investigación y ciencia 377 - febrero 2008

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ASTRONOMIAExploracindel espectro gamma

MEDIO AMBIENTERegulacinde las emisiones de CO2

CUANTICAHistoria de los universosparalelos

DEBATEEvolucionismoy religin

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VIDA FORANEAHay microorganismos extraosen nuestro planeta?

EN LA TIERRA

El telescopio de rayos gamma GLAST saldr pronto al espacio.

SUMAR IOFebrero de 2008/ Nmero 377

32Para reducir las emisiones de CO2, hay que ponerles precio. Los cilios del odo interno de la rata transforman las ondas

sonoras en seales elctricas.

ART ICULOS

BIOLOGIA

14 Convivimos con microorganismos alienigenos?Paul Davies

Quiz la vida haya brotado en la Tierra ms de una vez. Ha comenzado la bsqueda de microorganismos radicalmente inditos.

ASTRONOMIA

24 Una ventana abierta a los con nes del universoWilliam B. Atwood, Peter F. Michelson y Steven Ritz

El satlite GLAST explorar una regin inobservada del espectro electromagntico. All podra descubrirse la composicin de la materia oscura.

MEDIO AMBIENTE

32 Los mercados del carbonoDavid G. Victor y Danny Cullenward

La regulacin de las emisiones de dixido de carbono debe guiarse por seales de mercado ms inteligentes y rigurosas.

CIENCIA EN IMAGENES

42 Paisajes radiantesEmily Harrison

Las ms avanzadas tcnicas microscpicas arrojan luz sobre detalles exquisitos de la vida.

MATERIALES

48 Tribologa con nanomaterialesJos-Lorenzo Valls e Isabel Vergara

Las nanotecnias desarrollan nuevos materiales con mejor deslizamiento y menor desgaste. La Unin Europea nanciaen este campo proyectos transnacionales avanzados.

GENETICA

58 Nutrigenmica, entre la ciencia y el fraudeLaura Hercher

Mientras la investigacin nutrigenmica da sus primeros pasos, compaas con asiento en la Red ofrecen ya dietas personalizadas a partir de pruebas genticas. Ciencia puntera o fraude?

24

42

La inmensa mayora de los seres vivos son microorganismos. Resulta casi imposible identifi carlos a partir de la mera observacin microscpica.

14

INTERNET

64 La Red Semntica en accinLee Feigenbaum, Ivan Herman, Tonya Hongsermeier, Eric Neumann y Susie Stephens

Avanzan las aplicaciones a escala empresarial al tiempoque surgen usos para el consumidor.

FISICA

72 Los muchos mundos de Hugh EverettPeter Byrne

Cuando la teora cuntica de los universos mltiples slo encontr el menosprecio, Hugh Everett abandon el mundo de la fsica acadmica y se dedic a investigaciones militares secretas.

DEBATE

80 Evolucin, religin y libre albedroGregory W. Graf n y William B. Provine

Qu piensan los bilogos sobre el modo en que se relacionan religin y evolucin?

3 HACE...50, 100 y 150 aos.

4 PUESTA AL DIAMenos siniestros...Memoria insulino-resistente...Tortugas carnvoras...La muerte del kilogramo.

5 APUNTESNeurologa... Gentica... Fsica... Lenguaje... Percepcin.

7 CIENCIA Y SOCIEDADClulas T y sida...Protenas en movimiento...Rayos gamma... Ecosistemas...Nanoelectrnica.

40 PERFILESJeffrey Meldrum:Anatoma de Pie Grande,por Marguerite Holloway

85 CURIOSIDADESDE LA FISICAEl antiparalelogramo,por Norbert Treitz

88 JUEGOSMATEMATICOSSorpresastermodinmicas,por Juan M.R. Parrondo

90 IDEAS APLICADASMicroespejos y cristales lquidos, por Mark Fischetti

92 LIBROSEvolucin.Tecnologa.

96 DESARROLLOSOSTENIBLEObjetivos realistas,por Jeffrey D. Sachs

72

SECC IONES

Los productos nutrigenticos comerciales podran hacer perder la confi anza del pblico en la validez de pruebas legtimas.

Se desdobla la realidad en cada medicin cuntica?

58

DIRECTOR GENERAL Jos M.a Valderas GallardoDIRECTORA FINANCIERA Pilar Bronchal GarfellaEDICIONES Juan Pedro Campos Gmez Laia Torres CasasPRODUCCIN M.a Cruz Iglesias Capn Albert Marn GarauSECRETARA Purifi cacin Mayoral MartnezADMINISTRACIN Victoria Andrs LaiglesiaSUSCRIPCIONES Concepcin Orenes Delgado Olga Blanco RomeroEDITA Prensa Cientfi ca, S.A. Muntaner, 339 pral. 1.a08021 Barcelona (Espaa)Telfono 934 143 344 Telefax 934 145 413www.investigacionyciencia.es

SCIENTIFIC AMERICANEDITOR IN CHIEF John RennieEXECUTIVE EDITOR Mariette DiChristinaMANAGING EDITOR Ricki L. RustingCHIEF NEWS EDITOR Philip M. YamSENIOR WRITER Gary StixSENIOR EDITOR Michelle PressEDITORS Mark Alpert, Steven Ashley, Graham P. Collins, Mark Fischetti, Steve Mirsky, George Musser y Christine SoaresCONTRIBUTING EDITORS W. Wayt Gibbs, Marguerite Holloway, Michael Shermer, Sarah SimpsonPRODUCTION EDITOR Richard Hunt

CHAIRMAN Brian NapackPRESIDENT Steven YeeVICE PRESIDENT AND MANAGING DIRECTOR, INTERNATIONAL Dean SandersonVICE PRESIDENT Frances NewburgGENERAL MANAGER Michael Florek

COLABORADORES DE ESTE NUMEROAsesoramiento y traduccin:

Luis Bou: Convivimos con microorganismos aliengenos?, Paisajes radiantes, Perfi les, Puesta al da y Apuntes; M.a Rosa Zapatero: Una ventana abierta a los confi nes del universo; Anna Ferran: Clulas T y sida; Nutrigenmica, entre la ciencia y el fraude; Ramn Pascual: Los muchos mundos de Hugh Everett; I. Nadal: Evolucin, religin y libre albedro; J. Vilardell: Hace... e Ideas aplicadas; Jrgen Goicoechea: Curiosidades de la fsica; Marin Beltrn: Desarrollo sostenible

Portada: Adam Questell

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Difusincontrolada

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HACE . . .

Recopilacin de Daniel C. Schleno

...cincuenta aosEscisin atmica. En enero de 1939 publicamos un in-forme de unos experimentos que estn en discordancia con todos los experimentos de fsica nuclear anteriores. Al inter-pretarlos nos expresamos con gran cautela, en parte porque la serie de ensayos an no haba terminado del todo; se tar-daron varias semanas. Pero nuestra cautela no se deba a re-celo alguno acerca de las conclusiones que habamos extra-do. De hecho, ya disponamos de una comprobacin tajan-te de nuestra conclusin, pues habamos identi cado como lantano a uno de los productos de la desintegracin de tales istopos del radio, lo que signi caba que el padre no era radio, sino bario. Esa prevencin naca de nuestra condicin de qumicos: en cuanto tales, vacilbamos a la hora de anun-ciar un descubrimiento revolucionario para la fsica. No obs-tante, s mencionamos el estallido del uranio, el sorprenden-te proceso que haba producido bario, que se halla mucho ms adelante en la tabla peridica. Otto Hahn

[NOTA: Hahn gan el premio Nobel de qumica de 1944.]

Caos. Lo que ms necesitan las universidades estadouniden-ses es paz, sosiego y orden, segn J. C. Warner, presidente del Instituto Carnegie de Tecnologa. En un artculo publica-do el mes pasado, a rmaba que la insistencia del gobierno en la investigacin aplicada ha desorganizado tanto el trabajo universitario, que un gran nmero de cient cos vive sumi-do en un caos intelectual. Han desviado la energa que has-ta ahora dedicaban a la docencia y la investigacin creadora, para disiparla en trabajos administrativos. Numerosos cient- cos, aada, estn impacientes por pasar un semestre o un ao en el extranjero, en otra institucin... o en un glamoro-so proyecto de misiles o satlites.

...cien aosNmero especial deportivo. En este nmero de Scien-tific American una cubierta bellamente coloreada encierra una singular seleccin de artculos sobre el tema de inters no slo para los deportistas sino para el pblico general (Vase ilustracin).

El vuelo como deporte. Hasta este momento, quienes se han dedicado a volar lo han hecho en parte por inters cien-t co, en parte por deporte y en parte por razones econmi-cas, pero se acerca veloz el momento en que el arte habr al-canzado tal grado de desarrollo, que el vuelo se practicar sin necesidad de mantener un laboratorio privado o una planta manufacturera. Considerado un deporte, los encantos del vue-lo atraern a muchos con mayor fuerza que cualquiera de los deportes similares, tales como la nutica, el ciclismo o el auto-movilismo. Surcar libremente los aires produce sensacin de euforia, un jbilo de gran intensidad. Wilbur Wright

Duro ascenso. Cuando la seora Fanny Bullock Workman subi el Nun Kun del Himalaya hasta un pico de ms de 7000 metros sobre el nivel del mar, bati el record mundial de alpinismo femenino. Ese ascenso remat una serie de cin-co temporadas que el doctor y la seora Workman pasaron en la gran cordillera, durante una de las cuales viajaron ms de 2000 kilmetros a lo largo de lo que bien podra llamarse el techo del mundo. A rma enfticamente la seora Workman que, para el alpinismo, las condiciones en Asia son mucho ms rigurosas que en Suiza o en las Rocosas. Para rematar tal proe-za slo tuvo que pasar varias noches en unas altitudes en las que hasta ahora ningn alpinista haba dormido.

...ciento cincuenta aosAire caliente. El Espa, de Worcester (Massachusetts), des-cribe otra de esas brillantes invenciones con las que H. M. Paine acostumbra a deslumbrar al mundo, tal como eclipsar el Sol con su luz de agua y gas elctrica. Esta vez, el invento es nada menos que un motor de vapor fro. Paine genera vapor sin servirse de una caldera, a partir de un agua que nunca hier-ve, en un depsito que nunca se calienta y que sustituye a la enorme y mortfera caldera de vapor. Se ha mostrado un mo-delo del motor a algunos de sus admiradores de Worcester; a rma El Espa que el resultado parece increble (no lo duda-mos) para cualquiera que no lo haya presenciado.

INVESTIGACION Y CIENCIA, febrero, 2008 3

Lanchas de recreo, de la tradicional a la motora, 1908SCIEN

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4 INVESTIGACION Y CIENCIA, febrero, 2008

Menos siniestrosLas tiendas para zur-dos, como la Lefto-rium que Ned Flan-ders regenta en Los Simpson, no hubieran tenido nada que ha-cer en la Inglaterra victoriana. Los zur-dos constituan por entonces apenas un 3 por ciento de la poblacin, frente un valor cercano al 11 por ciento actual, estima-do a escala planetaria. Se ha llegado a esa conclu-sin tras un anlisis de pelculas documentales tomadas en el norte de Inglaterra entre 1897 y 1913, en algunas de las cuales se vea a gente agitando manos o pauelos (ese tipo de gestos proporciona una indica-cin ms precisa que la escritu-ra sobre la quiralidad del sujeto). Tan escasa zurdera no se deba a una mortalidad ms elevada, pues la mayora de quienes sa-ludaban con la siniestra eran personas de edad. Se ha conje-turado que la estigmatizacin social pudo haber provocado el

declive de la zurdera en

las postrime-ras del siglo

XIX, pues la ma-quinaria producida du-

rante la Revolucin Industrial estaba con-cebida para los dies-

tros, no para los zur-dos. Esa disparidad haca que los zurdos se hiciesen notar; es de presumir que fue-sen dejados de lado como pareja marital, por ser peores parti-dos. El estudio apa-reci en el nmero de 18 de septiembre de Current Biology.

Memoria insulino-resistentePudiera ser que el mal de Alzhei-mer consistiera en una novedo-sa variedad de diabetes. Inves-tigadores de la estadounidense Universidad Noroccidental han experimentado con una forma de ligandos difusibles derivados de beta-amiloides (ADDL), unas pro-tenas hidrosolubles de tamao

reducido, capaces de viajar por todo el cuerpo como si fueran hormonas. Esas molculas, lo mismo que las protenas beta y tau-amiloides, se dan en el ce-rebro de las vctimas del Alzhei-mer [vase Desactivar la enfer-medad de Alzheimer, en INVES-TIGACIN Y CIENCIA, julio de 2006].

Tras aplicar ADDL a cultivos maduros de neuronas del hipo-campo, los investigadores obser-varon que las protenas se unen especficamente a las puntas de las terminaciones nerviosas si-npticas. Esa precisa ligazn bloque rpidamente el reabas-tecimiento de receptores de in-sulina, al inhibir su transporte desde el soma, donde se sinte-tizan. La correspondiente resis-tencia a la insulina, una hormo-na que regula el metabolismo de glcidos, destruye la capacidad de las neuronas relacionadas con la memoria para comunicarse de forma adecuada.

Basndose en esas pruebas, los investigadores han comen-zado a contemplar la enferme-dad de Alzheimer como un fracaso sinptico, no como el resultado de muerte neurocelu-lar. Segn William Klein, direc-tor del equipo que public el trabajo en Internet el 24 de agosto, en FASEB Journal, dicho enfoque aclarara por qu al-gunas personas que poseen un elevado nmero de placas ami-loides siguen cognitivamente sanas, as como la razn de que los diabticos de tipo 2 de edad avanzada sufran problemas mnmicos.

Peter Sergo

Tortugas carnvorasEl tiempo que media entre la eclosin del huevo de las tortu-gas marinas, que recin nacidas se dirigen playa abajo hacia el

mar, y el mo-mento en que regresan, ya

adultas, para la puesta, ha consti-

tuido un misterio para la historia natu-ral. Ahora, bilogos de la Universidad de

Florida han aportado, va Internet, datos clave para comprender esos aos perdi-dos (Biology Letters de 18 sep-tiembre). Los cientficos han examinado istopos de nitrge-no en muestras de caparazones. El anlisis de los istopos es-tables revela en qu lugar de la cadena trfica se ubica el ani-mal: un sesgo hacia los istopos dotados de mayor peso sugiere una dieta ms rica en carne. Los resultados indican que las tortu-gas verdes marinas son inicial-mente carnvoras; depredan medusas y otros organismos. Entre tres y cinco aos despus, las tortugas se nutren de algas marinas y se aproximan ms a la costa.

P U E S TA A L D I AQu ha sido de ...?

Recopilacin de Philip Yam

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La muerte del kilogramoEn septiembre de 2007 corra la noticia de que, de forma misteriosa, el kilogramo estaba perdiendo masa. En concreto, el cilindro de referencia, cons-truido hace 119 aos y cuidadosamente mante-nido bajo campanas de vidrio en Francia, pare-ce haber perdido 50 microgramos respecto del promedio de docenas de copias. Los fsicos de-tectaron hace mucho esta suerte de deriva msica; por ese motivo, han estado buscando definiciones naturales del kilo [vase Un nue-vo kilogramo en INVESTIGACIN Y CIENCIA, febrero de 2007]. Una posible nueva definicin consistira en el nmero de tomos que contiene un kilogramo de silicio puro; otra se basara en la ener-ga elctrica y en efectos cunticos.


APUNTES

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Howard Chang, Adam Adler y sus colaboradores, de la Universidad de Stanford, han investigado qu tenan en comn diversos genes que, al envejecer el individuo, se ac-tivan ms, o menos, de lo que antes les era normal. Descubrieron que el proceso ms aso-ciado al envejecimiento era la intervencin del factor de transcripcin NF-kB (una familia de protenas que participa en la regulacin de la activacin de los genes).

Procedieron a bloquear durante dos semanas la accin del factor en la piel de ratones de dos aos de edad. El patrn de activacin de los genes reverti al de un ratn joven. La piel misma pareca ms joven, ms gruesa y con una actividad de divisin celular ms intensa. Sin embargo, habida cuenta de las dems funciones de NF-kB, relacionadas con el sistema

inmunitario o las inflamaciones, por ejemplo, es muy posible que junto a los efectos beneficiosos del bloqueo de la protena haya otros muy negati-

vos. Esos efectos secundarios, en cambio, quiz no se mani-festaran en tratamientos a corto plazo que mejorasen la curacin de lesiones en la piel de los ancianos.

Genes and Development,15 de diciembre de 2007

GENETICA

Piel que rejuvenece

FISICA

Neutronesno tan neutros

Puede que los castigos expliquen por qu la mayora de las personas convive en relativa tranquilidad. Tal parece ser la enseanza que se deduce de la conducta de 23 estudiantes varones, participantes en un juego de ultim-tum. Cada uno poda dividir una suma de dinero en la forma que quisiera con un socio annimo. En algunos casos, el receptor tena que aceptar cualquier ofrecimiento que se le hiciera; en otras ocasiones, ya hecho el ofrecimiento, el receptor poda penalizar al donante tomando la totalidad o una parte del dinero de ste. En los escneres cerebrales del donante se pudo ver que cuando exista la opcin de castigo, haba dos reas especialmente activas: la corteza orbitofrontal lateral, una regin de la que ya se supona que participa en el procesamiento de estmulos de amenaza, y una regin prxima a ella, la corteza prefrontal dorsolateral, que interviene en el control de los impulsos. El equipo de la Universidad de Zrich que llev a cabo este estudio se propone ahora hacer pruebas con pacientes que sufren de ansiedad antisocial y trastornos de personalidad, para determinar si sus conductas son consecuencia de una carencia en el control de sus impulsos o de una evaluacin incorrecta de amenazas.

Neuron, 4 de octubre de 2007.Nikhil Swaminathan

NEUROLOGIA

Penalizacin por armona

Aunque el neutrn sea elctrica- mente neutro, los fsicos haban imaginado ya que posea una car-ga elctrica positiva en su centro, equilibrada por una carga negativa del mismo valor en su periferia. Re-sultados nuevos, obtenidos en tres diferentes aceleradores de partculas, inducen a pensar que el neutrn es ms complicado todava: posee una carga negativa tanto en su ms pro-fundo interior como en su periferia, con una carga positiva emparedada entre ambas. Estos hallazgos podran permitir una mejor comprensin de la fuerza fuerte, que mantiene retiene a los ncleos atmicos y gobierna lo que ocurre en las entraas de las es-trellas. El nuevo conocimiento podra aplicarse a la produccin de energa nuclear o de armamento atmico. Segn Gerald Miller, investigador de la Universidad de Washington, es posible que el neutrn resulte ms complejo todava conforme se vayan obteniendo nuevos datos.

Physical Review Letters,14 de septiembre de 2007.

Charles Q. Choi

BIOLOGIA SINTETICA

Algo para recordar

Se ha instalado un bucle de realimentacin gentica en una levadura: el primero de estos circuitos que se construye en una clula eucariota (dotada de ncleo diferen-ciado). El bucle constaba de dos genes aadidos a la clula. Expuesta a la galactosa un azcar, la levadura activaba el primero de estos genes implantados; dicho gen creaba, a su vez, un factor de transcripcin que activaba al segundo gen. A continua-cin, el segundo gen fabricaba otro factor de transcripcin, concebido para aumentar en un grado la actividad del mismo gen que lo haba creado. Debido a este efecto de bucle, el segundo gen continuaba produciendo su factor de transcripcin, incluso des-pus de haber sido retirada la galactosa del entorno celular. As se mantena con efica-cia el recuerdo de la exposicin a galactosa. Se podran improvisar clulas provistas de estos diseos de realimentacin con el fin de registrar condiciones ambientales pasadas o para cuantificar daos sufridos por el ADN.

Genes & Development, 15 de septiembre de 2007.Nikhil Swaminathan


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Reduccin del agujero

El ozono estratosfrico bloquea los leta- les rayos ultravioleta procedentes del Sol; el uso de CFC (compuestos clorofluor-carbonados) en el pasado ha debilitado tal proteccin. El dao se concreta en el tristemente clebre agujero de ozono que se forma sobre el polo Sur cada pri-mavera antrtica. (Se produce un agujero cuando el espesor de ozono es menor que 220 unidades Dobson, es decir, menos de 2,2 mm si se encontrase al nivel del mar y a 0 oC). Las mediciones del agujero efectuadas desde el satlite Envisat, de la Agencia Europea del Espacio, no significan necesariamente que la capa de ozono haya empezado a recuperarse. Lo sucedido es, ms bien, que los patrones climticos han permitido que se mezcle aire caliente en las regiones polares, reduciendo as el problema.

Temperatura por debajo de la cual se produce la deplecin de ozono:

78 grados CPorcentaje de adelgazamientodurante cada ao de este decenio:0,3 %Prdida mxima de ozono antrti-co, en toneladas:En 2006: 40 millonesEn 2007: 27,7 millonesEspesor mnimo del ozono en el agujero, en unidades Dobson:En 2006: 100En 2007: 120Area del agujero, en kilmetros cuadrados:En 2006: 28 millonesEn 2007: 24,7 millonesSuper cie de Amrica del Norte, en kilmetros cuadrados:24,25 millonesFuente: Anuncio de la Agencia Espacial Europea,3 de octubre

PERCEPCION

Atentos al tigre

Dado que la deteccin de depredadotes y presas tuvo que ser cuestin de vida o muerte para los humanos durante su evo-lucin biolgica, se ha investigado si era mayor la probabilidad de que las personas jen su atencin en animales que en otros objetos. Los investigadores proyectaron rpidas instantneas de escenas naturales a voluntarios. Estas imgenes se mostraban por pares. Eran idnticas, salvo en un objeto. Los sujetos demostraron ser mucho ms rpidos y precisos en la deteccin de las modi caciones corres-pondientes a animales incluidos otros hu-manos que cuando se trataba de seres

inanimados; eso ocurra incluso cuando los animales eran pequeos, ocupaban posicio-nes perifricas o se confundan con el fondo. El resultado sigui siendo cierto con vehcu-los, a los que, presumiblemente, los volunta-rios llevaban aos prestando atencin por si efectan cambios peligrosos de trayectoria. Parece evidente que las prioridades visua-

les de nuestros antepasa-dos cazadores-recolectores continan incrustadas en el

cerebro moderno, aunque en la actualidad resulten

bastante intiles.Proceedings of the

National Academy of Sciences USA, 24 de septiembre de 2007.

Charles Q. Choi

Las palabras que ms se utilizan son las que evolucionan con mayor parsimo-nia. Se ha investigado cmo han ido extin-guindose las formas del tiempo pasado de los verbos ingleses desde el tiempo de Beowulf, poema pico anglosajn de la Alta Edad Media. Slo una regla para denotar ese tiempo verbal ha persistido en ingls: el sufijo ed (en los verbos regulares). Los investigadores catalogaron la totalidad de los verbos irregulares con los que se toparon, como sing/sang (el verbo cantar), as como aquellos otros que han sido regularizados (caso de slink moverse furtivamente, parir prematura-

mente que ahora se conjuga slinked pero cuyo pasado, hace 1200 aos, era slunk). Quedan sin regularizar 98 de los 177 verbos irregulares que encontraron; y, dados dos verbos, si uno era usado 100 veces menos que el otro, su evolu-cin resultaba ser 10 veces ms rpida. El prximo en caer pronostican ser wed (casar, o casarse con), que ser regularizado a wedded. El estudio fue publicado en Nature el 11 de octubre de 2007, juntamente con otro parecido que comparaba palabras cuasihomfonas de las lenguas indoeuropeas.

Nikhil Swaminathan

LENGUAJE

O se usa o se pierde

No es fcil contar los muertos en tiempo de guerra. Segn la Encuesta de Salud Familiar en Iraq, de la Organizacin Mundial de la Salud y el ministerio de salud iraqu, publi-cada en el The New England Journal of Medicine en enero de 2008, habran muerto en ese pas por acciones violentas, desde la invasin de 2003 hasta junio de 2006, entre 104.000 y 223.000 personas. Otro trabajo publicado en 2006 en The Lancet por investigadores de las universidades Johns Hopkins y Al Mustansiriya de Bagdad, con una muestra menor que la de la Encuesta, arrojaba para el mismo perodo una cifra de entre 420.000 y 790.000 muer-tes violentas. Resulta llamativo que en el trabajo publicado en The Lancet el nmero de muertes violentas aumente mucho de ao en ao, mientras que en la Encuesta permanece casi constante. Otra estimacin reciente coincide ms con el estudio de The Lancet que con la Encuesta. Lo ha realizado ORB, un empresa de sondeos, que calcul ms de un milln de muertos a mediados de 2007.

ESTADISTICA

Bajas en guerra


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C I E N C I A Y S O C I E D A D

Clulas T y sidaSe puede tratar la infeccin por VIH mediante la inhibicin del sistema inmunitario?

El VIH tiene un efecto devastador porque ataca y destruye el sistema de defensa del cuerpo frente a los pat-genos y expone a los pacientes a un de-senlace mortal. Cmo es posible, pues, que se haya pensado en tratar a los si-dosos con frmacos que neutralizan el sistema inmunitario?

Una particularidad inesperada de la infeccin por VIH es que, en las prime-ras semanas despus de que invada el cuerpo, el virus se apropia del sistema inmunitario y lo estimula en exceso. Y lo que revista mayor inters, los linfo-citos T activados (clulas encargadas de combatir a los patgenos) no slo pro-ducen grandes cantidades de citoquinas (mensajeros qumicos que intervienen en la coordinacin del contraataque), sino que entran en el ciclo celular, un proce-so que, en condiciones normales, desem-boca en la divisin y multiplicacin de las clulas. No obstante, en la infeccin por VIH un subtipo de linfocitos T, los CD4+ de memoria central, parecen in-troducirse en el ciclo celular y experi-mentar apoptosis (muerte celular) en gran magnitud. La poblacin de linfoci-tos CD4+ activados contribuye, adems, a la multiplicacin del virus.

No se sabe bien de qu forma el VIH causa la activacin y destruccin de la poblacin de clulas T del subtipo CD4+. Se sabe que el declive es caracterstico de la infeccin por VIH; los mdicos se valen de ella para realizar el pronstico. Tam-bin se sabe que, si no se pre-senta la activacin inmunita-ria, el desenlace final ser muy distinto.

Los experimentos de labo-ratorio con monos lo han de-mostrado con nitidez. El mangabey de collar blanco del Africa Occidental se ha adaptado al virus de la inmu-node ciencia de los simios (la versin no humana del VIH); no suele caer enfermo, ni si-quiera con una elevada can-tidad de virus. Por el contra-rio, el macaco rhesus asitico manifestar habitualmente un

sndrome parecido al sida. La diferencia entre estos dos primates es que el man-gabey de collar blanco experimenta ba-jos niveles de activacin inmunitaria, lo que presumiblemente limita la destruc-cin de la poblacin de linfocitos T y la multiplicacin vrica. Por el contrario, el sistema inmunitario del macaco rhesus, igual que el de los humanos, se reaviva con frenes durante las primeras fases de la infeccin.

Esta correlacin lleva a preguntarse qu pasara si el sistema inmunitario hu-mano se comportase a la manera en que se comporta el del mangabey. Los expe-rimentos ya han con rmado que la in-hibicin de la multiplicacin vrica con medicacin antirretrovrica atena la ac-tivacin inmunitaria e incrementa el n-mero de linfocitos CD4+. El siguiente paso sera el tratamiento inmunodepre-sor, que puede retardar la multiplicacin vrica al limitar la activacin de los lin-focitos T y evitar la apoptosis de las c-lulas CD4+.

Varios grupos han venido investigan-do esta estrategia teraputica inslita, con resultados desiguales. El de Michael Le-derman, de la Universidad Case de la Reserva Occidental, llevaron a cabo en-sayos en 2001 y 2003 sobre el efecto del corticosteroide prednisona, unido a un tratamiento antirretrovrico. El trata-miento consigui inhibir la activacin

inmunitaria pero no pudo in uir en las poblaciones de linfocitos CD4+.

Un grupo europeo obtuvo mejores re-sultados con la ciclosporina A. En un ensayo con nueve pacientes (y ms tar-de, en un estudio con 80), el recuento de clulas T CD4+ ascendi a los nive-les normales, tras administrar durante ocho semanas ciclosporina A y tratamien-to antirretrovrico. Segn Giuseppe Pan-taleo, de la Universidad de Lausana, in-vestigador principal en estos ensayos, la magnitud del efecto sobre los linfocitos T CD4+ sorprendi a los propios inves-tigadores.

Estos resultados discrepan de estudios anteriores. En 1989, unos investigado-res canadienses ensayaron la ciclospo-rina en pacientes de sida, con conse-cuencias desafortunadas. Los pacientes no slo experimentaron sntomas txi-cos graves a causa del tratamiento, sino que su recuento de clulas T cay en picado.

As pues, la pauta temporal parece ser un factor importante en este tipo de tratamiento contra el VIH. En opinin de Martin Markowitz, del Centro de Investigacin del Sida Aaron Diamond en Nueva York, no debera aplicarsedurante la infeccin crnica; no cree que sea razonable intervenir mediante la inmunodepresin en una enfermedad que se caracteriza por la inmunodepre-

sin progresiva.Markowitz y sus colabora-

dores reservan esta forma de tratamiento, pues, para pa-cientes VIH-positivos que se encuentran an en la fase temprana y aguda de la in-feccin. Debido a que en los estudios anteriores el aumento del recuento de linfocitos T CD4+ se produca poco des-pus de que los pacientestomaran la ciclosporina, ad-ministran, de modo an ex-perimental, pequeas dosis de ciclosporina durante un pe-rodo de tratamiento corto, de cuatro semanas.

Bianca Nogrady

Accin mortal: Virus del sida desprendindose de un linfocito T infectado. Debido a que estas clulas inmunitarias permiten la multi-plicacin del VIH en su interior, si se evita la respuesta rpida de los linfocitos T a la infeccin quiz se podra detener al virus.


Protenas en movimientoMerced a la potencia de clculo de los superordenadores y al desarrollo de los mtodosde simulacin, se ha obtenido un mapa dinmico que arroja luz sobre la funcin protenica

Las protenas son las macromolculas responsables de la mayora de los procesos celulares. Operan como catali-zadores (aumentan la aceleracin de las reacciones qumicas en varios rdenes de magnitud), modulan la captacin y el procesado de seales que llegan a la c-lula o parten de ella, controlan el meta-bolismo celular y la mayora de los me-canismos de regulacin de la expresin gnica. Las protenas contribuyen a la formacin de las macroestructuras celu-lares y actan como los principales ele-mentos motores. Se trata, por tanto, de molculas vitales para la clula. A su sn-tesis y degradacin se dedican buena par-te de los recursos celulares.

Desde el punto de vista qumico, las protenas corresponden a polipptidos, polmeros de amidas; presentan varios tamaos y constan de hasta 20 amino-cidos distintos. La secuencia polipept-dica, que se encuentra codi cada en el genoma, determina la estructura tridi-mensional, que, a su vez, marca la fun-cionalidad de la protena. Conocer la es-tructura de las protenas nos ha de facilitar, pues, la comprensin del modo en que operan y, por tanto, de cmo po-demos actuar sobre ellas. Este constitu-ye el paradigma central de la biologaestructural y del diseo racional de fr-macos, la razn que ha empujado el de-sarrollo de los proyectos de genmica es-tructural en todo el mundo.

Movimiento y funcin protenicaEn la mitad del primer decenio del si-glo xxi, ya con decenas de miles de es-tructuras protenicas tridimensionales depositadas en las bases de datos (vase el Protein Data Bank http://www.rcsb.org/), empezamos a observar que la conformacin de las protenas cons-tituye quizs el factor principal para explicar su funcionalidad, aunque no el nico.

La imagen esttica, o cuasiesttica, que las tcnicas experimentales dan de las protenas no explica ciertos aspec-tos clave de su funcin: por qu se unen a una misma protena frmacos distintos? A qu se debe que dos pro-

tenas interaccionen, pese a no presen-tar puntos complementarios? De qu modo realizan trabajo mecnico estas macromolculas a partir de energa qu-mica?

En todos esos casos, no slo la estruc-tura, sino tambin la exibilidad desarro-llan una funcin clave. Por ello reviste sumo inters conocer, amn de la estruc-tura de la protena, sus pautas preferen-ciales de movimiento. Debemos pasar de fotogra ar protenas a obtener pelcu-las de las mismas.

Determinar el modo en que una mo-lcula de miles de tomos se mueve a lo largo del tiempo y la forma en que mo-di ca su conformacin por efecto de li-gandos, cambios en el medio, alteracio-nes qumicas o presencia de otras macromolculas entraa una gran com-plejidad, una tarea imposible de llevar a cabo con los mtodos experimentales ac-tuales. Afortunadamente, el desarrollo de

la dinmica molecular y otros mtodos de simulacin terica y el acceso a po-tentes supercomputadores permiten ob-tener esa informacin, inaccesible por otros medios.

La dinmica molecularLa dinmica molecular se propone re-producir, con resolucin atmica, el mo-vimiento de las protenas. Para ello se de ne una funcin matemtica simple, pero ajustada a parmetros mecanocun-ticos precisos, mediante la cual se cal-cula la energa asociada a una confor-macin determinada de la protena. A partir de la derivada de la energa en funcin de la posicin inicial de cada tomo, se obtienen las fuerzas que ac-tan sobre ellos; stas, a su vez, median-te la segunda ley de Newton, nos dan las aceleraciones. La integracin de las aceleraciones en perodos muy cortos de tiempo (femtosegundos) nos permi-

Representacion de la variabilidad confor-macional obtenida por simulacion de dinmica molecular en tres proteinas seleccionadas.


te obtener velocidades que, al integrar-se, proporcionan las nuevas posiciones atmicas.

Mediante la iteracin proceso, se tra-za el movimiento de todos los tomos de una protena a lo largo del tiempo. Para determinar una trayectoria de un picosegundo se necesitan unos mil clcu-los, para un nanosegundo 1 milln; un simple milisegundo requerir un billn de estas operaciones matemticas. Si pensamos que una protena y el agua que la rodea pueden fcilmente superar el medio milln de tomos, resulta evi-dente que la dinmica molecular com-porta una labor computacional enorme. Se requieren, pues, grandes recursos computacionales para llevar a cabo di-chas simulaciones.

La dinmica molecular de protenas naci a nales de los aos setenta del si-glo pasado, pero hubo que esperar vein-

te aos ms para conocer el potencial real de la tcnica. Lo que se consigui gracias a los re namientos de los mode-los tericos, los algoritmos y, sobre todo, del soporte informtico (hardware). Mediante esas tcnicas de simulacin y la potencia de clculo del superordena-dor Mare Nostrum, en la Universidad Po-litcnica de Barcelona, investigadores del Centro Nacional de Supercomputacin y el Instituto de Investigacin Biomdi-ca han obtenido el primer borrador del mapa dinmico de las protenas: con 1900 estructuras, cubre la mayora de las estructuras singulares de protenas co-nocidas.

Este mapa dinmico permite pasar de la instantnea a la pelcula: de la ima-gen esttica de la protena, constituida por una nica estructura tridimensional, a una visin dinmica de la misma, es decir, la secuencia de las 100.000 estruc-

turas que la protena ha ido adoptando durante 10 nanosegundos de trayectoria en solucin acuosa. Gracias a ese esfuer-zo titnico, recogido en una base de da-tos de casi 10 terabytes (accesible en http://mmb.pcb.ub.es/MODEL), pode-mos entender el movimiento de las pro-tenas, prever las pautas de deformacin que seguirn al interaccionar con otras molculas y estimar las posibilidades de reconocimiento de los centros de unin de ligandos.

Con esa gavilla de avances, podrn co-nocerse mejor las biomolculas que de -nen la vida y podr alcanzarse una ma-yor capacidad para modular su accin, lo que posibilitar un salto cuantitativo en el diseo de nuevos frmacos.

Modesto OrozcoDpto. Bioqumica,

Universidad de Barcelona

Los estallidos csmicos de rayos gammaLos satlites Swift e Integral determinan en pocos segundos las posiciones de los estallidos csmicos de rayos gamma. Los telescopios pticos observan entonces esos lugares

Resulta difcil encontrar en la astrofsica extragalctica una disciplina que durante los ltimos aos se haya de-sarrollado de manera tan vertiginosa como el estudio de los estallidos csmi-cos de rayos , o GRB (acrnimo del in-gls Gamma-Ray Burst).

Los GRB son breves e intensos des-tellos de radiacin que tienen lugar en el cielo unas tres veces al da. Suce-den aleatoriamente, sin que aparezcan de modo preferente en determinadas di-recciones celestes; duran entre unos po-cos minutos y algunos milisegundos. La mayor parte de su energa se emite en un rango de frecuencias para las que nuestra atmsfera es opaca (en torno a 1018-22 Hz). Ante tal inconveniente, ne-cesitamos, para localizarlos, detectores de radiacin a bordo de satlites y sondas espaciales.

Lo mismo que los plsares o la radia-cin csmica de fondo, los GRB se des-cubrieron de manera fortuita. A nales de 1963, en plena guerra fra, los Esta-dos Unidos pusieron en marcha una red de satlites espas denominada serie Vela. Su objetivo era averiguar si la Unin Sovitica realizaba secretamente ensayos nucleares. (Con anterioridad, en

agosto de 1963, se haba rmado un tra-tado internacional que prohiba los en-sayos con armas nucleares en la atms-fera, en el espacio ultraterrestre y en los fondos marinos.) Las explosiones nuclea-res originan abundante radiacin , que sera detectada por los satlites de la se-rie Vela. A partir de 1967 se empez a registrar una sucesin de violentas ex-plosiones que no procedan ni de la Tierra ni del Sol. Se consider secreto militar hasta el 1973, ao en que el des-cubrimiento se anunci en una recono-cida revista de astrofsica.

A diferencia de lo que sucede con la radiacin electromagntica en frecuencias ms bajas (de radio, pticas y de rayos X), la radiacin no es focalizable. Diversas tcnicas (mscaras, codi cadas, triangula-cin por tiempos de llegada del frente de ondas o plsticos centelleadores) permi-ten paliar esa di cultad; generan localiza-ciones estadsticas denominadas zonas de error. [Una zona de error se de ne como un rea del cielo donde se tiene una de-terminada probabilidad de encontrar la fuente responsable del GRB.]

Desde 1973 hasta el 1997 se progre-s con lentitud, puesto que las zonas de error eran demasiado extensas (del or-

den de grados). Esto impeda asociar la procedencia de un GRB dado con algu-no de los miles de objetos galcticos y extragalcticos situados dentro de su zona de error. Digamos que era como buscar una aguja en un pajar.

Pero al menos, durante ese intervalo, se comprob que haba dos familias: los GRB de corta duracin y los de larga (inferior y superior a 2 segundos, respec-tivamente). Su distancia era desconoci-da y no se saba si los estallidos csmi-cos procedan de objetos pertenecientes a nuestro sistema solar o a nuestra ga-laxia o si, por el contrario, eran extraga-lcticos.

En 1997 el satlite italo-holands SAX redujo sustancialmente el tamao de las zonas de error, lo que permiti que el 28 de febrero de ese mismo ao se de-tectara, dentro de una zona de error y con telescopios en tierra, un objeto cuyo brillo se desvaneca rpidamente. La emisin ptica que sigue al GRB du-rante minutos, incluso das, se denomi-na rescoldo (afterglow) o posluminis-cencia. Se cree que no es ms que el efecto luminoso que el GRB produce en su entorno. El 5 de mayo de 1997 se pudo medir, mediante tcnicas es-


pectroscpicas, la distancia de una de esas posluminiscencias. Se demostr, en contra de lo que muchos esperaban, que los GRB eran extremadamente lejanos: desde el momento en que se produce un GRB hasta su deteccin, su luz via-ja miles de millones de aos a travs del universo. El descubrimiento hizo de los GRB los objetos ms luminosos del universo: en pocos segundos emiten la energa que radiaran diez estrellas de tipo solar durante toda su vida (del or-den de miles de millones de aos) o nuestra galaxia en el transcurso de un ao entero.

En el curso de estudios realizados en 2003 se encontraron slidos indicios de que los GRB de larga duracin proce-

dan de la explosin de estrellas de gran masa. Estas estrellas mueren de forma violenta en una explosin hipernova, una versin an ms energtica de las super-novas. Hasta la fecha se han localizado aproximadamente 150 GRB de larga du-racin, a distancias que van desde los 100 hasta los 12.000 millones de aos luz (cuando el universo tena slo el 6 % de la edad actual).

De GRB de corta duracin, mucho menos conocidos, se ha localizado slo una docena. El modelo terico que me-jor explica los datos observacionales de los GRB de corta duracin se basa en la fusin de dos agujeros negros o dos estrellas de neutrones (o de un agujero negro y una estrella de neutrones). La

geometra de estas fusiones induce a es-perar que los GRB de corta duracin sean potentes emisores de ondas gravi-tatorias.

Actualmente hay dos satlites prepa-rados para descubrir GRB: Swift (NASA) e INTEGRAL (Agencia Espacial Euro-pea). Ambas misiones envan a la Tierra las posiciones aproximadas de un nuevo GRB en pocos segundos. Este modus ope-randi permite alertar a los observatorios terrestres para que apunten rpidamente a la zona de error telescopios sensibles al ptico y al infrarrojo cercano, donde la atmsfera s es transparente. Dado que los rescoldos se desvanecen enseguida,ha sido necesario construir telescopios robticos que reciban las alertas de los satlites y respondan automticamente en pocos segundos. Sucede as con los telescopios BOOTES, situados en el Are-nosillo (Instituto Nacional de TcnicaAeroespacial, Huelva), La Mayora (Con-sejo Superior de Investigaciones Cient- cas, Mlaga) y en Sierra Nevada (Insti-tuto de Astrofsica de Andaluca-CSIC, Granada, vase la ilustracin).

Sin duda, la combinacin de estos pe-queos telescopios con otros de gran ca-libre, como el Gran Telescopio de Ca-narias, permitir valerse de los intensos y distantes GRB para estudiar los um-brales del universo. El material alojado en la lnea de visin al GRB deja impre-so su sello inconfundible sobre la luz del estallido, en forma de lneas espectrales de absorcin. Por tanto, la observacin temprana de GRB promete ser una herra-mienta econmica y e ciente para la ar-queoastrofsica.

Javier Gorosabel UrkiaInstituto de Astrofsica de Andaluca,

Granada

La escala espacial y temporal a que ocurren los cambios ambientales plantea un gran reto a la hora de eva-luar sus efectos. Los estudios locales se muestran insu cientes, por lo que es ne-cesario el anlisis a escalas regionales o globales. A estos niveles no pueden tra-tarse individuos ni poblaciones siquiera;

los ecosistemas son los objetos de estu-dio ms adecuados.

Las propiedades relacionadas con el funcionamiento de los ecosistemas con el intercambio de materia y energa en-tre la biota y el medio presentan ven-tajas frente a los descriptores de su es-tructura. No slo responden con mayor

celeridad a las perturbaciones, sino que adems pueden estimarse a partir de n-dices derivados de imgenes de satlite, lo que facilita el seguimiento.

Al estar relacionados tales ndices con la productividad de los ecosistemas, nos informan sobre las ganancias de carbo-no, uno de los servicios ecosistmicos

El telescopio de 60 cm BOOTES-IR, situado en el Observatorio de Sierra Nevada (IAA-CSIC). Una vez ha recibido una alerta de GRB, gira a una velocidad de 20 grados al segundo hacia la posicin del cielo en que se haya producido la radiacin, cuando la posluminiscencia es todava brillantsima.

Tipos funcionales de ecosistemasEl estudio desde el espacio de los ecosistemas vegetales permite calcular cunto carbono ganana lo largo de las estaciones


ms afectados por el cambio global. El estudio de las tendencias espaciotempo-rales de cambio en los atributos funcio-nales a escala regional permite estable-cer vnculos con los cambios climticos o en el uso del suelo.

En este marco hemos desarrollado va-rias aproximaciones para evaluar los efec-tos del cambio global en la pennsula Ibrica. Aunque trabajamos ahora en el seguimiento de reas protegidas, cultivos y formaciones vegetales, empezamos identi cando grupos de ecosistemas de funcionamiento parecido. A esos grupos se los llama tipos funcionales de ecosis-temas (TFE). Las clasi caciones de este estilo simpli can la diversidad de enti-dades biolgicas existentes (ya sean ge-nes, especies o ecosistemas) al tomar como criterio de nidor procesos: iden-ti can grupos que comparten caracters-ticas relacionadas con la dinmica de los intercambios de materia y energa entre biota y atmsfera; adems, responden de manera similar ante los factores ambien-tales. Los TFE equivalen, a un nivel je-rrquico superior, a los tradicionales ti-pos funcionales de plantas.

La identi cacin de TFE ha permiti-do describir los patrones regionales de las ganancias de carbono por parte de la vegetacin y la diversidad funcional, en el nivel de los ecosistemas, en la penn-sula Ibrica. La clasi cacin se ha hecho a partir de imgenes de satlite donde se muestra el ndice verde normaliza-do (NDVI, del ingls Normalized Dif-ference Vegetation Index), o ndice de ve-getacin. El NDVI mide la absorcin de radiacin solar por la cloro la de la vegetacin durante la fotosntesis, y se calcula con datos ofrecidos por satlites arti ciales. En este caso, los datos se ex-trajeron de las imgenes que los satli-tes NOAA/AVHRR tomaron entre 1982 y 1999. Cada unidad de muestreo (cada pxel de 64 km2) se caracteriz por me-dio de su curva estacional de NDVI pro-medio para el perodo.

De la forma y altura de dicha curva derivamos los siguientes atributos del funcionamiento ecosistmico: 1) la inte-gral anual (NDVI-I), un estimador de la productividad primaria neta, obteni-da como la media de los 12 valores men-suales de NDVI; 2) el rango relativo

anual (RREL), un indicador de la esta-cionalidad en las ganancias de carbono (la diferencia entre el mximo y el m-nimo NDVI, dividida por la integral); y 3) el mes con mximo NDVI (MMAX), que describe la fenologa la estacin con mayor fotosntesis de la vegeta-cin. En 2005, Nathalie Pettorelli y sus colaboradores expusieron el signi cado biolgico y la utilidad de estas caracte-rsticas.

El resultado de describir con ellas los patrones geogr cos de productividad, es-tacionalidad y fenologa de los ecosiste-mas ibricos se presenta en la gura 1. Se observa que la productividad (NDVI-I)decrece desde el NO al SE, con valores mayores en el N y NO peninsular (re-gin atlntico-pirenaica) y en las altas montaas mediterrneas. La estacionali-dad (RREL) es baja en los territorios at-lnticos y en las montaas mediterr-neas, mientras que es alta en los picos de la cordillera Cantbrica y Pirineos, en los grandes valles, las llanuras agrcolas, los humedales y el sudeste rido. El mo-mento del mximo ndice verde (MMAX) fue el verano en el N y NO ibricos y

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SeptiembreAgostoJulioJunioMayoAbrilMarzoFebreroEneroDiciembreNoviembreOctubre

1. Patrones geogr cos de los atributos funcionales derivados de la curva anual del ndice verde normalizado (NDVI): a) Integral anual de NDVI (NDVI-I), un estimador de la productividad; b) rango relativo anual de NDVI (RREL), indicador de la estacionalidad; c) mes del mximo valor de NDVI (MMAX), descriptor de la fenologa.

a b

c


en las altas montaas, humedales y rega-dos de la regin mediterrnea; el otoo e invierno temprano en el resto de las reas montaosas; y la primavera en las zonas semiridas, depresiones uvia-les y llanuras continentales.

La categorizacin de los gradientes de estas caractersticas y su combinacin permiti agrupar los pxeles en unidades funcionales (TFE) que integran en un solo mapa todos los patrones de inter-cepcin de radiacin descritos ( gura 2).

No se puede hablar de correspondencia total entre tipos funcionales y estructu-ra de la vegetacin: algunas reas perte-necientes a un TFE pueden presentar distinta estructura, y otras con igual es-tructura pueden tener diferente dinmi-ca y, por tanto, pertenecer a dos TFE.

La correspondencia entre los TFE y los usos antrpicos del suelo en un 15 % del territorio ibrico pone de mani esto el impacto del control humano sobre su funcionamiento ecosistmico. El biocli-ma result ser el principal control en los TFE asociados con la vegetacin poten-cial, la existente de no haber interven-cin humana (el 22 % de la Pennsula).

La aproximacin empleada para de -nir TFE capta la heterogeneidad espacial del funcionamiento ecosistmico y sirve de referencia en la evaluacin de los im-pactos de los cambios ambientales. Abre, adems, la posibilidad de su seguimien-to en el tiempo y la comparacin con otras zonas, como Sudamrica, donde se ha aplicado con xito por Jos Paruelo y sus colaboradores en 2001, y por San-tiago Baeza y los suyos en 2006.

Domingo Alcaraz SeguraEnvironmental Sciences Dept.,

Universidad de Virginia

Javier CabelloDpto. Biologa Vegetal y Ecologa,

Universidad de Almera

Jos ParueloLaboratorio de Anlisis Regional

y Teledeteccin,Facultad de Agronoma,

Universidad de Buenos Aires-CONICET

Los nanohilos de silicio se cuentan entre los componentes ms prometedores de la electrnica molecu-lar. Constituye una de las reas de in-vestigacin interdisciplinaria de mayor inters que reclama la concurrencia de la fsica del estado slido, la qumica cuntica y la ingeniera electrnica.

Sistemas unidimensionales, en los nanohilos los tomos mantienen la mis-ma coordinacin que en el silicio cris-talino (tridimensional): los cuatro ve-

cinos ms prximos de cada tomo forman un tetraedro. Asimismo, pue-den crecer a lo largo de distintas orien-taciones cristalinas. En la superficie, los enlaces libres se saturan con tomos de hidrgeno o se cubren con una capa de xido amorfo, una propiedad del mximo inters, pues garantiza que los hilos sean semiconductores y, por tan-to, ptimos para la fabricacin de com-ponentes nanoelectrnicos. Tal es la ventaja que ofrecen los nanohilos de si-

licio sobre los nanotubos de carbono, que son metlicos o semiconductores en funcin de la quiralidad que no es controlable.

Los nanohilos de silicio presentandimetros de entre dos y 200 nanme-tros, y longitudes de hasta varias micras. Por su conformacin, pueden servir de interconexiones entre las regiones de un sistema nanoscpico. Sin embargo, la aplicacin ms fascinante que ofrecen es la relizacin de componentes activos;

2. Tipos funcionales de ecosistemas (TFE) de la pennsula Ibrica, de nidos por la dinmica estacional del ndice verde normalizado (NDVI), que se calcula a partir de las imgenes del satlite NOAA/AVHRR para el perodo 1982-1999. Los TFE que se muestran suman el 90 %de la Pennsula. Cada unidad recibi un cdigo de tres caracteres. El primero de ellos, en maysculas, indica cuatro categoras para la integral anual: los A son los menos produc-tivos y los D los ms productivos. La segunda letra, en minscula, representa las cuatro categoras para el RREL, yendo de a a d conforme mayor fuese la estacionalidad. El ltimo carcter es un nmero entre 1 y 4 en funcin del perodo del ao donde tuvo lugar el mo-mento del mximo del ndice verde (1 verano, 2 otoo y comienzos de invierno, 3 inviernoy comienzo de primavera, 4 primavera).

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EFTsBa2Bb1Bb2Bb3Bb4Bc1Bc2Bc3Bc4Bd3Bd4Ca1Ca2Cb1Cb2Cb3Cb4Cc1Cc2Cc3Da1Da2Db1

NanoelectrnicaNanohilos de silicio: nuevos componentes unidimensionales para la electrnica molecular


por ejemplo, el canal de un transistor de efecto de campo.

Amn de un tamao reducido, que fa-cilita la miniaturizacin de los dispositi-vos electrnicos, los nanohilos muestran, bajo ciertas condiciones, mayor movilidad de los portadores que el silicio cristalino. En los nanohilos, los electrones se mue-ven con mayor prontitud y la corriente se transmite con mayor e ciencia, gracias a que en esos sistemas la probabilidad que un fonn (un modo de vibracin de la red cristalina) desve un electrn de su camino es casi nula, sobre todo en hilos de escasa longitud, lo que da lugar al fe-nmeno del transporte balstico.

En el rgimen balstico, un electrn inyectado se transmite con probabili-dad 1 y la resistencia total queda deter-minada por los contactos entre el nano-hilo y el medio exterior (el drenador y la fuente, si seguimos con la analoga del transistor de efecto de campo), que es donde cae toda la tensin aplicada.

La situacin se complica si el nano-hilo no es perfecto, es decir, si presen-ta defectos que actan como centros de dispersin (scattering). En ese caso, se aade otra componente de resistencia, determinada por la probabilidad de transmisin/re exin del centro de dis-persin. En los sistemas semiconducto-res acostumbra distinguirse entre dos cla-

ses de defectos: imperfecciones y defectos introducidos (dopantes). Al gru-po de imperfecciones no deseadas de la red cristalina pertenecen vacantes, in-tersticiales y defectos de lnea; a la su-per cie, fallos en la pasivacin y rugo-sidad de la super cie. Con los defectos introducidos adrede nos proponemos ajustar las propiedades elctricas o do-par. Nos hallamos, pues, ante una situa-cin paradjica: aunque los defectos re-duzcan la conductancia del nanohilo, debemos provocar algunos de ellos para obtener un semiconductor con las pro-piedades que requiere una aplicacin electrnica determinada.

Este frgil equilibrio de impurezas re-sulta crtico en sistemas unidimensiona-les de escala nanoscpica. A medida que el dimetro del hilo se reduce, puede lle-gar a ser del mismo orden que la seccin e caz de dispersin del defecto (una im-pureza dopante, en este caso). La siguien-te analoga clsica ofrece una idea intui-tiva y directa de lo que ocurre: un ujo ordenado de partculas en el interior de un conducto cilndrico de dimetro D (potencial de con namiento del nanohi-lo) encuentra en su camino un obstculo de dimensiones (seccin e caz de la impureza); cuando D sea del mismo or-den que , el ujo de partculas ser prcticamente nulo.

Vista lateral (izquierda) y seccin (derecha) de la estructura atmica de un nanohilo de silicio de unos dos nanmetros de dimetro. Las esferas azules indican tomos de silicio, mientras que las blancas corresponden a tomosde hidrgeno que rematan la super cie del nanohilo.

Reformulando las ideas anteriores en trminos de la teora de la dispersin y con el lenguaje de la mecnica cuntica diramos que cuando es del mismo or-den que D la probabilidad de re exin total puede ser de la misma entidad, o incluso superior, que la probabilidad de transmisin. Es decir, mientras que en un sistema tridimensional los defectos estructurales provocan la desviacin de la trayectoria de los portadores, en un nanohilo estrecho pueden provocar el rebote (backscattering).

Dado que en este contexto se de ne la conductancia como la probabilidad de transmisin, es fcil entender que las pro-piedades de transporte de un nanohilo dependen de la concentracin, la distri-bucin y la seccin e caz de dispersin de los defectos.

Las consideraciones anteriores sugie-ren la importancia de una comprensin terica y experimental del proceso de dispersin ya que, en ltima instancia, constituye el principal factor limitante de las prestaciones de los dispositivos ba-sados en nanohilos.

Riccardo RuraliGrupo de Nanoelectrnica Computacional

Dpto. de Ingeniera ElectrnicaUniversidad Autnoma de Barcelona

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Convivimoscon microorganismos

LOS MICROORGANISMOS ALIENIGENOS podran hallarse agazapados en nuestro entorno. Aunque remedaran en su aspecto a las bacterias, intervendran en su bioqumica aminocidos exticos o elementos constructivos de otra naturaleza.


E l origen de la vida constituye uno de los grandes problemas cient cos sin resolver. Se ignora de qu forma, dn-de y cundo apareci la vida. Todo cuanto se sabe es que la vida microbiana se haba establecido en la Tierra hace unos 3500 millones de aos. Sin pruebas de lo ocurrido con anterioridad, hay lugar sobrado para la disensin.

Hace treinta aos, la opinin prevalecien-te entre los bilogos era que la vida result de una casualidad qumica tan improbable, que sera increble que se hubiera produci-do por dos veces en el universo observable. Esa posicin conservadora fue la apadrinada por Jacques Monod, premio Nobel, quien en 1970 escriba: El Hombre sabe, al n, que se encuentra solo en la fra inmensidad de un universo del que surgi tan slo por azar. Pero en aos ms recientes, esa concepcin ha dado un giro impresionante. Ya en 1995, Christian de Duve a rmaba que la vida cons-tituye un imperativo csmico y aada que es casi forzoso que surja en cualquier planeta semejante a la Tierra. Esa manifestacin de De Duve vino a reforzar la conviccin de los astrobilogos: que el universo rezuma vida. Tal teora, que Robert Shapiro, de la Universidad de Nueva York, ha dado en llamar determi-nismo biolgico, suele enunciarse diciendo

que la vida se halla inscrita en las leyes de la naturaleza.

Cmo determinar cul de esas concepciones es correcta? El mtodo ms directo consistira en buscar pruebas de vida en otros planetas; en Marte, por ejemplo. Si la vida hubiera surgido de la nada en dos planetas de un mismo siste-ma solar, se tendra una con rmacin decisiva para la hiptesis del determinismo biolgico. Desdichadamente, puede transcurrir mucho tiempo antes de que las misiones al Planeta Rojo adquieran la complejidad necesaria para salir de caza de formas de vida marcianas y, en caso de que existan, para estudiar con detalle tal biota extraterrestre.

Sin embargo, puede que exista otra forma, ms sencilla, de veri car el determinismo bio-lgico. Ningn planeta se asemeja ms a la Tierra que la Tierra misma; por consiguiente, de ser cierto que la vida surge con facilidad en condiciones terrenas, tal vez haya nacido ms de una vez en nuestro planeta. Animados por esa posibilidad, los expertos han empe-zado a escudriar desiertos, lagos y cavernas en busca de indicios de vida aliengena, de seres ajenos, es decir, organismos que se dife-rencien en aspectos fundamentales de todos los seres vivos conocidos, por haber tenido un origen totalmente independiente. De existir, tales organismos sern, con toda probabilidad,

CONCEPTOS BASICOS

De ser cierto que la vida surge presta donde se dan las condiciones ambien-tales adecuadas, quiz brot en la Tierra ms de una vez. Mediante la bsqueda de microorga-nismos exticos, bioqumi-camente distintos de los comunes, se pretende ahora hallar indicios de una segunda biognesis.

Se buscan formas de vida extica en las chimeneas volcnicas de las profundi-dades marinas, los valles antrticos resecos y otros ecosistemas inslitos.

Pudiera ser que los mi-croorganismos alienge-nos estuvieran agazapa-dos a nuestro alrededor. Para su deteccin se fa en marcadores indicativos de procesos bioqumicos desconocidos.

Quiz la vida haya brotado en la Tierrams de una vez. Ha comenzado la bsquedade microorganismos radicalmente inditos

Paul Davies

ALIENIGENOSALIENIGENOS??


microscpicos; por ello se estn diseando experimentos para la identi cacin de mi-croorganismos exticos que pudieran hallarse entre nosotros.

Aunque carecemos de una de nicin in-discutible de vida, nadie cuestionara que dos de las propiedades que la caracterizan son la capacidad metablica (extraccin de nutrientes del medio, conversin de los nutrientes en energa y excrecin de productos residuales y desechos) y la capacidad reproductora. La teora ortodoxa de la biognesis sostiene que, si la vida se origin sobre la Tierra ms de una vez, una de sus formas habra predominado y eliminado a las restantes.

Tal exterminio pudo haber ocurrido si una de las formas de vida se hubiera apropiado rpidamente de todos los recursos disponi-bles o se aviniese con otras para explotar a la

ms dbil e intercambiase genes slo con los seres de su misma clase. Pero el argumento tiene puntos acos. Bacterias y arqueas, dos tipos de microorganismos muy distintos que descendieron de un antepasado comn hace ms de 3000 millones de aos, han coexisti-do pac camente desde entonces; ninguno ha eliminado al otro. Adems, las variantes en las formas de vida podran no haber competido directamente con organismos conocidos, ya sea porque los forneos ocuparon ambientes de condiciones extremas, donde no hubieran sobrevivido los microorganismos que conoce-mos, ya porque unas y otras formas de vida requeran recursos distintos.

Argumento a favor de los aliengenosSuponiendo que no existan en la actualidad formas de vida ajenas a las conocidas, pudie- KEN

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EL BOSQUE DE LA VIDALa clasi cacin de los seres vivos se basa en el puesto que ocupan en un rbol logentico, donde se representan su origen comn y su posterior especiacin. Si la vida hubiera surgido en ms de una ocasin, debera revisarse la taxonoma e incluir nuevos rboles en un

bosque de la vida.

QUE ES LA VIDA?Casi todos los expertos acepta-ran que los rasgos de nitoriosde la vida corresponden a las facultades de:

Extraccin de nutrientes del medio

Conversin de nutrientes en energa

Excrecin de productos de desecho

Reproduccin

NUESTRO ARBOL DE LA VIDATodos los organismos conocidos comparten una bioqumica similar y codi can informacin gentica en molculas de ADN. Las tres grandes ramas de nuestro rbol logentico corresponden a las bacterias, las arqueas (organismos unicelulares que, lo mismo que las bacterias, carecen de ncleo) y los eucariotas, cuyas clulas son ms complejas. En esa tercera rama se encuentran animales, plantas y hongos.

AL OTRO LADO DEL ESPEJOLas macromolculas biolgicas poseen una de dos orientaciones re ejas: dextrgira o levgira. En todos los seres vivos conocidos, los aminocidos son levgiros y el ADN corresponde a una doble hlice dextrgira. Pero si la vida recomenzase desde cero, los aminocidos podran adoptar una orientacin dextrgira y el ADN levgira.

Bacterias

Arqueas

Animales

Hongos

Plantas

Eucariotas


ron haber orecido en un pasado remoto y extinguirse luego. En tal caso, quiz pudieran hallarse, en el registro geolgico, marcadores de su extinta biologa. Pues si esas formas de vida poseyeran, pongamos por caso, un meta-bolismo peculiar e indito, ste podra haber alterado las rocas o creado depsitos minerales en formas imposibles de explicar por la activi-dad de organismos familiares. Podra ocurrir tambin que, en microfsiles muy antiguos, se agazapasen biomarcadores peculiares, molcu-las orgnicas que no hubieran podido crear las formas de vida sabidas, como las descubiertas en rocas que datan de la era Arcaica (hace ms de 2500 millones de aos).

Otra posibilidad ms apasionante ms especulativa tambin sera que esas formas de vida aliengenas hubieran sobrevivido y pervivieran entre nosotros, constituyendo una

suerte de biosfera oculta, o en la sombra, en palabras de Carol Cleland y Shelley Copley, de la Universidad de Colorado en Boulder. A primera vista, semejante idea puede pare-cer descabellada, pues si tales seres hubieran medrado ante nuestras narices (e incluso en el interior de ellas), no se habran descubierto ya? La respuesta es un no rotundo.

La inmensa mayora de los seres vivos son microorganismos, por lo que resulta casi im-posible identi carlos sin ms que observarlos al microscopio. Para determinar la ubicacin de un organismo en el rbol de la vida (la organizacin logentica de todas las criaturas conocidas), los microbilogos deben anali-zar la secuencia gentica del mismo. Hasta la fecha, se ha clasi cado slo una diminuta porcin de todos los microorganismos ob-servados.

AMINOACIDOS EXOTICOSTodos los organismos conocidos, con rarasexcepciones, se valen de 20 aminocidossiempre los mismos para construir susprotenas. Sin embargo, es posible, por medios qumicos, sintetizar muchos ms. Los micro-organismos aliengenos utilizaran aminocidos inslitos, como la isovalina o la pseudoleucina, que se han hallado en meteoritos.

VIDA BASADA EN ARSENICOSe ha conjeturado que, en organismos aliengenos, el arsnico cumplira satisfactoriamente el rol bioqumico que desempea el fsforo en las formas de vida conocidas. El arsnico nos resulta txico porque remeda las funciones del fsforo;de igual forma, el fsforo sera txico para organismos basados en arsnico.

VIDA SILICEALos seres aliengenos ms exticos dispondran de una bioqumica basada en el silicio en lugar del carbono. Lo mismo que en el carbono, los orbitales externos del silicio contienen cuatro electrones (los dos elementos presentan una valencia de cuatro); por ello, los tomos de silicio se organizan en anillos o largas cadenas, que constituiran el espinazo de molculas biolgicas.

ES EL AGUA IMPRESCINDIBLE PARA LA VIDA?Desde hace tiempo se presume que la vida no podra surgir en ausencia de agua lquida. Sin embargo, algunos astrobilogos especulan con la posibilidad de que otros lquidos sirvan de disolvente para las reacciones bioqumicas. Se habla del meta-no y del etano, lquidos en ambientes muy fros, como la super cie de Titn, el mayor de los satlites de Saturno.


Todos los organismos que se han estudiado descienden de un origen comn. Los organis-mos que conocemos comparten una bioqumi-ca similar y se valen de un cdigo gentico casi idntico; merced a ello podemos secuenciar sus genes y situarlos en un mismo rbol lo-gentico. Pero no olvidemos que los mtodos utilizados para el anlisis de los organismos recin descubiertos se han diseado delibera-damente para detectar la vida conocida. Tales tcnicas seran insensibles a una bioqumica distinta. Si la vida en la sombra, la vida incgnita, se halla con nada en el dominio microbiano, es perfectamente posible que haya pasado inadvertida.

Aliengenos aisladosDnde podran buscarse organismos alienge-nos en la Tierra actual? Ciertas investigaciones se han centrado en nichos ecolgicamente ais-lados, situados allende los dominios de la vida comn. Uno de los hallazgos ms sorprenden-tes de los ltimos aos ha sido el relativo a la capacidad de la vida para soportar condiciones de extraordinaria dureza. Se han descubierto

microorganismos que habitan en ambientes ex-tremos: desde hirvientes lumbreras volcnicas hasta los valles resecos de la Antrtida. Entre esos extrem los, los hay capaces de sobrevivir en lagos saturados de sal, en escombreras de minas contaminadas con metales e incluso en piscinas de residuos radiactivos de los reactores nucleares.

Pero hasta los organismos ms resistentes tienen sus lmites. La vida que conocemos depende de la disponibilidad de agua lquida. El desierto de Atacama, en el norte de Chile, es tan seco, que all la vida brilla por su ausen-cia. Aunque ciertos microorganismos medran a temperaturas superiores a la de ebullicin del agua en condiciones normales, no se ha descubierto todava rastro de vida por encima de 130 oC. Cabe, empero, admitir que una forma de vida extica se desenvolviera incluso en condiciones ms extremas de sequedad o temperatura.

Daramos con indicios de la existencia de otras clases de vida si se descubrieran signos de actividad biolgica: un ciclo de carbono entre el suelo y la atmsfera, en una regin P. F

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Cotos de seres aliengenosLa bsqueda de microorganismos exticos se ha centrado en ecosistemas aislados. En esos enclaves, las duras condiciones ambientales limitan la vida que nos es familiar. Entre tales ubicaciones se cuentan masas acuticas sumamente alcalinas o salinas, como el Lago Mono de California (izquierda), los resecos valles antrticos (derecha, arriba) y ros como el Tinto (derecha, abajo), contaminado con metales pesados.


ecolgicamente aislada. Los lugares obvios en donde buscar tales ecosistemas autnomos se-ran la subsuper cie de la corteza terrestre, la alta atmsfera, la Antrtida, las minas de sal y enclaves contaminados con metales u otros txicos.

Otra va a seguir podra ser la que implica modi car la temperatura y la humedad en experimentos de laboratorio hasta que todas las formas de vida conocida quedasen extintas: si todava persistiera alguna clase de actividad biolgica, tal vez fuera obra de una vida ocul-ta. Se utiliz esa tcnica en el descubrimiento de Deinococcus radiodurans, una bacteria resis-tente a la radiacin que soporta dosis de rayos gamma de intensidad mil veces mayor que la que resulta letal para los humanos. Aunque D. radiodurans y todos los dems radi -los descubiertos presentan una vinculacin gentica a la vida comn y, por tanto, no pueden considerarse aspirantes a aliengenos, tal hallazgo no descarta la posibilidad de que ese mtodo lleve al descubrimiento de formas de vida alternativa.

Se han detectado ya ecosistemas aislados casi por completo del resto de la biosfera. Ubicadas a gran profundidad en el subsue-lo, esas comunidades microbianas carecen de luz, oxgeno y productos orgnicos de otros organismos. Se sostienen por la capacidad que presentan ciertos microorganismos para utilizar con nes metablicos (de crecimiento o reproduccin) el dixido de carbono y el hidrgeno liberado en reacciones qumicas o procesos radiactivos.

Aunque todos los organismos descubiertos hasta la fecha se hallan emparentados con los microorganismos que moran en la super cie, la exploracin biolgica de la subsuper cie profunda de la Tierra se encuentra todava en paales y tal vez nos reserve sorpresas. El Plan Integrado de Perforacin Marina (Integrated Ocean Drilling Program) ha tomado muestras de rocas del lecho marino hasta una profundi-dad de alrededor de un kilmetro, con el pro-psito de explorar su contenido microbiano. Ciertas perforaciones en tierra han revelado seales de actividad biolgica a profundida-des mayores todava. Sin embargo, hasta la fecha no se ha acometido ningn programa sistemtico y de gran escala para sondear la subsuper cie profunda de la corteza terrestre en busca de vida.

Aliengenos integradosPodra pensarse que resultara ms fcil ha-llar formas de vida alternativas si stas no estuvieran aisladas, sino integradas en la biosfera. Pero si la vida oculta se restringe a microorganismos aliengenos entremez-PHI

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Un posible aliengeno?Mientras examinaba areniscas de 200 millones de aos de antigedad, extradas de una perforacin marina a gran profundidad en la costa occidental de Australia, Philippa Uwins, de la Uni-versidad de Queensland, descubri unas estructuras diminutas, de entre 20 y 150 nanmetros, que parecan multiplicarse en el laboratorio. Aunque los anlisis demostraron que tales estructuras (los glbulos pardos y los zarcillos de esta microscopa electrnica de barrido) contenan ADN, otros expertos rechazan la a rmacin de que los llamados na-nobes tengan vida.

clados con otros de especies familiares, la localizacin de organismos exticos exigir algo ms que una inspeccin super cial. La morfologa microbiana es limitada: casi todos los microorganismos presentan una forma esfrica o cilndrica. Los aliengenos s po-dran hacerse notar, en cambio, por aspectos bioqumicos. Una estrategia para descubrirlos se basara, pues, en formular conjeturas sobre sus hipotticos procesos qumicos y buscar signaturas caractersticas.

Hallamos un ejemplo sencillo de rasgo bioqumico distintivo en la quiralidad. Las molculas biolgicas poseen una con guracin especular de nida; aunque los tomos que las componen podran adquirir dos estructu-ras simtricas la una de la otra respecto a un plano (cada una imagen especular de la otra), adoptan slo una de ellas. Ello sucede porque las biomolculas deben poseer una quiralidad compatible para ensamblarse en estructuras de mayor complejidad. En todos los seres vivos conocidos, los aminocidos (los ladrillos con que se construyen las protenas) son levgiros, mientras que los azcares son dextrgiros; el ADN es una doble hlice dextrorsa, es decir, que gira hacia la derecha.

Las leyes de la qumica, sin embargo, no hacen distingos con esa estereoisomera. Si la vida recomenzara desde cero, la probabilidad de que sus elementos constructivos adopta-ran la quiralidad contraria sera del 50 por ciento.

La vida oculta podra, en principio, re-medar en su bioqumica a la vida comn, aunque constituida por molculas imgenes es-peculares de las primeras. Tal vida especular no competira directamente con la vida que conocemos, ni tampoco podra haber trueque de genes entre ambas. Sus molculas no seran intercambiables.

Paul Davies es fsico terico, cosmlogo y astrobilogo. Dirige Beyond, un centro de investigacin de la Universi-dad de Arizona dedicado a la exploracin de las grandes cuestiones de la ciencia.

El autor


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Bacteria

Ribosoma VirusAliengenos diminutosLas bacterias de tamao escaso presentan un di-metro de unos 200 nanmetros. Los organismos aut-nomos de nuestro rbol logentico no pueden ser mucho menores, porque deben incluir ribosomas, orgnulos celula-res de entre 20 y 30 nanmetros de grosor que se encargan de la sntesis de protenas. Pero si hubiera microorganismos aliengenos capaces de operar sin ribosomas, podran ser de tamao similar al de los virus, que miden unos 20 nanme-tros. (Los virus no necesitan ribosomas, porque se reprodu-cen mediante la maquinaria de las clulas que invaden.)

La identi cacin de esa hipottica vida especular no entraara especial di cultad. Bastara con preparar un medio de cultivo con nutrientes constituidos por molculas que fuesen imagen simtrica de las que suelen componer los cultivos estndar: un organismo con isomera especular podra consumir tal coccin, pero un ser vivo normal la encon-trara de digestin imposible. Richard Hoo-ver y Elena Pikuta, del Centro Marshall de vuelos espaciales de la NASA, acometieron un experimento de ese tipo: introdujeron diversos extrem los recin descubiertos en un caldo optoisomrico y buscaron luego indicios de actividad biolgica. Hallaron un microorganismo que s medraba en ese

caldo, Anaerovirgula multivorans, que se haba aislado en los sedimentos de

un lago alcalino de California. Sin embargo, dicho organismo no corresponda a un ejemplo de

vida especular, sino a una bacte-ria dotada de la pasmosa capacidad de modi car los aminocidos y los azcares de quiralidad impropia para convertirlos en material di-gerible. El estudio, no obstante,

examin slo una minscula porcin del reino microbiano.Otra posibilidad consistira en que la

vida oculta compartiera la misma bioqumica que la vida conocida, pero utilizase un conjun-to distinto de aminocidos o nucletidos (los elementos integrantes del ADN). Sabido es que, para el almacenamiento de informacin, los organismos se valen de un mismo juego de cuatro nucletidos (cuyos smbolos A, C, G, T remiten a las bases adenina, citosina, guanina y timina). Con raras excepciones, se sirven de los mismos 20 aminocidos para construir protenas, las bestias de tiro de las

clulas. El cdigo gentico se basa en tripletes de nucletidos; distintos tripletes deletrean distintos aminocidos. La secuencia de ternas de un gen dicta la secuencia de aminocidos que deben encadenarse para construir una protena determinada.

Ahora bien, pueden construirse otros ami-nocidos que no estn presentes en los organis-mos conocidos. El meteorito Murchison, que cay en Australia en 1969, contena numerosos aminocidos corrientes, pero tambin algunos inslitos, como la isovalina y la pseudoleuci-na. (No hay certeza de cmo se formaron los aminocidos en ese residuo cometario, pero la opinin mayoritaria es que no eran producto de una actividad biolgica.) Algunos de esos aminocidos inslitos podran constituir blo-ques constructivos idneos para otras formas de vida. Para ir de caza en pos de tales alie-ngenos, debera identi carse un aminocido que no fuera utilizado por ningn organismo conocido, ni generado como subproducto del metabolismo o la descomposicin de un orga-nismo; se investigara luego su presencia en el ambiente, fuera entre microorganismos vivos o en los detritus orgnicos que pudieran ser generados por una biosfera oculta.

Para facilitar y centrar la bsqueda, pode-mos seguir las indicaciones que proporcionan las investigaciones sobre vida sinttica o arti- cial. Se tantea la posibilidad de crear nue-vos organismos mediante la insercin de ami-nocidos supernumerarios en las protenas de aminocidos supernumerarios. Steve Benner, de la Fundacin para la Evolucin Molecular Aplicada, de Gainesville, y pionero en esa lid, ha sealado que los alfa-metil-aminocidos parecen molculas prometedoras para la vida arti cial, porque se pliegan debidamente. Sin embargo, esas molculas no se han hallado en ninguno de los organismos naturales estudia-dos hasta la fecha.

A medida que se fueran identi cando nue-vos microorganismos, sera relativamente fcil utilizar las tcnicas al uso (espectrometra de masas y otras) para determinar la composicin aminoacdica de los mismos. Cualquier irregu-laridad llamativa en el inventario convertira el microorganismo en posible miembro de la biosfera oculta.

En caso de que la estrategia funcionara, habra que comprobar si corresponde a una forma de vida indita, con ancestros indepen-dientes de los nuestros, o si se trata de un nuevo dominio de la vida que conocemos, como las arqueas, identi cadas hace 30 aos. En otras palabras: cmo estar seguros de que lo que parece de nir un nuevo rbol de la vida no constituye, en realidad, una rama por descubrir todava del rbol conocido, separada

del tronco hace mucho tiempo y que hasta ahora ha pasado inadvertida?

Lo ms probable es que los primeros seres vivos fueran muy dispares de sus descendientes. El re nado cdigo ternario del ADN, que es-peci ca aminocidos concretos, presenta indi-cios de haber sido optimizado por la seleccin en el transcurso de la evolucin. Ello sugiere la existencia de un precursor ms rudimentario: por ejemplo, un cdigo por parejas, o que utilizase slo 10 aminocidos, en vez de 20. Resulta concebible que algunos organismos primitivos sigan utilizando todava el antiguo cdigo precursor. Tales microorganismos no seran autnticos aliengenos, sino meros fsiles vivientes. Aun as, su descubrimiento revestira inters para la ciencia. Otra posible reliquia de pocas biolgicas anteriores correspondera a microorganismos que utilizasen ARN en lugar de ADN.

La probabilidad de que se confunda un rbol de la vida independiente con una rama no descubierta del nuestro se reduce cuando contemplamos alternativas bioqumicas ms radicales. La astrobiologa ha especulado con la posibilidad de formas de vida fundadas en disolventes no acuosos, como el etano o el metano; sin embargo, resulta difcil identi -car ambientes terrcolas aptos para semejantes sustancias. (El etano y el metano se encuen-tran en estado lquido slo en lugares muy fros, como la super cie de Titn, el mayor de los satlites de Saturno.) Otra conjetura se re ere a los elementos qumicos bsicos que componen los organismos conocidos: carbono, hidrgeno, oxgeno, nitrgeno y fsforo. Sera posible la vida si uno de esos cinco elementos se sustituyera por otro?

El fsforo resulta problemtico para la vida. Se trata de un elemento bastante escaso, que no pudo abundar en forma soluble y accesible en las condiciones que prevalecan en los albores de la historia de la Tierra. Felisa Wolfe-Simon, de la Universidad de Harvard, ha conjeturado que el arsnico puede sustituir al fsforo en los organismos e incluso ofrecer ventajas sobre ste en ambientes arcaicos. Adems de realizar todas las funciones del fsforo en lo que concierne a los enlaces estructurales y al almacenamien-to de energa, el arsnico proporcionara una fuente de energa motriz para el metabolismo. (La toxicidad del arsnico en los seres vivos se debe precisamente a que remeda muy bien las funciones del fsforo. De forma anloga, el fsforo sera un veneno para organismos basados en el arsnico.) No podra ser que la vida basada en arsnico hubiera sobrevivido lnguidamente en nichos ricos en arsnico y pobres en fsforo, caso de los humeros oce-nicos y los manantiales geotrmicos?

El tamao constituye otra variable deci-siva. Ribosomas mediante, los organismos manufacturan protenas a partir de amino-cidos. Los ribosomas son autnticas mquinas moleculares que concatenan los aminocidos. La necesidad de dar acomodo a los ribosomas exige que todos los organismos autnomos de nuestro rbol logentico presenten un dimetro mnimo de varios cientos de nan-metros (un nanmetro equivale a una millo-nsima de milmetro). Los virus son mucho menores (hasta slo unos 20 nanmetros de ancho), pero carecen de autonoma: no pue-den reproducirse sin la ayuda de las clulas a las que infectan. Esa dependencia impide que los virus se consideren una forma de vi-da alternativa; ni existe indicio alguno de que hayan tenido un origen propio e inde-pendiente.

Pero varios expertos han venido aseverando que la biosfera rezuma de clulas demasiado pequeas para alojar ribosomas. Robert Folk, de la Universidad de Texas en Austin, llam la atencin en 1990 sobre unos objetos di-minutos, ovoides o esfricos, incrustados en rocas sedimentarias de los manantiales tr-micos de Viterbo. Folk propona que tales objetos correspondan a nanobacterias f-siles, residuos calci cados de organismos de 30 nanmetros de dimetro. En fecha ms reciente, Philippa Uwins, de la Universidad de Queensland, ha descubierto estructuras similares en muestras rocosas extradas a gran profundidad de una perforacin marina en las costas de Australia Occidental. Si esas estruc-turas fuesen en verdad fruto de procesos biol-gicos hiptesis cuestionada por numerosos investigadores quizs evidenciaran formas de vida ajenas, que no utilizan ribosomas para el ensamblaje de las protenas, con lo que

Si el determinismo biolgico (la tesis segn la cual, dadas las condiciones adecuadas, forzosamente habr de surgir vida) estuviese en lo cierto, se podra es-perar que la vida hubiera hecho aparicin en otros puntos del sistema solar, y en especial, en Marte (cuya super cie dis-pona de agua en sus primeros tiempos). Dado que la Tierra y Marte comparten materiales proyectados al espacio por impactos de asteroides y cometas, cabra cierta probabilidad de que unos microorganismos viables, incrustados a modo de crislidas en el interior de rocas, hubieran cambiado de residencia

entre los dos planetas. As pues, si la vida surgi de cero, en Marte y en la Tierra, los organismos resultantes podran haberse entremezclado con el paso del tiempo. Tal observacin con ere un giro interesante a la hiptesis sobre la coexistencia, entre nosotros, de una biosfera oculta de vida aliengena: cualquier microorganis-mo forneo hallado en la Tierra podra tener origen extraterrestre. Adquirira entonces sentido buscar esos inmigrantes microbianos en ambientes que remeda-ran el medio marciano, como las cimas alpinas y otros lugares fros, secos y expuestos a una radiacin intensa.

Vida llegada de Marte?



eludiran las restricciones de tamao mnimo que operan en la vida comn.

Tal vez la posibilidad ms desconcertante de todas sea que las formas de vida alien-genas habiten en nuestro propio cuerpo. En 1988, Olavi Kajander y sus colaboradores, de la Universidad de Kuopio, se encontra-ban estudiando clulas de mamfero con un microscopio electrnico cuando observaron en su interior partculas ultrapequeas. Sus dimensiones, de unos 50 nanmetros, rondan en torno a la dcima parte del tamao de las bacterias ms pequeas. Diez aos despus, propusieron que las partculas celulares en cuestin correspondan a organismos vivos que medran en la orina e inducen la formacin de clculos renales por precipitacin de calcio y de otros minerales. Aunque sus aseveraciones siguen generando controversia, entra dentro de lo razonable que al menos algunas de esas formas liliputienses constituyan organismos aliengenos con procesos bioqumicos radi-calmente distintos.

En qu consiste la vida?De ser descubierto un microorganismo de bioqumica novedosa, su valor probatoriode la existencia de una segunda gnesis, y no de una nueva rama de nuestro rbol de la vida, dependera de cun fundamentalmente se diferenciase de la vida comn. Sin embar-go, en ausencia de una explicacin del origen de la vida, carecemos de criterios taxativos para establecer esa diferencia.

Algunos astrobilogos han especulado con la posibilidad de que la vida diera comienzo a partir de compuestos de silicio, en lugar de compuestos de carbono. Dado que el carbono es tan esencial para nuestra bioqumica, re-sulta difcil imaginar que hubiera organismos de base silcea y de base carbnica que emer-gieran a partir de un mismo origen. Por otra parte, un organismo que utilizase la misma secuencia de nucletidos y aminocidos que las formas de vida conocidas, pero se limitase a usar un cdigo gentico distinto para la especi cacin de aminocidos, no propor-cionara pruebas slidas de haber tenido un origen independiente, pues tales diferencias podran deberse a la deriva evolutiva.

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investigación y ciencia 377 - febrero 2008

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