celulas de la glia - investigación y ciencia
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JUNIO 20045,50 EURO
EL TRANSITO DE VENUS •• LOS PRIMEROS NANOCHIPS
CELULAS DE LA GLIACELULAS DE LA GLIA
ALBERTO MAGNO,
EL GRAN CURIOSO
LA CONSTANTE DE HUBBLE
Y EL UNIVERSO EN EXPANSION
LA EVOLUCION CODIFICADA
NANOTUBOS DE CARBONO
Junio de 2004Número 333
El tránsito de VenusSteven J. Dick
Este mes de junio, cuando Venus cruceante el disco solar, recordaremosuno de los grandes capítulos de la historiade la astronomía.
La elección más justaPartha Dasgupta y Eric Maskin
Todos los sistemas electorales tienen inconvenientes. Pero al tomaren consideración la forma en que el cuerpo electoral ordena a los candidatos,hay un sistema que refleja mejor que los demás las intenciones del electorado.
Los primeros nanochipsG. Dan Hutcheson
El constante avance técnico haciala miniaturización se interna yaen el orden de los nanómetros.
La constante de Hubbley el universo en expansiónWendy Freedman
El valor de H0, la velocidad de expansióndel universo, podría, merced a su refinamientoreciente, allanar el camino de la investigacióncosmológica.
3HACE...50, 100 y 150 años.
4APUNTES
Comportamiento...Neurología...Arqueología...Medio ambiente...Historia de la ciencia...Física.
30CIENCIA Y SOCIEDAD
Cambio climáticoy distribución geográficade las especies... Microelectrónica...La falla activa de Padul...Los pájaros de las dehesas.
36DE CERCA
Ritmo trepidante de la sucesiónecológica en el mar del Norte.
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El shock y sus causasDonald W. Landry y Juan A. Oliver
La investigación abre nuevas vías para el tratamiento de este descensode la presión arterial que a menudo resulta letal.
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84JUEGOS MATEMÁTICOS
La paradoja del autostopista,por Juan M.R. Parrondo
86IDEAS APLICADAS
Cajas negras en los automóviles,por Mark Fischetti
88CURIOSIDADES DE LA FÍSICA
Pequeñas cometas,por Wolfgang Bürger
91LIBROS
Socialización de la ciencia,Epoca medieval.
96AVENTURAS PROBLEMÁTICAS
Faroltesta,por Dennis E. Shasha
Alberto Magno, el gran curiosoBirgit Steib y Roland Popp
En los escritos de este naturalista medieval,que abarcaba el saber de su tiempo, emergeuna ciencia orientada hacia la experiencia.
6Células de la glíaR. Douglas Fields
Tras medio siglo en un segundo plano,la investigación demuestra que las célulasde la glía intervienen en las sinapsisy desempeñan un papel claveen el aprendizaje y la memoria.
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Nanotubos de carbonoMauricio Terrones y Humberto Terrones
La versatilidad del carbono le hapermitido adoptar nuevas estructurasnanométricas con propiedades que abrenun horizonte inmenso de aplicaciones.
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La evolución codificadaStephen J. Freeland y Laurence D. Hurst
Nuevos descubrimientos concernientes a lasreglas que gobiernan la codificación génicade las proteínas han revelado cuán excelentees la �programación� de la naturaleza.
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Portada: Jeff Johnson, Hybrid Medical Animation
COLABORADORES DE ESTE NUMERO
Asesoramiento y traducción:
Felipe Cortés: Células de la glía; Luis Bou: El tránsito de Venus, Laelección más justa, La evolución codificada y Aventuras problemáticas;Ramón Pascual: La constante de Hubble y el universo en expansión;Esteban Santiago: El shock y sus causas; Antonio Prevosti Monclús:Alberto Magno, el gran curioso; J. Vilardell: Hace..., Apuntes e Ideasaplicadas; Jürgen Goicoechea: Curiosidades de la física
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Copyright © 2004 Prensa Científica S.A. Muntaner, 339 pral. 1.a 08021 Barcelona (España)
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Difusióncontrolada
INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, junio, 2004 3
...cincuenta años
MIEDO A LA VACUNA. «Tras varias semanas de confu-sión acerca de la peligrosidad de la nueva vacunacontra la poliomielitis, el mes pasado se pusieron enmarcha ensayos masivos. Walter Winchell había dichoa su audiencia radiofónica que la vacuna ‘podría re-sultar mortal’, pues en una partida se habían halladovirus vivos. La Fundación Nacional para la ParálisisInfantil, que dirige y costea la prueba, se apresuró aexplicar que tres laboratorios comprueban cada par-tida de vacunas. Señaló la fundación que Jonas Salk,el creador de la vacuna, había suministrado el prepa-rado comercial a más de 4000 niños de Pittsburgh, yninguno de ellos había mostrado efectos adversos.»
CÉLULA SOLAR DE SILICIO. «Los laboratorios Bell die-ron a conocer la semana pasada una pequeña obleade silicio adulterado que convierte la luz solar direc-tamente en energía eléctrica. Esa batería deriva de lasinvestigaciones sobre los transistores. “Funciona conun rendimiento del 6 por ciento, pero los científicos deBell creen que esa cifra puede aumentar hasta el 10por ciento. No es verosímil que el dispositivo puedasustituir a las grandes centrales eléctricas —una ba-tería de 30.000 kilowatt ocuparía unas 40 hectáreas—,pero la compañía espera que sea útil como pequeñafuente de alimentación, por ejemplo para los sistemastelefónicos rurales.»
...cien años
EL GRAN CAÑÓN. «Con la previsión y liberalidad quedesde el principio han caracterizado a nuestro gobierno,va a tomar el Gran Cañón del río Colorado, en Arizona,bajo su cuidado y custodia. Topógrafos oficiales yahan levantado planos de una zona del cañón. Completarel trabajo requerirá más de un año. Para los geólo-gos, el cañón brinda un campo de estudios cada vezmás variado e inacabable. Para los amantes del pai-saje y de los aspectos más tremendos y sobrecoge-dores de la naturaleza, no hay en el mundo una ma-ravilla como ésa.»
INVESTIGACIÓN AERONÁUTICA. «La máquina voladora in-vención de Orville y Wilbur Wright, que en diciembrepasado realizó con éxito un vuelo en Kitty Hawk(Carolina del Norte), hizo otro intento el pasado 26de mayo en Dayton (Ohio), que según los hermanostambién fue afortunado. Se mantuvo la prueba en gransecreto, y sólo unos pocos han podido ser testigos.La máquina, propulsada a lo largo de unos treintametros de pista, se elevó en el aire, voló una cortadistancia y cayó. Esto se debió, según los invento-res, a una avería del motor de gasolina que sumi-
nistra la potencia. En la caída se rompieron las héli-ces y no pudo repetirse la prueba.»
OSADOS DE LA BICI. «En la actividad de rizar el rizo enbicicleta, que tanto se ha popularizado últimamente,los ciclistas han desarrollado un ardor sin duda dignode mejor causa. La última novedad es el invento de uningenioso ciclista de Berlín, de apellido Böttner, queha construido un rizo doble (véase ilustración). Imagínesea qué velocidad el ejecutante debe lanzarse para atra-vesar los dos rizos. Acaso les sea posible apreciar elestoico sosiego de sus nervios.»
...ciento cincuenta años
YAKS. «Geoffrey Saint-Hilaire y otros eminentes na-turalistas franceses están considerando la domesti-cación de animales que hasta ahora se conocían enEuropa sólo como objetos de curiosidad científica.Recientemente, se han recibido unos cuantos ejem-plares de yak procedentes de China y destinados alJardin des Plantes; según el conde de Buffon (1707-1788), ese animal ‘es más precioso que todo el orodel Nuevo Mundo’. En Tibet y China tira de pesadascargas, da leche, ofrece una carne excelente y unpelo que puede transformarse en prendas de abrigo.Por consiguiente, aclimatarlo a Europa sería un in-menso servicio a la humanidad. Por cierto: el difuntolord Derby lo intentó y fracasó.»
HACE
Locos por la bicicleta. Acrobacias en Berlín, 1904.
APUNTES
4 INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, junio, 2004
Una necrópolis chipriota ofrece pruebas fundadas de que no fue la egip-cia la primera civilización que domesticó los gatos. Otra lo logró cinco
mil años antes. Unos investigadores dirigidos por Jean-Denis Vigne, delMuseo Nacional de Historia Natural de París, hallaron el esqueleto com-pleto de un gato de ocho meses yaciendo a menos de cuarenta centíme-tros de los huesos de una mujer de 30 años. Ambos conjuntos de restosestaban en el mismo sedimento y mostraban el mismo grado de conserva-ción, lo que sugiere que el felino y el ser humano fueron enterrados jun-tos hace 9500 años. Así pues, parece evidente que la domesticación delos gatos tuvo lugar unos 3000 años después que la de los perros y muycerca de la época en que se iniciaron el cultivo de la tierra y la cría deanimales; por entonces, los gatos habrían resultado útiles para protegerlos almacenes de grano de los ratones. —Philip Yam
La compañía mutua entre gatos y humanosempezó mucho antes de lo que se creía.
ARQUEOLOGIA
Los primeros gatitos
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Quizá se trate de una mala noticia, pero esa fraseque suele oírse, que sólo usamos el diez por ciento
del cerebro, no es cierta. La neurología no ha encontradoninguna vasta reserva de capacidad cerebral que poda-mos explotar. Y ninguna sustancia de potenciación cere-bral puede suplir a la práctica y el esfuerzo. Para empe-zar, el cerebro fue configurado por la selección natural.El tejido cerebral es caro metabólicamente; cuesta creerque la evolución hubiese permitido semejante desperdiciode capacidad. La neurología clínica aporta otra prueba:perder nueve décimas partes del cerebro es una catás-trofe; perder cualquiera de sus partes causa una u otraminusvalía. La estimulación eléctrica de puntos del cere-
bro no ha descubierto áreas latentes que, pese al es-tímulo, no susciten emociones, movimientos o percepcio-nes (cabe probarlo con pacientes sometidos sólo a anes-tesia parcial porque el cerebro carece de receptores deldolor). Las diversas técnicas de formación de imágeneshan localizado un sinfín de funciones psicológicas en cen-tros y sistemas específicos del cerebro. Nunca se ha ha-llado un área dormida a la espera de que se le asigneuna tarea nueva.
—Barry L. BeyersteinUniversidad Simon Fraser
de Vancuver
NEUROLOGIA
No damos más de sí
La sensibilidad innata a la leptina, una hormona supresora del apetito, parece mantener el peso corporal en tornoa un “valor prefijado”. Hay ahora pruebas que indican que la leptina realmente programa y reprograma los cir-
cuitos cerebrales contenidos en el núcleo arqueado, zona del hipotálamo reguladora del apetito. Se ha descubiertoque los cerebros de ratones obesos deficientes en leptina poseen más conexiones estimuladoras que los ratonesnormales con las neuronas promotoras de la nutrición y el engorde, y menos con las neuronas que contrarrestan
esas tendencias. Administrando leptina a los ratones se restableceel equilibrio entre las conexiones, antes incluso de que reduzca elapetito y el peso; una hormona estimuladora del apetito produce elefecto contrario. También se ha visto que las células del núcleo ar-queado de los ratones deficientes en leptina tienen menos ramifica-ciones. Administrándosela justo al nacer se consigue el mismoefecto que con una descarga natural de la sustancia y serestablece el desarrollo normal; pero suministrada en la edadadulta, carece de efectos sobre el número de ramas. Parece quela leptina y la nutrición de las primeras dos o tres semanas devida tienen efectos a largo plazo sobre el desarrollo del cerebro.
—J. R. Minkel
COMPORTAMIENTO
Apetito reformable
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O, más bien, cómo se determina su masa. Pero, aun así, una
báscula de baño sirve para la ta-rea. En física, problemas compli-cados pueden resumirse en unafórmula sencilla; en este caso,g = G × (masa de la Tierra)/(dis-tancia al centro de la Tierra)2. Laaceleración de un cuerpo a causade la fuerza de la gravedad, g, de-pende de la masa del objeto quelo atraiga. Tras muchos deceniosde experimentos sabemos que G,la constante de la gravedad, vale6,67 × 10–11 (m3kg–1s–2), con m enmetros, kg en kilogramos y s ensegundos. Y sabemos también aqué distancia nos hallamos en la
superficie del planeta de su cen-tro: 6371 kilómetros. Para pesar laTierra, basta tirar la báscula porla ventana, contar cuántos segun-dos tarda en estrellarse contra elsuelo, medir la altura a que estála ventana y calcular con esos dosnúmeros cuánto vale g mediante lafórmula altura = 1/2g (tiempo quetarda en llegar al suelo)2. Nossaldrá 9,8 metros por segundocada segundo. Estos valores de g,G y la distancia al centro de laTierra nos darán una masa dela Tierra de 6 × 1024 kilogramos.
—Michael WysessionUniversidad de Washington
Freeman J. Dyson fue, con Feynman, Schwinger y To-monaga, uno de los constructores de la electrodi-
námica cuántica, el principal avance de la física de par-tículas en la segunda posguerra mundial. El principalavance, pero no un avance revolucionario, según explicaen una reseña que ha publicado en la New York Reviewof Books del último libro del teórico de cuerdas BrianGreene. Sorprenderá a quien haya conocido personal-mente a Feynman que se le llame conservador, escribe;sin embargo, pese a su “maravillosa originalidad” lo era,al menos en cuanto físico. El propio Dyson tiene famade original, y también se considera conservador. Concibela historia de la ciencia como una tensión entre revolu-cionarios y conservadores. Su generación fue conserva-dora al ver que los revolucionarios de la generación an-terior, Einstein, Heisenberg, Schrödinger, Dirac, seguíansiéndolo pasado un cuarto de siglo y “se ponían en ri-dículo”. Los creadores de la electrodinámica cuántica
aceptaron la física que había, la mecánica cuántica—fruto, eso sí, de una genuina revolución—, y se limi-taron a solventar problemas en ella, en vez de inventaruna física nueva. Ahora, otra generación vuelve a la re-volución, en este caso la de la teoría de cuerdas. Tambiénhay una vía conservadora hacia la extravagancia. Dysonla recorre conscientemente. Le desagrada el reductivismocuántico de la teoría de cuerdas y le niega sentido a suobjetivo final, la cuantización de la gravedad, porque,sostiene, la gravedad es clásica y sólo clásica. Derivaesta afirmación de una conjetura: que en la naturalezatodo conspira para que el gravitón, el cuanto de la gra-vedad, no sea observable, y si por principio no es ob-servable, no es real, como el éter prerrelativista. PeroRutherford pensaba que los físicos cuánticos sólo “ju-gaban con símbolos” y Dirac no aceptaba la electro-dinámica cuántica por lo fea que le parecía. Dysonmismo nos lo recuerda.
HISTORIA DE LA CIENCIA
Política científica
NA
SA
FISICA
Cómo se pesa la Tierra con una báscula
En EE.UU. se tratan a diario unos 125 millones de metros cúbicos de aguas residuales con un costo anual su-perior a 25.000 millones de dólares. La microbiología podría aliviar ese gasto generando electricidad en la
depuración de las aguas negras. Se llena de agua una pila de combustible que lleva electrodos de grafito y unamembrana catalítica de carbono, plástico y platino. Los gérmenes con-tenidos en el cieno cloacal generan electrones libres cuando sus enzi-mas descomponen los azúcares, las proteínas y las grasas. En losexperimentos, este dispositivo generó una potencia de 10 a 50 mili-watt por metro cuadrado de superficie de electrodo (un 5 por cientode la potencia necesaria para encender una bombilla de árbol deNavidad). Mientras, esta pila eliminaba hasta un 78 por ciento delcieno orgánico del agua. El aparato, del tamaño de una mano, podríaincorporar otros materiales para generar una potencia de 10 a 20 ve-ces mayor.
—Charles Choi
MEDIO AMBIENTE
Centrales eléctricas cloacales
Adecuadamente tratadas, las aguas residualespodrían ser una fuente de electricidad. LE
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Driving Mr. Albert, libro de recien-te aparición, cuenta la historiade Thomas Harvey, patólogo que,en 1955, realizó la autopsia deAlbert Einstein. Concluida su ta-
rea, decidió llevarse el cerebro del genio acasa. Allí, flotando en el interior de un re-cipiente de plástico, permanecería 40 años.En varias ocasiones, Harvey repartió finoscortes del cerebro a científicos y seudo-científicos de todo el mundo, quienes es-tudiaron el tejido en busca de pistas queexplicaran la genialidad de Einstein. Cuan-do Harvey llegó a los ochenta, colocó loque quedaba del cerebro en el maletero desu Buick Skylark y cruzó el país para de-volvérselo a la nieta de Einstein.
Uno de los científicos que examinaroncortes del preciado cerebro fue Marian C.Diamond, de la Universidad de Californiaen Berkeley. No encontró nada especialen el número o el tamaño de las neuro-nas. Sin embargo, en el córtex de asocia-ción, responsable de la cognición de altonivel, halló una cifra elevadísima de lascélulas de la glía: una concentración mu-cho mayor que la del promedio de suencéfalo.
¿Mera rareza? Quizá no. Cada vez exis-ten más pruebas que sugieren que las cé-lulas gliales desempeñan un papel muchomás importante del que se ha venido su-poniendo. Durante decenios, los fisiólo-gos dirigieron su atención hacia las neu-ronas, consideradas fundamentales para la
comunicación cerebral. A la glía, en cam-bio, pese a superar en número a las neu-ronas en una proporción de nueve a uno,se le atribuía sólo una labor de manteni-miento: transportar nutrientes desde losvasos sanguíneos hasta las neuronas, man-tener un buen equilibrio iónico y protegerde los agentes patógenos que consigueneludir el sistema inmunitario. Con el sosténde la glía, las neuronas se hallarían librespara comunicarse entre sí a través de lassinapsis y establecer una red de conexio-nes que nos permiten pensar, recordar ysaltar de alegría.
Este modelo de la función cerebral, queha perdurado largo tiempo, podría cam-biar drásticamente si se confirman las nue-vas hipótesis sobre la glía. En los últimosaños, las nuevas técnicas de formación deimágenes han mostrado que las neuronasy la glía participan en un diálogo de do-ble sentido, desde el desarrollo embriona-rio hasta la vejez. La glía influye en laformación de las sinapsis y ayuda a de-terminar qué conexiones neuronales se re-fuerzan o se debilitan con el tiempo; ta-les cambios resultan esenciales para elaprendizaje y la memoria a largo plazo.Las investigaciones más recientes de-muestran que las células de la glía se co-munican también entre ellas mediante unared distinta de la neuronal, aunque para-lela a la misma, red que influye en la ope-ración correcta del cerebro. Se dibuja asíun panorama excitante y prometedor: más
Células de la glíaTras medio siglo en un segundo plano,
la investigación demuestra que las células de la glía
intervienen en las sinapsis y desempeñan un papel clave
en el aprendizaje y la memoria
R. Douglas Fields
1. LAS CELULAS GLIALES(en rojo) superan a lasneuronas en una propor-ción de nueve a uno, lomismo en el cerebro queen el resto del sistemanervioso.
8 INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, junio, 2004
de la mitad del cerebro, inexplo-rada durante medio siglo, puedeencerrar una valiosa información so-bre el funcionamiento de la mente.Con todo, los neurobiólogos pre-fieren actuar con cautela y no pre-cipitarse en la asignación de unnuevo protagonismo a la glía.
�Escuchas� neuronalesSolemos asociar el sistema nerviosoa una maraña de hilos que enlazanunas neuronas con otras. Cada neu-rona se prolonga en su axón, quetransmite señales eléctricas a sus bo-tones terminales. Cada botón liberaneurotransmisores —mensajeros quí-micos— a través de una pequeñahendidura sináptica hasta un re-ceptor en forma de ramita, la den-drita, que pertenece a una neuronaadyacente. Rodeando a neuronas yaxones encontramos un conjuntovariado y numeroso de células dela glía. A mediados de los cincuentadel siglo pasado, los neurobiólogossospechaban ya que las células glia-les podrían contribuir al procesa-miento de la información, pero nopudieron corroborarlo. Con el tiem-po, se fue abandonando esa líneade investigación. La glía pasó a se-gundo término.
Se fracasó en detectar la funciónseñalizadora de esas células, en par-te, porque se carecía de las técni-cas analíticas pertinentes, pero so-bre todo porque se buscaba en elsitio equivocado. Se supuso, erró-neamente, que si la glía pudiera es-tablecer una comunicación, se ser-viría del mismo mecanismo eléctricoempleado con ese fin por las neu-ronas. Es decir, las células de la glíagenerarían potenciales de acción(pulsos eléctricos) que provocaríanfinalmente la liberación de neuro-transmisores a través de sinapsis,excitando con ello la actividad eléc-trica de otras células. De hecho, sedescubrió que en la glía había ca-nales iónicos sensibles al voltaje,iguales que los que generan seña-les eléctricas en los axones; perose creía que tales canales se limi-taban a registrar indirectamente elnivel de actividad de las neuronasvecinas. Se observó, asimismo, quela membrana de las células glialescarecía de las propiedades que serequieren para propagar sus pro-pios potenciales de acción. Nadieadvirtió, sin embargo, y eso es pre-cisamente lo que las técnicas avan-zadas de formación de imágenesnos han revelado, que la glía no sesirve de señales eléctricas, sino quí-micas, para transmitir mensajes.
A mediados de los años noventa,se introdujeron nuevos enfoquessobre la detección de la actividadneuronal por las células de la glía.Se apoyaban en la observación deque las células gliales presentabanun repertorio de receptores en susmembranas, capaces de respondera un amplio abanico de moléculas,
incluidos, en algunos casos, neuro-transmisores. Este descubrimientoindujo a pensar que la glía podríacomunicarse utilizando señales quí-micas que las neuronas no reco-nocían y, a la vez, reaccionar anteneurotransmisores liberados porneuronas.
Para someter a prueba tal hipóte-sis, hubo que empezar por demos-trar que las células de la glía real-mente “escuchan” lo que las neuronas“se cuentan” entre sí y modificansu comportamiento en función delo que “oyen”. En trabajos realiza-dos con anterioridad se había puestode manifiesto que una entrada decalcio en las células gliales podríaconstituir una señal de que habíansido estimuladas. A partir de estedato, se diseñó un método para versi las células terminales de Schwann—células gliales que rodean las si-napsis allí donde los nervios esta-blecen contacto con las células mus-culares— eran sensibles a las señalesneuronales emitidas en dichas unio-nes: la técnica de formación de imá-genes por calcio. El método, enefecto, permitió confirmar que lascélulas de Schwann, al menos, res-pondían a la descarga sináptica yque dicha respuesta implicaba unaentrada masiva de iones calcio enlas células.
Otras células de Schwann cum-plen una función más general quela sináptica que acabamos de indi-car: rodean a los axones a lo largode los nervios del cuerpo. Los oli-godendrocitos, otro tipo de célulasgliales, envuelven los axones del sis-tema nervioso central (cerebro y mé-dula espinal). Desde nuestro labo-ratorio, en los Institutos Nacionalesde la Salud (NIH), nos planteába-mos si la glía era capaz de registrarla actividad neuronal en cualquiersitio donde ésta fluyese a través delos axones. De ser así, ¿qué mediabaesa comunicación? Y, más impor-tante aún, ¿qué efecto tenía sobrela glía lo que sus células “oían”?
Para encontrar las respuestas, cul-tivamos neuronas sensoriales (cé-lulas del ganglio de la raíz dorsal)de ratón en placas equipadas conelectrodos que nos permitirían dis-parar potenciales de acción en losaxones. A unos cultivos añadimoscélulas de Schwann; a otros, oligo-dendrocitos.
Resumen/Glía■ Durante decenios se han venido atribuyendo a las neuronas las comu-
nicaciones desarrolladas en el cerebro y el sistema nervioso. A lascélulas gliales se les relegaba en funciones tróficas, pese a superarla cuantía de las neuronas en una proporción de nueve a uno.
■ Las nuevas técnicas de formación de imágenes y los instrumentos dedetección de señales revelan ahora que las células de la glía se co-munican entre sí y con las neuronas a propósito de los mensajes quecursan por la red neuronal. La glía puede modificar tales señales enlos hiatos sinápticos que separan las neuronas; pueden incluso deter-minar el punto de formación de sinapsis.
■ Dada esta especialización, la glía podría desempeñar un papel críticoen el aprendizaje y la formación de recuerdos, así como en la repara-ción del tejido nervioso. Para comprobarlo se han pergeñado diversosexperimentos.
Necesitábamos registrar de formaindependiente la actividad de losaxones y la de la glía, para deter-minar si esta última detectaba losmensajes del axón. Por ello utili-zamos la técnica de formación deimágenes del calcio, que muestrala evolución del medio celular me-diante el uso de un colorante queemite fluorescencia cuando se en-laza con iones calcio. Cuando unaxón transmite una señal eléctrica,en la membrana de la neurona seabren canales iónicos sensibles alvoltaje y se facilita así la entradade iones calcio. Cabría, pues, es-perar que se percibiera el impulsoeléctrico a través de un destello defluorescencia, verde, que iluminaratoda la neurona desde su interior.Conforme aumentase la concentra-ción de calcio en una célula, la fluo-rescencia brillaría más. Su intensi-dad podría medirse con un tubofotomultiplicador; las imágenes delas células destellantes podrían di-gitalizarse y mostrarse en falso co-lor y en tiempo real, en un moni-tor (algo parecido a las imágenesde radar de las tormentas que ilus-tran los informes sobre el tiempo).Si las células gliales se percatasende las señales de las neuronas y lo
hiciesen en parte absorbiendo cal-cio de su microentorno, tambiénrefulgirían, aunque más tarde.
En la sala a oscuras, fija la mi-rada en la pantalla del ordenador,Beth Stevens y yo nos disponíamosa recibir la confirmación, prepa-rada durante tres meses, de nuestrahipótesis. Cuando encendimos elestimulador, las neuronas ganglio-nares de la raíz dorsal respondie-ron al instante: mudaban del azulal verde, después al rojo y luego alblanco en una escala de falsos co-lores correspondiente a la concen-tración de calcio, a medida que elion penetraba en los axones. Al prin-cipio no experimentaban cambioalguno las células de Schwann nilos oligodendrocitos; pero al cabo
de unos 15 segundos, las células glia-les empezaron de repente a encen-derse, como bombillas en un árbolnavideño. Estas células habían de-tectado el impulso eléctrico en losaxones y respondían aumentandola concentración de calcio en su pro-pio citoplasma.
Comunicación glía-glíaHabíamos comprobado que las cé-lulas de la glía detectan la activi-dad axónica mediante la absorciónde calcio. En las neuronas, el cal-cio activa enzimas que sintetizanneurotransmisores. Presumiblemen-te, el flujo de calcio hacia el inte-rior de las células gliales desenca-denaba alguna respuesta. Pero, ¿quétipo de respuesta? Con mayor radi-
INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, junio, 2004 9
AXON
OLIGODENDROCITO
SINAPSIS
DENDRITA
ASTROCITO
VASO SANGUINEO
POTENCIALDE ACCION
VESICULASINAPTICA
HENDIDURA SINAPTICA
RECEPTORDENDRITA
NEUROTRANSMISOR
TERMINALAXONICO
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2. GLIA Y NEURONAS operan juntas en el cerebro y la médula espinal. La neurona envíaun mensaje a lo largo del axón, que, a través de la hendidura sináptica, pasa a una den-drita de otra neurona. Los astrocitos de la glía, que aportan nutrientes a las neuronas,rodean y regulan las sinapsis. Los oligodendrocitos producen la mielina que aísla los axo-nes. Cuando el mensaje eléctrico de una neurona (potencial de acción) alcanza el termi-nal axónico (recuadro), el mensaje promueve el movimiento de las vesículas hacia lamembrana; se abren y liberan neurotransmisores (moléculas de señalización) que cursana través de la angosta hendidura sináptica y se encaminan hacia los receptores de ladendrita. Principios similares operan en el sistema nervioso periférico, con la diferenciade que son las células de Schwann las encargadas de la mielinización.
calidad, ¿qué es lo que incentivabaesa entrada de calcio?
Los elementos de la explicaciónse recogieron de trabajos realiza-dos con anterioridad en torno a otrascélulas gliales del cerebro: los as-trocitos. Entre sus funciones, lescumple a éstos transportar nutrien-tes desde los capilares hasta las cé-lulas nerviosas. Deben también man-tener, alrededor de las neuronas,las condiciones iónicas óptimas parala transmisión de señales eléctri-cas. Ello lo consiguen eliminando
el exceso de iones y neurotransmi-sores que las neuronas liberan ensu proceso de excitación. En un es-tudio clásico llevado a cabo en 1990,el grupo dirigido por Stephen J.Smith utilizó la técnica de forma-ción de imágenes del calcio parademostrar que la concentración deeste ion en un astrocito aumentabarepentinamente cuando se añadíaglutamato (un neurotransmisor) alcultivo celular. Enseguida se pro-pagaron ondas de calcio por todoslos astrocitos del cultivo. Los as-trocitos reaccionaron como si el neu-rotransmisor hubiera sido liberadopor una neurona.
Algunos expertos se plantearon sital comunicación se debía al trán-sito de iones calcio u otras molé-culas señalizadoras afines por laspuertas abiertas entre astrocitos co-
lindantes. En 1996, S. Ben Katery su equipo, de la Universidad deUtah, minaban esa posibilidad. Conun microelectrodo muy afilado, cor-taron una línea recta a través deuna capa de astrocitos en cultivo;crearon así un espacio vacío, librede células, a manera de autopistaflanqueada por bosques en llamas.Cuando provocaron ondas de cal-cio a un lado del corte, éstas no tu-vieron dificultad en cruzar el espa-cio vacío y propagarse hasta losastrocitos del otro lado. Por tanto,los astrocitos no se comunicabanpor contacto físico, sino a través delmedio extracelular.
Durante los años siguientes, otrasinvestigaciones alcanzaron resulta-dos similares. Las respuestas me-diadas por calcio podían inducirseen los astrocitos agregando neuro-transmisores o recurriendo a elec-trodos para estimular la liberaciónde neurotransmisores desde las si-napsis. Mientras tanto, fisiólogos ybioquímicos descubrían que la glíatenía receptores para muchos delos neurotransmisores que las neu-ronas emplean en su comunicaciónsináptica; contaba también con lamayoría de los canales iónicos quecapacitan a las neuronas para dis-parar los potenciales de acción.
ATP: mensajero glialEstos y otros hallazgos causabandesconcierto y confusión. Por unlado, la comunicación entre célulasgliales se controlaba mediante ab-sorción de calcio, igual que en lacomunicación neuronal; mas, porotro lado, los pulsos eléctricos in-ducían cambios de concentración decalcio en las neuronas, pulsos queni existían en la glía ni alcanzabana ésta. Entonces, ¿qué mecanismoiniciaba la entrada de calcio en laglía? ¿Se trataba de un fenómenoeléctrico diferente o de otro meca-nismo?
En sus experimentos con la glía,los investigadores observaron la acu-mulación de una molécula que lesresultaba muy familiar: el ATP (tri-fosfato de adenosina), la principalfuente de la energía requerida parael desarrollo de la actividad celu-lar. Además de reservorio energé-tico, el ATP constituye un excelentemensajero intercelular. Dado quese concentra principalmente en el
10 INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, junio, 2004
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DENDRITA
PROTEINAQUE SE UNEAL NEURO-TRANSMISOR
MOLECULASDE SEÑALIZACION
ASTROCITO
CALCIO
ATP
TERMINAL AXONICO
RECEPTORDE GLUTAMATO
GLUTAMATO
3. LOS ASTROCITOS REGULAN LA SEÑALIZACION sináptica. Lo hacen de varias formas.El axón transmite una señal a una dendrita mediante descarga de un neurotransmisor(verde); en este caso, el glutamato. Emite también ATP (amarillo). Estos compuestos pro-vocan luego una entrada de calcio (púrpura) en los astrocitos; en virtud de la misma, losastrocitos establecen comunicación entre sí mediante la liberación de su propio ATP.Los astrocitos pueden reforzar la señalización secretando el mismo neurotransmisor; obien pueden debilitarla, mediante absorción del neurotransmisor o secreción de proteínasque se enlacen con el mismo (azul), impidiendo así que alcance su diana. Los astrocitosliberan también moléculas de señalización (rojo) que provocan que el axón incrementeo reduzca la cantidad de neurotransmisor liberado cuando vuelva a activarse. El cerebroutiliza la modificación de las conexiones entre neuronas para revisar sus respuestas anteestímulos a medida que va acumulando experiencia, es decir, conforme aprende. En elsistema nervioso periférico, son las células de Schwann las que rodean las sinapsis.