¿Los eslabones perdidos de los eucariotas?

Hay diferentes hipótesis del origen de las células eucariotas a partir de las células procariotas. Muchas de ellas proponen que el origen de la célula eucariota proviene de la fusión de dos células procariotas, otras proponen que eucariotas y arqueas tendrían un ancestro común que habría emergido a partir de los eucariotas, o bien por una fusión entre un antecesor arqueano y un antecesor bacteriano… Sea como sea todas parten de un origen posterior y con base eucariota.

En principio todo esto está muy bien hasta que nos topamos en los libros de texto con las típicas tablas que comparan  qué tienen los eucariotas diferente de los procariotas. Si nos detenemos a pensar durante unos segundos lo primero que nos viene a la cabeza es que los procariotas carecen de citoesqueleto, que los cromosomas no están empaquetados, que las membranas no tienen colesterol, que el DNA no está envuelto por una membrana…Pero claro, si somos estrictos con estas afirmaciones nos encontramos con una paradoja. ¿Cómo van a proceder los eucariotas de procariotas ancestrales cuando las características que los diferencian no están presentes en los procariotas?. La pregunta puede resultar un poco liosa pero es muy simple, la evolución es un proceso gradual, y no apareció de la noche a la mañana una célula eucariota con todo lo que hoy en día la caracteriza, si las células eucariotas proceden de una quimera procariota (sea cuál sea de todos los modelos existentes) deben existir, al menos, relictos o características similares en organismos procariotas que estén presentes en eucariotas.

Estos procariotas existen y presentan propiedades y elementos que siempre habíamos atribuido única y exclusivamente a los procariotas, en uno de los artículos de la revista Science del mes de noviembre hay un artículo de Damien P. Devos y Emmanuel G. Reynaud que resume todas estas características que mucha gente cree que son únicas y exclusivas de los eucariotas y no lo son. En concreto en el artículo se recogen las características se un superphylum PVC compuesto por bacterias del género Verrucomicrobia, Chlamydiae y Planctomycetes. En esta tabla podéis ver una serie de características presentes en el phylum que se habían atribuido exclusivamente a eucariotas como la presencia de la histona H1, la presencia de ésteres, la pérdida de FstZ (paso previo a la adquisición de la tubulina…), DNA envuelto por membrana…

Para que entendáis la tabla Eu = eucariotas, Pl = Planctomycetes, Ch =Chlamydiae, Ve = Verrucomicrobia y Ar = Archaea.

Como podéis ver la tabla esta repleta de esas características que creíamos únicas. Un ejemplo muy curioso es el de la capacidad endocítica. La endocitosis de partículas siempre ha sido una característica universal de eucariotas porque para que una célula tenga esa capacidad debe existir un citoesqueleto organizado y versátil que medie el proceso. No obstante existe un plantomiceto capaz de endocitar, recibe el nombre de Gemmata obscuriglobus, esta bacteria tiene la capacidad de endocitosis, como podéis ver en la microfotografía del artículo y además presenta una estructura interna bastante compleja con respecto a lo que estamos acostumbrados con los procariotas habituales.

 

La leyenda de ambas imágenes es: N= nucleo, P = parifoplasma, NE = envoltura nuclear, R = riboplasma, CM= membrana citoplasmática, CW= pared celular y ICM= membrana intracitoplasmática.

 

Evidentemente el título de la entrada del blog esta hecho adrede para captar vuestra atención pero día a día se están encontrando nuevas bacterias con nuevas características que poco a poco permiten pasar de un árbol filogenético universal muy pixelado a tener una resolución bastante aceptable, os recomiendo que si os interesa reviséis los artículos porque son realmente interesantes

Referencias:

Devos, Damien P. and Reynaud, Emmanuel G., 2010. Intermediate Steps. 330: 1187 - 1188

Lonhienne, Thierry G. A., Sagulenko, Evgeny, Webb, Richard I., Lee, Kuo Chang, Franke, Josef, Devos, Damien P., Nouwens, Amanda, Carroll, Bernard J., and Fuerst, John A., 2010. Endocytosis-like protein uptake in the bacterium Gemmata obscuriglobus. 107: 12883 - 12888

Green Algae, Pink Salmon

Le he querido dar a este post el mismo nombre que tiene el video que os pongo a continuación porque me ha parecido bastante explícito. Este es otro ejemplo de que no siempre sabemos lo que estamos comiendo realmente, ni a qué se deben sus propiedades organolépticas, quizás, ni siquiera lo imaginemos.

Todo parte de la existencia de un pigmento carotenoide denominado astaxantina, presente en varios tipos de algas, levaduras, y otros organismos como crustáceos, peces y en las plumas de algunas aves como los flamencos. En los salmones en concreto, se ha visto que su pigmentación depende de esta sustancia entre otros factores, de modo que en algunos países de opta por proporcionar a los salmones pienso con un elevado contenido de astaxantina para aumentar su coloración y hacerlo más atractivo de cara a la venta.

Green Algae Pink Salmon

El cometa Listeria

No os confundáis, a pesar del título astronómico de la entrada de hoy no me he pasado al lado oscuro ni nada por el estilo, seguís en La ciencia de la vida, la biología. Si nos fijamos en la imagen de la derecha podríamos pensar que es un dibujo de un cometa, con su cola, las partículas de polvo y de gas…Pero nada más lejos, se trata de una bacteria, y más concretamente de Listeria monocytogenes.
No me voy a detener a contar cada una de las virtudes de esta bacteria, pero sí que os voy a hablar de su forma tan elegante de eludir al sistema inmune a la hora de desplazarse entre células vecinas, pasando totalmente desapercibida. Si queréis información más detallada de la bacteria pasaros por aquí.
El dibujo de la derecha se corresponde una parte del esquema siguiente:

Una vez Listeria ha inducido su fagocitosis por parte de las células se multiplica sin matarla en el citoplasma y posteriormente pone en marcha el mecanismo de propagación célula a célula que podéis ver en el esquema. Esta propagación se consigue con  la expresión del gen ActA que se encuentra en la superficie de la membrana, preferentemente en uno de los polos, y que es capaz de inducir la polimerización de filamentos de actina. Estos filamentos que están anclados al citoesqueleto de la célula invadida hacen de “propulsores” de manera que la bacteria es disparada con fuerza contra la membrana celular, dando lugar a las protuberancias del esquema. Algunas de estas protuberancias impactarán en las células vecinas y algunas de ellas serán endocitadas. Una vez endocitadas saldrán de su envoltura de doble membrana mediante una lecitinasa y se dividirán en el citoplasma de la nueva célula hospedadora. En este video lo podréis entender mejor, sin duda un mecanismo muy efectivo a la hora de evitar el sistema inmune, cuyos elementos están presentes a lo largo del plasma intersticial, ya que la bacteria nunca sale como tal de las células, lo hace camuflada con las membranas del propio organismo al que invade escapando así cualquier ataque.

Mecanismo  infeccion de listeria

Sumideros de CO2 y secretos de algas.

Enlazando con el post anterior sobre la acidificación de los océanos, desde hace unos años, se están buscando alternativas más ecológicas al uso de combustibles fósiles que tan contaminantes se consideran y sistemas de captación o eliminación del CO2. En este aspecto, las algas, son un mundo de posibilidades de cara a la fabricación de biocombustibles.

Hace unos años, se propusieron unos dispositivos denominados árboles artificiales de filtrado que se pondrían en zonas industriales para supuestamente captar el exceso de CO2. Fue una idea sin demasiadas repercusiones ya que quizás faltase un empujón a iniciativa. Hoy en día, se investiga con diversos aspectos de las algas, y es que ellas también llevan a cabo la fotosíntesis y por ello consumen CO2, pudiendo actuar como otro pequeño sumidero de la gran cantidad de este gas que tenemos en la atmósfera.

Lo que se propone es tener tanques de cultivos de microalgas que tengan un nivel de consumo de CO2 importante, de modo que proporcionándoles un medio de vida y luz (lo cual no es muy difícil) vayan capturando y empleando CO2. En el video que os dejo a continuación se explica bastante bien todo el proceso, además de las muchas utilidades que se le puede dar.

Microalgas

Y si os interesa el tema de los birreactores y el biodiesel originado a partir de las algas aquí os dejo un link interesante:

http://www.biodisol.com/biocombustibles/biodiesel-de-algas-es-el-unico-biocombustible-alternativo-capaz-de-sustituir-al-petroleo-energias-renovables-investigacion-e-innovacion/

Acidificación de los océanos, el otro problema del carbono

Hace unos meses, el profesor Norberto Ovando me propuso que publicásemos en el blog un artículo sobre Las Yungas y los bosques nubosos en peligro. Esta vez nos ha vuelto a escribir para proponernos uno de sus nuevos artículos. Si no lo conocéis ya es el vicepresidente de la Asociación Amigos de los Parques Nacionales "Perito Francisco P. Moreno", además de Experto en la Comisión Mundial de Áreas Protegidas (WCP) de la UICIN, así como de la Red Latinoamericana de Áreas Protegidas (RELAP). Sin más dilación os dejo disfrutar de este artículo:

 

 

 

 

Cuando el dióxido de carbono (CO₂) emitido a la atmósfera se disuelve en el agua de mar, tienen lugar una serie de reacciones químicas que resultan en el proceso conocido como, acidificación oceánica

Por Prof. Norberto Ovando*

El otro problema del CO₂

La acidificación oceánica es un problema detectado recientemente, aunque sus implicaciones podrían llegar a ser tan importantes como las asociadas con el calentamiento global. De hecho, mientras éste último resulta un tanto elusivo y es difícil de monitorizar, la acidificación oceánica puede ser cuantificada, es predecible y es progresiva.

Algunos estudios recientes muestran que la captación actual de CO₂ por parte del océano superficial – y su consiguiente tasa de acidificación – ocurre unas 100 veces más rápidamente que durante el final de la última glaciación (hace 20.000 años), que fue el último momento en el cual el CO₂ aumentó de forma significativa.

La acidificación oceánica

El cambio del medio marino hacia unas condiciones más ácidas (o menos básicas) se debe al incremento de la cantidad de CO₂ en la atmósfera. Esto se conoce como acidificación oceánica y ocurre cuando este CO₂ reacciona con el agua de mar, al ser captado por el océano, produciendo un compuesto ácido. Cuanto más rápido aumente el contenido en CO₂ de la atmosfera, más rápida e intensa será la acidificación del océano.

Diversos proyectos de investigación alrededor del mundo estudian este problema y, aunque todavía existen muchos interrogantes, hay un considerable consenso científico de que la acidificación oceánica es un hecho real y supone una amenaza importante para nuestro estilo de vida.

La quema de combustibles fósiles provoca un aumento del CO₂ en la atmósfera que es captado por el océano y hace que éste se vuelva más ácido.

La acidificación oceánica producida por el hombre está afectando al océano de manera mucho más rápida que el ritmo de recuperación natural de la Tierra. La tasa actual de acidificación es 10 veces más rápida que cualquier otra experimentada desde la era de los dinosaurios, hace 65 millones de años.

Distintos océanos

Aunque la acidificación oceánica ocurrirá de manera global, ésta se producirá de forma más intensa y rápida en algunas regiones del océano que en otras, y sus impactos también variarán debido a diferencias en la temperatura o en los patrones de circulación.

La mayor parte del CO₂ se acumula en una capa de agua de mar muy cercana a la superficie del océano. Aproximadamente, el 50% del CO₂ que hemos emitido reside en el 10% del océano más superficial.

Es inevitable que los niveles de CO₂ atmosférico sobrepasen el nivel actual de 391 ppmv, y esto seguirá disminuyendo el pH de la superficie del mar. Sin embargo, la velocidad y el alcance del futuro aumento son difíciles de predecir, debido a que dependen de si somos capaces de reducir nuestras emisiones de CO₂ y en qué medida.

Vida marina

Muchos organismos marinos,  en sus fases larvarias, juveniles y adultos pueden verse afectados de manera diferente por la acidificación del océano. Podrían crecen menos y más lentamente, los depredadores serán menos eficaces y las presas probablemente menos capaces de evitar su captura. En el caso de los adultos, el estrés causado por la acidificación del océano puede afectar a su comportamiento y en última instancia reducir sus tasas de crecimiento y la capacidad reproductora podría mermar, hasta el punto en que las poblaciones se vean afectadas.

La pregunta clave no es si la vida del océano se adaptará y se desarrollará en respuesta a la acidificación del océano. Lo que es cuestionable es su capacidad de adaptarse y desarrollarse suficientemente ante la ‘rápida’ acidificación del océano, de tal modo que las ‘nuevas’ comunidades que surjan sean capaces de proporcionar los mismos servicios y bienes esenciales que usamos y nos mantienen.

Aunque ya estamos viendo cambios en la química del agua del océano como consecuencia de la absorción de CO₂ atmosférico y los impactos derivados de ello sobre los ecosistemas marinos, estos cambios son reversibles a largo plazo.

Recomendaciones

Recomendamos leer la guía multilingüe “Acidificación Oceánica: Los Hechos” financiada  por Fundación Príncipe Alberto II de Mónaco, Patrimonio Natural Escocés, Inglaterra Natural, UICN, EPOCA y el UK Ocean Acidification Research Programme.

Ver documental sobre acidificación de los océanos con subtítulos en español:

Documental sobre la acidificación de los océanos

Dan Laffoley, Vicepresidente encargado del tema marino de la Comisión Mundial de Áreas Protegidas de la UICN y redactor principal de la guía, dice “El cambio climático está en primera plana en todas partes, pero tiene un mellizo diabólico, derivado del mismo dióxido de carbono invisible, con efectos más medibles, rápidos, y al parecer, incontenibles”.

Carl Gustaf Lundin, Director del Programa Mundial Marino y Polar de la UICN opino que “Un océano acidificado es una amenaza real y grave a nuestra existencia. Ha llegado la hora de actuar para limitar el impacto sobre los sistemas que sustentan la vida antes de que sea demasiado tarde.”

Conclusión

Los efectos de la acidificación del océano se incrementarán paulatinamente y aunque los impactos que ya son evidentes parecen ser relativamente leves, continuarán aumentando junto con la tasa de acidificación.

Debemos estar bien informados sobre la acidificación oceánica, para poder actuar con mayor consenso, ambición y urgencia, y saber como hacer frente a uno de los problemas ambientales más significativos al que se enfrentan las presentes y futuras generaciones.

Una disminución de los niveles de CO₂ atmosféricos es esencial si queremos primero reducir, y después detener la acidificación del océano.

“Pido una drástica reducción de los niveles de dióxido de carbono (CO₂), para evitar que la acidificación oceánica cause daños extensos y severos a los ecosistemas marinos”.    HSH Príncipe Alberto II de Mónaco

Fuente: Ocean Acidification Reference User Group

* Presidente / Asociación Amigos de los Parques Nacionales - AAPN -

Experto Comisión Mundial de Áreas Protegidas - WCPA - de la UICN.

Red Latinoamericana de Áreas Protegidas - RELAP -

Concepto de vallas en la conservación de los alimentos

En la microbiología de los alimentos, entre otros aspectos, se estudian los posibles tratamientos que se pueden aplicar a los alimentos para hacerlos seguros microbiológicamente hablando o bien evitar su alteración. Hay un gran abanico de tratamientos posibles, como por ejemplo realizar un tratamiento térmico, como por ejemplo ocurre con la pasteurización de la leche que garantiza la eliminación de todos los microorganismos patógenos, o bien la bajada del pH, como por ejemplo en los yogures ya comentados en este blog.

No obstante todos estos tratamientos, evidentemente, van a alterar las propiedades organolépticas del alimento y en los últimos años la tendencia del gusto del consumidor es hacia alimentos suaves lo más parecido posible a lo natural. A bote pronto esto va en contra, en principio, de la salubridad del alimento. Es decir, no podemos exigir que un alimento sepa igual que uno fresco si ha recibido un tratamiento a 65º C, pero tampoco podemos exigir un alimento libre de patógenos que conserve al máximo las propiedades organolépticas naturales del alimento.

Este problema se resuelve mediante el concepto de valla. El objetivo es acabar o frenar con el crecimiento de los microorganismos. Para ello, como hemos visto, se modifican los parámetros extrínsecos como la temperatura o el pH. Cuando esto ocurre los microorganismos se encuentran fuera de sus óptimos de crecimiento y ponen en marcha la maquinaria genética necesaria para mantener la homeostasis con respecto a ese nuevo medio externo, es decir mantener sus condiciones internas constantes. Esto requiere una inversión de energía en forma de ATP, desde el bombeo de iones a la transcripción y traducción de nuevos genes que van a responder a estos cambios. Toda esta energía que se está dedicando para mantener la homeostasis no se dedica al crecimiento, y por tanto este se ve frenado. Pongamos un ejemplo, imaginemos una bacteria que crece óptimamente a pH 7 pero bajamos el pH del alimento a 4. Esto va a provocar desequilibrios osmóticos en la bacteria a los que deberá responder bombeando iones, sintetizando nuevos transportadores, etc.

Pero si además de este tratamiento añadimos sal al alimento para reducir la actividad de agua se añade otro obstáculo más para la bacteria y ahora tendrá que dedicar la energía a la hosmoregulación por la bajada del pH y solventar la escasez de agua…es decir la teoría de vallas consiste un variar distintos parámetros ambientales extrínsecos, en lugar de variar uno de forma agresiva. Poe ejemplo se consigue el mismo efecto reduciendo la actividad e agua a 0.92 y al mismo tiempo disminuir el pH a 5.2 que disminuir el pH a 4.5 o bajar la actividad de agua a 0.86 de forma independiente.

Los microorganismos se verán igualmente afectados pero las propiedades organolépticas del alimento se asemejan más a las del alimento sin tratar, siendo más apreciados estos productos por el consumidor.

Por tanto la combinación de diversos tratamientos con intensidades menos agresivas tiene el mismo resultado que usar un único tratamiento pero con intensidades más altas, no obstante en este caso la calidad de cara al consumidor disminuye. Aquí es cierto el refrán: La unión hace la fuerza.

Antirrhinum y sus polinizadores

En la naturaleza, la evolución no es más que una carrera de armamentos en la que participan innumerables organismos. Hoy os traigo otro ejemplo de especies que han evolucionado conjuntamente hasta dar lugar a lo que hoy en día constituye un fenómeno admirable. Podéis ver otro aquí.

El Antirrhinum o también conocida como flor del dragoncillo es una especie vegetal mediterránea cuyas flores tienen una morfología que hace que sus estambres sean de difícil acceso de cara a los insectos polinizadores.

Recientemente, un estudio del CSIC ha demostrado que pese a que abejas de peso y fuerza considerable pueden abrir la corola y llevar a cabo la polinización, abejas de tamaño más pequeño también pueden acceder al néctar y al polen. Tanto es así, que se ha comprobado que cuatro de las 1000 especies de abejas que hay en España son las polinizadoras principales, llevando a cabo la fecundación de forma significativa, de modo que su relación con la planta llega a ser tan importante, que sin éstas la mayoría de las especies de Antirrhinum desaparecerían.

El estudio se ha realizado en tres de las 23 especies de Antirrhinum que existen en España, de las cuales 17 son endémicas de la Península Ibérica y 8 se consideran en peligro de extinción. Quedaría estudiar, según el autor, si el resto de Dragoncillos que están en peligro de extinción es debido a que los principales polinizadores no están presentes en la zona en donde se encuentran.

Imágenes de las tres especies de Antirrhinum y sus posibles polinizadores (A) Antirrhinum braun-blanquetii; (B) Bombus hortorum; (C) Anthidium manicatum; (D) Lasioglossum smeathmanellum; (E) Antirrhinum charidemi; (F) Chalicodoma lefebvrei; (G) Anthidium sticticum; (H) Anthophora dispar; (I) Ceratina cucurbitina; (J) Antirrhinum graniticum; (K) Xylocopa violacea; (L) Anthidium cingulatum; (M) Lasioglossum buccale.

Pablo Vargas, Concepción Ornosa, Francisco Javier Ortiz-Sánchez & Juan Arroyo. Is the occluded corolla of Antirrhinum bee-specialized? Journal of Natural History, vol. 44, nos. 23–24, June 2010, 1427–1443

La niña del exorcista tan sólo padecía una enfermedad autoinmune

Aprovechando que ayer muchos de vosotros celebrasteis el Halloween os cuento algo que he leído en la prensa de este fin de semana y que tiene relación con una de las pelis de terror más conocidas, El exorcista.
Supongo que todos nuestros lectores recordarán la película, una niña que estaba poseída por el demonio, tenía espasmos, se retorcía, alucinaba, escuchaba voces…y un largo etc. Pues va y resulta que la pobre niña padecía una enfermedad autoinmune.
Según un trabajo realizado por un investigador de la Universidad de Pensilvania junto con uno del Hospital Clínic de Barcelona, Josep Dalmau, han llegado a la conclusión de que la la niña de la película y todos aquellos a los que les otorgaban estos síntomas no estaban poseídos, ni si quiera padecían esquizofrenia, tal y como se había pensado hasta el momento.
Son consecuencia de una enfermedad autoinmune que suele presentarse en chicas de entre 15 y 20 años, y en todas ellas hay presencia de anticuerpos contra los receptores NMDA del cerebro, estos receptores son activados por el neurotransmisor glutamato. La función de estos receptores es crucial por ser los encargados de establecer las sinapsis de la circuitería del cerebro en cuanto a memoria y aprendizaje. Y la verdad es que parece que tiene cura si se consigue bloquear estos anticuerpos por competencia en el 80% de los casos.
¿Pero por qué se producen estos anticuerpos anti-NMDA? Se ha visto que más de la mitad de las enfermas sufría un pequeño tumor en el ovario de tipo benigno, pero en el que parte de sus células se diferenciaban de forma equivocada a células pertenecientes al tejido nervioso, la situación deslocalizada y en gran abundancia de estas proteínas receptoras en ocasiones da pie a que el sistema inmune responda detectando estos receptores como algo ajeno y dando lugar a una respuesta inmune. Cuando los anticuerpos viajan en la sangre y llegan al cerebro es donde causan la patología al reconocer los receptores y bloquearlos, perdiendo toda su funcionalidad.
Los síntomas son realmente asombrosos, una de las pacientes que sirvieron para la elaboración del artículo veía ‘‘hombres de barba blanca a cuatro patas“ fue ingresada de  por un cuadro de agresividad, conductas impulsivas con amenazas de suicidio, coprolalia, insomnio y alucinaciones visuales complejas. Como veis digno de una película de terror, pero una vez más explicable desde el punto de vista de la ciencia…os recomiendo que ojeéis el artículo si os interesa la neurobiología.

González-Valcárcel, J.; Rosenfeld, M. R. and Dalmau, J. "Diagnóstico diferencial en la encefalitis por anticuerpos contra el receptor NMDA". Neurología 25: 409-413. 2010.