacenar datos -como los discos duros magnéticos- se están volviendo voluminosos y pesados.

Los investigadores ya han utilizado el ADN para guardar información producida artificialmente. ¿Podría ser este el futuro del almacenamiento de datos?

 

Fuente:

 

BBBC Ciencia

Nanotecnología para estudiar la reparación de ADN

Hebras de ADN y proteínas AddAB responsables de la reparación del ADN en bacterias. | Fernando Moreno.

En las células humanas, tanto las actividades metabólicas habituales como los factores ambientales (exposición a luz ultravioleta o radiación), producen daños en el ADN. Nuestro organismo dispone de una serie de procesos reparadores de estas lesiones. Esta actividad correctora es compleja e importante ya que una pérdida en su efectividad da lugar al envejecimiento prematuro y a mutaciones, siendo estas últimas una de las principales causas de la aparición de cáncer.

Fernando Moreno junto al instrumento 'pinzas magnéticas'.

Fernando Moreno, investigador del Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC), ha encontrado respuestas a cuestiones clave en la reparación de ADN, utilizando estrategias basadas en técnicas de molécula individual.

Mónica Luna.- ¿Con qué frecuencia se produce una rotura en nuestro ADN?

Fernando Moreno.- La integridad de nuestro ADN está amenazada continuamente. Estas amenazas generan lesiones en el genoma y una fracción de éstas se convierte en cortes de la doble hebra del ADN. En una célula humana se produce, en promedio, del orden de 50 roturas de doble hebra al día. Por tanto, durante la media hora que dura esta entrevista, tendremos estadísticamente un corte en el genoma en cada una de nuestras células. Si consideramos el conjunto de todas las células que componen nuestro organismo, tenemos unos 100 trillones de roturas cada media hora.

M. L.- Estas cifras tan impresionantes hacen pensar que los mecanismos de reparación son robustos. ¿Cómo funcionan?

F. M.- Afortunadamente tenemos mecanismos de reparación del ADN muy sólidos y a la vez altamente complejos. Uno de estos mecanismos, denominado recombinación homóloga, utiliza el hecho de que cada cromosoma posee dos copias idénticas de su ADN. Podemos decir que uno es la copia de seguridad del otro. En el caso de doble rotura se utiliza la información del cromosoma compañero para recuperar la información perdida por la lesión. Todas estas operaciones las realizan proteínas y máquinas moleculares que son capaces de cortar, copiar, pegar etc... fragmentos o trozos de ADN en la cadena dañada.

Proteínas (gris) responsables del mantenimiento estructural de cromosomas. | F. Moreno.

M. L.- Resulta fascinante que este proceso tan complejo se realice con tanta frecuencia. ¿Qué parte del proceso estudian y cómo lo hacen?

F. M.- Una parte de nuestra investigación consiste en estudiar el primer paso de la recombinación homóloga. Éste consiste en convertir una cadena doble, fruto de un corte, en una molécula de hebra sencilla. Para ello unas proteínas, las helicasas, actúan como motores moleculares recorriendo el ADN con el fin de separar ambas hebras. Al mismo tiempo, unas enzimas denominadas nucleasas se encargan de cortar la hebra en el lugar adecuado. Nosotros estudiamos cómo ocurren estos procesos utilizando un instrumento denominado "pinzas magnéticas" y la técnica de microscopía de fuerzas.

M. L.- ¿Cuáles son las ventajas de utilizar estas técnicas?

F. M.- Te permiten estudiar cómo suceden estos procesos de reparación para una única molécula de ADN y una única proteína, proporcionando información que es inaccesible en experimentos bioquímicos convencionales. Estas técnicas permiten observar estados intermedios en una reacción sin necesidad de promedios de muchos eventos. Con las pinzas magnéticas estudiamos la dinámica de motores moleculares que se desplazan a lo largo del ADN en tiempo real. Podemos medir la velocidad a la que se desplazan o la fuerza que ejercen sobre el ADN. Podemos, por ejemplo, introducir daño deliberadamente y ver como estas proteínas reparadoras se comportan al encontrar este daño.

Esquema de unas pinzas magnéticas. | F. Moreno.

M. L.- ¿Cómo funcionan las pinzas magnéticas?

F. M.- Este aparato es capaz de manipular y estirar una molécula de ADN usando unos imanes muy potentes. Como el ADN es muy pequeño y además no es magnético lo que hacemos es unir uno de sus extremos a una esfera de una micra de diámetro que sí es magnética. El otro extremo del ADN está fijo a un punto de una superficie. Ahora si acercamos el imán a la esfera magnética lo que haremos será aplicar una tensión y estirar el ADN. A partir de las fluctuaciones y de la posición de la esfera magnética podemos calcular la fuerza que ejercen las proteínas reparadoras en la hebra de ADN y la velocidad a la que se desplazan por dicha hebra.

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El Mundo Ciencia

Materiales orgánicos complejos surgen de forma natural como subproducto de las estrellas

Vida prebiótica

Podríamos pensar que la mayor parte del universo es un vasto, frío e indiferente lugar, donde mandan los elementos… Pero estaríamos equivocados. Los astrónomos informan ahora que hay compuestos orgánicos de gran diversidad por todo el cosmos, y no son propiedad fundamental de la vida. ¿Somos simplemente “polvo de estrellas”? Puedes apostar que sí. ¡Los materiales orgánicos complejos pueden producirse en las estrellas!

Aunque estos compuestos orgánicos complejos guardan cierto parecido con el carbón y petróleo de la Tierra, están ahí fuera. El Profesor Sun Kwok y el Dr. Yong Zhang de la Universidad de Hong Kong han encontrado que hay compuestos orgánicos por todo el universo. Estos subproductos estelares son una mezcla de componentes aromáticos (en anillo) y alifáticos (en cadena) que recuerdan mucho a los combustibles fósiles – un remanente de la vida. ¿Esto te hace enarcar las cejas? Ya lo creo que lo hace. Significa que los “compuestos orgánicos complejos pueden sintetizarse en el espacio incluso si no hay formas de vida presentes”.

¿Cómo descubrió el equipo estos compuestos orgánicos? Durante la investigación, encontraron un pequeño misterio – un conjunto de emisiones infrarrojas no identificadas en estrellas, galaxias e incluso el espacio interestelar. Durante los últimos veinte años, esta firma espectral ha sido comúnmente aceptada como PAHs – moléculas de hidrocarburos aromáticos policíclicos. Utilizando el Observatorio Espacial de Infrarrojo y el Telescopio Espacial Spitzer, Kwok y Zhang han demostrado que hay más cosas ahí que simplemente un PAH… es mucho más complejo. A través de emisiones infrarrojas y estudios espectrales, el equipo ha demostrado que un evento de nova puede producir estos compuestos en un periodo de tiempo muy breve. Puede suceder en apenas semanas.

No sólo las estrellas producen materiales orgánicos complejos, sino que también los bombean al espacio interestelar. Y la idea no es nueva. Kwok había propuesto que las estrellas podrían ser fábricas de compuestos, y esta investigación apoya dicha visión. “Nuestro trabajo ha demostrado que las estrellas no tienen problemas para crear compuestos orgánicos complejos en las condiciones cercanas al vacío”, dice Kwok. “Teóricamente, es imposible, pero observacionalmente podemos ver que sucede”.

Pero eso no es todo. Estos tipos de materiales complejos se hallan también en meteoritos. Esto abre la prueba a la teoría de que la nebulosa solar primigenia puede también haber sido hogar de materiales orgánicos. ¿Podría ser ésta la “semilla espacial” que inició la vida en la Tierra? Sólo pregunto…

Tomado de:

Ciencia Kanija

El motor eléctrico más pequeño tiene sólo una molécula

Esquema del motor molecular. | Heather L. Tierney.

En la carrera por desarrollar dispositivos cada vez más pequeños, un equipo de científicos estadounidenses ha dado un importante paso al conseguir un motor eléctrico a partir de una única molécula. Se trata del motor más pequeño del mundo y como tal, sus creadores, ya han anunciado que los inscribirán en el libro Guinness de los Récords.

El estudio, liderado por científicos de la Universidad de Tufts, ha sido publicado en 'Nature Nanotechnology'. Las aplicaciones potenciales de este motor son numerosas ya que podría servir de base para desarrollar un nuevo tipo de dispositivos que podrían ser utilizados en campos como la medicina o la ingeniería.

El diámetro del nuevo motor eléctrico mide sólo un nanómetro. El récord hasta ahora era de 200 nanómetros. Para hacerse una idea de su diminuto tamaño, los científicos explican que un cabello humano tiene unos 60.000 nanómetros de diámetro.

"Ha habido progresos significativso en la construcción de motores impulsados por luz y reacciones químicas pero esta es la primera vez que se ha probado un motor molecular alimentado por electricidad", afirma Charles H. Skypes, profesor de Química de la Universidad de Tufts y autor principal de este estudio. "Hemos sido capaces de demostrar que es posible proporcionar electricidad a una única mólecula y conseguir que haga algo que no sea al azar", señala.

Los científicos utilizaron un microscopio de efecto túnel de baja temperatura (LT-STM), que utiliza electrones en lugar de luz para "ver" las móleculas. Consiguieron alimentar con electricidad una molécula que contenía azufre y átomos de hidrógeno y carbono y que había sido colocada en una superficie de cobre.

Los investigadores se dieron cuenta de que si controlaban la temperatura de la molécula podían producir un impacto directo en la rotación de la molécula. La temperatura más adecuada para guiar el movimiento del motor y analizar los datos fue de -450 º Fahrenheit (-232º Celsius).

El motor se mueve a velocidades más rápidas con temperaturas altas, haciendo más difícil medir los datos y controlarlo. Por ello, los investigadores todavía tienen que seguir trabajando para controlar mejor las temperaturas y poder desarrollar aplicaciones prácticas.

Fuente:

El Mundo Ciencia

Los meteoritos trajeron 'ladrillos' de ADN

El hallazgo apoya el origen extraterrestre de la bioquímica

El origen de la vida en la Tierra aún esconde secretos para la ciencia. Uno de los puntos de debate es si los bloques de la química de la vida se formaron in situ o si llegaron a bordo de meteoritos. De ser cierta esta segunda hipótesis, sería más fácil explicar cómo surgieron las enormes y complejas moléculas bioquímicas, ya que nuestro planeta se habría encontrado con parte del trabajo hecho, incluyendo componentes posiblemente escasos en la Tierra primitiva. Pero, además, esta siembra de semillas químicas pudo disparar la evolución de la vida no sólo aquí, sino en lugares como Marte, cuya primera infancia fue muy similar a la de la Tierra.

Un equipo de científicos de la NASA y de la Institución Carnegie de Washington ha allanado el camino a este posible origen extraterrestre de los ladrillos básicos de la vida. Analizando extractos de 12 meteoritos caídos en suelo terrestre, han hallado restos de nucleobases, los eslabones de la cadena del ADN. Hasta ahora había sido difícil determinar si la búsqueda de estos compuestos nitrogenados en los meteoritos podía dar con verdaderos ingredientes importados del espacio o con simples contaminantes terrestres, ya que tales elementos son omnipresentes en este planeta. Los investigadores creen haber establecido sin duda alguna que las nucleobases de las rocas espaciales son foráneas. Lo sustentan en dos pruebas: primero, tres de las moléculas encontradas son muy raras en la Tierra. Según el geofísico de Carnegie James Cleaves, uno de los autores del estudio que hoy publica PNAS, "encontrar compuestos de nucleobases que no son típicos en la bioquímica terrestre apoya fuertemente el origen extraterrestre". Segundo, estasnucleobases no se encontraron en muestras de los suelos y hielos donde se rescataron los meteoritos.

En paralelo, y para confirmar su hipótesis, los científicos simularon un entorno químico rico en cianuro de amonio, como el que debía de reinar cuando se formaron las moléculas espaciales, y el resultado fue un conjunto de nucleobases similar. En su estudio, los científicos señalan que, con este hallazgo, ya se ha confirmado la presencia en los meteoritos de ladrillos para construir proteínas, membranas celulares y, ahora, material genético. "Los meteoritos pueden haber servido como kits moleculares que suministraron ingredientes esenciales para el origen de la vida en la Tierra y posiblemente en otros lugares", concluyen los investigadores.

Fuente

Público Ciencia

Algunas plantas duplican su ADN para superar la adversidad

Foto: ALBERTO SALGUERO QUILES/WIKIMEDIA COMMONS

Investigadores de la Universidad de Illinois exponen en un nuevo estudio, publicado en la revista 'Ecology', que uno de los secretos del triunfo post-traumático de las plantas que han sido parcialmente comidas por animales de pastoreo radica en su capacidad para duplicar sus cromosomas una y otra vez, sin someterse a la división celular, ya que crecen más y más rápido y se reproducen con más éxito.

Si bien este proceso, llamado endorreduplicación, no es nuevo para la ciencia, ningún estudio anterior lo había examinado en relación con el crecimiento y capacidad reproductiva que se produce en muchas plantas, después de haber sido dañadas, según ha explicado el profesor de biología Ken Paige, de la Universidad de Illinois, responsable del estudio con el estudiante de doctorado Daniel Scholes.

"Si usted habla con un biólogo molecular, puede saber lo que es la endorreduplicación, pero no lo ha visto nunca desde la perspectiva del éxito reproductivo de las plantas", ha señalado Scholes. "Hemos tratado de vincular ambos y hemos descubierto de que existe una relación", ha detallado.

Los investigadores estudiaron la Arabidopsis thaliana (en la imagen), una planta de flores perteneciente a la familia de la mostaza, que en repetidas ocasiones duplica sus cromosomas en algunos tipos de célula. La planta comienza su crecimiento con sólo diez cromosomas --cinco de cada padre-- pero después de las duplicaciones, algunas células llegan a contener hasta 320 cromosomas.

Los investigadores compararon el contenido de ADN de dos cultivares de A. thaliana que suelen ser ingeridos por animales de pastoreo. De las 160 muestras de cada cultivar estudiado, la mitad fueron de pasto artificial (por recorte de sus tallos centrales) y la otra mitad no. Uno de los cultivares, llamado "Columbia", se recuperó notablemente, sus tallos y hojas crecieron rápidamente y produjeron más semillas que las plantas sin recortar. En el otro cultivar, llamado "Landsberg Erecta", el crecimiento se mantuvo estable después de cortar y se redujo el nivel de producción de semillas.

Un análisis de la cantidad de cromosomas en los tejidos de cada tipo de planta antes y después del recorte de Columbia reveló que fue capaz de recuperarse en parte por la aceleración de la endorreduplicación en algunos tejidos. Su hermana cultivar, "Landsberg Erecta" sin embargo, no lo hizo.

"El contenido de ADN total se eleva en una de las variedades después de cortar, pero esto no cambia en la otra", ha señalado Paige, que ha añadido que "ese impulso adicional es lo que aumenta su éxito reproductivo".

El contenido de ADN adicional podría permitir que las plantas aumenten la producción de proteínas necesarias para el crecimiento y la reproducción, ha indicado Schole. Más ADN también significa mayores células. "Si existe más ADN en el núcleo, habrá un mayor volumen nuclear, lo que hace que las células consigan ser mayores", añade. El aumento en el tamaño de las células individuales puede dar lugar a un aumento en el tamaño de la planta entera.

En los primeros estudios llevados a cabo a lo largo de 30 años, Paige encontró que, incluso en entornos naturales, las plantas pueden desarrollar la capacidad de recuperarse después del pastoreo. "Hemos observado a plantas de generación en generación, así que sabemos que las que sirven de pasto en realidad obtienen ventaja reproductiva tres veces más que las que no", ha detallado. "Ahora estamos empezando a comprender los mecanismos moleculares que hacen esto posible", ha concluido.

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Europa Press

Encuentran la razón por la que se nos olvidan las cosas con la edad

La corteza prefrontal es la encargada de las funciones cognitivas.

Con el paso de los años es fácil comenzar a olvidar dónde dejamos las llaves del auto o el nombre de esa persona que vemos a menudo.

Ahora, una nueva investigación descubrió la causa de este "déficit cognitivo" en la llamada memoria de trabajo y afirma que es probable que pueda revertirse.

Los científicos de la Universidad de Yale, Estados Unidos, encontraron que las redes neurales en el cerebro de personas de mediana edad y edad avanzada tienen conexiones más débiles y se activan con menos intensidad que las de los cerebros jóvenes.

Y tal como expresan en la revista Nature, los experimentos que llevaron a cabo con animales mostraron que es posible revertir esa pérdida con un fármaco que actualmente se usa para tratar la hipertensión.

A medida que la gente envejece tiende a olvidar cosas más a menudo o se distrae más fácilmente con cualquier cosa. Y también presenta más dificultades para llevar a cabo ciertas funciones cognitivas.

Aunque durante mucho tiempo se ha sabido que estos "déficits" están vinculados a la edad, hasta ahora se desconocía cuáles son las causas biológicas de esta pérdida cognitiva.

Memoria de trabajo

Los investigadores del Instituto Kavli para Neurociencia de la Universidad Yale llevaron a cabo estudios con monos jóvenes, de mediana edad y de edad avanzada para analizar cómo la actividad de las neuronas en la corteza prefrontal -el área del cerebro responsable de las funciones cognitivas y resolución de problemas- cambia con el envejecimiento.

Los animales fueron sometidos a varias tareas en las que debían usar su memoria de trabajo, como recordar dónde estaban objetos, organizar funciones o llevar a cabo varias tareas a la vez.

Encontraron que en los animales jóvenes las conexiones neurales de esta área cerebral eran capaces de mantener "descargas" de alta frecuencia durante los experimentos de memoria de trabajo.

Pero las neuronas de los animales de más edad mostraron descargas más débiles y de menor duración.

Sin embargo, cuando los científicos repitieron los experimentos bloqueando las señales neuronales con un compuesto quimico, lograron revertir el deterioro celular a un nivel de actividad similar al de animales jóvenes.

Los científicos creen que con el envejecimiento se acumulan niveles excesivos de una molécula, llamada cAMP, lo cual quizás provoca un debilitamiento de las señales neuronales.

Y con ciertos compuestos químicos capaces de bloquear o inhibir la actividad de esta molécula se pueden revertir los patrones de comunicación de las neuronas para mejorar su función.

"Los déficits cognitivos relacionados a la edad pueden tener un serio impacto en nuestras vidas" afirma la profesora Amy Arnsten, quien dirigió el estudio.

"La gente a menudo necesita llevar a cabo funciones cognitivas mayores para satisfacer incluso sus necesidades más básicas, como pagar las cuentas o revisar sus registros médicos".

"Estas capacidades son críticas para mantener una carrera o ser capaz de vivir de forma independiente cuando envejecemos", agrega.

Según los investigadores ya existen compuestos capaces de mejorar la función de las conexiones neuronales.

Uno de ellos es un fármaco llamado guanfacine que actualmente se utiliza como tratamiento de hipertensión y que podría inhibir a la molécula cAMP para restaurar la memoria de trabajo.

Sin embargo, tal como señalan los investigadores, antes de poder utilizar cualquier medicamento será necesario comprobar los resultados en estudios amplios con humanos.

Fuente:

BBC Cien

La definición de la vida: El debate aún gira alrededor del arsénico

La vida en la Tierra está compuesta por un puñado de elementos esenciales de la tabla periódica. Recientemente, un grupo de investigadores afirmó que esta lista de ingredientes debería ampliarse, al haber encontrado una bacteria que, presumiblemente, intercambia fósforo por el venenoso arsénico.

Otros científicos se muestran escépticos, pero aún así consideran la idea de cambiar las reglas del libro de la bioquímica.

El cuerpo humano contiene alrededor de 60 elementos, pero sólo un tercio de ellos se consideran necesarios para la supervivencia. Mirando a través de todas las especies, los elementos más fundamentales son el carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre, ya que estos forman las moléculas básicas de la vida terrestre: ADN, proteínas e hidratos de carbono.

Por esto es por lo que el pequeño microbio GFAJ-1, ha causado tanto revuelo. Fue aislado del Lago Mono, rico en arsénico, de California por Felisa Wolfe-Simon, del Instituto de Astrobiología de la NASA, y sus colegas. En un reciente artículo de la revista Science, los investigadores informaron de que GFAJ-1 parece que puede construir su ADN y proteínas con arsénico en zonas en las que, por lo general, tiene fósforo.

El arsénico se encuentra justo debajo del fósforo en la tabla periódica, debido a que sus composiciones químicas son similares. Pero esta es exactamente la razón por la que el arsénico es tan mortal: sustituye al fósforo en las reacciones químicas, pero los compuestos de arsénico resultantes son un pobre sustituto.

La afirmación sobre GFAJ-1 “parece ser incompatible con 150 años de comprensión de la química del arsénico”, dice William Rufus-Bains de la Rufus Scientific en Cambridge, Reino Unido y el MIT.

Muchos científicos, al igual que Bains, sostienen que GFAJ-1 sobrevive en condiciones ricas en arsénico secuestrando el elemento en algún lugar de su célula. No creen que haya suficientes elementos de juicio aún para decir si la bacteria está en realidad codificando sus genes en ADN unido por arsénico.

“El ADN de arsénico es excepcional, por lo que exige pruebas excepcionales”, dice Steve Benner de la Fundación para la Evolución Molecular Aplicada.

Sin embargo, Benner y Bains no son inmunes a la idea de una vida escrita con una fórmula química diferente. Simplemente creen que es probable que ocurra en un mundo completamente diferente.

La bioquímica en Titán

Benner, por su parte, ha tratado de fabricar ADN de arsénico en el laboratorio, pero sin suerte. Culpa al hecho de que los ésteres de arsénico se rompen mil billones de veces más rápido que los ésteres de fósforo. (Estos ésteres son necesarios para la columna vertebral del ADN.)

Sin embargo, esto no descarta completamente el papel del arsénico en la biología. En la luna Titán de Saturno, donde las temperaturas rondan los -180 grados Celsius, el arsénico podría hacer una buena sustitución.

“Las moléculas que contienen fósforo serían muy estables en Titán”, dice Benner. “La reactividad del arsénico, en este caso, se convierte en una virtud.”

Titán tiene otras propiedades que lo convierten en un interesante banco de pruebas para las teorías alternativas sobre la vida. Dirk Schulze-Makuch de la Universidad Estatal de Washington ha considerado los lagos de metano y etano líquido que salpican el paisaje de Titán.

“Podemos preguntarnos: ¿qué podría vivir allí?” dice Schulze-Makuch. “¿Cómo de diferente puede ser la vida?”

El metano a menudo ha sido considerado como un posible sustituto para el agua como líquido para mantener la vida. Las grandes moléculas complejas a menudo se desintegran en el agua, pero eso es un problema menor en el metano y otros solventes hidrocarburos, explica Schulze-Makuch. Otra diferencia es que el carbono podría no ser el único elemento a elegir.

“El silicio funciona muy bien con el metano”, comenta Schulze-Makuch.

El silicio se encuentra por debajo del carbono en la tabla periódica, por lo que puede formar muchas de las mismas estructuras moleculares complejas por las que es famoso el carbono.

El silicio es el segundo elemento más abundante en la corteza de la Tierra (superando en número a los átomos de carbono en un factor de 1000), y sin embargo ninguno de nuestros vecinos son formas de vida basadas en el silicio. La razón es que el silicio normalmente forma óxidos de silicio en el agua, y con el tiempo estos óxidos se convierten en roca, que es un callejón sin salida para la bioquímica del silicio.

Sin embargo, en un paisaje frío donde el agua se congela, se pueden imaginar análogos de silicio de nuestros productos bioquímicos surgiendo a partir de una sopa primordial de metano o nitrógeno líquido. Bains está actualmente estudiando esta posibilidad.

Extremos de habitabilidad

Todo esto es terreno conocido para los fans de Star Trek. En el episodio de 1967 “Devil in the Dark”, el Dr. Spock se hace amigo de una forma de vida basada en silicio llamada Horta.

Un intento aún anterior de imaginar los límites de la bioquímica alienígena fue la novela de 1953 de ciencia ficción Iceworld de Hal Clement, en la que un planeta súper-caliente alberga vida que respira azufre gaseoso y bebe cloruro de cobre.

Ahora tenemos la prueba de que existen planetas súper-calientes como éste y son, tal vez, muy comunes. El primer exoplaneta rocoso confirmado, Kepler 10b, orbita tan cerca de su estrella madre que las temperaturas de la superficie se estima que se elevan por encima de 1000 grados Celsius, lo suficiente como para fundir el hierro.

“¿Es razonable buscar vida en el lado diurno de Kepler 10b?”, pregunta Bains. Él no cree que lo sea, pero evaluar la vida en ambientes aparentemente imposibles puede ayudar a los astrobiólogos a reducir su búsqueda.

“Si gente como yo puede gastar unas cuantas personas-año tratando de averiguar si es imposible o no la vida en Plutón, y ahorrar a los astrónomos observacionales años de trabajo y cientos de millones de dólares a la NASA en nuevos satélites que la busquen, parece un esfuerzo que vale la pena hacer”, comenta Bains.

Remodelando la cubierta de la química

Además del silicio, también se han considerado otros intercambios de elementos. Una combinación de nitrógeno y el fósforo pueden formar un conjunto diverso de moléculas de cadena larga y, por lo tanto, podrían reemplazar al carbono en, por ejemplo, un planeta con una atmósfera de amoniaco. El boro, también tiene propiedades similares a las del carbono, pero hay relativamente poco de este elemento ligero en el universo.

El papel del oxígeno en la química orgánica podría ser llenado por el cloro o el azufre. De hecho, algunos microbios se sabe que reemplazan de vez en cuando un de oxígeno de su ADN con azufre. Lo que es aún más común es que el propio azufre pierda su lugar por el selenio en algunas proteínas en particular.

Sin embargo, Bains y Schulze-Makuch hacen hincapié en que el intercambio que los científicos han observado en la biología de la Tierra sólo es ocasional. Ninguno de estos organismos podría sobrevivir a una sustitución completa. Como cuestión de hecho, los experimentos han demostrado que la sustitución del hidrógeno por su isótopo el deuterio enfermaría a un microbio e incluso mataría a un animal más grande. Esto es algo sorprendente, ya que el deuterio tiene esencialmente las mismas propiedades químicas que el hidrógeno.

“Cualquier intercambio de elementos tiene que venir acompañado de cambios importantes en todo lo demás”, dice Benner.

Así que si vas a soñar con su hipotética bioquímica, tienes que empezar de cero y demostrar cómo pueden unirse los ingredientes elementales para hacer un conjunto diverso de moléculas grandes con las que la evolución pueda jugar.

“Debemos tener la mente muy abierta dado que sólo conocemos un tipo de vida”, señala Schulze-Makuch. “No vamos a sacar nada fuera de la lista todavía”.

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Autor: Michael Schirber
Fecha Original: 18 de febrero de 2011
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Ciencia Kanija

Burbujas recubiertas de arcilla pueden haber formado las primeras protocélulas

El descubrimiento de vesículas de arcilla inorgánica semi-permeable indica que los minerales podrían haber desempeñado un papel clave en los orígenes de la vida.

Un equipo de físicos aplicados de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard (SEAS), Princeton y Brandeis han demostrado la formación de vesículas semi-permeables a partir de la arcilla inorgánica.

La investigación, publicada esta semana on-line en la revista Soft Matter, demuestra que las vesículas de arcilla proporcionan un contenedor ideal para la compartimentación de las moléculas orgánicas complejas.

Los autores dicen que el descubrimiento abre la posibilidad de que las células primitivas puedan haberse formado dentro de micro-compartimentos en la arcilla inorgánica.

Hay mucho trabajo, que data de hace varias décadas, que explora el papel de las burbujas al concentrar moléculas y nanopartículas para permitir que tenga lugar una química interesante”, dice el autor principal Anand Bala Subramaniam, candidato doctoral en SEAS.

“Ahora hemos proporcionado un mecanismo físico completo para la transición de un sistema de burbujas de arcilla-aire de dos fases, el cual impide cualquier química en fase acuosa, a un sistema de vesícula de arcilla en fase acuosa”, dice Subramaniam, “creando una vesícula semi-permeable a partir de materiales que están fácilmente disponibles en el entorno”.

“Las burbujas recubiertas de arcilla” se forman de manera natural cuando las partículas en forma de placas de montmorillonita se agrupan en la superficie exterior de burbujas de aire bajo el agua.

Cuando las burbujas de arcilla entran en contacto con líquidos orgánicos simples como el etanol y el metano, que tienen una tensión superficial menor que el agua, el ´líquido moja las placas solapadas. Conforme se humedece la superficie interna de la capa de arcilla, la burbuja de aire interno perturbado se disuelve.

Los científicos han estudiado la montmorillonita, una abundante arcilla, durante cientos de años, y se sabe que el mineral sirve como catalizador químico, animando la formación de membranas por parte de los lípidos y la unión de nucleótidos en hebras de ARN.

Debido a que los liposomas y ARN habrían sido precursores esenciales de la vida primigenia, Subramaniam y sus coautores sugieren que los poros en las vesículas de arcilla realizan la doble tarea de ser puntos de entrada y lugares de catálisis.

“La conclusión aquí es que las pequeñas moléculas de ácidos grasos entran y se auto-ensamblan en estructuras mayores, y luego no pueden salir”, dice el investigador principal Howard A. Stone, Profesor Dixon de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial en Princeton y antiguo miembro del profesorado de Harvard. “Si hay un beneficio en quedar protegido por una vesícula de arcilla, ésta es una forma natural de favorecer y seleccionar las moléculas que pueden auto-organizarse”.

Futuras investigaciones explorarán las interacciones físicas entre las partículas de arcilla en forma de placa, y entre los líquidos y la arcilla. Los investigadores también están interesados en ver si estas vesículas de arcilla pueden, de hecho, encontrarse actualmente en el entorno natural.

“Si las vesículas de arcilla desempeñaron un papel significativo en el origen de la vida es algo que, desde luego, desconocemos”, dice Subramaniam, “pero el hecho de que sean tan robustas, junto con las propiedades catalíticas bien conocidas, sugieren que pueden haber tenido algún papel”.

Los coautores de Subramaniam y Stone son Jiandi Wan, de la Universidad de Princeton, y Arvind Gopinath, de la Universidad de Brandeis.

La investigación fue patrocinada por el Harvard Materials Research Science and Engineering Center, y apoyada por el Harvard Center for Brain Science Imaging Facility.

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Ciencia Kanija

Fabrican ADN artificial que mantiene vivas a las células

Se trata de un nuevo paso de la biología sintética hacia la creación de vida artificial.

Michael Hecht en su laboratorio. Fuente: Universidad de Princeton.

Un equipo de científicos de la Universidad de Princeton, en Estados Unidos, ha conseguido crear un ADN sintético que, insertado en células de la bacteria Escherichia coli que carecían de ciertos genes necesarios para la supervivencia en entornos desfavorables, logro que dichas células sobrevivieran.

Aunque aún no se ha conseguido determinar el mecanismo que posibilitó esta supervivencia celular, los investigadores señalan que éste ha sido un gran paso para la biología sintética, que nos acerca a la creación de vida artificial.

El pasado mes de mayo, se hizo público un avance alcanzado por científicos del Instituto J. Craig Venter, de Estados Unidos, en el terreno de la biología sintética, una disciplina que consiste en la síntesis de biomoléculas o ingeniería de sistemas biológicos con funciones nuevas que no se encuentran en la naturaleza.

Lo que los investigadores norteamericanos consiguieron entonces fue que un genoma sintético, creado por ellos mismos mediante síntesis química, controlase las funciones de una célula bacteriana.

Secuencias rescatadoras

En concreto, los científicos sustituyeron el genoma de la bacteria Mycoplasma capricolum por otro sintético con la secuencia del de la especie Mycoplasma mycoides. Como consecuencia, la primera bacteria comenzó a auto-replicarse como la segunda.

Ahora, otro equipo de investigadores, en este caso de la Universidad de Princeton, en Estados Unidos, dirigidos por el profesor de química de dicha universidad Michael Hecht, ha dado un paso más en este terreno.

Estos investigadores han conseguido demostrar que secuencias de ADN diseñadas en laboratorio y distintas de cualquier otra secuencia encontrada en la naturaleza pueden “rescatar” a algunas células, al producir proteínas que sostienen la vida de la misma manera que las produce la naturaleza, publica la Universidad de Princeton en un comunicado.

Según explica Hecht, estas secuencias de ADN sustitutas no fueron aleatorias sino que se diseñaron intencionadamente para su inserción en células que habían perdido genes necesarios para la supervivencia celular, en entornos poco favorables.

Cuatro cepas supervivientes

Según se explica en la revista Scientificamerican, Hecht y sus colaboradores utilizaron para su estudio 27 cepas de una famosa bacteria que se encuentra generalmente en los intestinos humanos: la Escherichia coli.

Estas cepas carecían de genes responsables de su supervivencia en ciertas condiciones, incluidas las de alimentación limitada. Los investigadores introdujeron en las células de la Escherichia coli más de un millón de secuencias de ADN sintético, cada una de ellas para la codificación de una proteína.

Según Hecht, era de esperar que: “si le dábamos a las células una oportunidad de escoger uno de nuestros genes, y si ese gen les permitía sobrevivir bajo las condiciones establecidas, entonces esas células formarían una colonia en la que el resto de células vecinas (que no contaban con el ADN sintético) morirían”.

Efectivamente, después de varios días de incubación, cuatro cepas experimentales individuales habían formado colonias, mientras que las células de un grupo de control habían perecido.

Los científicos comprobaron posteriormente estos resultados, con el fin de asegurar que las células supervivientes habían sobrevivido gracias al gen incorporado, y que la supervivencia no era resultado de mutaciones de adaptación en los cromosomas originales.

Para ello, purificaron el ADN de las nuevas colonias e insertaron en él nuevas células con la misma ausencia genética original.

Nuevas herramientas para la vida

“Hicimos esto una y otra vez para asegurarnos de que el fenotipo (expresión del genotipo en un determinado ambiente, en este caso, “capacidad de supervivencia”) era producto del genotipo que nosotros habíamos colocado en las células”, afirma Hecht. Los resultados confirmaron que el gen sintético incorporado fue el causante de la supervivencia de las células.

Los científicos aún no han podido establecer el proceso por el cual las células sobrevivieron. Se cree que el mecanismo que mantuvo viva a las células podría ser completamente diferente a los mecanismos hasta ahora conocidos.

Hecht señala que experimentos destinados a elucidar dicho mecanismo están en camino y que resultarán “verdaderamente importantes”. Su descubrimiento podría servir para acercarnos más a la creación de vida artificial, constituida por sistemas vivos generados con elementos no derivados de la naturaleza, sino diseñados y sintetizados en laboratorio.

Otra de las cuestiones clave pendientes sobre el genoma artificial sería la siguiente: ¿Podríamos mantener la vida con herramientas completamente nuevas? La investigación de Hecht y sus colaboradores se centra ahora en tratar de responder a estas cuestiones.

Los científicos han detallado los resultados de la presente investigación en un artículo recientemente aparecido en la revista Plos One.

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Estrategia y Negocios

Células que calculan

Investigadores españoles abren una nueva vía hacia los ordenadores biológicos

Los investigadores Eulalia de Nadal, Ricard Solé, Francesc Posas, Sergi Regot, Javier Macia y Nuria Conde (de izquierda a derecha) en la Universidad Pompeu Fabra.- UPF

Una red de células modificadas que puede hacer cálculos complejos representa una nueva vía hacia los ordenadores biológicos que proponen científicos españoles, en lo que representa un avance importante en el campo de la biología sintética. Los investigadores, en su mayor parte de la Universidad Pompeu Fabra de Barcelona, han diseñado y construido redes de computación biológica distribuida con levaduras (organismos unicelulares) modificadas genéticamente que se pueden combinar de muchas maneras distintas, en las que las conexiones son moléculas. Cada red básica define una función lógica y la combinación de las células y de sus conexiones permite construir dispositivos sintéticos cada vez más complejos. Los resultados del trabajo, liderado por Ricard Solé y Francesc Posas, se publican en la revista Nature.

Las células pueden recibir señales de otras y de fuentes externas, o solamente de fuentes externas y también pueden producir moléculas.

El primer circuito que diseñaron fue una puerta lógica AND con dos tipos de células que responden a dos estímulos (el cloruro de sodio y el estradiol) y una feromona como conexión. La presencia del cloruro de sodio estimula una célula para que produzca la feromona, que es recibida por la segunda célula. Además, esta es sensible al estradiol y cuando recibe los dos estímulos y solo entonces, da lugar al producto final deseado, que puede ser una proteína fluorescente. De forma similar implementaron una puerta OR y posteriormente las otras funciones booleanas, reutilizando los componentes de las anteriores.

Hasta ahora la biología sintética había intentado diseñar ordenadores vivos a partir de los conceptos básicos de la electrónica, recuerdan los investigadores. Esta aproximación tenía el problema de cómo conectar las diferentes partes de los circuitos. En electrónica esta conexión se consigue mediante un cable que transmite la electricidad entre elementos separados en el espacio, cosa que no se puede reproducir en un sistema vivo, por lo que había fracasado hasta ahora como principio de diseño y no se había alcanzado uno de los objetivos de la biología sintética: la combinación de diferentes partes para conseguir objetivos complejos.

En el actual trabajo se ha resuelto el problema con una nueva teoría que permite construir circuitos avanzados utilizando células vivas como unidades básicas y muy pocas conexiones. Es un sistema, señalan los investigadores, que permite crear muchos circuitos diferentes con un mínimo de células existentes. Además, una vez un circuito está establecido, es susceptible de ser reprogramado añadiendo únicamente un determinado compuesto en el medio de cultivo. La capacidad de respuesta de estos sistemas se podría aplicar a la detección de moléculas y su posterior degradación, a la interacción con determinadas células diana y su control y al diseño de poblaciones celulares con capacidad de comportarse como tejidos artificiales.

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El País Sociedad

Bombas atómicas, bacterias y delfines

Miércoles, 30 de junio de 2010

Bombas atómicas, bacterias y delfines

Leó Szilárd y Aaron Novick. Hace 60 años inventaron el quimiostato.

Si le preguntara a un físico quién fue Leó Szilárd es probable que me respondiera: fue el extraterrestre que ideó la bomba atómica. Pero si le preguntamos a un microbiólogo industrial respondería: fue el extraterrestre que inventó el quimiostato.

Esto último no lo hizó el solo, sino en compañía del químico Aaron Novick, uno de los pioneros de la Biología Molecular. Ambos se habían conocido en 1943 durante el desarrollo del "Proyecto Manhattan". El trabajo de Novick versaba sobre la purificación del plutonio, material con el que se construyó la bomba arrojada sobre Nagasaki. Después de la Segunda Guerra Mundial muchos de los científicos que habían estado involucrados en el desarrollo de las armas atómicas comenzaron a renegar de ellas y a trabajar en aras de la paz. Además de llevar a cabo diversas campañas de concienciación social también comenzaron utilizar sus neuronas en el campo de la Biología. Szilárd y Novick comenzaron su colaboración en 1947, y se centraron en entender el crecimiento bacteriano y como sacar provecho del mismo.

Esquema muy simplificado de un quimiostato aeróbico. La tubería superior añade medio fresco en el cultivo microbiano. La tubería inferior actúa como un aliviadero o rebosadero. Nótese que el mismo volumen que entra en el quimiostato sale por la parte inferior. (origen de la imagen)

Tomando como base la ecuación conocida como "Primera Ley de Monod" en el año 1950 consiguieron desarrollar el quimiostato, un tipo de biorreactor en el que los microorganismos de su interior se encuentran creciendo exponencialmente de manera constante. Es lo que se llama un cultivo continuo. El quimiostato permite controlar de modo independiente la concentración celular del interior y la velocidad de crecimiento del cultivo. La velocidad de crecimiento se controla ajustando la velocidad de dilución. En el quimiostato entra medio nutritivo fresco al mismo tiempo que sacamos medio nutritivo usado. Cuanto más alta sea la velocidad de dilución más rápidamente deben de crecer las células. La concentración celular se controla variando la concentración del nutriente que entra. Cuanta más comida entra, más células habrá dentro del quimiostato.

Esquema simple del proceso de depuración de aguar residuales. (origen de la imagen)

Y eso ¿para qué sirve? Bueno, para muchas cosas. Podríamos decir que sin los quimiostatos no existiría biotecnología industrial. Pero probablemente su aplicación más conocida es para la depuración de aguas, ya sea mediante procesos aeróbicos o anaeróbicos. Una estación depuradora de aguas es una especie de quimiostato en el que el "medio de cultivo fresco" es el agua residual que entra en la planta y que sirve para alimentar a los fangos activos (los microorganismos). Posteriormente se retiran los fangos del agua mediante decantación y así conseguimos agua depurada.

En 1961, Szilárd publicó un libro titulado "The voice of the dolphins" en el que debatía diversos aspectos de la Guerra Fría. La historia corta que da título al libro versa sobre un futuro en el que la raza humana se ha extinguido y los delfines son los nuevos seres inteligentes del planeta (*). En dicho relato, Szilárd imaginaba un laboratorio internacional de Biología, situado en la Europa Central. La idea se hizo realidad en 1962 con el nacimiento del Laboratorio Europeo de Biología Molecular (EMBL). La biblioteca del EMBL fue bautizada Biblioteca Szilárd y en su sello aparecen los delfines.

(*) Una visión más optimista basada en la narración de Szilárd se puede encontrar en el cómic "Fragmentos de la Enciclopedia Délfica"

Fuente:

Curiosidades de la Microbiología