Cambio de hora y ritmos circadianos

Este sábado nos cambian la hora, y por mucho que lo neguemos, nos afecta. Afecta a nuestros ritmos biológicos y a nuestras funciones fisiológicas . Todo esto se debe a que nuestro cuerpo tiene su propio reloj, que también es conocido con el nombre de sistema circadiano. En condiciones  naturales los ritmos biológicos se ajustan a los ciclos ambientales, el más importante de los cuales es el de luz y oscuridad.
Este sistema está compuesto por tres componentes, el exógeno, anteriormente comentado, también conocido con el nombre de zeitgeber, el reloj biológico (componente endógeno) y finalmente los ritmos biológicos. Básicamente los ritmos están determinados por el reloj biológico, ya que existe un acoplamiento, y a su vez se sincronizan con el componente exógeno (Cardinali, D. P. 1994). No obstante no toda la sincronización va a depender de las señales sensoriales, por ejemplo de la luz, ya que si fuese así no podríamos dormir cuando las luces están encendidas…hay un nivel adicional de regulación por la existencia de osciladores autónomos.
Estos osciladores autónomos son los que producen que nos entre sueño aproximadamente a la misma hora, que nos entre hambre a la misma hora, e incluso que vayamos al baño a la misma hora.
Ahora tocará adaptar de nuevo nuestro oscilador interno con respecto a las condiciones ambientales para no levantarnos una hora antes ni irnos a acostar temprano…cuesta…pero al final poco a poco por intercambio de señales entre los diferentes puntos del sistema nos volveremos a acostumbrar al horario.
El reloj biológico tiene su localización concreta en el cuerpo, y más concretamente en el cerebro, los núcleos supraquiasmáticos son los encargados de recibir la información y la glándula pineal de responder a esta mediante la secreción de melatonina. Esta secreción presenta un patrón circadiano, con niveles bajos durante las horas de luz y elevados durante las de oscuridad. Se observan cambios en las concentraciones pineales de melatonina y sus precursores, así como en la de los enzimas que intervienen en su síntesis, como es el caso de SNAT y HIOMT, para responder rápidamente a cambios en la luz.

La exposición de un animal a la luz mantiene inhibida la actividad eléctrica de las neuronas ganglionares, mientras que la interrupción del estímulo lumínico produce una inmediata activación neuronal y se libera norepinefrina en las terminaciones postganglionares de las fibras simpáticas, ésta interactúa con los receptores β-adrenérgicos de los pinealocitos y desencadena una serie de procesos como son el aumento del potencial de membrana, el incremento de la actividad adenilato ciclasa y de los niveles de AMPc, aumento de síntesis de RNA y proteínas, y finalmente la activación de los genes de la síntesis de melatonina, como SNAT y HIOMT (figura 6). Figura 6. Vía a través de la cual la información luminosa regula la síntesis de melatonina en la glándula pineal. Modificado de: (Cardinali, D. P. 1994). A este esquema de regulación pineal hay que añadir más factores como la presencia de receptores α1 que potencian el efecto de los β activando una fosfolipasa, así como la existencia de inervación desde el sistema nervioso central ya que se han descrito receptores de diversos neurotransmisores relacionados con este como el GABA, serotonina, etc. (Cardinali, D. P. 1994).


La melatonina producida pasaría hacia la sangre y llegaría a los órganos diana produciendo distintos efectos, como la activación del metabolismo, etc. Como veis el sistema de regulación dependiente de la luz se conoce con bastante detalle…pero no podemos decir lo mismo de la regulación a nivel endógeno.
* Las imágenes las he extraído de un trabajo que realicé para la universidad, para facilitar la edición del post he copiado los pies de figura como imágenes y por eso tenemos referencias como figura 5 o 6.


Cardinali, D. P., Jordá Catalá, J. J., Sánchez Barceló, E. J., Universidad de Cantabria. 1994. Introducción a la cronobiología: Fisiología de los ritmos biológicos. Universidad de Cantabria, Santander. 158 pp.

El hilo víscido de las arañas

Hace unos días leí la noticia de que unos investigadores del Grupo de Materiales Biológicos y Biomateriales de la UPM habían demostrado que las fibras de hilo víscido de las arañas pueden recuperar totalmente sus propiedades tras haber sido deformadas, una propiedad que según han explicado sólo se pensaba que se daba en el hilo de seguridad o hilo MA (que recibe su nombre de la glándula que lo fabrica, Major Ampullate).

Para entender esta noticia un poco mejor será necesario explicar cómo está constituida una telaraña típica. En las telarañas hay dos tipos de sedas con un diámetro de unas pocas micras, las fibras de la seda víscida son aquellas que forman los segmentos circulares y las fibras MA se emplean en los radios, como amarre a las estructuras próximas a la zona donde se construya la telaraña y como hilo de seguridad a la que están cogidas mientras se desplazan por ésta.

Hasta ahora se conocía la capacidad de deformación y recuperación de la fibra MA, pero se ha descubierto esta propiedad también en las fibras de seda víscida, las cuales tienen una sección irregular y además están revestidas por una sustancia viscosa y bastante adherente que hace que los insectos que queden atrapados en la telaraña no logren desengancharse y por tanto no consigan huir. Así pues, pese a la diferente composición de ambas fibras, las dos recuperan sus propiedades en condiciones de elevada humedad.

Uno de los motivos por los que este fenómeno resulta interesante es por la intención que tienen algunos investigadores de en un futuro desarrollar a nivel biotecnológico fibras inspiradas en estas sedas, con una composición similar a partir de la síntesis de las proteínas deseadas.

 

FIGURA: Imágenes de fibras de seda víscida con recubrimiento adherente (superior) y limpia (inferior)

Guinea, GV; Cerdeira, M; Plaza, GR; Elices, M; Perez-Rigueiro, J; Biomacromolecules 11 (5): 1174-1179 MAY 2010.Recovery in Viscid Line Fibers

Autopoiesis y definición de la vida

La verdad es que desde que he empezado la asignatura de Evolución Química y Bioquímica, entre unas cosas y otras me paso el día dándole vueltas al tema del origen de la vida…Uno de los libros que estoy leyendo como parte de la asignatura es “La vida emergente” (ya haré una pequeña reseña cuando lo concluya). En él se plantea un concepto, que si bien de forma indirecta pasea por nuestras mentes, nadie hasta ahora lo había comentado a lo largo de la carrera, y este es el concepto de autopoiesis acuñado por los científicos Martuana y Varela.

Si alguien nos preguntase que diferenciásemos lo que está vivo de lo que no está vivo es muy probable que tras una serie de cameos por distintas definiciones infructuosas y cuestionables con distintos ejemplos llegásemos al concepto de autopoiesis.

Según este concepto podríamos decir que un sistema o un organismo está vivo cuando es capaz de regenerarse desde dentro. O de forma más científica y tomada del libro: se puede decir que un sistema está vivo si es capaz de transformar materia/energía externa en un proceso interno de automantenimiento y producción de sus propios componentes.

Tal vez, a la hora de definir la vida o lo viviente muchos de vosotros recorrerías a la capacidad reproductiva…pero entonces ¿no esta vivo un mulo? ¿o tu abuela? ¿o un bebé?, ninguno de ellos son capaces de reproducirse, sin embargo están vivos…otros apelarían a la capacidad de tomar alimento que les permiten hacer sus funciones gracias a la producción de energía que se transforma en acción…pero claro, esto también lo hace un coche o un robot…toman la energía del combustible, o la energía eléctrica para transformarla en acción. Volvemos de nuevo a la definición de autopoiesis.

No obstante habría que adornar un poco a la autopoiesis para que se ajustase a la definición de vida por completo…consideremos por ejemplo una vesícula cuya membrana estuviese compuesta por un compuesto S y que en el medio hubiese una molécula S-S, cuando la molécula S-S entra en contacto con la membrana formada por S se hidroliza dando dos moléculas S y pasando a formar parte de la membrana. Llegaría un punto en que la vesícula sería tan grande que podría escindirse en más pequeñas, es decir reproducirse…¿pero puede considerarse vida? Nos olvidamos de un detalle y es el entorno. Si a este sistema le eliminamos del entorno S-S ya no tiene sentido, y no puede modificarse. Un sistema vivo tiene que ser capaz de adaptarse a los cambios del entorno, y para eso debe darse cuenta de los cambios, es decir tiene que tener capacidad cognitiva (no pensemos en esta propiedad desde el punto de vista antropocéntrico). Por tanto para tener una definición de vida completa podríamos decir que un sistema está vivo cuando se automantiene gracias a una red de procesos regenerativos intrínsecos en el propio sistema y que además es capaz de interactuar de forma cognitiva y adaptativa con el medio que le rodea.

Esto puede ser para algunos lectores difícil de asimilar…pero sin duda es muy interesante desde el punto filosófico y biológico de la definición de lo que está vivo. Me espero más adelante a poner la reseña completa del libro con algún que otro comentario más.

El yogur, un ejemplo de cooperación entre bacterias

Cada año tengo asignaturas que se prestan más a ser objetivo de mis entradas, algunas porque tienen la capacidad de despertar más mi interés, y otras, como es el caso, porque se presta al conocimiento de un montón de curiosidades y anécdotas.
Cuantas veces habréis abierto un tarro de yogur y os lo habréis comido…sin embargo estoy seguro que algunos de vosotros desconoceréis le proceso de elaboración…otros simplemente os sonará de algo que la leche fermenta…a partir de ahora todo aquel que lea esta entrada conocerá como se elabora y en que consiste.
El yogur se elabora a partir de la leche de vaca ¿y nada más? En principio sí. Pero es una leche cuyas propiedades han sido modificadas gracias a la acción de microorganismos. Si os fijáis el yogur tiene una consistencia más sólida y además un sabor ácido característico. La razón es que el yogur es resultado de la precipitación de la caseína, la proteína mayoritaria de la leche. Esta proteína es totalmente soluble cuando el pH es 7, es decir, tal y como sale de la ubre de la vaca (aunque luego antes de la elaboración del yogur sea pasteurizada). Sin embargo el pH del yogur no es 7, está alrededor de 4,5 y a este pH los grupos ácidos de los residuos aminoacídicos están protonados, la proteína ya no forma coloides, produciéndose la precipitación y dando lugar a eso que conocemos como yogur.
La bajada del pH de 4,5 a 7 está provocada por los microorganismos que se utilizan para la elaboración del yogur: Streptococcus salivarius y Lactobacillus delbruecki subs. bulgaricus.
Estos dos microorganismos utilizan los azúcares de la leche como fuente de carbono, y más concretamente la lactosa. La lactosa es un disacárido compuesto por galactosa y glucosa que estos microorganismos son capaces de hidrolizar en sus monómeros y fermentarlos. Durante el proceso de fermentación se obtiene como producto el ácido láctico, el responsable de la bajada del pH y la precipitación de la caseína.
Supongo que todos, después de leer esto os estaréis preguntando por qué no se usa uno de los dos…en lugar de los dos. La razón es que la producción del yogur es un proceso metabiótico .Cuando la leche pasteurizada es inoculada con los dos tipos de microorganismos y se incuba a 42ºC Streptococcus se encuentra en condiciones óptimas, de manera que la fase de latencia es nula y pasa a la fase de crecimiento exponencial. Sin embargo Lactobacillus no crece bien bajo estas condiciones, prefiere un pH más ácido para crecer y su fase de latencia es más larga. En el transcurso de unos 30 minutos después de la inoculación se ha alcanzado un pH en la leche de 6. Bajo estas condiciones Streptococcus llega a la fase estacionaria, llegando incluso al declive, pero deja un pH aproximadamente de 6. Como Lactobacillus tiene un pH óptimo de crecimiento de 5.5 se dispara la fase exponencial de crecimiento de éste y la producción de ácido láctico es máxima, alcanzando un pH de 4.5. A este pH Lactobacillus llega a la fase estacionaria (sin crecimiento neto) y la caseína de la leche ha precipitado por completo. Como podéis ver hay una especie de “colaboración” entre ambas bacterias, ya que Streptococcus prepara el terreno a Lactobacillus.
Si usásemos sólo Streptococcus tendríamos un yogur poco ácido, líquido y sobre todo peligroso, ya que a pH 6 pueden crecer perfectamente bacterias enteropatógenas y el yogur dejaría de ser un alimento seguro, y si usásemos sólo Lactobacillus  tendíamos una fase de latencia muy larga en la cual podrían crecer bacterias enteropatógenas con una tasa de división mayor que las lácticas, dejando de ser también un alimento seguro. Por tanto en la elaboración del yogur la colaboración de ambas bacterias es esencial…Una vez más la biología, y en este caso la microbiología, está detrás de algo tan cotidiano como coger la cuchara, ir a la nevera y comerse un yogur.

Adiós a la peste bovina…

Esta noticia apareció anteayer en los medios pero no he tenido tiempo de escribirla en el blog hasta hoy. Es la segunda vez en la historia de la humanidad que ocurre algo parecido, se ha conseguido  erradicar, de forma oficial, el virus de la peste bovina tal y como se hizo con la viruela hace ya más de 20 años.
La peste bovina es una enfermedad aguda muy contagiosa de bovinos, búfalos domésticos y otras especies silvestres. Es letal para el ganado y durante años ha ocasionado grandes pérdidas. Si bien es cierto que había sido erradicada en Europa a principios del siglo XX seguían ocurriendo epidemias en África sub-Sahariana y en muchas partes de Asia. Es la primera vez en la historia que se erradica un patógeno exclusivamente de animales.

Aquí tenéis un link a la noticia:
http://www.telegraph.co.uk/earth/agriculture/farming/8065856/Deadly-cattle-disease-eliminated.html
Y otro link para conocer más a fondo la peste bovina:
 http://www.cfsph.iastate.edu/Factsheets/es/peste_bovina_rinderpest.pdf

Sin duda es una gran noticia, sobre todo para los ganaderos, pero recordemos que la prevención es la clave para que no hayan brotes nunca más y por eso no hay que bajar la guardia.

Actualización: Mirar comentarios...parece ser que no es del todo oficial y los de la noticia del link de más arriba se han precipitado un poco...y nosotros también. Pero parece ser que el fin esta cerca. Aprovecho también para decir que en el blog Curiosidades de la Microbiología hay una entrada dedicada a la peste bovina.

Charla de Biodiversidad en Antella

Reconozco que la cantidad de precipitaciones, en forma de entradas en el blog, esta siendo escasa durante estas últimas semanas que realmente están siendo muy movidas para ambos. No obstante no quiero dejar escapar la oportunidad de contaros la fantástica charla que dio nuestra editora del blog, Chantal Deruelle, en el ayuntamiento de Antella este pasado viernes.

Primero que nada felicitarla por un fantástico trabajo, que sin duda dejó boquiabierto a más de uno de los asistentes. El enfoque de la presentación fue sublime, hablando para empezar de la situación mundial y el número de especies en extinción, para pasar por los problemas que esta teniendo España, la Comunidad Valenciana y finalmente su localidad. Un repaso que hizo entender a los habitantes del pueblo, que pudieron asistir, la necesidad y la importancia de mantener al máximo todas aquellos organismos que nos rodean

Absolutamente todos forman un papel crucial en el ecosistema porque todos de una u otra forma quedan interconectados entre sí. Imaginemos por un momento una red de alcantarillado en la que en uno de los puntos aparece un atasco (que equivaldría a la desaparición de una especie), el flujo de agua (que sería equivalente al flujo de materia y energía de un ecosistema) acabaría por interrumpirse. En ocasiones el gran abanico de posibilidades que ofrece la naturaleza permite encontrar caminos alternativos, pero en ocasiones la desaparición de una especie, por insignificante que pueda parecer, puede llegar a provocar el colapso del sistema.

Una vez más quiero alabar la sencillez  y claridad con la que se explicaron las cosas durante aquella charla. Hay que tener en cuenta que la mayoría de los asistentes fueron personas mayores, gente que tiene pocos estudios y muy ajenos a los términos y conceptos que usamos los biólogos con nuestros colegas. Por tanto es un auténtico reto preparar una exposición que llegue a gente que está en distinto nivel de conocimientos, desde niños hasta labradores. La clave está en explicar claramente los conceptos pero sobre todo hacerlo de manera que aquel que tenga más conocimientos pueda sacarle jugo y el que no los tenga no se quede perdido en medio de la explicación. Sin duda ella lo consiguió.

Desde aquí también quiero animar a otros consistorios que tomen iniciativas similares, seguro que hay muchos biólogos (¿quién mejor para explicar estas cosas?) dispuestos a colaborar y difundir estos conocimientos de forma totalmente desinteresada. ¿Qué mejor forma de ir cerrando el último trimestre del año 2010, que recordemos, es el año de la biodiversidad?

 

Hielo con olor a… ¡sandía!

Dado que este curso tengo una asignatura dedicada a la biología de las algas, espero poder conocer mejor el mundillo que albergan ya que lo desconozco bastante y siempre es interesante saber algo de todo. Algunos biólogos se dicen aprendices de todo y maestros de nada y es verdad, nunca lograremos saberlo todo, pero sí algo, por lo menos lo más básico. Así que empiezo con esta curiosidad ahora que el frío va viniendo.

En lo alto de las montañas del oeste de Norteamérica y en los Alpes, excursionistas y campistas se han encontrado en numerosas ocasiones con nieve que presenta una coloración rosácea o rojiza y aroma a sandía. Se dice que también sabe a esta fruta y algunos optan por comerla, aunque en grandes cantidades puede ocasionar indigestión.

Sorprendentemente, la nieve con olor a sandía, también conocida como nieve roja o nieve ensangrentada, se debe a varias docenas de especies de cianobacterias y “algas de nieve”, entre ellas destaca el alga verde Chlamydomonas nivalis. Este alga, además de presentar la clorofila típica de estos organismos, contiene una elevada concentración de un pigmento carotenoide denominado astaxanthina, que protege las células de un exceso de luz UV. .

Desde mediados de año hasta finales del verano las algas florecen formando los conocidos como blooms, produciendo extensas áreas de nieve con este característico aroma. Obtienen los minerales de la suciedad y el polvo que se deposita sobre ésta y a su vez sirven como alimento a protistas, invertebrados, aves y mamíferos, de modo que constituyen una cadena alimentaria basada en la producción primaria de las algas. Durante el invierno desaparecen y al comenzar los deshielos al inicio del verano vuelven a crecer.