09 enero, 2013

¿Por qué se arrugan las yemas de los dedos cuando se sumergen mucho tiempo en el agua?

Hasta ahora creía que era debido al fenómeno de osmosis. Sin embargo, un estudio publicado hoy en Biology Letters propone una explicación alternativa mucho más convincente…

dedos

Desde hace cientos —o tal vez miles— de años, los humanos han visto con extrañeza cómo sus dedos se arrugan cada vez que son sumergidos en el agua por largos periodos de tiempo. Nosotros mismos nos percatamos de este suceso cada vez que nos damos un baño caliente o un chapuzón en la piscina.

La explicación más popular le echaba la culpa a la osmosis: un fenómeno físico típico de las membranas semipermeables, las cuales dejan pasar sólo determinados iones o moléculas de una solución. En este caso, las células que forman parte de la capa externa de la piel dejan pasar el agua provocando un hinchamiento y arrugamiento de la yema de los dedos.

Sin embargo, en la década de 1930, se hizo un inesperado descubrimiento: si los nervios de los dedos estaban dañados o si la piel que recubría la yema de los dedos era cortada y reinjertada, simplemente no se daba el arrugamiento. Esto apuntaba a que el cambio en la textura de la piel era, en realidad, una reacción involuntaria o reflejo del sistema nervioso autónomo del cuerpo y no un producto de la osmosis.

Entonces, si el arrugamiento es un proceso activo gobernado por un nervio, este debería tener alguna función evolutiva. En el 2011, el Dr. Mark Changizi, un neurobiólogo de los laboratorios 2AI en Idaho (EEUU), propuso una interesante teoría. Para él los pliegues y las arrugas en los dedos mejoran el agarre de objetos húmedos o sumergidos bajo el agua tal como los surcos de los neumáticos mejoran la tracción de los autos de Fórmula 1 en pistas mojadas.

Como la hipótesis se veía bastante atractiva, el biólogo evolutivo Tom Smulders de la Universidad de Newcastle (Inglaterra) decidió probarla a través de un ingenioso experimento.

Smulders y sus colegas reclutaron a un grupo de voluntarios para que recogieran 45 diferentes objetos —canicas y plomos de pesca— de una bandeja con su mano derecha y los pasaran a su mano izquierda a través de un pequeño agujero. Un grupo de los participantes tendrían los dedos secos y el otro grupo los dedos arrugados después de ser sumergidos en agua tibia por 30 minutos. El primer experimento consistía en recoger los objetos mojados y el segundo experimento en recoger los mismos objetos pero secos.

Los resultados del primer experimento mostraron que el grupo de los dedos arrugados recogieron los objetos húmedos un 12% más rápido que el grupo que tenía los dedos secos. Mientras que en el segundo experimento, no se observaron diferencias significativas entre los dos grupos de participantes. De esta manera, Smulders demostró el arrugamiento de la yema de los dedos mejora el agarre de los objetos cuando están húmedos.

La importancia evolutiva radicaría en que las arrugas ayudaron a nuestros antepasados a colectar las plantas húmedas que crecían cerca a la rivera de los ríos. De manera análoga, la arruga en los dedos de los pies evitaba que resbalaran durante las lluvias.

Aún queda precisar cómo las arrugas mejoran el agarre de los dedos. Una hipótesis dice que estas proporcionan una mayor área de contacto entre los dedos y los objetos. Otra hipótesis sugiere que ayudan a canalizar el agua lejos de la yema de los dedos evitando así que los objetos se deslicen. Incluso una hipótesis plantea que la exposición prolongada al agua hace que la piel libere aceites que aumentan la fricción de los dedos.

Si bien las arrugas nos confieren una ventaja con los objetos húmedos pero ninguna desventaja con los objetos secos, no está claro por qué nuestros dedos no se mantienen siempre arrugados. La explicación que da Smulders es que las arrugas podrían disminuir la sensibilidad en la punta de nuestros dedos o aumentar las probabilidades de sufrir daños cuando se atrapen objetos.


Referencia:

Kareklas, K., Nettle, D. & Smulders, T. V. Biol. Lett. doi: 10.1098/rsbl.2012.0999 (2013).

Vía | ScienceNOW & Nature News.

04 enero, 2013

Las enfermedades y la evolución humana

mosquito01

Ningún ser vivo puede vivir aislado de otro. Hasta la bacteria más simple necesita de compañía para poder sobrevivir. Y ni que hablar de los virus, que a pesar de encontrarse en el limbo entre lo vivo y lo inerte, necesariamente deben infectar a otro organismo para poder multiplicarse.

Todos los seres vivos habitamos regiones o espacios con condiciones ambientales específicas que pueden ser estables por largos periodos de tiempo o altamente cambiantes de un año para otro. Muchos de estos ambientes son compartidos por varias especies a la vez. Esta interacción puede traer consigo la aparición de simbiontes y comensales, de parásitos y hospederos, de depredadores y presas, que finalmente moldearán la evolución de todas las especies del planeta.

La influencia de la dieta

Es interesante ver que cuanto más relacionadas están las especies, hay más probabilidades de que compartan los mismos comensales y parásitos, ya sean beneficiosos como los de la flora intestinal o perjudiciales como las tenias y las ladillas. Por ejemplo, la microbiota intestinal depende de muchos factores tales como la dieta, la geografía, la fisiología del hospedero, el estado de salud y las características del mismo intestino; y es debido a esto que también muchas veces encontramos discordancias entre las relaciones filogenéticas de los hospederos y de sus comensales [1].

La figura muestra una representación esquemática del impacto que tiene la filogenia de los hospederos, la morfología del tracto digestivo y sus respectivos tipos de dieta, sobre la composición de la comunidad microbiana en las heces de estos animales. Los animales más relacionados tienen el mismo tipo de tracto intestinal. Sin embargo, la composición microbiana está fuertemente influenciada por la dieta.

Entonces, la dieta ha jugado un papel muy importante en la evolución humana, sobre todo en el desarrollo de sus enfermedades. El ancestro común de los gorilas, chimpancés, orangutanes y humanos tenía una determinada composición microbiana que fue transmitida a sus descendientes; y tal como nosotros evolucionamos de manera independiente, también lo hicieron nuestros comensales a través de la influencia del ambiente donde se desarrollaron.

Hace decenas de miles de años, los primeros homínidos empezaron a cazar a otros animales para usarlos como alimento. Aún no se descubría el fuego y las carnes se comían crudas. Esto aumentaba las probabilidades de ingerir —sin darse cuenta— los parásitos de sus presas. Muchos de ellos causaron la muerte de su hospedero y no llegaron a desarrollarse a lo largo del tiempo, mientras que otros lograron adaptarse sin causarles daño alguno, permitiéndoles desarrollarse y evolucionar de tal manera que se estableció una relación comensal —y hasta mutualista— entre ellos.

Entonces, dependiendo de la dieta que tenían los humanos primitivos con respecto a otros homínidos, los parásitos y la flora intestinal serán muy diferentes y tal vez se vean reflejadas en las relaciones evolutivas que existen entre estas especies.

Gracias a las técnicas de secuenciamiento de última generación hemos podido analizar el genoma de toda la flora intestinal de los humanos, chimpancés, bonobos y gorilas [2] en su conjunto (metagenoma), encontrando que el árbol filogenético basado en la composición de la microbiota intestinal es similar al árbol evolutivo de los primates basado en las secuencias de ADN mitocondrial.

La figura a muestra la filogenia de los primates en función al ADN mitocondrial, mientras que la figura b muestra la filogenia en base a la composición de su microbiota. Las líneas negras corresponden a los humanos, las celestes, turquesas y azules a los chimpancés, las verdes a los bonobos, y las amarillas y naranjas a los gorilas. A grandes rasgos se puede observar cierta correspondencia entre las topologías de los dos árboles. Por ejemplo, se aprecia claramente que la microbiota humana está más relacionada con dos de las tres subespecies de chimpancés estudiadas (celeste y azul claro) que con la microbiota de los gorilas Esto concuerda con las relaciones evolutvas que hay entre estas tres especies de primates.

El estudio también muestra una estrecha relación entre la microbiota de una persona que vive en Arizona (EEUU) y otra que pertenece a una tribu nativa africana a pesar que sus dietas sean completamente diferentes. Esto demostraría que la dieta no es el único factor que determina la composición de la microbiota de una determinada especie.

La influencia de la ubicación geográfica

A parte de la dieta, otra fuente importante de diversidad de especies de microorganismos y parásitos es la región geográficas donde uno habite.

Los humanos primitivos eran nómades, este estilo de vida les hacía descubrir nuevos territorios, cada uno con su propia diversidad de especies de animales, insectos y parásitos. Si los parásitos eran oportunistas, sería más fácil que se adaptaran a la vida dentro de los humanos primitivos. Un claro ejemplo son los virus transmitidos por insectos hematófagos (arbovirus), los cuales encontraron en el hombre un buen ambiente donde desarrollarse [3]. Otros parásitos, incluso llegaron a ajustar sus ciclos de vida a sus hospederos para así garantizar su óptimo desarrollo.

Una vez que los humanos desarrollaron la agricultura, formaron comunidades más estables y dejaron de migrar. Esto provocó que el flujo genético se redujera considerablemente. Cada población humana que vivía en diferentes regiones del planeta tenían sus propios parásitos y enfermedades. Debido a las distancias entre una población y otra, los parásitos ya no aumentaban su variabilidad genética, llegando a un equilibrio con el sistema inmunológico del hospedero.

Los humanos dejaron de ser nómadas y se establecieron en sociedades comunitarias. Empezaron a domesticar animales. Esto jugó un rol sumamente importante en la evolución cultural de la humanidad, y sobre todo, en la evolución de un nuevo tipo de enfermedades: las zoonóticas. Los humanos empezaron a tener un mayor contacto con los animales y empezaron a intercambiar parásitos. Entre las más conocidas tenemos al virus de la rabia. Otra enfermedad común entre animales y el hombre es el provocado por el virus del sarampión, que está bastante relacionado con el virus de la distemper de los perros.

Sin embargo, las pocas migraciones de poblaciones humanas que se registraban por aquellas épocas, debido a las grandes distancias que tenían que recorrer, provocó que las enfermedades se aislen en determinadas regiones (endemismo). Así fue como nacieron las enfermedades endémicas.

En la década de 1940 hubo una revolución en los sistemas de transporte. Los viajes intercontinentales se hicieron más rápidos y frecuentes. Muchas especies de animales fueron sacados de sus ambientes naturales y llevados a las grandes ciudades y a los campos de cultivo. Se convirtieron en ganado, fuentes de alimento y mascotas. Al salir de su ambiente natural empezaron a ser infectados por organismos con los que nunca antes estuvieron en contacto. También introdujeron parásitos en lugares donde nunca antes los había. Y muchos de estos novedosos agentes infecciosos fueron transmitidos al hombre.

Por otro lado, en el momento que nos adentrarnos en territorios inexplorados en busca de nuevos terrenos de cultivo o actividades extractivas, nos exponemos a la infección por organismos que nos pueden encontrar como un buen hospedero y desarrollarse dentro de nosotros causando enfermedades antes desconocidas. Realmente, son muchas las actividades desarrolladas por el hombre moderno que han propiciado la emergencia de nuevas enfermedades [4].

Pérdida de biodiversidad

Los antibióticos crean una fuerte presión selectiva en los agentes infecciosos provocando que aumente su virulencia. Cuando los usamos solo matamos a los organismos patógenos que son vulnerables al fármaco, quedando vivos aquellos que no lo son. Los sobrevivientes presentan algún mecanismo fisiológico o condición genética que les permite resistir su efecto. Esta ventaja selectiva les da un mayor grado de virulencia, provocando infecciones más severas.

Por otro lado, los antibióticos también provocan la muerte de los organismos que son beneficiosos para nuestra salud, por ejemplo, aquellos que viven en nuestro tracto digestivo. Muchos estudios han demostrado que nuestra microbiota ayuda a reducir la incidencia de muchas enfermedades infecciosas. Por ejemplo, la vaginosis es el resultado de la pérdida de biodiversidad de las comunidades microbianas que habitan normalmente el tracto vaginal de la mujer, mientras que la infección por Clostridium difficile es debido a la pérdida de diversidad en la flora intestinal.

Otro ejemplo es el caso de la enfermedad de Lyme. Esta enfermedad es causada por una bacteria llamada Borrelia burgdorferi cuyo vector de transmisión son unas pequeñas garrapatas que infestan a dos pequeños animales silvestres: ratones y zarigüeyas. Las garrapatas se desarrollan mejor en los ratones porque las zarigüeyas tienden a matarlos. Sin embargo, las poblaciones de zarigüeyas se han visto reducidas en los últimos años debido a la expansión de las ciudades y la degradación de los ambientes naturales. Esto ha provocado que el mejor reservorio de las garrapatas —en este caso, los ratones silvestres— sea el más abundante, aumentando así la incidencia de esta enfermedad en las personas.

En resumen...

Estos ejemplos nos permiten concluir que, tanto la domesticación de animales como la pérdida de la biodiversidad, han influido directamente en la aparición de nuevas enfermedades zoonóticas. La reducción en la diversidad de hospederos —unos no tan buenos como otros— genera una gran presión selectiva en los patógenos o los agentes vectores debido a la alta competencia por conseguir al mejor organismo donde desarrollarse, aumentando así su virulencia y transmisibilidad.

Además, la pérdida de biodiversidad facilitaría el encuentro de los patógenos con sus mejores hospederos, ya que tendrían menos especies de donde escoger y sería más probable que lleguen al hospedero indicado [4].

Finalmente, las enfermedades no sólo aparecen a través de la interacción entre especies. La mala alimentación ha promovido el desarrollo de enfermedades metabólicas que antes eran muy raras. Asimismo, hay elementos químicos que a pesar de estar presentes sólo en trazas en nuestro organismo cumplen roles importantes en nuestros procesos fisiológicos. La carencia de vitaminas puede traer graves consecuencias como la pérdida de la vista o la deformación de los huesos. La falta de Iodo puede causar daños cerebrales irreparables y el mal funcionamiento de las glándulas tiroideas. Simplemente, nuestra especie ha evolucionado de tal manera que la carencia de cualquier molécula que forma parte de nuestro metabolismo celular provoca estragos en nuestro organismo.


Referencias:

    1. Ley, R. E. et al. Nat Rev Microbiol. 6(10): 776–788 (2008) doi:10.1038/nrmicro2540

    2. Ochman, H. et al. PLoS Biol. 8(11): e1000546 (2010) doi:10.1371/journal.pbio.1000546

    3. Ciota, A. T. & Kramer, L. D. Viruses. 2(12): 2594–2617 (2010).

    4. Keesing, F. et al. Nature. 468(7324): 647–652 (2010).

03 enero, 2013

Las rosas y la ingeniería de colores de las flores

La floricultura, una de las ramas de la horticultura, se define como la ciencia que se dedica al cultivo familiar o industrial de flores y plantas ornamentales. El ser humano a través de su historia ha creado y desarrollado múltiples procesos para la producción masiva de flores y plantas ornamentales. Desde tiempos inmemoriales hasta la actualidad la investigación científica ha evolucionado significativamente. Pero no fue hasta después del Renacimiento que la teoría y práctica de esta ciencia evolucionó notablemente. La teoría mendeliana fue redescubierta y aplicada a inicios del siglo XX, lo que incremento exponencialmente la reproducción de estos productos.

Desde entonces, la ingeniería genética ha sido utilizada para controlar diferentes detalles de forma y color en el cultivo de flores y plantas ornamentales. La coloración de una flor está determinada por tres clases de pigmentos: flavonoides, carotenoides y betalaínas. Los flavonoides, que son los pigmentos más comunes, producen gamas de colores que van desde el rojo y morado hasta el amarillo y anaranjado.
 
Las antocianinas son las formas más comunes de pigmentos flavonoides. Se puede aplicar la ingeniería genética para modificar la biosíntesis de flavonoides y así obtener variedades de flores con colores casi imposibles de conseguir a través del mejoramiento genético convencional (selección artificial e hibridación). Un ejemplo es la producción de las rosas azules. Estas no existen en la naturaleza, a pesar de los grandes esfuerzos de mejoramiento mediante la reproducción selectiva.
 
Una compañía japonesa abordó esta problemática a través de los cambios genéticos en una antocianina llamada delfinidina. A pesar que el resultado ha sido criticado por muchos, sigue siendo un gran paso en la creación de flores de gran demanda como es el caso de la rosa azul.
 
El estudio de color de la flor en sus aspectos genéticos y fenotípicos continuará con futuras pruebas de campo. Hasta entonces, apreciar el resultado visual en diferentes tipos de eventos sociales aumenta el interés científico y ornamental.
 

Este artículo nos lo envía Jesús Garay, escritor independiente con interés en la investigación de la biotecnología y el uso de herramientas como los colorímetros para medir con precisión los rasgos físicos.

LinkWithin

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...