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Hormigas zombis

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Hormigas zombis

Área: Biología — Viernes, 14 de Agosto de 2009
Un hongo manipula una especie de hormiga para que una vez infectada se sitúe a la hora de morir en una ubicación ideal para el parásito.
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Hormiga muerta a la que ya le ha crecido el cuerpo fructífero (señalado con una P) del hongo. Foto: The American Naturalist.
En esta web ya vimos la capacidad de algunos parásitos de controlar a la especie que lo hospeda. Es el caso de los gusanos que modifican a los saltamontes que infectan para que éstos se suiciden en el agua y que así los gusanos puedan escapar. También vimos un nematodo parásito que infecta a las hormigas para que se dispongan a modo de bayas silvestres y que así sean ingeridas por los pájaros. Da la impresión que la Naturaleza puede ser bastante cruel a nuestros ojos.
Ahora un artículo publicado David P. Hughes de Harvard University y sus colaboradores describe los detalles de cómo un hongo parásito obliga a la hormiga a la que infecta a morir en el lugar más adecuado para que el hongo crezca y se reproduzca. Es decir, el hongo es capaz de manipular el comportamiento de la hormiga en su propio beneficio. 
La historia parece sacada de un relato de ciencia ficción. Cuando el hongo denominado Ophiocordyceps unilateralis infecta a su víctima, ésta permanece viva por poco tiempo, pero en ese tiempo obliga a la hormiga a ir planta abajo, lejos de su hormiguero en el dosel de la selva, hacia una planta cercana al suelo. Allí la hormiga se sitúa en el envés de una hoja apropiada que tenga espacio libre debajo de ella, se agarra con sus patas y con sus mandíbulas muerde fuertemente un nervio de la hoja justo antes de morir. La hormiga, ya muerta, permanecerá allí durante pocas semanas alimentando al hongo.
Una vez que la hormiga muere, el hongo continúa creciendo en su cuerpo. Después de unos pocos días un estroma, el cuerpo fructífero del hongo, emerge específicamente de un punto situado en la parte de atrás de su cabeza. Después de una o dos semanas el estroma comienza a esparcir esporas hacia el suelo del bosque. Potencialmente cada una de esas esporas es capaz de infectar a otra hormiga que eventualmente pase debajo. Cada hormiga crea debajo de ella un “campo minado” infeccioso debajo de un metro cuadrado que puede infectar a cualquier hormiga que pase por él.
Los científicos conocían desde hace 100 años la habilidad de este hongo parásito de transformar hormigas en zombis, pero Hughes y sus colaboradores han conseguido desvelar el control preciso que el hongo tiene sobre su víctima.
En el santuario Khao Chong, situado en la selva tailandesa, estos investigadores descubrieron que las hormigas carpinteras “zombificadas” ya muertas estaban invariablemente en el envés de hojas de unos 25 cm del suelo agarrada siempre a un nervio por sus mandíbulas. Además, estas hormigas ya muertas se encontraban en hojas que surgían desde la parte noreste de la planta. Lo más interesante es que la temperatura, humedad y luz solar de estas localizaciones eran óptimas para el crecimiento y reproducción del hongo. Cuando los investigadores pusieron hojas con hormigas infectadas a mayor altura del suelo, pero cerca de sus ubicaciones originales, los parásitos fallaron a la hora de desarrollarse adecuadamente. Aparentemente el hongo manipula el comportamiento de la hormiga durante horas para que ésta encuentre un lugar para morir que sea óptimo para el hongo.
Pero encontrar un lugar adecuado es sólo la mitad de la tarea.
Al diseccionar varios ejemplares de hormigas los investigadores descubrieron que el hongo desarrolla estrategias novedosas para poder retener la fuente de recursos. Según el hongo se extiende por el cuerpo de la hormiga convierte la mayor parte de su interior en azúcares que serán usados por él como alimento para crecer. Pero debe dejar intactos los músculos de las mandíbulas para así asegurarse de que la hormiga siga sujeta a la hoja. El hongo conserva además el exoesqueleto de la hormiga creciendo en sus grietas para así reforzar los lugares más débiles. De este modo logra mantener una protección frente al exterior para que así los microorganismos y otros hongos no entren en el cuerpo.
Aparentemente las hormigas carpinteras (C. leonardi) tienen unas pocas defensas frente al hongo. El modo más importante es evitar la infección es alejarse lo máximo posible de las víctimas como sea posible. Esta debe de ser una de las razones por las cuales estas hormigas hacen sus hormigueros en el dosel de la selva, lejos del suelo donde el hongo amenaza. Además, las hormigas carpinteras tienen caminos que evitan las zonas infectadas. Esto podría ser una estrategia adaptativa, aunque según Hughes habrá que confirmarlo.
Los investigadores comprobaron el efecto del hongo sobre otras especies de hormigas encontrando que no se conseguía todo el comportamiento óptimo. El parásito debe de haber evolucionado, por tanto, para atacar a esta especie concreta de hormiga.
El mecanismo mediante el cual el hongo controla el comportamiento de la hormiga se desconoce. Hughe y sus colaboradores tratarán de hallarlo.
En todo caso parece increíble que una selección natural “ciega” sea capaz de recrear este tipo de comportamiento adaptativo.

La proteína fluorescente que ilumina a la ciencia

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La proteína fluorescente que ilumina a la ciencia

Área: BiologíaQuímica — Lunes, 13 de Octubre de 2008
Otorgan el premio Nobel de Química a los tres científicos que hicieron posible el desarrollo de las proteínas fluorescentes.
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Estructura de la GFP. Foto: USCD.
Ya se han otorgado los premios Nobel de este año. No podemos cubrir todos ellos y los medios convencionales ya se han ocupado de ello. Pero desde aquí nos queremos fijar en uno de ellos, concretamente en el de Química, que va a parar a Osamu Shimomura, Martin Chalfie y Roger Tsien por el descubrimiento y desarrollo de la proteína fluorescente o GFP y sus derivados. Los tres científicos compartirán el premio de 10 millones de coronas suecas, o lo que es lo mismo unos 1,4 millones de dólares. La proteína GFP fluoresce emitiendo luz verde cuando sobre ella incide luz azul o ultravioleta.
Todo empezó en el verano de 1961 cuando el joven japonés Osamu Shimomura viajó junto con otros pasajeros a lo largo de los EEUU preguntándose por el secreto de las medusas luminescentes. Su trabajo sobre la medusa Aequorea victoria le hizo dar finalmente con el descubrimiento de la GFP, proteína que logró aislar. En 1994 Martin Chalfie informó en Science haber clonado el gen que codificaba esta proteína en la bacteria Escherichia coli y en el nematodo Caenorhabditis elegans. A partir de este trabajo Roger Tsien creó toda una extensa familia de proteínas que fluorescen en una multitud de colores a lo largo del espectro visible.
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A partir de la medusa Aequorea victoria se aisló la proteína GFP. Para ver la foto con el color resaltado pinchar aquí. Foto: Markus Nolf, Wikimedia Commons.
Estas proteínas han sido una de las herramientas más importantes de la Biología Molecular durante todos estos últimos años y han permitido seguir la expresión de genes y otras moléculas dentro de las células y los organismos.
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Células de levadura con varias versiones de GFP incorporadas. Foto: Masur, Wikimedia Commons.
Parece que es un descubrimiento de escasa importancia, pero nada más lejos. No hay que dejarse llevar por lo titulares sensacionalistas sobre cerditos verdes.
A veces los descubrimientos científicos se basan en otros previos y modestos. En este caso muchos descubrimientos en genética no podrían haberse dado si no fuera por esta proteína y sus derivados. Permite ver procesos que antes eran invisibles, como el desarrollo de las células nerviosas en el cerebro o cómo las células cancerosas se extienden por un organismo produciendo metástasis.
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Neuronas teñidas con esta técnica. Foto: Livet y colaboradores.
Pueden permitir, por ejemplo saber los movimientos, posición e interacciones de proteínas específicas y así revelar los posibles problemas de su malfuncionamiento que deriven en enfermedades. Un ejemplo de este tipo puede ser las alteraciones que produce el Alzheimer.
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Salamandra transgénica. Foto: Max-Planck Institute.
La GFP y sus derivados se han usado en muchas aplicaciones médicas, desde en la investigación para curar la sordera o en la primera modificación genética de un primate. Ahora se utiliza, por ejemplo en investigación para el desarrollo de tratamientos de la enfermedad de Huntington. También puede revelar cómo las células beta productoras de insulina se crean en el páncreas según el embrión se desarrolla. E incluso se ha usado en los intentos de creación de vida sintética.
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Mosca de la fruta. Foto: Klebes lab.
El método de uso típico de estas proteínas fluorescentes se basa en su utilización conjunta con la proteína que se quiera estudiar. Como se sabe la secuencia que codifica la GFP se puede utilizar su gen como marcador. Por técnicas de ingeniería genética se introduce un gen extraño a estudiar en un organismo y junto a él se inyecta el gen de GFP. De este modo, una vez se tiene el organismo adulto (o el embrión) sólo es necesario iluminarlo con luz ultravioleta para ver dónde se ha expresado el nuevo gen.
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Ratones modificados para expresar GFP en todas las células de su cuerpo. Foto: University of Pennsylvania.
No sólo sirve para la investigación básica, sino que tiene aplicaciones prácticas, como comprobar la presencia de arsénico en el agua con sólo iluminarla con luz UV si se ha añadido previamente un marcador basado en esta proteína, o buscar agentes biológicos o tóxicos de un posible ataque terrorista. Chalfie dice recibir cartas rutinariamente en las que se describen usos potenciales para esta técnica. Una de las más extrañas consistía en usar bacterias marcadas con GFP para localizar minas en campos minados.
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Macacos modificados para expresar GFP junto al gen que produce la enfermedad de Huntington. Foto: Anthony Chan, Yerkes National Primate Research Center.
El año pasado más 12.000 artículos publicados informaban del uso de GFP y otras proteínas fluorescentes. Según algunos expertos este tipo de proteínas son probablemente tan importantes como el desarrollo del microscopio lo fue en época. La técnica tiene pocos años y seguro que nos revelará muchas cosas en el futuro.
Desde aquí damos las gracias a estos tres científicos por haber traído más luz al conocimiento humano.
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Mortero de arroz

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Mortero de arroz

Área: Química — Jueves, 3 de Junio de 2010
Revelan el secreto en el funcionamiento del mortero utilizado en la construcción hace 1500 años en China.
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Unos científicos han desvelado el secreto que había detrás del resistente mortero chino hecho de arroz glutinoso o pegajoso, un tipo de arroz dulce utilizado en numerosas recetas culinarias asiáticas. Este mortero era utilizado para rellenar los huecos entre los ladrillos, piedras y otros materiales de construcción. Concluyen que este tipo de mortero es el mejor que se puede utilizar en la restauración de edificios antiguos. Publican sus resultados en la revista de la American Chemical Society. 
Bingjian Zhang y sus colaboradores sostienen que los trabajadores de la antigua China desarrollaron el mortero de arroz hace 1500 años, mezclando una sopa de arroz glutinoso con los ingredientes habituales del mortero, principalmente cal viva u óxido de calcio (CaO). Este material fue probablemente el primer mortero compuesto, hecho tanto de materiales orgánicos como inorgánicos. Este tipo de mortero era más resistente al agua y era más fuerte que los morteros convencionales. Fue utilizado para la construcción de tumbas, pagodas y muros de las ciudades. Algunas de estas construcciones todavía se conservan en la actualidad.
Para obtener la cal se calienta a alta temperatura roca caliza (se calcina). Al mezclar el resultado con agua y secarse se endurece, produciéndose un material válido para la construcción. La posterior reacción del material con el dióxido de carbono atmosférico endurece aún más el material. El mortero fue utilizado mucho en la antigüedad. Así por ejemplo los romanos ya utilizaban mortero de cal para realizar encofrados.
En este caso los investigadores identificaron amilopectina en el mortero chino antiguo, una clase de polisacárido que se encuentra en el arroz y otros productos vegetales, como ingrediente secreto responsable de la legendaria resistencia de este material de construcción.
Los análisis revelaron que el mortero es un material compuesto orgánico-inorgánico. La parte inorgánica es carbonato cálcico y la inorgánica amilopectina, que procede de una sopa de arroz que se agregaba al mortero. La función de la amilopectina era actuar de inhibidor del crecimiento de los cristales de carbonato, produciéndose un microestructura que era la clave de las buenas características de este tipo de mortero.
Para determinar si el arroz glutinoso podía ayudar a reparar edificios antiguos, los investigadores prepararon morteros en los que se variaba la cantidad de arroz glutinoso empleado y comprobaron su rendimiento con el mortero tradicional. Los resultados mostraron que el mortero de arroz era más estable y tenía mejores propiedades mecánicas, además de ser más compatible con la restauración de construcciones antiguas que emplearon dicho producto en su construcción.
Aunque los autores no lo mencionan, sería interesante considerar este material en las construcciones de casas unifamiliares modernas, ahora que la construcción ecológica está de moda.
Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3155
Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Accounts of Chemical Research, “Study of Sticky Rice-Lime Mortar Technology for the Restoration of Historical Masonry Construction”.

Helio, el fin de otro recurso no renovable

Helio, el fin de otro recurso no renovable

Demasiado estable para combinarse químicamente, demasiado ligero para permanecer en la atmósfera, el helio tiende  a escapar de nuestro planeta.  Y con él pueden desaparecer muchas aplicaciones basadas en sus inimitables propiedades.

En realidad, el helio no debería encontrarse en la Tierra porque ha tenido millones de años para escapar. Si podemos disponer del mismo es gracias a que se genera constantemente dentro de nuestro planeta. Las radiaciones alfa, como las emitidas por el uranio natural o el radón, solo son núcleos de helio moviendose a gran velocidad. Tras ser generados bajo tierra, son detenidos por sucesivos choques y acabaran migrando a la superficie en forma de gas o, si tenemos suerte, queda retenidas como “impurezas” en bolsas de gas natural, donde  alcanza porcentajes que llegan al 7%. Por ello, y a pesar de su enorme abundancia en el universo, aquí en la Tierra el helio es  un recurso escaso y, al igual que el petróleo, no renovable. Existen algunos depósitos artificiales con reservas acumuladas a lo largo del siglo pasado pero se calcula que  se agotaran en unos ocho años. La principal fuente natural, los yacimientos de gas natural,  también se están acabando aunque deberían durar algo mas.

Con su agotamiento también podrían desaparecer numerosas aplicaciones. Algunas de ellas son aplicaciones cotidianas como los globos de feria. Otras tienen un importante componente tecnológico como su utilización en soldadura, como gas de mezcla para los para los equipos de respiración autónoma utilizados a grandes profundidades o en los dirigibles que, aunque escasos, no han desaparecido. Pero quizás las más importantes sean las aplicaciones científicas. El Helio es imprescindible para estudiar algunos fenómenos físicos únicos como lasuperfluidez  o el comportamiento cerca del cero absoluto de temperatura. Sin olvidar su utilización auxiliar en otros proyectos como la refrigeración de los sensores de telescopios infrarrojos como el Spitzer. Todos estos estudios podrían detenerse o volverse increíblemente caros si no se consigue un suministro adecuado de helio

Naturalmente, el helio no desaparecerá totalmente. Seguirán extrayéndose pequeñas cantidades a un precio cada vez mayor. Tal vez lo suficiente alto como para permitir el desarrollo de un programa espacial que lo proporcione. Se cree que la superficie lunar estabañada en pequeñas cantidades de los isótopos principales del helio,el He-3 y He-4  procedentes del viento solar que es otra posible fuente. Como alternativas más caras y complejas las atmósferas de  Júpiter y Saturno contienen pequeños porcentajes de helio que serian más que suficientes para nuestras necesidades.  

Con el helio, como con algunos minerales, empezamos a quedarnos sin suministros suficientes. Y aunque la tecnología pueda desarrollar alternativas para algunos usos tal vez tengamos que empezar a buscarlos fuera de la Tierra.

Oro, bacterias y búsquedas

Oro, bacterias y búsquedas 

Después de todos los siglos que la humanidad lleva persiguiendo al oro resultaría realmente paradójico descubrir que el oro se concentra siguiendo a la vida. O para empezar con la pregunta mas apropiada, ¿Qué ocasiona que se formen las preciosas pepitas de oro?

No solo de joyería vive el oro. En una entrada anterior comentábamos la enorme cantidad de aplicaciones industriales del oro. Todas estas aplicaciones compiten por un material escaso y cada vez mas difícil de encontrar.  El oro puede encontrarse disperso en casi cualquier parte, por ejemplo hay 50 kilogramos de oro en un kilómetro cúbico de océano, pero para extraerse de forma rentable es necesario buscar donde se concentra en forma de pepitas. El problema es que, para empezar, seguimos sin estar seguros de que ocasiona que el oro se concentre en pepitas.

La idea mas extendida tradicionalmente sostenía que las bacterias eran las principales responsables de crear una pepita de oro. Sobre todo las más diminutas y casi microscópicas que forman muchos de los yacimientos actuales. El oro, como buen metal pesado, seria tóxico para ellas. Filtrarlo del ambiente y concentrarlo como un desecho seria la respuesta de la naturaleza a este problema. En este sentido los análisis de diminutas pepitas de oro entre 0,1 y 2,5 milímetros  han detectado restos de ADN de una bacteria, Ralstonia metallidurans http://en.wikipedia.org/wiki/Ralstonia_metallidurans, conocida por su capacidad para sobrevivir en presencia de metales pesados. De hecho, se estudia su utilización para recuperar terrenos contaminados por estos metales.

Sin embargo, el problema de la formación  de las pepitas de oro sigue sin estar resuelto. Otros estudios recientes se han concentrado en analizar la estructura cristalina de las pepitas. Según sus resultados  las pepitas solo pudieron formarse a grandes presiones y temperaturas como las existentes en el interior de la Tierra. Mas tarde, los procesos geológicos las habrían traído a la superficie. Queda en el aire saber como el oro pudo concentrarse en primer lugar lo que no es un inconveniente pequeño.

A pesar del enorme interés por parte  los grandes consorcios mineros el problema sigue sin estar totalmente resuelta.  Lo más probable haya diversas causas y el origen de las pepitas no sea único. Tal vez existan pepitas “iniciales” con origen geológico y otros secundarias formadas por las bacterias a partir de las trazas existentes en el ambiente. Aun así es un buen recordatorio de cómo el mundo sigue lleno de pequeños misterios sin resolver. Afortunadamente.